KR101813557B1 - 디지털 음악의 표현적 특성을 개선하는 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 음악의 표현적 특성을 개선하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

손가락이 아직 접촉되지 않았으나 근접하는, 그리고 키를 또는 키 사이의 공간을 접촉하고 떠나는 동안의 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하는 정전용량 센서의 사용을 통해 개선된 표현적 특성을 가지는 디지털 음악 만들도록 직접적으로 동적인 움직임을 포착하기 위한 장치 및 방법이 개시된다.

Description

디지털 음악의 표현적 특성을 개선하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD TO ENHANCE EXPRESSIVE QUALITIES OF DIGITAL MUSIC}
본 발명은 디지털 음악 악기에 대한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 개선된 표현적 특성으로 음악을 만드는 디지털 음악 악기에 대한 것이다.
음향 악기는 악기 자체의 소재, 구조 및 장인정신(artisanship)에서 비롯되는 소리와 음악을 만든다. 음향 악기는, 경험이 풍부한 연주자의 손에서, 음악 용어로는 텍스처, 음색, 아티큘레이션(articulation) 및 강약(dynamics)의 면에서, 또는 그들의 표현된 뉘앙스, 정교함, 감정 또는 심지어 음악을 사랑하는 그들에 의해 인식되는 영감의 면에서, 높은 표현적 특성으로 소리와 음악을 창작할 수 있다.
반대로, 디지털 악기는 소리와 음악의 디지털 라이브러리로부터 검색되고 합성되는 소리와 음악을 만든다. 수 십 년의 노력에도 불구하고, 디지털 악기는 상당한 음향 악기의 표현적 특성을 보유할 수 없었다. 디지털 악기에 의해 창작된 음악은 많은 노력으로 증진될 수 있다는 것은 분명하다. 예를 들어, MIDI 데이터는 연주되는 소리에 잔향(reverb), 코러스(chorus), 지연, 트레몰로(tremolo)와 같은 디지털 효과를 추가하는데 사용될 수 있다. 그러나, 버튼은 그 효과가 활성화되거나 비활성화되는 매시간에 여전히 눌려져야 할 것이다. 전문가에 의한 음악의 해석을 표현하기 위해 다양한 기술이 즉시 그리고 자유자재로 채용될 수 있는데도 불구하고, 이러한 “효과들”은 음향 악기로 전문가에 의해 창작되는 표현적 특성과 대등할 순 없다. 예를 들어, 전자 피아노가 바이올린 모드로 연주되는 경우, 비브라토(vibrato) 또는 포르타멘토(portamento)를 즉시 그리고 자유자재로 허용하기는 결과적으로 어렵다.
디지털 키보드 악기의 표현적 특성을 개선시키기 위해, 하나의 접근은 각각의 키 밑에 2, 3, 또는 보다 많은 센서를 배치하는 것이었다. 키 누름의 속도는 키의 소리를 만들기 위해 키 누름의 스피드와 힘을 조합하는 복잡한 방법으로 포착되고 정정된다. 대부분의 시간에 음표의 속도와 진폭간의 직접적 비례 관계가 채택된다. 이 접근의 표현적 특성의 개선은 각각의 키 누름 동작을 위해 수집되는 데이터 포인트의 수에 의해 여전히 근본적으로 제한된다.
사람들은 또한 다른 종류의 센서의 사용으로 수집되는 데이터 포인트의 양을 늘리기 위해 노력해왔다. 홀-효과 센서, 포토일렉트릭(photoelectric) 센서, 피에조일렉트릭(piezoelectric) 센서, 또는 압력 센서 모두 사람에 의한 하나의 키누름의 운동을 더 잘 포착하는 더 연속적인 또는 아날로그식인 출력을 생성하도록 시도되었다. 모든 이러한 노력에서, 손가락 접촉 동작에 의한 키 움직임의 결과는 세세한 입상(粒狀)으로 포착되나, 손가락 그 자체의 동적 움직임은 직접적으로 포착되지 않는다. 하나의 제한은 지금까지의 어떠한 선행기술도 손가락이 키에 접근하거나 떠나고 있으나 실제로 키에 접촉하지 않을 때 손가락의 움직임을 포착할 수 없다는 것이다. 또 다른 제한은 지금까지의 어떠한 선행기술도 손가락이 두 개의 센서의 물리적인 경계 사이의 공간에 접촉하고 있을 때 손가락의 움직임을 포착할 수 없다는 것이다. 피아노와 현악기를 포함하는 무수한 악기 소리를 연주하는 기능을 가지고 출시되는 대부분의 디지털 키보드에 있어, 이러한 제한들은 키보드가 키보드 악기로서 연주될 때 음악적 표현의 약간의 손실, 그리고 키보드가 현악기로서 연주될 때 음악적 표현의 심각한 손실을 만든다. 게다가, 이러한 제한들은 디지털 악기가 음향 악기보다 훨씬 더 완벽하게 표현적으로 될 수 있게 하는데 도움이 되지 않는다.
