전자-궤도식 스피커에서 셀레스트를 위한 장치 및 방법

전자-궤도식 스피커에서 셀레스트를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR A CELESTE IN AN ELECTRONICALLY-ORBITED SPEAKER}

본 발명은 전자-궤도식 스피커에서 셀레스트를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

전자식 및 전자-궤도식 음악 오르간은 항상 표현의 부족으로 고통을 받고 있는데, 그 이유는 생성되는 톤은 단순히 온 및 오프로 키가 이루어져서, 무기한적으로 공격적이거나, 또는 붕괴하지 않는 상태로 유지되어, 단순한, 변하지 않는 톤을 유지하기 때문이다. 풍력-구동식 파이프 오르간에서, 이 문제는 파이프의 톤에, 가정치 이하의 비율로, 비브라토(vibrato), 또는 피치 변화 및 트레몰로(tremolo), 또는 볼륨 변화를 부여하는 풍압을 변동시키는 기계적인 트레뮬란트(tremulants)로 해결하고 있으며, 그에 따라서 음향에 흥분을 추가하고 있다. 종종 여러 트레뮬란트들이 파이프의 개별적인 등급을 위해서 사용되었다.

상기 트레뮬란트에 추가하여, 풍력 오르간의 음향을 개선시키기 위한 다른 기술은, 셀레스트(celeste)이며, 여기서는 함께 연주되어지는 다수 등급의 다소 조율되지 못한(off-tuned) 파이프들이 음향에서 매우 낮은 주파수 기복과, 고조파(harmonics)의 복잡한 상쇄 및 강화를 발생시키게 된다. 이러한 효과는 별을 반짝이도록 하고, 또는 이동하도록 하며, 그리고 밝기를 변화시키는 과정과 매우 유사하다. 대기를 통한 다른 경로들은 다소 다른 지연을 가지며, 빛들이 상쇄되거나 추가되도록 하고, 하늘에서 다소 다른 지점으로부터 도달하는 것처럼 보이도록 한다. 음파의 파장은 가시광보다 휠씬 긴 것이므로, 상쇄 및 반사 효과는 즐겁고 흥미로운 방식으로 보다 큰 공간 주위로 음향을 이동시킬 수 있다.

전기 오르간에서, 비브라토 효과는 종종 전자적으로 부여되며; 그렇지만, 이것은 음향이 너무 정확하고 단일 스피커로부터 온 것과 같아서 이상적이지는 못하다. 만일 셀레스트 효과가 단순히 전자적 수단에 의해서 시도되는 경우, 그것은 단일 또는 한 쌍의 스피커들로부터 발산되는 동일한 단점을 갖는다. 라이브 공연장에서는, 스테레오 스위트-스폿 지점의 청취자들만이 공간 효과를 들을 수 있지만, 음악가를 포함한 대부분의 청취자는 이것을 못듣는다. 파이프 오르간의 경우에, 파이프들은 물리적으로 분산되고; 그리고 음향은 여러 방향에서 온다. 전기 오르간에 대한 비브라토 및 공간 효과 모두를 달성하기 위해서, 음향 변환기가 회전하는 것과 같이, 음향이 상이한 방향으로 분산되는 기계-궤도식 스피커를 사용하는 것이 일반화 되었다. 많은 시도가 전자적 수단에 의해서 기계-궤도식 스피커의 음향을 포착하고, 스테레오 음향 시스템에 의해서 재생하기 위해서 이루어졌지만, 그 결과는 실망스러운 것이었다.

기계-궤도식 스피커에서 변환기가 궤도 순환하는 경우; 명확한 음향원과, 호른(horn)의 입구가 청취자로 향하거나 멀리 움직인다. 음향원이 청취자를 향하여 이동하면, 피치는 상승하고; 그리고 음향이 멀리 이동하면, 피치는 떨어질 것이다.

이러한 피치 변화는 도플러 효과에 기인한다. 음향은 방안의 다양한 표면에서 반사되고, 공간 효과를 생성한다. 행복한 순간에는, 기계-궤도식 스피커의 최초 상업적 모델을 위해 선택된 캐비닛이 음향의 궤도 음향원과 상호 작용하고, 그리고 셀레스트와 같은 효과를 추가하는 것이었다. 낮은 속도에서, 셀레스트 효과는 도플러 효과를 지배하며, 스피커의 매우 요구되는 특징이다. 그러나 불행히도, 이러한 캐비닛 구조도, 좁은 슬롯으로 인하여 스피커의 음향 출력을 제한한다. 음향 출력을 증가시키기 위한 노력으로서, 캐비닛에 대한 개조는 셀레스트 효과를 잃었다.

과거에는 기계-궤도식 스피커들이 많은 인기를 얻었지만, 그것들은 여러 결점들을 갖는다. 원하는 음악의 주파수 범위에 걸쳐서, 비브라토 효과를 생성하기 위해서는, 변환기가 회전하여야만 한다. 상기 스피커 캐비닛은 크고 무거워야 하기 때문에, 라이브 공연장으로 수송하는 것을 어렵게 한다. 기계식 부품들도 빈번한 유지 보수를 필요로 하는 섬세한 것이다. 궤도식 변환기에 음향 신호를 안내하기 위해서, 로터리 조인트를 갖는 기계-궤도식 스피커를 구현하고자 시도했으나, 슬라이딩 접촉으로 발생하는 소음과, 유지 보수의 문제점이 이러한 시도를 폐기하도록 하였다.

다수의 기계-궤도식 스피커를 동기화시키는 것은 어려우며, 하나의 물리적으로 회전하는 변환기는 출력되는 음량을 제한하고 있다. 공연장의 크기는 점점 커지고 있으며; 관객들은 완벽한 음향을 기대하고, 많은 연주자들은 음향 격리 위치에 궤도식 스피커를 배치하고자 하며, 다수의 스피커를 갖는 마이크와 음향 증폭 시스템의 사용에 의존하고 있다. 이것은 스피커와 청취 룸의 바람직한 상호 작용의 손실을 초래한다.

궤도식 스피커의 물리적 크기가 음향 성능을 정의하기 때문에, 더 작고 저가의 기계-궤도식 스피커는 원하는 음악적 효과를 얻을 수 없고, 특히 공전 선회 대신에 단지 회전만 한다면, 원하는 주파수 변조를 얻을 수 없다.

종종 기계-궤도식 스피커들은 두 가지의 속도와, 물리적으로 스피커를 개조하지 않고서는 효과를 변화시킬 기회를 가질 수 없으며, 그에 따라서 매우 제한적인 표현만을 갖는다. 이것은 중간 속도를 얻기 위한 시도로서, 구동 모터를 온 및 오프로 빠르게 전환시키는 것에 의존하는 연주 기술을 초래한다.

키보드 연주자는 종종 두 가지 이상의 악기, 또는 심지어는 하나의 악기를 가지고, 소리 합성기와 같은, 하나 이상의 음향 악기를 모방하여 톤휠 오르간 또는 피아노 음향을 발생시키고 있다. 기계-궤도식 스피커들은 컬러링(coloring) 없이는 피아노 음향을 재생하는 데에 어려움을 가지며, 동시적으로 컬러링이 없는 피아노와 궤도식 오르간 음향을 재현할 수는 없다. 이 문제에 대한 종래의 해결책은 고정 채널 전용의 증폭기와 스피커 쌍을 추가적으로 부가하는 것이며, 이것은 스피커 시스템에 무게, 크기 및 비용을 추가할 수 있다.

스피커 시스템을 위한 기술에서, 원하는 비브라토, 트레몰로 및 셀레스트 공간 효과를 얻을 수 있도록 악기를 증폭시키고, 동시에 경량이며, 보다 이송에 견고하면서, 빈번한 유지 보수를 필요로 하지 않는 이동 부품들이 없고, 저가의 구성으로서, 원하는 비브라토, 트레몰로 및 셀레스트 공간 효과를 얻을 수 있으며, 또는 고 전력 레벨에서 구동될 수 있고, 보다 높은 음향 레벨을 위해서 모여진 다수의 궤도식 스피커들을 가지며, 증가된 표현력을 위해서 음악적 효과를 변경시킬 수 있는 능력을 갖고, 컬러링이 없는 음향을 비브라토, 트레몰로 및 셀레스트 공간 효과와 함께, 동시에 생성시키는 필요성이 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 경량의 높은 이동성, 낮은 유지 보수성 및 낮은 제작 비용으로서, 물리적 구성에서 실제적인 트레뮬란트(tremulant) 및 셀레스트 공간 효과을 갖고, 음악의 라이브 공연을 위한 음향 시스템 설계를 가능하게 함에 있다.

기계-궤도식 음향 변환기 대신, 본 발명은 각각의 변환기에 대해 개별적으로 변조된 음향 신호를 갖고, 서로 다른 방향으로 향하는 둘 또는 그 이상의 고정된 음향 변환기를 사용하여, 다수의 다른 방향으로 향하는 변환기로부터의 음향의 조합에 의하여, 음향이 방 주위에서 반사하는 경우, 선회 감각과, 음향에서의 매우 낮은 저주파 파동 감각 및 고조파의 복잡한 상쇄 및 강화를 부여하게 된다.

본 발명에서 음향의 방향 감각은, 고정된 음향 변환기 또는 변환기들의 선택되고, 배열된 그룹을 사용하여 증가하고, 원하는 효과를 위해 적절한 음향 방사 패턴을 생성하게 된다. 변환기 배열은, 보다 낮은 주파수로 트레뮬란트와 셀레스트 효과를 확장시키고, 선택적으로 기계-궤도식 스피커들을 실재시킴으로써 얻어질 수 있는 것보다 그 이상의 효과를 심화시키게 된다.

궤도식 효과가 전자적으로 부과되기 때문에, 동일한 세트의 증폭기 및 음향 변환기들은, 트레뮬란트와 셀레스트 또는 기타 효과가 없이, 또는 다른 세트의 효과를 갖고서, 동시에 음향을 증폭 및 투사하도록 사용될 수 있다. 이것은 음악가들이 강한 트레뮬란트를 갖는 오르간 음향 재생을 위한 하나의 음향 시스템을 사용하여, 동시에 아무런 트레뮬란트도 갖지 않는 전자 피아노, 또는 원하는 피아노 음향에 적합한 가벼운 트레뮬란트를 갖도록 연주하는 것을 가능하게 한다. 이러한 다용도는, 임의의 악기들, 음성 또는 임의의 다른 음향원의 임의의 조합으로 확장될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 궤도식 스피커들에 특정된 다른 음향 효과에 추가적으로, 호른-목 왜곡 시뮬레이션, 증폭기의 오버 드라이브, 증폭기- 및 스피커- 캐비닛 모방, 및 공간적으로-다양한 잔향 시뮬레이션들을 포함한다. 이하에서 설명되는 다양한 이유에 대하여, 기계-궤도식 스피커들은 단일 유닛이 생산할 수 있는 음향 출력의 양에 한계를 가지며, 다수의 유닛들을 모으는 것은 트래뮬란트 효과가 저하될 가능성이 높다. 본 발명은 단일 유닛내의 여러 변환기로부터 더 높은 음향 레벨을 달성하고, 다수의 증폭기/변환기 유닛들이 보다 높은 음향 레벨을 위해서 모여지는 것을 허용하며, 동시에 동기화된 트레뮬란트 및 셀레스트 효과의 품질을 유지하는 것을 허용한다.

