(57)【要約】      （修正有）【課題】正負のピーク値の非対称性を緩和し、クリップ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】２５０は歪付加ユニットであり、入力信号Ｓ４に歪を付加する。すなわち、入力信号Ｓ４が歪付加ユニット２５０に供給されると、歪付加ユニット２５０から入力信号Ｓ４に二乗特性が付加された信号が出力される。２６０は移相ユニットであり、入力信号Ｓ５の周波数に応じて位相を変移する。すなわち、歪付加ユニット２５０の出力信号が移相ユニット２６０に供給されると、振幅変化が行われず、高調波成分の位相が変移して出力される。そして、移相ユニット２６０の出力信号Ｓ６が、他の信号処理に引き渡される。【選択図】  図３
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【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、
前記歪付加過程の出力信号に含まれる高調波成分の位相を変移する位相変移過程と
を有することを特徴とする歪付加方法。
【請求項２】
前記位相変位過程は、前記入力信号の基本波のゼロクロス点を何れかの偶数次高調波成分のゼロクロス点に一致させるように位相を変位する過程である
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、高調波を付加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、従来の歪付加回路の回路図を図１（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（以下、「ＦＥＴ」という。）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り、ＩＤＳＳはＶＧＳ＝０のときのドレイン電流である。
それ故、ドレイン電流が抵抗器３２０によって電圧に変換され、動作点を適切に設定することにより図１（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１（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生成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１（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。一方、デジタル回路においては有効桁数に限界があり、アナログ信号は一定以上の信号レベルに対して飽和が起こる。したがって、無信号時の波形レベルに対して、上下ピーク値が非対称になり片方のピークが他方より速くクリップし始める。たとえば、図１（ｃ）においては、ピーク値の絶対値は負の方が大きいので、クリップレベルが正負対称であれば、破線のレベルでクリップする。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、正負のピーク値の非対称性を緩和し、クリップ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（繰り返し信号）に歪を付加する歪付加過程（歪付加回路３００、歪付加ユニット２５０）と、前記歪付加過程の出力信号に含まれる高調波成分の位相を変移する位相変移過程（移相回路２００、移相ユニット２６０）とを有することを特徴とする。
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、前記位相変位過程は、前記入力信号の基本波のゼロクロス点を何れかの偶数次高調波成分のゼロクロス点に一致させるように位相を変位（変移）す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】
本発明はアナログ回路、ＤＳＰによるソフトウェア処理等により実現可能である。
１．    第１実施形態の構成
以下、アナログ回路によって構成した歪付加装置の構成を図１（ａ）、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して説明する。
図２（ａ）において３００は歪付加回路であり、入力信号に歪を付加する。歪付加回路３００の回路図は、図１（ａ）に示した通りである。その概要は前述したが、以下詳細を説明する。
図１（ａ）において、３２０，３２２，３２４は抵抗器である。３３０，３３２，３３４はコンデンサである。コンデンサ３３４の一端が入力端子に接続され、他端がＦＥＴ３１０のゲート端および抵抗器３２２の一端に接続されている。ＦＥＴ３１０のソース端は抵抗器３２４の一端およびコンデンサ３３２の一端に接続されている。なお、抵抗器３２２，３２４の他端およびコンデンサ３３２の他端は接地されている。ＦＥＴ３１０のドレイン端は抵抗器３２０の一端およびコンデンサ３３０の一端に接続されている。コンデンサ３３０の他端は出力端子に接続されている。なお、抵抗器３２０の他端には、電源電位ＶＤＤが印加されている。