간단히 말해서, 키 또는 현의 접촉을 통해 음을 만드는 것의 완벽한 통합과 다양한 테크닉을 통해 음을 표현적으로 만드는 것은 음향 악기에 대해서 매우 자연스럽게 일어난다; 그럼에도 불구하고, 직접적으로 손가락 동작의 운동 및 정교함을 포착하는 것에 대한 선행기술의 불가능에 기인한 하나의 장애와 함께, 그러한 완벽한 통합은 아직 디지털 악기에 대해서 가능하지 않다. 그러므로, 디지털 악기가 음향 악기만큼 완벽하게 표현적인 음악 단편(music piece)을 만들어 내기 위해, 악기에 경험이 풍부한 연주자에 의한 접촉 동작의 운동을 직접적으로 포착할 필요가 있다.
본 발명은 개선된 표현적 특성을 가지는 디지털 음악을 창작하기 위해 손가락에 의한 접촉 동작의 동적 운동을 직접적으로 포착하기 위한 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 음악을 생성하기 위한 장치가 개시되고, 이는 키의 어레이를 가지는 보드를 포함한다. 각각의 키는 음표, 프로세서, 메모리, 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 수행되도록 구성된 프로그램과 결합된다. 상기 장치는 음악의 기술(description)을 저장하고 음악을 재생하는 제2 메모리를 더 포함하고, 또한 음악의 기술을 음악의 소리로 변환하는 사운드 모듈을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 하나 이상의 정전용량 센서가 각각의 키의 표면 아래에 배치된다, 각각의 정전용량 센서는 "온" 및 "오프" 2진 출력을 내보내는 대신 접촉 동작의 발생에 대한 정정용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하도록 구성된다. 결과적으로, 정전용량 센서는 아직 보드를 접촉하지 않은 접근하는 손가락, 강한 힘 또는 약한 힘으로 보드 상의 키를 접촉하는 손가락, 보드 상의 키 사이의 공간에 접촉한 손가락, 및 보드를 떠나는 손가락을 포함하는 접촉 동작을 감지할 수 있고, 이는 키 상에 손가락의 단순한 접촉을 넘어서는 모든 것들이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 보드 상의 하나 이상의 손가락 접촉 동작과 함께, 정전용량 센서는 접촉 동작을 감지하고 연속적으로 정전용량 변화의 아날로그 출력을 만든다. 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 수행되는 프로그램은 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성된다. 디지털 프로파일의 파라미터들은 손가락과 정전용량 센서 간의 거리, 속도, 가속도, 감속, 손가락 접촉의 힘 및 지속 시간을 포함한다. 상기 프로그램은 나아가 비브라토 또는 포르타멘토와 같은 접촉 동작 또는 접촉 동작의 집합에 대응하는 음악 연주 동작을 결정한다. 상기 프로그램은 나아가 접촉 동작 또는 접촉 동작의 집합의 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 음악의 기술로 변환하도록 하나 이상의 음악 연주 동작의 휴리스틱스(heuristics)를 적용한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 하나 이상의 휴리스틱스가 비브라토 휴리스틱스, 포르타멘토 휴리스틱스, 키 누름 휴리스틱스, 레가토(legato) 휴리스틱스, 데타체(detache) 휴리스틱스, 스타카토(staccato) 휴리스틱스, 스피카토(spiccato) 휴리스틱스, 및 하모닉(harmonic) 휴리스틱스를 포함한다.
본 발명은 음향 악기에 대해서 매우 자연스럽게 일어나는 키를 접촉하는 것을 통해 음을 만드는 것과 다양한 테크닉을 통해 음을 표현적으로 만드는 것을 완벽하게 통합하고, 디지털 악기가 음향 악기만큼 완벽하게 표현적인 음악 단편을 생성할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예들의 기술적 특징을 보다 잘 도시하기 위해, 본 발명의 다양한 실시예들이 수반하는 도면들과 함께 간략하게 묘사될 것이다. 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 위한 것이고, 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 사상에서 벗어나지 ?方? 추가적인 도면을 얻을 것임이 명백할 것이다.
도 1은 선행기술의 디지털 악기에 의해 수행되기 어려운 현악기에 대한 임의의 음악 아티큘레이션 테크닉을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 정전용량 센서의 어레이를 도시한 개략도이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 임의의 음악-연주 테크닉의 수행을 가능하도록, 본 발명의 음악 장치에 적용되는 접촉 동작들을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 비브라토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 비브라토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 포르타멘토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 포르타멘토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 레가토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 레가토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 스타카토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 스타카토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3a에서 도시된 비브라토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3b에서 도시된 포르타멘토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3d에서 도시된 스타카토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 키보드 악기에서 연주된 강하고 빠른 키 누름 동작을 시뮬레이션한 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 강하고 빠른 키 누름 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 하나의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 키보드 악기에서 연주된 약하고 느린 키 누름 동작을 시뮬레이션한 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 약하고 느린 키 누름 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 하나의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 개선된 표현적 특성을 가진 음악을 생성하기 위한 장치의 예시적인 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 개선된 표현적 특성을 가진 음악을 생성하기 위한 방법의 예시적인 개략도이다.
