JP6973784B2 - エフェクタ - Google Patents

Description

本発明は、音響信号用のエフェクタに関する。

音響信号の音色などを調整する技術として、特許文献１〜３など知られている。特許文献１〜３には、入力された音響信号を並列に配置されたハイパスフィルタとローパスフィルタに通すことで音響信号を周波数成分ごとに分け、処理が必要な周波数帯に対して処理を行った上で加算している。特許文献４はバンドパスフィルタとディストーション回路と可変抵抗の組合せが複数、並列に配置された構成が示されている。

特開昭４９−７３０１０号公報 特開平８−２３４７９０号公報 特開平９−６８９９２号公報 実開昭５８−１９０６９８号公報

特許文献１〜３は音質をよくするための技術である。また、特許文献４は、和音演奏による楽音信号を入力してもバランスのとれたクリアなディストーションサウンドを得るための技術である。したがって、従来技術には、１つの音響信号に含まれる高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整する技術は示されていない。なお、特許文献４に示された技術の場合、複数の可変抵抗を調整することで特定の楽音のみを選択した出力を得ることは可能と考えられる。しかし、操作者は複数の可変抵抗を調整する必要があり、高音の楽音または低音の楽音を簡単に選択できる技術ではない。

本発明は、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、高音と低音のバランスを簡単に調整できるエフェクタを提供することを目的とする。

本発明のエフェクタは、並列に配置された２次以上のハイパスフィルタと２次以上のローパスフィルタと、加重加算部を備える。加重加算部は、ハイパスフィルタの出力とローパスフィルタの出力の重み付け平均の所定倍である信号を出力する。本発明の第１のエフェクタは、さらに、ハイパスフィルタのカットオフ周波数とローパスフィルタのカットオフ周波数との相違があらかじめ定めた範囲内であるという特徴を有する。本発明の第２のエフェクタは、さらに、重みが１対１のときの、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、加重加算部を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化する補正部も備える。

本発明のエフェクタによれば、加重加算部は、ハイパスフィルタの出力とローパスフィルタの出力の重み付け平均の所定倍である信号を出力する。つまり、ハイパスフィルタの出力をＶ_Ｈ、ローパスフィルタの出力をＶ_Ｌ、ハイパスフィルタの出力の重みをｒ、ローパスフィルタの出力の重みをＲ−ｒ、所定倍をＡ倍とすると、加重加算部の出力Ｖ_ＯＵＴは、
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（ｒＶ_Ｈ＋（Ｒ−ｒ）Ｖ_Ｌ）／Ｒ
となる。ここで、ＡとＲは定数であり、変数となる値はｒだけである。そして、ｒがＲ付近のときは高音の楽音のみ、ｒが０付近のときは低音の楽音のみを選択でき、ｒが０付近でもＲ付近でもないときは高音と低音のバランスを調整できる。したがって、本発明のエフェクタによれば、１つの変数を操作するだけで、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整できる。

実施例１のエフェクタの構成例を示す図。 実施例１の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す図。 実施例１のハイパスフィルタとローパスフィルタの周波数特性と、それぞれの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性を示す図。 加重加算部の可変抵抗を操作したときの実施例１のエフェクタの周波数特性の変化の様子を示す図。 実施例２のエフェクタの構成例を示す図。 実施例２の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す図。 実施例２のハイパスフィルタとローパスフィルタの周波数特性と、それぞれの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性を示す図。 実施例２のハイパスフィルタとローパスフィルタの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性と補正部の周波数特性を示す図。 加重加算部の可変抵抗を操作したときの実施例２のエフェクタの周波数特性の変化の様子を示す図。 実施例２変形例のエフェクタの構成例を示す図。 実施例２変形例の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１に実施例１のエフェクタの構成例を示す。エフェクタ１００は、２次以上のハイパスフィルタ１１０、２次以上のローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０、制御部１９０を備える。ハイパスフィルタ１１０とローパスフィルタ１２０は、並列に配置されている。２次のフィルタとは、信号を遮断する周波数帯において１オクターブごとに約−１２ｄＢずつ遮断量が増加するフィルタを意味している。一般的には、１次のフィルタは約−６ｄＢ／オクターブ、３次のフィルタは約−１８ｄＢ／オクターブである。つまり、２次以上のハイパスフィルタとは、信号の阻止域（遮断する低周波の帯域）において、１オクターブ周波数が低くなると（周波数が半分になると）、約−１２ｄＢ以上遮断が多くなるフィルタである。また、２次以上のローパスフィルタとは、信号の阻止域（遮断する高周波の帯域）において、１オクターブ周波数が高くなると（周波数が２倍になると）、約−１２ｄＢ以上遮断が多くなるフィルタである。フィルタの特性は、バターワース・フィルタ、チェビシェフ・フィルタなどの中から適宜選択すればよいが、エフェクタ１００用としてはリップルが小さい方が望ましい。

