(57)【要約】      （修正有）【課題】入力信号に二乗特性を付加することによって偶数次の高調波を付加する技術によっては、出力電圧に、直流成分が含まれる問題点がある。該直流成分は、音として再生されず、後段における信号処理あるいはスピーカ駆動の際に最大振幅を制限する原因になる。本発明は、直流成分の発生を減少することの出来る歪付加方法、歪付加装置およびプログラムを提供する。【解決手段】入力信号に歪を付加する歪付加過程２１０と、前記入力信号のピーク値を検出するピーク検出過程２２０と、前記ピーク値を、前記入力信号に歪を付加することによって発生する直流成分の値に変換する直流成分変換過程２３０と、前記直流成分変換過程の出力信号を積分する積分過程２４０と、前記歪付加過程の出力信号から前記積分過程の積分結果を減ずる減算過程とを有する。【選択図】  図２
2004163552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に歪を付加する歪付加過程と、
前記入力信号のピーク値を検出するピーク検出過程と、
前記ピーク値を、前記入力信号に歪を付加することによって発生する直流成分の値に変換する直流成分変換過程と、
前記直流成分変換過程の出力信号を積分する積分過程と、
前記歪付加過程の出力信号から前記積分過程の積分結果を減ずる減算過程と
を有することを特徴とする歪付加方法。
【請求項２】
前記直流成分変換過程は、正弦波信号に歪を付加することによって発生する直流成分の値と該正弦波信号の振幅値とで作成した変換テーブルを用いる過程である
ことを特徴とする請求項１記載の歪付加方法。
【請求項３】
請求項１ないし２の何れかに記載の歪付加方法を実行することを特徴とする歪付加装置。
【請求項４】
請求項１ないし２の何れかに記載の歪付加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歪付加方法、歪付加装置およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等においては、エフェクトの一態様として楽音信号を歪ませ、高調波を付与することが行われている。特に、偶数次の高調波は基本波とオクターブの関係にあり、楽音としての親和性が高い。それ故、偶数次（特に二次）の高調波を付加することが好適である。ここで、従来の歪付加装置を図２（ａ）に示す。図において、３１０はｎチャンネルジャンクションＦＥＴであり、ゲート−ソース間電圧に対して二乗特性を有する以下のドレイン電流ＩＤが流れる。
ＩＤ＝ＩＤＳＳ（１−ＶＧＳ／ＶＰ）２
ここで、ＶＰはピンチオフ電圧である。
それ故、ドレイン電流が抵抗３２０によって電圧に変換され、図２（ｂ）のような入出力特性が得られる。ここで、入力電圧に正弦波を印加すると図２（ｃ）のような歪波が得られる。さらに、ＦＥＴによるアナログ回路でなく、アナログ入力信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウェアにより二乗特性を付加することも行われている。
一方、特許文献１には、変調信号と被変調信号とを用い、被変調波を所定の位相区間において正負反転処理を行った楽音合成方法によって多数の高調波成分を発生する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平５−２５１１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、アナログ入力信号あるいはデジタル出力信号に二乗特性を付加することによって偶数次の高調波を付加する技術によっては、以下の問題点がある。たとえば、入力に正弦波を印加すると、出力電圧は図２（ｃ）に示されるように動作点を基準として、正の半波信号のピーク電圧は圧縮され、負の半波信号のピーク電圧は伸長される。それ故、出力電圧は、全体として直流成分が含まれ、その値は入出力レベルが大きくなるに従い増大する。該直流成分は、入力信号に含まれていたものでなく二乗特性の付加により発生したものであり、音として再生されない。さらに、後段における信号処理あるいはスピーカ駆動の際に最大振幅を制限する原因になる。なお、正弦波ＳＩＮ（ｘ）を二乗して、
ＳＩＮ２（ｘ）＝｛１−ＣＯＳ（２ｘ）｝／２
の式より、２次の高調波成分を有し、直流成分が付加されることが判る。