본 발명은 구체적인 실시예들을 이용하여 묘사될 것이나, 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않는다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 장치 및 방법이 많은 다른 응용에서 사용될 것임을 인지할 것이다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위 내에서 모든 대체물, 변형물 및 균등물을 포함하고, 그것은 파악된 청구항에 의해 정의된다.
나아가, 본 발명의 상세한 설명에서는, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해, 구체적인 사항이 제시된다. 하지만, 본 발명은 이러한 구체적인 사항이 없이 실시될 수 있다는 것은 관련분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명에서 악기 디지털 인터페이스(MIDI)라는 용어는 예시적인 기술로서 그리고 단순화를 위해 논의된다; 하지만, 다른 디지털 음악 기술들 및 포맷 또한 본 발명의 목적을 위해 조정되고 채용될 수 있으며 본 발명의 범위 내에 있다. 또 다른 예는 본 발명에서 실시 가능한 악기의 예시적인 포맷의 역할을 하는 본 발명의 키보드라는 용어의 사용이다; 하지만, 다른 악기 포맷 또한 본 발명이 목적을 위해 조정되거나 채용되거나 만들어질 수 있으며, 본 발명의 범위 내에 있다. 다른 예는 본 발명에서 정전용량 센서 기술의 사용이다; 하지만, 다른 센서 기술 또한 본 발명의 목적을 위해 조정되거나 채용되거나 만들어질 수 있으며, 본 발명의 범위 내에 있다.
다른 예시에서, 잘 알려진 방법, 절차, 구성요소 및 회로는 본 발명의 명료한 이해를 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 상세히 설명되지 않았다.
본 발명은 보다 더 잘 이해될 것이고 그것의 수많은 목적 및 효과는 수반하는 도면을 참조하여 관련분야의 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 선행기술의 디지털 악기에 의해 수행되기 어려운 현악기에 대한 임의의 음악 아티큘레이션 테크닉을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 현악기를 위한 음악 아티큘레이션 기법의 5가지 예시, 즉 스타카토(101), 스타카티시모(102), 마르텔라토(103), 마르카토(104) 및 테누토(105)가 왼쪽으로부터 오른쪽으로 참조되어 있다. 모든 음악 아티큘레이션 기법은 디지털 키보드 악기에 의해 구별되기 어렵다.
게다가, 비브라토, 트레몰로, 포르타멘토와 하모닉과 같은 다른 표현적 특성은 일반적으로 디지털 악기에서는 완벽하게 연주되기 어렵다. 연주에 있어서, 이러한 기법은 피치-벤드 휠(pitch-bend wheel), 서스테인 페달(sustain petal), 모듈레이션 휠(modulation wheel)의 도움을 요구한다. 대안적으로, 그것들은 연주자가 상황에 따라 디지털 악기의 모드를 전환하는 것을 요구한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 정전용량 센서의 어레이를 도시한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정전용량 센서 어레이(201)는 총 32개의 자기-정전용량 센서(202)를 포함한다. 각각의 자기-정전용량 센서(202)는, 최종 사용자를 위한 센서 장치로서, 자기-정전용량 센서(202)의 하나의 전극인 메탈 사각형(203)과 상기 메탈 사각형(203)의 중심에 놓인 빈 사각형(204)의 중심에 놓이는 LED 라이트(205)를 포함한다. 상기 정전용량 센서 어레이(201)는 나아가 모든 32개의 센서에 연결된 마이크로프로세서(도 2에 미도시)를 포함한다.
하나 이상의 자기-정전용량 센서(202)가 키의 표면의 아래에 놓이면, 각각의 정전 용량 센서(202)는 "온" 및 "오프"의 2진 출력을 내보내는 대신 키보드에 터치 동작이 발생하는 동안 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하도록 구성된다. 상기 접촉 동작은 보드를 접촉하지는 안았지만 접근하는 손가락, 강한 힘 또는 약한 힘으로 보드상의 키를 접촉하는 손가락, 보드 상의 키 사이의 공간에 접촉한 손가락, 및 보드를 떠나는 손가락일 수 있다. 보드에 접촉하는 손가락은 키를 접촉하는 손가락, 키 주변의 영역을 접촉하는 손가락, 또는 두 개 이상의 키 사이의 영역을 접촉하는 손가락 일 수 있다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 임의의 음악-연주 테크닉의 수행을 가능하도록, 본 발명의 음악 장치에 적용되는 접촉 동작들을 도시한 예시적인 개략도이다.
