JP4111492B2 - バーチャルトランスおよびこれを用いた楽音信号処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インピーダンス変換機能を半導体素子で実現したソリッドステート型のトランスであるバーチャルトランスおよびこれを用いた楽音信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギター楽器等からの楽音信号を増幅してこれをスピーカーから出力されるための回路は様々なものが提案されている。例えば特開２０００−３１７５４号公報に記載の信号増幅回路によれば、入力信号を真空管で増幅してカレントミラー回路を介してトランスにてインピーダンス変換してスピーカーから楽音を放音するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトランスにあっては１次側と２次側の巻線比で入力側と出力側のインピーダンス比が定まるものであり、鉄芯等に巻線を巻回して設ける大掛りな構成となっていた。
【０００４】
そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、ソリッドステートでインピンダンス変換可能なバーチャルトランスとこれを用いた楽音信号処理装置とを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、第１の演算増幅器とこの出力側に接続された第１の抵抗（抵抗値ｒ１）と前記第１の演算増幅器の反転入力端子に接続された第１の入力抵抗（抵抗値Ｒ１）とからなる第１の直列回路と、
第２の演算増幅器とこの出力側に接続された第２の抵抗（抵抗値ｒ２）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子に接続された第２の入力抵抗（抵抗値Ｒ３）とからなる第２の直列回路と、を有し、
前記第１の抵抗（抵抗値ｒ１）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子とが前記第２の入力抵抗（抵抗値Ｒ３）を介して接続されると共に、前記第２の抵抗（抵抗値ｒ２）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子とが前記第１の入力抵抗（抵抗値Ｒ１）を介して接続されるように構成し、更に、
前記第１の演算増幅器には、
当該第１の演算増幅器の出力側から当該第１の演算増幅器の反転入力側へ負帰還ループを構成するように第１の負帰還抵抗（抵抗値Ｒ２）が接続されており、
前記第２の演算増幅器には、
当該第２の演算増幅器の出力側から当該第２の演算増幅器の反転入力側へ負帰還ループを構成するように第２の負帰還抵抗（抵抗値Ｒ４）が接続されており、
「Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ４／Ｒ３、ｒ１≪Ｒ３、ｒ２≪Ｒ１」となるように構成されたことを特徴とするようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
（バーチャルトランス７０の実施形態）
図１にバーチャルトランス７０を含む回路図を示す。バーチャストランス７０の前段には不図示の真空管が接続されていて、Ｖｓｉｇなる信号を生成する信号源４０とバーチャルトランス７０の入力側には真空管内部インピーダンス５０（インピーダンス値ｒｐ）が介在することになる。一方、バーチャルトランス７０の出力側には不図示のスピーカーが接続されており、バーチャルトランス７０の出力側と接地点との間にはスピーカーのインピーダンス（インピーダンス値Ｚｓｐ）が介在している。
【００１０】
バーチャルトランス７０は、第１の直列回路２０と第２の直列回路２１とを並列に接続して構成されている。第１の直列回路２０は、演算増幅器１とこの演算増幅器１の出力端子に接続された抵抗１０（抵抗値ｒ１）とが接続されている。そして、演算増幅器１にはその出力端子と反転入力端子とを負帰還接続する抵抗２（抵抗値Ｒ２）が接続されていると共に、その反転端子には抵抗３（抵抗値Ｒ１）も接続されている。
【００１１】
また、第２の直列回路２１は、演算増幅器２とこの演算増幅器２の出力端子に接続された抵抗１１（抵抗値ｒ２）とが接続されている。そして、演算増幅器２にはその出力端子と反転入力端子とを負帰還接続する抵抗５（抵抗値Ｒ４）が接続されていると共に、その反転端子には抵抗４（抵抗値Ｒ３）も接続されている。
【００１２】