フィルタ（たとえば、図２（ａ）においてコンデンサ３３０）によって、該直流成分が取り除かれるが、時定数が大きいので反応が遅い。また、ハードウェア的にデジタルフィルタを構成する場合、周波数が低いと回路規模が大きくなる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、直流成分の発生を減少することの出来る歪付加方法、歪付加装置およびプログラムを提供することを目的としている。
【０００５】
【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にあっては、下記構成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記載の歪付加方法にあっては、入力信号に歪を付加する歪付加過程（歪付加ユニット）と、前記入力信号のピーク値を検出するピーク検出過程（ピーク検出ユニット）と、前記ピーク値を、前記入力信号に歪を付加することによって発生する直流成分の値に変換する直流成分変換過程（変換テーブルユニット）と、前記直流成分変換過程の出力信号を積分する積分過程（積分ユニット）と、前記歪付加過程の出力信号から前記積分過程の積分結果を減ずる減算過程とを有することを特徴とする。
なお、前記歪付加過程は、偶数次多項式関数によって歪を付加する過程であることを特徴とすることが望ましい。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の歪付加方法において、前記直流成分変換過程は、正弦波信号に歪を付加することによって発生する直流成分の値と該正弦波信号の振幅値とで作成した変換テーブルを用いる過程であることを特徴とする。
また、請求項３記載の歪付加装置にあっては、請求項１ないし２の何れかに記載の歪付加方法を実行することを特徴とする。
また、請求項４記載のプログラムにあっては、請求項１ないし２の何れかに記載の歪付加方法を実行させることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
１．    実施形態のハードウェア構成
本発明の一実施形態であるハードウェア構成を図１を参照して説明する。
図１において、１０は入出力インターフェースであり、アナログ入出力インターフェース、デジタル入出力インターフェースから構成され、音声信号（楽音信号を含む。）が入出力される。
【０００７】
２０はＤＳＰであり、入出力インターフェース１０に接続され、入力信号を所定のアルゴリズムによりデジタル信号処理する。３０は操作部であり、各種スイッチ、ポインティングデバイスが設けられる。４０は表示部であり、液晶表示パネルにより構成される。５０はＣＰＵであり、各部を制御する。６０はＲＡＭであり、ワークメモリとして使用される。７０はＲＯＭであり、制御プログラムが記憶されている。なお、フラッシュメモリにより、各種パラメータが記憶される。８０はバスラインであり、各部を接続する。以上の構成要素により、本実施形態の歪付加装置１００が構成される。
【０００８】
２．  実施形態のアルゴリズム構成
次に、ＤＳＰ２０やＣＰＵ５０などによって、ソフトウェア的に実現される歪付加アルゴリズムの構成を図２（ｄ）を参照して説明する。
図において、２１０は歪付加ユニットであり、入力信号ＶＩＮ（ｔ）に以下の二乗特性を有する出力信号ＶＯＵＴ（ｔ）に変換処理する。
ＶＯＵＴ（ｔ）＝−Ｒ３２０・ＩＤＳＳ｛１−（ＶＩＮ（ｔ）−ＶＳ）／ＶＰ｝２
したがって、出力信号は、入力信号に比例する成分に加えて、直流成分および２次の高調波成分が付加される。
２２０はピーク検出ユニットであり、入力信号ＶＩＮ（ｔ）のピーク値を検出する処理を行う。これにより、入力信号の包絡線が出力される。２３０は変換テーブルユニットであり、該入力信号に該二乗特性の歪を付加することによって発生する直流成分の値に該ピーク値を変換する処理を行う。特に、該二乗特性を用いて正弦波信号に歪を付加した際に発生する直流成分の値と該正弦波信号の振幅値とを対応づけた変換テーブルが使用される。２４０は積分ユニットであり、変換テーブルユニット２３０の出力信号を所定の時定数により積分処理する。２５０は減算器であり、歪付加ユニット２１０の出力信号に対して、積分ユニット２４０の出力信号を減算処理する。
【０００９】
３．  本実施形態の動作
本実施形態の歪付加装置１００の動作を、図１および図２（ｄ）を参照して説明する。
