JP6157641B2 - 電子式周回スピーカにおけるセレストのための装置および方法 - Google Patents

Description

電子式または電気機械式オルガンは、音が単にキーのオンオフだけで生成されるために常に表現力に欠け、侵食や腐食を受けずに無期限に保全することができ、比較的澄んだ変わらない音色を奏でる。風力式パイプオルガンでは、機械式トレムラントを使用することによって、可聴周波数以下の度合いで風圧を変動させ、パイプの音色にビブラート、つまりピッチ変動とトレモロ、つまり音量変動を与え、音声に刺激を追加することで上記の問題を解決する。別々の列のパイプに対して複数のトレムラントを使用することが多い。

トレムラントに加えて、風力オルガンの音色を向上させるもう１つの技法がセレストであり、相互に少しずつ調子を異ならせた複数列のパイプが一緒に演奏されて、音声中に極低周波の波動が生まれ、ハーモニーに複雑な強弱を加える。この効果は、星がまたたき、あちこちと場所を変えて、輝度が変動するプロセスに非常に類似する。大気中の様々な経路がそれぞれわずかに異なる遅延をもたらすことで、光が弱まったり強まったりして、天空において少しずつ異なる地点から到達しているように見える。音波の波長は可視光よりもずっと長いため、消去と反射の効果により、音は好ましく刺激的により広い空間を動き回る。

電気オルガンでは、ビブラート効果が電子的に加えられることが多い。しかしながら、音があまりにも正確に単独のスピーカから流れるためさほど理想的ではない。セレスト効果が純粋な電子的手段によって図られる場合、単独または一対のスピーカから同様の問題が生じる。ライブパフォーマンスの場では、ステレオスイートスポットにいる聴き手のみが空間効果を享受し、ミュージシャンを含む大半の聴き手が空間効果を味わえない。パイプオルガンの場合、パイプは物理的に分散されており、音声は複数の方向から来る。電気オルガンでビブラートと空間効果の両方を達成するには、音響変換器が回転する際に音が様々な方向から放射される機械式周回スピーカを使用することが一般的である。電子手段によって機械式周回スピーカの音声を捕捉し、ステレオサウンドシステムで再生する試みが多数行われてきたが、期待を裏切る結果に終わっている。

変換器が機械式周回スピーカ内で周回するにつれ、外観上の音源であるホーンの口が聴き手に近づいたり、聴き手から離れたりする。音源が聴き手に近づくとピッチが上がり、聴き手から離れるとピッチが下がる。このピッチ変化はドップラー効果による。音が室内の様々な面に反射して空間効果をもたらす。幸運にも、機械式周回スピーカのオリジナル市販モデルに合わせて選択されたキャビネットが回転音源と相互作用して、セレスト状効果をもたらす。低速では、セレスト効果がドップラー効果をしのぎ、スピーカにとって非常に望ましい特徴となる。しかし、残念ながら、一方でこのキャビネット構造は、狭いスロットのためにスピーカの音声出力を制限する。音声出力を増大させるためにキャビネットを改造すると、セレスト効果が失われる。

機械式周回スピーカはこれまで一般的であったが、欠点をいくつか有する。所望の音楽的周波数の範囲全体にわたってビブラート効果をもたらすには、変換器が回転しなければならない。スピーカキャビネットは比較的大型で重いため、ライブショーへの輸送が困難である。機械部品は精巧で頻繁なメンテナンスを必要とする。音声信号を回転変換器に伝達する回転継手を備えた機械式周回スピーカを実現する試みがなされてきたが、このアプローチは滑り接触によるノイズとメンテナンスの問題で断念された。

複数の機械式周回スピーカの同期は困難であり、物理的に回転する単独の変換器は音量出力を制限する。開催場所のサイズは広がり続けており、聴衆は最大音量を期待するため、多くのパフォーマーは音声隔離された場所に周回スピーカを配置し、マイクと複数のスピーカを備えた拡声システムを用いることに頼っている。この結果、スピーカとリスニングルームとの所望の相互作用が失われる。

周回スピーカの物理的寸法が音響パフォーマンスを決定するため、比較的小型で安価な機械式周回スピーカは所望の音楽的効果を発揮せず、特に、周回の代わりに単に回転することで所望の周波数調節を実行できない。

大抵の場合、機械式周回スピーカは二速しか持たず、スピーカの物理的改造なしで効果を変動させることができないため、表現力が非常に制限される。よって、中間速度を達成するために急速に駆動モータをオン・オフに切り換える演奏技術に頼る。

キーボードの演奏者は、２つ以上の楽器、あるいはトーンホイールオルガンやピアノの音色を生成できるシンセサイザーなどの２つ以上の楽器を模した１つの楽器を備えることが多い。機械式周回スピーカは効果を加えずにピアノ音を再現するのが難しく、無効果のピアノと周回オルガンの音を同時に再現することができない。この問題の従来の解決策は、静止チャネル専用の一対の増幅器とスピーカを追加することであり、これによりスピーカシステムの重量、寸法、コストが嵩む。

当該技術においては、所望のビブラート、トレモロ、セレスト空間効果を発揮できる、楽器を拡張したスピーカシステムであって、輸送のためにより軽量で頑丈であり、頻繁なメンテナンスを要する可動部品を含まず、低コストで所望のビブラート、トレモロ、セレスト空間効果を実現する、あるいは高出力レベルで駆動することができ、音響レベルを高めるために一団とされた複数の周回スピーカを有し、表現力向上のために音楽的効果を変動させることができ、ビブラート、トレモロ、セレスト空間効果と無効果音とを音色を同時に再現できるスピーカシステムが必要とされる。

したがって、本発明の目的は、軽量携帯性、低メンテナンス、低製造コストを実現する物理的構造において、リアルなトレムラントおよびセレスト空間効果を発揮する音楽ライブパフォーマンス用音響システム設計を可能にすることである。機械式周回音響変換器の代わりに、本発明は別々の方向を向く２つ以上の固定音響変換器を使用することで、変換器毎に音声信号を個別に変調し、音声が部屋中で反射する際の周回の感覚、音声中の極低周波波動、別々の方向を向いた複数の変換器からの音声の組み合わせを利用して複雑なハーモニーの強弱を付与する。

本発明の音声方向感覚は、所望の効果を得るため適切な音声放射パターンを生成するように選択および配置された固定音声変換器または変換器群を用いて向上させることができる。変換器アレイはトレムラントおよびセレスト効果を低周波数まで拡張し、達成する効果を既存の機械式周回スピーカよりも選択的に高める。

周回効果は電子的に付与されるため、同じセットの増幅器および音響変換器を同時に使用して、トレムラントおよびセレスト効果またはその他の効果を伴わずに、あるいは他のセットの効果を伴って音声を増幅し投射することができる。これにより、ミュージシャンは、所望のピアノ音に適したトレムラント無しまたは軽微なトレムラントを有する電気ピアノと同時に、強力なトレムラントでオルガン音を再現する単独の音響システムを使用することが現実的になる。こうした多角的使用は、楽器、声、または任意のその他の音源の組み合わせまで拡大することができる。

本発明の実施形態は、ホーンスロート部の歪みのシミュレーション、増幅器のオーバードライブ、増幅器およびスピーカ−キャビネットの模倣、空間的に多様な反響のシミュレーションなど、特に周回スピーカへのその他の音響効果の追加に適する。後述する様々な理由から、機械式周回スピーカは単独ユニットが再生できる音声出力量に制限があり、複数のユニットを連動させた場合はトレムラント効果が低下する場合がある。本発明は単独ユニット内の複数の変換器から高い音響レベルを達成し、同期されるトレムラントおよびセレスト効果を維持しつつ、より高い音響レベルを得るために複数の増幅器／変換器ユニットを連動させることができる。

