JP6424421B2

JP6424421B2 - 音響装置

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Publication number: JP6424421B2
Application number: JP2013227921A
Authority: JP
Inventors: 厚志清水
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: JP2015087686A; US20150125001A1; US9628907B2

Description

この発明は、電子楽器やエレキギター等の楽音信号を含む音響信号を処理し種々のエフェクトを加える音響装置に関する。

従来より、電子楽器やエレキギター等、あるいはギターアンプ等において楽音信号あるいはそれらの楽音信号を含む広義の音響信号を処理して種々のエフェクトを加える音響装置（以下、単にエフェクターということもある）が用いられている。これらのエフェクターにおいては、音を歪ませるディストーションや、残響効果を付与するリバーブ、原音にディレイを与えて「山びこ」の如く原音が繰り返しながら遠ざかって聞こえるようにするエコー、原音の音質（周波数分布）を変調するフランジャー、特定域の周波数成分のみを通すことで音をこもらせたり明るくしたりするワウワウ等の各種エフェクトが選択できるとともに、それらの各エフェクトのパラメータを随時設定変更できるようになっている。こうしたエフェクトは、原音の音質改善や臨場感向上等のさまざまな目的のためにアーティスト等により適宜選択・設定される。

このエフェクターは、通常、ＤＳＰ等のデジタル信号処理により構成されており、エフェクトのタイプを切り換えたりあるいは各エフェクトのパラメータを変更する等の場合、データ記憶をクリアしあるいは新たに演算をし直す等の処理をする必要があり、この変更のための処理には一定の時間を要し、その間、音が途切れたり耳障りなノイズが生じたりすることがある。すなわち、タイプを切り換えなくてもパラメータ値を不連続で大きく変更するとそれだけでノイズが発生する。また、ディレイ系のエフェクトタイプでは多サンプル分の音声信号をディレイラインと呼ばれる記憶装置に記憶しているので、エフェクト変更処理時にはそのディレイライン内にある多サンプル分のデータを初期化する都合上、ある程度の時間、エフェクトが正しく機能しない。また、エフェクト変更処理で、ＤＳＰが実行するマイクロコードを差し替える際にも、ある程度の時間、エフェクトが正しく機能しない。これらエフェクト変更処理の間、音が途切れたりノイズが生じたりするのは好ましくない。

そこで、従来では、下記特許文献１のように、エフェクト処理用の信号処理回路を経ずに原音信号を出力するバイパス経路を設け、エフェクト変更処理に要する時間ではバイパス経路の出力信号に切り換えて出力し、その時間の終了後、信号処理回路の出力信号に戻すように切り換えることによって、エフェクト変更処理時間中に音が途切れたり耳障りなノイズが出力されないようにしている。

また、下記特許文献２では、特許文献１と同様に、エフェクト処理用の信号処理回路（この文献２の図１ではフィルタおよびリバーブ）を経ずに原音信号を出力するバイパス経路を設けるとともに、フィルタやリバーブを経た出力信号とバイパス経路を経た信号とを加算する加算器を設けて、エフェクト変更処理がノイズ発生につながるか否かを判断し、ノイズ発生につながると判断されたときにフィルタやリバーブを経た出力信号を抑制するようにして、エフェクト変更処理時間中に生じる耳障りなノイズが出力されないようにしている。

特公平７６９６９０号公報（第２〜４頁、図１）特開平８−３０２７１号公報（第３〜４頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１、２等では、たしかにエフェクト変更処理時の音の途切れやノイズ発生に関しては改善されているが、エフェクト変更処理に要する時間、エフェクト処理用の信号処理回路の出力信号からこの信号処理回路を経ていないバイバス経路の出力信号に切り換えるという構成のみでは、かえって違和感が増大するという問題が生じる場合がある。

