YAMAHA GX1とKORG 700の関係?



元祖Analog synthの MOOG社の OCT/V規格を受けて国内のanalog synthメーカの一つROLANDでは初号機のSH1000から OcT/V仕様を採用また別のPAGEでも言いましたが1970年代前半においてはsynthのVCFはバリエーションが少なくMOOGのTr. ladderやその亜流としてのdiode ladder VCFを採用するメーカーが主でありSH1000もそうでありました。

一方それとは別に Hz/V仕様のVCOを採用したのが KORG、YAMAHAであったわけです。KORG、ROLANDの初号機が1973年、YAMAHAはそれから少し遅れ1974年から1975年にかけて GX1、SY1と言うanalog synthを発売しています。

ROLANDがOCT/V仕様を採用したのは1っにはModular synthを見据えていらからでしょうし、YAMAHAが KORGと同じ Hz/Vだったのは1970年代初期に35のVCOを持つ PolyphonicのGX1を開発するためにはantilogぬきのHz/V仕様にするのが当然のなりゆきだったのでしょう。

VCF、VCAに関してはGX1,SY1では先にKORGが開発した diode ringによる VCF、VCAを採用しています。これはKORGがエレクトーン用のリズム音源をYAMAHAに供給していたり逆に1970年代初頭からKORG製品の販路等においてYAMAHAが協力していたとか友好関係があったことからanalog synthで先行していた KORGとの情報交換などが推測されますし実際に技術交流があったという話も聞きます。

YAMAHAがKORGと同じ形の Diode ringを使ったVCRを採用したのは先行するKORGの analog synthに習ったという部分もあるでしょうがなにより diode ringを使った VCFと言うのは 4っのdiode ringだけで 2pole filter分の VCRをまかなえかつCV変化による直流変動を抑える対策が完備された回路であったこと、LPFとHPFが基本ほぼ同じ回路で実現できるというメリットもあったのではないかと想像します。 GX1ではトラベラーということばこそ使いませんでしたがKORGと同じ LPF + HPFの組み合わせのVCFでした。

diode ring 自体はanalog SWとして昔から存在していましたし、発振器の回路などでも使われることがあり、さらにはpassiveなring modulatorも結線は違えどdiode ringで構成できるすなわちVCAとして機能するわけです。

vintage synthesizers日本語版でのKORGのインタビューの中で作者の三枝氏も発振器の回路からdiode ring VCFのヒントを得たというエピソードを話されていました。

YAMAHAにおいても diode ringが使われたのは 1976年の SY2までで 1977年の CSシリーズからは OTAによるSVFが使われており専用IC化がなされています。 SVF VCF使用は diode ring と同じく 2pole filterであり LPF、HPFが同じ回路で実現で、かつQを上げても通過帯域の gainの減少がないfilterだからでしょうか。


YAMAHA と KORGの diode ring VCFの違い

同じ diode ringを使用していますが KORGとYAMAHAのVCFは同じ回路ではありません。大きな違いはdiode ringの駆動回路で KORGは電圧駆動+ diode、YAMAHAは定電流駆動です。またYAMAHAの回路では Resonanceも diode ringによる VCRが使われておりこれはおそらくpolyphonic synthのGX1を見据えた回路だと思われます。

1973年発売のMINI KORG 700や YAMAHA GX1のVCFは hybrid IC化されており700の回路図を見ても回路の詳細はわかりませんが KORG 770においてはそれが個別部品で構成されているためVCF、VCAのhybrid ICの回路はそれでわわかりますし、 Hybrid IC自体の回路も現在では NETで見つけることが可能です。

一方 SY1、SY2の回路図はNETで見つけることはできますがそれに使用されている Hybrid ICのNE10400、NE10500の回路は見たことがありません。 唯一あるのは YAMAHAのdiode ring VCFの特許に書かれている回路と GX-1 VCFを再現したといわれる MOTM 485 VCFの回路図です。 両者は基本部分は同じで特許の回路図は簡略化されていますので485VCFの回路図がほぼNE10400などのVCF moduleの回路を表現しているものと思われます。


