KR20170019821A - 전자 관악기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자회로와 MCU(micro controller unit)를 이용하여 실제 관악기와 동일한 운지법과 취구로 입력된 동일한 세기 수준의 숨을 통해 실제 관악기에 근접한 소리를 출력하는 전자 관악기에 관한 것이다.
상기한 본 발명에 의하면 볼륨 조절이 가능하므로 전자 관악기 연주자에게 시간과 공간의 구애를 받지 않는 연습의 기회를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 종래 고가의 관악기보다 저렴한 가격으로 전자 관악기를 생산할 수 있으므로, 일반 소비자에게 안정된 가격으로 관악기를 제공할 수 있다.

Description

전자 관악기{electronic wind instrument}

본 발명은 전자 관악기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자회로와 MCU(micro controller unit)를 이용하여 실제 관악기와 동일한 운지법과 취구로 입력된 동일한 세기 수준의 숨을 통해 실제 관악기에 근접한 소리를 출력하는 전자 관악기에 관한 것이다.

대중음악뿐 아니라 클래식 음악에 대해서도 대중들의 관심이 점차 커지고 있다. 단순히 음악회에 참석하여 클래식 음악을 듣는 것으로 만족하기보다는 직접 클래식 음악 연주를 자신의 취미로 여기는 사람들도 늘어나고 있다.

그러나 클래식 악기에 대한 수요가 점차 늘어나고 있음에도 불구하고, 클래식 악기의 가격은 일반 학생들과 직장인들이 구입하기에는 다소 비싼 면이 없지 않아 있었다. 물론 낮게는 수십만 원부터, 높게는 수억 원에 이르기까지 그 가격대가 다양하게 형성되어 있지만, 사용자가 만족할 만한 소리를 내는 악기를 가지기 위해서는 어쩔 수 없이 비싼 가격의 악기를 구입할 수밖에 없었다. 또한, 비싼 악기를 구입하게 되었더라도 깨끗한 소리를 유지하기 위해 관리에 드는 부가비용과 시간도 사용자에게는 부담일 수밖에 없었다.

위와 같은 문제점을 타개하고자 개발된 것이 전자 악기라고 할 것이다. 현재 피아노, 오르간과 같은 건반 악기뿐 아니라 기타, 바이올린 등의 현악기에서도 실제 악기와 동일한 수준의 소리를 내면서 실제 악기보다 상대적으로 낮은 가격으로 책정된 전자 악기들이 소비자들에게 제공되고 있다. 악기 관리를 위해 소요되는 시간과 비용도 절감할 수 있게 되면서, 사용자들이 부담 없이 자신들의 취미를 누릴 수 있게 되었다.

그러나 이는 앞서 언급한 대로 건반악기와 현악기와 같은 악기류에 국한된 이야기일 뿐이다. 여전히 관악기의 경우에는 전자 관악기가 크게 대중화되지 못한 채로 남아있다. 물론 그에 대한 개발시도가 없었던 것은 아니나, 사용자의 기대치에 부응하는 제품이 아직까지 나오지 않고 있기 때문에 많은 관악기 소비자들로부터 외면당하고 있는 실정이다.

한국 등록특허 제10-1529109호 (2015. 6. 10.)

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 전자회로 및 MCU를 이용하여 실제 관악기에 근접한 소리를 낼 수 있으며, 볼륨 조절까지 가능하여 시간과 공간의 구애를 받지 않고 이용 가능한 전자 관악기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사용자의 숨을 불어넣는 취구와 관악기의 소리를 데이터 형태로 저장하는 소리저장부를 포함하는 상체부; 상기 상체부로 입력되는 상기 사용자의 숨과 함께 조합되어 상기 소리 데이터를 조절하는 다수의 키 버튼을 포함하는 본체부; 및 상기 상체부와 본체부에 전력을 공급하는 배터리를 수납하는 하체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자관악기를 제공한다.

상기 상체부는, 상기 취구를 통해 들어오는 상기 사용자의 숨을 입력받아 전압 신호로 변환하여 출력하는 마이크로폰; 상기 전압 신호의 진폭정보를 추출하는 진폭정보 회로부; 상기 본체부 및 음향장치와 통신하는 제 1 통신부; 및 상기 제 1 통신부를 통해 상기 본체부로부터 수신한 키 버튼 정보;와 상기 진폭정보;를 기반으로 하여 상기 소리 데이터를 변형하고, 상기 변형된 소리 데이터를 상기 음향장치로 송신하도록 제어하는 제 1 MCU(micro controller unit);를 포함할 수 있다.

