JP3363966B2 - 非線形処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子楽器等にお
いて、楽音信号にエフェクトを付加するために、入力信
号を歪ませて、倍音成分を付加する非線形処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非線形処理装置としては、例えば
図６（ａ）に示すように、入力信号ａのレベルが予め定
めたレベルＬ以上になると、同図（ｂ）に示すように、
出力信号ｂのレベルを上記レベルＬにクリップして出力
するものがある。このような非線形処理をディジタル入
力信号に対して行った場合、図７（ａ）に示すような周
波数f0の入力信号に非線形処理によって、同図（ｂ）に
示すように倍音f1、f2・・・が発生するが、これら倍音
には、サンプリング周波数の１／２の周波数より高い周
波数の倍音成分が発生し、これがＤ／Ａ変換した際に、
折り返し雑音faを発生することがある。

【０００３】このような折り返し雑音を軽減するため
に、ＤＳＰを用いて、入力信号をオーバーサンプリング
してから、非線形処理を行い、その後にデシメーション
・フィルタを通してアンダーサンプリングするという方
法があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】オーバーサンプリング
及びアンダーサンプリングすると、折り返し雑音を軽減
することはできるが、オーバーサンプリング及びアンダ
ーサンプリングに伴うフィルタ処理のために、ＤＳＰの
処理量が多くなり、処理時間が長くなり、非線形処理に
よる効果以外の効果を付加するための処理をＤＳＰに行
わせる余裕がなくなるという問題点があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するためになされたもので、ディジタル入力信号
を変調する第１の変調手段と、該第１の変調手段からの
出力信号を非線形処理する非線形処理手段と、該非線形
処理手段からの出力信号を変調する第２の変調手段と、
第１及び第２の変調手段にノイズ信号を供給するノイズ
発生手段とを、具備している。第１及び第２の変調手段
は、入力信号に上記ノイズ信号によって位相変調を施す
もので、かつ第１の変調手段からの出力信号をそのまま
第２の変調手段に入力した場合には第１の変調手段への
入力信号とほぼ同じ信号が第２の変調手段から出力され
る変調方式である。

【０００６】第１及び第２の変調手段での位相変調は、
加重平均によって行うことができる。また、ノイズ発生
手段が発生するノイズ信号は２値信号とすることができ
る。

【０００７】

【作用】本発明によれば、入力信号は、第１の変調手段
で位相変調された後、非線形処理手段によって非線形処
理が行われ、再び第２の変調手段で位相変調される。第
１及び第２の変調手段は、第１の変調手段からの出力信
号をそのまま第２の変調手段に入力すると、第１の変調
手段への入力信号とほぼ同じ信号が第２の変調手段から
出力される変調方式のものであるので、第２の変調手段
から第１の変調手段への入力信号とほぼ同じ出力信号が
出力される。ところが、非線形処理手段によって発生し
た折り返し雑音は、第２の変調手段によって変調される
だけであるので、帯域内に拡散され、目立たなくなる。

【０００８】

【実施例】本実施例の非線形処理装置は、実際にはＤＳ
Ｐによって実現されるが、説明を簡易化するため、ＤＳ
Ｐが実現する機能を、図１に示すようにブロック化して
説明する。この非線形処理装置は、変調手段、例えば位
相変調装置２を有し、この位相変調装置２は、電子楽器
から供給されたディジタル入力信号を、ノイズ発生装置
４が発生するノイズ信号に基づいて位相変調する。な
お、ノイズ信号は、正負２値のディジタル信号である。

【０００９】この位相変調装置２からの出力信号は、非
線形処理装置６に供給される。この非線形処理装置６
は、例えばルックアップテーブルによって構成されてお
り、位相変調装置２の出力信号が予め定めた第１の閾値
レベル以上のレベルであると、出力信号を第１の閾値レ
ベルとし、予め定めた第２の閾値レベル以下のレベルで
あると、出力信号を第２の閾値レベルとするものであ
る。

【００１０】この非線形処理装置６の出力信号は、変調
手段、例えば逆位相変調装置８に供給される。この逆位
相変調装置８は、ノイズ発生装置４が発生するノイズ信
号に基づいて、位相変調装置２とは逆に位相変調する。
即ち、位相変調装置２の出力信号をそのまま逆位相変調
装置８に入力すると、逆位相変調装置８の出力信号とし
て、位相変調装置２の入力信号とほぼ同一の信号が得ら
れる。