図１は、トレムラントを備えた風力式オルガンパイプ列を示す。

図２はトレムラントを備えたパイプオルガンの断面図である。

図３は、トレムラントとセレストを備えたパイプオルガンのパイプ列を示す。

図４は、一般的なオルガン音響システムの内部機構を示す。

図５は、図４の音響システムの外観図である。

図６は、図４の音響システムの変換器から聴き手の耳までの音声経路を示す。

図７は、図４の音響システムで使用されるホーンの断面を示す。

図８は、櫛形フィルタの振幅／周波数図である。

図９は、電子フランジャのブロック図である。

図１０は、ステレオ電子フランジャのブロック図である。

図１１はステレオスイートスポットを示す。

図１２は、電子式周回スピーカシステムの総到達範囲を示す。

図１３は、ホーン型変換器が前面装填ホーンを有する電子式周回スピーカ筐体を示す。

図１４は、電子式周回スピーカの構造の詳細を示す。

図１５は、電子式周回スピーカの基本信号接続を示す。

図１６は、４セットの音響変換器を対象とした４つの信号の４つの振幅包絡線を示し、キャビネットの各面毎に１つの信号とし、この場合、複合的な変調である。

図１７は、特徴を完備した信号プロセッサの信号フロー図である。

図１８は、本発明の主題である電子セレストの１実施形態のブロック図である。

図１９は、電子セレストの変換器から聴き手の耳までの音声経路を示す上面図である。

図２０は、電子セレストの第２の簡易化された実施形態を示すブロック図である。

図２１は、電子セレストの単遅延バッファの実施形態のブロック図である。

添付図面と併せて以下に述べる詳細な説明は、本発明の例示の実施形態を説明することを目的とし、本発明を実施することができる唯一の実施形態を表すことを意図していない。本明細書中で使用される「例示の」という文言は、「例、実例、例示として供する」ことを意味し、必ずしも他の例示の実施形態よりも好ましい、あるいは有益であると解釈すべきではない。

この詳細な説明は、本発明の例示の実施形態を完全に理解するための具体的な細部を含む。本発明の例示の実施形態がこうした具体的な細部なしでも実行できることは、当業者にとって自明であろう。いくつかの例では、本明細書に提示する例示の実施形態の新規性が曖昧になることを回避するため、十分に既知な構造や装置をブロック図において示している。

具体的には、例示の実施形態は、４面にそれぞれ対応する増幅器および音響変換器を備えたユニットとして説明している。しかし、この数は、２つからコストや複雑さの点で制限される数までのうち任意の数とすることができる。ユニットの面は、２つ以上の変換器の音声が別々の方向に向けられるように、水平、垂直、またはその組み合わせで配備してもよい。

例示の実施形態では、信号処理機能はデジタル信号プロセッサとして記載しているが、それには限定されない。信号処理の一部または全部は、限定はしないがアナログ回路、標準的な演算素子、あるいはその他の電子または電気手段などの他の手段によって実行することもできる。

「セレスト」という文言は本明細書では、運動の感覚と、基本音と倍音の相対強度の変動とを周期的に与える音響効果を意味するために使用される。通常、この変動は１秒に数回または数秒に１回の低い割合で起こる。

「周回スピーカ」という文言は本明細書では、任意の形状のラウドスピーカまたは音声増幅装置、あるいは楽器またはその他の音源の音声を周期的に変調または変更する、特にピッチ、振幅、空間認知を周期的に変動させる音声修正装置を意味するために使用される。周回スピーカは、一般的に回転スピーカまたはロータリースピーカと称されるスピーカを表すことを目的とする。周回スピーカは単独装置または装置の集合であってもよいし、あるいは楽器の一部であってもよい。

「回転」という文言は本明細書では、自身の軸を中心に回転する物体の運動を意味するために使用される。

「周回」という文言は本明細書では、中心点を中心とした物体の周回運動を意味するために使用される。具体的には、機械式周回スピーカ内のホーン機構は回転する。ホーンの口である外観上の音源は周回する。

「信号プロセッサ」、「デジタル信号プロセッサ」、または「ＤＳＰ」という文言は、特定目的の演算装置、汎用演算装置、アナログまたはデジタル電子回路の集合、またはそれらの組み合わせとすることができる。

「変換器」（トランスデューサ）という文言は本明細書では、ある形状のエネルギーを別の形状のエネルギーに変換する装置を意味するために使用される。具体的には、音響変換器は電気信号を音波に変換する。

遅延という文言は、音声が聴き手に遅れて届くような時間遅延を意味するために使用される。遅延という文言は、セレスト効果に適用される場合、元の音声と共に聞くときは５ミリ秒未満の遅延で単独の音声として聴き手に知覚されることを意味する。遅延という文言は、反響効果に適用される場合、元の音声と共に聞くときは５ミリ秒超の遅延で別個の音声として聴き手に知覚されることを意味する。

完全風力式パイプオルガンの震える音声の大半は、図１に概略的に示され、パイプ１０３、１０４の列に接続されるトレムラント機構１００によって付与される波動音である。エアポンプ（図示せず）からの風圧または空気圧がトレムラント１０１を通じて導入され、空気室１０２に送られる。各パイプ１０３、１０４の基部の個々のバルブ（図示せず）は、オルガンコンソール（図示せず）のキーによって制御される。キーが押されると、関連するパイプ１０３のバルブが開放され、空気が開口部１１０を出て、パイプ１０３内の空気柱を共振周波数で振動させ、音を奏でる。

パイプオルガンのトレムラントの断面を図２に示す。空気圧が、エアポンプ（図示せず）からパイプ２０１を通って、送風器２０４によって接続される固定上部２０３と可動下部２０２とから成るボックス内へ導入される。空気圧は図１の空気室１０２に印加され続ける。ボックス２０２の下部はバネによって浮遊されるため、上下に移動して送風器２０４とその中の空気とを押圧することができる。電気モータ２０５はボックス２０２の下部底面に固定される。ディスク２０６はモータ２０５のシャフトに搭載され、錘２０７がディスク２０６に偏心して搭載される。モータ２０５が回転するにつれ、偏心錘２０７によりボックス２０２が上下に振動する。この振動はボックス２０２、２０３、２０４内に含まれる空気を交互に圧縮および解放する。空気圧の変動の結果、パイプ１０３、１０４によって生成される音の周波数および強度が上下に変動する。さらに、空気圧の変動の結果、音色の倍音成分が変動して、非常に複雑に揺れる音を奏でる。

セレストを有するオルガンパイプ列を図３に示す。トレムラント機構３０１と空気室３０２は図１に示したとおりである。セレスト列は、一列のパイプの代わりに音毎に２列のほぼ同一のパイプ３０３、３０５を含む。セレスト列の中には３列または４列以上のパイプを含むものもある。

２つのパイプが同じ音を出す、あるいは非常に似通った音を出す場合、音声は豊かで空間的に広がりのある特徴を帯びる。複数対のパイプが相互にわずかに調子を異ならせて、１秒当たりに１／２〜３ビートという極低周波数のビート音を生成することが多い。音は様々な位置から届くため、各パイプからの音波が他のパイプからの音波を増強することもあれば、相殺することもある。倍音成分は様々な時間と速度で増強および相殺され、超低周波数のビート音から、１列のパイプや一緒に演奏される各種パイプでは達成できない深みをもたらす。こうした倍音成分の緩やかな変動と、楽音の音源感覚はミュージシャンが求めてやまないものである。トレムラントとセレストの音を生成する最新の方法では、円または軌道を描いて移動する音源が使用される。

既存の周回スピーカユニットは、機械式と電子式の２つの形状で入手可能である。機械式周回スピーカの機構を図４に示す。通常、キャビネット４００は旋回機械を支持する重硬材から成る。高周波数はキャビネットの上部で回転ホーン４０１によって再生され、低周波数は底部でホーン型スピーカ４１０によって再生される。

回転ホーン４０１はダミーホーン４０２と釣り合う。音声は圧縮駆動ユニット４０４によって生成され、回転継手およびプーリ４０３を通過して上方へ送られる。ホーンアセンブリは電気モータおよびベルト４０５によって回転される。現代の大半の周回スピーカは、異なる速度でホーンを回転させる図示しない第２のモータを備え、高速変調効果と低速変調効果の両方を提供する。

低周波ホーン型スピーカ４１０は、軽量の木材またはその他の材料製の回転ドラム４１１へと下方へ音を放射する。ドラムは、キャビネット４００の側面に音の向きを変えるシャベル型部分を有し、該側面には音をキャビネットから外へ出すスロットが形成される。ドラム４１１は電気モータとプーリシステム４１２によって回転させられる。最近のユニットのホーンと同様、高速用と低速用の２つのモータが設けられる。第２のモータとクラッチシステムは簡略化のため、図面から省いてある。ドラム４１１は通常、ホーン４０１と反対方向に回転する。低周波音響変換器４１０および回転ドラムの寸法の制限上、周波数変調効果はほとんど得られず、振幅変調は主にデフレクタドラムの口に付与され、キャビネットのスロットを通過する。