도 3a 내지 3d에 도시된 바와 같이, 보드(301)에 놓인 키 어레이 중에서 세 개의 키(302, 303, 304)가 사용된다. 중간 키(302)는 N키이며, N키(302)에 인접한 키는 왼쪽의 N-1키(303)와 오른쪽의 N+1키(304)이다. N-1, N, N+1 정전 용량 센서는 각각 N-1키(303), N키(302) N+1키(304)의 표면의 아래에 놓인다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 비브라토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 비브라토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다. 본 발명의 실시예에서, 손가락(305)을 N키(302)에 놓고, 그 다음 손가락(305)이 보드를 떠나지 않고 N-1키(303) 또는 N+1키(304) 중 어느 하나에 완전히 닿지 않게 리드미컬한 방식으로 손가락(305)을 왼쪽으로 그리고 오른쪽으로 이동시켜서 비브라토 동작이 달성된다. 다시 말해, 이는 음향 현악기에 대한 비브라토 기법과 매우 유사한 손가락 제스쳐이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 포르타멘토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 포르타멘토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다. 본 발명의 실시예에서, 손가락(305)을 N-1키(303)에 놓고, 그 다음 손가락(305)이 보드를 떠나지 않으면서, 부드러운 슬라이딩 모션으로, 손가락(305)을 오른쪽으로 이동시키고, N키(302)를 지나서 N+1키(304)에 도달시켜서 포르타멘토 동작이 달성된다. 다시 말해, 이는 음향 현악기에 대한 포르타멘토 기법과 매우 유사한 손가락 제스쳐이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 레가토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 레가토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다. 본 발명의 실시예에서, 손가락(305)을 N-1키(303)에 놓고, 그 다음 손가락(305)을 키 사이에서 "낮은 점프" 방식으로 손가락(305)을 보드로부터 약간 들면서, 부드러운 모션으로, 손가락(305)을 N키(302)로 이동시키고, 그리고 손가락(305)을 N+1키(304)로 이동시켜서 레가토 동작이 달성된다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 현악기에서 수행되는 스타카토 동작을 시뮬레이션하는 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 스타카토 동작을 도시한 예시적인 개략도이다. 본 발명의 실시예에서, 손가락(305)이 N-1센서(303)에 빠르고 강하게 접근하고 접촉하고 떠나며, 그 후에 손가락(305)이 N센서(302)에 빠르고 강하게 접근하고 접촉하고 떠나며, 그 후에 손가락(305)이 N+1센서(304)에 빠르고 강하게 접근하고 접촉하고 떠나서 스타카토 동작이 달성된다. 접촉 동작이 완료되는 각 시기에, 손가락(305)은 키 사이에서 "높은 점프" 방식으로 손가락(305)은 보드로부터 완전히 들어올려진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3a에서 도시된 비브라토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
이동 패턴은, 바이올린 또는 비올라와 같은, 현악기에 대한 비브라토 동작의 직접적인 시뮬레이션이고, 그 특징은 도 4의 그래픽에서 도시된 세 개의 센서의 정전용량의 출력으로부터 캡처된다.
N-1, N, 및 N+1 커브는 각각 N-1센서, N센서, 및 N+1센서의 정전용량 출력을 나타낸다. x축은 시간, y축은 정전용량의 아날로그 값이다. 도 3a에 도시된 비브라토 동작은 N-1 커브가 작은 피크에 도달하고, 뒤이어 N 커브가 큰 피크에 도달하고, 이어서 N+1 커브가 작은 피크에 도달하고, 뒤이어 N 커브가 큰 피크에 도달하고, 뒤이어 N-1 커브가 작은 피크에 도달하고, 등등의 패턴을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램은 상기 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 상기 접촉 동작의 음악 연주 동작이 현악기에 대한 비브라토 동작임을 결정하며, 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 비브라토 동작의 기술로 변환하도록 비브라토 휴리스틱스를 적용한다.
세 개의 커브의 디지털 프로파일의 특징은 정전용량의 피크, 정전용량 변화의 속도와 가속도와 감속, 정전용량이 피크 값에 머무르는 지속 시간, 및 하나의 사이클을 완료하는 각 변화에 대한 시간을 포함한다. 비브라토 동작의 기술은 주요 음 높이, 음의 볼륨, 그리고 비브라토의 비율, 깊이 및 지연에 의해 묘사된다.
정전용량 변화의 커브의 디지털 프로파일의 특징의 MIDI 포맷에서의 음악의 기술로의 변환은 하기에 설명된다.
