(57)【要約】【課題】アナログ回路で構成された効果付与装置ではＢＢＤを用いたものがあり、ＢＢＤの特性によりアナログ機器に特有の音楽的に好ましい楽音が得られる。しかし、デジタル回路でシミュレートしてもアナログと同等の効果は得られない。本発明は、ＢＢＤを用いたアナログの効果付与装置と同様の音楽的効果を実現できるデジタル効果付与装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＢＢＤのクロックに対する周波数特性をシミュレートするため、ループ回路内の遅延回路の遅延量が大きいときはカットオフ周波数を上げ、遅延量が小さいときはカットオフ周波数を下げるように、カットオフ周波数が変化するＬＰＦをループ回路内に設ける。さらに、ＢＢＤの挿入損失のみに注目し、遅延量が大きいときは値を上げ、前記遅延手段の遅延量が小さいときは値を下げるような乗算係数で楽音信号の減衰量を制御する乗算手段をループ回路内に設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力楽音信号に効果を付与して出力する効果付与装置であって、
前記入力楽音信号に対して信号遅延を行なう遅延手段と、
前記遅延手段を含むループ回路と、
前記ループ回路内に設けられ、前記遅延手段の遅延量に応じてカットオフ周波数が変化するローパスフィルタ手段と
を備えることを特徴とする効果付与装置。
【請求項２】
請求項１に記載の効果付与装置において、
前記ローパスフィルタ手段に対して、前記遅延手段の遅延量が大きいときはカットオフ周波数を上げ、前記遅延手段の遅延量が小さいときはカットオフ周波数を下げるような係数を与える係数発生手段をさらに備えることを特徴とする効果付与装置。
【請求項３】
入力楽音信号に効果を付与して出力する効果付与装置であって、
前記入力楽音信号に対して信号遅延を行なう遅延手段と、
前記遅延手段を含むループ回路と、
前記ループ回路内に設けられ、前記遅延手段の遅延量に応じて前記ループ回路をループする楽音信号の減衰量を変化させる乗算手段と
を備えることを特徴とする効果付与装置。
【請求項４】
請求項３に記載の効果付与装置において、
前記乗算手段に対して、前記遅延手段の遅延量が大きいときは値を上げ、前記遅延手段の遅延量が小さいときは値を下げるような係数を与える係数発生手段をさらに備えることを特徴とする効果付与装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、遅延回路を含むループ回路を備えた遅延時間変調系の効果付与装置（エフェクタ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
楽音信号に各種の効果（エフェクト）を付与する効果付与装置としては、アナログ回路およびデジタル回路を用いた各種のものが知られている。アナログのＢＢＤ（Ｂｕｃｋｅｔ　Ｂｒｉｇａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたディレイ（エコー）、コーラス、およびフランジャーなどの効果付与装置は、ＢＢＤの特性がその音に大きな影響を及ぼしており、これにより音楽的に好ましい楽音が得られる効果付与装置となっている。デジタルで上述したような効果付与装置を実現したとしても、アナログのような楽音は得られないことが多い。アナログのＢＢＤの特性としては、飽和特性やノイズなどがよく知られているが、ＢＢＤを使いこなすための回路上の工夫、例えば入力のアンチエリアジングフィルタや、出力のクロック漏れ除去フィルタ、Ｓ／Ｎ改善のためのプリエンファシス・デエンファシスなどや、アナログ回路で多用されるＤＣカットのＨＰＦなどが、アナログ機器の特徴となっており、これらによりアナログ機器に特有の音楽的に好ましい楽音が得られると考えられる。
【０００３】
従来、アナログフランジャーで多用されるＨＰＦに注目し、これを位相遅延のより大きなＡＰＦに置き換えた構成のフランジャーが考えられている（特許文献１参照）。さらに、より厳密にアナログのフランジャーをシミュレートするため、各部のフィルタ類や飽和特性などを忠実に再現した効果付与装置も考えられているが、アナログと同等の効果を得ることは困難であるのが現状である。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０９７３７９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにアナログのフランジャーをシミュレートするため、各部のフィルタ類や飽和特性などを忠実に再現してみても、アナログと同等の効果は得られない。その原因を調べてみると、ＢＢＤの動作原理が大きな理由と思われる。以下、このことについて説明する。
【０００６】
