JP7353640B2

JP7353640B2 - 音色変換装置

Info

Publication number: JP7353640B2
Application number: JP2019229240A
Authority: JP
Inventors: 文夫三枝; 雅利遠山
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2023-10-02
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP2021096426A

Description

本発明は、音色を変換する音色変換装置に関する。

楽音信号に非線形歪みを与えて音色を変化させる従来技術として特許文献１などが知られている。非特許文献１では、楽音信号に非線形特性を与える非線形変換手段を演算器によって構成する。演算器はパラメータ設定器を具備し、このパラメータ設定器に非線形特性の波の数を規定するパラメータ、波の振幅を規定するパラメータ、波の傾むきを規定するパラメータ、波のエンベロープを規定するパラメータを設定することにより任意の非線形特性を得ることができる。

特開平５－２６５４６３号公報

しかしながら、従来技術は、非線形特性を利用しているが、入力信号の大きさに応じて出力が単調に増加する範囲での音色の変化に過ぎなかった。入力の大きさに依存させた多様な音色変化を、アナログ回路で与える技術は無かった。

本発明は、入力の大きさに依存した多様な音色変化を与えることを目的とする。

本発明の音色変換装置は、複数の差動増幅部と差動増幅部のそれぞれの出力を重み付け加算する重み付け加算部を備える。差動増幅部のそれぞれは、２つの入力ポートを有する。差動増幅部のそれぞれは、２つの入力ポートへの入力の差に対して出力が線形に変化する線形領域と、出力が飽和状態となる飽和領域と、線形領域と飽和領域の間に存在する過渡領域を有する。差動増幅部のそれぞれの一方の入力ポートには、同一の入力信号が入力される。差動増幅部のそれぞれの他方の入力ポートは、互いに異なるあらかじめ定めた電位に設定される。

本発明の音色変換装置によれば、それぞれの差動増幅部の線形領域を異なる範囲に設定しているので、入力の大きさに依存した多様な音色変化を与えることができる。

音色発生装置の機能構成例を示す図。Ｎ＝５のときの差動増幅部の設定例を示す図。図２の設定のときの差動増幅部の出力の重み付け加算の例を示す図。図２，３に示した設定の場合の音色変換装置の特性の例を示す図。トランジスタを用いた差動増幅部の構成例を示す図。Ｎ＝３のときの差動増幅部の設定例を示す図。

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。

Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の整数とする。図１に音色発生装置の機能構成例を示す。音色変換装置１００は、バッファ１１０、複数の差動増幅部１２０－１，…，Ｎ、重み付け加算部１３０を備える。バッファ１１０は、入力インピーダンスを大きくするために配置されており、入力信号ｖ_ｉｎと同じ電位の信号ｖ_ｉｎを出力すればよい。入力インピーダンスを大きくする必要がなければ、省略してもよい。また、入力信号ｖ_ｉｎの電位の範囲と差動増幅部１２０－ｎの許容入力範囲にズレがある場合は、入力信号ｖ_ｉｎの電位の範囲を調整するために、増幅又は減衰させてもよい。

それぞれの差動増幅部１２０－ｎは、２つの入力ポート１２１－ｎ，１２２－ｎを有する。それぞれの差動増幅部１２０－ｎの一方の入力ポート１２１－ｎには、同一の入力信号ｖ_ｉｎが入力される。それぞれの差動増幅部１２０－ｎの他方の入力ポート１２２－ｎは、互いに異なるあらかじめ定めた電位ｖ_ｎに設定される。それぞれの差動増幅部１２０－ｎは、出力ポート１２３－ｎを有し、２つの入力ポートへの入力の差に対して出力Ｖ_ｎが線形に変化する線形領域と、出力Ｖ_ｎが飽和状態となる飽和領域と、線形領域と飽和領域の間に存在する過渡領域を有する。差動増幅部１２０－ｎは、上述の特性を持つものであれば、どのような素子を利用した回路でもよい。例えば、トランジスタ、真空管などを用いればよい。

重み付け加算部１３０は、差動増幅部１２０－１，…，Ｎのそれぞれの出力Ｖ_１，…，Ｖ_Ｎを重み付け加算する。なお、重み付け加算には、減算、定数倍の加算などが含まれる。また、差動増幅部１２０－ｎからの出力自体を反転させ加算する場合（実際には減算）も重み付け加算に含む。