■ 음의 주요 음 높이는 시간 주기 내내 가장 큰 정전용량 출력을 만드는 N 센서와 연관된 음 높이이다;
■ 음의 볼륨은 N 센서의 정전용량 출력이 피크 값에 도달하는 속도, 및 N 센서의 정전용량 출력의 실제의 피크 값에 의해 결정된다;
■ 비브라토의 비율은 모든 세 개의 정전용량 커브에 대한 정전용량의 변화의 각각의 사이클의 지속시간에 의해 결정된다;
■ 비브라토의 깊이는 N 커브의 진폭에 상대적인 N-1 커브와 N+1 커브의 진폭에 의해 결정된다;
■ 비브라토의 지연은 움직임의 이 특정한 패턴이 움직이는 한 설정된다.
이와 같이, 비브라토 동작의 경우에서, 단지 숙력된 악기 연주자가 음향 악기에서 하는 것 이외의 동작 없이, 키 상에 손가락의 동적 움직임은 직접적으로 캡처되고, MIDI 포맷의 음악의 기술은 완벽하게 생성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3b에서 도시된 포르타멘토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
이동 패턴은, 바이올린 또는 비올라와 같은, 현악기에 대한 포르타멘토 동작의 직접적인 시뮬레이션이고, 그 특징은 도 5의 그래픽에서 도시된 세 개의 센서의 정전용량의 출력으로부터 캡처된다.
도 4와 유사하게, N-1, N, 및 N+1 커브는 각각 N-1센서, N센서, 및 N+1센서의 정전용량 출력을 나타낸다. x축은 시간, y축은 정전용량의 아날로그 값이다. 도 3b에 도시된 포르타멘토 동작은 N-1 커브가 피크에 도달하고, 뒤이어 N-1 커브가 여전히 상당한 값을 유지하는 동안 N 커브가 피크에 도달하고, 뒤이어 N 커브가 여전히 상당한 값을 유지하는 동안 N+1 커브가 피크에 도달하는 패턴을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램은 상기 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 상기 접촉 동작의 음악 연주 동작이 현악기에 대한 포르타멘토 동작임을 결정하며, 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 포르타멘토 동작의 기술로 변환하도록 포르타멘토 휴리스틱스를 적용한다.
세 개의 커브의 디지털 프로파일의 특징 및 이러한 특징의 MIDI 포맷에서의 음악의 기술로의 변환은 하기에 설명된다.
■ 포르타멘토의 시작 음 높이는 N-1 센서와 연관된 음 높이이다;
■ 포르타멘토의 끝 음 높이는 N+1 센서와 연관된 음 높이이다;
■ 포르타멘토의 중간에서 시작 음 높이와 끝 음 높이 사이의 과도 음 높이는 다수의 수학적인 알고리즘에 기초한, 그 포인트에서 두 개의 인접한 센서의 정전용량의 상대적인 값을 고려한 계산에 기초하여 부여된 음 높이이다. 가장 간단한 수학적 알고리즘은 N-1 센서와 N 센서의 포인트의 물리적 거리에 기초하여, N-1 센서와 N 센서의 포인트 사이의 포인트에서 과도 음 높이를 할 당하는 것이다. 물리적 거리는 나아가, 보드에 닿아 있는 동안 손가락이 N-1 센서로부터 N 센서로 움직임에 따라, N-1 센서와 N 센서에 의해 감지되는 정전용량을 측정하여, 그리고 거리에 걸친 정전용량 데이터의 결과에 기초하여 캘리브레이션 커브를 구성하여 유도될 수 있다;
■ 포르타멘토의 볼륨은 N-1, N, 및 N+1 커브 각각의, 정전용량 출력이 피크 값에 도달하는 속도, 및 실제의 피크값에 의해 각각 결정된다.
■ 포르타멘토의 비율은 모든 세 개의 정전용량 커브에 대한 정전용량의 변화의 각각의 사이클의 지속시간에 의해 결정된다.
이와 같이, 포르타멘토 동작의 경우에서, 단지 숙력된 악기 연주자가 음향 악기에서 하는 것 이외의 동작 없이, 키 상에 손가락의 동적 움직임은 직접적으로 캡처되고, MIDI 포맷의 음악의 기술은 완벽하게 생성된다.
보다 일반적으로, 본 발명의 실시예는 별개의 키의 집합과 연관된 별개의 음 높이를 가지는 디지털 키보드 악기가 손가락이 키들에 걸쳐 미끄러지는 것처럼 점진적이고 연속적인 음 높이 변화를 만드는 디지털 현악기와 같이 연주되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 3d에서 도시된 스타카토 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 세 개의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
움직임의 패턴은 현악기를 위한 스타카토 동작의 직접적인 시뮬레이션이고, 그것의 특징은 도 6의 그래픽에서 보여지는 세 개의 센서의 정정용량의 출력에 의해 캡처되었다.