多くのトーンホイールオルガン奏者の演奏スタイルは高速と低速の頻繁な切換、さらにはスピーカの回転停止すら含むため、ベルトおよびクラッチ機構４０３、４０５、４１２はメンテナンスを度々必要とする。

図５は、典型的な機械式周回スピーカのキャビネット５００の外観を示す。キャビネットのサイズは音に影響を及ぼし、狭い範囲の寸法と特別な構造を備えたキャビネットだけが所望の効果を達成する。具体的には、キャビネットの４面すべてに音声を逃がすスロットが形成される。上部の１セットのスロット５０１が回転ホーンと相互作用し、ホーンの旋回と共に高周波音の振幅と周波数応答を変動させる。別のセットのスロット５０２はコーンスピーカおよび回転ドラムと相互作用して、低周波音の振幅および周波数応答を変動させる。

機械式周回スピーカがセレスト効果を生成する方法を図６に示す。図６は上面図であり、明瞭化のためにキャビネット内の回転ホーンを露出させている。音源であるホーン６０３はプーリおよびベアリング６０５を中心に回転し、ダミーホーン６０４によって釣り合いをとる。ホーン機構とそれが生成する音声はキャビネット６０１内に包含され、キャビネット４面全部の狭い音声ポート６０２のみを通って脱出する。右向きに置かれる場合のホーン６０３からの音声は、聴き手６０６に至るまでに２つの例示の経路６１０、６１１を通る。短い方の経路６１０を通る音声が聴き手６０６に最初に到達する。経路６１１を通る音声は、脱出前にキャビネットの幅を移動しなければならないため、音波の遅延または位相変化が生じ、遅れて聴き手に届く。反響成分ではなく単独の音声として知覚されるように、遅延は極めて短時間であることが重要である。にもかかわらず、２つの異なる長の経路を通って到達する音声が結合され、結果的には増強または相殺され、パイプオルガンのセレストに関して上述したのと同一のプロセスを生じる。図の明瞭化のため、部屋の壁６０７、６１１から反射する経路６１０、６１１を示しているが、経路は音声ポート６０２から直接、あるいは単独または複数の反射によって聴き手まで到達してもよい。このようにして、ライブパフォーマンスのシチュエーションで、機械的周回によって、これまで純粋な電子的手段による再現を免れてきたセレスト効果が生じる。

これらの音声ポート６０２は寸法が制限されるため、各ポートから発せられる音はほぼ同じ強度を有し、このことは所望のセレスト効果を生成するために重要な点である。図７に示すように、機械式周回スピーカの設計者が全ポートからの音のバランスを取るために採った次のステップは、ホーン７０１の口に音声拡散体７０５を配置したことである。音声は底部７０２から動作中のホーン７０１に入り、ホーン７０１が向いている音声ポート６０２から直接外ではなく、ホーン口７０６を側方に脱出しなければならない。音声は７０３で遮断されるため、機械的釣り合い錘を提供するためだけに存在するホーン７０７を介して脱出することができない。ホーン構造はプーリおよびベアリング７０４によって支持され、その周りを回転する。

機械式周回スピーカの動作の一般的な説明では、トレムラント音の原因をドップラー効果に帰する。この説明は正しいかもしれないが、話のごく一部に過ぎない。本願に記載するセレスト効果は低速で優勢となる。超低速でホーンを手動で回転させる実験が示すように、音質の急激な変化が位相相殺によって生じ、これはドップラー効果のみから生じる単純な周波数変調とかなり異なり、それよりも深みがある。

図８は、位相相殺の結果として櫛形フィルタの振幅対時間を示す図である。線８１０は単独音源の振幅を表す。線８０１、８０２、８０３は振幅が均等で両者間の距離が変動する２つの音源の合計の振幅を表す。異なる線は、２つの音源間の異なる相対的遅延の結果を示す。距離が異なれば、音源間の位相差が変動する。２つの音源からの音が同相で合計されると、相互に増強され、振幅が３ｄＢまたは単独音源の振幅８１０の２倍に上昇する。この現象はフレアとして知られる。２つの音源からの音が逆位相で合計されると、相互に相殺され、振幅は単独音源の振幅８１０よりも下がる。このフェードとして知られる相殺は３０ｄＢまたは単独音源の振幅の１０００分の１にまで達する場合がある。フレアとフェードという用語は悪気流を介した星の観察から来たもので、そのような状況下では、屈折率の変動により光線が屈曲して、星がわずかに移動しながら強度を変えているように見える。この現象は瞬きとしても知られる。同じ現象が無線通信でも発生し、多重フェーディングとして知られ、ＦＭ放送を移動中の自動車で聴いているときにピケットフェンシングとして聞こえる。

周回スピーカでは、この増強または相殺プロセスは周波数と共に変動する。倍音が相殺される間、基本音は増強することができ、逆の場合も同じである。ホーンがキャビネット内で向きを変えると、曲線８０１、８０２、８０３によって示されるように、増強および相殺対周波数のパターンが音声経路の変動と共に変化する。つまり、ホーンが回転する際、基本音は倍音と無関係に変動している。よって、機械式周回スピーカの設計者は、音声に物理的運動を付与することによって実際のセレスト音を捕捉した。無指向性音源（拡散体を備えるホーン）の周回とキャビネットポートとの組み合わせによって、時間遅延で空間的に分離された音源が生成される。

セレスト効果を発揮させるため、多数の電子手段が使用されている。アナログバケツリレー素子とデジタル遅延線路が一般的である。これらの手段をすべて図９のブロック図９００に示す。楽器またはその他の音源からの音声信号は９０１で導入される。音声信号は遅延線路９０２に結合される部分と、経路９０３を介して可算接合部９０４に結合される部分とに分割される。遅延線路９０２からの信号と９０３を介した信号とが可算接合部９０４で合計されて、音響変換器９０６を駆動する音響増幅器９０５に結合されて音波を生成する。遅延線路９０２は、興味がある音響周波数の期間の少なくとも半分以上、遅延を変動させることができる。遅延の変動は、可聴周波数以下のレートで動作する発振器９０７によって制御される。

遅延変動につれ、図８に示す櫛形フィルタは周波数を前後に掃引させて、異なる基本音と倍音を強調または抑制する。セレスト効果を生じさせる初期の試みでは、一対の磁気テープレコーダに同じ記録を再生させ、エンジニアが一方のテープリールのフランジを指で引っ張っていた。この効果をフランジャと呼ぶ。また、この効果はコーラス効果とも呼ばれ、多くの楽器および音声処理ユニットに組み込まれている。欠点は、純粋に電子的な効果音が不自然に聞こえ、リアルなセレストの空間移動を提供しないことである。

空間移動を提供する試みとして、フランジャは、図１０のブロック図１０００に示すステレオ対として実現することができる。信号路は９００と同じ構成要素から成るが、左および右チャネルで複製されている。単独の音声信号を分割して両１００１、１０１１に結合することができる、あるいは既にステレオ対を提供する楽器またはその他の音源を、左チャネル１００１、１００２、１００３、１００４、１００５、１００６と右チャネル１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、１０１５、１０１６にそれぞれ結合することができる。可聴周波数以下の発振器１００７からの遅延制御信号は両方のチャネルに対して同一にすることができる、あるいは逆位相またはその他の位相をとることができる。両チャネルが同一方向にシフトする際、同一位相制御信号で両チャネルを駆動しても移動感覚が生じない。逆位相で位相制御を駆動すると移動感覚が生じるが、基本音と倍音の増強および相殺が失われがちになる。フランジャが実際にもたらす影響は、後述するようにステレオスイートスポットにおいてしか享受することができない。