상기 진폭정보 회로부는, 상기 전압 신호를 증폭하고, 상기 전압 신호의 네거티브 영역을 반전하여 상기 전압 신호와 합성하고, 상기 합성된 신호의 진폭에 비례하는 선형 신호를 얻은 후에 상기 선형 신호에서 노이즈를 제거하고 전압을 감산하여 상기 진폭정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.

상기 키 버튼 정보는, 상기 사용자가 상기 키 버튼 중 하나 이상을 임의대로 눌렀을 때, 상기 눌러진 키 버튼과 눌러지지 않은 키 버튼을 포함한 상기 키 버튼들의 조합상태에 대한 정보인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 본체부는, 상기 상체부와 통신하는 제 2 통신부; 및 상기 키 버튼 정보를 산출하고, 상기 키 버튼 정보를 상기 제 2 통신부를 통해 상기 상체부로 송신하도록 제어하는 제 2 MCU;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 MCU는, 상기 키 버튼 정보를 통해 음(tone)을 결정하고, 상기 진폭정보를 통해 음량을 결정하며, 상기 진폭정보가 일정한 설정치 이상이면, 상위 옥타브로 결정하고, 상기 설정치 이하이면 하위 옥타브로 결정하며, 상기 음, 상기 결정된 옥타브 및 상기 음량을 기반으로 상기 소리 데이터를 변형하여 상기 음향장치로 송신하도록 제어한다. 또한, 상기 소리 데이터의 출력을 조절하는데 이용되는 시간정보를 제공하는 타이머(timer)를 더 포함할 수 있다.

상기 상체부, 본체부 및 음향장치 사이는, 적외선 통신, 가시광 통신, RF 통신 및 유선 통신 중 하나 이상을 통해서 연결되는 것을 특징하고, 상기 상체부는, 연주 모드, 화음 모드 및 합주 모드 중 하나의 모드를 선택하여 연주하는 모드선택 버튼을 더 포함할 수 있다.

상기 소리저장부는, 상기 합주 모드 및 화음 모드 중에서 하나의 모드에서 재생되는 하나 이상의 악기 소리를 더 저장하고 있는 것을 특징으로 하며, 상기 연주 모드, 화음 모드 및 합주 모드 중 하나를 선택하면, 상기 제 1 MCU에 의해 상기 소리저장부에 저장된 특정 악기 소리가 재생된다.

마지막으로, 상기 전자 관악기는 상기 상체부, 본체부 및 하체부는 물리적으로 분리 및 결합이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의하면 전자 관악기 연주자에게 시간과 공간의 구애를 받지 않는 연습의 기회를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면 종래 고가의 관악기보다 저렴한 가격으로 전자 관악기를 생산할 수 있으므로, 일반 소비자에게 안정된 가격으로 관악기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 실제 형태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 구성도.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 마이크로폰에서 전압 파형으로 변환된 사용자의 숨의 세기를 나타내는 사진.
도 3b는 사용자 숨의 세기의 전압 파형에서 진폭정보를 추출하기 위해 이용된 진폭정보회로부의 구성을 나타내는 구성도.
도 4는 실제 플루트의 E(미)음의 소리를 녹음하여 소리가 안정적인 구간을 확대하여 나타낸 2주기 파형을 나타낸 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 본체부에서 조합되는 키 버튼 정보를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 관악기의 옥타브 조절을 위해 이용된 히스테리시스(hysteresis) 곡선 원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 녹음된 실제 플루트의 E(미)음의 소리 파형을 일정한 시간 간격으로 이산화(discretization)하여 배열로 저장된 소리데이터를 나타낸 도면.

본 발명은 전자관악기에 관한 것으로, 전자회로와 MCU(micro controller unit)를 포함하며, 취구(mouthpiece)로 입력된 숨의 세기, 실제 관악기와 동일한 운지법 등을 통해 미리 녹음된 실제 관악기의 소리를 출력하도록 하는 것을 기본적인 기술적 요지로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자 관악기의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 실제 형태를 나타낸 도면이다. 본 발명에 의하여 모든 관악기들이 전자 관악기 형태로 충분히 제작 가능하지만, 특별히 관악기 중에서도 대중들에게 널리 알려진 목관 악기의 일종인 플루트를 전자 악기 형태로 제작할 수 있다. 도 1에서 도시한 것처럼, 상기 전자 플루트는 크게 상체부, 본체부 및 하체부를 포함할 수 있다.