【００１１】位相変調装置２におけるディジタル入力信
号のノイズ信号による変調は、ノイズ信号が正の値のと
き、αサンプルだけ遅延させた値を直線補間（外挿）に
よって求め、ノイズ信号が負の値のとき、αサンプルだ
け進めた値を直線補間（内挿）によって求めるものであ
る。即ち、加重平均によって位相変調を行っている。

【００１２】例えば、位相変調しようとするディジタル
入力信号をＸ０、１サンプル前のディジタル入力信号を
Ｘ１とすると、位相変調装置２のディジタル出力信号Ｕ
を、

【数１】Ｕ＝（１＋α）＊Ｘ０−α＊Ｘ１ で計算する。但し、ノイズ信号が正のときαも正であ
り、ノイズ信号が負のときαも負である。

【００１３】αを１／４サンプルとすると、ノイズ信号
が正のとき、Ｕは

【数２】Ｕ＝（５／４）＊Ｘ０−１／４＊Ｘ１ で求められ、ノイズ信号が負のとき、Ｕは

【数３】Ｕ＝（３／４）＊Ｘ０＋１／４＊Ｘ１ で求められる。

【００１４】例えば図２（ａ）に示すディジタル入力信
号Ｄ１乃至Ｄ７と、同図（ｂ）に示すノイズ信号とが、
位相変調装置２に入力されたとすると、ディジタル入力
信号Ｄ１が入力されたとき、ノイズ信号は正であるの
で、数２によって演算された値を持つ１／４サンプル位
相を遅延させたディジタル出力信号ｄ１として出力す
る。また、ディジタル入力信号Ｄ２が入力されたとき、
ノイズ信号は負であるので、数３によって演算された値
を持つ１／４サンプル位相を進めたディジタル出力信号
ｄ２として出力する。

【００１５】以下、同様にして入力信号Ｄ３乃至Ｄ７
は、ノイズ信号の正負に応じて位相変調され、出力信号
ｄ３乃至ｄ７を生じる。

【００１６】位相変調装置２からの出力信号ｄ１、ｄ２
・・・は、非線形処理装置６によって非線形処理、例え
ばクリップ処理が行われる。即ち、図３（ａ）に示すよ
うに閾値レベルＬよりも小さなレベルの信号、例えばｄ
１、ｄ２、ｄ７は、そのまま出力され、同図（ｂ）に示
すｄ１ｃ、ｄ２ｃ、ｄ７ｃとなるが、閾値レベルＬより
も大きなレベルの信号、例えばｄ３、ｄ４、ｄ５は、閾
値レベルＬにクリップされて、ｄ３ｃ、ｄ４ｃ、ｄ５ｃ
として出力される。このクリップ処理によって倍音成分
が付加される。なお、図には示していないが、位相変調
装置２からの出力信号のレベルが、閾値レベル−Ｌより
も小さい場合には、−Ｌにクリップされる。

【００１７】逆位相変調装置８は、非線形処理装置６か
らの出力信号ｄ１ｃ、ｄ２ｃ・・・・を、位相変調装置
２に供給しているのと同じノイズ信号を用いて逆位相変
調する。即ち、位相変調装置２で位相をαサンプル進め
たものは、αサンプルだけ位相を遅延させた出力信号と
し、位相変調装置２で位相をαサンプル遅延させたもの
は、αサンプルだけ位相を進めた出力信号とする。これ
も、位相変調装置２での位相変調と同様に、直線補間
（外挿、内挿）によって行っている。即ち、加重平均に
よって行っている。

【００１８】そのため、例えば、逆位相変調しようとす
る非線形処理装置６からの出力信号をＶ、１サンプル前
の逆位相変調装置８の出力信号をＹ１、逆位相変調装置
８の今回の出力信号をＹ０とすると、

