JP3882363B2 - 楽音信号のエフェクト回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力される楽音信号を利用して特定帯域の音を発生するエフェクト回路に関し、もとの楽音信号に含まれていない帯域の音をもとの楽音信号に同期して発生できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
楽器の演奏や音楽の再生等において特定帯域の音を強調しようとする場合、従来においてはそれらの楽音信号をイコライザに入力して希望する帯域のゲインを持ち上げることにより実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記イコライザによる方法では、特定帯域の音（例えば３０Ｈｚ等の低音）を強調しようとしても、もとの楽音信号（原音）にその帯域成分が含まれていなければあるいは非常にわずかしか含まれていなければ、強調することはできなかった。また、演奏音や再生音のアタック感、リリース感等はもとの楽音信号に相似したものに限られていた。
【０００４】
この発明は、従来の技術における問題点を解決して、もとの楽音信号に含まれていないあるいは非常にわずかしか含まれていない帯域の音をもとの楽音信号に同期して発生できるようにした楽音信号のエフェクト回路を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、楽音信号を入力し、その音量レベルの時間変化を検出し、該時間変化に対応した波形を有する信号を生成する波形生成器と、任意の共振周波数に設定され、前記波形生成器の出力信号を入力する共振器とを具備し、該共振器から出力される共振信号をスピーカの駆動信号として出力してなるものである。この発明によれば、演奏音や再生音の音量レベルの時間変化を検出することによりパルス系の波形が得られ、このパルス系の信号で共振器がトリガされて、該共振器から共振信号が発生されて再生される。したがって、もとの楽音信号に含まれていない帯域の音であっても発生することができる。この発生された共振信号をもとの楽音信号にミキシングして再生することにより、特定の帯域を強調することができる。
【０００６】
共振器は、共振周波数の異なるものを複数個並列に設けることができる。共振器の共振周波数、Ｑ、入力ゲイン等のパラメータを使用者の操作に基づき可変できるようにしておけば、効果を可変することができる。すなわち、共振周波数を制御することにより、共振信号の帯域を可変することができる。また、Ｑを制御することにより、共振信号のリリース（音の余韻）を可変することができる。すなわち、Ｑが高いほど、共振回路の共振時間が長くなり、結果的にリリース感を可変することができる。また、入力ゲインを制御することにより、共振信号の帯域の音量を可変することができる。また、共振信号ともとの楽音信号のミキシング比率を使用者の操作に基づき可変できるようにすることによってもとの楽音信号に対する強調の度合を可変することができる。
【０００７】
前記波形生成回路は、例えば、入力される楽音信号の波形を絶対値化する絶対値回路と、該絶対値回路の出力信号の波形のピーク値を検出し保持して出力し、保持した値より大きなピーク値が検出されたときは保持値を該より大きなピーク値に更新して出力し、該更新が行われないときは適宜の時定数で出力を減少させるピーク値保持回路とを具備して構成することができる。この場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数を使用者の操作に基づき可変できるようにしておけば、共振信号のアタック（音の立ち上がり）を可変することができ、結果的に、共振信号による帯域の音のアタック感を可変することができる。すなわち、カットオフ周波数を上げるほどアタック感は強くなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１に示す。入力端子１０から入力される楽音信号（楽器の演奏信号、音楽の再生信号、ボーカル信号等）は、トリガ生成器１２に入力される。トリガ生成器１２はこの発明の波形生成器に相当するもので、入力される楽音信号のエンベロープに相当する音量レベルの時間変化を検出し、この時間変化に対応した波形を有する信号（楽器の演奏あるいは音楽の再生に伴ってレベル変化するパルス系の信号となる。）を生成し出力する。トリガ生成器１２の出力信号は共振器１４，１６，１８に並列に入力される。共振器１４，１６，１８のＱは大きな値に設定され、共振周波数は異なる値（付加したい帯域の音に相当する周波数）に設定されている。共振器１４，１６，１８はパルス系の信号が入力されると共振し、それぞれの共振周波数を中心帯域とする共振信号を発生する。
【０００９】
共振器１４，１６，１８から出力される信号は、可変アンプ２０，２２，２４でミキシング比率が調整された後ミキシング回路２６でミキシングされる。ミキシングされた共振信号はさらにミキシング回路２８でドライ音信号（もとの楽音信号）とミキシングされる。共振信号とドライ音信号のミキシング比率は可変アンプ３０，３２で調整される。ミキシング回路２８の出力信号は出力端子３４から出力され、アンプで増幅されてスピーカで発音される。
