JPH06342287A - 効果装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＤＳＰで真空管アンプをシミュレートする。微
妙なカーブを精度よくシミュレートでき、且つ、微調整
やパラメータの変更を可能にする。 【構成】真空管アンプの特性のうち動作領域（非飽和領
域）の歪み特性を２乗演算回路４５で実現し、且つ、飽
和領域の飽和特性を非線形テーブル５０による変換で実
現する。非線形テーブル５０は微妙な特性曲線をよく模
倣することができ、２乗演算回路４５は、供給するパラ
メータを変更することで容易にその特性を変更すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、楽音信号の波形を歪
ませることにより、独特の音色変化を実現する効果装置
に関する。

【０００２】

【発明の背景】今日、ギターアンプは大部分が半導体化
されているが、一部ギタープレイヤーには旧来の真空管
アンプの音色が今なお愛好されている。そこで、半導体
アンプに真空管アンプの特性を模したフィルタ回路を付
加して真空管アンプの音色を実現する提案がなされてい
る。

【０００３】ところで、一般的な３極管アンプは図１０
に示すような構成になっているが、このような３極管ア
ンプの静特性は図１１（Ａ）のような曲線になってい
る。この図はＶ_P −Ｉ_P 曲線である。負荷抵抗値を決定
すると、同図斜線のような動作範囲が決定される。これ
に基づいて求められた動特性を同図（Ｂ）に示す。この
特性はＶ_G-K −Ｖ_P 曲線である。この図のように、Ｖ
_G-K のカットオフ付近で特性が飽和しており、また、Ｖ
_G-K の正の範囲でグリッド電流の影響で特性が鈍ってい
る。さらに、能動範囲の特性も完全な直線ではなく、２
次曲線的な歪みを有している。

【０００４】真空管アンプの音色の特徴は、上記真空管
の増幅特性に殆ど依存している。たとえば、動作範囲の
両端部でなだらかな飽和特性を有することにより、柔ら
かい音色を実現し、２次曲線的な歪みを有することによ
り、２倍の倍音成分を生じ、音色に柔らかさを与えてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、半導体アンプで
上記真空管アンプの特性を模倣しようとした場合、振幅
の大きな部分をリミットして歪ませるディストーション
回路が用いられたが、この回路では、線形部分と歪み部
分の境界が急すぎて、濁った音色になり、真空管アンプ
とは程遠いものとなってしまう欠点があった。

【０００６】また、真空管アンプの入出力特性をテーブ
ル化し、入力信号をこのテーブルに通すことによって、
真空管の特性を実現使用とするものもあるが、この方式
では、真空管の入出力特性の全ての部分についてシミュ
レートしてそのデータを得ておく必要があり極めて面倒
であった。また、旧来の真空管アンプは様々な種類があ
るが、テーブルで複数種類の真空管アンプをシミュレー
トしようとすれば、その種類ごとにテーブル（ＲＯＭ）
を持つ必要があった。さらに、特性の微調整をすること
もできない欠点があった。

【０００７】この発明は、真空管アンプの特性を良く模
倣でき、その特性の変更が可能な効果装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、入力された
信号を所定の関数で演算する演算部と、非線形な入出力
特性で信号を変換する非線形テーブルと、を備え、これ
ら演算部および非線形テーブルを直列に接続したことを
特徴とする。

【０００９】

【作用】この発明の効果装置は、演算部と非線形テーブ
ルとを有している。演算部は、例えばアンプの能動領域
のゆるやかな歪み特性をシミュレートし、非線形テーブ
ルは、例えばアンプの飽和領域の飽和特性をシミュレー
トする。演算部はパラメータを変更することによって容
易にその演算内容を変更することができ、また、非線形
テーブルは細かい特性変化をよくシミュレートすること
ができる。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の実施例である電子楽器のブ
ロック図である。この電子楽器は、鍵盤１４の演奏によ
り音源２１で発生した楽音信号をＤＳＰ２３に通すこと
によって各種効果を付与して出力する。さらに、アナロ
グ楽音信号を外部から入力し、ＤＳＰ２３でこの楽音信
号に効果を付与することもできる。