エフェクトには、上記のように、ディストーション、リバーブ、エコー、フランジャー等種々のものがある。例えば、リバーブやエコー等のディレイ系のように、原音に比べてエフェクト後の信号レベルや周波数特性があまり変化しないエフェクトタイプ同士のタイプチェンジであれば、上記のような信号切り換えだけでも問題が生じない場合があり得るが、信号処理回路の内部で音量レベルを設定したり、イコライザーを掛けるように設定されている場合は、上記のような信号切り換えだけでは不十分である。すなわち、信号処理回路の内部で音量レベルを設定したり、イコライザーを掛けるように設定されている場合は、エフェクト処理後の信号からバイパス経路を経た原音信号へと切り換えるだけでは、突然大音量の音響が出力され、大きな違和感がもたらされることがある。

また、ディストーション等の歪み系エフェクトやワウワウのように、原音に比べてエフェクト後の信号レベルや周波数特性が大きく変化するエフェクトタイプ同士のタイプチェンジを行う場合、とくに聴覚上の音量が小さくなるエフェクトタイプ同士のタイプチェンジを行う場合にも、エフェクト処理後の信号からバイパス経路を経た原音信号へと切り換えるだけでは、突然大音量の音響が出力され、大きな違和感がもたらされる。

この発明は、上記に鑑み、どのようにエフェクトを変更する場合でも、違和感をもたらす出力音量変化を生じることなくエフェクトを変更できるように改善した音響装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された本発明による音響装置は、原音響信号を処理し種々のエフェクトを加えて出力する音響信号処理手段と、該音響信号処理手段を経ずに原音響信号を出力するバイパス手段と、該バイパス手段中に設けられた出力利得調整手段と、上記音響信号処理手段にエフェクト変更指令が与えられたときに上記音響信号処理手段の出力信号から上記バイパス手段の出力信号へとクロスフェードにより切り換えて出力し、上記音響信号処理手段におけるエフェクト変更処理に要する時間の終了後に上記音響信号処理手段の出力信号へとクロスフェードにより戻して出力する出力信号切換手段と、上記音響信号処理手段の出力信号レベルと原音響信号レベルとの比率に応じて上記バイパス手段の出力利得調整手段を制御するバイパス出力利得制御手段とを備えることが特徴となっている。

上記のバイパス出力利得制御手段は、請求項２に記載したように、前記音響信号処理手段の出力信号レベルを検出する第１信号レベル検出器と、前記原音響信号レベルを検出する第２信号レベル検出器と、前記第１信号レベル検出器で検出した前記音響信号処理手段の出力信号レベルと前記第２信号レベル検出器で検出した前記原音響信号レベルとの比率に応じて前記出力利得調整手段を制御する減衰制御回路を備えるように構成してよい。また、一実施形態において、前記出力信号切換手段は、前記音響信号処理手段の出力信号レベルを調整する第１可変減衰器と、前記バイパス手段の出力信号レベルを調整するための第２可変減衰器と、前記第１可変減衰器と前記第２可変減衰器を制御する減衰制御回路を備えるように構成してよい。また、一実施形態において、バイパス出力利得制御手段は、等ラウドネス曲線に応じた周波数重み付け手段を備え、上記音響信号処理手段の出力信号の上記周波数重み付け手段を経た信号レベルと原音響信号の上記周波数重み付け手段を経た信号レベルとの比率に応じて上記バイパス手段の出力利得調整手段を制御することを特徴とする。

この発明によれば、エフェクト変更指令が与えられたときにそのエフェクト変更処理に要する時間、音響信号処理手段の出力信号からバイパス手段の出力信号へとクロスフェードにより切り換えて出力されるようになっており、そのバイパス手段の出力信号レベルは、バイパス手段中に設けられた出力利得調整手段を、音響信号処理手段の出力信号レベルと原音響信号レベルとの比率に応じて制御することによって、調整されるため、その切り換えの前後において、切換手段の出力信号レベルが変動することがなく、その切り換え時に突然大音量の音響が出力され違和感がもたらされるなどの不都合が解消される。

