用于电子轨道扬声器中音节栓的装置和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]电子和机电的音乐风琴的声调仅通过键的按下抬起而产生，所产生的声调往往无攻击性和无衰减，属于相当纯粹的无变化的声调，因此经常缺乏表现力。在风动管风琴中，使用机械颤音装置解决了此问题，机械颤音装置在次可听速率下变化风压，赋予管乐器的音调振音或音高变化和颤音或体积变化，从而增加声音的刺激。管乐器的各个音管通常使用多个颤音装置。
[0002]除了颤音装置以外，另一种用来改进风琴声音的技术是音节栓，其中，轻微失调的管乐器的多个音管一起演奏来产生声音中极低频率的波动，并降低复杂性和增强谐频。该效果与星星闪烁或左右移动和亮度变化的过程非常类似。不同路径通过大气而具有稍有不同的延迟，并引起的光取消或增加，进而表现为从天空中略微不同的点处出现。声波的波长比可见光的要长，所以取消和反射的效果可以以愉悦的和令人兴奋的方式围绕一个较大的空间移动声音。
[0003]在电子琴中，通常通过电子方式实现振音效果，但是由于声音太精确并且出自一个扬声器，此振音效果不太理想。如果音节栓的作用通过纯粹的电子装置来实现，其会出现单个或一对扬声器的带来的同样的不足。在现场演出场地，只有在立体声最佳点的听众能听出空间效果，而大多数听众，包括乐师都听不出。在管风琴演奏的情况下，多个管乐器被物理地散布，所以声音来自多个方向。为了实现电子琴的振音和空间效果，通常使用机械轨道扬声器，随着声音换能器的旋转，声音散布在不同的方向。已经进行了很多通过电子装置捕捉机械轨道扬声器的声音并通过立体声系统重现的尝试，结果令人失望。
[0004]随着机械轨道扬声器中的换能器轨道，声音的明显来源(喇叭的嘴)，能够朝向或远离听众移动。当音源朝向听众移动时，音高增强，当声音远离时，音高减弱。音高的变化起因于多普勒效应。声音会从房间里不同表面反射，产生空间效果。在令人高兴的情况下，机械轨道扬声器的原有商业模式选择的机柜与声音的轨道源交互，增加了类似音节栓的效果。在低速时，音节栓效果支配多普勒效应，是扬声器的较高的期望特征。不幸地是，由于狭窄的插槽，机柜的构造也限制了扬声器的声音输出。为了努力增强声音的输出，需要对机柜作出修改，但却损失了音节栓的效果。
[0005]虽然过去机械轨道扬声器已经流行，但是它们有几个缺点。为了产生超过音频的期望范围的振音效果，换能器必须旋转。扬声器的机柜必须相当大且重，使得很难搬运至现场演出。机械零件精密且需要频繁维护。已经尝试利用旋转接头来引导声音信号到轨道换能器的机械轨道扬声器，但滑动触点产生的噪音以及维护问题使得该方案被放弃。
[0006]很难同步多个机械轨道扬声器，单个物理旋转换能器限制了音量的输出。场馆尺寸越来越大，而且听众期望丰满的声音，所以许多表演者寻求在一个隔音位置放置轨道扬声器，使用具有多个扬声器的扩音器以及声音放大系统。这导致扬声器和收听室的期望的相互作用的损失。
[0007]由于轨道扬声器的物理大小决定了声学性能，较小和不算昂贵的机械轨道扬声器不能实现期望的音乐效果，尤其是通过只旋转而不是轨道运动损失了期望的调频。
[0008]通常机械轨道扬声器只具有两个速度而且不进行物理修改扬声器没有机会改变效果，由此，具有非常有限的表现力。这导致演奏技术依靠不时地快速转换驱动马达试图实现中间速度。
[0009]键盘演奏者通常拥有两个或更多乐器，甚至一个乐器，其能够模仿超过一个声学仪器，例如合成器，其能够产生音轮(tonewheel)风琴或钢琴声音。机械轨道扬声器没有音色很难再现钢琴声音，不能同时再现本色的钢琴声音和轨道风琴声音。该问题的传统解决方案是增加额外的一对专用于固定频道的放大器和扬声器，由此增加了扬声器的重量，大小以及成本。
[0010]本领域需要一种放大乐器的扬声器系统，其能够产生期望的振音、颤音和音节栓空间效果同时较轻且更坚固适于运输，没有活动部件避免了频繁的维修，能够以低成本的配置实现期望的振音、颤音和音节栓空间效果，能够以大功率级驱动并且具有用于多个较高声级的多个轨道扬声器，能够变换音乐效果增加表现力，产生本色声音的同时实现振音、颤音和音节栓空间效果。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的目的是使音响系统设计用于在实体配置中具有逼真颤音和音节栓空间效果的音乐的现场演出，其适合于轻量携带，低维护和低成本制造。不同于机械轨道声音换能器，本发明使用面向不同方向的两个或多个混合声音换能器，且对于每个换能器分别调制声音信号，当声音围绕房间反射时赋予环绕感并在消声和合成取消时赋予低频波动感，以及由于来自多个差分定向换能器的声音的组合的和声的加强。
[0012]在本发明中声音方向感通过使用选定的布置以产生用于所期望的效果的适当的声音辐射模式的固定声音换能器或换能器组来增加。换能器排列扩展了颤音装置和音节栓的效果，以及降低了频率以及有选择的深化了超过现有机械轨道扬声器所实现的效果。