【００１１】制御部１０はマイクロプロセッサで構成さ
れている。この制御部１０には、ＲＯＭ１１，ＲＡＭ１
２，鍵盤インタフェース１３，パネルスイッチインタフ
ェース１５，マウスインタフェース１７，ＬＣＤインタ
フェース１９，音源２１およびＤＳＰ２３が接続されて
いる。

【００１２】ＲＯＭ１１は、制御部１０の動作制御プロ
グラム、音源２１に供給する音色データ、および、ＤＳ
Ｐ２３に供給する効果データ等を記憶している。効果デ
ータは、ＤＳＰ２３の動作を制御するマイクロプログラ
ム，演算処理に用いるパラメータ，非線形変換に用いる
テーブルデータ等からなっている。ＲＡＭ１２には、ユ
ーザ設定の音色データや効果データを記憶するエリアが
設けられている。

【００１３】鍵盤インタフェース１３には鍵盤１４が接
続されている。鍵盤１４は５オクターブ程度の音域を有
するものである。パネルスイッチインタフェース１５に
はパネルスイッチ１６が接続されている。パネルスイッ
チ１６には音色選択スイッチや効果選択スイッチ等が含
まれる。マウスインタフェース１７にはマウス１８が接
続されており、ＬＣＤインタフェース１９にはＬＣＤデ
ィスプレイ２０が接続されている。ＬＣＤディスプレイ
２０には音色名や効果名等が表示される。ユーザはマウ
ス１８を操作してカーソルを移動させ、音色や効果を選
択，エディットすることができる。

【００１４】音源２１は波形メモリ音源やＦＭ音源等で
構成すればよい。音源２１が形成した楽音信号（ディジ
タルの楽音波形データ）はＤＳＰ２３に入力される。ま
た、ＤＳＰ２３にはＡＤＣ２２が接続されている。この
ＡＤＣ２２は外部から入力されるアナログの楽音信号を
ディジタルの楽音波形データに変換してＤＳＰ２３に入
力するものである。

【００１５】ＤＳＰ２３は入力された楽音波形データに
各種効果を付与する装置である。ＤＳＰ２３は、演算部
３０、マイクロプログラムＲＡＭ３１，パラメータＲＡ
Ｍ３２，遅延用ＲＡＭ３３，テーブル用ＲＡＭ３４を備
えている。演算部３０は入力された楽音波形データを高
速に演算処理するプロセッサである。マイクロプログラ
ムＲＡＭ３１は演算部３０の演算手順を指示するマイク
ロプログラムを記憶する。パラメータＲＡＭ３２は演算
において使用するパラメータを記憶する。テーブル用Ｒ
ＡＭ３４は楽音波形データを非線形変換するためのテー
ブルデータが記憶されるＲＡＭである。マイクロプログ
ラム，パラメータおよびテーブルデータは制御部１０か
ら供給される。遅延用ＲＡＭ３３はリバーブ等のために
楽音波形データを遅延させるためのＲＡＭである。

【００１６】音源２１で形成された楽音波形データ、お
よび、外部から入力された楽音信号をＡＤＣ２２で変換
した楽音波形データは演算部３０に入力される。また、
演算を終え効果を付加された楽音波形データは演算部３
０からＤＡＣ２４に出力される。この楽音波形データは
ＤＡＣ２４においてアナログの楽音信号に変換され、ス
ピーカ２５から放音される。

【００１７】上記ＤＳＰ２３は、マイクロプログラムＲ
ＡＭ３１，パラメータＲＡＭ３２，テーブル用ＲＡＭ３
４に設定されるマイクロプログラム，パラメータ，テー
ブルデータによって、楽音波形データ（楽音信号）に様
々な効果を付与することができる。

