JPH0430038B2

JPH0430038B2 -

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Publication number: JPH0430038B2
Application number: JP57092066A
Authority: JP
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1992-05-20
Also published as: JPS5816293A; GB2103004A; US4405832A; JPH04211296A; GB2103004B

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、楽器用の前置増幅器、さらに詳し
くは、この種の真空管式前置増幅器によつて生成
されるひずみを模擬する回路を備えたオーデイオ
信号用ひずみ回路に関する。

従来、楽器用増幅器として、一般的に、真空管
と共働するようにした種々のものが使用されてい
る。例えば、本質的に“鮮明な”もしくは無歪の
正弦波を発生する電気ギターは、初期の種々の装
置のうち、ほとんどが真空管増幅方式に頼つてい
た。そのような増幅方式は、上記ギターによつて
発生される音響に対して非常に忠実なものであ
り、このようにして、上記音響が、接続されたス
ピーカで忠実に再生されていた。

真空管は、本来、ほとんどの回路設計に作用し
得る汎用性の高い部品であり、真空管式増幅器に
おいては、種々の安価でかつアマチユア的な設計
技術が使用されることとなつた。貧弱な設計と
か、安価な変圧器のように限界構成部分の使用と
か、これ等の同様なことにより、利得のバランス
が不充分でありかつ線型動作域が制限されている
ことに起因してひずみを発生する多くの増幅器
が、細胞の増殖のごとくに、もたらせることとな
つた。この結果、増幅器内で尚早のクリツピング
とかあるいは種々の段（stages）で過負荷となる
事態が惹起された。同様に、上記変圧器自体も、
例えば、飽和現象により、その出力信号に自己ひ
ずみを発生させることとなつた。

しかしながら、上述したような真空管式増幅器
からのひずんだ出力は、特に、1960年代の後半の
ロツクンロールミユージツクにおいて賞賛され、
かつ、所望されることとなつた。

このようにして、ギターから発生された正弦波
をクリツピング増幅器により矩形波に変換するよ
うにして、上記ギターは、有効に、廉価なシンセ
サイザーとされるようになつた。最終的には、増
幅器の過負荷、等化、および、ダンピング係数、
並びに拡声器の応答特性によつて出力音声が定ま
る。そのような出力音は、初期のロツクンロー
ル、カントリー、サーフインおよびその他同類の
音楽において聞かれる公知の鮮明なギター音とは
異なつていた。むしろ、かん高いリード風の音質
（reedy quality）が表現されるようになり、増幅
器において単音を十分に強く長引くように挿入す
るようにして、クラリネツトの如く木管楽器のリ
ード風の音に似せるようにされた。

10年、20年と時が経過するにつれて、上述した
音響出力が“良い”電気ギター音とされるように
なり、このような音声をトランジスタ化した回路
で再生しようとするいくつかの試みがなされた。

例えば、ムーグ（Moog）の米国特許第
4180707号には、４つの型式でクリツピングする
ようにした“フアズボツクス（fuzz box）が開
示されている。しかしながら、ここでは、“弱”
および“強”のクリツピングを定める、単に、２
つのクリツピングレベルが設けられるようにした
ものにすぎない。また、増幅器の周波数特性を変
化させることはおこなわれておらず、開示された
回路は、真空管式増幅器に全く似せることができ
ないものであつた。

ジヤーンス（Jahns）の米国特許第3973461号
には、ひずみ度を変化させる真空管回路と真空管
置換用の本質的に同等のソリツドステート回路と
が開示されている。この回路では、周波数応答性
を変化させることにより利得の増大を補償するこ
とができず、また、一般に、利得と周波数応答性
の変化とひずみとが結び付いていない。

ラウブ（Laub）の米国特許第3835409号には、
上述の先行技術におけると同様の種々の欠点があ
るものではあるが、電気ギター用として入力信号
の振幅に比例してクロスオーバひずみを導入する
ための増幅器が開示されている。