[0013]由于轨道的效果是电子施加的，同组的放大器以及声音换能器能够同时用于放大以及投射声音，而没有颤音和音节栓以及其它效果或不同组合效果。这对于使用单个声音系统的乐师非常实用，其可以在电子钢琴没有颤音的同时进行强颤音的音乐重放，也可以进行轻颤音的重放以适合所需的钢琴声音。此多用途可以扩展到乐器，声音或任何其它声源的任意组合。
[0014]本发明的实施例使其能够增加其他声音效果特别是轨道扬声器的效果，包括模拟喇口八喉失真，放大器的过载，放大器机柜和扬声器机柜的模拟，以及多种多样空间混响的模拟。基于以下描述的原因，机械轨道扬声器限制了单个单元产生的声音输出的数量，并且联合的多个单元会导致颤音效果的下降。本发明在单个单元中实现了多个换能器的较高的声级，并且允许多个放大器/换能器单元联合用于甚至更高的声级同时保持颤音以及音节栓效果的同步质量。
【附图说明】
[0015]图1示出了带颤音装置的风驱动的管风琴的一排音管；
[0016]图2示出了管风琴颤音装置的横截面；
[0017]图3示出了带颤音装置和音节栓的管风琴的一排音管；
[0018]图4示出了流行的风琴声音系统的内部机构；
[0019]图5示出了图4的声音系统的外形图；
[0020]图6示出了在图4声音系统中从换能器到听众耳朵的声音路径；
[0021]图7是在图4中声音系统中使用的喇叭的横截面；
[0022]图8是梳齿形滤波器的振幅/频率图；
[0023]图9是电子效果器的结构框图；
[0024]图10是立体声电子效果器的结构框图；
[0025]图11示出了立体声最佳点；
[0026]图12示出了电子轨道扬声器系统的全覆盖；
[0027]图13示出了电子轨道扬声器箱，其中锥形换能器具有前载喇叭；
[0028]图14示出了电子轨道扬声器的构造细节；
[0029]图15示出了电子轨道扬声器的基本信号连接；
[0030]图16是用于四套声音换能器的四个信号的四个振幅包络图，一个信号用于机柜的每个面，这样实现了复杂的调制；
[0031 ]图17是功能齐全的信号处理器的信号流程图；
[0032]图18是本发明的电子音节栓的一个实施例的结构框图；
[0033]图19是从电子音节栓的换能器到听众耳朵的声音路径的俯视图；
[0034]图20是电子音节栓的第二个减少复杂性的实施例的结构框图；
[0035]图21是电子音节栓的单个延迟缓冲器实施例的结构框图。
【具体实施方式】
[0036]以下列出的结合附图的详细描述意在作为本发明示例性实施例的说明，并不旨在表示其中本发明可实践的仅有实施例。贯穿本说明书的术语“示例性”是指“用作例子，实例或例证”不一定解释为优选或比其它示范性实施例有利。
[0037]该详细描述包括用于提供对本发明的示范性实施例透彻理解目的的具体细节。本发明的示范性实施例可在没有这些具体细节的情况下实施，对于本领域技术人员这将是显而易见的。在一些情况下，公知的结构和设备以框图的形式示出，以避免模糊本文中所提供的示范性实施例的新颖性。
[0038]特别是，示范性实施例根据与放大器和声音换能器相连的具有四个面的单元来描述，但其数量由于成本和复杂性有关的限制可能为从两个到一些较大的数量的任意数量。单元的面可以水平，垂直或以任意配置部署，其中两个或多个声音换能器朝向不同的方向。
[0039]在示范性实施例中，信号处理功能被描述为，但不限制为数字信号处理器。一些或所有的信号处理可能根据其他方式执行，例如不限制于模拟电路，标准计算组件或任意其他电子或电气装置。
[0040]本文使用的术语“音节栓”是指赋予运动感以及周期的基音和谐音的相对强度变化的一种声音效果。该变化通常在每秒几次的慢速率或每几秒钟一次发生。
[0041]本文使用的术语“轨道扬声器”是指任意形式的用于以周期的方式调节或改变乐器或其他声音源的声音的扩音器或声音放大器设备或声音修改设备，尤其是给予音高、振幅或空间感的周期变化。轨道扬声器旨在覆盖那些通常被称为旋转或转动的扬声器。轨道扬声器可以是独立设备或设备的集合或乐器的一部分。
[0042]本文使用的术语“旋转”是指物体自转运动。
[0043]本文使用的术语“轨道运动”是指物体围绕中心点的圆周运动。尤其是，在机械轨道扬声器旋转中的喇叭机构。在喇叭轨道的嘴处为显然的声音源。
[0044]术语“信号处理器”，“数字信号处理器”或“DSP”目的设计为计算设备，通用计算设备，模拟或数字电子电路的集合，或任何上述的组合。
[0045]本文使用的术语“换能器”是指将一种形式的能量转化为另一种形式的设备。特别是，将电信号转化为声波的声音换能器。
[0046]本文使用的术语延迟是指引起声音在晚些时间到达听众的时间延迟。当应用在音节栓效果上时，术语延迟指小于5秒的时间延迟，其与原始声音一起被听众听到并感知为单一声音。当应用到混响效果时，术语延迟指超过5秒的时间延迟，其与原始声音一起听到感知为不同的声音。
[0047]完全风驱动的管风琴的颤音的主要部分是通过在图1中图示描述的连接到一排音管103，104的颤音机械装置100赋予的波动的声音。从气栗(未示出)来的风或风压通过颤音装置101被引进随后进入