KR20100096786A - 레이저를 이용한 악기 - Google Patents

레이저를 이용한 악기 Download PDF

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조상진
강명수
정의필
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

레이저를 이용한 악기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기는, 레이저 발생 소자, 및 레이저 발생 소자로부터 발생되는 레이저를 감지하는 레이저 감지 소자에 의해 현 정보를 입력받는 레이저 현 장치부, 레이저 현 장치부의 음 높이 조절을 위한 프렛 정보를 입력받는 프렛 장치부, 및 레이저 현 장치로부터 입력되는 현 정보 및 프렛 장치부로부터 입력되는 프렛 정보를 합성하여 음을 발생하는 음 발생부를 포함한다. 이에 의해, 다양한 현악기를 구현할 수 있는 레이저를 이용한 악기를 제공할 수 있다.
현악기, 레이저, 프렛, 현 정보, 프렛 정보, 음 합성

Description

레이저를 이용한 악기 {Musical instrument using laser}
본 발명은 레이저를 이용한 악기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저에 의해 구현된 현과 프렛을 가지며, 다양한 현악기를 구현할 수 있는 레이저를 이용한 악기에 관한 것이다.
현악기는 현을 발음체로 하여 음을 내는 악기이다. 현악기는 손가락, 손톱, 및 피크 등으로 퉁겨서 소리내는 발현악기, 활로 마찰시켜서 소리를 내는 찰현악기, 및 채로 쳐서 소리를 내는 타현악기의 3가지로 나뉜다.
현악기의 종류는 매우 다양하지만, 가장 대중적인 현악기인 기타를 기준으로 살펴본다. 18세기 후반 여섯개의 줄을 가진 최초의 기타가 생겨나면서 기타의 황금기라 불릴 만큼 많은 기타리스트가 배출되었고, 기타를 이용한 음악공연도 많이 개최되었다.
기타는 발전을 거듭하여 최근에는 단순한 기타 형태에 머무르지 않고 픽업(Pickup)이 달린 세미 어쿠스틱 기타(Semi-acoustic guitar)나 전자 기타(Electric guitar)에 이르게 되었다.
일반적으로 기타는 오른손으로는 줄을 퉁기고, 왼손으로는 넥(Neck)의 프 렛(Fret)과 6개의 줄을 선택적으로 눌러 코드를 표현한다. 기타가 여러가지로 발전하였음에도 불구하고, 기타의 기본적인 연주 방법은 그대로 유지되고 있다. 즉, 현악기의 틀을 유지하기 위해 기타의 줄이 모두 갖추어진 상태에서 소리를 어떻게 효율적으로 표현할 것인가에 초점이 맞춰져 발전되어 온 것이다.
이러한 기타는 줄을 사용하는 악기임에 따라, 줄이 끊어지거나 줄의 장시간 사용으로 인해 음색이 변하게 되면 줄을 교체하여야 하는데, 줄을 교체하는 작업은 초보자에게는 어려운 작업일 수 있다. 또한, 연주 전 매번 조율 작업을 해야하는 번거로움도 있다. 줄 교체 및 조율 작업으로 인한 번거로움은 대부분의 현악기에 해당된다.
본 발명의 목적은 레이저 현 및 프렛을 가지는 현악기 구조에 의해, 다양한 현악기의 음을 합성하여 제공할 수 있는 레이저를 이용한 악기를 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기는, 레이저 발생 소자, 및 레이저 발생 소자로부터 발생되는 레이저를 감지하는 레이저 감지 소자에 의해 현 정보를 입력받는 레이저 현 장치부, 레이저 현 장치부의 음 높이 조절을 위한 프렛 정보를 입력받는 프렛 장치부, 및 레이저 현 장치로부터 입력되는 현 정보 및 프렛 장치부로부터 입력되는 프렛 정보를 합성하여 음을 발생하는 음 발생부를 포함한다.
바람직하게, 상기 레이저 발생 소자 및 상기 레이저 감지 소자는 복수개이 며, 서로 일대일 대응하도록 배치될 수 있다.
또한 바람직하게, 레이저 현 장치부는, 레이저 감지 소자의 레이저 감지 결과에 변화가 발생하면, 변화가 발생한 레이저에 해당하는 현 정보를 입력할 수 있다.
