JPH056177A - 倍音発生器 - Google Patents

倍音発生器

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JPH056177A
JPH056177A JP3158915A JP15891591A JPH056177A JP H056177 A JPH056177 A JP H056177A JP 3158915 A JP3158915 A JP 3158915A JP 15891591 A JP15891591 A JP 15891591A JP H056177 A JPH056177 A JP H056177A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小振幅のオ―ディオ信号に対しても高調波信
号の生成を可能にする。 【構成】 ディジタル化したオ―ディオ信号が所定の非
直線関数に従って変換され、小振幅のオ―ディオ信号で
あっても所定の非直線関数に従って変換される。ディジ
タル化した今回のサンプリングのオ―ディオ信号レベル
とそれより前のサンプリングのオ―ディオ信号レベルと
のレベルの差が検出され、その検出レベル差が非直線変
換手段によって所定の非直線関数に従って変換されて変
換出力値が累算される。ディジタル化した今回のサンプ
リングのオ―ディオ信号レベルとそれより前のサンプリ
ングのオ―ディオ信号レベルとのレベルの差が検出さ
れ、その検出レベル差が非直線変換手段によって所定の
関数に従って変換され、今回のサンプリングのオ―ディ
オ信号を増幅する増幅手段の利得が関数変換出力に応じ
て変化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はカラオケ装置等の音響装置に用い
られる倍音発生器に関する。
【0002】
【背景技術】図10に従来の倍音発生器の構成を示す。
この倍音発生器においては、入力オ―ディオ信号がHP
F(ハイパスフィルタ)1に供給されるようになってい
る。HPF1を通過したオ―ディオ信号は振幅制限器2
に供給されて所定レベル以上の成分のみの信号となる。
振幅制限器2の出力信号が高調波発生器3に供給され
る。高調波発生器3はダイオ―ドの非直線特性部分を利
用したクリッパ回路からなる。ダイオ―ドは例えば、図
11に示すような入出力特性を有し、入力オ―ディオ信
号Ainに対して出力信号Aout はダイオ―ドの非直線特
性部分によりクリップされた波形となり高調波信号を含
むのである。高調波発生器3から出力される高調波信号
は減衰器4によって減衰されて加算器5に供給される。
加算器4は減衰された高調波信号と原信号の入力オ―デ
ィオ信号とを加算して出力する。このような構成の倍音
発生器は例えば、実開昭62−146313号公報に開
示されている。
【0003】しかしながら、従来の倍音発生器において
は、入力オ―ディオ信号が所定レベルより小なる信号の
場合だけでなく、所定レベル以上であっても上記のダイ
オ―ドの非直線特性部分に至らない小振幅信号の場合、
例えば、図11の入出力信号Bin及びBout の関係の如
く高調波信号が生成されないという問題点があった。
【0004】
【発明の目的】本発明の目的は、小振幅のオ―ディオ信
号に対しても高調波信号の生成を可能にした倍音発生器
を提供することである。
【0005】
【発明の構成】本願第1の発明の倍音発生器は、入力ア
ナログオ―ディオ信号をサンプリングしてオ―ディオ信
号レベルを示すディジタル信号に変換するA/D変換手
段と、該A/D変換手段から出力されたディジタル化オ
―ディオ信号を所定の非直線関数に従って変換する非直
線変換手段と、非直線変換手段の出力ディジタル信号を
アナログ信号に変換するD/A変換手段とを有すること
を特徴としている。
【0006】本願第2の発明の倍音発生器は、入力アナ
ログオ―ディオ信号をサンプリングしてオ―ディオ信号
レベルを示すディジタル信号に変換するA/D変換手段
と、A/D変換手段から出力された今回のサンプリング
のオ―ディオ信号レベルとそれより前のサンプリングの
オ―ディオ信号レベルとのレベルの差を検出する差検出
手段と、差検出手段による検出レベル差を所定の非直線