본 발명에 의하면, 종래의 문제점들을 해소한 전자-궤도식 스피커에서 셀레스트를 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 트레뮬란트를 갖는 풍력 구동식 파이프 오르간의 등급을 도시한다.
도 2는 파이프 오르간의 트레뮬란트 단면을 도시한다.
도 3은 트레뮬란트와 셀레스트를 갖는 파이프 오르간의 등급을 도시한다.
도 4는 인기있는 오르간 음향 시스템의 내부 기구를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 음향 시스템의 외측면도를 도시한다.
도 6은 도 4의 음향 시스템에서, 변환기로부터 청취자 귀로의 음향 경로를 도시한다.
도 7은 도 4의 음향 시스템에서 사용되는 호른의 단면도이다.
도 8은 콤브(comb) 필터의 진폭/주파 그래프이다.
도 9는 전자식 플란거(flanger)의 블록도이다.
도 10은 스테레오 전자 플란거의 블록도이다.
도 11은 스테레오 스위트 스폿(sweet spot)을 도시한다.
도 12는 전자-궤도식 스피커 시스템의 전체 범위를 도시한다.
도 13은 콘-타입 변환기가 전방 장착식 호른을 갖는 경우, 전자 궤도식 스피커 인클로저를 도시한다.
도 14는 전자-궤도식 스피커의 상세 구성을 도시한다.
도 15는 전자-궤도식 스피커의 기본 신호 연결을 도시한다.
도 16은 캐비닛의 각면에 대해 하나의 신호를 갖고, 4세트의 음향 변환기들에 의도된 4개의 신호의 4개의 진폭 엔벨로프를 도시한 그래프로서, 이러한 경우에는, 복합 변조이다.
도 17은 완전한 기능의 신호 처리부의 신호 흐름도이다.
도 18은 전자식 셀레스트의 실시 예를 도시한 블록도로서, 본 발명의 주제이다.
도 19는 전자식 셀레스트의 변환기로부터 청취자 귀로의 음향 경로를 도시한 평면도이다.
도 20은 전자식 셀레스트의 두번째, 감소된 복잡도의 실시 예를 도시한 블록도이다.
도 21은 전자식 셀레스트의 단일 지연 버퍼의 실시 예를 도시한 블록도이다.

첨부된 도면과 관련하여 이하에 설명된 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 실시 예들의 설명으로서 의도된 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시 예들 만을 표현하도록 의도된 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "예시적인"이란 용어는, "예, 예시 또는 예증으로서 제공되는" 것을 의미하며, 그리고 다른 예시적인 실시 예들보다 반드시 바람직하거나, 유리한 것으로 간주되는 것은 아니다.

본 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 실시 예들의 철저한 이해를 제공할 목적으로 특정 세부 사항을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시 예들이, 이들 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 점은, 당업자들에게 명백할 것이다. 몇몇 예에서, 공지의 구조 및 장치들은, 여기에 기재된 예시적인 실시 예들의 신규성을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해서 블록도 형태로 도시되어 있다.

특히, 예시적인 실시 예는, 관련된 증폭기 및 음향 변환기를 갖는 4면의 단일 유닛의 관점에서 설명된다; 그러나 이러한 숫자는, 비용과 복잡성 문제에 의해서 제한되어 2 내지 일부 더 큰 수까지의 모든 숫자가 될 수 있다. 상기 유닛의 면들은 수평으로, 수직으로 또는 2개 이상의 변환기의 음향이 상이한 방향으로 배향되어 있는 임의의 구성으로 배치될 수 있다.

상기 예시적인 실시 예에서, 신호 처리 기능은 디지털 신호 처리기로서 기재되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 신호 처리의 일부 또는 전부는, 다른 수단들에 의해서 구현될 수 있으며, 예를 들면 아날로그 회로, 표준 컴퓨팅 구성 성분들, 또는 임의의 다른 전자적 또는 전기적 수단들일 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.

상기 "셀레스트"는 주기적인 방식으로, 근본적이고 고조파 톤의 상대적인 강도에서, 움직임 감각과 변화를 부여하는 음향 효과를 의미하는 것으로, 여기에서 사용된다. 이러한 변화는 보통 초당 몇 차례, 또는 몇 초마다 한 번씩의 느린 속도로 발생한다.

용어 "궤도식 스피커"는, 악기 또는 다른 음향원의 음향을 주기적인 방식으로 변조 또는 변경하기 위한 확성기, 또는 음향 증폭 장치, 또는 음향 변조 장치의 임의의 형태를 의미하는 것으로 사용되며, 특히 피치, 진폭 또는 공간적 지각의 주기적인 변화를 부여하기 위한 것이다. 궤도식 스피커는 일반적으로, 선회식 또는 로터리식 스피커라고 통상적으로 언급되는 스피커들을 포함하는 것이다. 상기 궤도식 스피커는 독립형 장치 또는 집합적 장치, 또는 악기의 일부분일 수 있다.

용어 "회전"은 자신의 축상에서 회전하는 물체의 움직임을 의미하는 것으로 사용된다.

용어 "괘도(선회)식"은 중심점 주위를 물체가 원 운동하는 것을 의미하는 것으로 사용된다. 특히, 기계-궤도식 스피커에서 호른 메카니즘은 회전한다. 호른의 입구에서 명백한 음향원은 선회한다.

용어 "신호 처리기", 및 "디지털 신호 처리기", 또는 "DSP"들은, 의도적 설계의 컴퓨팅 장치, 범용 컴퓨팅 장치, 아날로그 또는 디지털 전자 회로들의 집합, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.

용어 "변환기"는 여기에서, 다른 형태로 하나의 에너지를 변환시키는 장치를 의미하는 것으로 사용된다. 특히, 음향 변환기는 전기 신호를 음파로 변환시킨다.

용어 "지연"은, 청취자에게 음향이 나중에 도착하는 것을 발생시키는, 시간 지연을 의미하는 것으로 사용된다. 용어 지연은, 셀레스트 효과에 적용될 때, 청취자에 의해서 원음과 함께 들었을 때, 단일 음향로서 인식되어지는 5 밀리초 미만의 시간 지연을 의미한다. 용어 "지연"은, 잔향 효과에 적용될 때, 원음과 함께 들으면, 개별적인 음향로서 인식되어지는 5 밀리초를 초과하는 시간 지연을 의미한다.

전체 풍력-구동식 파이프 오르간의 스릴 넘치는 음향의 주요 부분은, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 트레뮬란트 기구(100)에 의해서 부여되는 높낮이가 있는 음향이다. 공기 펌프(미 도시)로부터 바람 또는 공기 압력은 트레뮬란트(101)를 통해서 유도되어 바람 챔버(102)로 유입된다. 각각의 파이프(103),(104)의 베이스에 있는 각각의 밸브(미 도시)들은, 오르간의 콘솔(미 도시)에 있는 키(미 도시)들에 의해서 제어된다. 키가 눌러지면, 관련된 파이프(103)용 밸브가 개방되고, 공기는 개구(110)를 나가서 파이프(103) 내의 공기 컬럼이 그 공진 주파수에서 발진하도록 하며, 악보에 맞춰서 소리를 내도록 한다.

파이프 오르간 트레뮬란트의 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 공기 압력은 공기 펌프(미 도시)로부터 파이프(201)를 통하여, 상부 고정 부분(203)과 벨로우즈(204)에 의해서 연결된 이동 하부 부분(202)으로 구성된 상자 내에 도입된다. 공기 압력은 도 1의 공기 챔버(102) 상에 지속적으로 작용한다. 상기 상자(202)의 하부 부분은 스프링들에 의해서 매달려 있어서, 상,하부로 움직일 수 있고, 벨로우즈(204)와 그 내부에 포함된 공기를 압축시킨다. 전기 모터(205)는 상자(202)의 하부 부분의 바닥에 고정되어 있다. 디스크(206)는 모터(205)의 샤프트 상에 장착되고, 그리고 웨이트(207)는 디스크(206) 상의 중심에서 벗어나서 장착되어 있다. 모터(205)가 회전하면, 중심에서 벗어난 웨이트(207)는 상자(202)의 하부를 상하로 진동시킨다. 이러한 진동은 교대로 상자(202),(203),(204) 내에 포함된 공기를 압축시키고, 희박하게 한다. 이러한 공기 압력에서의 변동은, 파이프(103),(104)에 의해서 생성된 음표의 톤이, 주파수 및 강도에서 상하로 변화하도록 한다. 공기 압력의 변화는, 음악적 톤의 고조파 성분이 변화되도록 하여, 매우 복잡한 일렁이는 음향을 생성한다

셀레스트를 갖는 파이프 오르간의 등급이 도 3에 도시되어 있다. 트레뮬란트 기구(301)와 바람 챔버(302)는 도 1에 도시된 바와 같다. 한 줄의 파이프 대신에, 셀레스트 등급이 거의 동일한 파이프(303),(305)들의 두 줄을, 각각의 음표에 대해 포함한다. 일부의 셀레스트 등급은 세 열, 또는 균일한 네 열의 파이프들을 포함한다.

2개의 파이프가 같은 음향을 발생시키거나, 또는 매우 가까운 음표를 소리낼 때, 음향은 풍부함과 공간적 특징을 취한다. 파이프의 쌍들은 종종 다소 어긋나게 조율되어 초당 1/2 내지 3 비트 사이의 매우 낮은 주파수에서 비트 음을 생성한다. 음표들은 다른 위치에서 오기 때문에, 각각의 파이프로부터의 음파는 때때로 다른 것들을 강화시키고, 때로는 상쇄시킨다. 매우 낮은 주파수의 비트음에서 파생된, 고조파들은 다른 시간 및 속도에서 강화 및 상쇄되며, 단일 등급의 파이프로서는, 또는 함께 연주되는 다른 타입의 파이프들로서는 얻어지지 못하는 다양한 음색과 깊이를 생성한다. 음표의 음향원의 이러한 고조파 성분과, 감각에서의 느린 변화는 음악가에 의해서 크게 추구된다. 트레뮬란트 및 셀레스트 음향을 생성하기 위한 보다 최근의 방법은, 원으로 또는 궤도상에서 이동하는 음향원을 사용하는 것이다.

