■タグ「歪み」

■MOOER Micro Preamp 006 特性測定

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MOOER Micro Preampは小型デジタルプリアンプということで、中身が気になり購入してみました。元になったモデルはぼかしてあることが多いですが、006の場合「Based on Fender blues deluxe」と公式動画に記載があります。とりあえずろくに弾きもせずに特性を測定しました。以下オーバードライブチャンネル(LEDが赤に点灯)をAch、クリーンチャネル(LEDが青に点灯)をBchと表記しています。

▽波形・倍音(Ach)
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真空管の歪みのはずですが、特に偶数次倍音が出やすいというわけではありませんでした。

▽周波数特性
<ゲイン変更・キャビネットシミュレータ>
AchとBchで1kHz時同じ音量になるように調整しています。BASS、MID、TRE全て5(12時の位置)です。
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AchではBchより高域と低域が削られていることがわかります。ゲインを上げた時の特性変化はほとんどなく、わずかに高域が落ちる程度です。キャビネットシミュレータをオンにした時の変化幅はAchとBchで変わりません。

<Ach>
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<Bch>
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トーンコントロールの効き方はAchとBchで変わりません。あまり変化幅は大きくなく、BASSとMIDはグラフィックイコライザの変化のような感じに見えます。マニュアルには下記のように記載があるので、コントロールの変化の仕方は元になったモデルと同じではないということがわかります。
3つのノブを全て12時の位置にするとプリアンプはMooerにてアナライズした時のサウンドになります。時計回りで周波数をブーストし、反時計回りでカットします。各ノブの帯域はモデルごとに最適に調整されています。

▽レイテンシー→測定方法はこちら
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約0.6msです。1ms以下というのがもはや当たり前になっているのかもしれません。

ノイズも測定しようとしましたが、私の環境では測定限界以下だったので特に問題ないでしょう。ハードウェアについては別記事にしました。→MOOER Micro Preamp 006 分解

■Crosstortion

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東京エフェクター「第5回 エフェクタービルダーズ・コンテスト」に向けて製作したエフェクターです。コンテストのテーマは「ハイゲイン」だったのですが、ちょうど回路を考えていた2017年10月頃はBig Muffに注目が集まっていたので、なんとなくBig Muffをベースにすることにしました。また、今回は今までやったことがなかった「クロスオーバー歪み」をコントロールしています。ペダル名は単にcrossover distortionを略したものです。

ルックスもコンテストでは重要となりますが、私にはセンスがないので評価は低いでしょう。ポット周りの図形のカドが目盛りになっているというのをやってみたかったので、角ばったデザインにしました。それと、ウケがいいかもしれないという安易な考えで、適当に黄金比を取り入れています。シールは「手作りステッカー メタリックシルバー」というものを使いました。

▽回路図
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オペアンプばかりですが、ICBM(オペアンプマフ)ではありません。トーン回路や周波数特性はトランジスタを使った現行Big Muffとほとんど同じで、歪み部分は個人的に好きな「オペアンプで歪ませる」というものとなっています。参考ページ→Big Muff Pi Analysis
コンデンサは3.9nFを持ってなかったので3.3nFにしたり、まとめ買いしていた10μFをやたらと使っていたり等、ある意味Electro-Harmonix精神も盛り込んでいます。

真ん中あたりの4つのオペアンプとLM317がクロスオーバー歪み関連です。こちらのページの図11と同じ回路で、理想ダイオード回路にLM317で調節した電圧を加算しています。同ページ図12のように波形の半分以上をバッサリとクリップしますが、プラス側とマイナス側を足し合わせることで擬似的にクロスオーバー歪みがある音を生み出しています。小音量の音はクリップする電圧値を超えられず切り捨てられるため、ノイズゲートとしても働きます。倍音については、奇数次倍音のみが出るようです(各クリッピングと倍音の記事最下部に掲載)。コンテスト用の個体は、一応トリマーを追加して最小電圧値を細かく調節しました。

あまり回路検討にかける時間がなかったので、後から見ると粗がある感じがします。入力部のICを変えれば全部5V駆動でよさそうです。あとクロスオーバー歪みを扱うなら素直にトランジスタを使う方がもっと簡単だったんじゃないかと思います。

▽レイアウト
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▽PCB(横86.4mm縦40.6mm)
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歪みエフェクターは筐体が大きい方が印象に残る気がするので、余裕を持ってHAMMOND 1590BBを使いました。基板は秋月電子にある角型ランドのもので、見た目はなんだかカッコイイですが少し薄い(厚さ1.2mmぐらい)です。

音についてはたぶんBig Muffっぽくなっていると思います。まぁ私は自作ラムズヘッドぐらいしかビッグマフを弾いた経験がないのでよくわかりません。倍音も測定しましたが、少し奇数次倍音が多く普通の歪みという感じでした。ハイゲインだとクリッピングの違いはあまりわからなくなると思います。肝心のクロスオーバー歪みについては、なんともいえないジュワーという感じが付加されます。ゲートファズのようなブチブチ系にもできますが、正直私はあまり好きでなかったです…

---以下2018年3月19日追記---

「第5回 エフェクタービルダーズ・コンテスト」第一次審査の点数を記載しておきます。
コンセプト:17 サウンド:16 ルックス:16 操作性:16
総合点:65 21台中11位

■オーバードライブ(Pure Data パッチ)