図３（ａ）に、ＢＢＤの模式図を示す。ＢＢＤは、多段のコンデンサＣ１，Ｃ２，…，Ｃ２ｎと、バッファ３０１，３０２，…と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，…，ＳＷ２ｎとを備える。図３（ｂ）に示すような２相のクロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２を用いて、ＣＬＫ１がオンのとき奇数段目のスイッチＳＷをオンし、ＣＬＫ２がオンのとき偶数段目のスイッチＳＷをオンすることにより、コンデンサの電荷（電圧）を順次後段へ移送してゆく。このように、ＢＢＤはアナログ電圧を離散的に（サンプルして）扱う特殊な素子である。
【０００７】
図４（ａ）は、図３（ａ）のようなＢＢＤの１段分の構成をスイッチを除いて記載したものである。この電荷をチャージをする構成で考えると、コンデンサＣには１サンプル前の電圧Ｘｉがチャージされている。ここでスイッチがオンとなり前段の電圧Ｘｉ＋１で充電されるが、オン抵抗ＲＯＮは零では無いから、最終的な充電電圧は、１サンプル前の値と今回の値との中間で、オン時間（スイッチがオンされている時間）とともに限りなく今回の値に近づく。すなわち、これは扱う値がアナログなだけで、原理は図４（ｂ）に示すようなデジタルのＬＰＦ（ＤＣＦ型）と等価である。ＢＢＤは、このようなＬＰＦが２×段数分だけカスケード接続されたものと考えられる。従って、充分な充電時間が無いと、高い周波数の減衰が無視できなくなる。
【０００８】
図５に、１０２４段のＬＰＦを繋げたもの（５１２段のＢＢＤに相当する）の特性を示す。カットオフ周波数は１００ＫＨｚであるが、１，２ＫＨｚ辺りからグラフが落ち始めて、あとは急激に減衰している。人間が聞き取る周波数の範囲、すなわち音的に影響が大きい範囲で減衰している。アナログのＢＢＤの特性も同様のものになる。
【０００９】
ところで、コーラスやフランジャなどクロック変調で効果を得ているエフェクタでは、充電時間はクロック周波数に反比例するから、ＢＢＤでの入出力の周波数特性は、クロックに応じて変化していることになる。特に、フランジャーではディレイ長を１０倍程度変化させなければ十分な効果を得ることができない。かといって、あまり低いクロック周波数まで用いると、エリアジング（折り返しノイズ）が起きたり、エリアジングを防止しようとすると十分な周波数特性が得られなかったりするので、結局クロックの上限ぎりぎりか、あるいは推奨動作条件を超えて用いることになってしまう。このような用い方をした場合、クロックが高くなったときに、高域が無視できないほど減衰する。
【００１０】
図６は、デジタルのフランジャーによってできるピークをログ周波数軸で表したグラフである。フランジャーは遅延回路を含むループ回路でフィードバックをかけるのでこのようなくし形状の特性を示す。ピークは周波数が低いほど幅が広く、高くなるほど段々狭くなってゆく。従って、通常のフランジャーのディレイ長の範囲（１ｍＳ程度から数１０ｍＳ）では、ディレイが短いほど、最も耳につきやすい数ＫＨｚあたりのピークの幅が広くなり、この付近の周波数が強調され易い。
【００１１】
ところが、ＢＢＤを用いたアナログフランジャーでは、ディレイが短いほど、充電時間不足による電圧落ちで、このピークが抑えられる。特にフィードバックを強めにかけた場合、減衰の影響はより大きくなるので、ピークを抑える効果も大きくなる。これが、アナログフランジャーの音が痛くない（すなわち、キンキンした音にならない）理由である。
【００１２】
痛い音にならないように、はじめからＬＰＦで高域をカットすることが考えられる。しかし、これではフィードバックが高い周波数までかからないので、全般的に効果が薄いフランジャーとなってしまう。アナログフランジャーでは、ディレイが長いときには、十分に強烈な効果が得られ、ディレイが短くなって高域のピークが耳につくときだけこれを抑えてくれるという、まことに音楽的な効果をＢＢＤが果たしていると言える。
【００１３】
この発明は、上述の従来技術における問題点に鑑み、ＢＢＤを用いたアナログの効果付与装置と同様の音楽的効果を実現できるデジタル効果付与装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、入力楽音信号に効果を付与して出力する効果付与装置であって、前記入力楽音信号に対して信号遅延を行なう遅延手段と、前記遅延手段を含むループ回路と、前記ループ回路内に設けられ、前記遅延手段の遅延量に応じてカットオフ周波数が変化するローパスフィルタ手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の効果付与装置において、前記ローパスフィルタ手段に対して、前記遅延手段の遅延量が大きいときはカットオフ周波数を上げ、前記遅延手段の遅延量が小さいときはカットオフ周波数を下げるような係数を与える係数発生手