関数に従って変換する非直線変換手段と、非直線変換手
段の出力値を累算する累算手段と、累算手段による累算
結果を示す出力ディジタル信号をアナログ信号に変換す
るD/A変換手段とを有することを特徴としている。
【0007】本願第3の発明の倍音発生器は、入力アナ
ログオ―ディオ信号をサンプリングしてオ―ディオ信号
レベルを示すディジタル信号に変換するA/D変換手段
と、A/D変換手段から出力された今回のサンプリング
のオ―ディオ信号レベルとそれより前のサンプリングの
オ―ディオ信号レベルとのレベルの差を検出する差検出
手段と、差検出手段による検出レベル差を所定の関数に
従って変換する変換手段と、前記A/D変換手段から出
力された今回のサンプリングのオ―ディオ信号を変換手
段の変換出力に応じた利得で増幅する増幅手段と、増幅
手段の出力ディジタル信号をアナログ信号に変換するD
/A変換手段とを有することを特徴としている。
【0008】
【発明の作用】本願第1の発明の倍音発生器において
は、ディジタル化したオ―ディオ信号が所定の非直線関
数に従って変換され、小振幅のオ―ディオ信号であって
も所定の非直線関数に従って変換される。本願第2の発
明の倍音発生器においては、ディジタル化した今回のサ
ンプリングのオ―ディオ信号レベルとそれより前のサン
プリングのオ―ディオ信号レベルとのレベルの差が検出
され、その検出レベル差が非直線変換手段によって所定
の非直線関数に従って変換されて変換出力値が累算され
る。
【0009】本願第3の発明の倍音発生器においては、
ディジタル化した今回のサンプリングのオ―ディオ信号
レベルとそれより前のサンプリングのオ―ディオ信号レ
ベルとのレベルの差が検出され、その検出レベル差が非
直線変換手段によって所定の関数に従って変換され、今
回のサンプリングのオ―ディオ信号を増幅する増幅手段
の利得が関数変換出力に応じて変化される。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図1に示した本発明による倍音発生器に
おいて、アナログオ―ディオ信号が供給される入力端子
INにはA/D変換器11を介してLPF(ロ―パスフ
ィルタ)12が接続されている。A/D変換器11はア
ナログオ―ディオ信号を所定のタイミングでサンプリン
グしてそのサンプリング値をディジタル信号に変換す
る。LPF12はディジタルフィルタであり、A/D変
換器11から出力されるディジタルオ―ディオ信号の所
定の周波数成分以下の信号成分を通過させる。LPF1
2の出力には非線形変換回路13が接続されている。非
線形変換回路13は入力信号と出力信号との間において
非直線となるような関数を有し、この関数を用いて高調
波信号を発生する。非線形変換回路13の出力にはHP
F14が接続されている。HPF14はディジタルフィ
ルタであり、非線形変換回路13から出力される信号の
中の高調波信号成分のみを通過させる。HPF14の出
力にはD/A変換器15を介して出力端子OUTに接続
されている。
【0011】非線形変換回路13はDSP(ディジタル
シグナルプロセッサ)から構成される。図2にそのDS
Pの概略構成を示す。このDSPにおいて、2つの演算
部が備えられている。第1演算部はバッファメモリ2
1,22、乗算器23、ALU24及びアキュ―ムレ―
タ25からなる。バッファメモリ21,22の出力は乗
算器23に各々接続されている。乗算器23の出力はA
LU24の入力に接続され、ALU24の出力はアキュ
―ムレ―タ25に接続されている。アキュ―ムレ―タ2
5は2つの出力を有し、一方の出力はALU24の一方
の入力に接続され、他方の出力はバス20に接続されて
いる。なお、バッファメモリ21は2つの入力を有し、
一方の入力は係数デ―タRAM31に接続され、他方の
入力はバス20に接続されている。バッファメモリ22
は3つの入力を有し、そのうちの第1の入力は信号デ―
タRAM32に接続され、第2の入力はバス20に接続
されている。
【0012】また、第2演算部はバッファメモリ26,
27、乗算器28、ALU29及びアキュ―ムレ―タ3
0からなり、第1演算部と同様に構成されている。ま
た、バッファメモリ26の一方の入力は係数デ―タRA