図１１は、音響システム１１０４、１１０５を備えた典型的なライブパフォーマンス会場１１００の概略図である。ステージ１１０１は、ミュージシャン１１０３、楽器１１０２、一対のステレオスピーカ１１０４、１１０５の土台となる。聴衆は位置１１０６、１１０７、１１０８によって表される聴き手から構成される。聴き手１１０７はステレオスイートスポットに位置し、このスイートスポットでは、左スピーカ１１０４と右スピーカ１１０５からの音声強度が釣り合い、ステージ上に適切に配置されたスピーカからのステレオ音響効果が認知される。聴き手１１０６はほぼ左スピーカ１１０４からの音のみを聴き、ステレオ効果を認知しない。同様に、聴き手１１０８はほぼ右スピーカ１１０５からの音のみを聴き、ステレオ効果を認知しない。ミュージシャン１１０３は最も不都合な聴取位置にいる。そのため、適切なステレオイメージで自らの演奏を聴きつつ、ステレオ音響システムの音声を遮断する耳内モニターが、ミュージシャンに人気の理由である。

図１２では、１１００のステレオ音響システムが周回スピーカ１２０４に置き変わっている。ステージ１２０１が、任意の位置でミュージシャン１２０３、楽器１２０２、周回スピーカ１２０４を支える。音声が周回するにつれ、音がスピーカキャビネットの全面から均等に発せられるため、聴き手１２０６、１２０７、１２０８、ミュージシャン１２０３のそれぞれが周回スピーカ１２０４のトレモロ、ビブラート、セレスト効果を十分に享受し、それらの効果は周回スピーカ１２０４に対してどの位置でも均等であり、ステレオスイートスポットの問題を回避する。これは周知の効果であり、多くのトップミュージシャンによって理想的なライブパフォーマンス構成とみなされている。

機械式周回スピーカ製造業者の中には、キャビネットと周回音響変換器との相互作用の価値を理解していない者もいる。そうした製造業者らは、トレモロおよびセレスト効果をもたらそうとしてキャビネット内にステレオマイクを搭載した製品を製造するため、周回スピーカの音声が大型音声増幅システムによって増強される。その結果、振幅変調効果は強力だが、周波数変調は制限され、セレスト効果はほとんど生じない。

上述のニーズの解決策が、本文書に記載する本発明による電子式周回スピーカである。ＵＳ２０１３／０１６３７８７号として公開された米国出願は電子式周回スピーカシステムの基本動作について説明しており、言及によりその全文を本願に組み込む。

例示の簡易な実施形態は、ボックスの４つの垂直面に搭載された４つの個別の音響変換器から成る。各変換器は別々の電子増幅器によって駆動される。各変換器の駆動の振幅は任意の電子手段によって変調される。高出力クラスＤ音響増幅器とスイッチモード電源の向上により、複数の増幅器を１つの製品に組み込むことが極めて現実的となり、費用効率が高い。これらの増幅器および電源は非常に効率がよく、熱をほとんど発せず、従来の音響増幅器よりも相当軽量である。

図１３は電子式周回スピーカ１３００の１例を示す。本実施形態では、オルガンまたはその他の楽器からの音声信号は、ＤＳＰとして知られるデジタル信号プロセッサへの入力として扱われる。ＤＳＰは信号を４つの信号ストリームに分割する。各ストリームは、面を通過する際に周回する音源が経験したであろう音響レベルに相当する振幅包絡線を付与するように変調される。仮想的な周回音源が聴き手に向けられたならば、ＤＳＰはボックス１３００の前面の変換器１３０１、１３０２、１３０５を駆動する最大信号に増幅器を送信する。変換器１３０１、１３０２は中音域周波数用のホーン型変換器である。変換器１３０５は高周波数用のホーン型変換器である。仮想的な音源が周回すると、ボックス１３００の右面の右変換器１３０３、１３０４が高レベルで駆動され、前変換器１３０１、１３０２、１３０５への駆動が低減される。

上記２つの状況の間で、仮想的な周回音源がボックスの角を向いているとき、前および右変換器１３０１、１３０５、１３０３への駆動は均等であり、通常は低出力レベルであるため、ボックスの角を向く単独の変換器と同様に聞こえる。実際の音源は真円を描いて周回するため、このプロセスはある変換器から次の変換器まで音響パワーを伝達し続ける。これは電子式周回スピーカの動作の非常に簡単な説明である。音楽的効果を向上させる多数の要因は、引用出願においてより詳細に説明されており、以下簡単に説明する。

周回スピーカ効果の成功に欠かせないのが、音響変換器の放射パターンである。該パターンは、実際の音源が周回する際に音声が様々な方向に放散されるという所望の効果を提供するように狭くなければならない。変換器が非常に広い放射パターンを有する場合、スピーカがどこを向いていようと音声にほとんど変化がない。４面を有する電子式周回スピーカにとって理想的な変換器パターンは、約９０度の広さの単独ビームであろう。しかしながら、実際の変換器は全周波数に対して単独の放射パターンを備えていない。高周波数は極狭パターンを有する傾向にあり、低周波数では、パターンはほぼ無指向性になるまで幅広になる。この効果は変換器の寸法に左右される。約１波長の有効径を持つ変換器が、理想的な９０度パターンを生成する。

音声波長式
波長＝３４４／ｆ
ｆはヘルツ
波長はメートル

例示の実施形態１３００は、簡易だが効果的に周回音源効果を低周波数まで拡張した、中音域周波数の音声放射パターンの改善例を示す。標準的な１５０ミリメートル径の単独のホーン型変換器１３０１に段落００７２の式を適用すると、変換器は２２９３ヘルツ未満の指向性を失う。中心から中心まで０．７５メートルの距離をおいて第２の同一の変換器１３０２を追加することによって、直線アレイが確立される。水平放射パターンの有効径を算出すると０．７５メートルとなり、低周波数でのパターンが相当狭くなる。適切な指向性放射パターンは４５８ヘルツまで維持されて、簡易だが効果的に周回音源効果を音楽スペクトルの中間まで拡張するであろう。このスキームは、右面の直線アレイを構成する変換器１３０３、１３０４を備えた各面にも拡張される。

従来の機械式周回スピーカは、高周波数で音声放射パターンを広げるためにホーンの口に偏向板を装着することが多い。ミュージシャンはよく偏向板および／またはキャビネットの一部を外し、様々な楽音を達成する。電子式周回スピーカシステムでは、ＤＳＰは特定の変換器専用の周波数帯域を副帯に分割し、各副帯に対して異なる振幅包絡線で信号を変調して、副帯間の音声放射パターンを均等にすることができる。もしくは、振幅包絡線は、副帯間の放射パターンの差を強調するように選択することができる。演奏者の制御下でそうすることによって、電子式周回スピーカシステムは従来の周回スピーカと異なるモデルおよび構造または変形の音声を模すことができる。

従来の機械式周回スピーカを２つ使用するのを好む演奏者もいる。各スピーカの各ロータがわずかに異なる速度で回転することで、トレムラント効果に非常に複雑な変化が生じる。電子式周回スピーカシステムのＤＳＰは異なる速度で動作する複数の振幅包絡線を使用して、この複雑なトレムラント効果を発揮させることができる。反響効果を付与する遅延を振幅包絡線毎に異ならせて、実際のロータが様々な物理的位置に配置されるような錯覚をもたらす。

機械式周回スピーカは、ロータがブレーキによって停止され、変換器が前を向いて非周回構造において最大音響レベルを生成するという特徴を有することが多い。電子式周回スピーカのＤＳＰは、事実上の周回を停止する命令の受信後、事実上の変換器が前面の中心に到達し、その地点で振幅包絡線に関係なく停止して振幅を最大限に増加させるまで現行の周回を継続することができる。事実上の周回変換器が加速または減速するにつれ、振幅包絡線はトレムラント効果を強調するように変更することができる。

変換器の寸法は、電気信号を音声に変換する効率にも影響を及ぼす。小型変換器は高周波数で良好に機能し、大型変換器は低周波数の長波長を再現するのに必要とされる。電気信号は交差ネットワークによって各変換器に適した帯域に分割することができ、各変換器は自らが良好に再現できる信号でのみ駆動される。別個の変換器によって再現されるまで音楽スペクトルを分割することは、周波数に伴う放射パターンの変動にも役立つ。小型変換器は高周波数でのみ狭放射パターンを維持する。大型変換器は低周波数で狭放射パターンを生成するが、超大型変換器は最低音楽周波数では無指向性となる。

この様々な寸法の変換器を使用する必要があるという問題は、電子式周回スピーカに限ったことではない。最適な機械式周回スピーカは、回転高周波変換器とそれとは別の回転低周波変換器とを使用する。音楽的効果を深めるため、２つの変換器は通常、反対方向に回転させられる。