等ラウドネス曲線に応じた周波数重み付け手段を備え、音響信号処理手段の出力信号と原音響信号とを上記周波数重み付け手段に通した後の両者の信号レベルの比率に応じてバイパス手段の出力利得調整手段を制御することとすれば、人間の耳の聴覚により適合してバイパス手段の出力信号レベルを調整することができるようになるため、切り換えの前後における出力音響レベルの変動が聴覚上より少なくなるようにさらに改善することができる。

この発明の一実施例にかかる音響装置を示すブロック図である。図１の実施例における出力音圧レベルの時間的遷移を示すタイムチャートである。図１の実施例において仮に可変減衰器２２、信号レベル検出器２３、２４および減衰制御回路２５を備えないとした参考例の出力音圧レベルの時間的遷移を示すタイムチャートである。この発明の他の実施例にかかる音響装置を示すブロック図である。Ａ特性周波数特性を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はこの発明の一実施例にかかる音響装置を示すものである。この音響装置では、図１に示すように、エフェクター１１（音響信号処理手段）が備えられており、デジタル生成された楽音信号などの音響信号に対して、ディストーション、リバーブ、エコー、フランジャー等の種々のタイプのエフェクトを加えて出力する。このエフェクト後の音響信号は、図示しないオーディオアンプなどを経てスピーカーより音響として出力される。

アーティスト等はこの音響を各自の耳で聞きながら、ツマミやボタン等を操作することによってエフェクトタイプを変更したり、各パラメータを変更したりする。そのつまみ等の操作による変更指示がＣＰＵ１２に入力されると、ＣＰＵ１２から指令が出されて、エフェクター１１におけるエフェクトタイプが変更され、あるいは各パラメータが変更される。

このエフェクター１１をバイパスするバイパス経路２１（バイパス手段）が設けられている。このバイパス経路２１には可変減衰器（あるいは可変利得回路）２２が挿入され、バイパス経路２１を経て出力される信号レベルの調整がなされるようになっている。可変減衰器２２は、バイパス経路２１（バイパス手段）中に設けられた出力利得調整手段である。

エフェクター１１の出力信号とバイパス経路２１を経て出力される信号とは、信号切換回路であるクロスフェード回路３１によって切り換えられて出力される。クロスフェード回路３１は、エフェクター１１の出力レベルを調整するための可変減衰器（あるいは可変利得回路）３２と、バイパス経路２１の出力レベルを調整するための可変減衰器（あるいは可変利得回路）３３と、これら可変減衰器３２、３３を経たエフェクター１１の出力とバイパス経路２１の出力とを加算する加算器３４と、可変減衰器３２、３３の減衰を制御する減衰制御回路３５とからなる。クロスフェード回路３１は出力信号切換手段として機能する。

さらに、エフェクター１１の入力信号と出力信号が、それぞれ信号レベル検出器２３、２４に入力され、それぞれの信号レベルＬｉとＬｏとが検出されるようになっている。これら検出された信号レベルＬｉ、Ｌｏは減衰制御回路２５に入力され、これらの信号レベルＬｉ、Ｌｏの比Ｌｏ／Ｌｉに応じてバイパス経路２１中に挿入された可変減衰器２２が制御される。減衰制御回路２５はバイパス出力利得制御手段として機能する。

つぎに、この実施例の動作について図２のタイムチャートを参照しながら説明する。まず、エフェクター１１において、たとえばディストーションのエフェクトタイプが選択されており、エフェクト処理の結果としてエフェクター１１から出力される信号の音圧レベルが、図２の（Ａ）のタイミングｔ１の前（図では左側）のように、入力信号レベルに対して例えば「２５％」程度の比率であると仮定する。このようなディストーションの加えられた音響が出力されているときに、ツマミ等の操作によってＣＰＵ１２にエフェクトの変更入力が与えられたとする。

