(57)【要約】　　　（修正有）【課題】音声信号をアナログ式テープレコーダに録音して再生する場合、磁気ヘッド等の特性により音が歪む現象が生じるところ、その歪効果を電子的に付加することが望ましい場合もある。アナログ式テープレコーダの場合、ヒステリシス特性、バイアス依存性も存在するから、真空管よりも一層複雑な歪が生じる。この発明は、アナログ式テープレコーダの特性を容易にシミュレートする事が可能な楽音効果付与方法、効果付与装置およびプログラムを提供する。【解決手段】磁気テープへの録音を行う録音ヘッドを模擬するために、録音電流の絶対値が大きくなるほど磁束密度の変化が小さくなる非線形飽和特性を楽音信号に付与する非線形変換過程２２５と、前記磁気テープ録音時に高域周波数での振幅を減衰させる周波数特性を前記非線形変換過程により変換された楽音信号に付与するフィルタ過程２２８とによって構成する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気テープへの録音を行う録音ヘッドを模擬するために、録音電流の絶対値が大きくなるほど磁束密度の変化が小さくなる非線形飽和特性を楽音信号に付与する非線形変換過程と、
前記磁気テープ録音時に高域周波数での振幅を減衰させる周波数特性を前記非線形変換過程により変換された楽音信号に付与するフィルタ過程と
によって構成されることを特徴とする楽音効果付与方法。
【請求項２】
前記フィルタ過程は、模擬されるテープスピードによって前記周波数特性を切り替えることを特徴とする請求項１記載の楽音効果付与方法。
【請求項３】
前記非線形変換過程は、前記録音ヘッドに印加する交流バイアスを模擬するバイアス値に対応して前記非線形飽和特性を可変し、
前記フィルタ過程は、前記録音ヘッドに印加する交流バイアスを模擬するバイアス値に対応して前記周波数特性を可変し、
前記バイアス値に対応して出力レベルを可変することを特徴とする請求項１記載の楽音効果付与方法。
【請求項４】
請求項１記載の楽音効果付与方法を実行することを特徴とする効果付与装置。
【請求項５】
請求項１記載の楽音効果付与方法を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、楽音機器に用いて好適な楽音効果付与方法、効果付与装置およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
旧来の真空管アンプにおいては音声信号に真空管独特の非線形歪みが発生する。しかし、その一方、発生する歪によって音声信号には独特の味わいが付加される。そこで、この真空管アンプで発生する非線形歪をシミュレートすべく、各種エフェクト装置が提案されている。
音声信号に非線形歪を付加するためにはダイオードの非線形特性またはトランスのヒステリシス特性を利用しアナログ的に付加する方法、あるいはその音声信号にデジタル的に非線形歪を付加する方法がある。たとえば、真空管特性をデジタル的にシミュレートする技術が特開平６−３４２２８７に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、音声信号をアナログ式テープレコーダに録音して再生する場合、磁気ヘッド等の非線形特性により音が飽和する現象が生じるため、この特性を利用してレベルの圧縮を行うことができる。また、この非線形特性は周波数特性を有し、その周波数特性は、なめらかな形であるため耳あたりのよい歪みを発生する。したがって、本物のアナログテープレコーダを用いるような音楽制作がよく行われている。したがって、アナログテープレコーダの入出力特性をデジタル的に模擬できれば好適であるが、アナログ式テープレコーダの場合、ヒステリシス特性、バイアス依存性も存在するから、真空管よりも一層複雑な歪が生じる。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アナログ式テープレコーダの特性を容易にシミュレートする事が可能な楽音効果付与方法、効果付与装置およびプログラムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の効果付与装置にあっては、下記特徴を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の楽音効果付与方法は、磁気テープへの録音を行う録音ヘッドを模擬するために、録音電流の絶対値が大きくなるほど磁束密度の変化が小さくなる非線形飽和特性を楽音信号に付与する非線形変換過程（録音ヘッド飽和特性ブロック）と、前記磁気テープ録音時に高域周波数での振幅を減衰させる周波数特性を前記非線形変換過程により変換された楽音信号に付与するフィルタ過程（録音ヘッド高域鈍化ブロック）とによって構成されることを特徴とする。