또한 바람직하게, 프렛 장치부는 전압 분배 회로로 구성되며, 전압 분배 회로는, 프렛 정보의 입력을 위해 입력 전압의 인가 여부를 조절하는 복수의 스위치, 복수의 스위치에 각각 연결되어 입력 전압을 분배하는 복수의 분배 저항, 및 출력 전압 측정을 위한 기준 저항을 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 복수의 분배 저항 값은 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112009011744336-PAT00001
여기서, 복수의 분배 저항 R1 내지 RN에 대하여, Rn은 각 분배 저항 값, R0는 기준 저항값, Vf는 프렛간 전압 차이이다.
또한 바람직하게, 음 발생부는, 입력된 현 정보에 기반하여 신호 지연 길이를 결정하고, 결정된 신호 지연 길이에 기반하여 발생시키고자 하는 음에 해당하는 주파수를 생성하는 주파수 생성부를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 주파수 생성부는, 기본 음 높이에 해당하는 사이즈의 메모리를 포함하며, 결정된 신호 지연 길이에 따라 샘플 신호에 대한 상기 메모리에서의 이동 속도를 결정하여 주파수를 생성할 수 있다.
또한 바람직하게, 주파수 생성부는, 하기의 수학식에 의해 이동 속도를 결정할 수 있다:
Figure 112009011744336-PAT00002
여기서, vel(n)은 각 샘플의 이동 속도, fnew(n)은 프렛 신호에 의해 변경된 주파수, foriginal은 기설정된 기본 주파수이다.
또한 바람직하게, 현악기 선택 신호를 입력받는 사용자 인터페이스부를 더 포함하며, 음 발생부는, 생성된 주파수에 입력받은 현악기 선택 신호에 대응하는 음색 신호출력을 위해 기설정된 필터 파라미터를 반영하는 음색 필터, 및 음색 필터로부터 출력되는 신호를 튜닝하는 미세 조율 필터를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 음 발생부는, 프렛 장치부로부터 프렛 정보가 입력되지 않으면, 입력된 현 정보에 해당하는 음만을 발생할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 레이저 현 장치부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기(100)는 사용자 인터페이스부(110), 레이저 현 장치부(120), 프렛 장치부(130), 저장부(140), 제어부(150), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter, 이하, 'ADC'라 한다)(160), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor, 이하, 'DSP'라 한다)(170), 음 합성부(180), 디지털-아날로그 컨버터(Digital-Analog Converter, 이하, 'DAC'라 한다)(185), 오디오/미디 인터페이스부(190), 및 스피커(195)를 포함한다.
사용자 인터페이스부(110)는 사용자와 본 레이저를 이용한 악기(100)간의 인터페이스를 지원하는 것으로, 사용자로부터 소정의 선택 신호를 입력받기 위한 버튼들을 구비할 수 있다. 본 실시예에서, 사용자 인터페이스부(110)는 사용자의 선택에 의한 연주 정보를 입력받을 수 있다. 여기서, 연주 정보는 현악기 선택 신호를 포함할 수 있다.
본 레이저를 이용한 악기(100)는 다양한 종류의 현악기를 구현할 수 있다. 일반적인 형태의 악기들은 한가지 악기 형태를 갖추고 있으나, 본 레이저를 이용한 악기(100)는 어느 하나의 현악기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 레이저를 이용한 악기(100)는 기타와 같이 프렛이 구비된 현악기의 구현이 가능하고, 바이올린과 같이 프렛이 구비되지 않은 현악기의 구현도 가능하다. 그러므로, 사용자 인터페이스부(110)는 사용자의 선택에 의한 현악기 선택신호를 입력받으며, 이에 의해 사용자가 선택한 현악기에 해당하는 음이 출력될 수 있다.
레이저 현 장치부(120)는 레이저를 발생시키는 적어도 하나의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN), 및 적어도 하나의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)로부터 발생되는 레이저를 감지하는 적어도 하나의 레이저 감지 소자(S1 내지 SN)에 의해 현 정보를 입력한다.