상기 상체부는, 사용자의 숨을 불어넣는 취구와 관악기의 소리를 데이터 형태로 저장하는 소리저장부를 포함할 수 있다. 상기 본체부는, 입력되는 상기 사용자의 숨과 함께 조합되어 상기 소리 데이터를 조절하는 하나 이상의 키 버튼을 포함할 수 있다. 상기 하체부는, 상기 상체부와 본체부에 전력을 공급하는 배터리를 포함한다.

이하, 상기 상체부, 본체부 및 하체부의 구체적인 구성에 대하여는 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 구성도이다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트는 상체부(10), 본체부(11) 및 하체부(12)를 포함할 수 있다.

상기 상체부(10)는, 사용자가 숨을 불어넣는 취구(미도시)와 관악기의 소리를 데이터 형태로 저장하는 소리저장부(16)뿐 아니라, 상기 취구를 통해 들어오는 상기 사용자의 숨을 입력 받아서 이를 전압 신호로 변환하여 출력하는 마이크로폰(micro-phone, 14), 상기 전압 신호의 진폭정보를 추출하는 진폭정보 회로부(15), 상기 본체부(11) 및 음향장치(24)와 통신하는 제 1통신부(17) 및 상기 제 1통신부(17)를 통해 상기 본체부(11)로부터 수신한 키 버튼 정보와 상기 진폭정보를 기반으로 하여 상기 소리 데이터를 변형하고, 상기 변형된 소리 데이터를 상기 음향장치(24)로 송신하거나 또는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함하지 않은 음향장치의 경우에는 DAC(23)로 우선 송신하도록 제어하는 제 1MCU(13)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상체부(10)는 연주모드, 화음모드 및 합주모드 중 하나의 모드를 선택하여 연주하는 모드선택 버튼(18)을 더 포함할 수도 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 마이크로폰(14)에서 전압 파형으로 변환된 사용자의 숨의 세기를 나타내는 사진이다.

상기 마이크로폰(14)은 도 3a의 우측 상단에서처럼, 취구를 통해 들어오는 사용자 숨의 세기를 음파와 동상(in phase)인 수십 내지 수백 mV에 해당하는 전압 신호로 변환하여 출력한다. 사용자가 상기 마이크로폰(14)으로 숨을 직접 불어 넣는 경우에는 상기 수백 mV 전압을 크게 웃도는 1V를 초과하는 높은 진폭의 불규칙한 전압 신호가 발생하기도 한다. 이는 사용자 숨의 세기와 전압신호의 진폭은 비례관계가 있음을 의미한다고 할 것이다.

상기 전압신호로부터 상기 전압신호의 진폭정보를 추출하는 과정은 진폭정보 회로부(15)에서 이루어진다.

상기 진폭정보 회로부(15)는, 상기 마이크로폰(14)으로부터 상기 전압신호를 입력받아서 상기 전압신호의 진폭정보를 추출한다. 보다 상세하게 설명한다면, 상기 진폭정보 회로부(15)의 OPAMP, RC평활회로, 적분회로 및 전압 감산회로를 통해 상기 전압신호의 진폭을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

상기 진폭정보 회로부(15)의 OPAMP에서는 상기 마이크로폰(14)으로부터 상기 전압신호를 입력받으면, 상기 전압 신호를 증폭하고, 상기 전압 신호의 파형 중에서 네거티브(-)영역을 반전하여 본래 전압 신호와 합성한다.

상기 RC 평활회로에서는 상기 합성된 신호를 상기 합성된 신호의 진폭에 비례하는 선형신호로 변환하고, 상기 적분회로에서는 상기 선형신호에서 노이즈를 제거한다. 상기한 대로 노이즈를 제거하였다고 하더라도 상기 적분회로를 통과한 신호는 여전히 제 1MCU(13)에서 사용하기에는 적합하지가 않으므로 상기 전압 감산회로에서 기준 전압(reference voltage)을 감산함으로써 제 1MCU(13)에서 사용하기에 적합한 상기 전압신호의 진폭정보 신호를 생성하게 되는 것이다.

이상과 같이, 도 3a의 좌측 하단은 상기 전압 신호의 네거티브 영역을 반전하여 본래 전압 신호와 합성한 신호의 파형을 나타내고 있으며, 도 3a의 우측 하단은 상기한 모든 회로를 거친 상기 전압신호의 진폭 신호정보를 나타내는 파형을 보여준다. 도 3b는 상기 사용자 숨의 세기의 전압신호에서 진폭정보를 추출하기 위해 이용된 진폭정보 회로부(15)의 구성을 설명하는 구성도를 나타낸다.