【００１８】このＤＳＰ２３で真空管のギターアンプの
入出力特性を模倣した場合の等価回路のブロック図を図
２に示す。この等価回路において、入力側から、ローシ
ェルビング回路４０およびハイシェルビング回路４１、
オーバードライブ回路４２、オーバーサンプリング回路
４３、シフトアップ回路４４、２乗演算回路４５、計数
乗算器４６，４７、加算器４８、非線形テーブル５０、
ダウンサンプリング回路５１、および、スピーカシミュ
レータ５２を備えている。

【００１９】ローシェルビング回路４０は入力された楽
音信号（楽音波形データ）の低音域をイコランジングす
る。ハイシェルビング回路４１は入力された楽音信号の
高音域をイコライジングする。アンプ４２はドライブパ
ラメータ（ゲイン）を乗算して楽音信号を増幅する。こ
の増幅によって振幅（データの値）を大きくし、ピーク
部分が増幅回路の飽和領域に入るようにしている。この
飽和領域の歪みは非線形テーブル５０で実現している。
オーバーサンプリング回路４３は、折り返しノイズの発
生を防ぐため楽音信号を２倍にオーバーサンプリングす
る。この電子楽器（音源２１，ＡＤＣ２２，ＤＡＣ２４
等）は４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数で動作して
いるが、ここで、２倍の８８．２ｋＨｚにオーバーサン
プリングすることで折り返しノイズの最低周波数を４
４．１ｋＨｚにまで上げ、フィルタによる除去を容易に
している。シフトアップ回路４４はバイナリーデータで
ある楽音波形データの桁を１桁上げて２倍の値にする。
シフトアップ回路４４から出力されたデータは係数乗算
器４７と２乗演算回路４５に分岐される。シフトアップ
回路４４は、後段の２乗演算回路４５における２乗演算
の効果を上げるため振幅を大きくする。シフトアップ回
路の代わりに乗算器を用いてもよい。

【００２０】２乗演算回路４５、係数乗算器４６，４
７、および、加算器４８で２次関数演算回路４９を構成
する。

【００２１】２乗演算回路４５は入力された楽音波形デ
ータを２乗演算する。これによって偶数次倍音が発生す
る。２乗演算回路４５から出力された楽音波形データは
係数乗算器４６に入力される。係数乗算器４６には係数
（パラメータ）としてｓが入力される。一方、係数乗算
器４７には係数として１−ｓが入力される。ｓは０．３
程度が適当である。

【００２２】係数乗算器４６，４７から出力された楽音
波形データは加算器４８で加算され、非線形テーブル５
０に入力される。非線形テーブルは図３（Ｂ）のような
入出力変換特性を備えており、振幅のピーク付近の増幅
特性を飽和させるように緩やかに歪ませる。非線形テー
ブル５０から出力された楽音波形データはダウンサンプ
リング回路５１に入力される。ダウンサンプリング回路
５１は、オーバーサンプリングによって８８．２ｋＨｚ
でサンプリングされている楽音波形データを４４．１ｋ
Ｈｚのサンプリング周波数のデータに戻し、スピーカシ
ミュレータ５２に入力する。スピーカシミュレータ５２
はスピーカおよびスピーカボックスの共鳴特性を模する
回路である。なお、上記構成において、ダウンサンプリ
ングせずにスピーカシミュレータ５２およびＤＡＣ２４
を高いサンプリングレートで動作させてもよい。

