當Strymon決定創造一個錄音室等級效果器,忠實地再現經典的旋轉喇叭系統,團隊研究每一個細微差別,分析這些系統背後的物理和機械原理的過程,設計出充滿了標誌性的效果器-Lex Rotary。接著將由我們的首席DSP工程師兼聲音設計師Pete Celi在下面的白皮書中說明了研究和聲音設計過程!

 

「STRYMON LEX」的圖片搜尋結果

 

斯特里蒙旋轉喇叭技術
 

旋轉喇叭概述

 

經典的旋轉喇叭系統包括用於高頻的旋轉號筒和用於低頻的由單獨驅動器供電的旋轉鼓。通常有兩種電動機速度,慢速和快速,也稱為chorale和Tremolo。這些系統最初是為與電子風琴一起使用而設計的,但吉他手很快就想從中獲得樂趣。

 

圖1.LESLIE®雙轉子揚聲器系統的原理圖

圖1.LESLIE®雙轉子喇叭系統的原理圖

 

旋轉喇叭系統在緩慢旋轉時會產生尺寸和深度,而在高速旋轉時會產生受控的混亂。儘管簡單的顫音或合聲效果可以產生“窮人的旋轉聲”,但仍需要專用的DSP實現來精確再現造成這種經典聲音的許多不同方面。成功的DSP設計需要對這些旋轉喇叭系統中發生的物理聲學現象進行全面研究。下面討論了一些關鍵過程。

 

喇叭

旋轉喇叭系統產生的最明顯的效果是音高波動,稱為多普勒效果。這是喇叭相對於聽眾移動的結果,就像警笛聲在消防車經過時改變音高一樣。

 

圖2.移動聲源的多普勒效應

圖2.移動聲源的多普勒效應

 

由於喇叭週期性地進行相同的運動,因此音高波動也週期性地發生。這就是為什麼有時用傳統的顫音或合聲代替旋轉效果的原因。

 

圖3.旋轉喇叭的多普勒效應

圖3.旋轉喇叭的多普勒效應

 

但是,由喇叭在音箱內旋轉產生的多普勒效應要比由簡單的合聲或顫音效應產生的多普勒效應複雜得多。當喇叭旋轉時,來自喇叭的聲波會從喇叭音箱的內表面反射,這些表面中的每一個都會經歷自己的多普勒效應,然後再對其他表面產生二次反射。從機殼傳到聽眾(或麥克風)的聲音是喇叭的直接聲音和許多反射的複雜組合。

 

圖4.旋轉揚聲器櫃內的多普勒效應和多次反射

圖4.旋轉喇叭音箱內的多普勒效應和多次反射

 

旋轉的號筒還會在整個旋轉過程中產生振幅和頻率響應變化。不出所料,當面對聆聽者時,喇叭的直接訊號最響亮,而當面對聆聽者時則更柔和鈍。這些方面在確定許多反射訊號的性質方面也起作用。

 

 

典型的鼓配置是向下發射的喇叭,該喇叭伸入具有矩形切口的旋轉圓柱體中。電子分頻電路限制了喇叭的帶寬,因此只有低頻投射到了鼓中。當圓柱體旋轉並且切口旋轉時,會為較低的頻率產生脈衝振幅調製(顫音)效果。調幅訊號的相位也會隨著切口在音箱的前後移動而發生變化。鼓產生的合成聲音具有催眠作用,並具有“呼吸”效果。

圖5.低頻低音轉子

圖5.低頻低音轉子

 

拾音

 

捕獲聲音運動的經典方法包括在音箱頂部的音箱頂部有一對麥克風,在音箱的底部有一個麥克風來拾取鼓。隨著麥克風移近音箱,由平方反比效應引起的幅度波動變得更加明顯,並且號角訊號在高速下獲得可識別的“震盪”質量。近距離模仿的另一個結果是增強了立體聲效果,當喇叭先通過一個麥克風然後又通過另一個麥克風時,在低速時非常明顯。當麥克風移回時,波動均勻,最終產生的聲音會在離音箱一定距離的房間內自然地聽到。

 

圖6.LESLIE®櫥櫃採礦的經典方法

圖6.LESLIE®音箱收音的經典方法

 

速度,斜坡和製動

 

在顫音和和聲的速度中,號角的旋轉速度比鼓的旋轉速度稍快一些,因此所產生的聲音要比兩者以相同速度旋轉時要複雜得多,並且會不斷變化。此外,低頻鼓的慣性比號角的慣性大得多,從而使其更能抵抗速度變化。因此,在喇叭加速和減慢的同時,鼓需要更長的時間才能達到其速度。變化的速度是這些系統的“魔力”最明顯的地方。

 

一些旋轉系統允許“制動”,即喇叭和鼓的速度降低到零,因此不再旋轉。施加製動後,該系統只是一個雙向固定喇叭系統。當制動器鬆開並且系統再次開始旋轉時,系統複雜性的全部影響就會顯現出來。

 

放大器

 

原始的旋轉系統內置了一個用於驅動喇叭的真空管放大器。放大器過驅動會產生諧波,一旦諧波通過旋轉系統運動,諧波就會增加新的維度。這種聲音通常被稱為旋轉喇叭系統的“咆哮”,它已成為這些系統的標誌性商標。

 

斯特里蒙旋轉演算法

 

在開發產生這些明確聲音的算法時,我們認真分析並重建了上面討論的物理,力學和複雜過程。

 

喇叭訊號顯示出旋轉喇叭音箱中固有的所有混沌而周期性的波動。鼓訊號脈動並呼吸。具有製動功能的兩速發動機控制獨立的喇叭和鼓聲過程。速度上升時間反映了鼓的變化阻力和號角的輕量化。可以分別調節快慢速度,並且可以調整加速時間。

 

此外,可變的麥克風距離控制功能可提供多種聲音,從戲劇性的特寫聲,掃掠和漩渦聲到更加圓潤和平靜的起伏。真空管前級放大器驅動控制允許系統過驅動以產生豐富的諧波含量,並透過對喇叭聲級的附加控制來匹配放大器的聲音。所有這些都無需在龐然大物的機箱周圍設定安裝麥克風,不必擔心麥克風的正確放置以及進行昂貴的電機維護和清潔。