そして、第１の直列回路２０の抵抗３と第２の直列回路２１の抵抗１１とが接続されると共に、第２の直列回路２１の抵抗４と第１の直列回路２１の抵抗１０とが接続されて、第１の直列回路２０および第２の直列回路２１が並列接続されている。
【００１３】
今、バーチャルトランス７０の入力電圧を「Ｖ１」、抵抗１１に流れ込む電流を「ｉ１」、出力電圧を「Ｖｏｕｔ」とすると、演算増幅器の基本動作等から以下の式（１）〜（４）が得られる。「Ｒ１、Ｒ３≫Ｚｓｐ、ｒｐ」とする。
【００１４】
「Ｖｏｌｔａｇｅ（ａｔ“Ａ”：演算増幅器１の出力点）＝−Ｖｉｎ・（Ｒ２／Ｒ１）：（１）」、「Ｖｏｕｔ＝−Ｖｉｎ・（Ｒ１／Ｒ２）・（Ｚｓｐ／（ｒ１＋Ｚｓｐ））：（２）」、「Ｖｏｌｔａｇｅ（ａｔ“Ｂ”：演算増幅器２の出力点）＝−Ｖｏｕｔ・（Ｒ４／Ｒ３）：（３）」、「ｉ１＝（Ｖｉｎ−（−Ｖｏｕｔ・（Ｒ４／Ｒ３）））／ｒ２：（４）」
となる。
【００１５】
したがって、バーチャルトランス７０の左側から見た入力インピーダンスをＺｉｎとおくと、「Ｚｉｎ＝Ｖｉｎ／ｉ１＝ｒ２・Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−（−Ｖｏｕｔ・（Ｒ４／Ｒ３）））＝ｒ２・Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−（Ｖｉｎ・（Ｒ１／Ｒ２））・（Ｚｓｐ／（ｒ１＋Ｚｓｐ）・（Ｒ４／Ｒ３）））：（５）」なる式（５）が導かれる。
【００１６】
今「Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ４／Ｒ３」の条件があれば、式（５）から「Ｚｉｎ＝ｒ２／（１−Ｚｓｐ／（ｒ１＋Ｚｓｐ））＝（ｒ１＋Ｚｓｐ）・ｒ２／ｒ１：（６）」なる式（６）が導かれる。
【００１７】
したがって、「Ｚｓｐ≫ｒ１」が成立するのであれば、「Ｚｉｎ＝（ｒ２／ｒ１）・Ｚｓｐ」となる。このことは、バーチャルトランス７０がＺｉｎとＺｓｐ即ち入力側と出力側のインピーダンス変換機能を有していることになる。
【００１８】
このように、演算増幅器１（第１の演算増幅器）とこの出力側に接続された抵抗１０（第１の抵抗）とを含む第１の直列回路２０と、演算増幅器２（第２の演算増幅器）とこの出力側に接続された抵抗１１（第２の抵抗）とを含む第２の直列回路２１とを有し、抵抗１０（第１の抵抗）と演算増幅器２（第２の演算増幅器）の入力側とを接続すると共に、抵抗１１（第２の抵抗）と演算増幅器１（第１の演算増幅器）の入力側とを接続する。そして、演算増幅器１（第１の演算増幅器）は、負帰還抵抗２（抵抗値Ｒ２：第１の負帰還抵抗）が接続されていると共にその反転入力端子には抵抗３（抵抗値Ｒ１：第１の入力抵抗）が接続され、演算増幅器２（第２の演算増幅器）は、負帰還抵抗５（抵抗値Ｒ４：第２の負帰還抵抗）が接続されていると共にその反転入力端子には入力抵抗４（抵抗値Ｒ３：第２の入力抵抗）が接続され、「Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ４／Ｒ３、ｒ１≪Ｒ３、ｒ２≪Ｒ１」となるように設定すれば、インピーダンス変換機能を有するトランスを半導体素子のみで即ちソリッドステート型で構成することが可能になる。
【００１９】
（応用例）
図２は、図１で説明したバーチャルトランスを応用した楽音信号処理装置２００の構成図である。この楽音信号処理装置２００は、楽音信号を入力する入力端子１００に接続されたプリアンプ回路１１０と、パワーアンプ１２０と、バーチャルトランス１３０と、スイッチ１５０と、バーチャルスピーカー１４０とを備えている。楽音信号としては例えばギターからのものが挙げられる。
【００２０】
プリアンプ回路１１０はＡ／Ｄ１１１と、ＤＳＰ１１２と、Ｄ／Ａ１１３とを有している。入力端子１００から供給された楽音信号はＡ／Ｄ１１１によってアナログデジタル変換され、ＤＳＰ１１２はこのデジタル信号に対してイコライズングや歪み付加等を行ってギターアンプの特性をエミュレートするデジタル信号処理を実行する。このような処理が施されたデジタル信号はＤ／Ａ１１３でデジタルアナログ変換されてパワーアンプ回路１２０に供給される。なお、このプリアンプ回路１２０はアナログ信号回路としてアナログ素子のみで構成することもできる。
【００２１】