도 5와 유사하게, N-1, N, 및 N+1 커브는 N-1센서, N센서, 및 N+1 센서의 정전용량 출력을 각각 나타내고, x-축은 시간이고 y-축은 정전용량의 아날로그 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램은 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 접촉 동작의 음악 연주 동작이 현악기에 대한 스타카토 동작임을 결정하며, 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 스타카토 동작의 기술로 변환하도록 스타카토 휴리스틱스를 적용한다.
세 개의 커브의 디지털 프로파일의 특징과 MIDI 기술로의 상응하는 변환은 자명하다. 스타카토 동작의 디지털 프로파일은 포르타멘토 동작의 디지털 프로파일과 대비되어 제공되도록 여기에 도시된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 키보드 악기에서 연주된 강하고 빠른 키 누름 동작을 시뮬레이션한 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 강하고 빠른 키 누름 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 하나의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
키보드 악기에 대한 강하고 빠른 키 누름 동작의 특징은 도 7의 그래픽에서 보여지는 센서의 정정용량의 출력에 의해 캡처된다. x-축은 시간이고 y-축은 정전용량의 아날로그 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램은 상기 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 접촉 동작의 음악 연주 동작이 키보드 악기에 대한 강하고 빠른 키 누름 동작임을 결정하며, 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 강하고 빠른 키 누름 동작의 기술로 변환하도록 키 누름 휴리스틱스를 적용한다.
커브의 디지털 프로파일의 특징, 그리고 이러한 특징의 MIDI 포맷에서의 음악의 기술로의 변환은 하기에 설명된다.
■ 키 누름의 음 높이는 센서와 연관된 음 높이이다;
■ 키 누름의 초기의 볼륨은 정전용량 출력이 임계값에 도달하는 속도에 의해 결정된다;
■ 키 누름의 볼륨을 높이기 위해, 정전용량 출력이 더 증가하는 대로, 접촉 메시지 다음의 시리즈는 더 생성된다;
■ 정전용량 출력이 최대값에서 내내 머무르는 대로, 유지 메시지는 더 생성된다;
■ 정전용량 출력의 값이 감소하는 대로 볼륨은 감소하고, 정전용량 출력이 임계값 밑으로 떨어지는 대로 영(零)에 도달한다.
이와 같이, 강하고 빠른 키 누름 동작의 경우에서, 단지 숙력된 악기 연주자가 음향 악기에서 하는 것 이외의 동작 없이, 그리고 서스테인 페달의 도움 없이, 키 상에 손가락의 동적 움직임은 직접적으로 캡처되고, MIDI 포맷의 음악의 기술은 완벽하게 생성된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 키보드 악기에서 연주된 약하고 느린 키 누름 동작을 시뮬레이션한 본 발명의 음악 장치에서 수행되는 약하고 느린 키 누름 동작을 포착한 본 발명의 음악 장치에 임베디드된 하나의 정전용량 센서의 아날로그 출력을 도시한 개략도이다.
키보드 악기에 대한 약하고 느린 키 누름 동작의 특징은 도 8의 그래픽에서 보여지는 센서의 정정용량의 출력에 의해 캡처된다. x-축은 시간이고 y-축은 정전용량의 아날로그 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 메모리에 저장되고 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램은 상기 접촉 동작의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 접촉 동작의 음악 연주 동작이 키보드 악기에 대한 약하고 느린 키 누름 동작임을 결정하며, 디지털 프로파일을 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 포맷에서 약하고 느린 키 누름 동작의 기술로 변환하도록 키 누름 휴리스틱스를 적용한다.
커브의 디지털 프로파일의 특징, 그리고 이러한 특징의 MIDI 포맷에서의 음악의 기술로의 변환은 하기에 설명된다.
■ 키 누름의 음 높이는 센서와 연관된 음 높이이다;
■ 키 누름의 초기의 볼륨은 정전용량 출력이 임계값에 도달하는 속도에 의해 결정된다;
■ 키 누름의 볼륨을 높이기 위해, 정전용량 출력이 더 증가하는 대로, 접촉 메시지 다음의 시리즈는 더 생성된다;
■ 정전용량 출력이 최대값에서 내내 머무르는 대로, 유지 메시지는 더 생성된다;
■ 정전용량 출력의 값이 감소하는 대로 볼륨은 감소하고, 정전용량 출력이 임계값 밑으로 떨어지는 대로 영(零)에 도달한다.
도 7의 그래픽과 반대로, 도 8의 정전용량 커브는 최대값으로 증가되는데 오래 걸리고 기준치로 떨어지는데 더욱 오래 걸린다. 도 8의 정전용량 출력 커브는 또한 도 7의 커브보다 낮은 피크값에 도달한다. 이러한 특징은 모두 도 7에 도시된 키 누름 동작에 비해 약하고 느린 도 8에 도시된 키 누름 동작과 일치하는 것이다.