別の例示の実施形態の電子式周回スピーカは、ボックスの４面のそれぞれに高周波変換器と１つ以上の低周波変換器とを使用する。各変換器または変換器アレイは関連する増幅器を有する。ＤＳＰは入力信号を、高周波変換器用の帯域と低周波変換器用の帯域である、交差機能を実行する２つの周波数帯域に分割する。次いで、ＤＳＰは各帯域の信号を、ボックス各面の各変換器に対して４つの信号ストリームに分割する。２セットの４つの信号流はそれぞれ関連する増幅器に結合される。周回は上述したのと同一の振幅包絡線方法によって付与される。この場合、高周波セットは１方向に周回し、低周波セットは任意で反対方向に周回する。

図１３をさらに説明すると、電子式周回スピーカ１３００が、各面の中心に搭載されるホーン型変換器１３０５と一対のホーン型変換器１３０１、１３０２とを備え、前面装填ホーンが各面の端部に位置する。この構造の詳細を図１４に示す。ホーン型変換器１３０５は、最高周波数帯域にとって望ましい狭音声放射パターンを生成する。同一信号によって駆動される一対のホーン型変換器１３０１、１３０２は、直線アレイとして動作して単独の大型変換器の効果を発揮する。このため、中域周波数に適した音声放射パターンが生成される。

音響変換器１３０１、１３０２は、変換器バッフル、キャビネットの壁、隔壁１３１０から成る前面装填ホーンの背後に位置する。この配置により、最広スピーカアレイの場合に各変換器の音声放射の中心をキャビネットの縁部に近づけることができ、変換器の効率が向上する。

図１４は、高出力の電子式周回スピーカユニットの構造の二次元図１４００、１４５０である。上面図１４００では、内部構造を示すためにボックスの上部を取り除いている。４面は、前面装填ホーン空間１４０１の１つの壁を形成する、対角線１４０２上の壁によって分割される。各ホーン型変換器１４０３は、前面装填ホーン１４０１の反対壁を形成するバッフルに搭載される。ホーン型変換器１４０４は各面の中心に搭載される。ホーン周囲の内部空間は電子モジュール１４０５、１４０６用に使用される。前面図１４５０は、内部構造を示すために前面パネルを取り外している。

クラスＤ電力増幅器は、９０％を超える効率で高出力を実現することによりヒートシンク寸法を低減し、換気要件を満たす。中間出力のクラスＤ増幅器が単独の集積回路パッケージで非常に経済的に入手可能である一方、高出力増幅器は最小限のコンポーネントの寸法および数で構成することができる。スイッチモード電源は大型で重い５０／６０Ｈｚ電源変圧器を必要とせず、高効率で動作する。このため、各ホーン型変換器用とホーン型変換器の各対用に複数の増幅器を備えることが現実的である。超高出力用途では、冷却を考慮して電子機器を変換器キャビネットの外部に搭載し駆動させることができる。信号プロセッサ機能はスピーカキャビネットや、電力増幅器を含む別個の電子機器パッケージの一部に組み込むことができる、あるいは単独の物理的ユニットまたは相互接続ユニットとすることができる。信号プロセッサ機能は、増幅器および音響変換器に接続される標準的な演算装置によって実行することができる。演算装置は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、またはその他の演算装置とすることができる。

図１５は、中間周波数用のホーン型変換器１５０２と、高周波数用のホーン型変換器１５０１と、低周波数用の線路レベル出力１５１５とを備えた電子式周回スピーカにおいて外部サブウーファーへ送られる信号の流れを示す。この各周波数帯域向けに変換器の種類を特定することで、所望の効果を生む音声放射パターンのマッチングが向上する。ホーン型変換器１３０２は明瞭化のため、単独の変換器として示す。通常、２つ以上の変換器が直接アレイ状に採用されて、空間効果をもたらすのに必要な緊密な音声放射パターンを生成する。

線路レベル音響信号は、音源、典型的には楽器によって機器入力１５１０に供給される。信号はＤＳＰ１５２０によって処理されて、ユニットの各面の駆動に使用される４対の信号に分割および変調されて周回効果をもたらす。４つの信号は中間周波数に関してはＤＳＰによって帯域濾波され、高周波数に関しては高域濾波される。中間周波数用と高周波数用の信号対が各面を駆動する。各面は、一対のホーン型変換器１５０２を駆動する専用の電力増幅器１５３１と高周波数ホーン変換器１５０１を駆動する第２の電力増幅器１５３０とを有する。線路レベルサブウーファー出力１５１５はＤＳＰによって濾波され、大型変換器による増幅のために帯域周波数信号がサブウーファー（図示せず）まで通過する。

ＰＡ入力１５１１はステレオ対であり、同様であるが別々にＤＳＰによって分割および処理されて、増幅器への９つの出力のそれぞれにおいて合計される。ステレオ対の右チャネルと左チャネルは異なるゲインでスピーカの面に合計されて、所望のステレオ効果を発揮する。

制御入力１５１２は１つ以上の種類であってもよいし、複数の種類を特定の実施形態に組み込んでもよい。１つのインタフェースは、高速および低速用の別々の信号と回転を停止するブレーキとを備えた既存の一般的な機械式周回スピーカを模すことができる。その他の制御入力は楽器用デジタルインタフェース（ＭＩＤＩ）プロトコルを使用して、高周波チャネルと中周波チャネルのそれぞれに対する高速および低速、停止、速度変化、事実上のロータの加速と減速、交差周波数、包絡線プロファイル選択（後述する）、歪み効果閾値、その他の多数のパラメータを含むがそれらに限定されない各種パラメータを制御することができる。ＭＩＤＩインタフェースはＭＩＤＩ信号定義を使用する、あるいは多くの楽器と同様にユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を介して実現することができる。

基本的な周回スピーカ効果は、スピーカ筐体の各面と振幅において入力信号を１つの経路に分割し、該経路を別々に変調して音声を真円で描くことによって発揮される。音声は、信号路に適切な振幅包絡線を与えることによって物理的に移動させられる。外観上の音源と円の方向を物理的に変更するプロセスによって、音声の振幅と周波数の両方が調節される。振幅変調は図１６に示すような振幅包絡線として表すことができる。

図１６は、４面スピーカ筐体またはキャビネット用の簡易なセットの振幅包絡線を示す図である。縦軸は信号への振幅減衰を表す。横軸は回転段階を表す。例示の本実施形態では、円が２５段階に分割される。ＤＳＰは段階をカウントし、最後に先頭に戻る。カウント０で、前面の変換器の信号は半分の音量となり、残りのすべての信号は完全に減衰される。段階が進むと共に、前面信号は最大音量まで増大し、その後減衰される。左面信号は増大される。段階５０で、前面信号は完全に減衰され、左面信号は最大音量となる。このプロセスは、カウントがカウント０と同じ状態である２５６に達するまで継続される。

このプロセスは、音声の周回毎に繰り返される。低速効果は「コラール」と呼ばれ、通常は４５ＲＰＭで周回する。高速効果は「トレモロ」と呼ばれ、約４００ＲＰＭで周回する。いくつかのモデルの機械式周回スピーカは、周回速度を変更する複数のプーリを有するが、変更を行うのにキャビネットの分解を必要とする。電子式周回スピーカでは、複数の周回速度が利用可能であり、外部制御入力を介して変更される。同様に、外部制御入力は、異なる周回効果のために複数の振幅包絡線の選択を提供する。

反対方向に周回させるには、カウントをインクリメントする代わりにデクリメントする。これらの振幅包絡線を生成するため、ルックアップテーブルを使用する、あるいは包絡線の値をリアルタイムで算出することができる。ルックアップテーブルの場合、１回転は包絡線のうちの１つの区間、段階０〜段階６４によって表すことができる。円の残りは単純にモジュロ演算によって、曲線の正また負の傾斜に沿ってルックアップテーブルポインタを上下にインクリメントすることによって求めることができる。包絡線の形状は、偏心回転するホーンを模すように非対称とすることができる。ルックアップテーブルの実施例は、任意の包絡線形状を生成するのに理想的である。包絡線ルックアップテーブルのステッピング速度は、機械式周回スピーカに固有の緩んだ、あるいは摩耗したベルトおよび／またはプーリなどの変化を模すように変動させることができる。