도 2를 참조하면, 레이저 현 장치부(120)는 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN), 및 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)로 구성되며, 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN), 및 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)는 서로 일대일 대응하도록 배치된다. 두 소자가 서로 일대일 대응하도록 배치되는 구조에 의해, 복수의 레이저 현이 구성된다. 이러한 복수의 레이저 현이 실제의 현을 대신한다.
레이저 현 장치부(120)는 복수의 레이저 감지 소자(S1 내지 SN)의 레이저 감지 결과에 변화가 발생하면, 변화가 발생한 레이저에 해당하는 현 정보를 입력한다. 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN), 및 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)에 의한 레이저 현에 의해 음이 발생되는 원리는 후술하는 도 3에서 보다 상세히 설명한다.
프렛 장치부(130)는 레이저 현 장치부(120)의 음 높이 조절을 위한 프렛 정보를 입력한다. 프렛 정보는 기타와 같이 프렛을 필요로 하는 현악기의 경우에 선택적으로 입력될 수 있다. 프렛 장치부(130)에 관하여는 후술하는 도 4에서 보다 상세히 설명한다.
저장부(140)는 레이저를 이용한 악기(100)에서 필요로 하는 정보를 저장한 다. 일 예로, 저장부(140)는 다양한 현악기에 대한 음색 신호를 저장하며, 후술하는 음색 필터에서 사용하는 여러 음색 신호별 필터 파라미터들을 저장할 수 있다.
제어부(150)는 사용자 인터페이스부(110)로부터의 현악기 선택 신호, 레이저 현 장치부(120)로부터의 현 정보, 및 프렛 장치부(130)로부터의 프렛 정보를 입력받으며, 각 정보들을 후술하는 ADC(160)로 제공한다.
ADC(160)는 제어부(150)로부터 입력받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
DSP(170)는 범용 디지털 신호 처리기로, ADC(160)로부터 입력받은 디지털 신호 즉, 연주 정보, 현 정보, 및 프렛 정보를 후술하는 음 합성부(180)로 제공한다. 또한, DSP(170)는 음 합성부(180)의 출력 신호를 후술하는 DAC(185) 및 오디오/미디 인터페이스부(190) 중 어느 하나로 제공한다.
음 합성부(180)는 현 정보, 및 프렛 정보를 합성하여 음을 발생한다. 보다 구체적으로, 음 합성부(180)는 현 정보에 기반하여 신호 지연 길이를 결정하고, 결정된 신호 지연 길이에 기반하여 발생시키고자 하는 음에 해당하는 주파수를 생성함으로써, 음을 발생시킨다. 음 합성부(180)에 대하여는 후술하는 도 5에서 보다 상세히 설명한다.
DAC(185)는 DSP(170)로부터 입력되는 디지털 신호를 후술하는 스피커(195)로 출력하기 위하여 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
오디오/미디 인터페이스부(190)는 DSP(170)로부터 입력되는 디지털 신호를 컴퓨터 혹은 미디 장치와 같은 외부 장치(200)로 출력하기 위한 것으로, 본 레이저 를 이용한 악기(100)와 외부 장치(200)간의 인터페이스를 지원한다.
스피커(195)는 본 레이저를 이용한 악기(100)에 자체 내장된 출력 장치로, DAC(185)로부터 입력되는 아날로그 신호를 출력한다.
도 3은 도 2에 도시한 레이저 현 장치부의 출력 전압과 소리 발생의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3의 상측 그래프는 레이저 현 장치부(120)를 구성하는 복수의 레이저 감지 소자(S1 내지 SN)의 출력 전압(Vd)을 나타낸 것이며, 도 3의 하측 그래프는 출력 전압(Vd)에 따라 스피커(195)를 통해 출력되는 소리를 나타낸 것이다.
본 레이저를 이용한 악기(100)에 전원이 인가되면, 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)는 레이저를 발생하고, 그와 일대일 대응되게 배치된 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)는 레이저를 감지한다. 이 상태는 현을 퉁기지 않은 상태로, Nonpluck 상태에 해당하며, 본 레이저를 이용한 악기(100)의 초기화 상태라 할 수 있다.