도 4 내지 도 8에 걸쳐 계속되는 단락의 서술은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하고 여기서 음악 연주 동작, 비브라토(도 4), 포르타멘토(도 5), 스타카토(도 6), 강하고 빠른 키 누름(도 7) 및 약하고 느린 키 누름(도 8)와 같은, 은 본 발명의 장치 또는 방법에 의해 포착된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 레카토 동작, 데타체 동작, 스피카토 동작, 및 하모닉 동작이 포착되고 MIDI 포맷에서 음악의 기술로 변환되며, 여기서 상응하는 접촉 동작은 음향 악기가 연주될 때의 그러한 손가락과 상당히 유사하다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 키 위에 약하게 유지되는 손가락 접촉 동작은 정전용량 센서에 의해 감지되고, 프로그램은 상기 접촉 동작의 디지털 프로파일을 생성하며, 상기 접촉 동작의 음악 연주 동작은 하모닉 동작으로 결정된다. 또한, 디지털 프로파일에 하모닉 휴리스틱스를 적용하는 것에 의해, 하모닉 루트가 되는 키와 연관되는 음표를 가지는 하모닉스의 기술로 디지털 프로파일을 변환한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 개선된 표현적 특성을 가진 음악을 생성하기 위한 장치의 예시적인 개략도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 장치(901)는 키의 어레이, 각각 음표와 연관된, 를 가지는 키보드(902), 및 그것의 기능은 하나의 옥타브만큼 모든 키모드의 음높이를 올리거나 낮추는 것인 더하기와 빼기 부호를 가지는 두 개의 버튼(903, 904)을 포함한다. 하나 이상의 정전용량 센서는 상기 키보드(902)의 각각의 키의 표면 아래에 배치되고, 각각의 정전용량 센서는 접촉 동작의 발생에서 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성할 수 있도록 구성된다. 상기 장치(901)는 나아가 시뮬레이션되는 악기의 유형을 선택하도록 할 수 있는 악기 선택 섹션(905), 키보드가, 하나의 음 대신, 음근이 되는 음과 연관된 코드를 생성하도록 할 수 있는 코드 섹션(906), 및 템포가 생성되는 음악에 대해 설정되도록 할 수 있는 템포 섹션(907)을 포함한다.
상기 장치(901)는 나아가 프로세서(908), 메모리(909), 사운드 모듈(910), 및 한 쌍의 스피커(911)와 임베디드된다. 상기 메모리(909)에 저장되는 프로그램은 상기 프로세서(908)에 의해 수행되도록 구성된다. 정전용량 센서가 보드에 대한 하나 이상의 손가락 접촉 동작을 감지하고 접촉 동작의 전체 지속 시간 동안 정전용량 변화의 아날로그 출력을 만든 후, 상기 프로그램은 접촉 동작의 디지털 프로파일을 생성하도록, 또한 악기 디지털 인터페이스(MIDI) 포맷에서 음악의 기술로 디지털 프로파일을 변환하도록 하나 이상의 손가락 접촉 동작에 하나 이상의 휴리스틱스를 적용한다. 상기 사운드 모듈(910)은 MIDI 포맷의 음악의 기술을 음악의 소리로 변환하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 하나 이상의 접촉 동작의 디지털 프로파일과 상기 음악의 기술은 장래의 재생을 위해 메모리(909)에 저장된 디지털 프로파일로부터 나올 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 개선된 표현적 특성을 가진 음악을 생성하기 위한 방법의 예시적인 개략도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
키의 어레이를 가지고, 각각의 키는 음표와 연관된 보드에서,
단계 1001: 정전용량 센서에 의해 접촉 동작 또는 접촉 동작들의 집합을 감지하는 단계. 상기 감지하는 단계는 손가락에 의해 야기되고 상기 각각의 키의 표면의 아래에 배치된 정전용량 센서에 의해 감지되는 정전용량 변화가 임계값, 또는 상기 임계값의 배수를 초과하는 경우 이루어진다.
단계 1002: 정전용량 센서에 의해 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하는 단계. 정전용량 변화가 임계값을 초과하는 한, 정전용량 센서는 감지를 계속하고 정전용량 변화의 아날로그 값을 출력하도록 구성된다.
단계 1003: 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 수행되는 프로그램에 의해 정전용량 변화를 음악의 기술로 변환하는 단계. 접촉 동작 또는 접촉 동작의 집합을 악기 디지털 인터페이스(MIDI) 포맷의 음악의 기술로, 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 수행되는 프로그램에 의해, 변환하는 단계.
단계 1003A: 접촉 동작 또는 접촉 동작의 집합의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하는 단계. 접촉 동작 도는 접촉 동작의 집합의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 프로그램에 의해 생성하는 단계이고, 상기 디지털 프로파일은 거리, 속도, 가속도, 힘 및 지속 시간으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 파라미터를 포함한다.