다만, 상기한 도 3b의 OPAMP, RC 평활회로, 적분회로 및 전압감산 회로와 같은 회로구성은 예시에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 상기와 같은 구성으로 제한되지 않는다고 할 것이다. 동일한 결과값(전압신호의 진폭정보)을 생성하는 다른 회로구성도 얼마든지 가능하다고 할 것이다.

한편, 제 1MCU(13)는 상기 진폭정보 회로부(15)에서 생성된 진폭정보와 상기 본체부(11)에서 입력받은 키 버튼 정보를 바탕으로 소리데이터를 산출한다. 구체적으로, 상기 진폭정보를 통해 출력할 소리의 음량을 결정하며, 상기 키 버튼 정보를 통해 출력할 소리의 음(tone)을 결정한다. 또한, 제 1MCU(13)은 상기 진폭정보가 일정한 설정치 이상이면, 상위 옥타브로 결정하고, 상기 진폭정보가 상기 설정치 이하이면 하위 옥타브로 결정한다. 그리고 상기 제 1MCU(13)는 상기 음, 상기 결정된 옥타브 및 상기 음량을 기반으로 상기 소리저장부(16)에 저장되어 있는 소리데이터를 변형하여 음향장치(24)로 송신하거나 또는 DAC를 포함하지 않은 음향장치의 경우에는 DAC(23)로 우선 송신한다. 왜냐하면, 상기 변형된 소리데이터는 디지털 신호이기 때문에 음향장치(24)에서 소리로 출력하기 위해서는 아날로그 신호로 변환하는 과정을 거쳐야 하기 때문이다.

여기서 일정한 설정치는, 실제 악기의 음을 기준으로 하여 옥타브를 구분할 수 있는 경계지점의 음을, 마이크로폰을 통해 변환된 전압신호의 진폭의 크기를 의미한다고 할 것이다.

옥타브는 실제 플루트의 음역대를 고려하여 가온 음역대를 제 2옥타브라고 한다면, 그보다 낮은 음역을 제 1옥타브, 제 2옥타브보다 높은 음역을 제 3옥타브라고 정의할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2옥타브를 하위 옥타브, 제 3 옥타브를 상위 옥타브라고 명명할 수 있다.

상기 상위 옥타브와 하위 옥타브를 구분하는 것뿐 아니라 각각의 옥타브 사이를 구분함에 있어서도, 상기한 대로 일정한 설정치와 비교하는 동일한 방법이 이용될 수 있다.

상기 제 1MCU(13)는 타이머(timer)를 포함할 수 있는데, 상기 타이머는 상기 제 1MCU(13)에게 상기 소리데이터의 출력 조절에 이용되는 시간정보를 제공한다.

상기 시간정보와 소리데이터의 출력 조절에 대한 설명은 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 소리저장부(16)에는 관악기의 실제 소리가 데이터 형태로 저장되어 있다. 시중에서 손쉽게 구할 수 있는 마이크로폰과 컴퓨터 녹음 프로그램을 통해 실제 플루트의 소리를 녹음할 수 있다. 도 4는 실제 플루트의 E(미)음의 소리를 녹음하여 소리가 안정적인 구간을 확대하여 나타낸 2주기 파형을 나타낸 사진이다. 도 4에서 도시한 바와 같이, 컴퓨터 파일형태로 저장된 음원의 파형에서 상기 플루트의 소리가 가장 안정적인 부분을 음향 프로그램을 이용하여 확대할 수 있다. 확대한 소리 파형을 일정한 시간 간격으로 이산화(discretization)한 값을 하나의 배열 형태로 구성할 수 있다. 도 7은 상기 녹음된 실제 플루트의 E(미)음의 소리 파형을 일정한 시간 간격으로 이산화(discretization)하여 배열로 저장된 소리데이터를 나타낸 도면이다. 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 E(미) 음의 소리파형을 일정한 시간 간격으로 이산화하여 총 148개의 값으로 나눌 수 있다. 주기가 가장 긴 음의 경우에는 이산화한 값이 가장 많을 것이고, 주기가 가장 짧은 음의 경우에는 이산화한 값이 가장 적을 것이다. 일정 옥타브(예를 들어 제2 옥타브)의 각 음마다 각각의 배열 형태로 소리저장부(16)에 프로그램의 데이터 형태로 저장될 수 있다. 여기서 상기 소리데이터를 저장하는 위치는 하나의 실시 예에 불과할 뿐이며, 소리저장부(16)가 아닌, 상기 제 1MCU(13) 자체에 저장할 수도 있다. 실제 악기 소리가 저장되는 형태 역시, 상기한 데이터 형태뿐 아니라 텍스트 파일(text file), 이진 파일(binary file) 형태 등으로도 저장하는 것이 가능하다고 할 것이다.