この発明の目的は、従来技術の欠点を解消し
て、楽器用増幅器における利得，過負荷特性およ
び周波数応答性を修飾するための回路を提供する
ことにある。

この発明のもう１つの目的は、ひずみ回路にお
ける利得とクリツピング特性とを実質的に同時的
に変化させる単一の制御回路を提供することにあ
る。

この発明の他の目的は、ひずみ回路における利
得と周波数応答性とを実質的に同時に変化させる
単一の制御回路を提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、増幅されるオー
デイオ信号を予め選定されたひずみ率でひずませ
るとともに、予め選定されたひずみ率でひずみを
挿入したり、該ひずみを除去したりするための別
個の制御回路を含んだ回路を提供することにあ
る。

したがつて、この発明は、利得と周波数特性と
を変化させるために制御されるフイードバツク回
路網を備えた高利得の演算増幅器を含むひずみ発
生回路を提供する。さらには、逆極性に並列接続
した一対のダイオードを含む所定のひずみ回路
が、増幅器の出力信号のクリツピングをおこなう
ようになつている。第１の制御は、フイードバツ
ク回路網において、増幅器の利得および周波数特
性を制御するようにおこなわれる。第２の制御
は、増幅器の出力とクリツピング回路の出力との
混合比率を可変とするようにおこなわれる。これ
等の２つの制御は好ましくは、連動しておこなわ
れ、利得値およびクリツピング値の適正なトラツ
キング（追跡）、並びに、周波数応答性の適正な
変更をおこなうようにする。

この発明の前述のおよび他の目的、特徴および
利点は、添付図面とともに、好ましい実施例につ
いての以下に詳述することを参照すれば、さらに
容易に明瞭になるであろう。なお図において同一
部分には同一符号を付した。

第１図に、この発明に係る回路が示される。第
１図には、高利得の演算増幅器１０は、非反転入
力端子１１に、入力ジヤツク１２からオーデイオ
入力信号を受けることが示されている。このオー
デイオ信号は、代表的には、電気ギターから発生
されたものであるが、勿論、当該回路は、他の入
力信号源にも用いることができる。入力信号は、
ジヤツク１２から、キヤパシタＣ１と抵抗Ｒ１と
で構成される公知のRC回路を介して、入力端子
１１に入力される。キヤパシタＣ１の一方の端子
はジヤツク１２に接続されるとともに、他方の端
子は入力端子１１に接続されている。抵抗Ｒ１の
一端はキヤパシタＣ１と端子１１との接続部に接
続されている一方、他端は接地されて、入力端子
１１における直流（D.C）に対する接地基準とさ
れる。

増幅器１０の出力は出力端子１３に現われる。
フイードバツク回路網２０は、演算増幅器１０の
出力を、その出力端子１３から反転入力端子２２
に入力する。

フイードバツク回路網２０は、出力端子１３と
入力端子２２との間に直接接続されている。ポテ
ンシヨメータＲ５とキヤパシタＣ５との並列接続
体に直列に抵抗Ｒ２を接続した直列回路が、キヤ
パシタＣ２と並列に接続されている。直送式の可
変抵抗としたポテンシヨメータＲ５は、キヤパシ
タＣ５と並列に接続するとともに、そのポテンシ
ヨメータＲ５の一方の端子２６に摺動子２４を接
続し、該摺動子２４を反時計方向に完全に回転す
ることにより、キヤパシタＣ５を完全に短絡する
ようになつている。キヤパシタＣ５と抵抗Ｒ２と
の接続点は、直列に、接続点ＢおよびＣ、さら
に、キヤパシタＣ４、抵抗Ｒ４を介して、点Ａに
接続されている。図中に示すように、点ＢとＣと
は、それぞれ、摺動子２４と、ポテンシヨメータ
Ｒ５の端子２６と接続されている。

反転入力端子２２は、順次、キヤパシタＣ３と
抵抗Ｒ３とを直列に接続して構成した直列回路に
接続され、該直列回路の抵抗Ｒ３の一端は接地さ
れている。Ｃ３とＲ３とは、後述のように上記演
算増幅器の周波数応答特性における予め定められ
た低い周波数でのロールオフ特性を与える一方、
キヤパシタＣ２は、高い周波数でのロールオフ特
性を与える。キヤパシタＣ３と抵抗Ｒ３との接続
点は、符号Ｄを付し記され、第７図に示すように
接続されている。