【００２３】ここで、図３のグラフについて説明する。
図３は上記２次関数演算回路４９および非線形テーブル
５０の入出力変換特性を示すグラフである。２次関数演
算回路４９の入出力特性は同図（Ａ）のように原点を通
る単純増加領域の２次曲線になっている。これは、真空
管アンプの非飽和領域で動作特性を模したものである。
真空管アンプの場合、負方向にバイアスが掛けられてい
るがＤＳＰの場合はバイアスが不要で０レベルのデータ
は０であるため原点を通る曲線となる。また、非線形テ
ーブル５０は同図（Ｂ）のような曲線のデータで構成さ
れている。この特性は、負方向が真空管のカットオフ特
性で緩やかに歪み、正方向がグリッド電流によって歪む
ことを模倣している。これらの曲線の特性を合成すると
同図（Ｃ）に示すように、真空管アンプの入出力特性と
非常に類似した特性となる。ここで、真空管アンプの場
合は入出力の位相が反転するのに対し、このＤＳＰでは
反転させていないが、これは位相の正逆は音色に無関係
であり本質的な問題ではないためである。

【００２４】さらに、この等価回路では、真空管のギタ
ーアンプを模倣するために、真空管アンプの特性を模す
るとともに、スピーカおよびスピーカボックスの音響特
性を模するスピーカシミュレータ５２を備えている。

【００２５】図４はスピーカシミューレタ５２の構成図
である。ここで、このスピーカシミュレータ５２は、図
５に示すようなギターアンプのスピーカ７０の特性を模
している。このスピーカ７０は、コーン７０ａが中低音
を発音し、中央部のメタルドーム７０ｂが高音を発す
る。さらに、重低音はスピーカボックス７１の背面から
回折，反射してきた信号も聴取者に到達する。したがっ
て、これらの条件を電気的に模倣するため、高音域，中
低音域，重低音域のそれぞれの音域の特性を決定する３
系統のフィルタ回路を備えている。

【００２６】第２系統（高音系統）はハイパスフィルタ
６３、高域のレゾナンスを含んだハイカットフィルタ６
４および係数乗算器６５で構成されている。ハイパスフ
ィルタ６３にはカットオフ周波数パラメータｌｏｗ２が
入力される。ハイカットフィルタ６４には高音側カット
オフ周波数パラメータｈｉｇｈ２およびレゾナンスレベ
ルパラメータｒｅｓが入力される。係数乗算器６５には
ゲインパラメータｇａｉｎ２が入力される。

【００２７】第１系統（中低音系統）は、コーン７０ａ
で発音可能な周波数域を透過するバンドパスフィルタ６
０および係数乗算器６１で構成されている。バンドパス
フィルタ６０にはカットオフ周波数パラメータｌｏｗ１
および高音側カットオフ周波数パラメータｈｉｇｈ１が
入力される。係数乗算器６１にはゲインパラメータｇａ
ｉｎ１が入力される。

【００２８】第３系統（重低音系統）はスピーカボック
ス背面で反射して聴取者に到達する楽音の帯域を透過さ
せるバンドパスフィルタ６６，反射による遅延を模倣す
るディレイ６７および係数乗算器６８で構成されてい
る。バンドパスフィルタ６６にはカットオフ周波数パラ
メータｌｏｗ３および高音側カットオフ周波数パラメー
タｈｉｇｈ３が入力される。ディレイ６７にはディレイ
パラメータＤＬが入力される。係数乗算器６８にはゲイ
ンパラメータｇａｉｎ３が入力される。

【００２９】これら３系統のフィルタを通過した楽音波
形データは加算器６２で加算されて出力される。

【００３０】ＤＳＰ２３を以上の等価回路で示されるよ
うな機能に設定することにより、音源２１で形成された
楽音信号や外部からＡＤＣ２２に入力された楽音信号を
ギターアンプで鳴らしたような音色にすることができ
る。

【００３１】なお、この実施例では、２乗演算回路４５
で偶数次倍音を発生させ、その成分比率を決定する係数
ｓを０．３程度とし非線形テーブル５０の特性を図３
（Ｂ）のようにすることによって真空管アンプの特性を
模倣するようにしたが、ｓ＝０とし非線形テーブルの飽
和曲線の曲率を小さくすることによってトランジスタア
ンプの特性を実現することもできる。