このときＣＰＵ１２からエフェクター１１に変更処理指令が出されて、エフェクター１１において、指令された変更後のエフェクト処理を実現するように、パラメータ等の変更処理が開始される。同時に、ＣＰＵ１２からクロスフェード回路３１の減衰制御回路３５にも指令が出され、この減衰制御回路３５によって可変減衰器３２、３３が制御され、図２の（Ａ）に示すようにタイミングｔ１から、エフェクター１１の出力レベルが徐々に降下し始め、かつバイパス経路２１の出力レベルが徐々に上昇していくようにされる。

こうしてタイミングｔ１の前には、可変減衰器３３がその減衰度最大とされて信号を全く通さない状態とされ、可変減衰器３２が減衰度最小とされて全然減衰しない（つまり入力信号そのままの出力レベル）で出力されている状態とされていて、すなわちエフェクター１１の出力信号のみが出力されている状態から、ｔ１よりエフェクター１１出力が減少し始めるとともにバイパス経路２１の出力が増大し始め、ｔ２の時点で、これらの増大・減少過程が終了し、ｔ２からはエフェクター１１の出力が完全抑圧されバイパス出力がそのままのレベルで出力されるようになる。

この場合、先に述べたように、変更処理前のエフェクター１１の出力信号の音圧レベルは入力信号に対して「２５％」の比率になっていると仮定しているため、信号レベル検出器２３、２４で検出したエフェクター１１の入力信号レベルＬｉと出力信号レベルＬｏの比はＬｏ／Ｌｉ＝０．２５となっている。減衰制御回路２５は、この比Ｌｏ／Ｌｉに応じて可変減衰器２２を制御するため、可変減衰器２２はその入力信号を２５％にまで減衰して出力するように制御されることになる。そこで、バイパス経路２１の出力は、原音響信号の２５％にまで減衰されたものとなっているため、ｔ２の時点でクロスフェード回路３１の出力（加算器３４の出力）は、２５％にまで減衰された原音響信号（エフェクター１１の入力信号）となっており、ｔ１より前の加算器３４の出力信号レベル（つまりエフェクター１１の出力信号レベル）と同じになる。

また、このｔ１〜ｔ２の移行期間では、一方の信号の減少と他方の信号の増大とが同量となるように、可変減衰器３２、３３に対する減衰制御回路３５による制御が行われているため、加算器３４によって加算された後の出力レベルはこの期間ｔ１〜ｔ２においても同じであり、変動はないことになる。

タイミングｔ３になるとエフェクター１１における変更処理が終了するので、この時点でバイパス出力から元のエフェクター１１の出力へと戻す行程が開始される。減衰制御回路３５の制御により、ｔ３から可変減衰器３２の減衰度が徐々に少なく（出力が大きく）なるとともに可変減衰器３３の減衰度が徐々に増大して（出力が小さくなって）いく。タイミングｔ４で可変減衰器３２の減衰度は０（減衰なし）となり、可変減衰器３３の減衰度は最大（信号を通さない状態）となる。タイミングｔ４以降は、エフェクター１１の出力がそのままクロスフェード回路３１から出力される。図２（Ａ）では、一例として、エフェクター１１における変更処理後の出力信号の音圧レベルが「３０％」程度の比率に相当するとしている。このｔ３〜ｔ４の移行期間では、加算器３４の出力レベルは、エフェクター１１における変更処理前の出力信号の音圧レベルから変更処理後の出力信号の音圧レベルまでスムーズに変化する。

この図２の（Ａ）ではエフェクター１１の変更処理前の出力信号レベルがその入力信号レベルの２５％程度の比率である例を示したが、エフェクター１１の出力信号レベルがその入力信号レベルの１００％程度の比率となる場合には図２の（Ｂ）のようになる。この場合、エフェクター１１の出力／入力信号レベル比Ｌｏ／Ｌｉ＝１となるため、バイパス経路２１に挿入された可変減衰器２２の減衰度は０（減衰なし）に制御される。したがって、移行期間ｔ１〜ｔ２の終了後、時点ｔ２より、ｔ１以前の出力レベルと同じレベルのバイパス出力が、エフェクター１１の出力から切り換えられて出力されることになる。これは、エフェクター１１における変更処理時間が終了する時点ｔ３まで続く。このエフェクター１１出力からバイバス出力への切り換え時（ｔ１〜ｔ２〜ｔ３）において、クロスフェード回路３１（加算器３４）の出力の変動が抑えられている。