また、エフェクタ１００は、ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨ（遮断が−３ｄＢとなる周波数）とローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとの相違があらかじめ定めた範囲内であるという特徴を有する。一般的には、カットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとを一致させれば、ハイパスフィルタ１１０とローパスフィルタ１２０とを並列に配置し、１対１の比率で加算したときの周波数特性は、ほぼ平坦になる。そして、カットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとが離れるにしたがって平坦ではなくなる。「ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとの相違があらかじめ定めた範囲内」とは、ハイパスフィルタ１１０とローパスフィルタ１２０とを並列に配置し、１対１の比率で加算したときの周波数特性が、許容できる程度に平坦な範囲を意味している。制御部１９０は、ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの設定を、前記の相違があらかじめ定めた範囲内であることを維持しながら、操作者の指示（外部からの入力）に従って変更する。

加重加算部１３０は、ハイパスフィルタ１１０の出力とローパスフィルタ１２０の出力の重み付け平均の所定倍である信号を出力する。ハイパスフィルタの出力をＶ_Ｈ、ローパスフィルタの出力をＶ_Ｌ、ハイパスフィルタの出力の重みをｒ、ローパスフィルタの出力の重みをＲ−ｒ、所定倍をＡ倍とすると、加重加算部１３０の出力Ｖ_ＯＵＴは、
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（ｒＶ_Ｈ＋（Ｒ−ｒ）Ｖ_Ｌ）／Ｒ
となる。ここで、ＡとＲは定数であり、変数となる値はｒだけである。そして、ｒがＲ付近のときは高音の楽音のみ、ｒが０付近のときは低音の楽音のみを選択でき、ｒが０付近でもＲ付近でもないときは高音と低音のバランスを調整できる。したがって、エフェクタ１００によれば、１つの変数を操作するだけで、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整できる。

＜具体例＞
図２に実施例１の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す。エフェクタ１０１は、加重加算部１３１の部分のみがエフェクタ１００と異なる。加重加算部１３１は、加重加算部１３０の１つの具体例である。加重加算部１３１は、全体の抵抗がＲの可変抵抗１３２と増幅器１３３を備えている。可変抵抗１３２のツマミを操作者が操作することで、抵抗ｒの値が変化する。そして、増幅器１３３の増幅率をＡとすると、加重加算部１３１の出力Ｖ_ＯＵＴは、
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（ｒＶ_Ｈ＋（Ｒ−ｒ）Ｖ_Ｌ）／Ｒ
となる。つまり、加重加算部１３１は、加重加算部１３０の具体例の１つである。

図３に、実施例１のハイパスフィルタとローパスフィルタの周波数特性と、それぞれの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性を示す。一点鎖線がハイパスフィルタの周波数特性、破線がローパスフィルタの周波数特性、実線が出力の周波数特性を示している。ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨは６００Ｈｚ、ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬは１ｋＨｚである。この例の場合、カットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬは異なるが、１対１で加重加算したときの出力の周波数特性はほぼ平坦になっていることが分かる。この周波数特性が許容できる場合、上述の「ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとの相違があらかじめ定めた範囲内」に該当する。

図４に、加重加算部の可変抵抗を操作したときの実施例１のエフェクタの周波数特性の変化の様子を示す。このシミュレーションでは、抵抗Ｒを１０ｋΩ、増幅率は１である。そして、抵抗ｒを約０ｋΩ〜約１０ｋΩまで１ｋΩずつ変化させている。図４から分かるとおり、抵抗ｒを変化させるだけ（操作者が可変抵抗１３２のツマミを操作するだけ）で高音または低音を他方に２０ｄＢ以上の差を付けて選択でき、かつ両方を選択することもできる。よって、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整できる。