音響変換器の物理的構造は周回スピーカ音を生成するうえで重要であるが、電子素子が、柔軟な音声再生システムに取って望ましい高レベルの制御および変動を提供することができる。本願に開示する効果は様々な技術を用いて実現することができるが、ＤＳＰが強力かつ費用効率が高い。この例示の実施形態では、信号路の構成要素を実現するソフトウェアを埋め込んだＤＳＰに関して以下説明する。

図１７は、簡略化されたＤＳＰ信号フロー図１７００である。これらの特徴はソフトウェアとして実現することができるため、本発明を変更せずに、変更する、異なる順序をとる、別の特徴を追加することができる。主要な機器入力はコネクタ１７１０で供給される。プレゲイン補正１７１１、真空管エミュレータ１７１２、ポストゲイン補正１７１３は、１７１０で信号入力に増幅器歪みエミュレーションを任意で導入する。この増幅器エミュレーションは第二高調波の豊富な歪みの形状を取り、オーバードライブクラスＡ前置増幅器を模し、第三高調波の豊富な歪みと穏やかな圧縮の形状を取り、電力増幅器オーバードライブを模す。周波数成形とキャビネット由来の共鳴とを追加することによって、このステージでスピーカキャビネットエミュレーションを導入することもできる。コンプレッサ／リミッタ機能１７１４は、オーバードライブＤＳＰからの音量ピークを制限する目的に供する。この効果は、入力信号の動的範囲を圧縮して音を大きくする、あるいは、音楽ピークがＤＳＰにおいてクリップされるまで動的範囲に圧縮をかけず、クリッピングを避けるのに十分な圧縮しかかけないように調節することができる。

次に、信号は高域フィルタ１７１５、帯域フィルタ１７１６、低域フィルタ１７１７によって周波数帯域に分割される。高域フィルタ１７１５からの信号はツイーターに供給され、帯域フィルタ１７１６からの信号は中音域変換器に供給され、低域フィルタ１７１７からの信号はサブウーファーに接続される線路レベル出力へと送られる。ＰＡまたは交互機器入力１７２０、１７２５からの信号は類似セットの信号機能ブロックを介して送られるが、歪みモデルや交差周波数などのパラメータは機器入力チャネル１７１０と異ならせることができる。各信号路には反響エミュレーションブロック１７３０が設けられる。スピーカの面全体にわたって反響エミュレーションを分割することによって、代表的な前向きステレオ音響システムに欠けていた反響効果の空間的側面が導入される。左チャネル、右チャネル、後チャネル用の信号は異なる遅延を有し、部屋の反射のために異なる方向から聴き手に届く。これは、さらに広い部屋の効果をより適切に模倣するものである。また、ツイーターと中音域信号路は別々に扱われて、周波数依存の側面を効果に追加する。

本実施形態では、機器入力からの信号は、振幅包絡線処理１７３５を介して送られるように示され、ＰＡチャネル１７２０、１７２５は任意で機器包絡線処理または別のセットの包絡線プロセッサ（図示せず）を介して送ることができる。

その後、包絡線プロセッサからの信号出力は信号ミキサーに送られ、次に図１５に示すような適切な増幅器と音響変換器に送られる。包絡線プロセッサ１７３５からの信号出力は前ツイーターと対応付けられるミキサー１７４０に接続され、低域フィルタからの信号は直接サブウーファー信号ミキサー１７４５に送られ、次にサブウーファー増幅器と変換器に送られる。任意で、第９の包絡線プロセッサをサブウーファー路に追加することができる。サブウーファー包絡線は中音域と同期させる、あるいは中音域と全く異ならせて、独自の速度および効果深度パラメータを有する第３の周回音響変換器を模すことができる。

左１７２０と右１７２５のステレオ対であるＰＡ入力から始まって、上述したようにコンプレッサ／リミッタ機能１７２１と交差フィルタ１７２２、１７２３、１７２４が設けられる。ＰＡチャネルの交差周波数は機器チャネルの交差周波数と異ならせることができる。具体的には、機器−信号路の交差周波数は、図１３を参照して説明したような狭声放射パターンを提供するように選択される。ＰＡ信号路は、中音域とツイーターの狭放射パターンを回避する高交差周波数を有し、スピーカシステムの面間のより円滑な重複を達成することができる。

最低周波数は明白な指向特性を持たないため、左ＰＡチャネルと右ＰＡチャネルの両方からの低域フィルタ１７２４の信号はサブウーファーミキサー１７４５に送られる。左ＰＡチャネルと右ＰＡチャネルの両方からの高域フィルタ１７２および中音域フィルタ１７２３の信号は、別々にミキサー１７４０に送られる。これらのチャネルは、増幅器およびスピーカキャビネット効果、反響、振幅包絡線のための信号処理ブロック（図示せず）をさらに有する。

ＰＡチャネルが組み合わされる前に、信号をスピーカシステムの適切な１面または複数面に方向付けることによって適切にステレオイメージを配置する個々のゲイン補正を設けることができる。簡易な例では、高域フィルタ１７２２からの左ＰＡツイーターチャネルは、ゲイン補正１７４１でフルゲインで左ツイーター出力ミキサーまで送られる。右チャネル高域信号は、ゲイン補正１７４３を通って右ツイーター出力ミキサーまで送られる。交差フィルタ１７２３からの左チャネル中音域信号はゲイン補正１７４２でフルゲインで送られ、右チャネル信号はゲイン補正１７４４でフルゲインで右中音域出力ミキサーまで送られる。この単純な例では、その他のすべてのゲイン補正は最低設定に設定され、信号を遮断する。より広い到達範囲が望まれる状況では、信号は低ゲインで前面と後面に送ることができる。これは、聴衆が演奏者を囲んでいる場合に特に有益である。

図１８は、電子式周回スピーカに追加されるセレスト特徴の機能を概略的に示す。電子式周回スピーカのその他の特徴と機能は明瞭化のために省略する。電子セレスト特徴は、上述のその他の電子効果の前または後に挿入することができる。セレスト特徴はＤＳＰまたは汎用コンピュータ内のソフトウェア、プログラミング論理、専用論理として、あるいはアナログ回路または上記要素の組み合わせによって実現することができる。遅延線路は、ＤＳＰまたは汎用コンピュータのメモリに、デジタル手段、アナログ手段、機械または音響遅延素子に連結される変換器、または遅延信号に利用可能なその他の手段によって実現することができる。

電子セレスト１８００は、入力１８０１、包絡線ジェネレータ１８０７、可変遅延線路１８１０、１８１１、１８１２、１８１３、増幅器１８２０、１８２１、１８２２、１８２３、音響変換器１８３０、１８３１、１８３２、１８３３から成る。

１例の可変遅延線路１８１０、１８１１、１８１２、１８１３は、ＤＳＰメモリ内の円形バッファとして実現される。通常、アナログ信号は、ナイキスト基準を満たすように処理される信号の最高周波数の２倍以上のレートでサンプリングされる。使用される一般的なサンプリングレートは、２４ビットの精度で秒当たり４８キロサンプルである。サンプルは、ＤＳＰに接続されるランダムアクセスメモリの領域に記憶される。ＤＳＰは、アナログから変換されるときに新たなサンプルをバッファに書き込む。アドレスポインタは、最新サンプルが記憶された場所を追跡するために使用される。第２のアドレスポインタは、先に記憶されたサンプルを指し示すように配置される。新たなサンプルが記憶されるたび、両ポインタがインクリメントされる。メモリ領域が何度も繰り返して使用されて果てしない円に見えるように、ポインタをインクリメントするときにモジュロ演算が使用される。第２のアドレスポインタは、新たなサンプルが記憶されるたびにインクリメントされることに加えて、バッファに記憶されるサンプルとバッファから取得されるサンプル間の遅延を変動させるように調節することもできる。この遅延は０〜数ミリ秒とすることができる。

変動する遅延による不連続な音波形状が原因で生じるジッパーノイズとして知られる音声アーチファクトを回避するため、可変遅延線路はオーバーサンプリングして、遅延バッファアドレス間の有効な遅延差を小さくすることができる。オーバーサンプリングのため、入力サンプルは実際のサンプル間にゼロ値サンプルを導入することができ、その結果を低域濾波して、内挿された中間サンプルを生成する。遅延バッファは、オーバーサンプリング係数によって大きくしなければならない。もう１つの技法は、断片的な遅延線路の使用によって、出力アドレスポインタがバッファから一対のサンプル間に挿入するのに使用する断片部分を有することである。オーバーサンプリングと断片的遅延線路法とを組み合わせて、ジッパーノイズをさらに低減することができる。

