(57)【要約】  【課題】広い入力レベル範囲にわたって心地よい歪み音を簡単な構成で得ることができるようにしたディストーション装置を提供すること。  【解決手段】入力Ｘに対して歪みが付与された出力Ｙ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２（ここで、Ａ，Ｂは定数であり、Ｓは、入力Ｘの符号に応じて＋１または−１となる値である。）を出力させる。このための演算手段の一実施形態は、入力Ｘの絶対値を求める絶対値演算部３０と、入力Ｘと絶対値演算部３０の出力を乗算する乗算部２６と、入力Ｘに定数Ａを乗算する乗算部２７と、乗算部２６の出力に定数Ｂを乗算する乗算部２８と、乗算部２７の出力と乗算部２８の出力を加算する加算部３１を有する。  【選択図】図２
2006195272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された楽音信号に対して歪みが付与された楽音信号を出力するディストーション装置において、入力をＸ、出力をＹとしたとき、
Ｙ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２（ここで、Ａ，Ｂは定数であり、Ｓは、入力Ｘの符号に応じて＋１または−１となる値である。）となる非線形入出力特性を示す演算手段を備えることを特徴とするディストーション装置。
【請求項２】
前記演算手段は、入力Ｘの絶対値を求める絶対値演算部と、入力Ｘと前記絶対値演算部の出力を乗算する乗算部と、入力Ｘに定数Ａを乗算し、前記乗算部の出力に定数Ｂを乗算し、両者を加算する演算部とを有することを特徴とする請求項１に記載のディストーション装置。
【請求項３】
前記演算手段は、入力Ｘの２乗を求める２乗演算部と、入力Ｘの符号に応じて＋１あるいは−１の値をストアするレジスタ部と、前記２乗演算部の出力と前記レジスタ部にストアされた値を乗算する乗算部と、入力Ｘに定数Ａを乗算し、前記乗算部の出力に定数Ｂを乗算し、両者を加算する演算部とを有することを特徴とする請求項１に記載のディストーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディストーション装置に関し、特に、広い入力レベル範囲にわたって心地よい歪み音を得ることができるようにしたディストーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
楽音発生装置のＤＳＰ(digital signal processor)にはディジタル的に楽音信号にレベル制御系や時間制御系や周波数特性制御系などのエフェクト処理を施すエフェクタ機能が備えられる。エフェクタ機能にはディストーション・サウンドを発生させるためのディストーショ系の処理も含まれ、これを達成するディストーション装置には様々な方式が存在する。
【０００３】
例えば、入力レベルが最大値あるいは最小値を超えた場合、オーバフローリミッタによるオーバフローリミットを効かせて、それ以上では出力として取り得る最大値または最小値を出力させることにより歪みを付与する方式がある。
【０００４】
また、入力レベルがある程度以上に大きくなったときに出力が徐々に圧縮される形で変化するような非線形入出力特性にし、急激に出力がクリップされないようにした方式もある。この方式では、簡単には、入力をＸ、出力をＹとしたとき、Ｙ＝ａＸ＋ｂＸ３となる非線形入出力特性とされ、入力Ｘの最大値±１の範囲で出力Ｙが１以上あるいは−１以下にならないように定数ａ、ｂが設定される。なお、ここでは、入力Ｘの正側と負側で特性が対称となることを満たす最低の次数、つまり非線形特性が入力Ｘの正側と負側で対称であり、かつ入力Ｘに最大限広い範囲で歪みを付与することができるものとしてＸ３を利用している。
【０００５】
また、本発明者は、滑らかでかつ任意の非線形入出力特性が得られるようにしたディストーション装置を特許文献１で提案した。この特許文献１で提案したディストーション装置では、入力をＸ、出力をＹ、係数Ａ１,Ａ２,Ａ３,・・・,Ａｎとしたとき、Ｙ＝Ａ１Ｘ１＋Ａ２Ｘ２＋Ａ３Ｘ３＋・・・＋ＡｎＸｎとなる非線形入出力特性にしている。