例えば、ベースのような１００Ｈｚ程度の音とパーカッションのような３ｋＨｚ程度の音が、同程度の音量で混ざった音響信号が入力されるとする。このとき、ｒの値を大きくすればベースの音は十分に減衰されるので、人にはパーカッションの音のみが含まれる音に聞こえる。また、ｒの値を小さくすればパーカッションの音は十分に減衰されるので、人にはベースの音のみが含まれる音に聞こえる。

図５に実施例２のエフェクタの構成例を示す。エフェクタ２００は、２次以上のハイパスフィルタ１１０、２次以上のローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０、補正部２４０、制御部２９０を備える。ハイパスフィルタ１１０、ローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０は、エフェクタ１００と同じである。

補正部２４０は、重みが１対１のときの、ハイパスフィルタ１１０、ローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化する。実施例１では、ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨ（遮断が−３ｄＢとなる周波数）とローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬとの相違をあらかじめ定めた範囲内に限定することで、周波数特性をほぼ平坦にしていた。実施例２ではカットオフ周波数を自由に設定するために、補正部２４０を備える。補正部２４０は、入力Ｖ_ＩＮを補正し、補正後の信号Ｖ_ＩＮＣを出力する。ハイパスフィルタ１１０とローパスフィルタ１２０には補正後の信号Ｖ_ＩＮＣが入力される。その後の処理は、実施例１と同じである。

制御部２９０は、ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの設定を変更する。そして、補正部２４０は、変更後のハイパスフィルタ１１０、ローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化する。例えば、補正部２４０があらかじめ、カットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの組合せに対応する周波数特性を平滑化するための補正値のデータを複数記録しておく。制御部２９０がカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの組合せの情報を補正部２４０に送信し、補正部２４０は受信した情報から補正値のデータにしたがって、周波数特性を平滑化すればよい。

あるいは、制御部２９０は、ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの設定を変更すると共に、変更後のハイパスフィルタ１１０、ローパスフィルタ１２０、加重加算部１３０を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化するように補正部２４０を調整してもよい。例えば、制御部２９０があらかじめ、カットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの組合せに対応する周波数特性を平滑化するための補正値のデータを複数記録しておく。制御部２９０がカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとカットオフ周波数Ｆ_ＣＬの組合せの情報にしたがって補正値のデータを読出して補正部２４０に送信し、補正部２４０は受信した補正値のデータにしたがって周波数特性を平滑化すればよい。

このような構成なので、エフェクタ２００によれば、エフェクタ１００と同様に、１つの変数を操作するだけで、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整できる。

＜具体例＞
図６に実施例２の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す。エフェクタ２０１は、加重加算部１３１の部分のみがエフェクタ２００と異なる。加重加算部１３１は、加重加算部１３０の１つの具体例である。加重加算部１３１は、全体の抵抗がＲの可変抵抗１３２と増幅器１３３を備えている。可変抵抗１３２のツマミを操作者が操作することで、抵抗ｒの値が変化する。そして、増幅器１３３の増幅率をＡとすると、加重加算部１３１の出力Ｖ_ＯＵＴは、
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（ｒＶ_Ｈ＋（Ｒ−ｒ）Ｖ_Ｌ）／Ｒ
となる。

図７に、実施例２のハイパスフィルタとローパスフィルタの周波数特性と、それぞれの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性を示す。一点鎖線がハイパスフィルタの周波数特性、破線がローパスフィルタの周波数特性、実線が出力の周波数特性を示している。ハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨは２００Ｈｚ、ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬは２．０ｋＨｚである。１対１で加重加算したときの出力は、周波数によって６ｄＢ程度の差がある。

図８に、実施例２のハイパスフィルタとローパスフィルタの出力を１対１で加重加算したときの出力の周波数特性と補正部の周波数特性を示す。実線が１対１で加重加算したときの出力の周波数特性であり、点線が補正部２４０の周波数特性である。補正部２４０の周波数特性は、１対１で加重加算したときの出力の周波数特性を反転した特性に近いことが分かる。