さらに、前記フィルタ過程は、模擬されるテープスピードによって前記周波数特性を切り替えることを特徴とすることが好適である。
さらに、前記非線形変換過程は、前記録音ヘッドに印加する交流バイアスを模擬するバイアス値に対応して前記非線形飽和特性を可変し、前記フィルタ過程は、前記録音ヘッドに印加する交流バイアスを模擬するバイアス値に対応して前記周波数特性を可変し、前記バイアス値に対応して出力レベルを可変することを特徴としてもよい。
さらに、請求項４記載の効果付与装置は、請求項１記載の楽音効果付与方法を実行することを特徴とする。
さらに、請求項５記載のプログラムは、請求項１記載の楽音効果付与方法を実行させることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
１．　　　　実施形態の前提
（１）アナログテープデッキの構成
模擬されるアナログテープデッキの構成を図２（ａ）を参照して説明する。
図において、２１０は録音アンプであり、音声信号（楽音信号を含む。）を増幅し、録音ヘッドに録音電流を印加する。なお、このとき該録音電流に、数十ｋＨｚの交流バイアス電流が重畳される。２２０は、録音ヘッドであり、磁性体にコイルが巻回され、録音電流を磁気エネルギーに変換する。２３０は磁気テープであり、一定速度で移動し、音声信号が記録される。また、磁気テープ２３０の移動により、残留磁気による磁束密度分布が移動し、磁束密度に時間的変化が与えられる。２４０は再生ヘッドであり、同様に磁性体にコイルが巻回されている。なお、録音ヘッド２２０、再生ヘッド２４０の先端は急峻な形状にされている。これにより録音ヘッド２２０と磁気テープ２３０とが近接する部分にギャップが形成され、この部分に強い磁界を発生させている。２５０は再生イコライザであり、再生ヘッド２４０による微少な誘導起電力を所定の周波数特性で増幅する。
【０００６】
（２）アナログテープデッキの特性
アナログテープデッキの各部の特性を図４および図５を参照して説明する。
図４（ａ）は録音アンプ２１０の周波数特性を示し、高域部を予め強調させている（高域エンファシス）。これは録音ヘッドの高域鈍化を補償するためである。図４（ｂ）は録音ヘッド２２０の着磁による高域鈍化特性を示す。この着磁は、渦電流損やヒステリシス損のため生じるものである。ただし、この鈍化特性は、磁気ヘッド、テープの物理的性質によって定まる総合的な特性を示す。なお、実線は通常のテープ速度の場合の特性であり、破線は、テープ速度を上昇させた場合の特性である。図示のように、テープ速度を上昇させるほどカットオフ周波数が上昇する。図４（ｃ）は録音ヘッド２２０による磁束密度の非線形飽和特性を示し、横軸は録音電流、縦軸は磁束密度である。図４（ｄ）は再生ヘッド２４０の周波数特性を示す。低域周波数において、コンター効果による暴れがみられるがこれは再生ヘッドの形状に依存するものである。なお、実線は通常のテープ速度の場合の特性であり、破線は、テープ速度を上昇させた場合の特性である。テープ速度を上昇させると暴れが収束する周波数も上昇する。図４（ｅ）は再生イコライザ２５０の周波数特性を示す。この特性は、低域で所定のゲインを有し、高域ほど−６［ｄＢ／ｏｃｔ］のゲインで低下する特性であり、ＮＡＢなどの国際規格で定められている。再生ヘッド２４０は磁束の変化を利用して起電力を発生させているため、微分特性を有し、高域ほど誘導起電力が上昇する。図示の特性は、これを補償するように設定されている。
【０００７】
図５（ａ）は録音ヘッド２２０の飽和特性を示し、横軸は録音電流、縦軸は磁束密度を示す。実線は交流バイアスが浅いときの特性であり、非線形性が強くなる。また、破線は交流バイアスが深いときの特性であり、図４（ｃ）と同様のものである。図５（ｂ）は出力および歪のバイアス電流特性を示している。交流バイアス電流が少なければ歪が大きく、出力電圧が小さくなる。それに対して、交流バイアス電流を大きくすると、出力電圧は高域で若干低下するものの、全体として出力電圧が大きくなる傾向にある。また、交流バイアス電流の増加により、歪みの減少、非線形特性の緩和が行われる。なお、交流バイアス電流を大きくするほど、図４（ｂ）に示される高域の鈍化が強くなり、かつ、再生される信号レベルが上昇する特性をも有している。