M33に接続され、他方の入力はバス20に接続されて
いる。バッファメモリ27の第1の入力は信号デ―タR
AM34に接続され、第2の入力はバス20に接続され
ている。しかしながら、第2演算部の乗算器28は3つ
の出力を有し、第1の出力はALU29の一方の入力に
接続され、第2の出力はバッファメモリ22の残り第3
の入力に接続され、第3の出力はバッファメモリ27の
第3の入力に接続されている。
【0013】なお、係数デ―タRAM31,34はバス
20にも接続されている。また、ALU24の他方の入
力は2つの入力を有し、第1の入力が乗算器23の出力
に接続され、第2の入力はバス20に接続されている。
また、バッファメモリ22の3つの入力、それ以外のバ
ッファメモリの2つの入力、乗算器28の3つの出力、
アキュ―ムレ―タ25及び30の2つの出力、信号デ―
タRAM32,34の2つの出力、ALU24の他方の
2つの入力は選択的に1だけ又は2以上有効となるもの
である。これらは例えば、複数の3ステ―トバッファ等
からなる切替回路により構成される。
【0014】RAM31及び33からの係数デ―タの読
み出し動作、RAM32及び34からの信号デ―タの読
み出し動作、ALU24,29の演算動作、アキュ―ム
レ―タ25,30の保持デ―タの出力選択動作、乗算器
28の出力選択動作等の動作はDSP内のシ―ケンスコ
ントロ―ラ(図示せず)によって制御される。シ―ケン
スコントロ―ラはDSP内のプログラムメモリ(図示せ
ず)に書き込まれたプログラムに従って動作する。
【0015】かかる構成を有するDSPにおいては、演
算動作の開始前に係数デ―タ値c0,c1 ,c2 ……cn
が係数デ―タRAM31に書き込まれ、係数デ―タR
AM31からは係数デ―タがc1 ,c2 ,……cn ,c
0 の順にステップ毎に読み出される。LPF12から供
給されたオ―ディオ信号デ―タxはバス20を介して信
号デ―タRAM32に書き込まれる。
【0016】演算動作が開始されると、先ず、第1ステ
ップにおいては、信号デ―タRAM34から信号デ―タ
xが読み出されてバッファメモリ22,26及び27に
供給される。一方、バッファメモリ21には係数デ―タ
RAM31から係数デ―タc1が読み出されて供給され
る。よって、乗算器23は信号デ―タxと係数デ―タc
1との値を乗算する。乗算器23による乗算結果の値c1
xは第1ステップより1ステップ後の第2ステップにお
いてALU24を介してアキュ―ムレ―タ25に供給さ
れて保持される。また、乗算器28は信号デ―タxを掛
け合って二乗計算を行なう。乗算器28による乗算結果
の値x2は第2ステップにおいてバッファメモリ22及
び27に供給される。
【0017】第2ステップにおいてバッファメモリ21
には係数デ―タRAM31から係数デ―タc2が読み出
されて供給される。よって、乗算器23はx2と係数デ
―タ値c2とを乗算する。乗算器23による乗算結果の
値c22はALU24の他方の第1の入力に供給され
る。この供給に同期してアキュ―ムレ―タ25に保持さ
れているデ―タ値c1xがALU24の一方の入力に供
給される。よって、第3ステップにおいてALU24は
1x+c22の累算を行ない、この累算結果の値はア
キュ―ムレ―タ25に保持される。また、乗算器28は
バッファメモリ26に保持された信号デ―タxとバッフ
ァメモリ27に保持された信号デ―タx2とを掛け合
う。乗算器28による乗算結果の値x3は第3ステップ
においてバッファメモリ22及び27に供給される。
【0018】第3ステップにおいてバッファメモリ21
には係数デ―タRAM31から係数デ―タc3が読み出
されて供給される。よって、乗算器23はx3と係数デ
―タ値c3とを乗算する。乗算器23による乗算結果の
値c33はALU24の他方の第1の入力に供給され
る。この供給に同期してアキュ―ムレ―タ25に保持さ
れている累算デ―タ値c1x+c22がALU24の一
方の入力に供給される。よって、第4ステップにおいて
ALU24はc1x+c22+c33の累算を行ない、
この累算結果の値はアキュ―ムレ―タ25に保持され
る。また、乗算器28はバッファメモリ26に保持され