上記フイードバツク回路網２０における抵抗Ｒ
４の一端側の点Ａは、フートスイツチ（足踏スイ
ツチ）２８の状態に応じて、接地あるいは接地か
ら浮動されるようになつている。

上記演算増幅器１０の出力端子は、キヤパシタ
Ｃ６を介してミキシング（混合）用のポテンシヨ
メータＲ６と接続され、当該回路の出力を、摺動
子３０に出力する。ポテンシヨメータＲ６の両端
子３１と３２とは、その摺動子３０を反時計方向
に完全に回転してキヤパシタＣ６と接続するよう
になつている。

上記演算増幅器１０から出力信号をクリツプす
るひずみ発生回路は、符号４０で示される。この
ひずみ発生回路４０は、逆並列ダイオードＤ１と
Ｄ２とを用いて、クリツピングひずみを発生す
る。このひずみ発生回路４０の一方の端子は、ポ
テンシヨメータＲ６の端子３２と接続されるとと
もに、他方の端子は点Ａと接続されている。

上述したようにポテンシヨメータＲ６を構成し
たことにより、摺動子３０が時計方向に完全に回
転された際、該摺動子３０は、直接、ひずみ発生
回路４０に接続されるようになつている。

当該回路の基本的な動作を、理解を容易にする
ために第１図の構成部分を示す第２図を参照して
説明する。

当該技術分野で知られているように、代表的な
シリコンダイオードでは、導通モードにおいて
は、0.6Vの順方向電圧降下が表われる。したが
つて、演算増幅器１０が、第２図中に図示するよ
うに、正弦波形の電圧を出力するときには、その
正弦波出力はひずみ発生回路４０によりクリツプ
されるであろう。このことにより、ポテンシヨメ
ータＲ６の端子３２における信号は、ピーク・ピ
ーク電圧で1.2Vを越えることはないであろう。

このようにして、演算増幅器１０から大きく偏
倚した信号が出力されると、クリツピングがおこ
なわれる。演算増幅器１０からの出力の振幅が大
きければ大きい程、ひずみ発生回路４０による波
形のクリツピング度も高くなる。たとえば、演算
増幅器１０から、実効値（RMS）2V（ピーク・
ピーク電圧5.6V）の正弦波電圧が出力されると、
第２図に示すように、1.2Vにクリツプされた正
弦波電圧が、抵抗Ｒ６の端子３２に現われる。摺
動子３０の位置を調整することにより、当該回路
の入力端子（摺動子３０）に、演算増幅器１０か
らの正弦波出力と、ひずみ発生回路４０によりク
リツプされた波形出力との種々の率で混合された
出力が得られる。この率は、勿論、所望ならば、
純粋な正弦波のみ、あるいは、クリツプされた波
形のみが含まれるようにすることができる。

再び、第１図において、フイードバツク回路網
２０において特に強調したように、ポテンシヨメ
ータＲ５が、実質的に、当該回路網の作用効果を
変化させる。

第１図から明らかなように、ポテンシヨメータ
Ｒ５が反時計方向に完全に回転した状態とされる
と、キヤパシタＣ５が短絡状態とされ、キヤパシ
タＣ４と抵抗Ｒ４とは、最早、フイードバツク経
路に接続されることなく、演算増幅器１０の出力
端子１３を、直接、点Ａに接続することになる。

この結果、当該回路は、第４図に示されるよう
に、フイードバツク抵抗Ｒ２と分圧（シヤント）
抵抗Ｒ３とを備えた通常の広帯域増幅器とみなす
ことができる。この回路の利得は、下式で示され
る。

A_V＝１＋R₂／R₃ ここで、代表的には、R₂＝33キロオーム
（KΩ），R₃＝4.7キロオーム（KΩ）に対して、利
得A_Vは、８となる。

上記増幅器の周波数特性は、キヤパシタＣ２お
よびＣ３により与えられ、キヤパシタＣ２により
与えられる高い側のロールオフ周波数は、 f_h＝１／6.28（R2・C2）と定められるとともに、キヤパシタＣ３により与
えられる低い側での3db、ロールオフの周波数
は、 f_l＝１／6.28（R3・C3）で与えられる。