図２にＮ＝５のときの差動増幅部の設定例を、図３に図２の設定のときの差動増幅部の出力の重み付け加算の例を示す。図２も図３も横軸は入力電圧、縦軸は出力電圧を示している。なお、入力電圧も出力電圧も交流成分の特性を示しており、バイアス電圧などの直流成分は含まれていない。図２（Ａ）は、差動増幅部１２０－１の入力ポート１２２－１を電位ｖ_１に設定したときの出力Ｖ_１の線形領域Ｌ、飽和領域Ｓ、過渡領域Ｔを示す図である。例えば、電位ｖ_１＝０とする場合は、入力ポート１２２－１を接地すればよい。入力信号が電位ｖ_１の近傍のときは線形領域であり、電位ｖ_１と電位ｖ_２の中間付近より小さい電位と電位ｖ_１と電位ｖ_３の中間付近より大きい電位で飽和領域となっている。図２（Ｂ）は、差動増幅部１２０－２の入力ポート１２２－２を電位ｖ_２に設定したときの出力Ｖ_２の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。図２（Ｃ）は、差動増幅部１２０－３の入力ポート１２２－３を電位ｖ_３に設定したときの出力Ｖ_３の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。図２（Ｄ）は、差動増幅部１２０－４の入力ポート１２２－４を電位ｖ_４に設定したときの出力Ｖ_４の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。図２（Ｅ）は、差動増幅部１２０－５の入力ポート１２２－５を電位ｖ_５に設定したときの出力Ｖ_５の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。なお、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）は、図３での重み付け加算を理解しやすくするために出力Ｖ_２と出力Ｖ_３の正負を反転（－Ｖ_２，－Ｖ_３）している。図３（Ａ）は、差動増幅部１２０－２と差動増幅部１２０－３を加算した例（－Ｖ_２－Ｖ_３）を示している。図３（Ｂ）は、差動増幅部１２０－４と差動増幅部１２０－５を加算した例（Ｖ_４＋Ｖ_５）を示している。図３（Ｃ）は、差動増幅部１２０－１，…，５の出力Ｖ_１，…，Ｖ_５を重み付け加算した例（Ｖ_１－Ｖ_２－Ｖ_３＋Ｖ_４＋Ｖ_５）を示している。図３（Ｃ）から分かるように、入力信号が電位ｖ_１の近傍のときには正の増幅率の線形領域であり、入力信号が電位ｖ_１と電位ｖ_２の中間付近で増幅率の正負が反転し、電位ｖ_２の近傍では負の増幅率の線形領域である。

図４に、図２，３に示した設定の場合の音色変換装置の特性の例を示す。つまり、図４は、図３（Ｃ）に示した入出力特性の場合の音色変換装置の特性を示している。なお、図４の例は、直流成分は除去した特性であり、交流成分のみを示している。図４（Ａ）は音色変換装置への入力信号を示す。図４（Ｂ）は音色変換装置の出力信号を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は電圧を示している。図４の例では、ｖ_１＝０Ｖ，ｖ_２＝－０．２Ｖ，ｖ_３＝０．２Ｖ，ｖ_４＝－０．４Ｖ，ｖ_５＝０．４Ｖに設定している。図４（Ａ）に示す入力信号ｖ_ｉｎは、０秒から０．５秒までは徐々に振幅が大きくし、０．５秒から１．０秒までは徐々に振幅を小さくしている。０秒からｔ１秒までは入力信号の電位の絶対値は０．１Ｖ未満である。この振幅の間は、電位ｖ_１（＝０Ｖ）の近傍なので、線形に増幅されている。例えば、ｔ１，ｔ２，ｔ３秒には入力信号の電位の絶対値が０．１Ｖを越えている、絶対値が０．１Ｖを越えている間は、増幅率が負になるので、出力電圧は入力電圧が大きいほど小さくなっている。つまり、絶対値が０．１Ｖを越えると、１周期の間に位相が逆転する部分が生じる。このことで、出力信号に高調波成分が含まれることになるので、音色が変化する。また、例えば、ｔ４秒には入力信号の電位の絶対値は０．１Ｖを越え、ｔ５秒には０．３Ｖを越えている。ｔ４からｔ５秒の間は負の増幅率となり、ｔ５秒から絶対値が０．３Ｖを越えている間は正の増幅率になり、０．３Ｖ未満になると再び負の増幅率になり、０．１Ｖ未満になると再び正の増幅率になっている。また、入力信号の振幅が０．２Ｖのときには出力信号の周波数は入力信号の２倍程度、入力信号の振幅が０．３Ｖのときには出力信号の周波数は入力信号の３倍程度になっていることが分かる。

つまり、音色変換装置１００によれば、それぞれの差動増幅部の線形領域を異なる範囲に設定しているので、入力の大きさに依存した多様な音色変化を与えることができる。特に、入力の大きさに応じて倍音を複雑に発生させることができる。

［変形例１］
本変形例では、トランジスタを用いた場合の差動増幅器について説明する。図５に、トランジスタを用いた差動増幅部の構成例を示す。差動増幅部１２０－ｎは、図５に示したように、差動増幅部１２０－ｎは、入力ポート１２１－ｎ、１２２－ｎ、出力ポート１２３－ｎ、定電流源１２４－ｎ、トランジスタ１２５－ｎ、１２６－ｎ、抵抗１２７－ｎ、１２８－ｎ、電源ポート１２９－ｎを備えればよい。電源ポート１２９－ｎは直流電源が接続される。定電流源１２４－ｎと抵抗１２７－ｎ、１２８－ｎを設定することで、線形領域の幅を設定すればよい。この設定により、図４の例のように入力ポート１２１－ｎ、１２２－ｎの間の電位がおよそ±０．１Ｖの領域を線形領域とすることは可能である。電位ｖ_ｎは、線形領域となる電位を調整している。図５ではトランジスタ１２６－ｎのコレクタを出力ポート１２３－ｎに接続しているが、トランジスタ１２５－ｎのコレクタを出力ポート１２３－ｎに接続してもよい。この場合は、出力の交流成分の電位が反転する。加算、減算の設定を変更する必要がない場合は、どちらのトランジスタのコレクタを出力ポートに接続するかをあらかじめ定めてもよい。