더 나아가 소리저장부(16)는, 합주모드(mode) 및 화음 모드 중에서 하나의 모드에서 재생되는 복수의 악기 소리를 더 저장할 수 있다. 즉, 원 악기의 소리뿐 아니라, 상기 모드선택 버튼(18)을 통해 선택된 화음 모드나 합주 모드에서 재생되는 다른 악기의 소리를 더 저장할 수 있다. 즉, 사용자가 상기 전자 관악기를 연주할 때, 화음을 넣고 싶거나 다른 악기와의 합주를 원하는 경우 모드선택 버튼(18)을 통해 상기 화음 모드나 합주 모드를 선택하게 되면, 상기 모드에 해당하는 특정 악기 소리가 함께 재생되면서 사용자가 원하는 합주연주 또는 화음연주가 이루어질 수 있다.

상기 화음 모드나 합주 모드에서 재생될 다른 악기의 소리는 원 악기의 소리를 저장하는 방식과 동일 혹은 유사한 방식으로 상기 소리저장부(16)에 저장될 수 있을 것이다.

마지막으로 상기 본체부(10)의 제 1통신부(17)는, 하기의 제 2통신부(21)로부터 수신한 키 버튼 정보를 제 1MCU(13)로 전달한다. 또한, 상기 키버튼 정보와 상기 진폭정보를 기반으로 상기 제 1MCU(13)에서 변형된 소리데이터를 상기 제 1MCU(13)로부터 전달받아서 음향장치(24)로 송신하거나 또는 디지털 정보를 아날로그 정보로 변환하는 DAC(23)를 포함하지 않은 음향장치(24)의 경우에는 DAC(23)로 송신한다.

다음으로, 본체부(11)는 제 2 MCU(19), 하나 이상의 키 버튼(20) 및 제 2통신부(21)을 포함할 수 있다.

상기 키 버튼(20)은, 전자관악기에 부착되어 상기 전자관악기를 연주할 때 소리를 변화시키기 위해 사용자가 누르게 되는 버튼이다. 상기 사용자가 상기 키 버튼(20) 중 하나 이상을 임의대로 눌렀을 때, 상기 눌러진 키 버튼과 눌러지지 않은 키 버튼들의 조합상태에 대한 정보를 키 버튼 정보라고 정의할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 본체부에서 조합되는 키 버튼 정보를 설명하는 도면을 나타낸다. 도 5에 도시한 바와 같이, 실제 플루트는 다양한 키 버튼의 조합에 따라서 그에 대응하는 음계의 소리를 내며, 실제 플루트와 동일한 키 버튼 조합으로 동일한 음계의 소리를 출력하도록 하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 키 버튼 조합 방식 역시 실제 플루트의 키 버튼 조합 방식과 일치한다.

상기 제 2MCU(19)에서는 사용자가 임의로 누른 키 버튼(20)들의 상태를 확인하여 키 버튼 정보를 산출하고, 상기 키 버튼 정보를 상기 제 2 통신부(21)를 통해 상기 상체부(10)의 제 1통신부(17)로 송신하도록 제어하게 된다.

끝으로, 하체부(12)는, 상기 상체부(10)와 본체부(11)에 전력을 공급하는 배터리(22)를 포함한다. 상기 배터리(22)는 상기 하체부(12)에 수납되는 형태이거나 상기 하체부(12) 자체가 상기 상체부(10)와 본체부(11)를 위한 배터리(22)일 수도 있다. 상기 배터리(22)는 충전이 가능하며, 필요한 경우에는 일회용 배터리로도 교체가 가능하다.

이상의 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자플루트의 상체부(10), 본체부(11) 및 하체부(12)는 물리적으로 분리 및 결합이 가능하며, 상기 상체부(10), 본체부(11) 및 하체부(12)를 연이어 결합한 경우에만이 사용자가 연주 가능하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 전자플루트의 상체부(10), 본체부(11) 및 음향장치(24) 간의 통신방식으로는 적외선 통신이 바람직하지만, 이는 예시에 불과할 뿐이며, 적외선통신, 가시광 통신, RF 통신 및 유선 통신 중 하나 이상을 통해 연결될 수도 있다.