デジタルの歪みはなかなか自然な感じにするのが難しく、自分なりにいろいろと検討しました。詳細は前回の記事(真空管風デジタル歪み)をご覧ください。
03p_211_1od.pngこのパッチをダウンロード
gain1では二次関数 f(x) = x2 + x を使い、波形を非対称に変形させて浅い歪みを調整します。ただそのままでは x < -0.5 のとき波形が折りたたまれる形になるため、[clip~ -0.5 100]を入れてそれを防いでいます。gain2は[tanh~]を使った対称ソフトクリップで、深い歪みを調整します。

個人的に便利かなと思い組み込んだのが、右側に配置している音量調節機能です。弾きながらadjust_vol(フットスイッチを想定)を押すと、エフェクト音の音量が原音と同じになるように変更されます。原理は簡単で、原音とエフェクト音それぞれに繋がっている[env~ 32768](左上と左下のあたりに配置)から出力される値の差を計算するだけです。

トーン調整についてはとりあえず単純なハイパスフィルターとローパスフィルターにしていますが、私の感覚には結構合っている調整方法のようです。デジタルなので内容の変更や追加は簡単にできます。気が向いたらクリーンミックスやフェンダー型トーン回路等いろいろ試してみたいと思います。

■タグ : 歪み PureData

■歪みと波形・倍音その10(真空管風デジタル歪み)

一般に真空管の歪みは偶数次倍音が多いといわれており、私が作った真空管アンプと真空管エフェクターでもそのような特徴がありました。よって偶数次倍音が奇数次倍音より多くなるような歪みが真空管の歪みに近いと考え、今回の目標とします。前回の記事で紹介したように、入出力の関係を表した関数(伝達関数と呼びます)で信号処理を考えていきます。



真空管のグリッド電圧とプレート電流の関係(Eg-Ip特性)は下図のような形になります。
12_210_1egip.png
通常真空管の増幅回路では、グリッド電圧の変化が入力で、プレート電流の変化を出力として取り出します。つまり上図は入出力の関係(=伝達関数)を大まかに表しています。あまり厳密ではありませんが、なんとなく形が似ている二次関数を使えばよさそうです。また、こちらのページでもx2の項により第2高調波歪が混ざることが記載されています。※後から気づきましたが、指数関数(ex)もたぶん使えます。

以下の伝達関数y=f(x)を考えました。
12_210_2_fx.png
プラス側は一応少しソフトクリップにしています。波形と倍音は下図です。
12_210_3fxLG.png
うまい具合に偶数次倍音が出ています。

高増幅率時(入力信号を大きくしたとき)の波形と倍音は下図です。
12_210_4fxHG.png
波形がほとんど頭打ち部分で占められるため矩形波に近い形になり、奇数次倍音の方が多くなってしまいました。

各波形の倍音をまとめたときに書きましたが、ハイゲイン時にはデューティ比が0.5でないパルス波の形にする必要があると思われます。そのための一番簡単な方法は直流を足して増幅の中心(バイアス点)をずらすことです。
12_210_5bias.png
うまくいきそうに見えましたが、信号が小音量のときは直流成分の影響が大きくなってしまいます。このときはデューティ比が大きくなりすぎ、まともな音になりません。別の方法でバイアス点をずらすことを考えます。

真空管アンプの回路では、大抵数段に渡って増幅されており、段間ではハイパスフィルタ(HPF)を通ることになります。これに倣って『低増幅f(x)→HPF→高増幅f(x)』という2段増幅を行ってみます。計算は省きますが、f(x)ではx2の項により2倍音と直流成分が加えられます。そしてHPFを通ると直流成分が除去され、バイアス点がずれると考えられます。結果は以下のようになりました。
12_210_6fxHGw.png
2倍音がやや少ないですが概ねOKでしょう。f(x)をもっと偏った非対称にすれば偶数次倍音がさらに増えてきます。



私自身は真空管が特別好きというわけではありませんが、奇数次倍音と偶数次倍音をある程度コントロールする方法がわかったことは意味があるように思います。あとは各種フィルタを使いこなせれば(簡単ではありませんが)、きっと自分に合った歪みエフェクトをプログラミングできることでしょう。

■歪みと波形・倍音その9(非線形性と歪み)

歪み系エフェクターのデジタル処理を考える場合、処理内容は基本的に関数の形(入力x、出力y)で書くことになります。以下にその例と非線形関数による歪みについて簡単に説明しておきます。倍音については前回の記事にまとめています。



まず理想的な増幅器を考えます。増幅率をaとすると、出力は入力に比例して大きくなるy=axという式になります。下図はa=1のときの入力と出力の関係をグラフにしたものです。
12_209_1lin.png
このように入力と出力が直線(比例)関係にある場合は「線形」です。直線の傾きaが変わっても線形といえます。正弦波を入力したとき(上図下側)、出力(上図右側)には全く歪みがありません。



増幅器には通常電源電圧等の制約があるため、一定の入力を超えたところから出力が頭打ちします。グラフでは、途中からyが一定となる形になります。
12_209_2hc.png
正弦波を入力したとき、出力はクリップされたものとなります。この場合は線形でないので「非線形」であり、歪みが発生するというわけです。しかしながら、単純なクリッピングのみで自然な歪みを得るのはなかなか難しいと思います。



現実の増幅素子では急に出力が頭打ちになるわけではなく、ある程度滑らかな変化だと考えられます。
12_209_3sc.png
上図の関数はy=tanh(x)で、このようにS字を引き伸ばしたような形はシグモイド曲線と呼ばれています。正弦波を入力したとき、出力はソフトにクリップされたものとなります。



真空管を使った増幅では、非対称で複雑なカーブになるようです。
12_209_4tc.png
正弦波を入力したとき、出力は非対称に変形しているものとなります。この場合の関数の詳細については別記事にまとめています。

■タグ : 歪み 波形・倍音

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