【０００８】
２．　　実施形態の構成
（１）ハードウェア構成
次に、本発明の一実施形態である効果付与装置のハードウェア構成を図１を参照し説明する。
図において、１０はＣＰＵであり、各部を制御する。１１はフラッシュメモリであり、電気的書き込み消去可能な読み出し専用メモリである。そこにはＣＰＵ５０を制御するプログラム、パラメータ等が書き込まれる。１２はＲＡＭであり、ＣＰＵ１０のワークメモリとして用いられる。２０はＤＳＰ（デジタル信号処理プロセッサ）であり、音声信号をデジタル信号処理する。３０はＡ／Ｄ変換器であり、外部からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。３５はＤ／Ａ変換器であり、デジタル信号をアナログ信号に変換しサウンドシステム５０に出力する。４５は波形ＲＡＭであり、音声信号を記憶し、レコーダとしても使用される。４０はサンプラであり、同期信号にあわせて、波形ＲＡＭ４５に音声信号を転送し、さらに波形ＲＡＭ４５から該音声信号を取り出す。２５はミキサであり、ＤＳＰ２０、Ａ／Ｄ変換器３０、サンプラ４０からの信号を混合し、Ｄ／Ａ変換器３５、ＤＳＰ２０、サンプラ４０に出力する。５０はサウンドシステムであり、Ｄ／Ａ変換器３５の出力を増幅し、スピーカから放音する。
【０００９】
６０はＭＩＤＩインターフェースであり、ＭＩＤＩコネクタ、ＵＳＢコネクタによって外部機器と接続される。６５はタイマであり、各動作の時間間隔を制御する。７０はパネルＳＷ部であり、測定開始の指令、模擬される機器の選択などを行なうポインティングデバイスが含まれる。７５はパネル表示器であり、模擬される機器の選択画面などが表示される。８０はドライブユニットであり、ＭＯ、フレキシブルディスク等のディスク８５が挿入される。９０はバスラインであり、各部を接続する。なお、以上の構成要素により、本実施形態の楽音効果付与装置１００が構成される。
【００１０】
（２）アルゴリズム構成
▲１▼交流バイアス固定の場合
本実施形態においては、ＤＳＰ２０におけるマイクロプログラムを実行することによって、音声信号への効果付与が行われる。以下、録音ヘッドに印加する交流バイアスを固定にした場合の効果付与アルゴリズムの構成を図２（ｂ）を参照して説明する。
図において、２１５は録音アンプの高域エンファシスブロックであり、図４（ａ）に示される周波数特性を付加するために、入力信号Ｓ００の高域周波数成分を強調してなる、出力信号Ｓ０１を出力する。２２５は録音ヘッドの飽和特性ブロックであり、入力信号Ｓ０１に、図４（ｃ）に示される磁束密度の非線形飽和特性を付加してなる、信号Ｓ０２を出力する。２２８は録音ヘッドの高域鈍化特性ブロックであり、入力信号Ｓ０２に、図４（ｂ）の実線で示される高域鈍化特性を付加するために高域周波数で減衰してなる、信号Ｓ０３を出力する。
【００１１】
上述したように本実施形態においては、録音ヘッドの飽和特性ブロック２２５の後に録音ヘッド高域鈍化特性ブロック２２８が設けられているが、ここに本実施形態の一つの特徴がある。これにより、高域成分を含めた信号を飽和させてから、飽和により振幅が減少した信号の高域成分のみ減衰させることになり、アナログテープデッキに固有の「高域ほど飽和しやすい。」という特性を模擬することが可能になる。これに対して、録音ヘッド高域鈍化特性ブロック２２８の後に録音ヘッドの飽和特性ブロック２２５を設けた場合には、高域成分を減衰させてから飽和させているので、高域成分の飽和が模擬されない。
【００１２】
２３５は微分特性ブロックであり、磁束の変化によって発生する起電力を模擬するために、入力信号Ｓ０３を微分してなる信号Ｓ０４を出力する。２４５は再生ヘッドブロックであり、コンター効果による低域の暴れを模擬するために、入力信号Ｓ０４に、図４（ｄ）の周波数特性を付加してなる信号Ｓ０５を出力する。２５５は再生イコライザブロックであり、入力信号Ｓ０５に、図４（ｅ）の周波数特性を付加してなる信号Ｓ０６を出力する。なお、これらの特性を定義づける効果特性が各テープスピードについてテーブルとして事前準備されている。
【００１３】
▲２▼交流バイアス可変の場合
録音ヘッドに重畳される交流バイアスのバイアス値が可変される場合の効果付与アルゴリズムの構成を図３を参照して説明する。