【００３２】また、非線形テーブルの内容をサイン波形
を合成したような曲線とすることにより、外部入力され
た楽音信号をＦＭ音源で形成された楽音信号のような音
色にすることもできる。

【００３３】図６は前記ＲＯＭ１１の一部構成を示す図
である。このＤＳＰ２３に供給するマイクロプログラ
ム，パラメータ，テーブルデータの記憶エリアを示す図
である。マイクロプログラムは、ＤＳＰ２３で実現する
効果の種類毎に記憶されているが、ここでは真空管ギタ
ーアンプのもののみを示している。この１つのマイクロ
プログラムに対して複数のパラメータおよびテーブルデ
ータ（ＧＡ１〜ＧＡ５）が記憶されている。これによっ
て、同一の効果であっても、パラメータやテーブルデー
タを変更することによってその程度や雰囲気を調整する
ことができ、様々な真空管アンプの特性を複数記憶され
ているなかから選択することができる。パラメータとし
ては、前記各等価回路に供給するパラメータ（ローシェ
ルビングパラメータ，ハイシェルビングパラメータ，Ｄ
ｒｉｖｅパラメータ，係数ｓ，スピーカシミュレータパ
ラメータ）が記憶されている。

【００３４】図８は接続のＲＯＭ１１に記憶されている
パラメータ，テーブルデータの変更画面を示す図であ
る。すなわち、ＬＣＤ表示器２０に表示されるメニュー
をマウス１８で選択することにより、パラメータを変更
することができる。この場合の動作は図７のようであ
る。変更操作があることをｎ１で検出すると、パラメー
タのポインタＧＡｎ（ｎ＝１〜５）を変更する（ｎ
２）。この変更されたＧＡｎに従ってこれに対応するパ
ラメータＤＳＰ２３の各メモリに設定する（ｎ３）。こ
れにより、ＤＳＰ２３のパラメータ，テーブルデータを
変更することができる。

【００３５】また、この例では複数種類記憶されている
パラメータ群を切り換えるのみであるが、パラメータそ
のものをエディットできるようにしてもよい。この場
合、パネルスイッチやボリュームで各パラメータの値を
変更するようにしても良く、また、図９に示すように画
面にスピーカボックスの形状や壁の位置などを表示し、
これをマウスでドラッグする等によりグラフィックにエ
ディットすることによってこれに対応するパラメータが
自動設定（エディット）されるようにすればユーザによ
る設定が容易になる。

【００３６】なお、演算回路は２次関数演算に限らず他
の関数演算としてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、楽音信
号を２次関数演算するとともに非線形テーブルで変換す
るようにしたことにより、エディット可能で且つ微妙な
変化をする効果装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であるＤＳＰを備えた電子楽
器のブロック図

【図２】同電子楽器におけるＤＳＰの動作の等価ブロッ
ク図

【図３】同ＤＳＰの２乗演算回路と非線形テーブルの特
性を示す図

【図４】同ＤＳＰのスピーカシミュレータの構成を示す
図

【図５】同スピーカシミュレータでシミュレートされる
スピーカを示す図

【図６】前記電子楽器のメモリの一部構成図

【図７】同電子楽器の制御部の一部動作を示す図

【図８】前記ＤＳＰのパラメータ選択画面を示す図

【図９】前記ＤＳＰのパラメータのグラフィックエディ
ットの例を示す図

【図１０】従来の３極管アンプの回路図

【図１１】一般的な３極管の特性を示す図

【符号の説明】

２３−ＤＳＰ ４５−２乗演算回路 ４９−２次関数演算回路 ５０−非線形テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された信号を所定の関数で演算する
   演算部と、非線形な入出力特性で信号を変換する非線形
   テーブルと、を備え、これら演算部および非線形テーブ
   ルを直列に接続したことを特徴とする効果装置。