Nonpluck 상태 이후, 사용자가 레이저 현에 손을 소정 시간 이상 대고 있는 경우, 사용자가 현에 손을 댄 시점부터 손을 떼기까지 소리가 발생하지 않는 Hold 상태가 된다. 이 경우, 출력 전압(Vd)은 로우(Low)를 유지하고 있는 상태이다. 이는, 기타 연주법 중 하나인 뮤트(mute) 주법을 표현하기 위한 것으로, 현에 손을 얹어 놓거나 혹은 현을 누르고 있는 상황을 표현한 것이다.
Hold 상태에서 출력 전압(Vd)이 로우에서 하이(High)로 바뀌는 시점을 시작 으로 소리가 발생된다. 소리가 발생되는 시점으로부터 소리는 시간(t)의 흐름에 따라 점차 소멸하는 형태로 나타나며, 출력 전압(Vd)이 다시 로우로 바뀌는 시점 즉, 사용자가 레이저 현에 손을 대는 시점에 소리는 완전히 소멸된다.
사용자가 레이저 현에 손을 대면, 손을 댄 시간만큼 Hold 상태가 되어 출력 하이의 출력 전압(Vd)이 다시 로우 상태로 바뀐다. 이후, 로우 상태의 출력 전압(Vd)이 하이 상태가 되면 다시 소리가 발생되어 점차 소멸하는 형태로 나타난다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프렛 장치부의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서 프렛 장치부(130)는 전압 분배 회로로 구성된다. 본 실시예에서의 전압 분배 회로는, 프렛 정보의 입력을 위해 입력 전압(Vin)의 인가 여부를 조절하는 복수의 스위치(F1 내지 FN), 복수의 스위치(F1 내지 FN)에 각각 연결되어 입력 전압(Vin)을 분배하는 복수의 분배 저항(R1 내지 RN), 및 출력 전압(Vout)의 측정을 위한 기준 저항(Ro)를 포함한다.
본 실시예에서 프렛 장치부(130)를 구성하는 전압 분배 회로는 일반적인 형태의 전압 분배 회로와 입력 전압(Vin)의 위치가 바뀌어 있다는 점에서 차이가 있다. 일반적인 형태의 전압 분배 회로와 입력 전압(Vin)의 위치를 바꿀 경우, 회로의 끝단에 전압을 인가하고, 중간에서 출력을 뽑을 수 있다. 이는, 프렛의 구조를 표현하기 위해서는 복수의 분배 저항(R1 내지 RN)들 사이에 전원을 인가하여야 하기 때문이다.
복수의 스위치(F1 내지 FN)는 프렛을 표현할 물리적인 스프링 스위치로, 복수의 스위치(F1 내지 FN) 중 적어도 하나를 누르고 있는 동안 입력 전압(Vin)이 저항 회로에 인가되고, 각 스위치에서 손을 떼면 입력 전압(Vin)이 차단된다. 이에 의해, 기타와 같이 프렛이 있는 악기의 경우, 복수의 스위치(F1 내지 FN)가 넥(핑거보드 혹은 지판)에 설치되어 실제의 프렛을 표현할 수 있다.
기준 저항(Ro)는 출력 전압(Vout)을 측정하기 위한 저항으로, 복수의 분배 저항(R1 내지 RN)이 각각의 프렛을 표현하기 위해 사용된 저항이다. 현악기의 프렛을 구현하기 위해서는 프렛 간 전압 차이를 정의하고, 그에 맞는 저항 값을 산출하여야 한다.
프렛 간 전압 차이를 Vf, 프렛의 개수를 k라고 한다면, k개의 저항 값을 계산하여야 한다. n번째 프렛의 전압과 n-1번째 프렛의 전압 차이는 Vf와 같으므로, 이를 이용하여 n번째 프렛의 저항값을 계산하면 수학식 1이 성립된다.
Figure 112009011744336-PAT00003
본 실시예에서는, 수학식 1에 의해 복수의 분배 저항(R1 내지 RN)들의 저항값을 계산하여 도 4에 도시한 전압 분배 회로를 구성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음 합성부의 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 음 합성부(180)는 주파수 생성부(182), 음색 필터(184), 및 미세 조율 필터(186)를 포함한다.