当該回路において、実用上、定量値として、代
表的に、Ｃ２＝100PF，Ｃ３＝2μFとすれば、音
声増幅度に対する周波数特性として代表的な、f_l
が略16Hz，fhが略50KHzのものが得られる。

ポテンシヨメータＲ５を時計方向に完全に回転
した位置に設定すると、第３図に示すように、点
Ａが接地され、当該回路に最大の抵抗値Ｒ５が挿
入されることになる。この回路は、概略、第４図
および第５図に示される２つの回路が組み合わさ
れたものと等価であるとみなすことができる。さ
らに、第４図の回路に、直列フイードバツク抵抗
Ｒ５、およびシヤント抵抗Ｒ４が付加されると、
上記演算増幅器１０の利得が変更される。

利得の変化の概算値は、第５図の回路に対して
は、下記の式で示される。

AV＝１＋R5／R4＝22 ここで、R5＝10KΩ R4＝470Ωである。

さらに、演算増幅器１０の回路に対する別の利
得を得るのに、ポテンシヨメータＲ５を時計方向
に完全に回転することにより、当該回路にリアク
タンスをもつインピーダンスＣ４およびＣ５が導
入され、これ等のリアクタンス分をもつインピー
ダンスＣ４，Ｃ５は、当該増幅器の周波数応答特
性における低い側の端部、および高い側の端部に
影響を及ぼす。

例えば、キヤパシタＣ４＝0.47μFとして、組み
合せ値Ｒ４，Ｃ４を適宜に設定すれば、さらに付
加的に、略700Hzでの低い側の3db周波数で追加
の利得を与えることができる。同様にして、キヤ
パシタＣ５＝0.0068μFとすれば組み合せ値Ｒ５，
Ｃ５により、周波数略2KHzで高い値の3db周波数
を得ることができる。

上述の付加的な利得は狭帯域内で、現在の実施
例に対して周波数略1.3KHzを中心とする、いわ
ゆるベル形の曲線の周波数特性を有するものとす
ることができる。さらに、追加されたキヤパシタ
は第４図のキヤパシタに相互作用して、当該回路
の全体に対して、3dbにおける高い側の周波数を
低減し、かつ、3dbにおける低い側の周波数を増
大させることができる。

本発明に係る上述の特徴は、ギター増幅用の
“真空管”ひずみを模擬するのに非常に好ましい
ものである。

真空管式増幅器における出力トランスの飽和に
伴つて、低い周波数での応答性が低下する。従つ
て、フイードバツク回路にＲ４およびＣ４を挿入
することにより、当該回路の周波数特性における
低域限界周波数を低減させて、上述したような所
要の効果を模擬させることができる。さらに、現
在のほとんどのギター用増幅器は、高周波プレエ
ンフアシス方式とされており、増大する利得に比
例してプレエンフアシス分を除去する必要があ
る。

上記回路においては、利得を増大させるにつれ
て抵抗Ｒ５に適宜なキヤパシタンスＣ５を設定す
ることにより、確実に、当該所要の結果を得るこ
とができる。

第１図に示されるように、ポテンシヨメータＲ
５とＲ６とは連動されるようになつており、よつ
て、これ等のポテンシヨメータＲ５とＲ６とが反
時計廻り方向に完全に回転されれば、該Ｒ５によ
りいかなる利得も付与されることもなく、また、
いかなる周波数の変化も生じることもなく、か
つ、該Ｒ６により出力信号にいかなるひずみも与
えられない。Ｒ５を挿入することにより利得を増
大すべく該ポテンシヨメータＲ５を時計回りに回
転するにつれて、上述したように周波数応答性が
変化し、純粋な波形に対してクリツプする比率が
増大して、正確に所要の出力が得られる。