종래 궤도식-스피커 효과의 유닛들은 두 가지 형태로 사용될 수 있으며: 기계식 또는 전자식이다. 기계식 타입의 궤도식 스피커 기구가 도 4에 도시되어 있다. 캐비닛(400)은 일반적으로, 무거운 나무로 제작되어 회전하는 기계를 지지한다. 고주파는 캐비닛의 상부에 위치된 로터리식 호른(401)에 의해서 재생되고, 저주파는 하부에 위치된 콘형 스피커(410)에 의해서 재생된다.

로터리식 호른(401)은 더미 호른(402)에 의해서 균형이 잡힌다. 음향은 압축 드라이버 유닛(404)에 의해서 생성되고, 로터리 조인트와 풀리(403)를 통해 상부로 통과된다. 상기 호른 어셈블리는, 전기 모터 및 벨트(405)에 의해서 회전된다. 가장 현대적인 궤도식 스피커에서는, 제2 모터(미 도시)가 구비되어 호른을 상이한 속도로 회전시키고, 고속 및 저속 변조 효과 모두를 제공한다.

저주파, 콘형 스피커(410)는, 경량 나무 또는 다른 재료로 이루어진 회전 드럼(411) 내로 하방으로 방출한다. 상기 드럼은 음향이 캐비닛(400)의 측면을 향하도록 회전시키는 국자 모양의 섹션이 있으며, 여기에는 음향이 캐비닛을 나가도록 하는 슬롯이 형성되어 있다. 현대적인 유닛에서의 호른과 같이, 2개의 모터가 있으며, 하나는 고속용이고, 다른 하나는 저속용이다. 제2 모터와 클러치 시스템은 간략화를 위해서 다이어그램으로부터 제외되어 있다. 드럼(411)은 전형적으로, 호른(401)의 것과는 반대 방향으로 회전된다. 저주파 음향 변환기(410) 및 회전 드럼의 크기 한계로 인하여, 주파수 변조 효과는 거의 없으며; 진폭 변조는 캐비닛의 슬롯 주위를 통과하는 편향 드럼의 입구에 의해서 크게 부여된다.

많은 톤휠 오르간 연주자들의 연주 스타일이, 고속 및 저속 사이에서 빈번한 절환, 또는 심지어는 스피커의 회전 정지를 포함하기 때문에, 벨트 및 클러칭 메커니즘(403),(405),(412)들은 포함으로 빈번한 유지 보수를 필요로 한다.

도 5는 전형적인 기계-궤도식 스피커의 캐비넷(500)의 외부를 도시한다. 캐비넷의 크기는 음향에 영향을 주고, 좁은 범위의 구성 및 특정 크기의 캐비닛만이 원하는 효과를 달성한다. 특히, 음향을 배출할 수 있도록 캐비닛의 4면에는 모두 슬롯이 있다. 상부에 위치한 한 세트의 슬롯(501)들은, 회전하는 호른과 상호 작용하고, 그리고 호른이 회전하는 경우, 고주파 음향의 진폭 및 주파수 응답을 변화시킨다. 다른 세트의 슬롯(502)들은, 콘형 스피커, 및 회전하는 드럼과 상호 작용하여 저주파수의 진폭 및 주파수 응답을 변화시킨다.

기계-궤도식 스피커가 셀레스트 효과를 생성하는 방법은, 도 6에 도시되어 있다. 이것은 명확성을 위해서 노출된 캐비닛의 내부에서 회전하는 호른의 평면도이다. 음향원인 호른(603)은 풀리와 베어링(605) 주위를 회전하고, 더미 호른(604)에 의해서 균형이 잡혀 있다. 상기 호른 메커니즘과 그것이 생성하는 음향은 캐비닛(601) 내에 포함되고, 단지 캐비닛의 4면 모두에 형성된 좁은 음향 포트(602)를 통해서만, 상기 캐비닛으로부터 배출된다. 호른(603)으로부터의 음향은, 그것이 우측을 가리키도록 위치하는 때에, 청취자(606)에 도달할 수 있도록 두개의 예시적인 경로(610),(611)들을 통하여 배출할 것이다. 경로(610)에 의한 음향은 보다 짧아서, 청취자(606)에게 먼저 도착한다. 경로(611)에 의한 음향은 배출하기 전에 캐비닛의 너비를 이동해야 하며, 이것은 짧은 지연 또는 음파의 위상 시프트를 생성하고, 이러한 음향은 나중에 청취자에게 도달한다. 그러한 지연은 매우 짧아서, 단일 음으로 인식되고, 잔향 성분이 아닌 것으로 인식되도록 하는 것이 중요하다. 그럼에도 불구하고, 2개의 다른 길이의 경로를 통해서 도착하는 음향은 조합하고, 파이프 오르간의 셀레스트에 대해 설명한 것과 동일한 공정으로, 강화 또는 상쇄를 초래한다. 상기 경로(610) 및(611)들은, 도면의 명료성을 위해서, 공간(607) 및 (611)의 벽으로부터 반사하는 것으로 도시되어 있지만, 그 경로들은 음향 포트(602)로부터 직접적으로, 또는 하나 또는 다중 반사에 의해서 청취자에게 도달될 수 있다. 이것은 라이브 연주 상황에 대하여, 순전히 전자식 수단만에 의해서 재생이 이루어졌던 셀레스트 효과를, 기계-궤도식 구조가 어떻게 생성시키는 지를 도시한다.

이러한 음향 포트(602)의 크기가 축소되기 때문에, 각각의 포트로부터 나오는 음향은 동일한 강도에 근접하며, 이는 원하는 셀레스트 효과를 발생시키는 데에 핵심 사항이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기계-궤도식 스피커의 설계자들이 모든 포트로부터 나오는 음향의 균형을 유지하도록 취한 추가적인 단계는, 호른(701)의 입구에 음향 확산기(705)를 설치하는 것이었다. 음향은 바닥(701)으로부터 작동하는 호른(701)으로 진입하고, 호른 입구(706)의 측방으로 향해, 호른(701)이 향하도록 지향된 음향 포트(602)를 직선적이 아닌 상태로 배출되어야만 한다. 음향은 부분(703)에서 차단되고, 호른(707)을 통해 배출될 수 없으며, 따라서 이것은 유일하게 기계식 균형을 제공하도록 배출된다. 상기 호른 구조는 지지되고, 풀리 및 베어링(704) 주위를 공전한다.

기계-궤도식 스피커의 작동에 대한 인기있는 설명은, 트레뮬란트 음향을 도플러 효과에 돌린다는 점이다. 이것은 사실이 될 수도 있지만, 그것은 일부분에 불과하다. 여기에서 설명된 셀레스트 효과는 느린 속도에서 우세하게 된다. 실험은 손으로 호른을 매우 느리게 회전시키는 것이, 위상 상쇄에 의하여 생성된 음질(tone quality)에서 급격한 변화를 나타내고, 때로는 도플러 단독에 의해서 생성된 간단한 주파수 변조보다 상당히 다르고, 풍부하다는 것을 보여준다.

도 8은 위상 상쇄의 결과를 나타낸 시간 대 콤브 필터 진폭의 그래프이다. 선(810)은 단일의 음향원의 진폭을 도시한다. 선(801),(802),(803)은 동일한 진폭의, 그리고 그들 사이에서 거리가 변화하는 2개의 음향원의 진폭의 합을 도시한다. 다른 선들은 두 가지 음향원 간의 다른 상대적인 지연의 결과이다. 변화하는 거리는 음향원 간의 변화하는 위상차를 초래한다. 두개의 음향원들이 위상에서 추가되면, 그것들은 서로를 강화하고, 단일 음향원 진폭(810) 위의 3dB 진폭 상승, 또는 두배의 진폭을 초래한다. 이것은 프레어 현상으로 알려져 있다. 두개의 음향원로부터의 음향이 위상이 다르게 추가되면, 그것들은 상쇄되고, 진폭은 단일 음향원 진폭(810) 아래로 낮아진다. 이러한 상쇄는 페이드 현상으로서 알려져 있고, 30dB 까지, 또는 단일 음향원 진폭의 1/1,000 까지 일 수 있다. 상기 용어, 프레어 및 페이드는 트레뮬란트 대기를 통한 별들의 관찰에서 온 것이며, 여기서는 굴절 인덱스의 변화가 광선으로 하여금 굴절되도록 하고, 별이 다소 이동한 것처럼 보이도록 하며, 또한 반짝림으로 알려진 바와 같이, 밝기에서의 변화를 초래한다. 동일한 현상은 무선 통신에도 영향을 미치며, 그것은 다중 경로 페이딩으로서 알려져 있으며, 움직이는 자동차에서 듣는 동안, FM 방송에서 피켓-펜싱(picket-fencing)하는 것처럼 들린다.

궤도식 스피커에서, 이러한 강화 또는 상쇄 과정은 주파수에 따라 달라진다. 톤의 기본은 고조파가 상쇄되거나, 또는 그 역으로 이루어지는 동안, 강화될 수 있다. 호른이 캐비닛 내에서 회전할 때, 곡선(801),(802),(803)으로서 도시된 바와 같이, 음향 경로 길이가 변화하는 경우, 주파수 대비 강화 및 상쇄의 패턴이 변화한다. 이것은 기본적인 톤이, 호른이 회전하면, 고조파와는 독립적으로 변경할 것이라는 것을 의미한다. 따라서, 기계-궤도식 스피커의 설계자들은 음향에 물리적인 작동을 부여하여 진정한 셀레스트 음향을 포착하였다. 상기 전방위 음향원(확산기를 갖는 호른)의 선회와, 수축된 캐비닛 포트들의 조합은 시간 지연을 갖는 공간적으로 분리된 음향원들을 생성한다.

셀레스트 효과를 생성하기 위해서, 많은 전자적인 수단이 사용되어 왔다. 아날로그 버켓-브리게이드(bucket-brigade) 장치와, 디지털-지연 선들이 인기 있다. 이들 수단 모두는, 도 9에서 블록도(900)로 표시되어 있다. 악기 또는 다른 음향원으로부터의 음향 신호는 부분(901)에서 도입된다. 상기 음향 신호는 지연 선(902)에 결합된 부분과, 경로(903)를 통하여 접합부(904)에 직접 연결된 부분으로 분할된다. 상기 지연 선(902)으로부터의 신호와, 경로(903)를 통한 직접적인 신호가 접합부(904)에서 합산되고, 오디오 증폭기(905)에 결합되며, 음향 변환기(906)를 구동시켜서 음파를 생성한다. 상기 지연 선(902)은 관심있는 오디오 주파수 주기의 적어도 절반만큼 지연을 변화시킬 수 있다. 상기 지연의 변화는 가청치 이하 속도에서 작동하는 발진기(907)에 의해서 제어된다.