【数４】Ｙ０＝Ｖ／（１＋α）−Ｙ１＊α／（１＋α） でＹ０を計算する。但し、ノイズ信号が正のときαも正
であり、ノイズ信号が負のときαも負である。

【００１９】αを上記と同様に１／４サンプルとする
と、ノイズ信号が正のとき、Ｙ０は

【数５】Ｙ０＝（４／５）＊Ｖ＋１／５＊Ｙ１ で求められ、ノイズ信号が負のとき、Ｙ０は

【数６】Ｙ０＝（４／３）＊Ｖ−１／３＊Ｙ１ で求められる。

【００２０】従って、図４（ａ）に示すように非線形処
理装置６からの出力信号ｄ１ｃが入力されたとき、ノイ
ズ信号は正であるので、数５に従って演算した値を持つ
１／４サンプル進めた出力信号Ｄ１１が、逆位相変調装
置８から出力される。また、非線形処理装置６からの出
力信号ｄ２ｃが入力されたとき、ノイズ信号は負である
ので、数６に従って演算した値を持つ１／４サンプル遅
延させた位相の出力信号Ｄ２１が、逆位相変調装置８か
ら出力される。以下、同様にしてｄ３ｃ乃至ｄ７ｃは、
Ｄ３１乃至Ｄ７１に逆位相変調されて、出力される。

【００２１】このように位相変調装置２によって位相変
調された信号は、逆位相変調装置８によって逆位相変調
されるので、元の波形に戻るが、非線形処理装置６での
非線形処理によって発生した折り返し雑音は、逆位相変
調装置８によって位相変調を受けるだけである。従っ
て、この位相変調によって発生した各側波帯Ｆａが、図
５に示す逆位相変調装置の出力信号の信号スペクトル図
から明らかなように、様々な周波数に拡散されるので、
目立たなくなる。なお、図５において、Ｆ０は、基本波
成分、Ｆ１乃至Ｆ５は、非線形処理装置６によって付加
された倍音成分を示す。

【００２２】なお、上記の実施例では、変調装置２によ
る変調及び逆変調装置８による逆変調は、それぞれ１／
４サンプルだけ遅延させるか、進めるかによって行った
が、必ずしも１／４サンプルに限ったものではなく、他
のサンプル値だけ遅延させたり、進めたりしてもよい。

【００２３】また、上記の実施例では、変調装置２によ
る変調は、位相変調しようとするディジタル入力信号Ｘ
０、１サンプル前のディジタル入力信号Ｘ１による直線
補間（１次補間）を行ったが、これ以外の補間法を使用
することができる。例えば、ディジタル入力信号Ｘ０、
Ｘ１の他に、位相変調しようとするディジタル入力信号
Ｘ０より２サンプル前のディジタル入力信号Ｘ２を用
い、Ｘ０とＸ１との値によりＸ０からαサンプル進めた
値ａ〔＝Ｘ１＋（Ｘ０−Ｘ１）（１−α）〕と、Ｘ１と
Ｘ２との値によりＸ１からαサンプル進めた値ｂ〔＝Ｘ
２＋（Ｘ１−Ｘ２）（１−α）〕とを求め、ａ、ｂ間の
傾きを求めておき、ノイズ信号が正のときａ、ｂを外挿
してαサンプルだけ進めた値ｃを、ノイズ信号が負の値
のとき、ａ、ｂを内挿してαサンプルだけ遅延させた値
ｄを求めてもよい。この場合、ｃ、ｄは、数７、数８に
よって表される。

【００２４】

【数７】 ｃ＝ａ＋α（ａ−ｂ） ＝Ｘ１＋（Ｘ０−Ｘ１）（１−α） ＋α（Ｘ１＋（Ｘ０−Ｘ１）（１−α）−Ｘ２−（Ｘ１−Ｘ２）（１−α） ＝（１−α² ）Ｘ０＋２α² Ｘ１−α² Ｘ２

【数８】 ｄ＝ａ−α（ａ−ｂ） ＝Ｘ１＋（Ｘ０−Ｘ１）（１−α） −α（Ｘ１＋（Ｘ０−Ｘ１）（１−α）−Ｘ２−（Ｘ１−Ｘ２）（１−α） ＝（１−α）² Ｘ０＋２α（１−α）Ｘ１＋α² Ｘ２