【特許文献１】特開平９−３３００８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、オーバフローリミッタを用いる方式では、入力レベルが最大値あるいは最小値を超えた場合に急激に出力がクリップされるため、ディジタルの特徴である楽音の折り返しノイズが発生し、不快な音色になってしまうという問題が生じる。
【０００７】
また、Ｙ＝ａＸ＋ｂＸ３となる非線形入出力特性を利用する方式では、入力レベルがある程度以上になったら出力が徐々に変化し、急激なクリップがなされないので、折り返しノイズを含む不快な音色が発生されるのを抑制することができる。この非線形特性は、半導体を使用したアナログエフェクタや真空管アンプでの非線形入出力特性に相通じるものがある。しかしながら、Ｘ３を利用した非線形入出力特性を用いても、入出力特性がリニアに近い領域が広く、その結果、良好なディストーション・サウンドが得られる入力レベルは狭い範囲に限られるという課題がある。つまり、比較的小さい入力レベルでは出力波形が殆ど歪まず、ディストーション・サウンドとして適度な歪が得られるのは狭い入力レベル範囲でしか得られない。また、入力レベルがその範囲を超えてさらに大きくなると入力時点でクリップされて不快な歪み音が発生してしまう。一般的には、入力Ｘのべき乗数が大きい関数を使用するほどリニアに近い領域が広くなり、良好なディストーション・サウンドが得られる入力レベルは狭くなる。
【０００８】
この出力波形のクリップを避けるために、ディストーション装置における歪み回路の前段にＡＧＣ(automatic gain controller)やコンプレッサなどの入力レベル調整回路が設けることも考えられるが、これでは全体の回路規模が大きくなってしまうという課題がある。
【０００９】
また、特許文献１で提案したディストーション装置は、より良いディストーション効果を得ようとすると多くの乗算器および加算器が必要であり、回路規模が大きくなってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、広い入力レベル範囲にわたって心地よい歪み音を簡単な構成で得ることができるようにしたディストーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、入力された楽音信号に対して歪みが付与された楽音信号を出力するディストーション装置において、入力をＸ、出力をＹとしたとき、Ｙ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２（ここで、Ａ，Ｂは定数であり、Ｓは、入力Ｘの符号に応じて＋１または−１となる値である。）となる非線形入出力特性を示す演算手段を備える点に第１の特徴がある。
【００１２】
また、本発明は、前記演算手段が、入力Ｘの絶対値を求める絶対値演算部と、入力Ｘと前記絶対値演算部の出力を乗算する乗算部と、入力Ｘに定数Ａを乗算し、前記乗算部の出力に定数Ｂを乗算し、両者を加算する演算部とを有する点に第２の特徴がある。
【００１３】
さらに、本発明は、前記演算手段が、入力Ｘの２乗を求める２乗演算部と、入力Ｘの符号に応じて＋１あるいは−１の値をストアするレジスタ部と、前記２乗演算部の出力と前記レジスタ部にストアされた値を乗算する乗算部と、入力Ｘに定数Ａを乗算し、前記乗算部の出力に定数Ｂを乗算し、両者を加算する演算部とを有する点に第３の特徴がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｘ２を利用した非線形入出力特性を用いているので、比較的小さい入力レベルから広い入力レベル範囲にわたって良好なディストーション・サウンドを簡単な構成で得ることができ、出力波形がクリップされるまでの入力レベルの余裕度を大きくすることができる。また、Ｘ２をそのまま利用した場合には入力Ｘの正側と負側で入出力特性が非対称になってしまうが、本発明ではＸ２で入力の符号が保存されるようにしているので、入力の正側と負側で特性を対称とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明が適用された楽音発生装置を示すブロック図である。楽音発生器(TG)から送出されるディジタル信号、その他から出力されるアナログ信号がＡ／Ｄ変換されて得られるディジタル信号などの入力ＸをＤＳＰ１１に入力する。ＤＳＰ１１は、ＣＰＵ１２から入力されるプログラムを格納してエフェクタとしても機能し得るものであり、コントロールパネル１３からの指示に基づいて入力Ｘに種々のデジタル処理を施して、あるいは入力Ｘをそのまま出力Ｙとして送出する。