상기 지연이 변화되면, 도 8에 도시된 콤브 필터는 주파수에서 전후로 움직이고, 다른 오디오 기본 성분 및 고조파들을 강조하거나 억제시킨다. 셀레스트 효과를 생성시키기 위한 초기의 시도는, 동일한 기록 내용을 복귀 연주하는 자기 테이프 레코더 쌍, 및 엔지니어가 테이프 릴 중 하나의 플랜지 상에 손가락을 드래그시켜서 일명, 프랭거(flanger) 효과를 내는 것들을 포함하였다. 그것은 또한, 코러스 효과라고도 불리우며, 많은 악기 및 음향 처리 장치에 내장되어 있다. 단점은 순수한 전자적인 효과가 부자연스러운 소리를 내는 것이고, 실제적인 셀레스트의 공간적 이동 효과를 제공하지 않는 점이다.

몇몇 공간적 이동 효과를 제공하기 위한 시도로서, 상기 프랭거는 도 10에서 블록도(1000)로 도시된 바와 같은, 스테레오 쌍으로서 구현될 수 있다. 신호 경로는 부호(900)와 같은 동일한 성분으로서 이루어지지만, 좌측이나 우측 채널을 위해 중복되어 있다. 하나의 음향 신호는 분할되고, 두개의 입력(1001),(1011)에 결합되거나, 또는 이미 스테레오 쌍을 제공하는 악기 또는 다른 음향원이 좌측(1001),(1002),(1003),(1004),(1005),(1006) 및 우측 채널(1011),(1012),(1013),(1014),(1015),(1016)들에 개별적으로 결합될 수 있다. 상기 가청치 이하 발진기(1007)로부터의 지연 제어 신호는, 두 채널 모두에 대해서 동일할 수 있거나, 역위상 또는 다른 위상 관계일 수 있다. 동일한 위상 제어 신호로서 두 채널을 구동하는 것은, 양쪽 채널이 동일한 방향으로 이동하기 때문에, 이동 감각을 생성하지는 않는다. 역위상으로 위상 구동을 제어하는 것은 이동 감각을 제공하지만, 기본 성분 및 고조파의 강화 및 상쇄가 손실되는 경향이 있다. 상기 프랭거가 생성한 효과는, 아래에 설명된 바와 같이, 스테레오 스위트-스폿에서만 들리게 된다.

도 11은 스테레오 음향 시스템(1104),(1105)을 갖는 간략한 형태의 전형적인 라이브 공연장(1100)을 도시한다. 스테이지(1101)는 음악가(1103), 악기(1102) 및 한 쌍의 스테레오 스피커(1104)들을 지지한다. 관객들은 위치(1106),(1107),(1108)로 표시된 청취자들로 구성되어 있다. 청취자(1107)는 좌측(1104) 및 우측(1105) 스피커 모두로부터의 음향 강도가 균형이 유지된 스테레오 스위트-스폿에 위치하며, 스테레오로 생성된 모든 음향 효과가 들리고, 이해되며, 스테레오 음향 스테이지 상에 적절하게 배치된 것이다. 청취자(1106)는 대부분 좌측 스피커(1104)로부터 청취하며, 스테레오 효과가 이러한 청취자에게는 손실된다. 마찬가지로 청취자(1108)는 주로 우측 스피커(1105)로부터 청취하며, 다시 스테레오 효과가 이러한 청취자에게서 손실된다. 음악가(1103)는 가장 부적절한 청취 위치에 있으며, 이것은 적절한 스테레오 이미지로 자신의 연주를 들으면서, 스테레오 음향 시스템의 음향을 차단하기 위한 귓속(in-ear) 모니터의 인기를 설명한다.

도 12에서, 스테레오 음향 시스템(1100)은, 궤도식 스피커(1204)로 대체되어 있다. 스테이지(1201)는 음악가(1203), 악기(1202), 및 임의의 위치에서 궤도식 스피커(1204)를 지지한다. 음향이 선회하는 경우, 각각의 청취자(1206),(1207),(1208) 및 음악가(1203)들은 궤도식 스피커(1204)의 완전한 트레몰로, 비브라토 및 셀레스트 효과를 즐길 수 있는데, 그 이유는 음향이 스피커 캐비닛의 모든 면으로부터 균일하게 향하기 때문이며; 그리고 그 효과는 궤도식 스피커(1204)에 대한 모든 위치에서 동등하게 강하여, 스테레오 스위트-스폿의 문제점을 회피하게 된다. 이것은 잘 알려진 효과이며, 많은 최상위 음악가들에 의해서 이상적인 라이브 공연 구성으로서 간주되는 것이다.

몇몇 기계-궤도식 스피커 제조업체는, 상기 캐비닛과 작용하는 선회 음향 변환기의 상호 작용 가치를 잘 이해하지 못하고 있다. 그들은 트레몰로 및 셀레스트 효과를 획득하기 위한 시도로서, 캐비닛 내부에 장착된 스테레오 마이크를 갖는 제품을 생산하여, 궤도식 스피커의 음향이 보다 큰 음향 증폭 시스템에 의해서 보강될 수 있도록 하고 있다. 그 결과는 제한된 주파수 변조를 갖는 강한 진폭 변조 효과이며, 셀레스트 효과는 매우 적다.

상기 열거된 요구에 대한 해결책은, 여기에서 기재된 본 발명의 전자-궤도식 스피커이다. 미국 출원 공개 제US2013/0163787호는 전자-궤도식 스피커 시스템의 기본 작동을 설명하며, 여기에 그 전체가 참조로 인용된다.

간단한 예시적인 실시 예는, 상자의 4개의 수직면상에 장착된 4개의 개별적인 음향 변환기로 구성된 것이다. 각각의 변환기는 개별적인 전자 증폭기에 의해서 구동될 것이다. 각각의 변환기에 대한 구동 진폭은 임의의 전자적 수단에 의해서 변조된다. 고출력의 개선, 클래스 D 오디오 증폭기 및 스위치-모드 전원 공급 장치들은 매우 실용적이고, 저가의 비용으로 하나의 제품에 통합된 여러 증폭기를 갖도록 한다. 이러한 증폭기 및 전원 공급 장치들은 매우 효율적이고, 열을 거의 발생시키지 않으며, 종래의 오디오 증폭기보다 무게가 상당히 가볍다.

도 13에 도시된 것은, 전자-궤도식 스피커(1300)의 일례가 도시되어 있다. 본 실시 예에서는, 오르간 또는 다른 악기로부터의 음향 신호는, DSP로 알려진 디지털 신호 처리기에 입력으로서 취해진다. 상기 DSP는 상기 신호를 4개의 신호 스트림들로 분할한다. 각각의 스트림은, 그것이 면을 가로질러 지나갈 경우, 선회하는 음향원에 의해서 경험될 음향 레벨에 대응하는 진폭 엔벨로프를 부여하도록 변조된다. 만일 가상 선회 음향원이 청취자를 향하도록 지향된다면, 상기 DSP는, 상자(1300)의 앞면 상에서, 상기 변환기(1301),(1302),(1305)들을 구동하는 증폭기에 최대 신호를 보낸다. 변환기(1301),(1302)들은 중간-범위 주파수용 콘-형 변환기들이다. 상기 변환기(1305)는 보다 높은 주파수를 위한 호른형 변환기이다. 가상 음향원이 우측으로 선회하는 경우, 상자(1300)의 우측에 있는 변환기(1303),(1304)들은 보다 높은 레벨에서 구동되고; 전면 변환기(1301),(1302),(1305)들로의 구동은 감소된다.

상기에서 설명된 두 가지 조건들 사이에서, 가상 선회 음향원이 상자의 모서리를 가리키는 경우, 전방 및 우측 변환기(1301),(1302),(1305)들 모두에 대한 구동 레벨은 동일하고, 그리고 일부 전형적인 보다-낮은 전력 레벨에 있으며, 그에 따라서 상자의 모서리를 향해 지향된 하나의 변환기와 같이 소리를 낸다. 이러한 공정은 지속하며, 가상 음향원이 완전한 원으로 선회하는 경우, 하나의 변환기로부터 다음의 것으로 오디오 전력을 밀어낸다. 이것은 전자 궤도식 스피커 작용의 매우 간단한 설명이다; 음악적 효과를 향상시키는 많은 요인들이 있으며, 이에 대해서는 인용된 적용에서 보다 상세히 설명되어 있으며, 이하에서는 간단하게 언급되어 있다.

궤도식-스피커 효과의 성공에 기본적인 사항은 음향 변환기의 방사 패턴이다. 상기 패턴은 가상 음향원이 선회하는 경우, 상이한 방향에서 음향 분산의 원하는 효과를 제공하기에 충분히 좁아야 한다. 만일 변환기가 매우 넓은 방사 패턴을 가질 경우, 스피커가 어느 방향으로 지향되는 것과는 무관하게 음향에서 거의 변화가 없다. 4면을 갖는 전자-궤도식 스피커에 대한 이상적인 변환기 패턴은, 대략 90°넓이인 단일 빔일 것이다. 그러나, 실제 변환기들은 모든 주파수들에 대해 하나의 방사 패턴을 갖지는 않는다. 보다 높은 주파수는 매우 좁은 패턴을 갖는 경향이 있다; 그렇지만 보다 낮은 주파수에서, 상기 패턴은 거의 전 방향성이 될 때까지 넓어진다. 이러한 효과는 변환기의 크기에 의해서 지배된다. 대략 한 파장의 유효 직경을 갖는 변환기는 이상적인 90°패턴을 생성한다.

음향 파장 식

파장 = 344/f

여기서, f는 헤르츠,

파장은 미터 길이이다.

예시적인 실시 예(1300)는, 중간 범위 주파수의 음향 방사 패턴에 개선을 도시하며, 상기 선회하는 음향원의 효과를 간단하지만 효과적인 방식으로, 보다 낮은 주파수로 연장한다. 전형적인 150mm 직경의 단일 콘-형 변환기(1301)를 고려하면, 상기 단락의 식(음향 파장 식)을 이용하면, 변환기는 2293 헤르츠 이하로 방향성을 잃는다. 중심 대 중심 간격이 0.75m 이격된 동일한 두번째 변환기를 추가하여, 선 배열이 확립된다. 수평 방사 패턴 계산을 위한 유효 직경은, 보다 낮은 주파수에서의 패턴을 상당하게 축소시키는, 0.75m가 된다. 적절한 방향성 방사 패턴은, 458 헤르츠(Hertz)까지 유지되고, 따라서 선회 음향원의 효과를 간단하고 비용 효율적인 방식으로, 음악 스펙트럼의 중간으로 연장하게 될 것이다. 상기 방식은 우측 면의 선 배열을 구성하는 변환기(1303),(1304)와 함께 각면으로 확장된다.