GX-1 VCF(diode ring駆動回路部分)



700 VCF(diode ring駆動回路部分)


diode ringの動作原理で示したのは+/- 2電源でドライブされている物でしたが GX1、700とも片電源で diode ringはドライブされています。このため信号入力は +/-2電源方式が信号入力はDCから対応できますがこの場合はAC入力になります。

片電源駆動ではありますが上と下のdiodeで対称駆動されているのでCVの変動に対する出力nodeの変動は押さえられることは同じですし、なにより出力 nodeにおいては上のdiodeと下のdiodeを流れる電流は逆相MIXになるため片電源からくるoffset電流もキャンセルされる構造、すなわち差動増幅typeのVCAにおける電流の取り出し方と同様な構造になっているのでCVの変動に対する出力の変動をおさえられるのは同じです。

実際、2電源でドライブされている diode ringはMS50の diode ring VCFくらいだと思います。 原理を知る上では2電源タイプの方がわかりやすいです。 またKORGのVCAや、YAMAHAの VCFの VC resonance回路はとも2電源ドライブのようです。


KORG 700駆動回路

diode ringのCV回路ですがエミッタフォロワにRc抵抗をつけ、エミッタとコレクタから電圧を取ることによってCV変化に対して正相、逆相の変化を得ます。それをPNP、NPNのエミッタフォロワに入れて駆動CVを得、これでdiode ringを対称駆動します。


駆動電圧の変化と出力node電圧の変化

黄:PNP エミッタフォロワ出力
白: diode ring 出力電圧
桃: NPN エミッタフォロワ出力

上図ではCVが小さい値の時出力nodeがCVの変化に追従してしまっていますが、これはいかに。 CVが大きくなると出力 nodeは固定化しています。


各 diodeに印加される電圧の変化

これは上記の図からCVが小さく diodeに印加される電圧が低い間は印加電圧が一番下のEXPO変換用のdiodeにより多くかかってdiode ringを構成する diodeの電圧が変化しないためEXPO diodeの変化が出力 nodeに出てしまうためのようです。

さらにこの回路ではエミッタフォロワの抵抗Reにdiodeから流れる電流が重畳されてしまう為CVが大きくなると diodeのEXPO電流も増えるためエミッタフォロワのリニア変化を保つためエミッタフォロワのVbeは急変化して落ち込みます。 すなわちエミフォロ出力電流とdiodeのEXPO電流を足したものがリニアに低下するようにエミッタから流れる電流は 急激にLOG変化で低下となります。PNPのエミッタフォロも同様に急低下。


エミッタフォロワのエミッタ電流とdiode電流

このようにこの回路は大変複雑な動作です。両エミッタフォロワの抵抗Reにはリニアな変化で電流が流れており、diode電流は EXPOなのでそのつじつま合わせでエミッタ電流は複雑です。

すなわちエミッタ抵抗に流れる電流は CV上昇で両者ともリニア低下。それに対してdiode電流はEXP上昇なので両エミッタ電流は LOG低下する構造。電圧で見れば diode ringかかる制御電圧は CV上昇で上昇。 エミッタ抵抗に流れる電流を定電流的共有電流としてdiode電流が増えれば、エミッタ電流が減ってバランスかつエミッタフォロワとしては入力電圧に追従しているというamazingな反応。この時代のディスクリートなsynth回路は複雑。

エミッタの抵抗に流れる電流は両者の共有電流となりエミッタフォロワの出力としてはVbの変化にリニアに追従する必然からエミッタ電流自体が変化して共有電流としてはエミッタフォロワの特性を維持する反応。

この抵抗は結果的に電流制限抵抗としても機能するようでdiodeの A-K間に必要以上の電圧がかからないようにしているのでしょう。 これはMS50の OP AMPを使った駆動回路においても OP amp out似100Ωの抵抗がぶらさがっており同様の効果を得るのでしょう。