図において、３１５は録音アンプの高域エンファシスブロックであり、図４（ａ）の周波数特性を付加するために、入力信号Ｓ１０の高域を強調してなる信号Ｓ１１を出力する。３２６、３２７は録音ヘッドの飽和特性ブロックであり、入力信号Ｓ１１に、図４（ｃ）ないし図５（ａ）に示される磁束密度の非線形飽和特性を付加してなる信号Ｓ１２を出力する。なお、３２６はバイアスが深い場合の特性、３２７はバイアスが浅い場合の特性を模擬する。３７０は混合部であり、バランス調整部３６０の信号Ｐ１により調節され、バイアスが深い場合の特性３２６とバイアスが浅い場合の特性３２７とを補間する。３２８は録音ヘッドの高域鈍化特性ブロックであり、入力信号Ｓ１２に、図４（ｂ）の実線で示される高域鈍化特性を付加するために高域周波数で減衰してなる信号Ｓ１３を出力する。この高域減衰特性は鈍化調整部３６１による信号Ｐ２により、調整される。３３５は微分特性ブロックであり、磁束の変化によって発生する起電力を模擬するために、入力信号Ｓ０３を微分してなる信号Ｓ０４を出力する。３４５は再生ヘッドブロックであり、コンター効果による低域の暴れを模擬するために、入力信号Ｓ１４に、図４（ｄ）の周波数特性を付加してなる信号Ｓ１５を出力する。３５５は再生イコライザブロックであり、入力信号Ｓ１５に、図４（ｅ）の周波数特性を付加してなる信号Ｓ１６を出力する。３７５はレベル調整部であり、出力信号Ｓ１６の振幅を可変し、ゲイン調整部３６２の信号Ｐ３により可変される。また、バイアス電圧（ＢＩＡＳ）は、バランス調整部３６０、鈍化調整部３６１、ゲイン調整部３６２に入力される。
【００１４】
３．実施形態の動作
▲１▼事前設定
電源投入により、図６に示される選択画面がパネル表示器７５に表示される。この選択画面は、機種選択、スピード選択、交流バイアスの調整が可能である。この機種選択画面により、例えば、オープンリール、カセットテープ、マイクロカセット等の選択が、ポインティングデバイスにより行われる。また、テープスピード選択画面においては、各テープに適合するように４．８［ｃｍ／分］、９．５［ｃｍ／分］、１９［ｃｍ／分］、３８［ｃｍ／分］の中から選択される。ここで、カセットテープが選択された場合には、自動的に４．８［ｃｍ／分］が選択される。また、必要に応じて交流バイアスの電流値が設定がされる。次に、図２あるいは図３のアルゴリズムを実現するためにＤＳＰのマイクロプログラムおよびパラメータがＤＳＰにダウンロードされる。
【００１５】
また、ミキサ２５の設定により、入力信号の伝送経路を様々に変更可能である。例えば、外部から入力される音声信号をＤＳＰ２０に供給し、エフェクト処理してサウンドシステム５０により再生する経路、外部から入力される音声信号をＤＳＰ２０に供給し、エフェクト処理後波形ＲＡＭ４５に録音する経路、サンプラ４０で取り出された波形ＲＡＭ４５の波形をＤＳＰ２０に供給し、エフェクト処理してサウンドシステムで再生する経路、サンプラ４０で取り出された波形ＲＡＭ４５の波形をＤＳＰ２０に供給し、エフェクト処理して再び波形ＲＡＭ４５に再度記憶し、波形編集が行われる経路がある。
【００１６】
▲２▼交流バイアス固定の場合
入力信号が、図２（ｂ）に示される各ブロックを通過することにより、アナログテープデッキの特性が模擬される。ここで、周波数特性の模擬は、例えば、各ブロックの入力信号波形を所定周期でフーリエ展開し、各周波数での係数に所定の重みを付けることにより実現される。また、テープスピードの変化による特性変化も模擬される。すなわち、選択されたテープスピードが速いほど、録音ヘッド飽和特性ブロック２２５における高域鈍化の周波数が高域へ移動し、かつ、再生ヘッドブロック２４５におけるコンター効果の起こる周波数が高域へ移動するようそれぞれ制御する。
【００１７】
▲３▼交流バイアス可変の場合
入力信号が録音アンプの高域エンファシスブロック３１５に入力され、その出力は録音ヘッドの飽和特性ブロック３２６、３２７に入力される。その出力は混合部３７０により、バイアスが浅いほど非線形特性が強くなるような特性にされる。すなわち、飽和特性の関数変化が飽和特性ブロック３２６、３２７によって設定された二つの関数の補間によって定められる。混合部３７０から出力された飽和特性信号は、録音ヘッドの高域鈍化特性ブロック３２８に入力され、バイアスが深いほど高域の鈍化が強くなる特性が模擬される。その出力信号は、再生イコライザブロック３５５、レベル調整部３７５を介して出力され、全体としてアナログテープデッキの特性が模擬される。すなわち、飽和特性ブロック３２６、３２７と混合部３７０等により、図５（ｂ）に示されるバイアスの深さに応じた歪率の変化が模倣され、また、レベル制御部３７５等により図５（ｂ）に示されるバイアスの深さに応じた出力レベルの変化が模倣される。また、テープスピードの変化による特性変化も模擬される。