変形例１に示した差動増幅部１２０－ｎでも、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、トランジスタを用いれば、上述のように線形領域、飽和領域、過渡領域の設定が容易である。特に、過渡領域を広く設定しやすいので、線形領域から飽和領域に移るときに連続的に音色を変化させやすい。

［変形例２］
図２と図３ではＮ＝５の例を示したが、図６にＮ＝３のときの差動増幅部の設定例を示す。横軸は入力電圧、縦軸は出力電圧を示している。なお、入力電圧も出力電圧も交流成分の特性を示しており、バイアス電圧などの直流成分は含まれていない。図６（Ａ）は、差動増幅部１２０－１の入力ポート１２２－１を電位ｖ_１に設定したときの出力Ｖ_１の線形領域Ｌ、飽和領域Ｓ、過渡領域Ｔを示す図である。例えば、電位ｖ_１＝０とすればよい。図２に比べると線形領域Ｌの幅を広くしている。図２（Ｂ）は、差動増幅部１２０－２の入力ポート１２２－２を電位ｖ_２に設定したときの出力Ｖ_２の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。図２（Ｃ）は、差動増幅部１２０－３の入力ポート１２２－３を電位ｖ_３に設定したときの出力Ｖ_３の線形領域、飽和領域、過渡領域を示す図である。なお、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）は、図３での重み付け加算を理解しやすくするために出力Ｖ_２と出力Ｖ_３の正負を反転（－Ｖ_２，－Ｖ_３）している。図２（Ｄ）は、出力Ｖ_１，…，Ｖ_３を重み付け加算した例（Ｖ_１－Ｖ_２－Ｖ_３）を示している。

電位ｖ_１＝０とした差動増幅部１２０－１のみを用いた音色変換装置１００は、入力信号が大きくなると飽和領域になるのでコンプレッサとして機能する。差動増幅部１２０－２と差動増幅部１２０－３も備えると、入力信号が大きくなったときに高調波成分が変化するために音色が変化する。図６の例で、ｖ_２＝－０．６Ｖ，ｖ_３＝０．６Ｖのように設定すると、音色変換装置１００は、入力信号の電位の絶対値が０．２Ｖ以下では線形なアンプとして動作し、電位の絶対値が０．３Ｖ付近ではコンプレッサとして動作するので音が変化する。そして、電位の絶対値が０．４Ｖを越えると倍音が生じ、音色変換装置として機能する。したがって、変形例２の場合も実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、変形例２では、Ｎ＝３の場合を示したが、Ｎは３，５に限定するものではない。他の設定もあり得る。

１００音色変換装置１１０バッファ
１２０差動増幅部１２１，１２２入力ポート
１２３出力ポート１２４定電流源
１２５，１２６トランジスタ１２７、１２８抵抗
１２９電源ポート１３０重み付け加算部

Claims

複数の差動増幅部と、
前記差動増幅部のそれぞれの出力を重み付け加算する重み付け加算部と
を備え、
前記差動増幅部のそれぞれは、２つの入力ポートを有し、
前記差動増幅部のそれぞれは、２つの入力ポートへの入力の差に対して出力が線形に変化する線形領域と、出力が飽和状態となる飽和領域と、線形領域と飽和領域の間に存在する過渡領域を有し、
前記差動増幅部のそれぞれの一方の入力ポートには、同一の入力信号が入力され、
前記差動増幅部のそれぞれの他方の入力ポートは、互いに異なるあらかじめ定めた電位に設定される
ことを特徴とする音色変換装置。
請求項１記載の音色変換装置であって、
前記の互いに異なるあらかじめ定めた電位は、前記差動増幅部のそれぞれの線形領域が重ならないように設定される
ことを特徴とする音色変換装置。
請求項１または２記載の音色変換装置であって、
前記差動増幅部は、奇数個あり、
前記の互いに異なるあらかじめ定めた電位は、０Ｖを含み、プラス電位とマイナス電位に等間隔に設定される
ことを特徴とする音色変換装置。
請求項１から３のいずれかに記載の音色変換装置であって、
前記差動増幅部は、２つのトランジスタを用いた差動増幅回路で構成されている
ことを特徴とする音色変換装置。
請求項１記載の音色変換装置であって、
前記差動増幅部は、５つあり、
前記差動増幅部は、２つのトランジスタを用いた差動増幅回路で構成されており、
前記の互いに異なるあらかじめ定めた電位は、０Ｖ，±０．２Ｖ、±０．４Ｖである
ことを特徴とする音色変換装置。