JP7432131B1 - インピーダンス変換装置および信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号処理装置10において、インピーダンス変換装置12は、エレキギター30のような電気楽器から出力されたアナログ信号An1が入力される入力端In1と、当該アナログ信号An1を、アナログ信号An2及びAn3に分岐する分岐部122と、アナログ信号An2がギターアンプ40に出力される出力端Out1と、アナログ信号An3のインピーダンスを変換するインピーダンス変換回路124と、インピーダンスを変換されたアナログ信号An3が出力される出力端Out2と、を含む。インピーダンス変換回路の入力インピーダンスは、略1GΩ以上である。
【選択図】図7
Description
なお、以下に述べる実施の形態は、好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
信号処理装置10は、インピーダンス変換装置12のほか、オーディオI/O(Input/Output)14、16およびリアンプ18を含む。なお、図において、インピーダンスは紙面の都合上、「Z」と略称されている。
アナログ信号An1は、発音体の振動を電気信号に変換する電気楽器から出力される信号である。当該アナログ信号An1のインピーダンスは、例えば、200kΩ~500kΩ程度である。
インピーダンス変換回路124は、ハイインピーダンスのアナログ信号An3を、アナログ信号An1のインピーダンスよりも低いローインピーダンスに変換する回路であり、構成の一例については後述する。ローインピーダンスに変換されたアナログ信号An3は、出力端Out2から出力される。
ADC144は、LPF142によって低域周波数成分がカットされたアナログ信号An3をデジタル信号に変換する。
FIRフィルタ146は、ADC144から出力されるデジタル信号に、後述する特性を付与するデジタルフィルタである。FIRフィルタ146によって付与される特性を規定する係数等の情報は、後述する取得部によって、FIRフィルタ146に内蔵される記憶装置M1に格納される。換言すれば、FIRフィルタ146において付与される特性は、記憶装置M1に格納された情報によって規定される。
なお、FIRフィルタ146から出力されるテジタル信号は、便宜的にDg1と表記されている。また、FIRフィルタ146によって付与される特性は「第1特性」の一例である。
なお、FIRフィルタ162によって付与される特性は「第2特性」の一例である。
LPF166は、DAC164から出力されるアナログ信号またはデジタル信号を平滑化するアナログフィルタである。
なお、LPF166から出力されるアナログ信号は、便宜的にAn4と表記されている。
なお、出力端Out3から出力されるアナログ信号は、便宜的にAn5と表記されている。
入力端In1は「第1入力端」の一例であり、入力端In2は「第2入力端」の一例であり、出力端Out1は「第1出力端」の一例であり、出力端Out2は「第2出力端」の一例であり、出力端Out3は「第3出力端」の一例である。
オーディオI/O14が「第1入出力装置」の一例であり、オーディオI/O16が「第2入出力装置」の一例である。ADC144は「A/D変換部」の一例であり、DAC164は「D/A変換部」の一例である。リアンプ18は「リアンプ部」の一例である。FIRフィルタ146は「第1特性付与部」の一例であり、FIRフィルタ162は「第2特性付与部」の一例である。
インピーダンス変換回路124では、分岐部122によって分岐されたアナログ信号An3が入力端In3に供給される。
当該アナログ信号An3のうち、交流成分のみが入力部N1に供給される。入力部N1は、アナログ信号An3の交流成分をゲートに入力するトランジスターTr1と、アナログ信号An3の交流成分を電源の中点電位に導く抵抗素子R1と、を有する。
トランジスターTr1は、例えばNチャネル型のJFET(Junction Field Effect Transistor)である。トランジスターTr1のドレインには電源(高位)が印加され、トランジスターTr1のソースに表れる信号が、増幅されて出力端Out2から出力される。本実施形態において、抵抗素子R1の抵抗値は1GΩである。
このため、インピーダンス変換回路124において、入力端In3における直流インピーダンスは1GΩになる。
アナログ信号An1から分岐して、入力端In3に供給されたアナログ信号An3は、インピーダンス変換回路124によってローインピーダンスに変換されて、出力端Out2から出力される。
アナログフィルタであるLPF142の周波数特性は、理想的にはフラットであるが、現実的にはフラットにはならない。また、ADC144では、変換前のアナログ信号を処理する際に、当該アナログ信号が周波数に依存して変化することが考えられる。一方で、オーディオI/O14から出力されるデジタル信号Dg1は、アナログ信号An1を忠実にデジタル化した信号であることが好ましい。