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、入力楽音信号に効果を付与して出力する効果付与装置であって、前記入力楽音信号に対して信号遅延を行なう遅延手段と、前記遅延手段を含むループ回路と、前記ループ回路内に設けられ、前記遅延手段の遅延量に応じて前記ループ回路をループする楽音信号の減衰量を変化させる乗算手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の効果付与装置において、前記乗算手段に対して、前記遅延手段の遅延量が大きいときは値を上げ、前記遅延手段の遅延量が小さいときは値を下げるような係数を与える係数発生手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いてこの発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、この発明の第１の実施形態に係る効果付与装置の概略構成を示す。なお、各部のフィルタなどは省略し、基本的な構成要素のみを示した。
【００２０】
入力ディジタル楽音信号ＩＮは、加算器１０１に入力し、加算器１０１の出力は遅延回路（ディレイ）１０２に入力する。ディレイ１０２の出力は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２０に入力する。ＬＰＦ１２０は、加算器１０３，１０５、乗算器１０４、および遅延回路（１サンプリング周期遅延）１０６からなる。ＬＰＦ１２０の出力は、乗算器１０７を介して加算器１０１にフィードバックされる。以上によりループ回路１３０が構成される。乗算器１０９は、このループ回路１３０の出力に所定の係数を乗算し（ｗｅｔ側）、その結果を加算器１１０に入力する。一方、乗算器１０８は、入力信号ＩＮに所定の係数を乗算し（ｄｒｙ側）、その結果を加算器１１０に入力する。加算器１１０は、乗算器１０８の出力と乗算器１０９の出力とを加算し、効果付与装置の出力信号ＯＵＴとして出力する。
【００２１】
ＬＦＯ（低周波発生器）１１１、乗算器１１２、加算器１１３、および指数（ｅｘｐ）変換部１１４は、ループ回路１３０のディレイ１０２のディレイ長を変調するための変調信号を発生する部分である。ＬＦＯ１１１の出力信号は、乗算器１１２に入力し、深さ係数ｄｅｐｔｈが乗算される。加算器１１３は、乗算器１１２の出力にオフセットｍａｎを加算する。加算器１１３の出力は、対数表現でのディレイ長（ログディレイ長）を表すものである。指数変換部１１４は、加算器１１３の出力を指数変換し、その出力がディレイ長変調信号としてディレイ１０２に入力する。指数変換してディレイ長を決定することにより、音楽的に好ましい周波数変換が行なえる。また、ＬＰＦ係数発生部１１５は、加算器１１３の出力に基づいて、ループ回路１３０のＬＰＦ１２０の係数（詳しくは乗算器１０４の乗算係数）を発生する。指数変換部１１４やＬＰＦ係数発生部１１５は、テーブルを用いたり、あるいは演算により、出力値を決定するものでよい。
【００２２】
図１の構成では、ＢＢＤのクロックに対する周波数特性をシミュレートするため、ループ回路１３０内に、遅延量に対してカットオフ周波数が変化するＬＰＦ１２０を設けている。すなわち、ディレイ１０２のディレイ長に応じて、ＬＰＦ１２０の係数を発生させ、ディレイ１０２の出力をこのＬＰＦ１２０に入力している。ここで、ＬＰＦ係数発生部１１５は、ディレイ１０２のディレイ長が長いときはＬＰＦ１２０のカットオフ周波数を上げて該ＬＰＦへの入力信号がほぼ通過するように、また、ディレイ１０２のディレイ長が短いときはカットオフ周波数を下げるように、制御するものとする。これは、アナログの回路で、ディレイ長とカットオフ周波数が比例することに対応するものである。実際のＢＢＤは、図５のように段数に応じた急峻なロールオフ特性を持つが、これをそのままシミュレートするのは現実的では無い。しかし、フィードバック量を減衰させて、ピークを抑えるのにはたかだか数ｄＢ程度で可能であるから、減衰し始めの肩特性を合せれば十分な場合が多い。肩特性は段数に関係なく、１次または数段のＬＰＦのカスケードでおおよそ近似できる。ＬＰＦ１２０はそのためのものである。また、場合によってはこの前後に、アンチエリアジングフィルタやクロック除去フィルタをシミュレートするための、比較的高次のＬＰＦが入ることになるから、ＢＢＤの急峻なロールオフが再現できないことが問題となることは少ない。ここでは１次の１係数乗算型ＬＰＦを用いたが、双一次変換のもののほうがナイキストに零点があるので減衰量が多く、よりＢＢＤの特性に近いと言える。もちろん、先に述べたようにＬＰＦを数段カスケードにしカットオフを調整すれば、より近似の良い特性が得られる。
【００２３】