고전적인 기계-궤도식 스피커들은, 종종 보다 높은 주파수에서 음향 방사 패턴을 확산시키기 위한 시도로서, 호른의 입구에 부착된 편향 플레이트를 갖는다. 음악가들은 종종, 편향 플레이트를 제거하고, 및/또는 다른 음악적 소리를 얻기 위해서 캐비닛의 일부분을 제거하였다. 전자-궤도식 스피커 시스템에 있어서, DSP는 특정 변환기에 전용인 주파수 대역을 서브 대역들로 분할하고, 서브 대역들 사이에서 음향 방사 패턴을 동일하게 하기 위하여, 각각의 서브 대역에 대한 서로 다른 진폭 엔벨로프로서 상기 신호를 변조할 수 있다. 다르게는, 상기 진폭 엔벨로프는 서브 대역들 사이의 방사 패턴의 차이를 강조하기 위해서 선택될 수 있다. 연주자의 통제하에 그렇게 함으로써, 전자-궤도식 스피커 시스템은 고전적인 궤도식 스피커의 다른 모델 및 구조, 또는 개조의 음향을 모방할 수 있다.

몇몇 연주자들은 2대의 고전적인 기계-궤도식 스피커를 사용하는 것을 선호한다. 각각의 스피커의 각각의 로터는 다소 다른 속도로 회전하고, 트래뮬란트 효과에서 매우 복잡한 변화를 만들어 낸다. 전자-궤도식 스피커 시스템의 DSP는, 이러한 복잡한 트래뮬란트 효과를 제공하기 위해서, 다른 속도로 실행하는 다수의 진폭 엔벨로프를 사용할 수 있다. 잔향 효과를 부과하기 위한 지연은, 각각의 진폭 엔벨로프에 대해 다를 수 있어서, 상기 가상적인 로터들이 서로 다른 물리적인 위치에 있는 환상을 제공하게 된다.

기계-궤도식 스피커들은 종종, 비-선회 구성에서 최대 음향 레벨을 제공하기 위하여, 변환기가 전면을 향하는 상태에서, 로터가 브레이크에 의해서 정지되는 기능을 갖는다. 전자식-궤도의 DSP는, 가상 선회를 정지하라는 명령을 수신하면, 가상 변환기가 정지할 수 있는 전방 중심에 도달할 때까지, 현재의 궤도를 지속할 수 있으며, 그리고 그 지점에서의 진폭 엔벨로프와는 무관하게, 진폭을 최대로 늘릴 수 있다. 가상 선회 변환기가 가속 또는 감속할 때, 진폭 엔벨로프는 트래뮬란트 효과를 강조하기 위해서 변경될 수 있다.

변환기의 크기도, 전기 신호를 음향로 변환시키는 효율에 영향을 미친다. 보다 작은 변환기는 높은 주파수에서 잘 작동하지만, 보다 큰 변환기는 보다 낮은 주파수의 긴 파장을 재생하는데 요구된다. 전기 신호는 크로스 오버 네트워크에 의해서 각각의 변환기에 적절한 대역들로 분할될 수 있고, 각각의 변환기는 그것이 잘 재생할 수 있는 신호들 만으로 구동된다. 음악 스펙트럼을 개별적인 변환기들에 의해서 재생되기까지 분할하는 것은, 또한 주파수를 갖는 방사 패턴에서 변화를 돕는다. 보다 작은 변환기는 높은 주파수에서만 좁은 방사 패턴을 유지한다. 보다 큰 변환기는 낮은 주파수에서 좁은 방사 패턴을 제공하며, 그렇지만 매우 큰 변환기는 가장 낮은 음악 주파수에서 전방위로 된다.

변환기의 다른 크기를 사용할 필요성의 이러한 문제는, 전자 궤도식 스피커에 고유한 것은 아니다. 최고의 기계-궤도식 스피커들은, 회전 고주파 변환기와 별도의 회전 저주파 변환기를 사용한다. 음악적 효과를 깊게 하기 위해서, 2개의 변환기들은 전형적으로 반대 방향으로 회전된다.

다른 예시적인 실시 예에서 전자-궤도식 스피커는, 상자의 4면 각각에 고주파 변환기와, 하나 이상의 저주파 변환기를 사용한다. 각각의 변환기 또는 변환기 배열은 관련 증폭기를 가지고 있다. DSP는 크로스 오버 기능을 실행하는 2개의 주파수 대역으로 입력 신호를 분할하며, 고주파 변환기에 대한 하나의 대역, 및 저주파 변환기에 대한 하나의 대역으로 분할한다. 그 다음, DSP는 각각에 대역에 대한 신호를, 상기 상자의 각면 상의 변환기 각각에 대하여 4개의 신호 스트림으로 분리한다. 두 세트의 4개의 스트림들 각각은, 연관된 증폭기에 연결된다. 선회는 동일한 진폭 엔벨로프 방법에 의해서, 상기에서 설명한 바와 같이 부여된다. 이러한 경우, 고주파 세트는 한 방향으로 선회되고, 저주파 세트는 선택적으로 반대 방향으로 선회된다.

도 13의 추가적인 설명에서, 전자-궤도식 스피커(1300)는 각면의 중앙에 장착된 호른 형 변환기(1305)와, 각각의 면의 끝단에서 전방 장착식 호른을 갖는 한 쌍의 콘-형 변환기(1301),(1302)들로 이루어져 있다. 상기 구조의 상세가, 도 14에 도시되어 있다. 상기 호른 형 변환기(1305)는, 가장 높은 주파수 대역에 대한 원하는 좁은 음향 방사 패턴을 생성한다. 한 쌍의 콘-형 변환기(1301),(1302)들은, 동일한 신호로 구동됨으로써, 하나의 보다 큰 변환기의 효과를 주는 선 배열로서 작동한다. 이것은 중간-범위 주파수를 위해 적절한 음향 방사 패턴을 생성한다.

상기 음향 변환기(1301),(1302)들은, 변환기 배플, 캐비닛의 벽과, 격벽(1310)으로 이루어진 전방 장착식 호른의 뒤에 배치된다. 이러한 배열은 각각의 변환기의 음향 방사의 중심이, 캐비닛의 모서리에 근접할 수 있도록 허용하여 가장 넓은 스피커의 배열이 가능하고, 변환기의 효율에서도 일부 개선을 제공한다.

도 14는 고출력 전자-궤도식 스피커 유닛의 구조(1400)(1450)를 도시한다. 평면도 구조(1400)에서, 상자의 상부가 내부 구조를 보여주기 위해 제거된 상태이다. 4개의 면들은, 전방 장착식 호른 공간(1401)의 하나의 벽을 형성하는 대각(1402) 방향의 벽들에 의해서 구분된다. 각각의 콘-형 변환기(1403)는 전방 장착식 호른(1401)의 반대측 벽을 형성하는 배플 내에 장착된다. 호른-형 변환기(1404)들은 각면의 중심에 장착된다. 상기 호른 주위의 내부 공간은 전자 모듈(1405),(1406)들을 위해서 사용된다. 전면 뷰(1450)는, 내부 구조를 보여주기 위해 제거된 전방 패널을 갖는다.

클래스 D 전력 증폭기는 90%를 초과하는 효율의 높은 전력을 얻을 수 있으며, 이는 히트 싱크의 크기 및 환기 요건을 감소시킨다. 중간 전력의 클래스 D 증폭기는, 단일 집적 회로 패키지에 매우 경제적으로 사용될 수 있으며, 고전력 증폭기는 최소 구성 성분의 크기 및 개수로 구성될 수 있다. 스위치 모드의 전원 공급 장치는, 크고 무거운 50/60 Hz 전원 변압기를 제거하고, 또한 높은 효율로 작동한다. 이것은 여러 개의 증폭기를 갖도록 하고, 각각 호른 형 변환기용으로 하나와, 각 쌍의 콘-형 변환기들들에 대해 하나를 갖도록 한다. 매우 높은 전력의 적용에 대하여, 전자 장비들은 냉각 작동을 고려하여 변환기 캐비닛의 외부에 장착될 수 있다. 신호 처리기의 기능은 스피커 캐비닛에 통합될 수 있으며, 전력 증폭기를 포함하고, 또는 별도의 물리적인 유닛이나 연결 유닛일 수 있는 개별적인 전자 패키지의 일부에 통합될 수 있다. 상기 신호 처리기 기능은, 증폭기 및 음향 변환기와 결합된 표준 컴퓨팅 장치에 의해서 실행될 수 있다. 상기 컴퓨팅 장치는 개인용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 또는 임의의 다른 컴퓨팅 장치일 수 있다.

도 15는 중간 주파수에 대한 콘-형 변환기(1502)들, 및 고주파수에 대한 호른 형 변환기(1501)들을 구비하고, 그리고 저주파수에 대한 선-레벨 출력(1515)이 외부 서브 우퍼로 라우팅되는 전자-궤도식 스피커의 신호 흐름을 도시한다. 각각의 주파수 대역에 대한 변환기 타입의 이러한 전문화는, 원하는 효과를 위한 음향 방사 패턴의 매칭을 개선시킨다. 콘-형 변환기(1302)가 명확성을 위해서, 하나의 변환기로서 도시되어 있다. 전형적으로, 2개 이상의 변환기들은, 공간 효과를 생성하기 위해서 요구되는 엄격한 음향 방사 패턴을 생성하도록 선 배열로 사용될 수 있을 것이다.

선-레벨의 오디오 신호는, 음향원, 전형적으로는 악기에 의해서 기기 입력(1510)으로 제공된다. 상기 신호는 상기 유닛의 각면을 구동하는데 사용되는 4쌍의 신호들로 분할되고, 선회 효과를 생성하기 위해서 변조됨으로써, DSP(1520)에 의해서 처리된다. 4개의 신호들은 중간 주파수를 위해서 DSP에 의해서 대역 통과 필터링되고, 4개의 신호들은 고주파수를 위해서 대역 통과 필터링된다. 신호들의 쌍, 즉 하나의 중간 주파수 및 하나의 고주파수 신호들이, 각각의 면을 구동한다. 각각의 면은 콘-형 변환기(1502) 쌍을 구동하기 위한 전용 전력 증폭기(1531), 및 고주파수 호른 변환기(1501)를 구동하기 위한 제2 전력 증폭기(1530)를 갖는다. 선-레벨 서브 우퍼 출력(1515)은, DSP에 의해서 필터링되어 단지 베이스 주파수 신호만이 서브 우퍼(미 도시)로 통과하도록 하고, 큰 변환기에 의해서 증폭되도록 한다.