MS50の駆動回路

原理に沿ったわかりやすい回路のMS50 Diode Ring VCF。

GX1のVCFも700のVCFも上記の簡略化した回路図部分だけでも結構複雑でVCF全体としてはさらに複雑でこれに比べるとMS50のVCFの方がシンプル。20年ほど前にMS50のVCFは作りました。このころは diode ring VCFもまだ一般には有名な回路ではなかったように思います。


* MS50 type VCF


volcaのVCFがこのMS50のVCFを片電源駆動にしたものでよりシンプルなので手軽にDIYでdiode ring VCFを体験するには好都合かもしれません。


GX1は1974年以前の技術で35voiceのアナログ方式のPoly synthを構成するという今考えても真にモンスターシンセでありました。また 通信関係の技術を応用した当時としてはめずらしいKey assigner方式を採用しておりこの時期この方式を利用したsynthとしてはOberheimの4Voiceがあるくらいではないでしょうか。 4Voice の Key assignerは E-MUの技術協力によって実現されたそうですが。

35Voiceで当時700万の価格だった GX1。 現在でもこのような analog poly synthは存在しません。 KORGと同様の Hz/V方式 diode ringを使用した analog synthではありますが これだけのものを作りだせたのは長年のエレクトーン開発の技術力のゆえでしょう、

余談

YAMAHAの analog synthは初期の GX1、SYや後のCSにいたるまで VCFは発振不可の仕様となっています。KORGの初期の diode ring VCFも同様です。 ネットの記事などを読むとこれはこれらの filterがMOOGの VCFのようには発振できないfilterを使っているからだという間違ったことを書いている方がおられます。 また(MOOGのような?)トランジスタを使わずダイオードを使った変てこなVCFだなどと書かれている文章を見ると 回路知識の無い方が確かめもせず堂々となにを根拠にそんなことを書くのかと とても残念に思います。その場合はユニークと言うべきです。ちょっと変わったユニークな回路こそがanalog synth(回路)の真骨頂なのですが....。

ladder VCF、diode ring VCF共にdiode(TrのB-E間)の微分抵抗をVCRに使ったVCFであり、CVによる直流変動を抑えるためのaudio信号の逆相MIXによる取り出し方も全く同じ発想なので本質的には同類だと思うのですが.....。 まあMOOGの場合はactiveな素子を使った定電流入力型のVCFではありますがdiode ladderは passiveですが。

要はCVの変化に対する直流分の変動をおさえ、電圧制御素子に何を使うかがanalog synthのfilter回路においては最重要であって通常の AUDIO用のfilterとはちょっと違う発想が求められる部分でしょう。

どちらにせよOTA IC普及後(*0)は各社のVCFは大差のない形式におちつくわけですが黎明期のVCFはいくつかの特徴のあるVCFがあったということでそれが各社のanalog synthのキャラクターに反映していたことも事実でこの時代のVCFは面白いと思います。

*0:
汎用OTAを使用したVCFや専用IC化されたVCFがありますがCEM/SSMなどの専用ICにおいても単純に汎用OTAの回路をなぞった回路だけでなく回路規模を小さくするような工夫が取られているようでたとえばCEM3320などはLOG/ANTLOGを使った部品点数の少ないVCA cell(乗算回路)で構成されているようです。

2次以上のfilterであれば正帰還する経路があれば条件がそろえば発振は可能なのは当然であってそもそもそうでなければresonanceというパラメータ自体が存在できない道理です。2次以上の filterにおいては発振現象はfilterの一状態にすぎません。 すなわちSVFを使った安定な発振器などはその例です。

diode ringは ladder VCFのように負帰還をかけて resonance特性を得るタイプのFilterでなく正帰還タイプの filterなので帰還量が大きくなれば出力レベルもそれに応じて大きくなってしまうので振幅リミッタをかけない状態では危険な filterになってしまいます。

負帰還タイプのfilterは resonanceを上げると通過帯域が減少してcutoff 位置のGAINは(あまり)上昇しないので取り扱いが楽ですが音痩せがあるわけです。 負帰還タイプであっても発振周波数であるFc付近は当然正帰還がかかっているわけです。