【０００７】
再び、図２（ａ）において２００は移相回路であり、入力信号Ｓ１の振幅が維持され、位相のみが入力周波数に応じて変移する（図２（ｃ）参照）。移相回路２００の回路図が図２（ｂ）に示されている。図２（ｂ）において、２１０はオペアンプであり、その反転入力端（−）と非反転入力端（＋）とはイマジナリショートされる。２２０，２２２，２２４は抵抗器、２３０はコンデンサである。
【０００８】
移相回路２００の入力端子ＩＮは、抵抗器２２０の一端および抵抗器２２２の一端に接続されている。抵抗器２２０の他端は抵抗器２２４の一端およびオペアンプ２１０の反転入力端に接続されている。抵抗器２２２の他端はコンデンサ２３０の一端およびオペアンプ２１０の非反転入力端に接続されている。なお。コンデンサ２３０の他端は接地電位にされている。オペアンプ２１０の出力は抵抗器２２４の他端および出力端子ＯＵＴに接続されている。
【０００９】
ここで、移相回路２００の出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧をＶＩＮとして、
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ（Ｒ２２０−ｓＣ２３０Ｒ２２２Ｒ２２４）／（Ｒ２２０＋ｓＣ２３０Ｒ２２０Ｒ２２２）
となる。さらに、Ｒ２２０＝Ｒ２２４であれば、
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ（１−ｓＣ２３０Ｒ２２２）／（１＋ｓＣ２３０Ｒ２２２）
となる。ここで、ｓはラプラス演算子であり、入力信号Ｓ２が角周波数ωの正弦波であるときｓ＝ｊωである。Ｃ２３０はコンデンサ２３０の静電容量を表し、Ｒ２２０，Ｒ２２２，Ｒ２２４はそれぞれ、抵抗器２２０，２２２，２２４の抵抗値を表す。以上の構成要素により第１実施形態の歪付加装置１５０が実現される。
【００１０】
２．  第１実施形態の動作
まず、歪付加回路３００の動作を図１（ａ）を参照して詳述する。
抵抗器３２４およびコンデンサ３３２は自己バイアスに用いられ、ＦＥＴ３１０のソース電位が所定の直流電位に維持される。コンデンサ３３４および抵抗器３２２によって、入力信号の変化がＦＥＴ３１０のゲートに伝達される。ＦＥＴ３１０のドレイン電流は前述したようにゲート−ソース間電圧に対して二乗特性を有しているので、ドレイン電流の変化も二乗特性にされる。したがって、直流成分、入力信号の基本波成分および二次の高調波成分が該ドレイン電流に含まれる。抵抗器３２０により、該ドレイン電流の変化がドレイン電圧の変化にされ、コンデンサ３３０を介して出力される。
【００１１】
図２（ａ）において入力信号Ｓ１が、歪付加回路３００に供給されると、基本波に対して二乗特性の歪が付加された信号Ｓ２が出力される。たとえば、入力信号Ｓ１が正弦波ＳＩＮ（ωｔ）であれば、該入力信号を二乗して、
ＳＩＮ２（ωｔ）＝｛１−ＣＯＳ（２ωｔ）｝／２
なる信号、すなわち、直流成分および２次の高調波（余弦波）からなる信号がが付加される。なお、この余弦波ＣＯＳ（２ωｔ）は正弦波ＳＩＮ（２ωｔ）に対して位相が９０度回転されている。ここで、各波形の関係を図２（ｄ）に示して説明する。４１０は入力信号Ｓ１である正弦波（基本波）である。４２０は２次の高調波（余弦波）であり、二乗特性により発生した波形である。４３０は合成波形であり、片方の半サイクル（正の半サイクル）のピークの絶対値は入力信号波形４１０のピークに対して低い値にされ、他の半サイクル（負の半サイクル）のピークの絶対値は高い値にされる。
【００１２】
次に、図２（ｂ）に示される移相回路２００において、抵抗器２２０の値と抵抗器２２４の値とを等しくすると、出力信号電圧ＶＯＵＴは、次式のようになる。
ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＊（１−ｓＣ２３０＊Ｒ２２２）／（１＋ｓＣ２３０＊Ｒ２２２）
特に、入力信号Ｓ２が周波数ωの正弦波のとき、振幅は変化せず、出力信号に
φ＝−２ｔａｎ−１（ωＣ２３０＊Ｒ２２２）
の位相差が与えられる。
【００１３】
歪付加回路３００の出力信号Ｓ２が移相回路２００に供給されることによって、基本波に位相差φ１が与えられ、２次の高調波に位相差φ２が与えられる。ここで、φ２ーφ１＝９０度のときの、各波形の関係を図２（ｅ）を参照して説明する。図において、４１２は入力信号Ｓ１の正弦波（基本波）にφ１の位相差が付加された波形である。４２２は２次の高調波（余弦波）にφ２＝（φ１＋９０度）の位相差が付加された波形である。４３２は移相後の合成波形であり、波形ピーク値のレベル差が４３０の波形よりも小さな値にされている。したがって、移相回路により波形ピークの伸びが緩和されクリップの発生が減少する。この場合において、φ２−φ１＝９０度でなくてもよく、正負のピーク値の対称性が確保されうる範囲内であれば９０度近傍の値であってもよい。