주파수 생성부(182)는 현 정보에 기반하여 신호 지연 길이를 결정하고, 결정된 신호 지연 길이에 기반하여 발생시키고자 하는 음에 해당하는 주파수를 생성한다. 이를 위해, 주파수 생성부(182)는 기본 음 높이에 해당하는 사이즈의 메모리를 포함하며, 기결정된 신호 지연 길이에 따라 샘플 신호에 대한 메모리에서의 이동 속도를 결정하여 주파수를 생성한다.
샘플 신호에 대한 메모리에서의 이동 속도는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009011744336-PAT00004
여기서, vel(n)은 각 샘플의 이동 속도, fnew(n)은 프렛 신호에 의해 변경된 주파수, foriginal은 기설정된 기본 주파수이다.
이때, 주파수 생성부(182)는 사용자 인터페이스부(110)를 통해 입력된 연주 정보에 포함된 현악기 선택신호에 따라, 사용자가 선택한 현악기에 해당하는 주파수를 생성한다. 주파수 생성부(182)에서 주파수를 생성하는 원리는 후술하는 도 6a 내지 도 6c에서 보다 상세히 설명한다.
음색 필터(184)는 주파수 생성부(182)에 의해 생성된 주파수에 사용자로부터 입력받은 현악기 선택 신호에 대응하는 음색 신호 출력을 위해 기설정된 필터 파라미터를 반영한다. 현악기별 필터 파라미터는 해당 악기의 음색을 조절하기 위한 것으로, 기저장되어 있으며, 사용자 인터페이스부(110)를 통해 연주 정보가 입력되면, 음색 필터(184)는 해당 악기에 대한 필터 파라미터로 자동 설정된다.
미세 조율 필터(186)는 합성된 음의 기본 주파수를 정확하게 출력할 수 있도록 튜닝하는 기능을 한다.
도시한 바와 같이, 음 합성부(180)로 입력된 신호가 주파수 생성부(182), 음색 필터(184), 및 미세 조율 필터(186)로 구성된 폐루프를 반복적으로 이동함으로써, 원하는 악기의 음 높이를 가진 음이 생성된다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시한 주파수 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
앞에서 언급한 바와 같이, 주파수 생성부(182)는 기본 음 높이에 해당하는 사이즈의 메모리(182a)를 포함한다. 본 실시예에서는 메모리(182a)가 0×01, 0×02, 0×03,…, 0×09, 0×00의 10개의 번지를 가지는 것으로 예시한다.
도 6a는 음 높이가 변하지 않는 경우인 기본 음 높이를 표현하고자 할 때, 샘플 신호는 메모리(182a) 번지를 각각 하나씩 이동하게 된다. 예를 들면, 샘플링 주파수가 1000Hz이고, 메모리(182a)의 길이가 10이라면, 기본 음 높이는 100Hz이다.
기본 음 높이를 그대로 유지하는 경우, 각 메모리(182a) 번지에 있는 샘플 신호들은 샘플링 시간마다 각각 오른쪽으로 한 번지씩 이동한다. 즉, 임의의 샘플 신호의 이동 과정은 메모리(182a)에서 0×00, 0×01, 0×02, 0×03,…, 0×09, 0×00로 이동하는 과정을 반복한다.
도 6b는 프렛 장치부(130)로부터 프렛 정보가 입력됨에 따라, 기본 주파수의 변동이 필요한 경우에 해당한다. 이 경우, 각 샘플 신호의 이동 속도를 다르게 한다. 그 이유는, 기본 주파수의 변동에 따라 메모리(182a)의 길이를 조절할 수 없으므로, 고정된 메모리(182a)의 길이를 이용하여 주파수를 변동시키기 위한 것이다.
만약, 입력된 프렛 정보에 따라, 기본 음 높이의 2.5배로 기본 주파수가 커졌다고 하면, 샘플 신호의 이동 과정은 0×00 번지로부터 0×02, 0×04, 0×07, 0×09, 0×00, 0×02 번지로 이동한다. 즉, 샘플 신호의 이동 속도가 도 6a보다 2.5배 빨라진다.
이때, 샘플 신호는 각 메모리(182a) 번지를 소수점으로 이동할 수 없으므로, 소수점 이하의 이동은 누적되어 1 이상이 될 때 한 번지를 이동한다. 도 6b에서는 0×04번지에서 0×07 번지로의 이동이 이에 해당한다.