PA 입력(1511)은 스테레오 쌍이다. 그것은 유사하지만, 별도로, DSP에 의해서 분할 및 처리되고, 증폭기로 향한 9개의 각각의 출력에서 합산된다. 스테레오 쌍의 우측 및 좌측 채널들은, 원하는 스테레오 효과를 생성하기 위해서 상이한 게인으로서 스피커의 면들에 합산된다.

상기 제어 입력(1512)은, 하나 이상의 유형이 될 수 있으며, 여러 유형들이 임의의 특정 실시 예내에 포함될 수 있다. 하나의 인터페이스는, 빠르고 느린 속도와, 회전을 정지시키는 브레이크를 위한 이산 신호로서, 종래의 인기있는 기계-궤도식 스피커를 모방할 수 있다. 다른 제어 입력들이 작동의 다양한 매개변수들을 제어하기 위해서 MIDI(Musical Instrument Digital Interface) 프로토콜을 사용할 수 있으며, 고속 및 저속, 정지, 고- 및 중간-주파수 채널들 각각에 대한 속도 변화, 가상 로터의 가속 및 감속, 크로스 오버 주파수, 엔벨로프 프로파일 선택(이후에 설명), 왜곡 효과 임계 값 및 기타 여러 매개변수들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않을 수 있다. 상기 MIDI 인터페이스는 MIDI 신호 정의를 사용할 수 있고, 많은 악기들과 마찬가지로, 범용 직렬 버스(USB)를 통해 구현될 수 있다.

궤도식 스피커의 기본적인 효과는, 스피커 엔클로저의 각면에 대해 하나의 경로로 입력 신호를 분할하고, 상기 경로들을 개별적으로 진폭 변조함으로써 하나의 완전한 원으로 음향을 휩쓸어서 생성된다. 상기 음향은 상기 신호 경로들에 적절한 진폭 엔벨로프를 부과함으로써 물리적으로 이동된다. 하나의 원으로, 상기 명백한 음향원과 방향을 물리적으로 이동시키는 공정은, 음향상에 진폭과 주파수의 변조를 모두 부과한다. 상기 진폭 변조는, 도 16에 나타내는 바와 같은 진폭 엔벨로프로서 묘사될 수 있다.

도 16은, 4면 스피커 인클로저 또는 캐비닛을 위한 진폭 엔벨로프의 간단한 세트를 도시한 그래프이다. 세로축은 신호에 부과된 진폭 감쇄를 도시한다. 가로축은 회전하는 단계를 도시한다. 이러한 예시적인 실시 예에서, 원은 256 단계로 분할된다. 상기 DSP는 단계들을 카운트하고, 단부에서 감싼다. 카운트 0에서, 전면상의 변환기를 위한 신호는 절반의 볼륨이지만, 다른 모든 신호들은 완전히 감쇠된다. 단계가 높아지면, 전면 신호는 전체 볼륨으로 증가하고, 그 다음 감쇠된다; 그리고 좌측-면 신호는 증가된다. 단계 50에서, 전방-면 신호는 충분히 감쇠되고 좌측-면 신호는 전체 볼륨이다. 이러한 공정은, 카운트가 256에 도달할 때까지 지속하며, 이것은 카운트 0와 동일한 조건이다.

이러한 공정은 음향의 각각의 궤도에 대하여 반복된다. 저속 효과는 "코랄(Cholare)"이라고 불리우며, 전형적으로 45 RPM에서 선회한다. 빠른 속도의 효과는 "트레몰로"라고 하며, 대략 400 RPM으로 선회한다. 기계-궤도식 스피커의 일부 모델은, 선회 속도를 변경하기 위해서 여러 개의 풀리가 있지만, 변화를 생성하기 위해서 캐비닛의 분해를 필요로 한다. 전자 궤도식 스피커에서, 몇몇의 궤도 속도가 가능하며, 외부 제어 입력을 통해서 변경된다. 이와 유사하게, 외부 제어 입력은 다른 선회 효과를 위해서 여러 진폭 엔벨로프들의 선택을 제공한다.

반대 방향으로 선회하기 위해서, 카운트는 증가하는 대신 감소한다. 이들 진폭 엔벨로프를 생성하기 위하여, 순람표가 사용되거나, 실시간으로 엔벨로프의 값이 생성된다. 순람표의 경우, 전체 회전은 단계 0로부터 단계 64까지의 하나의 엔벨로프의 세그먼트에 의해서 표현될 수 있다. 원의 나머지 부분은 단순히 산술 모듈러스에 의해서, 그리고 곡선의 양 또는 음의 기울기에 대해 순람표 포인터를 위 또는 아래로 증가시켜서 형성될 수 있다. 상기 엔벨로프의 형상은, 중심을 벗어나서 회전하는 호른을 모방하도록 비대칭일 수 있다. 순람표의 구현은, 임의의 엔벨로프 형상의 형성에 적합하다. 엔벨로프 순람표를 통한 스테핑 속도는, 변화를 모방하도록 변화될 수 있으며, 예를 들면 기계-궤도식 스피커에 내재된, 벨트 및/또는 풀리의 느슨함 또는 마모 등이다.

음향 변환기의 물리적 구성은 궤도식 스피커 음향의 제조에 중요하며, 그러나 전자 장치는 유연한 음향 재생 시스템에 대해서 요구되는 증가된 수준의 제어 및 변화를 제공한다. 여기에서 설명된 효과가 다양한 기술로 구현될 수 있지만, DSP는 강력하고 비용 효과적이다. 이러한 예시적인 실시 예는, 상기 신호 경로의 구성 성분을 구현하는 내장형 소프트웨어를 갖는 DSP의 관점에서 설명될 것이다.

도 17은 단순화된 DSP 신호 흐름도(1700)를 도시한다. 이러한 기능은 소프트웨어로서 구현될 수 있고, 그것들은 변화할 수 있으며, 상이한 순서를 취하거나 본 발명을 변경하지 않고서 추가된 많은 다른 기능들을 가질 수 있다. 메인 기기 입력이 커넥터(1710)에서 제공된다. 사전 게인 조정(1711), 진공관 에뮬레이터(1712) 및 사후 게인 조정(1713)이 선택적으로, 부분(1710)에서 신호 입력에 증폭기 왜곡 모방을 도입한다. 이러한 증폭기 모방은, 클래스 A 프리 앰프 스테이지 오버 드라이브를 모방하기 위한 제2 고조파 풍부 왜곡의 형태를 취하고, 그리고 파워 앰프 오버 드라이브를 모방하기 위한 제3 고조파 풍부 왜곡, 및 부드러운 압축의 형태를 취할 수 있다. 또한 스피커 캐비닛 모방은, 주파수 성형(shaping) 및 캐비닛 유도 공진을 부가함으로써, 이 단계에서 도입될 수 있다. 압축기/리미터 기능(1714)은 DSP를 오버 드라이브하는 것으로부터, 볼륨 피크를 제한하는 용도로 사용된다. 이러한 효과는 그것이 더욱 음향을 크게 허용하고, 또는 음악 피크가 상기 DSP 내에서 클립하며, 클리핑을 회피하기 위해서 단지 충분한 압축만을 적용할 때까지, 미압축된 동적 범위를 남길 수 있도록, 입력 신호의 다이나믹 범위를 압축하기 위해서 조정될 수 있다.

그 다음, 신호는 고역 통과(1715), 대역 통과(1716) 및 저역 통과(1717) 필터들에 의해서 주파수 대역들로 분할된다. 상기 고역 통과(1715) 필터로부터의 신호는 트위터를 공급하고, 상기 대역 통과(1716)는 중간-범위 변환기를 공급하며, 저역 통과 필터(1717)는 서브 우퍼에 접속되는 선-레벨 출력으로 라우팅된다. 유사한 세트의 신호 기능 블록들을 통하여, 그리고 왜곡 모델 및 크로스 오버 주파수와 같은 매개변수들을 통하여 라우팅된, 상기 PA 또는 대체 기기 입력(1720),(1725)으로부터 신호들은, 상기 기기 입력(1710) 채널과 상이할 수 있다. 각각의 신호 경로에 대한 잔향 모방 블록(1730)이 있다. 스피커의 면을 가로질러서, 잔향 모방을 분할함으로써, 잔향 효과의 공간적 측면이 도입되며, 이것은 전형적인 전방-대향식 스테레오 음향 시스템내에서는 부족한 것이다. 좌측, 우측, 후방 채널을 위한 신호들은 서로 다른 지연을 가지고 있으며, 방의 반사에 기인하여 서로 다른 방향으로부터 청취자에 도달한다. 이것은 보다 큰 방의 효과를 잘 모방한다. 또한, 트위터와 중간-범위 신호 경로들은, 상기 효과에 주파수 종속 측면을 추가시키기 위하여 다르게 처리된다.

본 실시 예에서, 상기 기기 입력으로부터의 신호는, 진폭 엔벨로프 처리(1735)를 통해서 라우팅되는 것으로 도시되어 있지만, 상기 PA 채널(1720),(1725)은 선택적으로 기기 엔벨로프 처리를 통해서, 또는 별도 세트의 엔벨로프 처리기(미 도시)를 통해서 라우팅될 수도 있다.

상기 엔벨로프 처리기로부터의 신호 출력은, 그 다음 신호 혼합기로 공급되고, 도 15에 도시된 바와 같이, 적절한 증폭기 및 음향 변환기로 공급된다. 상기 엔벨로프 처리기(1735)로부터의 신호 출력은, 전면 트위터와 연결된 혼합기(1740)에 연결된다. 저역 통과 필터로부터의 신호는, 서브 우퍼 신호 혼합기(1745)로 라우팅되고, 그 다음 서브 우퍼 증폭기 및 변환기로 라우팅된다. 선택적으로, 9번째 엔벨로프 처리기는 서브 우퍼 경로에 추가될 수 있다. 서브 우퍼 엔벨로프는, 중간-범위와 동기할 수 있거나, 또는 그 자신의 속도 세트와, 효과 깊이 매개 변수들을 통해서 제3 궤도 음향 변환기를 모방하기 위하여 완전하게 다를 수 있다.