このため、本実施形態では、出力端Out2からのアナログ信号がLPF142およびADC144で処理されることによって変化する周波数特性を、FIRフィルタ146によって事後に打ち消して、デジタル信号Dg1として出力する構成となっている。
また、FIRフィルタ146の特性を決定する際には、LPF142の入力端は、インピーダンス変換装置12の出力端Out2から切り離される。また、ADC144の出力端は、FIRフィルタ146の入力端から切り離される。
テスト信号At1は、例えば、周波数が可聴帯域(20Hz~20kHz)にわたってスイープされ、かつ、振幅が一様なデジタルの源信号を、アナログ信号に変換した信号である。
テスト信号At1が、LPF142でフィルタリングされ、ADC146によってデジタル信号Dm1に変換されたときに、当該デジタル信号Dm1は、テスト信号At1に、LPF142およびADC144における周波数特性が付与された信号になる。
このため、取得部148は、デジタル信号Dm1とテスト信号At1の源信号と比較して、当該源信号に対するデジタル信号Dm1の周波数位相特性および周波数振幅特性を求める。取得部148は、求めた周波数位相特性および周波数振幅特性の逆特性を規定する情報を、FIRフィルタ146の記憶装置M1に格納する。
これにより、FIRフィルタ146は、格納された情報で規定された周波数特性になる。
図において補正前とは、テスト信号At1が、LPF142を通過し、ADC144によってデジタル信号Dm1に変換されたときの、テスト信号At1の源信号に対するデジタル信号Dm1の位相特性であり、当該位相特性を、0度の特性を基準に反転させた特性が逆特性である。補正後とは、補正前の周波数位相特性に、逆特性を付与したときの周波数位相特性である。
図に示されるように、補正後では、周波数位相特性が可聴帯域においてほぼフラットになる。
図において補正前とは、テスト信号At1が、LPF142を通過し、ADC144によってデジタル信号Dm1に変換されたときの、テスト信号At1の源信号に対するデジタル信号Dm1の振幅特性であり、当該振幅特性を、0dbの特性を基準に反転させた特性が逆特性である。補正後とは、補正前の周波数振幅特性に、逆特性を付与したときの周波数振幅特性である
図に示されるように、補正後では、振幅特性が可聴帯域においてほぼフラットになる。
DAC164では、変換後のアナログ信号を処理する際に、当該アナログ信号が周波数に依存して変化することが考えられる。アナログフィルタであるLPF166の周波数特性は、理想的にはフラットであるが、LPF142と同様に、現実的にはフラットにはならない。一方で、オーディオI/O16から出力されるアナログ信号An4は、デジタル信号Dg1を忠実にデジタル化した信号であることが好ましい場合がある。
このため、本実施形態では、デジタル信号Dg1が、DAC164およびLPF166で処理されることによって変化する特性を、FIRフィルタ162によって事前に打ち消して、アナログ信号An4に変換して出力する構成となっている。
テスト信号Dt1は、例えば、周波数が可聴帯域にわたってスイープされ、かつ、振幅が一様なデジタルの源信号である。
テスト信号Dt1が、DAC164によってアナログ信号に変換され、LPF166でフィルタリングされたときに、当該フィルタリングされた信号は、テスト信号Dt1に、DAC164およびLPF166における周波数特性が付与された信号になる。
このため、取得部168は、アナログ信号Am1をデジタルに変換して、当該変換したデジタル信号とデジタルのテスト信号Dt1とを比較する。
そして、取得部168は、デジタル信号Dm1に対する、アナログ信号Am1を変換したデジタル信号の周波数位相特性および周波数振幅特性を求める。取得部168は、求めた周波数位相特性および周波数振幅特性の逆特性を規定する情報を、FIRフィルタ162の記憶装置M2に格納する。
これにより、FIRフィルタ162は、格納された情報で規定された周波数特性になる。
エレキギター30等の電気楽器は、ギターアンプ40に接続しなくても、楽音を出すことは可能ではある。しかしながら、電気楽器では、ギターアンプ40に接続しないと表現できない様々な奏法がある。このような奏法を確認するため、特にCD(Compact Disk)等の楽曲のレコーディングでは、電気楽器をギターアンプ40に接続することが、ほぼ必須である。
なお、エレキギター30は「電気楽器」の一例である。
インピーダンス変換回路124の入力端In3における直流インピーダンスが1GΩであれば、分岐部122においてアナログ信号An1がAn2およびAn3に分岐する際に、アナログ信号An1とAn2との音量差が0.1dB未満に抑えられる。このため、本実施形態では、エレキギター30とギターアンプ40との間に信号処理装置10を介するが、その影響は、直接接続した場合と比較しても、ほとんど無視することができる。
パソコン50に記録されたデジタル信号Dg1は、後日、図8に示されるように、オーディオI/O16によってアナログ信号に変換された後、さらにリアンプ18によってハイインピーダンスに変換されて、ギターアンプ40から放音される。オーディオI/O16では、DAC164およびLPF166による周波数特性の変化が、FIRフィルタ164によって事前に打ち消されるので、デジタル信号Dg1を忠実にアナログ信号に変換することができる。