上述したように、点Ａは、フートスイツチ２８
を介して制御可能に接地されている。第１図から
分るように、点Ａが接地から浮動状態とされる
と、ダイオードクリツピング回路のみならずＲ５
−Ｒ４の抵抗式利得増大回路も接地され、クリツ
ピングのみならず利得の追加もおこなわれない。
それは、点Ａを非接地状態とすることにより、真
空管模擬回路の動作が抑止され、当該回路は、通
常の広帯域低利得状態で動作する。僅かな利得の
増大は、抵抗Ｒ３とＲ２に接続された抵抗Ｒ５の
作用により保持される。しかしながら、抵抗Ｒ５
およびＲ４を、実質的に、それぞれ抵抗Ｒ２およ
びＲ３よりも低い値に選定すると、そのような増
大は無視することができる。

一方、フートスイツチ２８により点Ａを接地す
ると、上述したように、利得調整、周波数応答性
の適正化、およびひずみの付加を含む動作がおこ
なわれる。ポテンシヨメータＲ５を所要のある値
にプリセツトしてしまえば、該設定によりひずみ
の除去がなくなることはない。むしろ、フートス
イツチ２８を、遠隔位置から簡単に作動したりあ
るいは非作動とすることにより、上記作用を無効
にしあるいはひずみを確実に所要のレベルにする
ことができる。

第６図と第７図には、第１図の回路に付加的な
効果をもたらせる回路を示す。

第６図に、当該全体回路に対する広帯域音量制
御方式が示され、この制御方式は、ポテンシヨメ
ータＲ６の摺動子３０から直接に出力を取り出す
代りに、ポテンシヨメータＲ７のある部分を通し
て出力を取り出すようにしておこなわれる。音量
制御をおこなうには、抵抗Ｒ３は、接地されるよ
りもむしろ、ポテンシヨメータＲ７の一方の端子
と接続され、ポテンシヨメータＲ６の摺動子３０
とポテンシヨメータＲ７の他方の端子との間に、
抵抗Ｒ８が付加的に接続される。当該装置（回
路）の出力は、抵抗Ｒ８とＲ７との接続点から取
り出される。ポテンシヨメータＲ７の接地されて
いる摺動子が、時計回りに完全に回転されている
（抵抗Ｒ３が接地された状態である）と、全出力
が、Ｒ７とＲ８とで構成される分圧回路を介して
摺動子３０から得られる。しかしながら、ポテン
シヨメータＲ７の摺動子が、反時計回りに完全に
回転された位置とされ、第６図の出力端子が接地
されると、いかなる出力も得られない。ポテンシ
ヨメータＲ７の設定位置を変化することにより、
レベルの変化した出力を得ることができる。

第７図は、当該回路に随意選択的に用いられる
ブライトネス回路を示す。この回路は、随意選択
的に、この発明の回路によつて増幅された楽器の
音色を全範囲に亘つて変化させるために高い周波
数の逓昇作用をおこなう。

他の変形例については図示しないが、第１図の
点ＢとＣ間に1.5KΩを付加的に接続するととも
に、点Ｃと接地との間に分流用抵抗2.7KΩを接続
すれば、当該回路における全ての周波数応答性お
よびポテンシヨメータ動作を変化させるのに有用
なものにすることができる。

第１図の回路に用いられた各構成部分の代表的
な値を、下記の表に示す。

構成部分値 R1 220K R2 33K R3^* 330 R4 470 R5 10K R6 1K R7 10K R8 27K C2 100PF C3 2μF C4 0.47μF C5 0.0068μF C6 2.2μF 上記のように、この発明に係る好ましい実施例
は図示して説明したが、それ等に限定されるもの
ではない。当該技術分野における技術によれば、
この発明と等価に種々に変形もしくは変更するこ
とができよう。そのような変形，変更，等価は、
特許請求の範囲に記載された事項の範囲内のもの
となろう。