図９に、加重加算部の可変抵抗を操作したときの実施例２のエフェクタの周波数特性の変化の様子を示す。このシミュレーションでは、抵抗Ｒを１０ｋΩ、増幅率は１である。そして、抵抗ｒを約０ｋΩ〜約１０ｋΩまで１ｋΩずつ変化させている。図９から分かるとおり、抵抗ｒを変化させるだけで高音または低音を他方に２０ｄＢ以上の差を付けて選択でき、かつ両方を選択することもできる。よって、高音の楽音と低音の楽音の一方のみを選択することも含む範囲で、バランスを簡単に調整できる。また、補正部２４０によって抵抗ｒが小さいときには低音側、抵抗ｒが大きいときには高音側の音量が大きくなる。したがって、人に小さい音（選択していない方の音）を聞こえにくくする効果も生じる。

さらに、図９では、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚのゲインはほとんど変化していないことが分かる。メロディの音量を一定に保てば、人が感じる音量感を変化させないで音質を変化させることができる。メロディの周波数帯域は、楽曲のジャンル、楽器、ボーカルの性別などによって変わるため、楽曲に合わせて制御部２９０がハイパスフィルタ１１０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＨとローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数Ｆ_ＣＬを変更すればよい。

例えば、ベースのような１００Ｈｚ程度のリズムを表現する音とパーカッションのような３ｋＨｚ程度のリズムを表現する音とが同程度の音量で混ざり、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚを中心とするメロディも含まれた音響信号が入力されるとする。このとき、ｒの値を大きくすればベースの音は十分に減衰されるので、人にはメロディとパーカッションの音が含まれる音に聞こえる。また、ｒの値を小さくすればパーカッションの音は十分に減衰されるので、人にはメロディとベースの音が含まれる音に聞こえる。つまり、操作者が可変抵抗１３２のツマミを操作するだけで、音量感を変化させないでメロディを出力しながら、リズムを表現する音であるベースとパーカッションの一方を選択したり、リズムを表現する音のバランスを調整したりできる。

［変形例］
図１０に実施例２変形例のエフェクタの構成例を示す。エフェクタ２０２は、補正部２４０の位置がエフェクタ２００と異なる。エフェクタ２０２では、加重加算部１３０の出力Ｖ_Ｃが補正部２４０に入力され、補正部２４０の出力がエフェクタ２０２の出力Ｖ_ＯＵＴとなる。その他の構成は、エフェクタ２００と同じである。したがって、エフェクタ２００と同じ効果が得られる。

＜具体例＞
図１１に実施例２変形例の加重加算部をより具体的に示したエフェクタの構成を示す。エフェクタ２０３は、加重加算部１３１の部分のみがエフェクタ２０２と異なる。加重加算部１３１は、加重加算部１３０の１つの具体例である。エフェクタ２０３はエフェクタ２０１と、補正部２４０の位置のみが異なる。したがって、エフェクタ２０１と同じ効果が得られる。

１００，１０１，２００，２０１，２０２，２０３ エフェクタ
１１０ ハイパスフィルタ １２０ ローパスフィルタ
１３０，１３１ 加重加算部
１３２ 可変抵抗 １３３ 増幅器
１９０，２９０ 制御部 ２４０ 補正部

Claims (5)

1. 並列に配置された２次以上のハイパスフィルタと２次以上のローパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力の重み付け平均の所定倍である信号を出力する加重加算部と、
   前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数の設定を変更する制御部
   を備え、
   前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数との相違があらかじめ定めた範囲内であり、
   前記制御部は、カットオフ周波数の設定を、前記の相違があらかじめ定めた範囲内であることを維持しながら変更するエフェクタ。
2. 並列に配置された２次以上のハイパスフィルタと２次以上のローパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタの出力と前記ローパスフィルタの出力の重み付け平均の所定倍である信号を出力する加重加算部と、
   前記重みが１対１のときの、前記ハイパスフィルタ、前記ローパスフィルタ、前記加重加算部を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化する補正部
   を備えるエフェクタ。
3. 請求項２記載のエフェクタであって、
   前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数の設定を変更する制御部も備え、
   前記補正部は、変更後の前記ハイパスフィルタ、前記ローパスフィルタ、前記加重加算部を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化する
   ことを特徴とするエフェクタ。
4. 請求項２記載のエフェクタであって、
   前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数の設定を変更すると共に、変更後の前記ハイパスフィルタ、前記ローパスフィルタ、前記加重加算部を組み合わせた構成の周波数特性を平滑化するように前記補正部を調整する制御部
   も備えるエフェクタ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のエフェクタであって、
   前記加重加算部は、１つの可変抵抗で前記重みが決まる
   ことを特徴とするエフェクタ。

Images