この場合も、図２（Ｂ）で示すように、エフェクター１１における変更処理時間が終了した後において、移行期間ｔ３〜ｔ４を経て変更処理後のエフェクター１１出力に移行することになる。図２（Ｂ）では、一例として、エフェクター１１における変更処理後の出力信号の音圧レベルが「９０％」程度の比率に相当すると仮定している。

つぎに、かりに、従来例のように、バイパス経路２１に可変減衰器２２が備えられていず、可変減衰器２２の減衰度がエフェクター１１の出力／入力信号レベル比Ｌｏ／Ｌｉで制御されることがない構成が取られていたとして、その場合を参考例としてあげて述べると、出力音響レベルは図３のように大きく変動してしまう。すなわち、ここではエフェクター１１において、その出力レベルが入力された原音響信号のレベルの２５％の比率になるようなエフェクトが変更処理前に選択されていたとすると、ｔ１〜ｔ２の移行期間の終了時（ｔ２の時点）では、バイパス経路２１の出力信号（つまりエフェクター１１の入力信号である原音響信号）がそのままクロスフェード回路３１（加算器３４）から出力されることになるので、エフェクター１１の入力信号（現音響信号）レベルの１００％が出力されることになり、２５％→１００％へと大きく変動する。

また、バイパス経路２１の出力からエフェクター１１の出力へと戻すように切り換える移行期間ｔ３〜ｔ４の後（ｔ４の時点の後）では、変更処理後の出力音響レベル（例えば３０％）へと移行することになり、１００％→３０％へと大きく変動する。

本発明の上記の実施例（図１）では、上記の参考例で見られた、信号切り換え時における信号レベルの変動が抑えられるのである。

第２の実施例について図４を参照しながら説明する。この図４の構成では、図１の構成にフィルター２６、２７が加えられており、この点だけが図１と異なっている。そこで、このフィルター２６、２７とその作用・効果についてのみ説明することとし、図１と共通の部分についての説明は省略する。

このフィルター２６、２７は、等ラウドネス曲線（ISO226を参照）に対応するＡ特性周波数重み付けフィルター回路としてたとえばＩＩＲフィルターにより形成されている。エフェクター１１の入力信号（原音響信号）がフィルター２６を通して信号レベル検出器２３に送られてその信号レベルＬａｉが検出される。同様に、エフェクター１１の出力信号（エフェクト処理後の信号）がフィルター２７を通して信号レベル検出器２４に送られてその信号レベルＬａｏが検出される。減衰制御回路２５は、この出力／入力レベル比Ｌａｏ／Ｌａｉに応じて可変減衰器２２を制御する。フィルター２６、２７は周波数重み付け手段として機能する。

このように、図１のように単なるエフェクター１１の出力／入力レベル比Ｌｏ／Ｌｉで可変減衰器２２を制御するのではなく、フィルター２６、２７を経たエフェクター１１の出力／入力レベル比Ｌａｏ／Ｌａｉで可変減衰器２２を制御するようにしているため、人間の聴覚により合致した音響出力レベルの調整が可能となり、聴覚上、音響出力レベルの変動が抑えられる。等ラウドネス曲線に対応するＡ特性周波数特性は、図５に示すようなものであり、人間の耳が、周波数によって音の大きさが異なるように聞こえる特性に応じたものとなっている。したがって、エフェクトによって周波数分布がエフェクト前の原音響信号と異なるようになったとしても、エフェクトされた信号と原音響信号とを切り換えたときに、それらが、聴覚上、同じ大きさの音と聞こえるような制御が可能となり、より違和感のないものとすることができる。