이하에서는 소리데이터를 출력하기 위한 제 1MCU(13)의 구체적인 작동원리와 상기 소리데이터의 출력과정에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

우선적으로, 상기 제 1MCU(13)의 음량 및 옥타브 제어동작을 구체적으로 설명하고자 한다.

상기 제 1MCU(13)는 상기 마이크로폰(14)과 상기 키 버튼(20)으로부터 전달받은 정보들을 기반으로 미리 소리저장부(16)에 저장된 본래 소리데이터에 변형을 가하고 이를 디지털 신호로 출력한다. 상기 제 1MCU(13)는 상기 본체부(11)로부터 전달받은 키 버튼 정보가 어떤 음을 낼지 결정한다. 또한, 상기 키 버튼 정보를 상위 옥타브와 하위 옥타브로 구분해야 할 경우에는, 사용자의 숨 세기를 나타내는 상기 진폭정보를 미리 설정된 일정한 임계치와 비교하여 구분하도록 한다.

실제 플루트와 같은 관악기는 각 음을 내는데 있어서, 필요한 숨의 세기가 다르다. 즉, 숨의 세기의 최소값이 음마다 상이한데, 고음으로 갈수록 더욱 강한 숨이 필요하게 된다. 상기 진폭정보 회로부(15)에서 추출한 진폭정보는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트의 음량으로 이용될 수 있다.

도 5에서 도시한 것처럼, 실제 플루트에서 E(미)와 같은 경우는, 동일한 운지법에 의하더라도 다른 옥타브의 음을 낼 때가 있다. 즉, 실제 플루트에서는 입 모양과 숨의 세기 조절을 통하여 바람의 세기, 속도, 압력, 바람의 양을 달리하면서 동일하게 손가락을 짚더라도 다른 옥타브의 음을 낼 수 있는 것이다.

상기한 여러 물리적인 요소들 중에서 음을 결정짓는 가장 큰 요인은 숨의 세기인데, 본 발명에 따른 전자 관악기에서는 이를 단순화 하여 상기 사용자 숨의 세기의 변화만으로 전자 관악기의 옥타브 조절과 음량 조절이 가능하다. 그리하여 특정 세기 이상(상기한 일정한 임계치 이상)으로 숨을 불어 넣으면 상위 옥타브의 소리가 나며, 그보다 약한 세기로 숨을 불어 넣으면 하위 옥타브 소리가 난다.

위에서처럼, 동일한 운지에 의할지라도 사용자의 숨의 세기에 따라서 음의 높이가 달라질 수 있는데, 여기에서 문제점이 발생한다. 바로 떨림 현상이라는 것인데 플루트를 자유자재로 다루는 능숙한 연주자가 아닌 경우에는 숨의 세기 조절에 실패하여 동일한 음일지라도 다른 옥타브를 가지는 두 가지 소리를 반복해서 내게 되는 것이다. 즉, 사용자의 숨의 세기가 하위 옥타브의 최대 숨의 세기와 상위 옥타브의 최소 숨의 세기 사이에 존재하는 경우에 최대 저음과 최소 고음 사이를 불안하게 진동하며 불안한 소리를 내는 문제가 발생할 염려가 있다. 그러나 이와 같은 소리의 불안정성은 숨의 세기를 히스테리시스(hysteresis) 곡선의 특성대로 처리함으로써 제거할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 관악기의 옥타브 조절을 위해 이용된 히스테리시스 곡선 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 도시한 바와 같이, 히스테리시스 곡선의 원리를 이용하게 되면, 예를 들어 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트로 E(미)음을 낮은 숨의 세기로 연주하는 경우에, 하위 옥타브(제1, 2 옥타브)의 소리가 나는데, 숨의 세기가 커질수록 음량은 커진다. 숨의 세기가 커지면서 a1 지점에 이르면 음량이 일정한 최대치가 되고, 상기 최대 음량을 유지하다가 숨의 세기가 a2 지점 이상이 되면 상위 옥타브(제3, 4 옥타브)의 소리가 나게 된다. 다만, 이 때의 음량은 최소로 줄어들었지만, 숨의 세기가 커질수록 상위 옥타브에서 음량은 다시 일정한 최대치까지 커지게 된다. 여기서 숨의 세기가 작아지게 되면, 비록 상위 옥타브는 유지되지만 음량은 작아진다. 그리하여 a1 지점에 이르면, 최대 음량 크기를 가진 하위 옥타브의 소리로 바뀌게 된다. 위와 같은 원리를 통하여 소리의 불안정성을 제거할 수 있다. 다만, 상기 히스테리시스 곡선의 원리를 이용하더라도 사용자가 상위 옥타브의 음을 연주하는 도중에 숨을 갑자기 멈추는 경우, 문제가 되는데, 그와 같은 경우 숨의 세기, 즉 진폭정보는 선형적으로 0까지 수렴하기 때문에 상위 옥타브의 최저 음량을 가진 동일한 음의 소리가 나오다가 숨을 멈출 때 순간적으로 하위 옥타브의 최대 음량을 가진 동일한 음의 소리가 나오게 된다. 이는 도 6의 그래프에서 진폭정보를 역행하여 따라가다 보면 상위 옥타브에서 하위 옥타브로 넘어가는 상기 a1 지점에서의 문제임을 확인할 수 있다.