【００１６】
ＤＳＰ１１のエフェクタとしての機能は、入力Ｘに対して出力Ｙを故意に歪ませてディストーション・サウンドを出力させるためのディストーション装置を含み、ディストーション装置は、本発明にしたがって、Ｙ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２となる非線形入出力特性を提供する。ここで、Ａ，Ｂは定数であり、Ｓは、入力Ｘの符号に応じて＋１または−１となる値である。また、入力Ｘおよび出力Ｙは、−１≦Ｘ≦＋１とする。
ＤＳＰ１１でディジタル処理した出力をＤ／Ａコンバータ１４でアナログ信号に変換し、アンプで増幅した後、スピーカ１５に送出する。スピーカ１５は入力されたアナログ信号に従って外部に楽音を出力する。
【００１７】
このように、Ｘ２を利用した非線形入出力特性を用いることにより、入出力がほぼリニアな関係となる領域を狭くできる。また、入力Ｘの符号付き２乗信号を用いることにより、入力Ｘの正側と負側で同じように歪みを付与することができるので、最大限広い入力レベル範囲にわたり自然かつ良好なディストーション・サウンドを得ることができる。また、入力Ｘの上限付近だけで非線形を示す入出力特性を利用して歪みを付与するものと異なり、比較的小さい入力レベルで適度な歪みを付与することができるので、出力波形がクリップされるまでの入力レベルの余裕度を大きくすることができる。
【００１８】
図２は、本発明に係るディストーション装置の実施形態を示す機能ブロック図である。本実施形態は、データをストアするためのレジスタ２１〜２４、乗算器２５〜２８、シフタ２９、絶対値演算器３０、および加算器３１を備える。
【００１９】
入力のディジタル信号を、まず、入力レジスタ(INPUT)２１にストアし、これからから読み出した信号を乗算器２５に入力して１以下の係数(GAIN)を乗算する。次に、乗算器２５の出力をシフタ２９に入力してビットをシフトする。シフタ２９は入力のビットをシフトして入力のレベルを例えば４倍にする。乗算器２５およびシフタ２９は、入力レベルを調整するために設けてある。
【００２０】
次に、シフタ２９の出力をレジスタ２２にストアし、そらから読み出した出力を絶対値演算器３０に入力してその絶対値を算出する。次に、絶対値演算器３０の出力とそれに対応するレジスタ２２の出力とを乗算器２６に入力して両者を乗算し、その乗算結果をレジスタ２３にストアする。乗算器２５およびシフタ２９でレベル調整された入力をＸ、入力Ｘの符号（正負）に応じて＋１または−１となる値をＳすると、レジスタ２３にストアされる信号は、符号付きＸ２であるＳＸ２となる。
【００２１】
次に、レジスタ２２から読み出したデータを乗算器２７に入力して係数Ａを乗算し、レジスタ２３から読み出したデータを乗算器２８に入力して係数Ｂを乗算する。次に、乗算器２７の出力と乗算器２８の出力を加算器３１に入力し、その出力を出力レジスタ(OUTPUT)２４にストアする。
【００２２】
ここで、出力レジスタ(OUTPUT)２４にストアされる信号Ｙは、Ｙ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２（ここで、Ｓは、入力Ｘが正のとき＋１、負のとき−１となる値である）となる。つまり、以上の一連の処理を行う簡単な構成でＹ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２の非線形入出力特性を得ることができる。
【００２３】
図３は、本発明に係るディストーション装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図３において図２と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。本実施形態は、データをストアするためのレジスタ２１〜２４、乗算器２５，２７，２８，３２，３３、シフタ２９、加算器３１、および符号レジスタ３４を備える。
【００２４】
本実施形態において、シフタ２９までの処理は図２と同様であるので説明を省略する。本実施形態では、シフタ２９の出力をレジスタ２２にストアし、それから読み出した２つの出力を乗算器３２に入力して互いに乗算してＸ２を得ている。ただし、このままでは入力Ｘの符号が失われてしまうので、別に符号レジスタ３４を設け、入力Ｘの符号を抽出してストアしている。符号レジスタ３４にストアされる値は、入力Ｘが正のとき＋１、負のとき−１である。