た信号デ―タxとバッファメモリ27に保持された信号
デ―タx3とを掛け合う。乗算器28による乗算結果の
値x4は第4ステップにおいてバッファメモリ22及び
27に供給される。
【0019】このような動作を繰り返すことにより
【0020】
【数1】
【0021】が累算されるのである。この累算結果の値
がアキュームレ―タ25に保持された後のステップにお
いて係数デ―タRAM31から係数デ―タc0が読み出
されてアキュームレータの他方の第2の入力に供給され
る。この供給に同期してアキュ―ムレータ25に保持さ
れている累算デ―タ値がALU24の一方の入力に供給
される。よって、ALU24は
【0022】
【数2】
【0023】の累算を行ない、この累算結果の値はアキ
ュ―ムレータ25に保持される。なお、係数デ―タは例
えば、n=3の場合にはc0=−1/4,c1=3/4,
2=1/4,c3=1/4である。このような係数デ―
タの場合には非線形変換回路13の入出力特性は図3の
如くなる。このように、入力オ―ディオ信号は非線形変
換回路13において非線形変換されるので、入力オ―デ
ィオ信号の高調波信号が生成される。高調波信号はHP
F14を介してD/A変換器15に供給されてアナログ
信号に変換された後、出力端子OUTから出力される。
【0024】なお、LPF12は非線形変換回路13に
おいて生成される高調波信号によって後述するエイリア
シング(aliasing)が起きないように挿入されている。デ
ィジタルデ―タは、サンプリングによって情報の欠落が
生じないためにはその信号に含まれる最高周波数がサン
プリング周波数fsの1/2以下であることが必要であ
るというサンプリング定理に支配される。すなわち、デ
ィジタル信号はfs/2以上の周波数は表わせない訳
で、fs/2以上の周波数成分はfs/2以下の成分に
影響するといった現象が起きる。このfs/2以上の成
分がfs/2以下の成分におり返してくる現象をエイリ
アシングという。例えば、2倍の倍音を生成する倍音発
生器において、fs=48kHz とすると、fs/2=2
4kHz となり、入力信号に12kHz 以上の成分が含まれ
ると、倍音発生器で24kHz 以上の成分が生成されてし
まいエイリアシングが起きる。これを防ぐためLPF1
2によって帯域が制限される。また、HPF14は非線
形変換により直流成分が発生する可能性があるのでその
直流成分を除去するために挿入されている。
【0025】図4は本願第2の発明の構成を示してい
る。この倍音発生器において、アナログオ―ディオ信号
が供給される入力端子INにはA/D変換器41を介し
て差分検出器42が接続されている。A/D変換器41
はA/D変換器11と同様の構成である。差分検出器4
2はA/D変換器41から供給される今回のオ―ディオ
信号デ―タx(n) と前回のオ―ディオ信号デ―タx(n-
1) との差x'(n)を検出する。差分検出器42の出力に
は非線形変換回路43が接続されている。非線形変換回
路43は非線形変換回路13と同様に入力信号と出力信
号との間において非直線となるような関数f(x'(n))
を有し、この関数を用いて高調波信号を発生する。非線
形変換回路43の出力には累算器44が接続されてい
る。累算器44は非線形変換回路43の出力信号が示す
値を累算する。累算器44の出力にはHPF45を介し
てD/A変換器46が接続されている。差分検出器42
としては前回のオ―ディオ信号デ―タx(n-1) を保持す
るメモリと、A/D変換器41から供給される今回のオ
―ディオ信号デ―タx(n) からメモリに保持された前回
のオ―ディオ信号デ―タx(n-1) を減ずる減算器を備
え、サンプリングタイミングに同期して動作するように
構成される。
【0026】非線形変換回路43は図2に示したDSP
から構成される。DSPにおいて非線形変換回路43と
しての動作は、上記した非線形変換回路13の場合と同
様である。また、非線形変換回路43が有する非直線と
なるような関数としては、f(x)=c0+c1x+c2
2+…に限らず、f(x)=c1x+c33でも良い。
f(x)=c1x+c33における係数デ―タは例え
ば、1−c1=c3である。ただし、c1<0である。こ
のような係数デ―タの場合には非線形変換回路43の入