【００２５】αを１／４サンプルとしたとき、数７、数
８は、それぞれ数９、数１０で表される。

【００２６】

【数９】 ｃ＝（１５／１６）＊Ｘ０＋（１／８）＊Ｘ１−（１／１６）＊Ｘ２

【数１０】 ｄ＝（９／１６）＊ｘ０＋（３／８）＊Ｘ１＋（１／１６）＊Ｘ２

【００２７】また、数９、数１０に基づいて変調する場
合の逆変調は、ノイズ信号が正の場合、数１１によっ
て、ノイズ信号が負の場合、数１２によって、それぞれ
行う。この数９、数１０、数１１、数１２による変調及
び逆変調の方が、実験の結果、ノイズが少なかった。

【００２８】

【数１１】 Ｙ０＝０．６＊Ｖ＋０．５３＊Ｙ１−０．１３＊Ｙ２

【数１２】Ｙ０＝Ｖ なお、Ｙ０は、今回の逆位相変調装置８の出力信号、Ｙ
１は１サンプル前の逆位相変調装置８の出力信号、Ｙ２
は２サンプル前の逆位相変調装置８の出力信号、Ｖは今
回の逆位相変調装置８の入力信号である。

【００２９】上記の実施例では、非線形処理装置６は、
入力信号のレベルが閾値レベルＬ以上になったとき出力
レベルをＬに、入力信号のレベルが閾値レベル−Ｌ以下
になったとき、出力レベルを−Ｌにクリップし、入力信
号のレベルが閾値レベルＬと−Ｌとの間では入力信号を
そのまま出力するものを示したが、入力信号のレベルが
閾値レベルＬと−Ｌとの間でも、入力信号レベルと異な
る信号レベルを出力するようにしてもよい。

【００３０】また、上記の実施例では、ノイズ信号とし
て２値のものを示したが、例えば正、零、負の３値のも
のを使用し、零の場合には、変調や逆変調を施さないよ
うにしてもよい。さらに第１及び第２の正、第１及び第
２の負の４値のノイズ信号とし、第１の正または負の場
合、１／４サンプル遅延または進めた変調及び逆変調と
し、第２の正または負の場合１／８サンプル遅延または
進めた変調及び逆変調としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非線形
処理手段によって発生した折り返し雑音は、第２の変調
手段だけで変調されるので、拡散され、目立たなくな
る。従って、オーバーサンプリングやアンダーサンプリ
ングする必要がなく、ＤＳＰによって本発明を実施して
も、ＤＳＰの処理量はさして増えず、ＤＳＰの負担は少
なく、入力信号に対して他の効果を付加する余裕が生じ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非線形処理装置の１実施例のブロ
ック図である。

【図２】同実施例の変調装置の動作の説明図である。

【図３】同実施例の非線形処理装置の動作の説明図であ
る。

【図４】同実施例の逆変調装置の動作の説明図である。

【図５】同実施例の逆変調装置の出力信号のスペクトラ
ム図である。

【図６】従来の非線形処理装置の動作の説明図である。

【図７】従来の非線形処理装置の入力信号及び出力信号
の周波数スペクトラム図である。

【符号の説明】

２ 位相変調装置（第１の変調手段） ４ ノイズ発生装置（ノイズ発生手段） ６ 非線形処理装置（非線形処理手段） ８ 逆位相変調装置（第２の変調手段）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル入力信号を変調する第１の変
   調手段と、該第１の変調手段からの出力信号を非線形処
   理する非線形処理手段と、該非線形処理手段からの出力
   信号を位相変調する第２の変調手段と、第１及び第２の
   変調手段にノイズ信号を供給するノイズ発生手段とを、
   具備し、第１及び第２の変調手段は、入力信号に上記ノ
   イズ信号によって変調を施すもので、かつ第１の変調手
   段からの出力信号をそのまま第２の変調手段に入力した
   場合には第１の変調手段への入力信号とほぼ同じ信号が
   第２の変調手段から出力される変調方式であることを特
   徴とする非線形処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非線形処理装置におい
   て、上記位相変調を加重平均によって行うことを特徴と
   する非線形処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の非線形処理装置におい
   て、上記ノイズ信号が２値信号であることを特徴とする
   非線形処理装置。