したがって、本実施形態では、図8に示されるようなプレイバックによってギターアンプ40から出力される音を、図7に示されるような演奏によってギターアンプ40から出力される音と、ほぼ同じように再現することができる。
実施形態におけるインピーダンス変換回路124は、このような特性を有しないが、記録されるデジタル信号Dg1は、劣化のないドライ音である。このため、デジタル信号Dg1に、ユーザーが望む特性を上記DAW等によって付与することで、音造りの幅を拡げることができる。
同様に、実施形態において、オーディオI/O16のFIRフィルタ162は、DAC164およびLPF166における周波数特性の逆特性に設定された構成であった。
DAC164の変換精度が高く、DAC164における周波数特性を無視できるのであれば、FIRフィルタ162は、LPF166のみにおける周波数特性の逆特性に設定される構成であってもよい。
すなわち、FIRフィルタ146をオーディオI/O14の内部に設ける必要はなく、パソコン50が、FIRフィルタ146に相当する処理を実行してもよい。詳細には、パソコン50が、ADC144から出力されるデジタル信号に、FIRフィルタ146に相当する処理を施し、当該処理を施した信号を、デジタル信号Dg1として当該パソコン50における内部の記憶装置に格納する構成としてもよい。なお、パソコン50によるソフトウェアによってFIRフィルタ146を実現する構成では、記憶装置M1として、パソコン50の内部における記憶装置が用いられてもよい。
また、デジタル信号Dg1を格納または読み出しするパソコンと、FIRフィルタ146、162に相当する処理を実行するパソコンとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
態様1に係るインピーダンス変換装置によれば、第1出力端にギターアンプを接続すれば、電気楽器の演奏によって生じた楽音を、ギターアンプを介して放音させることができるとともに、電気楽器から出力されるアナログ信号のインピーダンスを変換して出力することができる。このとき、電気楽器から出力された第1アナログ信号のインピーダンスを変化させずに、ほぼそのままに第2アナログ信号として出力することができる。
なお、オーディオI/O14が第1入出力装置の一例であり、オーディオI/O16が第2入出力装置の一例である。
Claims (9)
- 電気楽器から出力された第1アナログ信号が入力される第1入力端と、
前記第1アナログ信号を、第2アナログ信号および第3アナログ信号に分岐する分岐部と、
前記第2アナログ信号が出力される第1出力端と、
前記第3アナログ信号のインピーダンスを変換するインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンスを変換されたアナログ信号が出力される第2出力端と、
を含み、
前記インピーダンス変換回路の入力インピーダンスは、略1GΩ以上である
インピーダンス変換装置。
- 請求項1に記載のインピーダンス変換装置と、
前記第2出力端から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する第1入出力装置と、
を含む
信号処理装置。
- 前記第1入出力装置は、
前記第2出力端から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部よって変換されたデジタル信号に第1特性を付与する第1特性付与部と、
を有し、
前記第1特性は、
前記第2出力端から前記A/D変換部の出力端に至るまでの経路における周波数特性の逆特性である
請求項2に記載の信号処理装置。
- 前記第1特性は、周波数に対する振幅変化特性および周波数に対する位相変化特性を含む
請求項3に記載の信号処理装置。
- 前記第1特性を取得する特性取得部を
さらに有する請求項4に記載の信号処理装置。
- 前記第1特性付与部は、FIRフィルタを含む
請求項4に記載の信号処理装置。
- デジタル信号が入力される第2入力端と、
前記第2入力端に入力されたデジタル信号を第4アナログ信号に変換する第2入出力装置と、
前記第4アナログ信号のインピーダンスを変換するリアンプ部と、
前記リアンプ部によってインピーダンスを変換された信号が出力される第3出力端と、
を、さらに有する請求項3に記載の信号処理装置。
- 前記第2入出力装置は、
前記第2入力端に入力されたデジタル信号に第2特性を付与する第2特性付与部と、
前記第2特性が付与されたデジタル信号を前記第4アナログ信号に変換するD/A変換部と、
を有する請求項7に記載の信号処理装置。
- 前記第2特性は、
前記第D/A変換部の入力端から前記第3出力端に至るまでの経路における周波数特性の逆特性である
請求項8に記載の信号処理装置。
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