４８Ｋｓｐｓのサンプリングレートを仮定すると、最大遅延が３ミリ秒の遅延線路を実現するには、１４４サンプル以上のバッファ長が必要となる。秒当たり３４０メートルの音速を用いると、この遅延は最大周回スピーカキャビネットの幅である１．０２メートルの距離を表す。５ミリ秒を超える遅延はセレスト効果の代わりに反響として聞こえ始めるため、長時間の遅延は避けるべきである。３ミリ秒の遅延は、セレスト効果を妥当に発揮させることのできる最低周波数１６６．６ヘルツで１８０度の位相シフトを表す。上記の大きさと性能は、一般的に使用される機械式周回スピーカと近似する。

楽器またはその他の音源からの信号は入力１８０１で導入される。該信号は４つの方向に分割され、４つの可変遅延線路１８１０、１８１１、１８１２、１８１３に結合される。各可変遅延線路の出力は対応する増幅器１８２０、１８２１、１８２２、１８２３の入力に連結される。各増幅器の出力は１つ以上の音響変換器１８３０、１８３１、１８３２、１８３３に連結される。各信号路の振幅は上述したように周回効果をもたらすために変調されるが、明瞭化のため図示しない。各信号路の遅延は変動させられ、包絡線ジェネレータ１８０７によって制御される。包絡線ジェネレータは、遅延線路毎に別の包絡線を生成する。包絡線は形状は同一であるが、相互に位相がずれている。４面キャビネットの場合、位相は通常、９０度ずつずれている。包絡線ジェネレータは、図１６に示すように振幅変調を駆動するのに使用される包絡線ジェネレータと同様に動作する。

周回用の包絡線ジェネレータとセレスト用の包絡線ジェネレータは同期して動作させてもさせなくてもよく、楽器の音にさらに変化と深みを加えることができる。また、遅延包絡線は、ホーンの偏心回転を模すように非対称とすることもできる。遅延包絡線は直線のように単純にすることで、出力アドレスポインタを遅延バッファ全体にわたって一定レートで前後に掃引させる三角波を生じさせることができる。遅延包絡線は図１６に示すような複雑な形状またはその他の任意の形状を取ることができる。

セレスト効果を生む遅延の長さと深さが回転変換器とキャビネットの物理的構成において固定される機械式周回スピーカとは異なり、電子式周回スピーカでは、セレスト効果はミュージシャンの制御下で各種パラメータに応じて動作するようにプログラミング可能な信号プロセッサにおいて実現される。遅延包絡線は、出力アドレスポインタをインクリメントおよび／またはデクリメントして遅延を増減させることによって生成することができる。異なる遅延包絡線は、異なるルックアップテーブルをアドレス指定する、あるいは数学関数を単独のルックアップテーブルに適用することによって選択することができる。遅延包絡線は、数学関数、あるいは周期的または非周期的波形を生成し得るその他の方法によって生成することができる。ユーザインタフェースは、上述のパラメータの一部または全部を変更するように信号プロセッサに命令する電子式周回スピーカの一部として実現することができる。電子セレストのパラメータと電子式周回スピーカのパラメータは、コンピュータやその他の楽器などの外部装置によって制御することができる。外部制御は、ＵＳＢまたはその他の通信媒体によってＭＩＤＩまたはＭＩＤＩなどの音楽業界で標準的なインタフェースを介して伝達することができる。

図１９は、電子式周回スピーカの動作中の１セットの条件を示す。図１９は、電子式周回スピーカ１９０１、部屋の壁１９０７、１９０８、聴き手１９０６を示す概略上面図１９００である。周回効果の振幅包絡線は、音量を左面１９０２で最大に設定したと仮定する。音声は側面１９０２の変換器から発せられ、壁１９０８に反射して経路１９１１を介して移動し、聴き手１９０６に至る。これは、回転ホーンが位置１９０２に最も近くなるときの機械式周回スピーカを模している。電子式周回スピーカでは、減衰し遅延した信号はスピーカの右面１９０３の音響変換器に結合される。遅延は、位置１９０２でのホーンからの音がキャビネットの幅にわたって移動し、キャビネットの右面１９０３の音声ポートを出ることを模している。この音源からの音声は経路１９１０を介して移動し、壁１９０７に反射して聴き手１９０６に至り、そこでキャビネットの右面からの音声とキャビネットの左面からの音声とが結合される。

２つの経路を介する音声は、図８に示す櫛形フィルタ効果を増幅することもあれば、邪魔することもある。スピーカ配置、壁、音声経路は分かりやすいように対称的に図示している。２つの音声経路の絶対位相ではなく相対位相のみが重要であるので、配置や位置は重要ではない。音源が周回するにつれ、各経路の遅延は相互に対して増減し、櫛形フィルタのフレアとフェードを生じさせて周波数を移動させ、移動セレスト効果をもたらす。周回スピーカはステレオ音声ステージに左右されないため、周回スピーカからのセレスト効果は部屋のどこででも享受される。

図２０は簡略化した電子セレスト効果の概略図である。調音テストが実証するように、必ずしも４つの別々の遅延が必要ではない。２つのみの遅延でのセレスト効果と周回効果との組み合わせは、豊かな音楽体験を提供する。楽器またはその他の音源からの信号は２００１で導入される。信号は分割され、２つの可変遅延線路２０１０、２０１２の入力に結合される。可変遅延線路２０１０の出力は分割され、２つの増幅器２０２０、２０２３の入力に結合される。各増幅器出力は関連する音響変換器または変換器２０３０、２０３３に結合される。同様に、可変遅延線路２０１２の出力も分割され、２つの増幅器２０２１、２０２２に結合され、次いで関連する音響変換器２０３１、２０３２に結合される。各可変遅延線路２０１０、２０１２の遅延は、オフセット位相で２つの遅延包絡線を生成する包絡線ジェネレータ２００７によって制御される。

図２１は、電子セレスト効果２１００の例示の実施例をさらに簡略に示す。ここでは、単独の可変遅延線路を使用する。しかしながら、可変遅延線路は、個別に変化させることのできる２つ以上の出力を有する。入力と出力間の遅延を制御するアドレスポインタを備えたＤＳＰメモリ内で実現されるデジタル遅延線路に関して説明するが、本発明を逸脱せずに任意の実施形態の遅延線路を使用することができる。

楽器またはその他の音源からの信号は入力２１０１に導入され、圧縮、サンプリング、濾波、変調されて、周回効果、および明瞭化のため図示しない任意のその他の効果を発揮する。音声信号を表すサンプルは可変遅延線路２１１０に結合され、そこでサンプルがメモリに記憶される。図１８に示すようにアドレスポインタがモジュロ演算でインクリメントされる間、入力アドレスポインタはサンプルの位置を特定する。この構造が先の説明と異なるところは、２つ以上の出力アドレスポインタが設けられて異なる遅延を有する複数の出力が生じる点である。本例では、遅延包絡線ジェネレータ２１０７は１つの出力アドレスポインタを制御して遅延信号を結合し、その後で遅延信号が分割されて２つの増幅器２１２０、２１２３に結合される。これらの増幅器２１２０、２１２３はそれぞれ関連する音響変換器２１３０、２１３３に接続される。遅延包絡線ジェネレータ２１０７は、第１の包絡線位相からシフトされ第２の出力アドレスポインタを制御して、可変遅延線路２１１０から第２の出力を生成する第２の包絡線位相を提供する。これらの２つの出力アドレスポインタは遅延バッファを前後に掃引し、可変遅延でサンプルを読み出す。一方の出力の遅延が最大であるとき、通常、他方の出力の遅延は最小であり、逆の場合も同じである。可変遅延線路２１１０は任意でより多くの出力、たとえば４つの出力を備えるように構成できるため、４つの増幅器／音声変換器対はそれぞれ、２つの出力可変遅延線路に対してほとんど複雑さを加えることなく独自の遅延を有する。