図において、入出力インターフェース１０を介して入力信号が供給されると、ＤＳＰ２０において該入力信号にエフェクト処理が施され、その結果が入出力インターフェース１０を介して出力される。ここで、エフェクト処理の内容として、二乗特性付加が含まれていれば、ＤＳＰ２０のマイクロプログラムによって、図２（ｄ）のアルゴリズムが実行される。
【００１０】
図２（ｄ）において、入力信号が歪付加ユニット２１０に供給されると、歪付加ユニット２１０から該入力信号に二乗特性が付加された信号が出力される。さらに、該信号がピーク検出ユニット２２０に供給されると、ピーク検出ユニット２２０から該入力信号のピーク電圧波形が出力される。それにより、包絡線分布が得られる。ピーク電圧波形が変換テーブル２３０に供給されると、変換テーブル２３０から二乗特性により入力信号に付加される直流成分の値が出力される。該直流成分の値が積分ユニット２４０に供給されると、積分ユニット２４０から、変換テーブル２３０の出力が所定範囲で積分された信号が出力される。この積分操作により平均化され、大きな階段状の変化にならない信号が得られる。さらに、積分処理によって実現されるので応答が速い。そして、減算器２５０により、歪付加ユニット２１０の出力信号から積分ユニット２４０の出力信号が減算される。それ故、歪付加ユニット２１０により付加された直流成分が打ち消される。そして、減算器２５０の出力信号が、他の信号処理に引き渡される。
【００１１】
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、例えば以下のように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、歪付加ユニット２１０によって、二乗特性を入力信号に付加したが、ｎ次関数の特性を付加してもよい。この場合には偶数次関数を付加するのが好適である。
（２）上記実施形態は、歪付加ユニット２１０によって、二次多項式によって歪を付加したが、特許文献１に開示されている変調信号と被変調信号を用いた楽音合成方法を用いてもよい。この場合においては、被変調信号として入力信号を用い、変調信号として、被変調信号の特定の位相区間において極性を反転させた信号を用いることによって高調波信号が生成される。なお、該所定の位相区間は正負両極性の波形部分があることが望ましい。
（３）上記実施形態は、ＤＳＰによるソフトウェア的処理により歪付加方法を実現したが、歪付加ユニット２１０に図２（ａ）に示されるＦＥＴを用いた回路を使用し、ピーク検出ユニット２２０にダイオード、コンデンサを使用したピークホールド回路を使用し、変換テーブルユニット２３０にＡ／Ｄ変換器およびＲＯＭテーブルを用いた変換回路を使用し、積分ユニット２４０にデジタルフィルタ回路を使用し、さらにＤ／Ａ変換器によりアナログ変換する構成にし、減算器２５０にオペアンプを使用したハードウェアによる構成でもよい。あるいは、変換テーブルユニット２３０にＡ／Ｄ変換器、ＲＯＭテーブルおよびＤ／Ａ変換器を使用し、積分ユニット２４０にコンデンサ、抵抗を用いた平均化回路を使用してもよい。
（４）上記実施形態は、ＲＯＭ７０に格納されたプログラムによって歪付加方法を実行したが、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実行することが出来る。アプリケーションプログラムを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、あるいは電気通信回線を通じて頒布してもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の構成によれば、入力信号に歪を付加することによって発生した直流成分が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である歪付加装置のハードウェア構成図である。
【図２】従来技術の歪付加装置の回路図およびその特性図および本発明の一実施形態である歪付加装置のアルゴリズム構成図である。
【符号の説明】
１０…入出力インターフェース、２０…ＤＳＰ、３０…操作部、４０…表示部、５０…ＣＰＵ、６０…ＲＡＭ、７０…ＲＯＭ、８０…バスライン、１００…歪付加装置、２１０…歪付加ユニット、２２０…ピーク検出ユニット、２３０…変換テーブル、２４０…積分ユニット、２５０…減算器、３１０…ｎチャンネルジャンクションＦＥＴ、３２０…抵抗、３３０…コンデンサ
【図１】
2004163552.tif 000003
【図２】
2004163552.tif 000004