상기 PA 입력들, 즉 좌측(1720)을 위한 하나 및 우측(1725)을 위한 스테레오 쌍에서 시작하고, 상기에서 설명한 바와 같이, 압축기/리미터 기능(1721)과 크로스 오버 필터(1722),(1723) 및 (1724)들이 있다. 상기 PA 채널의 크로스 오버 주파수는 기기 채널과 다를 수 있다. 특히, 기기-신호 경로에 대한 크로스 오버 주파수는도 13에 도시된 바와 같이, 좁은 음향 방사 패턴을 제공하도록 선택된다. 상기 PA-신호 경로들은, 중간-범위 및 트위터의 좁은 방사 패턴을 회피하기 위한 보다 높은 크로스 오버 주파수를 가질 수 있고, 스피커 시스템의 면들 사이에서 보다 매끄러운 중첩을 달성하게 된다.

상기 좌우 PA 채널 모두로부터의 저역 통과(1724) 신호들은, 서브 우퍼 혼합기(1745)로 라우팅되는데, 그 이유는 최저 주파수가 뚜렷한 방향 특성이 없기 때문이다. 좌우 PA 채널 모두로부터의 고역 통과(1722) 및 중간 범위(1723) 신호들은, 개별적으로 혼합기(1740)로 라우팅된다. 이러한 채널들은 추가적으로, 증폭기와 스피커 캐비닛 효과, 잔향 및 진폭 엔벨로프를 위한 추가적인 신호 처리 블록들(미 도시)을 가질 것이다.

상기 PA 채널들이 혼합되기 전에, 스피커 시스템의 적절한 면 또는 면들에 신호들을 라우팅하여, 적절히 스테레오 이미지를 배치시키기 위한 개별적인 게인 조정이 있을 수 있다. 간단한 예에서, 고역 통과(1722) 필터로부터의 좌측 PA-트위터 채널은, 좌측 트위터 출력 혼합기로 게인 조정(1741)에서 전체 게인을 갖고서 라우팅 될 것이고; 우측-채널 고역 통과 신호는 우측-트위터 출력 혼합기로 게인 조정(1743)을 통한 전체 게인을 갖고서 라우팅될 것이다. 상기 크로스 오버 필터(1723)로부터의 좌측-채널 중간-범위 신호는, 게인 조정(1742)에서 전체 게인을 갖고서 라우팅되고, 우측 채널 신호는 우측 중간-범위 출력 혼합기로 게인 조정(1744)에서 전체 게인을 갖고서 라우팅될 것이다. 이러한 간단한 예에서, 모든 다른 게인 조정은 신호들을 차단하기 위하여, 가장 낮은 설정값으로 설정될 것이다. 보다 넓은 커버가 요망되는 상황에서는, 보다 낮은 게인에서의 신호들이 전,후면에 라우팅될 수 있다. 이것들은 관객들이 연주자를 둘러싸고 있는 경우에, 특히 유용하다.

도 18은 전자-궤도식 스피커에 부가된 셀레스트 특징의 기능을 도시한다. 전자-궤도식 스피커의 다른 특징 및 기능들은 명확성을 위해서 생략되어 있다. 전자식 셀레스트 특징은 상기에서 설명된 모든 다른 전자적 효과 전,후에 삽입될 수 있다. 상기 셀레스트 특징은, DSP 또는 범용 컴퓨터, 프로그램 가능한 로직, 전용 로직내에서 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 또는 아날로그 회로에 의해서 또는 이들의 임의의 조합에 의해서 구현될 수 있다. 상기 지연 선은 DSP 또는 범용 컴퓨터의 메모리 내에서 구현되거나, 디지털 수단에 의해서, 아날로그 수단에 의해서, 기계식 또는 음향 지연 소자에 결합된 변환기에 의해서, 또는 신호를 지연할 수 있는 다른 수단에 의해서 구현될 수 있다.

상기 전자식 셀레스트(1800)는, 입력(1801), 엔벨로프 발생기(1807), 가변 지연 선(1810),(1811),(1812),(1813), 증폭기(1820),(1821),(1822),(1823) 및 음향 변환기(1830),(1831),(1832),(1833)들로 구성되어 있다.

일 예에서, 상기 가변 지연 선(1810),(1811),(1812),(1813)들은 DSP 메모리내의 순환 버퍼로서 구현된다. 아날로그 신호들은 전형적으로, 니키스트 기준(Nyquist Criterion)을 만족하기 위해서, 처리되어야 할 신호내 최대 주파수의 적어도 두 배 속도로 샘플링된다. 사용되는 일반적인 샘플링 속도는, 24 비트의 정밀도를 갖는 초당 48 킬로(Kilo) 샘플이다. 상기 샘플들은 DSP와 결합된 랜덤 액세스 메모리의 영역에 저장된다. 상기 DSP는, 샘플들이 아날로그로부터 변환 될 때, 버퍼에 새로운 샘플들을 기록한다. 어드레스 포인터는 마지막 샘플이 저장된 곳을 추적하는 데 사용된다. 제2 어드레스 포인터는 이전에 저장된 샘플을 가리키도록 배치된다. 새로운 샘플이 저장 될 때마다, 2개의 포인터들은 증분된다. 상기 포인터들을 증분시킬 때, 모듈 연산이 사용되며, 메모리내의 영역은 반복적으로 사용되고, 끝없는 원으로 보인다. 제2 어드레스 포인터는, 새로운 샘플이 저장될 때마다 증분될 뿐만 아니라, 상기 버퍼내에 저장된 샘플과, 상기 버퍼로부터 검색되는 샘플들 사이의 지연을 변화시키도록 조절될 수도 있다. 이러한 지연은 "0" 으로부터 몇 밀리초에 이를 수 있다.

상기 지연을 변경시키는 것으로부터, 음향 파형의 불연속성에 기인한, 지퍼 노이즈라고도 알려진 음향 아티팩트(artifact)를 방지하기 위해서, 가변 지연 선이 오버 샘플링되어 지연 버퍼 어드레스들 사이의 효과적인 지연 차를 보다 작게 할 수 있다. 오버 샘플링하기 위해서, 입력 샘플은 각각의 실제 샘플들 사이에 삽입 된 제로 값 샘플들을 가질 수 있고, 그 결과는 보간된(interpolated) 중간 샘플들을 생성하기 위해서 저역 통과 필터링된다. 상기 지연 버퍼는 오버 샘플링 팩터 만큼 크게 제작되어야 한다. 대체 기술은 분수(fractional)-지연 선을 사용하는 것이며, 여기서는 출력 어드레스 포인터가 버퍼로부터의 샘플 쌍 사이를 보간하기 위해서 사용되는 분수 부분을 가지고 있다. 오버 샘플링 및 분수-지연 선 기술은 추가적으로 지퍼 노이즈를 감소시키기 위해서 조합될 수 있다.

샘플링 속도를 48Ksps로 가정하면, 3 밀리초의 최대 지연을 갖는 지연 선을 구현하는 것은, 버퍼 길이가 적어도 144 샘플일 것임을 필요로 한다. 초당 340m의 음향 속도를 사용하면, 이러한 지연은 1.02 미터의 거리, 즉 가장 큰 궤도식 스피커 캐비닛의 폭을 나타낸다. 5 밀리초보다 큰 지연은, 셀레스트 효과 대신 잔향으로서 들리기 시작하므로, 더 이상의 지연은 회피되어야 한다. 3 밀리초의 지연은, 셀레스트 효과가 합리적으로 생성될 수는 가장 낮은 주파수인, 166.6 헤르쯔에서, 180도의 위상 시프트를 나타낸다. 이러한 치수 및 성능들은, 통상적으로 사용되는 기계-궤도식 스피커의 것들에 밀접하게 일치한다.

악기 또는 다른 음향원으로부터의 신호는, 입력(1801)에서 도입된다. 상기 신호는 4 방향으로 분할되고, 4개의 가변 지연 선(1810),(1811),(1812),(1813)들에 결합된다. 각각의 가변 지연 선의 출력은 연관된 증폭기(1820),(1821),(1822),(1823)의 입력에 결합된다. 각각의 증폭기의 출력은 하나 이상의 음향 변환기(1830),(1831),(1832),(1833)들에 결합되고, 그 각각은 상이한 방향으로 지향되어 있다. 각각의 신호 경로의 진폭은, 상기에서 설명한 바와 같이, 선회 효과를 부과하도록 변조되며, 명확성을 위해서 도시되어 있지는 않다. 각각의 신호 경로의 지연은 변화되며, 엔벨로프 발생기(1807)에 의해서 제어된다. 상기 엔벨로프 발생기는, 각각의 지연 선에 대한 별도의 엔벨로프를 생성한다. 상기 엔벨로프는 그 모양이 동일하지만, 위상에서 서로 오프셋되어 있다. 4면 캐비닛에 대하여, 위상은 전형적으로 90도 만큼 오프셋된다. 엔벨로프 발생기는, 도 16에 도시된 바와 같이, 진폭 변조를 구동하기 위해서 사용된 엔벨로프 발생기와 유사한 방식으로 작동한다.

선회를 위한 엔벨로프 발생기와 셀레스트 용 엔벨로프 발생기는, 동기하여 또는 동기하지 않고서 작동될 수도 있고, 악기의 음향에 추가적인 변화와 풍부함이 부가되도록 한다. 상기 지연 엔벨로프는 호른의 중심이 벗어난 회전을 모방하도록 비대칭적일 수도 있다. 상기 지연 엔벨로프는 직선처럼 간단할 수도 있으며, 출력 어드레스 포인터가 일정한 속도로 지연 버퍼를 가로질러서 전후로 휩쓸도록 하는, 삼각형 파형을 초래한다. 상기 지연 엔벨로프는, 도 16에 도시된 바와 같이, 또는 임의의 다른 형상으로 복잡할 수 있다.

기계-궤도식 스피커와는 달리, 셀레스트 효과를 발생시키는 지연 길이 및 깊이는, 전자-궤도식 스피커에서 회전하는 변환기와 캐비닛의 물리적 구성에 고정되고, 상기 셀레스트 효과는, 음악가의 제어하에 다양한 매개 변수들과 함께 작동하도록 프로그래밍될 수 있는 하나의 처리기내에서 구현된다. 상기 지연 엔벨로프는 출력 어드레스 포인터를 증분 및/또는 감분시킴으로써 생성되어 증가 및 감소 지연을 생성할 수 있다. 다른 지연 엔벨로프들은, 상이한 순람표를 어드레싱하거나, 또는 단일 순람표에 수학적 함수를 적용함으로써 선택될 수 있다. 지연 엔벨로프는 수학적 함수, 또는 주기적 또는 비주기적인 파형을 생성할 수 있는 다른 방법들에 의해서 생성될 수 있다. 사용자 인터페이스는 전자-궤도식 스피커의 일부로서 구현되어 상기 매개변수들의 일부 또는 전부를 상기에서 설명된 바와 같이, 변경하도록 신호 처리기를 명령할 수 있다. 전자식 셀레스트의 매개변수와, 전자-괘도식 스피커의 매개변수들은, 외부 장치, 예를 들면 컴퓨터 또는 다른 악기들에 의해서 제어될 수 있다. 상기 외부 제어는, 예를 들면 MIDI 또는 USB 통한 MIDI와 같은 음악 산업 표준 인터페이스를 통해서, 또는 임의의 다른 통신 매체에 의하여 통신될 수 있다.