본 발명에서는 상위 옥타브의 음을 내다가 숨을 멈추는 경우, 숨의 세기가 감소하는 곡선 그래프의 미분값을 분석한다. 상기 미분값이 상승하게 되어 특정한 값 이상(사용자 스스로 지정 가능한 곡선 그래프의 기울기 값)으로 나타나는 경우를 상기와 같은 문제점이 발생하는 것으로 인지하도록 하여 소리를 출력하지 않도록 하는 것이다. 위와 같은 알고리즘을 통해 숨을 멈출 때 순간적인 옥타브의 변동을 해결할 수 있다.

다음으로, 소리저장부(16)에 미리 저장된 소리데이터의 출력 과정을 상세히 설명하고자 한다.

상기 제 1MCU(13)은 상기 소리데이터의 출력 조절에 이용되는 시간정보를 제공하는 타이머(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 타이머는 상기 제 1MCU(13)의 동작과는 별개로 진행된다. 상기 제 1MCU(13)은 상기 타이머가 제공한 시간정보에 따라서 소리데이터를 출력하게 된다. 즉, 소리데이터를 출력할 때 상기 타이머를 통해 상기 소리 데이터 출력시간의 흐름을 빠르게 하거나 느리게 할 수 있다. 상기 제 1MCU(13)은 상기 타이머의 시간정보를 전달받아 소리저장부(16)에 저장된 소리데이터를 상기 시간정보에 알맞은 소리데이터로 변형하여 출력하게 된다. 제 2옥타브를 기준으로 하여, 제 3옥타브를 연주하는 경우에는 상기 타이머의 시간이 2배 빠르게 흐르도록 하는 방법으로 제 2옥타브일 때의 소리데이터보다 주파수가 2배인 소리데이터를 낼 수 있도록 하는 것이다.

타이머	0	1	2	3	...	146	147
소리 데이터 (저장)	0	2	3	6	...	1	0
음량	100%	100%	100%	50%		100%	50%
소리 데이터 (출력)	0	1	3	3	...	1	0

도 7 및 상기 표 1에 의하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 플루트에 있어서, E(미)음을 연주할 때의 소리파형을 이산화하여 상기 소리저장부(16)로 저장한 소리데이터의 길이는 148(0에서 147까지)임을 알 수 있다. 상기 타이머가 한 주기 작동하는 동안에 상기 제 1MCU(13)은 0에서 147까지의 이산화된 소리데이터를 1회 출력하도록 하는데, 저장된 소리데이터와 출력 당시의 음량 값을 곱하여 원래 소리데이터를 변형 출력하도록 한다. 만약 음원(저장된 소리데이터)의 이산화된 값들 중 하나가 100의 값을 갖고, 음량이 50%의 값을 갖는다면, 50을 가지는 변형된 소리데이터를 출력한다.

일정한 옥타브(예를 들어 제2 옥타브)에서의 각 음마다 길이가 다른 배열 형태로 소리저장부(16)에 저장된 소리데이터는 상기 타이머와 연동 되며, 상기 타이머의 한 주기가 끝나게 되면, 상기 타이머는 초기화된다. 그러면 상기 초기화된 타이머는 다시 한 주기 작동하는데, 그 동안에 사용자가 소리 내고자 하는 소리데이터가 동일한 방식으로 출력하게 된다. 만약 동일한 음으로 한 옥타브 높은 소리를 내고자 한다면, 상기 소리데이터가 출력되는 상기 타이머의 한 주기 작동 시간은 1/2로 감소하게 될 것이다.