도 6b에서는 입력된 프렛 정보가 기본 주파수를 크게 해야 하는 경우에 해당하나, 이와 반대로 도 6c는 입력된 프렛 정보가 기본 주파수를 작게 해야 하는 경우를 예시한 것이다.
도 6c는 기본 주파수의 변동 폭이 음 높이의 감소로 나타날 경우, 메모리(182a) 내에서 각 샘플 신호의 이동 속도는 저하된다. 도 6c는 기본 음 높이의 0.55배로 기본 주파수가 작아진 경우로, 샘플 신호의 이동은 0×00 번지로부터 0× 01, 0×01, 0×02, 0×02, 0×03, 0×03, 0×04, 0×04, 0×05, 0×05, 0×06, 0×06, 0×07, 0×07, 0×08, 0×08, 0×09, 0×09, 0×00, 0×01 번지로의 이동을 반복한다.
여기서, 소수점 이하의 이동이 누적되어 0×09 번지를 제외하고는 각 번지에서 모두 2배의 샘플링 시간마다 한 번지를 이동함을 알 수 있다. 도 6a 내지 도 6c에 예시한 바와 같이, 샘플 신호의 이동 속도는 상기 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기의 구현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
여기에서는 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기의 구현 방법을 설명한다.
사용자는 본 레이저를 이용한 악기(100)를 이용하여 연주를 하고자 하는 경우, 사용자 인터페이스부(110)를 통해 현악기 선택신호를 포함하는 연주 정보를 입력한다(S300).
사용자는 레이저 현 장치부(120)를 통해 현 정보를 입력한다(S310). 현 정보가 입력된 이후, 프렛 장치부(130)로부터 프렛 정보가 입력되면(S320-Y), 연주 정보, 현 정보, 및 프렛 정보는 제어부(150), ADC(160), DSP(170)를 거쳐 음 합성부(180)로 입력된다. 음 합성부(180)에서는 현 정보에 기반하여 신호 지연 길이를 결정한다(S330).
음 합성부(180)는 신호 지연 길이가 결정되면, 신호 지연 길이에 따라 샘플 신호에 대한 메모리(182a)에서의 이동 속도를 결정한다(S340). 이때, 샘플 신호의 이동 속도는 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
음 합성부(180)의 주파수 생성부(182)는 해당 현악기에 해당하는 기본 주파수에 기반하여 기결정된 샘플 신호의 이동 속도에 따라 샘플 신호를 메모리(182a) 내에서 이동시킴에 따라, 발생시키고자 하는 음에 해당하는 주파수를 생성한다(S350).
음색 필터(184)는 주파수 생성부(182)로부터 출력되는 신호에 해당 현악기의 필터 파라미터를 반영하여 음을 필터링하고(S360), 미세 조율 필터(186)는 음색 필터(184)로부터 출력되는 신호를 튜닝하여 출력한다(S370).
주파수 생성부(182), 음색 필터(184), 및 미세 조율 필터(186)를 거친 음 신호는 DAC(185)를 거쳐 스피커(195)로 출력되거나 혹은 오디오/미디 인터페이스부(190)를 거쳐 외부 장치(200)로 출력될 수 있다.
만약, S320 단계에서, 프렛 정보가 입력되지 않을 경우에는 S330, 및 S340 단계는 생략된다. 그 이유는, 프렛 정보가 입력되지 않는 경우는 기본 음 높이에 의해 음을 합성하면 되기 때문이다.
상기와 같이 본 실시예에서는 레이저 현을 가지는 레이저를 이용한 악기(100)를 구현하였다. 대중적인 현악기 중 하나인 기타를 연주한다고 하면, 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN), 및 복수의 레이저 발생 소자(L1 내지 LN)에 의해 현이 구현되고, 복수의 스위치(F1 내지 FN)에 의해 프렛이 구현됨에 따라, 본 레이 저를 이용한 악기(100)를 이용하여 기타 연주법인 뮤트 기법, 슬라이딩 기법, 해머링 온 풀링 오프 기법, 비브라토 기법, 및 밴드 앤 릴리즈 기법과 같은 다양한 기법을 표현할 수 있다.