【００１４】
さらに入力信号Ｓ１が繰り返し信号の場合においては、該信号の波形に基本波、偶数次高調波成分および奇数次高調波成分が含まれる。そして、基本波のゼロクロス点が何れかの偶数次高調波成分のゼロクロス点に一致するように移相回路が形成される。すなわち、基本波（入力信号波形４１２）のゼロクロス点が２次高調波成分４２２のゼロクロス点に一致するように移相回路２００の定数が定められる。
【００１５】
以上のように本実施形態によれば、波形の上下ピーク値の差が小さくなるため、無信号時のレベルを基準として信号の変動範囲が正負対称になり、回路における信号レベルの許容範囲を有効に利用することが出来る。
【００１６】
３．  第２実施形態のハードウェア構成
第１実施形態は、ディスクリート部品によるアナログ回路を用いて構成したが、ＤＳＰ等によるソフトウェア処理によっても本発明による歪付加方法を実現することが出来る。本発明の第２実施形態である歪付加装置のハードウェア構成を図３を参照して説明する。
図３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。なお、アナログ入力インターフェースにはＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器が含まれる。
【００１７】
２０はＤＳＰであり、入出力インターフェース１０に接続され、入力された音声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、制御プログラムおよび各種パラメータが記憶されている。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、第２実施形態の歪付加装置１００が構成される。
【００１８】
４．  第２実施形態の動作
第２実施形態の歪付加装置１００の動作を、図２および図３を参照して説明する。
図３（ａ）において、入出力インターフェース１０を介して音声信号が供給されると、ＤＳＰ２０において該音声信号（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３（ｂ）のアルゴリズムが実行される。
【００１９】
図３（ｂ）において、２５０は歪付加ユニットであり、入力信号Ｓ４に歪を付加する。すなわち、入力信号Ｓ４が歪付加ユニット２５０に供給されると、歪付加ユニット２５０から入力信号Ｓ４に二乗特性が付加された信号が出力される。ここで、二乗特性の付加は、第一実施形態の歪付加回路３００の特性と等価な多項式演算により行われる。２６０は移相ユニットであり、入力信号Ｓ５の周波数に応じて位相を変移する。すなわち、歪付加ユニット２５０の出力信号が移相ユニット２６０に供給されると、振幅変化が行われず、高調波成分の位相が変移して出力される。ここで、位相変移は、第一実施形態の移相回路２００と等価な特性を有するＦＩＲフィルタによって行われる。そして、移相ユニット２６０の出力信号Ｓ６が、他の信号処理に引き渡される。
【００２０】
５．    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）上記第１実施形態は、移相回路２００を単独で用いたが直列に複数設けることも可能である。移相効果の得られる同一周波数帯域を重ねることも可能であり、ずらせた帯域を重ねることも可能である。
（２）上記第１実施形態は、ディスクリート部品を用いたアナログ回路によって構成したが、歪付加回路３００および移相回路２００はデジタル回路によって構成することも可能である。
（３）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。
【００２１】
【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する正負のピーク値の非対称性が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の歪付加回路の回路図およびその特性図である。
【図２】本発明の一実施形態である歪付加装置のブロック図、移相回路の回路図および移相回路の特性図である。
【図３】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および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、１００，１５０…歪付加装置、２００…移相回路、２５０…歪付加ユニット、２６０…移相ユニット、３１０…ｎチャンネルジャンクションＦＥＴ、３００…歪付加回路、２２０，２２２，２２４，３２０，３２２，３２４…抵抗器、２３０，３３０，３３２，３３４…コンデンサ、４１０，４１２，４２０，４２２，４３０，４３２…波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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