상기 타이머는 상기 소리데이터와 연동되었을 때 정확한 주기 혹은 주파수를 표현하도록 프로그래밍 될 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 실시하게 된다면, 실제 관악기에 근접한 소리를 출력하는 전자 관악기를 구현할 수 있다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.

10: 상체부 19: 제 2MCU
11: 본체부 20: 키 버튼
12: 하체부 21: 제 2통신부
13: 제 1MCU 22: 배터리
14: 마이크로폰 23: DAC
15: 진폭정보 회로부 24: 음향장치
16: 소리저장부
17: 제 1통신부
18: 모드선택 버튼

Claims (12)

1. 사용자의 숨을 불어넣는 취구(mouthpiece)와 관악기의 소리를 데이터 형태로 저장하는 소리저장부를 포함하는 상체부;
   상기 상체부로 입력되는 상기 사용자의 숨과 함께 조합되어 상기 소리 데이터를 조절하는 다수의 키 버튼을 포함하는 본체부; 및
   상기 상체부와 본체부에 전력을 공급하는 배터리를 수납하는 하체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 상체부는,
   상기 취구를 통해 들어오는 상기 사용자의 숨을 입력받아 전압 신호로 변환하여 출력하는 마이크로폰;
   상기 전압 신호의 진폭정보를 추출하는 진폭정보 회로부;
   상기 본체부 및 음향장치와 통신하는 제 1 통신부; 및
   상기 제 1 통신부를 통해 상기 본체부로부터 수신한 키 버튼 정보;와 상기 진폭정보;를 기반으로 하여 상기 소리 데이터를 변형하고, 상기 변형된 소리 데이터를 상기 음향장치로 송신하도록 제어하는 제 1 MCU(micro controller unit);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 진폭정보 회로부는,
   상기 전압 신호를 증폭하고, 상기 전압 신호의 네거티브(negative) 영역을 반전하여 상기 전압 신호에 합성하고, 상기 합성된 신호의 진폭에 비례하는 선형 신호를 얻은 후에 상기 선형 신호에서 노이즈를 제거하고 기준 전압(reference voltage)을 감산하여 상기 진폭정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 키 버튼 정보는,
   상기 사용자가 상기 키 버튼 중 하나 이상을 임의대로 눌렀을 때, 상기 눌러진 키 버튼과 눌러지지 않은 키 버튼을 포함한 상기 키 버튼들의 조합상태에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 본체부는,
   상기 상체부와 통신하는 제 2 통신부; 및
   상기 키 버튼 정보를 산출하고, 상기 키 버튼 정보를 상기 제 2 통신부를 통해 상기 상체부로 송신하도록 제어하는 제 2 MCU;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 1 MCU는,
   상기 키 버튼 정보를 통해 음(tone)을 결정하고,
   상기 진폭정보를 통해 음량을 결정하며,
   상기 진폭정보가 일정한 설정치 이상이면, 상위 옥타브로 결정하고, 상기 설정치 이하이면 하위 옥타브로 결정하며,
   상기 음, 상기 결정된 옥타브 및 상기 음량을 기반으로 상기 소리 데이터를 변형하여 상기 음향장치로 송신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 MCU는,
   상기 소리 데이터의 출력을 조절하는데 이용되는 시간정보를 제공하는 타이머(timer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
8. 제 2항에 있어서,
   상기 상체부, 본체부 및 음향장치 사이는,
   적외선 통신, 가시광 통신, RF 통신 및 유선 통신 중 하나 이상을 통해서 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
9. 제 2항에 있어서,
   상기 상체부는,
   연주 모드, 화음 모드 및 합주 모드 중 하나의 모드를 선택하여 연주하는 모드선택 버튼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 소리저장부는,
    상기 합주 모드 및 화음 모드 중에서 하나의 모드에서 재생되는 하나 이상의 악기 소리를 더 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 연주 모드, 화음 모드 및 합주 모드 중 하나를 선택하면, 상기 제 1 MCU에 의해 상기 소리저장부에 저장된 특정 악기 소리가 재생되는 것을 특징으로 하는 전자 관악기.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 상체부, 본체부 및 하체부는 물리적으로 분리 및 결합이 가능한 것을 특징으로 하는 전자 관악기.

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