단계 1003B: 상기 디지털 프로파일이 임의의 음악 연주 동작에 대응하는지 결정하는 단계. 상기 디지털 프로파일이 비브라토 또는 포르타멘토와 같은, 임의의 음악 연주 동작에 대응하는지 상기 프로그램에 의해 결정하는 단계;
단계 1003C: 상기 음악 연주 동작에 관련된 휴리스틱스를 적용하는 단계 및 상기 프로그램에 의해 음악의 기술을 생성하는 단계.

Claims (20)

  1. 키들의 어레이를 가지고, 각각의 키는 음표와 연관된 보드;
    상기 키들 각각의 표면 아래에 배치된 정전용량 센서들;
    프로세서;
    메모리; 및
    메모리에 저장되고 프로세서에 의해 수행되도록 구성된 프로그램을 포함하고,
    상기 정전용량 센서들 각각은 손가락에 의한 접촉 동작을 감지하고, 상기 접촉 동작의 지속 시간 동안 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하도록 구성되며,
    상기 프로그램은 접촉 동작 또는 접촉 동작의 집합의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하도록 구성되고, 상기 디지털 프로파일은 거리, 속도, 가속도, 감속, 힘 및 지속 시간을 포함하는 그룹으로부터 선택된 파라미터를 포함하며,
    상기 프로그램은 상기 디지털 프로파일이 임의의 음악 연주 동작에 대응하는지 결정하도록 구성되고,
    상기 프로그램은 상기 음악 연주 동작에 관련된 휴리스틱스를 적용하고 음악의 기술을 생성하도록 구성되는 음악 생성을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량 센서는 상기 보드를 접촉하지 않았으나 접근하는 손가락, 강한 힘 또는 약한 힘으로 상기 보드 상의 키를 접촉하는 손가락, 상기 보드 상의 키 사이의 공간에 접촉한 손가락, 및 상기 보드를 떠나는 손가락을 포함하는 동작의 그룹으로부터 선택되는 접촉 동작을 감지하도록 구성되는 음악 생성을 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로그램은 하나 이상의 휴리스틱스를 적용하여 음악의 기술을 생성하고, 상기 하나 이상의 휴리스틱스는 레가토(legato) 휴리스틱스, 데타체(detache) 휴리스틱스, 스타카토(staccato) 휴리스틱스, 스피카토(spiccato) 휴리스틱스, 및 하모닉(harmonic) 휴리스틱스를 포함하는 그룹으로부터 선택된 휴리스틱스를 포함하는 음악 생성을 위한 장치.
  8. 삭제
  9. 키들의 어레이를 가지고, 각각의 키는 음표와 연관된 보드에서,
    상기 키들 각각의 표면 아래에 배치된 정전용량 센서에 의해, 손가락에 의한 접촉 동작을 감지하는 단계; 및
    상기 정전용량 센서에 의해, 정전용량의 지속 시간에 대한 정전용량 변화의 아날로그 출력을 연속적으로 생성하는 단계를 포함하고,
    메모리에 저장되고 프로세서에 의해 수행되는 프로그램에 의해,
    상기 접촉 동작 또는 상기 접촉 동작의 집합의 정전용량 변화의 디지털 프로파일을 생성하는 단계로서, 상기 디지털 프로파일은 거리, 속도, 가속도, 감속, 힘 및 지속 시간을 포함하는 그룹으로부터 선택된 파라미터를 포함하는 단계,
    상기 디지털 프로파일이 임의의 음악 연주 동작에 대응하는지 결정하는 단계, 및
    상기 음악 연주 동작에 관련된 휴리스틱스를 적용하고, 음악의 기술을 생성하는 단계
    를 포함하는 음악 생성을 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정전용량 센서는 상기 보드를 접촉하지 않았으나 접근하는 손가락, 강한 힘 또는 약한 힘으로 상기 보드 상의 키를 접촉하는 손가락, 상기 보드 상의 키 사이의 공간에 접촉한 손가락, 및 상기 보드를 떠나는 손가락을 포함하는 동작의 그룹으로부터 선택되는 접촉 동작을 감지하도록 구성되는 음악 생성을 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 음악의 기술을 생성하도록, 상기 프로그램에 의해, 하나 이상의 휴리스틱스를 적용하는 단계를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 휴리스틱스는 레가토(legato) 휴리스틱스, 데타체(detache) 휴리스틱스, 스타카토(staccato) 휴리스틱스, 스피카토(spiccato) 휴리스틱스, 및 하모닉(harmonic) 휴리스틱스를 포함하는 그룹으로부터 선택된 휴리스틱스를 포함하는 음악 생성을 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    제2 메모리에 의해 음악의 기술을 저장하고 음악을 재생하는 단계를 더 포함하는 음악 생성을 위한 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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