Ladder typeのVCFでもFc付近では正帰還がかかっているので本来は正帰還typeのVCFと同様に安定に発振させるためには limitterが必要ですが laddr typeのVCFにおいてはこのlimiter機能が図らずも内蔵されています。すなわちladder VCFの出力をaudio INと逆の入力端子に戻せば差動回路の出力特性そのものが振幅limitterになるわけです。

一方、正帰還タイプの filterは通過帯域の減少がないかわりにFc付近の GAINが上昇してしまいます。 GX1や700の時代にはfilterを発振させるという行為は両メーカにとっては重要ではなかったのでしょう。その為、正帰還量のパラメータを自ら制限しています。

YAMAHAは最後の analog synth CS70Mにいたるまで filter発振は不可な仕様でしたがKORGはMS20から正帰還型のfilterであっても Diode Lmitterを付けることによって発振できる仕様になりました。これはMS20がセミモジュラーだったからなのでしょう。同じKORG35使用のPS3XXXやM500等は発振不可の仕様ですが フルモジュラーのMS50は diode ring VCFであっても発振が可能な仕様であることから明らかなのではないででしょうか。



MINI KORG 700Sについて

このたび復刻版(+機能強化)が発売されて話題のMINI KORG 700Sですが700FSは購入していないので自分が所有しているオリジナルの700Sについて書いてみます。

700は国産初のmonophonic analog synthsizerであり1973年、今から(2021現在)48年前に登場しました。 700Sは翌年発売された2VCO versionの synthです。

2VCOといっても2nd VCOの波形はSAWのみの簡略版でVCO modulationも無しという割り切った仕様ですがVCOが2っあるのでRING modulatorが搭載されています。 おもしろいことにこの2nd VCOは1st VCOに対して出力のSAW波の位相が逆相になっています。

これは意図したことか単にコストを下げるための処置のどちらかは分かりませんが1stVCOのSAW波と逆相のSAW波でDetuneをかけるとPWM波をシミュレートできます。原理的には周波数がまったく同じになってしまえば逆相MIXで音が消えてしまいそうですがそこは analog VCOなので実用上は問題ないでしょう。

VCOはKORGオリジナルの2Tr. PUT VCOです。 この時代のKORG VCOはMS20のVCOのように2Tr. PUT VCOにプラスして閾値温度補償用Tr.や SWing speed改善用のDiodeが入ったversionで無いことからSAW VCOと矩形波分周を組み合わせて、Octave間に関しては分周処理がされているというのが初期の analog synth然としています。

KEY CV 回路は抵抗を用いたR-2Rタイプの抵抗DACのような回路(無限抵抗ネットワーク)を用いたEXPO出力でVCOはHz/Vです。KBD CVに関してはこのようにHz/VですがLFO等のCVに対しては当然 EXPO入力になります。 2VCOであることでRing Modulatorが搭載されていますがとてもシンプルなローコストな回路です。

VCF/VCAは上記のように Diode Ringを使用したVCR回路を用いています。 VCFは片電源、VCAのDiode ringは両電源で駆動されています。 ちなみに電源回路はMOOGの回路などと同じように(-)電源の2倍が(+)の電源電圧になっていて +20V/-10Vです。

EGはAD typeのものが1系統のみという大変シンプルなというよりも作者の設計思想が感じられる仕様。 逆にLFOは目だっていませんが複数個搭載されています。 700Sの最大の特徴はやはりTravelerというHPFとLPFが対になったVCFでこの仕様は母音を発音するために必須という部分からきているようです。

700Sは最終出力は波形が結構歪んでいて教科書どおりのきれいな波形でないことが独特のSOUND キャラクタを生んでいるのでしょうか。 この時代のsynthらしく複数の人間が設計にかかわっているということでなく一人の人が設計している synthであることも個性を生んでいる要素でしょう。

と言ってもVCOのSAW波が歪んでいるわけではありません。 SAW波は普通の波形ですがVCF/VCAを通過した波形が適度に歪んでいるわけです。 SAW波を成形した矩形波は教科書通りのようなきれいな形でなく成形回路が簡易型なことからくる形、すなわちSAW波のなごりが残っています。