【００１８】
４．変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能であり、全て本発明の範疇に含まれる。
（１）上記実施形態は、飽和特性の関数をテーブルを用いて変換したが、多項式や折れ線近似などの近似関数を用いて変換してもよい。
（２）第２のアルゴリズム構成では、交流バイアスの深さによる飽和特性の関数変化を二つの関数の補間で実現したが、様々な変形が考えられる。例えば、３つ以上の関数を用いてもよく、近似関数を用いる変換であれば、該近似関数の各係数を交流バイアスの深さに応じて変化するようにしてもよい。
（３）上記実施形態では、高域の鈍化特性とコンター効果による低域の暴れは、別々のブロックで実現したが、それらを一つのフィルタによって実現してもよい。
（４）上記実施形態においては、ＤＳＰ内部に記憶されたプログラムによって効果付与機能を実現したが、例えばパーソナルコンピュータ上で動作するアプリケーションプログラムによっても同様の機能を実現することができる。このアプリケーションプログラムのみをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の記憶媒体に格納して頒布し、あるいは伝送路を通じて頒布してもよい。
（５）上記実施形態の機種設定画面では、オープンリール、カセットテープ等の異なるテープレコーダの種類が選択されるようになっていたが、同選択画面において、それに加えて同じテープレコーダの種類の中の特定の機種を選択できるようにしてもよい。たとえば、Ａ社のオープンリールの機種Ａ、機種Ｂのように、あるメーカーの特定の機種を選択できるようにする。その場合、当該特定の機種の全体としての特性を測定し、その全体としての特性に合致するように図２（ｂ）ないし図３の各ブロックに与えるパラメータを決定し、該特定の機種の名前でパラメータを保存するようにしてもよい。あるいは、当該特定の機種の録音アンプ、録音ヘッド、再生ヘッド、再生イコライザ等の個々のブロックの特性を測定し、図２（ｂ）ないし図３の各ブロックの特性を合わせるようパラメータを決定し、該特定の機種の名前でパラメータを保存するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気テープへ録音する際に付与される非線形飽和特性および高域周波数での振幅を減衰させる周波数特性が模擬されて楽音信号に付与される。
請求項２に係る発明においては、テープスピードによる周波数特性の変化が模擬される。
請求項３に係る発明においては、バイアス電流の変化による特性変化が模擬される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施形態のハードウェアブロック図である。
【図２】アナログテープデッキの構成図およびバイアス固定の場合のアルゴリズム構成を示す図である。
【図３】バイアス可変の場合のアルゴリズム構成を示す図である。
【図４】バイアスが固定の場合のアナログテープデッキの特性を示す図である。
【図５】バイアスを可変する場合のアナログテープデッキの特性を示す図である。
【図６】非線形特性を測定するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ＣＰＵ、１１…フラッシュメモリ、１２…ＲＡＭ、２０…ＤＳＰ、２５…ミキサ、３０…Ａ／Ｄ変換器、３５…Ｄ／Ａ変換器、４０…サンプラ、４５…波形ＲＡＭ、５０…サウンドシステム、６０…ＭＩＤＩインターフェース、７０…パネルＳＷ、７５…パネル表示器、８０…ドライブユニット、８５…ディスク、９０…バスライン、１００…効果付与装置、２１０…録音アンプ、２２０…録音ヘッド、２３０…磁気テープ、２４０…再生ヘッド、２５０…再生イコライザ、２１５，３１５…録音アンプ高域エンファシスブロック、２２５，３２６，３２７…録音ヘッド飽和特性ブロック（非線形変換過程）、２２８，３２８録音ヘッド高域鈍化ブロック（フィルタ過程）、２３５，３３５…微分特性ブロック、２４５，３４５再生ヘッドブロック、２５５，３５５…再生イコライザブロック、３７０…混合部、３７５…レベル調整部、３６０…バランス調整部、３６１…鈍化調整部、３６２…ゲイン調整部
【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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