なお、ＬＰＦ係数発生部１１５は、ログディレイ長に基づく代わりに指数変換後の値に基づいて係数を発生するものでもよい。指数変換部１１４は、指数変換の代わりに、入力信号を４乗して出力するものなどの演算を用いたものでもよい。ディレイ１０２のディレイ長とＬＰＦ１２０のカットオフ周波数とＬＰＦ係数発生部１１５で発生する係数の値とは互いに比例するので、指数変換後の値を重み付けし、限界値１でリミットした値をそのまま係数としてもよい。
【００２４】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。図１では、ＢＢＤのクロックに対する周波数特性をシミュレートするため、ループ回路１３０内にＬＰＦ１２０を設けた。しかし、ＢＢＤの特性をそのまま再現できなくても、フィードバック量を減衰させるのに十分な特性があればよいと言える。従って、必ずしもＬＰＦでなくともよく、減衰量のみを制御しても、似たような効果が期待できる。
【００２５】
図２は、そのような効果付与装置の概略構成を示す。すなわち、ＬＰＦの代わりに乗算器を用い、ディレイが短いほど乗算係数が小さくなるように制御するものである。なお、各部のフィルタなどは省略し、基本的な構成要素のみを示した。
【００２６】
図２において、入力ディジタル楽音信号ＩＮは、ループ回路２３０の加算器２０１に入力する。ループ回路２３０は、図１の実施形態のループ回路１３０と同様のものであるが、ここではＬＰＦ１２０の代わりに乗算器２０４を用いている。乗算器２０９は、このループ回路２３０の出力に所定の係数を乗算し（ｗｅｔ側）、その結果を加算器２１０に入力する。一方、乗算器２０８は、入力信号ＩＮに所定の係数を乗算し（ｄｒｙ側）、その結果を加算器２１０に入力する。加算器２１０は、乗算器２０８の出力と乗算器２０９の出力とを加算し、効果付与装置の出力信号ＯＵＴとして出力する。ディレイ２０２のディレイ長を変調するための変調信号を発生するための構成要素２１１〜２１４は、図１の１１１〜１１４と同様のものである。損失係数発生部２１５は、加算器２１３の出力に基づいて、乗算器２０４の乗算係数を発生する。損失係数発生部２１５では、ディレイ２０２のディレイ長が短いほど乗算器２０４の乗算係数が小さくなるように係数発生している。
【００２７】
第１の実施形態の図１の構成では、ディレイが短いとき、帰還量を十分抑え、高周波数域のレベルが落ちてかなり丸い音になる。これは本来のＢＢＤの特性に近いと言えるが、場合によっては高域が落ちすぎる感じもする。一方、図２の構成では、ピークの痛さだけ抑えて、丸い音になり過ぎるのを防ぐことができる。
【００２８】
なお、図２において、損失係数発生部２１５は、ログディレイ長に基づく代わりに指数変換後の値に基づいて係数を発生するものでもよい。指数変換部１１４は、指数変換の代わりに、入力信号を４乗して出力するものなどの演算を用いたものでもよい。
【００２９】
なお、上記第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせ、減衰量とＬＰＦのカットオフ周波数の両方を制御するようにしてもよい。この場合は、図１と図２の中間の特性となるので、調整の範囲は広がる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＢＢＤの持つクロック周波数による周波数特性あるいは挿入損失の変化をシミュレートすることで、アナログフランジャーのように、フィードバックを強くしても痛い音にならないようにでき、音楽的に好ましい効果付与ができる効果付与装置を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る効果付与装置の概略構成図
【図２】この発明の第２の実施形態に係る効果付与装置の概略構成
【図３】アナログのＢＢＤの模式図
【図４】ＢＢＤの１段分の構成図
【図５】ＬＰＦを繋いでＢＢＤをシミュレートする回路の周波数特性図
【図６】デジタルのフランジャーによってできるピークを表す周波数特性図
【符号の説明】
１０１，２０１…加算器、１０２，２０２…遅延回路（ディレイ）、１２０…ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１０８，１０９，２０８，２０９…乗算器、１３０，２３０…ループ回路、１１０，２１０…加算器、１１１，２１１…ＬＦＯ（低周波発生器）、１１２，２１２…乗算器、１１３，２１３…加算器、１１４，２１４…指数（ｅｘｐ）変換部、１１５…ＬＰＦ係数発生部、２１５…損失係数発生部。
【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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【図６】
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