＊例えば、上述した変更例としては個別のダイ
オードＤ１とＤ２に代えて、２つのダイオードを
直列接続して成る直列接続体の２つを、逆並列接
続したものを接続したもの等である。このことに
より、ひずみ発生回路の信号出力容量を２倍にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る一実施例の回路図、
第２図乃至第５図は、第１図の回路における種々
の構成部分を示す回路図、第６図は、第１図の回
路に用いられる音量制御回路図、第７図は、第１
図の回路に用いられる輝度回路を示す図である。１０…演算増幅器、１１…入力端子、１２…入
力ジヤツク、１３…出力端子、２０…フイードバ
ツク回路網、２２…反転入力端子、２４…摺動
子、２６…端子、２８…フートスイツチ、４０…
ひずみ発生回路。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 入力および出力を有する利得装置と； (b) 上記利得装置における入力に対する出力の利
得を制御するために、該利得装置の出力を受け
るフイードバツク回路網と； (c) 上記フイードバツク回路網において上記利得
を制御するための第１の制御手段と； (d) 上記利得装置の出力信号から予め定められた
ひずみ波形を有する出力信号を生成するひずみ
手段と； (e) 上記利得装置と上記ひずみ手段とからの両出
力信号を予め選定された比率で混合するととも
に、所望のひずみを有する信号を出力する混合
手段と； (f) 上記第１の制御手段と上記混合手段とを、予
め定められた関係で実質的に同時的に動作させ
るように接続する接続手段と；および、 (g) 上記利得装置の周波数応答性を、上記第１の
制御手段の設定に応答して制御するように、上
記フイードバツク回路網内に設けられた第２の
制御手段とを備えたオーデイオ信号用ひずみ回
路。２上記ひずみ手段は、上記利得装置の出力信号
を有効にクリツピングする回路手段を含み；上記利得装置は演算増幅器を含む特許請求の範
囲第１項に記載のオーデイオ信号用ひずみ回路。３上記第１の制御手段は、上記演算増幅器の出
力端子およびその入力端子間に接続した上記フイ
ードバツク回路網内に可変抵抗手段を含み、か
つ、上記第２の制御手段は、上記フイードバツク回
路網内で上記抵抗とで形成した回路にリアクタン
ス素子を含む特許請求の範囲第２項に記載のオー
デイオ信号用ひずみ回路。４上記混合手段と上記第１の制御手段とは、予
め定められたトラツキング特性で実質的に同時に
動作するように接続された互いに連動するポテン
シヨメータを含む特許請求の範囲第３項に記載の
オーデイオ信号用ひずみ回路。５上記利得装置の出力信号を有効にクリツピン
グするようにした上記回路手段は、逆並列接続し
たダイオード手段を含む特許請求の範囲第２項に
記載のオーデイオ信号用ひずみ回路。６上記第１の制御手段と上記第２の制御手段と
は、予め定められた狭い帯域で上記利得装置の利
得を変化するように接続された特許請求の範囲第
１項に記載のオーデイオ信号用ひずみ回路。７上記第２の制御手段は、上記第１の制御手段
により供給された増大する利得に応答しかつ組み
合わされて高い周波数で周波数応答性を低減させ
る手段を含む特許請求の範囲第１項に記載のオー
デイオ信号用ひずみ回路。８上記第２の制御手段は、上記第１の制御手段
により供給された増大する利得に応答しかつ組み
合わされることにより低い周波数で上記周波数応
答性を低減させる手段を含む特許請求の範囲第１
項あるいは第７項に記載のオーデイオ信号用ひず
み回路。９さらに上記ひずみ用回路の広帯域利得を調整
して、当該オーデイオ信号用ひずみ回路の全ての
利得の調整をおこなうための音量制御手段を含む
特許請求の範囲第１項に記載のオーデイオ信号用
ひずみ回路。１０さらに、上記第１の制御手段と上記ひずみ
手段を上記第２の制御手段との接続およびその接
続の解除を選択的におこなつて、上記オーデイオ
信号に対してプリセツトレベルでひずみを発生す
る第３の制御手段を含んでいる特許請求の範囲第
１項に記載のオーデイオ信号用ひずみ回路。１１さらに、個別の周波数上昇手段と、該周波
数上昇手段のひずみ用回路との接続およびその接
続の解除を選択的におこなう第４の制御手段とを
含み、これ等によつて処理されるオーデイオ信号
および上記混合回路からの出力の全ての音色を、
選択的に変更するようにした特許請求の範囲第１
項に記載のオーデイオ信号用ひずみ回路。