도 19는 전자-궤도식 스피커의 작동 중에 하나의 세트 상태를 도시한다. 이것은, 전자 궤도식 스피커(1901)와, 방(1907),(1908)의 벽들, 및 청취자(1906)들이 도시된 개략적인 평면도이다. 상기 궤도 효과의 진폭 엔벨로프가 좌측-면(1902) 상에, 볼륨을 최대로 설정하고 있다고 가정한다. 음향은 상기 측면(1902) 상의 변환기들로부터 발산하고, 경로(1911)를 통해 이동하며, 그것은 벽(1908)을 반사하고, 청취자(1906)에게 도달할 것이다. 이것은 회전 호른이 위치(1902)에 가장 가까운 기계-궤도식 스피커를 모방한다. 전자 궤도식 스피커에서는, 상기 신호의 감쇠된 그리고 지연된 버전이, 스피커의 우측면(1903) 상의 음향 변환기에 결합될 것이다. 상기 지연은 상기 캐비닛의 폭을 주행하고, 그리고 캐비닛의 우측 면(1903) 상의 음향 포트를 나가는, 위치(1902)에서의 호른으로부터의 음향을 모방한다. 이 음향원의 음향은, 경로(1910)를 통해서 이동하고, 벽(1907)으로부터 반사하며, 청취자(1906)로 이동하고, 여기에서 캐비닛의 우측 면으로부터의 음향이 캐비닛의 좌측 면으로부터의 음향에 결합한다.

2개의 경로들을 통한 음향은 때때로, 건설적으로 추가되고, 그리고 때로는 도 8에 도시된 바 같은, 콤브 - 필터 효과를 생성하는 파괴적이기도 하다. 스피커 배치, 벽과 음향 경로들은 간략함을 위해서 대칭으로 표시되어 있다. 두 음향 경로의 상대적 위상만이 중요하고, 절대적 위상은 그렇지 않기 때문에, 배치 및 위치는 중요하지 않다. 음향이 선회하는 경우, 각각의 경로상의 지연은 서로에 대해 증가하거나 감소하며, 콤브 필터의 프레어 및 페이드가 주파수에서 이동하도록 하여 이동하는 셀레스트 효과를 생성한다. 궤도식 스피커는 스테레오 음향 스테이지에 의존하지 않기 때문에, 궤도식 스피커로부터의 셀레스트 효과가 들리고, 방안의 어디에서나 즐길 수 있다.

도 20은 단순화된 전자식 셀레스트 효과의 개략도를 도시한다. 청취 시험은 4개의 별도의 지연이 필요하지 않은 것으로 나타났다; 그리고 단지 2개의 지연을 갖는 셀레스트 효과는 선회 효과와 함께 풍부한 음악적 경험을 제공하였다. 악기 또는 다른 음향원로부터의 신호가, 부분(2001)에서 도입된다. 상기 신호는 분할되고, 2개의 가변 지연 선(2010),(2012)의 입력에 결합된다. 상기 가변 지연 선(2010)의 출력은 분할되고, 2개의 증폭기(2020),(2023)의 입력에 결합된다. 각각의 증폭기 출력은, 그것의 연관된 음향 변환기 또는 변환기들(2030),(2033)에 결합된다. 마찬가지로, 가변 지연 선(2012)의 출력은 분할되고, 2개의 증폭기(2021),( 2022)에 연결되며, 이것들은 차례로 관련된 음향 변환기(2031),(2032)들에 결합된 것이다. 각각의 가변 지연 선(2010),(2012)들의 지연은, 오프셋 위상을 갖는 2개의 지연 엔벨로프를 생성시키는 엔벨로프 발생기(2007)에 의해서 제어된다.

도 21은 전자식 셀레스트 효과(2100)의 예시적인 구현을 보다 간략화하여 도시하고 있다. 여기서는 하나의 가변 지연 선이 사용되고; 그러나, 상기 가변 지연 선은 독립적으로 변화될 수 있는 2개 또는 그 이상의 출력들을 갖는다. 이것은 어드레스 포인터들이 입력과 출력 사이의 지연을 제어하고, DSP 메모리내에서 구현되는 디지털 지연 선의 측면에서 설명될 것이지만, 모든 유형의 지연 선이 본 발명의 변경없이 사용될 수 있을 것이다.

악기 또는 다른 음향원로부터의 신호는 입력(2101)으로 도입되며, 여기서는 그것이 압축되고, 샘플링되며, 필터링되고, 변조되어, 여기에서는 명확성을 위해서 도시되지 않은 선회와 다른 효과들을 유도하도록 되어 있다. 음향 신호를 나타내는 샘플들은, 샘플들이 메모리에 저장된 가변 지연 선(2110)에 결합되며; 그리고 어드레스 포인터들은 모듈 연산(modulo arithmetic)으로서 증가하는 동안, 도 18에 도시된 바와 같이, 입력 어드레스 포인터들은 샘플들을 찾는다. 이러한 구성이 이전 설명과 다른 부분은, 2개 이상의 출력 어드레스 포인터들이 있어서 상이한 지연을 갖는 다수의 출력들을 초래한다는 것이다. 이러한 예에서, 지연 엔벨로프 발생기(2107)는 하나의 출력 어드레스 포인터가 지연된 신호에 결합하도록 제어하고, 이것은 그 다음 분할되며, 2개의 증폭기(2120),(2123)들에 결합된다. 이러한 증폭기(2120),(2123)들 각각은, 그와 관련된 음향 변환기(2130),(2133)들에 결합된다. 상기 지연 엔벨로프 발생기(2107)는 첫번째 것으로부터 이동된 제2 엔벨로프 위상을 제공하며, 이것은 제2 출력 어드레스 포인터가 가변 지연 선(2110)으로부터 제2 출력을 생성하도록 제어한다. 이러한 2개의 출력 어드레스 포인터들은 가변 지연을 갖는 샘플들을 판독하는 지연 버퍼를 가로질러서 전후로 휩쓸게 된다. 하나의 출력에 대한 지연이 최대일 때, 다른 출력에 대한 지연은 전형적으로 최소이며, 그 반대도 마찬가지이다. 가변 지연 선(2110)은 선택적으로, 더 많은 출력들을 갖도록, 예를 들면 4개로 구성될 수 있으며, 4개의 증폭기/음향 변환기 쌍들 각각은, 2개의 출력 가변 지연 선보다 거의 추가적인 복잡도가 없는 하나의 고유 지연을 가질 것이다.

상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자식 셀레스트를 갖는 전자-궤도식 스피커는, 고전 궤도식 스피커의 풍부하고 흥미로운 음향을 생성시키며, 동시에 독립적인 특성들을 갖는 2개 이상의 음향 시스템으로서, 수송의 용이성, 업그레이드 가능성, 보다 높은 음향 레벨 출력, 쉽게 변경된 특성 및 작동과 같은 많은 장점들을 달성한다.

숙련된 지식을 가진 자는, 여기에서 개시된 예시적인 실시 예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 두가지의 조합으로 구현될 수 있음을 잘 이해할 수 있을 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 설명하기 위해서, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 상기 단계들이 그들의 기능 관점에서 일반적으로 설명되었다. 그러한 기능들이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지의 여부는, 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약 조건들에 의존한다. 당업자들은 각각의 특정 적용에 대하여, 다양한 방식으로 상기 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정이 본 발명의 예시적인 실시 예들의 범위로부터 벗어나도록 하는 것으로 해석되어서는 안된다.

여기에서 개시된, 예시적인 실시 예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들 및 회로들은 범용 처리기, 디지털 신호 처리기(DSP), 응용 특정 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 또는 기타 프로그램 가능한 로직 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 아날로그 회로, 이산 하드웨어 구성 성분, 진공관, 또는 여기에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합과 함께 구현되거나 수행될 수 있을 것이다. 범용 처리기는 마이크로 프로세서일 수도 있지만, 대안적으로 상기 처리기는 임의의 종래의 처리기, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 기계일 수 있다. 처리기는 또한, 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들면, DSP 및 마이크로 프로세서의 조합, 다수의 마이크로 프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로 프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수 있다.

여기에서 개시된 예시적인 실시 예와 관련하여 설명된, 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 직접적으로 하드웨어 내에, 처리기에 의해서 실행되는 소프트웨어 모듈 내에, 또는 그 둘의 조합내에서 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 프로그램 가능한 ROM(EPROM), 전기적으로 삭제 및 프로그램 가능한 ROM(EEPROM), 레지스터, 하드 디스크, 탈착식 디스크, CD, DVD, 또는 당업계에서 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체내에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 처리기에 결합되어 상기 처리기가 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체에 정보를 기록할 수 있다. 다르게는, 상기 저장 매체는 처리기에 통합될 수도 있다. 상기 처리기 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수도 있다. 상기 ASIC는 전자식 셀레스트를 갖는 전자-괘도식 스피커에 상주할 수 있다. 다르게는, 상기 처리기 및 저장 매체는 전자식 셀레스트를 갖는 전자-괘도식 스피커내에 개별적인 성분으로서 상주할 수도 있다.

하나 이상의 예시적인 실시 예에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로서 구현될 수 있다. 만일 소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능은 컴퓨터-판독 가능 매체상의 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 또는 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체 모두를 포함하고, 하나의 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해서 액세스될 수 있는 모든 매체일 수 있다. 예를 들면, 그러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시, CD, DVD, 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반하거나 저장하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해서 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체들을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 또한, 임의의 연결은 적절하게 컴퓨터 판독 가능 매체로 명명된다. 예를 들면, 만일 소프트웨어가 웹 사이트, 서버, 또는 다른 원격 음향원로부터, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 사용하여 전송된다면, 상기 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어, DSL, 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의에 포함된다. 여기에서 사용되는 디스켓 또는 디스크는, 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다용도 디스크(DVD), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크 등을 포함하고, 여기서 디스켓은 일반적으로 자기적으로 데이터를 재생하지만, 디스크는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기의 조합은 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

상기에서 개시된 예시적인 실시 예들의 설명은, 당업자가 본 발명을 제작하거나 사용할 수 있도록 제공된다. 이러한 예시적인 실시 예들에 대한 다양한 변형이 당업자에게 명백할 것이며, 여기에서 설명된 일반적인 원리는, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서, 다른 실시 예에 적용될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 예시적인 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따라야만 하는 것이다.