古いディストーションと現代のハイゲイン：Distortion+・RAT とメタルゾーン系の回路の違いを ngspice で聴き比べる

「古い」と「現代」の分け方

ここでいう古いディストーションは、1970 年代に出た MXR Distortion+、ProCo RAT（1978 年）、Boss DS-1（1978 年）のような回路です。OP アンプ（DS-1 はトランジスタのブースタも）で 1 回増幅し、ダイオードを GND へつないで切り、簡単なトーンで高域を調整します。

現代のハイゲインの代表として、1991 年の Boss MT-2 Metal Zone を取り上げます。Boss はこの回路を 2 段のゲイン回路と、歪みの前後にある 7 つのフィルタで説明しています。後ろには 3 バンドのアクティブなイコライザがあり、中域の周波数も動かせます。

試聴の条件：ブリッジミュートの刻みを足した

ギターの合成、ピックアップ（シングルコイルとハムバッカー）、ngspice での解き方、音量のそろえ方は、オーバードライブ・ディストーション・ファズの回路と同じです。

今回はフレーズを 1 本足しました。6 弦と 5 弦のブリッジミュートを 16 分音符（120BPM）で刻み、G5・A#5・A5 のアクセントを挟んで、最後に E5 を伸ばす 7.4 秒のリフです。低い弦を速く刻むと、歪ませる前の低音の扱いの違いがいちばんはっきり出ます。

古い型：1 段で増幅して、ダイオードで切る

MXR Distortion+ は、741 の非反転増幅 1 段とゲルマニウムダイオード 2 本だけの回路です。反転入力から GND へ 4.7kΩ + 47nF、帰還に Distortion（1MΩ）で、利得は最大 1 + 1M ÷ 4.7k = 214 倍（46.6dB）です。47nF があるので、720Hz より下では利得が下がります。出力は 1µF と 10kΩ を通してゲルマニウムダイオードで GND へ切られ、1nF で高域を少し落とします。

RAT も同じ形で、LM308 の利得が大きく（Distortion 最大で 67dB、実際は GBW で頭打ち）、ダイオードはシリコンです（前の記事の図4）。DS-1 は OP アンプの前にトランジスタのブースタを置き、低域を削ってから増幅します。どれも、潰すのは 1 回だけです。

1 回で潰す回路では、増幅した帯域の倍音と、和音の混変調がそのまま出力に出ます。Distortion+ はゲルマニウムの 0.3V で切るので、出力も小さくなります。

現代型：2 段で潰し、間にフィルタを挟む

メタルゾーン系の回路は、Electric Druid の回路解析をもとに組みました。入力は 15nF + 100kΩ のハイパス（106Hz）で、1 段目の OP アンプは帰還が 220kΩ ∥ 100pF、GND 側にトランジスタのジャイレータで作った 1kHz 付近の共振があります。シミュレーションではジャイレータを直列の RLC に置き換え、解析の数字（利得の山 36dB）に合わせました。

1 段目のあとは 10kΩ / 10kΩ の分圧とコンデンサで高域を落とし、33nF + 100kΩ のハイパス（48Hz）を通して 2 段目へ入ります。2 段目は 1 + (1k + Distortion) ÷ 1k で、Distortion（250kΩ）を回すと ×2 から ×252 まで変わります。そのあと 2.2kΩ を通してシリコンダイオードで GND へ切り、最大 −10dB の高域のシェルフで仕上げます。

1 段目だけで 1kHz 付近の利得は 36dB あり、0.3V の入力でも OP アンプの振幅の上限（±3.2V）に当たります。つまり 1 回目の潰しは 1 段目で起き、そこで出た倍音の上のほうを段間のローパスが削ってから、2 段目でもう一度潰します。低い弦の基音（82Hz）は 1 段目では約 1V で、まだ潰れません。1 段目で先に潰れるのは中域から上で、低音は 2 段目まで原形のまま運ばれます。

ダイオードの手前までの小信号の利得は、試聴の設定（Distortion 100kΩ）で最大 65dB です。RAT の Distortion 最大（64dB）とほぼ同じで、現代型は利得そのものが大きいわけではありません（図2）。

刻みの切れ目：利得が大きいほど埋まる

図3 は、リフの最初の 1 秒（ブリッジミュートの 16 分音符 8 個）の出力の大きさです。1 つの 16 分音符の中で、いちばん小さいところといちばん大きいところの比を取ると、原音は 0.09、Distortion+ は 0.61、RAT は 0.83、メタルゾーン系は 0.84 でした。値が 1 に近いほど、音と音の間でも出力が下がらず、刻みの切れ目が埋まっています。

埋まり方は、潰す回数より利得の大きさで決まっています。利得の小さい Distortion+（最大 46dB）は切れ目が残り、利得がほぼ同じ RAT とメタルゾーン系（約 65dB）は同じくらい埋まります。ミュートした弦の残りの振動や、次の音までのわずかな余韻まで、大きな音と同じ大きさに持ち上げられるためです。ハイゲインで刻みを締めるには回路だけでは足りず、弾き手のミュートと、音の切れ目で信号を止めるノイズゲートが使われます。

イコライザ：歪ませた後で中域を削る

MT-2 のイコライザは、Low と High が ±15dB、Mid も ±15dB で、Mid の中心周波数を約 200Hz から 5kHz まで動かせます。Low は 105Hz 付近のジャイレータ、Mid はウィーンブリッジの帯域フィルタです。歪ませた後にあるので、ここで削っても足しても歪み方は変わらず、音色だけが変わります。

低音と高音を上げて中域を下げる、いわゆる「ドンシャリ」は、ハイゲインの定番の設定です。試聴では Low +8dB（105Hz）、Mid −12dB（600Hz）、High +6dB（3kHz より上）にしました（図4）。単体で聴くと迫力が出ますが、ギターの音の芯は中域にあるので、バンドの中では埋もれやすくなります。

まとめて聴き比べる

同じリフを 5 通りの回路と設定に通した音です。ピックアップの切り替えも試してください。ハムバッカーは出力が大きく、どの回路でも歪みが増えます。

シミュレーションで省いたこと

• メタルゾーン系は、構成と解析に数字のある定数を使い、残りは解析の数字に合うように決めた簡略版です。トランジスタのジャイレータは直列の RLC に置き換え、クリップのあとにある 2 つの固定のジャイレータ（4.9kHz と 105Hz）は入れていません。
• イコライザは線形なので、ngspice の後に同じ形の数値フィルタ（ピーキングとシェルフ）で掛けました。実機の Low・Mid・High の曲線とは形が少し違います。
• OP アンプは GBW・スルーレート・出力の振れ幅だけのモデルです（741 は 1MHz・0.5V/µs）。雑音は入れていません。実機では 60dB を超える利得で、ピックアップのハムや OP アンプの雑音も同じだけ大きくなるので、ハイゲインではノイズゲートを併用することが多くなります。
• ギターアンプとスピーカは入れていません。プレーヤーの下のチェックで、スピーカに近い帯域制限を掛けて聴けます。