【００１０】
図１の回路において、共振器１４，１６，１８の共振周波数を例えば３０Ｈｚ，７０Ｈｚ，１００Ｈｚ程度の周波数にそれぞれ設定し、通常のベースギターの楽音信号を入力すると、この楽音信号に同期して超低域がブーストされた音が発生される。したがってベースギターそのものの演奏音に、ベースアンプの持つ個性とか、演奏される部屋の共振周波数とか、よりアタック感を持った音が付加されるといった効果が期待でき、イコライザだけでは得られない音楽的な効果として用いることができる。なお、共振器１４，１６，１８の共振周波数は低域に限るものではないが、曲への応用上は低域の方が扱いやすい。
【００１１】
図１の回路の具体例を図２に示す。図２の（ａ）〜（ｇ）の箇所の信号波形を図３に（ａ）〜（ｇ）でそれぞれ示す。入力端子１０Ｌ，１０Ｒから入力された左右各チャンネルの楽音信号（ディジタル信号）は、可変アンプ３６，３８でレベルバランスが調整された後ミキシング回路４０でミキシングされて（図３（ａ））、トリガ生成器１２に入力される。トリガ生成器１２の入力側に入力制限回路を設けて、一定のレベル以上の信号のみを通過させるようにすることもできる。トリガ生成器１２に入力された信号は、絶対値回路４２で両波整流されて絶対値化されて（図３（ｂ））、ピーク値保持回路４４に入力される。ピーク値保持回路４４は、その入力信号の波形のピーク値を検出し保持して出力する回路で（図３（ｃ））、より大きなピーク値が検出されたときはそのピーク値に更新し、更新が行われなくなると適宜の時定数で出力を減少させるように構成されている。
【００１２】
ピーク値保持回路４４の構成および動作について説明する。絶対値化された入力信号は、反転アンプ４８で逆性が反転され、加算器５０で帰還回路からの信号と加算される。整流回路５２はその入力が０または正のときは該入力をそのまま通過させ、負のときは０を出力する。
【００１３】
整流回路５２の出力信号と絶対値回路４２の出力信号は加算器５４で加算され、その加算出力は１サンプル遅延回路５６で１サンプル遅延され、帰還アンプ５８を介して加算器５０に入力される。
【００１４】
いま、図４に示すように、ピーク値保持回路４４の入力をＡ_n 、出力をｙ_n 、帰還アンプ５８のゲインをＫ（Ｋ≦１）とする。このとき加算器５０の出力はＫｙ_n-1 −Ａ_n となる。整流回路５２の出力をfunc(x) （ただしｘ＝Ｋｙ_n-1 −Ａ_n ）とすると、func(x) の値は、

となる。そして、出力ｙ_n は
ｙ_n ＝Ａ_n ＋func（Ｋｙ_n-1 −Ａ_n ） （３）
となる。
【００１５】
いま仮に、Ｋ＝１とすると、ｙ_n-1 ≧Ａ_n のときは、（１）式から
func（Ｋｙ_n-1 −Ａ_n ）＝ｙ_n-1 −Ａ_n
となるから、（３）式から
ｙ_n ＝ｙ_n-1
となる。また、ｙ_n-1 ＜Ａ_n のときは、（２）式から
func（Ｋｙ_n-1 −Ａ_n ）＝０
となるから、（３）式から
ｙ_n ＝Ａ_n
となる。すなわち、ピーク値保持回路４４は、現入力サンプル値Ａ_n が１サンプル前の出力値ｙ_n-1 より小さいかまたは等しければ、１サンプル前の出力値ｙ_n-1 を保持して出力し、現入力サンプル値Ａ_n が１サンプル前の出力値ｙ_n-1 より大きければ、保持値を現入力サンプル値Ａ_n に更新して出力する。このようにしてピーク値保持が行われる。
【００１６】
ただし、Ｋ−１であるとピーク値が保持されたままになるので、Ｋ＜１に設定して時定数を持たせて、入力値が減少したときに、保持している値を少しずつ減少させるようにする。Ｋの値は使用者の操作により変更可能であり、Ｋの値によって減少時の時定数が調整される。すなわち、Ｋの値を小さくするほど時定数は小さくなり、保持値の減少速度は速くなる。
【００１７】
図２において、ピーク値保持回路４４の出力信号はローパスフィルタ４６でピーク、ディップが除去される（図３（ｄ））。ローパスフィルタ４６のカットオフ周波数は使用者の操作により変更可能であり、このカットオフ周波数によって共振信号のアタック感を調整することができる。すなわち、カットオフ周波数を下げるほどピーク値保持回路４４の出力信号波形がなまり、共振信号のアタック感が弱くなり、カットオフ周波数を上げるほどアタック感が強くなる。
【００１８】
トリガ生成器１２の出力信号は共振器１４，１６，１８に入力される。共振器１４，１６，１８の入力段に配置されている可変アンプ６０，６２，６４は共振器１４，１６，１８の入力ゲインを調整するもので、使用者の操作に基づき個別に調整される。この入力ゲインの調整により共振信号のミキシング比率を変えて効果を調整したり、共振器１４，１６，１８のオーバーフローを防止することができる。
【００１９】