いくつかの波形


VCO 8feet TRI


VCO 8feet SAW


VCO 8feet RECT

VCOのSAW波は普通。 TRIは対称性が悪いが単に所有の700SのVR調整不十分なのかもと思い回路図を見ると三角波発生回路はTr.の飽和/非飽和を使ったよくある回路でRcがReの2倍の値なので傾きは同じにならないし上記の波形がそれを反映しているとなればこれは故意なのでしょう。 すなわち対称性の半固定VRはないので調整不十分ではない。RECTはTr.による簡易コンパレータなのでこのようなSAW波の一部がそのままの波形。


VCF 8feet SAW


VCF 8feet RECT


VCA 8feet SAW

VCF波形は若干HPFが効いているような波形でかつSOFT Clipしている感じ。 VCAは明らかにHPFが効いている感じだがカップリングCがおかしいのか?。

上記波形は20年ほど前に手持ちの700Sから撮った波形です。 なにぶん古い機種で未調整なのでこれが正しい波形なのかわかりませんが.....Rolandの wave expansion bordからの波形をオシロに表示させた以下の画像もその傾向にありますのでこれが正常なのでしょう。


KORG 800DV SAW(Roland wave expansion bord)


700Sの復活は90年代当時からKORGの創始者であるところの前加藤会長が長年望んでいたことでもありそれは古山俊一氏のVintage Synthesizer KORG編VIDEOの対談でもわかります。2021年現在国内大手のsynth sizerメーカで唯一 analog synthを開発/販売しているKORGとしてもKORG synth sizerの原点である700Sの復活はある種の必然だったのだと思います。

いちユーザからしてもMS20の復活の後、自社の過去のanalog synthではないARPのsynthがKORGにより復活され、その前に700Sが復活されないのか不満に思っていました。 今回いわば満を持して700Sが復活したというわけで上記の思いが30年後の現在ようやく実現したことになりました。 今回の700FSの特徴としては MIDI/USB/CV/Gate対応 Joystick/Reverb/aftertouch追加と言うことと電源がSWingのACアダプターの+12Vということもありますが最大の違いは音色メモリー対応なったことでしょうか。

メモリー対応と言うことで完全電圧制御になるわけで従来電圧性制御でなかったパラメータのVCR化、 SW類の DIGITAL化が図られているものと思われます。 ではどの部分が新たに電圧制御されているのか考えてみます。

SW
EFFECT
SELECTOR
OCTAVE
WAVE
EXPAND
BRIGHT
SUSTAIN
BENDER
REPEAT
HOLD
VIBRATO
DELAY VIB.
PORTAMENT
SUSTAIN LONG
TRAVEL VIBRATE
VR
BALANCE
VOLUME
ATTACK
PERCUSSION
PORTAMENT
REPEAT
VIBRATO SPEED
VIBRATE DEPTH

すでに電圧制御されているパラメータ以外で電圧制御が必要な部分はAUDIO信号系では2っのVCO等のMIX具合を調整するBALANCEくらいなものであとはEG等の制御系のVRとなります。何を使って実現しているのでしょう。

これに対してSW類はけっこうたくさんあります。 これらのSW類のメモリー対応はどうやっているのか知りたいところです。


700FSの価格は24万とかなり高価。 ちなみにオリジナルの700Sは165000円なのでオリジナルの1.5倍になります。 700FS機能強化されて現代風になりましたが24万が高いかどうかは思い入れしだいでしょうか。当方の所有している700Sはもらいものなのでタダです。 700Sはpatch memoryが無くともいいのではと個人的には思いますのでオリジナル700Sでも十分かとは思います。 所有の700Sはもう10年以上電源を入れていないので動くかどうかわかりません。 メンテナンス/修理が必要かも知れません。近いうちにひさびさにいじって動作を確認後詳細を書いてみようと思います。 700Sに関しては詳細に各回路を追ってみたことがないのでこれを機会にじっくり回路を理解して見ようと思います。


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