出力特性は図5の如くなる。
【0027】よって、今回のオ―ディオ信号デ―タx
(n) と前回のオ―ディオ信号デ―タx(n-1) との差x'
(n)を示すデ―タが差分検出器42から非線形変換回路
43に供給されると、非線形変換回路43においてf
(x'(n))を示すデ―タに変換される。差x'(n)は非線
形変換回路13において非線形変換されるので、高調波
信号が生成される。非線形変換回路43の出力信号がf
(x'(i))とすると、累算器44によりf(x'(i))が
i=−∞からi=nまでの範囲で累算される。累算器4
4の出力信号が示す値y'(n)は
【0028】
【数3】
【0029】である。y'(n)はHPF45により直流成
分が除去された後、D/A変換器46に供給されてアナ
ログ信号に変換される。なお、差分検出器42及び累算
器44を非線形変換回路43と共に図2に示したDSP
から構成しても良い。DSPにおいて差分検出器42と
しての動作は例えば、信号デ―タRAM34から今回の
オ―ディオ信号デ―タx(n) が読み出されてALU24
の他方の入力に供給される。一方、アキュ―ムレ―タ2
5に保持された前回のオ―ディオ信号デ―タx(n-1) が
ALU24の一方の入力に供給される。ALU24はシ
―ケンスコントロ―ラから指令信号に応じて減算動作を
行なってx(n) −x(n-1) を算出する。算出結果の値を
示すデ―タは信号デ―タRAM22に保持され、アキュ
―ムレ―タ25に今回のオ―ディオ信号デ―タx(n) が
次回の減算動作のために保持される。
【0030】図6は本願第3の発明の構成を示してい
る。この倍音発生器において、アナログオ―ディオ信号
が供給される入力端子INにはA/D変換器51を介し
て差分検出器52及び増幅器53が接続されている。差
分検出器52は図4に示した差分検出器42と同様の構
成である。増幅器53は制御信号に応じて増幅利得が変
化するディジタル増幅器である。増幅器53の出力には
D/A変換器54を介して出力端子OUTが接続されて
いる。差分検出器52の出力には波形変換回路55が接
続されている。波形変換回路55は非線形変換回路13
と同様に入力信号と出力信号との間において非直線とな
るような非直線関数を有しても良いし、又は直線関数を
有する線形変換回路であっても良い。波形変換回路55
の出力信号が増幅器53の制御信号となる。
【0031】かかる構成において、波形変換回路55は
例えば、図7に示すような入出力特性で差分検出器42
からの出力デ―タを変換する。この図7の入出力特性の
場合には今回のオ―ディオ信号デ―タx(n) と前回のオ
―ディオ信号デ―タx(n-1)との差x'(n)が大きいほど
増幅器53の増幅利得が小さくなるように制御される。
よって、入力オ―ディオ信号が図8に示すように正弦波
信号であれば、波形変換回路55から供給される制御信
号に応じて増幅器53の利得が変化し、増幅器53から
出力されるデ―タによって示される信号波形は図9に示
すように凹凸の強調された波形となる。
【0032】
【発明の効果】本願第1の発明の倍音発生器において
は、ディジタル化したオ―ディオ信号が所定の非直線関
数に従って変換されるので、小振幅のオ―ディオ信号で
あっても所定の非直線関数に従って変換される故、高調
波信号が生成される。本願第2の発明の倍音発生器にお
いては、ディジタル化した今回のサンプリングのオ―デ
ィオ信号レベルとそれより前のサンプリングのオ―ディ
オ信号レベルとのレベルの差が検出され、その検出レベ
ル差が非直線変換手段によって所定の非直線関数に従っ
て変換されて変換出力値が累算されるので、小振幅のオ
―ディオ信号に対しても高調波信号を生成することがで
きる。
【0033】本願第3の発明の倍音発生器においては、
ディジタル化した今回のサンプリングのオ―ディオ信号
レベルとそれより前のサンプリングのオ―ディオ信号レ
ベルとのレベルの差が検出され、その検出レベル差が非
直線変換手段によって所定の関数に従って変換され、今
回のサンプリングのオ―ディオ信号を増幅する増幅手段
の利得が関数変換出力に応じて変化されるので、小振幅