パワーアンプ回路１２０は、真空官等で構成され入力信号を増幅してバーチャルトランス１３０に供給する。バーチャルトランス１３０は、図１で説明したバーチャルトランス７０と同一のものであり、インピーダンス変換機能を有する。バーチャルスピーカ回路１４０は、図４に示すように周波数に応じてインピーダンスが変化する実際のスピーカーの特性をエミュレートするものである。図３にはバーチャルスピーカー回路１４０の具体例を示している。抵抗３００、３０１、コイル３０２、３０２で構成したフィルター部と、トランス３０５とを有していて、上記フィルター部等で実際には接続しないスピーカーのインピーダンスの周波数特性を模擬している。なお、スピーカーは不接続であるため実際には音出力されない。
【００２２】
バーチャルトランス１３０とバーチャルスピーカー回路１４０との間にはスイッチ１５０が設けられている。スイッチ１５０が上側で接続すると、バーチャルトランス１３０とバーチャルスピーカー回路１４０が接続されるが、スイッチ１５０が下側で接続されると、バーチャルトランス１３０とスピーカー端子１６０とが接続される。このスピーカー端子１６０には実際のスピーカーを接続することができる。また、バーチャルスピーカー１４０への信号はバッファ１７０を介してＬＩＮＥ出力端子１７１に接続され、これに録音装置が接続可能になっている。なお、バッファ１７０は録音装置のＬＩＮＥ入力に整合する増幅率および出力オンピーダンスを有するものとなっている。
【００２３】
このようにプリアンプ回路１１０、パワーアンプ回路１２０、バーチャルトランス１３０、バーチャルスピーカー回路１４０が動作を行うと、スピーカーを実際に駆動させている状態を模擬的に作り出すことができる。そして、スピーカー模擬駆動によるインピーダンスの変動はバーチャルトランス１３０を介して、パワーアンプ回路１２０に影響を与えるようになるため、よりリアルな楽音エミュレートを実現することが可能になる。
【００２４】
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で上記実施形態に種々の変形や変更を施すことが可能となる。また、バーチャルトランス７０の応用例は図２に示した楽音信号処理装置に限られず、各種の装置に適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ソリッドステートでインピンダンス変換可能なバーチャルトランスとこれを用いた楽音信号処理装置とを提供することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バーチャルトランス７０を含む回路の構成図である。
【図２】楽音信号処理装置２００の構成図である。
【図３】バーチャルスピーカー回路１４０の回路構成例の説明図である。
【図４】スピーカーの周波数特性の説明図である。
【符号の説明】
１ 演算増幅器
２ 演算増幅器
２ 抵抗
３ 抵抗
４ 抵抗
５ 抵抗
１０ 抵抗
１１ 抵抗
７０ バーチャルトラン
１１０ プリアンプ回路
１２０ パワーアンプ
１３０ バーチャルトランス
１４０ バーチャルスピーカー
１５０ スイッチ
２００ 楽音信号処理装置

Claims (1)

1. 第１の演算増幅器とこの出力側に接続された第１の抵抗（抵抗値ｒ１）と前記第１の演算増幅器の反転入力端子に接続された第１の入力抵抗（抵抗値Ｒ１）とからなる第１の直列回路と、
   第２の演算増幅器とこの出力側に接続された第２の抵抗（抵抗値ｒ２）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子に接続された第２の入力抵抗（抵抗値Ｒ３）とからなる第２の直列回路と、を有し、
   前記第１の抵抗（抵抗値ｒ１）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子とが前記第２の入力抵抗（抵抗値Ｒ３）を介して接続されると共に、前記第２の抵抗（抵抗値ｒ２）と前記第２の演算増幅器の反転入力端子とが前記第１の入力抵抗（抵抗値Ｒ１）を介して接続されるように構成し、更に、
   前記第１の演算増幅器には、
   当該第１の演算増幅器の出力側から当該第１の演算増幅器の反転入力側へ負帰還ループを構成するように第１の負帰還抵抗（抵抗値Ｒ２）が接続されており、
   前記第２の演算増幅器には、
   当該第２の演算増幅器の出力側から当該第２の演算増幅器の反転入力側へ負帰還ループを構成するように第２の負帰還抵抗（抵抗値Ｒ４）が接続されており、
   「Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ４／Ｒ３、ｒ１≪Ｒ３、ｒ２≪Ｒ１」となるように構成されたことを特徴とするバーチャルトランス。

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