【００２５】
次に、乗算器３２の出力と符号レジスタ３４の出力を乗算器３３に入力して両者を乗算し、その乗算結果をレジスタ２３にストアする。乗算器２５およびシフタ２９でレベル調整された入力をＸ、入力Ｘの符号（正負）に応じて＋１または−１となる値をＳすると、レジスタ２３にストアされる信号は、図２の実施形態と同様にＳＸ２となる。
【００２６】
次に、レジスタ２２から読み出したデータを乗算器２７に入力して係数Ａを乗算し、レジスタ２３から読み出したデータを乗算器２８に入力して係数Ｂを乗算する。次に、乗算器２７の出力と乗算器２８の出力を加算器３１に入力し、その出力を出力レジスタ(OUTPUT)２４にストアする。以上の一連の処理でも、簡単な構成でＹ＝ＡＸ＋ＢＳＸ２となる非線形の入出力特性を得ることができる。
【００２７】
図４は、非線形入出力特性の例を示し、特性(1a)は２乗(Ｙ＝２Ｘ＋(−1)ＳＸ２)を用いた場合、特性(2a)は３乗(Ｙ＝(３/２)Ｘ＋(−１/２)Ｘ３)を用いた場合である。なお、この場合の定数Ａ，Ｂは、特性が点(Ｘ＝１，Ｙ＝１)を通り、Ｘ＝１で曲線の傾きが０となることを条件として求められる。図５は、図４における入力Ｘが正の部分において上記特性(1a)と特性(2a)の非線形特性の小入力レベル部分を合わせたとき、つまり、入力Ｘ＝０における両者の特性曲線の傾きを同じにしたときの特性(1b)、(2b)を示す。これにより特性(1b)と特性(2b)の曲線率（曲がり具合）の全体的な相違を容易に把握できる。なお、図５には、同じ傾きの直線のリニア特性(3b)も合わせて示している。図５において、特性(1b)はＹ＝(３/２)Ｘ＋(−３／４)ＳＸ２、特性(2b)はＹ＝(３/２)Ｘ＋(−１／２)Ｘ３、特性(3b)はＹ＝(３/２)Ｘとなる。
【００２８】
図４、図５から、２乗を用いた場合には３乗を用いた場合に比べて全体的に曲線率が大きいので、より小さい入力レベルで歪みを与えることができ、広い入力レベル範囲で歪み効果を得ることができることが分かる。
【００２９】
また、図５から分かるように、特性(2b)では入力レベルを０．６程度以上に調整しないと歪みを感じることができない。しかし、入力レベルを０．６程度に調整すると、例えば２音や３音が同時に弾かれたときに入力レベルが１以上になってクリップされてしまう。つまり、入力レベルのダイナミックレンジを大きくとることができない。
【００３０】
これに対して、特性(1b)では特性(2b)の入力レベル０．６程度と同じ歪み率を得るには入力レベルを０．３程度に調整しておけばよく、入力レベルにはまだかなりの余裕があるので、例えば２音や３音が同時に弾かれてもクリップされることがなくなる。したがって、この場合、０．３程度に入力レベルを調整して適度の歪みを感じることができるとともに入力レベルのダイナミックレンジを大きくとることができるので、広い範囲の入力レベルで心地よい歪み音を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用された楽音発生装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るディストーション装置の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明に係るディストーション装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図４】非線形入出力特性の例を示す特性図である。
【図５】図４の非線形入出力特性において小レベル部分を合わせたときの特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１・・・ＤＳＰ、１２・・・ＣＰＵ、１３・・・コントロールパネル、１４・・・Ｄ／Ａコンバータ、１５・・・スピーカ、２１〜２４・・・レジスタ、２５〜２８，３２，３３・・・乗算器、２９・・・シフタ、３０・・・絶対値演算器、３１・・・加算器、３４・・・符号レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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