以上、実施例について説明してきたが、この発明は、実質的にエフェクターを備える音響装置たとえばギターアンプなどにも広く適用できることはもちろんである。また、この発明は、エフェクターを備える単体の音響機器に限らず、エフェクター機能を内蔵した電子楽器その他の電子音楽装置においても適用できる。また、ＰＡ製品（ホールなどの公共音響装置）などにおいてもエフェクターが備えられている場合があり、それらにおいてオーディオ結線の切り換え時に生じる同様の問題を解決することにも適用できる。

上記実施例では、エフェクト変更処理指令の一例として、ディストーションのエフェクトタイプが選択された状態においてパラメータ変更又はタイプ変更が指示されるような例について説明したが、これに限らず、あらゆる形態のエフェクト変更処理に際して、この発明を適用することができる。また、エフェクトのタイプ及びパラメータ等をユーザ所望に設定したエフェクト設定を予め複数セット記憶しておき、その中から任意の１セットを選択して一括してエフェクト設定を行うような場合においても、この発明を適用することができる。更に、１セットの上記エフェクト設定は、それだけからなるものに限らず、音源機能の音色設定などの他の楽音又は音響設定と一緒にワンセットになって記憶され、選択的に呼び出されるようになっていてもよい。また、自動演奏データの中にエフェクト設定データが含まれていて、自動演奏の進行に従って、適宜タイミングで自動的にエフェクト変更処理指令が発行され、該エフェクト設定データに従ってエフェクト変更処理がなされるようになっていてもよい。また、この発明に従う音響装置（若しくは該音響装置を内蔵する電子楽器等の音楽関連機器）が外部機器と通信し、該外部機器からの指示信号に従ってエフェクト変更処理指令が与えられるようになっていてもよい。

１１エフェクター
１２ＣＰＵ
２１バイパス経路
２２可変減衰器（可変利得回路）
２３、２４信号レベル検出器
２５減衰制御回路
２６、２７フィルター
３１クロスフェード回路
３２、３３可変減衰器（可変利得回路）
３４加算器
３５減衰制御回路

Claims

原音響信号を処理し種々のエフェクトを加えて出力する音響信号処理手段と、
該音響信号処理手段を経ずに原音響信号を出力するバイパス手段と、
該バイパス手段中に設けられた出力利得調整手段と、
上記音響信号処理手段にエフェクト変更指令が与えられたときに上記音響信号処理手段の出力信号から上記バイパス手段の出力信号へとクロスフェードにより切り換えて出力し、上記音響信号処理手段におけるエフェクト変更処理に要する時間の終了後に上記音響信号処理手段の出力信号へとクロスフェードにより戻して出力する出力信号切換手段と、
上記音響信号処理手段の出力信号レベルと原音響信号レベルとの比率に応じて上記バイパス手段の出力利得調整手段を制御するバイパス出力利得制御手段と
を備えることを特徴とする音響装置。
前記バイパス出力利得制御手段は、前記音響信号処理手段の出力信号レベルを検出する第１信号レベル検出器と、前記原音響信号レベルを検出する第２信号レベル検出器と、前記第１信号レベル検出器で検出した前記音響信号処理手段の出力信号レベルと前記第２信号レベル検出器で検出した前記原音響信号レベルとの比率に応じて前記出力利得調整手段を制御する減衰制御回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
前記出力信号切換手段は、前記音響信号処理手段の出力信号レベルを調整する第１可変減衰器と、前記バイパス手段の出力信号レベルを調整するための第２可変減衰器と、前記第１可変減衰器と前記第２可変減衰器を制御する減衰制御回路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の音響装置。
バイパス出力利得制御手段は、等ラウドネス曲線に応じた周波数重み付け手段を備え、
上記音響信号処理手段の出力信号の上記周波数重み付け手段を経た信号レベルと原音響信号の上記周波数重み付け手段を経た信号レベルとの比率に応じて上記バイパス手段の出力利得調整手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の音響装置。