共振器１４，１６，１８は、例えばＱ値が非常に高い２次の極を持つディジタルフィルタで構成され、共振周波数が異なる値ｆ_c1，ｆ_c2，ｆ_c3に設定され、その入力がパルス系信号の場合、共振周波数ｆ_c1，ｆ_c2，ｆ_c3を増幅する出力が得られる（図３（ｅ），（ｆ），（ｇ））。共振器１４，１６，１８内の後段の１次フィルタ６６，６８，７０は、共振周波数をそれぞれｆ_c1，ｆ_c2，ｆ_c3としたローパスフィルタまたはハイパスフィルタで構成され、余分な成分を排除する働きをする。共振器１４，１６，１８の共振周波数ｆ_c1，ｆ_c2，ｆ_c3は使用者の操作に基づいて様々に変更することができる。また、共振器１４，１６，１８のＱ値も使用者の操作に基づき調整可能で、Ｑ値を変えることによってリリース感を調整することができる。すなわち、Ｑ値を高くするほどパルス系入力によって得られる共振時間が長くなり、リリース感が長く得られる。
【００２０】
共振器１４，１６，１８から出力される共振信号は可変アンプ２０，２２，２４を介してミキシング回路２６でミキシングされる。可変アンプ２０，２２，２４は使用者の操作に基づいてミキシング比率の調整を行う。なお、図２の構成によれば、共振信号のミキシング比率の調整を共振器１４，１６，１８の入力側の可変アンプ６０，６２，６４と出力側の可変アンプ２０，２２，２４の両方で行えるようにしたが、いずれか一方側だけで行えるようにしてもよい。
【００２１】
ミキシング回路２６の出力信号はハイパスフィルタ７２で直流成分が除去され、ローパスフィルタ７４で高域成分が除去される。ローパスフィルタ７４のカットオフ周波数は使用者の操作に基づき調整可能で、その調整により効果を変更することができる。ローパスフィルタ７４から出力される共振信号は可変アンプ３０Ｌ，３０Ｒを介してミキシング回路２８Ｌ，２８Ｒに入力される。ドライ信号は可変アンプ３２Ｌ，３２Ｒを介してミキシング回路２８Ｌ，２８Ｒに入力される。ミキシング回路２８Ｌ，２８Ｒはドライ音信号と共振信号をミキシングする。ドライ音信号と共振信号のミキシング比率およびパン（左右バランス）は、使用者の操作に基づき調整することができる。ミキシング回路２８Ｌ，２８Ｒの出力信号は出力端子３４Ｌ，３４Ｒから出力され、Ｄ／Ａ変換され、アナログアンプで増幅されてスピーカから再生される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】 図１の具体例を示す回路図である。
【図３】 図２に（ａ）〜（ｇ）で示した箇所のそれぞれの波形図である。
【図４】 図２のピーク値保持回路４４の動作説明図である。
【符号の説明】
１２…トリガ生成器（波形生成器）、１４，１６，１８…共振器、２６，２８，２８Ｌ，２８Ｒ…ミキシング回路、４２…絶対値回路、４４…ピーク値保持回路、４６…ローパスフィルタ。

Claims (6)

1. 楽音信号を入力し、その音量レベルの時間変化を検出し、該時間変化に対応した波形を有する信号を生成する波形生成器と、
   任意の共振周波数に設定され、前記波形生成器の出力信号を入力する共振器とを具備し、
   該共振器から出力される共振信号をスピーカの駆動信号として出力してなる楽音信号のエフェクト回路。
2. 楽音信号を入力し、その音量レベルの時間変化を検出し、該時間変化に対応した波形を有する信号を生成する波形生成器と、
   共振周波数が異なる値に設定され、前記波形生成器の出力信号を並列に入力する複数の共振器と、
   該複数の共振器から出力される複数の共振信号をミキシングするミキシング回路とを具備し、
   該ミキシング回路から出力される共振信号をスピーカの駆動信号として出力してなる楽音信号のエフェクト回路。
3. 前記波形生成器が、
   入力される楽音信号の波形を絶対値化する絶対値回路と、
   該絶対値回路の出力信号の波形のピーク値を検出し保持して出力し、該保持した値より大きなピーク値が検出されたときは保持値を該より大きなピーク値に更新して出力し、該更新が行われないときは適宜の時定数で出力を減少させるピーク値保持回路と、
   該ピーク値保持回路の出力信号のピーク、ディップを除去するローパスフィルタと
   を具備してなる請求項１または２記載の楽音信号のエフェクト回路。
4. 前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が、使用者の操作に基づき可変に構成されている請求項３記載の楽音信号のエフェクト回路。
5. 前記共振器の共振周波数、Ｑ、入力ゲインのうち１または複数のパラメータが、使用者の操作に基づき可変に構成されている請求項１から４のいずれかに記載の楽音信号のエフェクト回路。
6. 前記出力される共振信号ともとの楽音信号をミキシングするミキシング回路をさらに具備し、
   該ミキシング回路でミキシングする前記共振信号ともとの楽音信号のミキシング比率が、使用者の操作に基づき可変に構成されている請求項１から５のいずれかに記載の楽音信号のエフェクト回路。

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