上記の説明から分かるように、電子セレストを有する電子式周回スピーカは、輸送しやすさ、拡張性、高音響レベル出力、変更しやすい特徴、独自の特性を備えた２つ以上の音響システムでの動作などの多くの利点を備えつつ、従来の周回スピーカの豊かで刺激的な音を奏でる。

当業者であれば、本願に開示の例示の実施形態と併せて説明される例示の各種論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組み合わせとして実現可能であることを認識するであろう。このハードウェアとソフトウェアの互換性を明瞭に説明するため、様々な例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、ステップを機能の点から概略的に説明した。こうした機能がハードウェアとソフトウェアのどちらで実現されるかは、システム全体に課せられる具体的な用途と設計要件に左右される。当業者であれば、具体的な用途毎に異なる方法で説明した機能を実現できるであろうが、このような決定は本発明の例示の実施形態の範囲を逸脱するものと解釈すべきではない。

本願に開示の例示の実施形態と併せて説明される例示の各種論理ブロック、モジュール、回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはその他のプログラマブル論理装置、ディスクリートのゲートまたはトランジスタ論理、アナログ回路、ディスクリートのハードウェアコンポーネント、真空管、または本願に記載の機能を実行するように設計されたそれらの組み合わせとして実現する、あるいはそれを用いて実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械でもよい。プロセッサは、演算装置の組み合わせ、たとえばＤＳＰと、ＤＳＰコアと併せたマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、１つ以上のマイクロプロセッサ、またはその他の構造との組み合わせとして実現することができる。

本願に開示する例示の実施形態と併せて説明する方法またはステップのアルゴリズムは、直接ハードウェアに、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールに、または両者の組み合わせに盛り込むことができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的にプログラム可能なＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、または当該技術において既知なその他の形状の記憶媒体に常駐させることができる。例示の記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み出す、および情報を記憶媒体に書き込むことができるようにプロセッサに接続される。もしくは、記憶媒体はプロセッサと一体化させることができる。プロセッサと記憶媒体はＡＳＩＣに置くことができる。ＡＳＩＣは電子セレストを備えた電子式周回スピーカに置くことができる。もしくは、プロセッサと記憶媒体は、電子セレストを備えた電子式周回スピーカの独立したコンポーネントとして置くことができる。

１つ以上の例示の実施形態では、記載される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせで実現することができる。ソフトウェアで実現される場合、機能は１つ以上の指示またはコードとしてコンピュータ可読媒体に記憶する、あるいはコンピュータ可読媒体上で送信することができる。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を簡易化する任意の媒体を含め、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータからアクセスできる任意の利用可能な媒体とすることができる。たとえば、限定ではないが、上記コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈ、ＣＤ、ＤＶＤ、またはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、またはその他の磁気記憶装置、あるいは指示またはデータ構造の形状で所望のプログラムコードを担持または記憶するのに利用でき、コンピュータからアクセス可能であるその他の媒体を備えることができる。また、任意の接続もコンピュータ可読媒体と称することができる。たとえば、ソフトウェアが同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイステッドペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術を用いてウェブサイト、サーバ、またはその他の遠隔ソースから送信される場合、共軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイステッドペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術は媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスクは、コンパクトディスク（ＣＤ）、光ディスク、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ブルーレイディスクを含み、通常ディスクは磁気的にデータを再生する一方で、レーザまたはＬＥＤを用いて光学的にデータを再生する。上記の要素の組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲に含めるべきである。

開示した例示の実施形態の上述の説明は、当業者が本発明を実行または使用することができるように提示される。これらの例示の実施形態の変更は当業者にとっては容易に自明となるであろう。本願に定義する一般的原理は、発明の精神または範囲を逸脱せずに他の実施形態にも適用することができる。よって、本発明は、本願に示す例示の実施形態に限定されることを意図せず、本願に開示する原理および新規な特徴と整合する最大範囲に一致する。

Claims (16)

1. 音声を別々の方向に向ける複数の音響変換器と、
   前記音響変換器と動作可能に接続される複数の増幅器と、
   前記増幅器と動作可能に接続される電子信号プロセッサと、
   を備える音声増幅修正装置であって、
   前記信号プロセッサが、音声信号を受信し、該信号を複数の信号に分割し、各分割信号を別々の振幅包絡線で変調し、各変調信号を前記増幅器のうちの１つ以上に接続するように構成され、
   前記信号プロセッサがさらに、音源を周回させるように前記分割信号を変調するように構成され、
   前記信号プロセッサがさらに、前記複数の音響変換器から出る音声の各々が、機械式周回スピーカにおける音源周回に伴う音声経路差の変化に応じた遅延を模するように、前記分割信号の各々を別個の包絡線によって駆動される別個の遅延線路によって遅延させるように構成された、音声増幅修正装置。
2. 前記信号プロセッサが、遅延包絡線ジェネレータおよび周回用の包絡線ジェネレータを備え、当該遅延包絡線ジェネレータが、周回用の包絡線ジェネレータと同期している請求項１の装置。
3. 前記信号プロセッサが、遅延包絡線ジェネレータおよび周回用の包絡線ジェネレータを備え、当該遅延包絡線ジェネレータが、周回用の包絡線ジェネレータと同期していない請求項１の装置。
4. 前記各分割信号の遅延が５ミリ秒未満である請求項１の装置。
5. 前記遅延包絡線が非対称である請求項１の装置。
6. 複数のセレスト効果を生じさせるように前記分割信号を遅延させる請求項１の装置。
7. 前記信号プロセッサがさらに、
   前記第１の音声信号と異なる第２の音声信号を受信し、
   前記第２の信号を複数の信号に分割し、
   各分割信号を任意で変調し、
   各分割信号の一部を任意で遅延させ、
   各分割信号を前記増幅器のうち１つ以上に接続する、請求項１の装置。
8. 演奏者がセレスト効果の速度、セレスト効果の深度、セレスト効果の加速、セレスト効果の減速、セレスト効果の無効のパラメータのうち少なくとも１つを制御できる請求項１の装置。
9. セレスト効果の速度、セレスト効果の深度、セレスト効果の加速、セレスト効果の減速、セレスト効果の無効のパラメータのうち少なくとも１つを制御できる外部装置を有するように構成された、請求項１の装置。
10. 前記電子式周回スピーカが、接続された複数の物理的装置から成る請求項１の装置。
11. 前記信号プロセッサ機能または前記信号プロセッサ機能の一部が別の演算装置によって実行される請求項１の装置。
12. 前記音響変換器の方向の数が２以上である請求項１の装置。
13. 前記音響変換器の方向の数が３以上である請求項１の装置。
14. 前記音響変換器の方向の数が４以上である請求項１の装置。
15. 音声を別々の方向に向ける複数の音響変換器と、
    前記音響変換器と動作可能に接続される複数の増幅器と、
    前記増幅器と動作可能に接続される電子信号プロセッサと、
    を備える音声増幅修正方法であって、
    前記信号プロセッサが、音声信号を受信し、該信号を複数の信号に分割し、各分割信号を別々の振幅包絡線で変調し、各変調信号を前記増幅器のうちの１つ以上に接続し、
    前記信号プロセッサがさらに、音源を周回させるように前記分割信号を変調し、
    前記信号プロセッサがさらに、前記複数の音響変換器から出る音声の各々が、機械式周回スピーカにおける音源周回に伴う音声経路差の変化に応じた遅延を模するように、前記分割信号の各々を別個の包絡線によって制御される別個の遅延によって遅延させる、音声増幅修正方法。
16. コンピュータ可読記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、
    前記コンピュータ可読記憶媒体には、信号プロセッサを音響増幅および変調のための装置として機能させるコンピュータプログラムが記憶されており、当該コンピュータプログラムは、
    信号プロセッサによって音声信号を受信し、該信号を複数の信号に分割し、別々の振幅包絡線で各分割信号を変調し、各変調信号を１つ以上の増幅器に接続するコードと、
    複数の増幅器による該信号の増幅を制御するコードと、
    複数の音響変換器によって音声を別々の方向に向けるコードと、
    音源を周回させるように前記分割信号を変調するコードと、
    前記複数の音響変換器から出る音声の各々が、機械式周回スピーカにおける音源周回に伴う音声経路差の変化に応じた遅延を模するように、前記分割信号の各々を別個の包絡線によって制御される別個の遅延によって遅延させるコードと、
    を備える、コンピュータプログラム製品。

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