더욱이, 본 레이저를 이용한 악기(100)는 어느 하나의 현악기에 한정되지 않고, 다양한 현악기의 연주가 가능하다. 즉, 기타와 같이 프렛을 필요로 하는 현악기, 및 바이올린과 같이 프렛을 필요로 하지 않는 현악기 모두 구현할 수 있다.
또한, 본 레이저를 이용한 악기(100)를 이용하여 연주를 하는 경우, 줄 교체 작업 및 조율 작업이 필요하지 않으므로, 줄 교체 및 조율 작업으로 인한 사용자의 번거로움을 해소할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기의 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 레이저 현 장치부의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 도 2에 도시한 레이저 현 장치부의 출력 전압과 소리 발생의 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프렛 장치부의 구성을 나타낸 회로도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음 합성부의 블럭도,
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시한 주파수 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 악기의 구현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 레이저를 이용한 악기 110 : 사용자 인터페이스부
120 : 레이저 현 장치부 130 : 프렛 장치부
140 : 저장부 150 : 제어부
160 : ADC 170 : DSP
180 : 음 합성부 185 : DAC
190 : 오디오/미디 인터페이스부 195 : 스피커

Claims (10)

  1. 레이저 발생 소자, 및 상기 레이저 발생 소자로부터 발생되는 레이저를 감지하는 레이저 감지 소자에 의해 현 정보를 입력받는 레이저 현 장치부;
    상기 레이저 현 장치부의 음 높이 조절을 위한 프렛 정보를 입력받는 프렛 장치부; 및
    상기 레이저 현 장치로부터 입력되는 상기 현 정보 및 상기 프렛 장치부로부터 입력되는 상기 프렛 정보를 합성하여 음을 발생하는 음 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 소자 및 상기 레이저 감지 소자는 복수개이며, 서로 일대일 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 현 장치부는, 상기 레이저 감지 소자의 상기 레이저 감지 결과에 변화가 발생하면, 상기 변화가 발생한 레이저에 해당하는 현 정보를 입력하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프렛 장치부는 전압 분배 회로로 구성되며,
    상기 전압 분배 회로는,
    상기 프렛 정보의 입력을 위해 입력 전압의 인가 여부를 조절하는 복수의 스위치;
    상기 복수의 스위치에 각각 연결되어 상기 입력 전압을 분배하는 복수의 분배 저항; 및
    출력 전압 측정을 위한 기준 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 분배 저항 값은 하기의 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기:
    Figure 112009011744336-PAT00005
    여기서, 상기 복수의 분배 저항 R1 내지 RN에 대하여, Rn은 각 분배 저항 값, R0는 상기 기준 저항값, Vf는 프렛간 전압 차이이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 음 발생부는,
    상기 입력된 현 정보에 기반하여 신호 지연 길이를 결정하고, 상기 결정된 신호 지연 길이에 기반하여 발생시키고자 하는 음에 해당하는 주파수를 생성하는 주파수 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주파수 생성부는, 기본 음 높이에 해당하는 사이즈의 메모리를 포함하며, 상기 결정된 신호 지연 길이에 따라 샘플 신호에 대한 상기 메모리에서의 이동 속도를 결정하여 상기 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 생성부는, 하기의 수학식에 의해 상기 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기:
    Figure 112009011744336-PAT00006
    여기서, vel(n)은 각 샘플의 이동 속도, fnew(n)은 상기 프렛 신호에 의해 변경된 주파수, foriginal은 기설정된 기본 주파수이다.
  9. 제 6 항에 있어서,
    현악기 선택 신호를 입력받는 사용자 인터페이스부;를 더 포함하며,
    상기 음 발생부는,
    상기 생성된 주파수에 상기 입력받은 현악기 선택 신호에 대응하는 음색 신호출력을 위해 기설정된 필터 파라미터를 반영하는 음색 필터; 및
    상기 음색 필터로부터 출력되는 신호를 튜닝하는 미세 조율 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 음 발생부는, 상기 프렛 장치부로부터 상기 프렛 정보가 입력되지 않으면, 상기 입력된 현 정보에 해당하는 음만을 발생하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 악기.
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