のオ―ディオ信号に対しても高調波信号を生成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願第1の発明の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】図1の倍音発生器中の非線形変換回路を実現す
るDSPの構成を示すブロック図である。
【図3】非線形変換回路の入出力特性を示す図である。
【図4】本願第2の発明の実施例を示すブロック図であ
る。
【図5】図2の倍音発生器中の非線形変換回路の入出力
特性を示す図である。
【図6】本願第3の発明の実施例を示すブロック図であ
る。
【図7】図6の倍音発生器中の波形変換回路の入出力特
性を示す図である。
【図8】入力オ―ディオ信号波形例を示す図である。
【図9】出力オ―ディオ信号波形例を示す図である。
【図10】従来の倍音発生器の構成を示すブロック図で
ある。
【図11】図10の倍音発生器中の高調波発生器の入出
力特性を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
13,43 非線形変換回路 42,52 差分検出回路 55 波形変換回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力アナログオ―ディオ信号をサンプリ
    ングしてオ―ディオ信号レベルを示すディジタル信号に
    変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段から出
    力されたディジタル化オ―ディオ信号を所定の非直線関
    数に従って変換する非直線変換手段と、前記非直線変換
    手段の出力ディジタル信号をアナログ信号に変換するD
    /A変換手段とを有することを特徴とする倍音発生器。
  2. 【請求項2】 前記A/D変換手段と前記非直線変換手
    段との間にはロ―パスフィルタが挿入されていることを
    特徴とする請求項1記載の倍音発生器。
  3. 【請求項3】 前記非直線変換手段と前記D/A変換手
    段との間にはハイパスフィルタが挿入されていることを
    特徴とする請求項1記載の倍音発生器。
  4. 【請求項4】 入力アナログオ―ディオ信号をサンプリ
    ングしてオ―ディオ信号レベルを示すディジタル信号に
    変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段から出
    力された今回のサンプリングのオ―ディオ信号レベルと
    それより前のサンプリングのオ―ディオ信号レベルとの
    レベルの差を検出する差検出手段と、前記差検出手段に
    よる検出レベル差を所定の非直線関数に従って変換する
    非直線変換手段と、前記非直線変換手段の出力値を累算
    する累算手段と、前記累算手段による累算結果を示す出
    力ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換
    手段とを有することを特徴とする倍音発生器。
  5. 【請求項5】 入力アナログオ―ディオ信号をサンプリ
    ングしてオ―ディオ信号レベルを示すディジタル信号に
    変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段から出
    力された今回のサンプリングのオ―ディオ信号レベルと
    それより前のサンプリングのオ―ディオ信号レベルとの
    レベルの差を検出する差検出手段と、前記差検出手段に
    よる検出レベル差を所定の関数に従って変換する変換手
    段と、前記A/D変換手段から出力された今回のサンプ
    リングのオ―ディオ信号を前記変換手段の変換出力に応
    じた利得で増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力デ
    ィジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換手段
    とを有することを特徴とする倍音発生器。
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