CN101923794A - 多功能音准练习机 - Google Patents

Abstract

在乐音的三大要素中，音高是最重要的，本发明采用先进和成熟的基音检测技术和语音合成技术，对输入的各种声音(包括人的歌声或乐器声音)的音高进行检测和鉴定，装置包含声传感器、基频检测器、微处理器、语音R0M、功放及扬声器等基本单元，不仅能給出音高偏差的视觉指示，还利用现代语音合成与播放技术给出相应的语音评价提示，广泛适用于歌唱爱好者和乐器爱好者练声、校音等场合。

Description

多功能音准练习机

技术领域

本发明属于电声技术领域。

音乐是人类生活中不可缺少的组成部分，音乐的组成很有特点，它是由一个个的声音元素——乐音有规律排列而形成的。乐音与其他声音的区别主要表现在音调、音色和时值三个方面，其中音调又称音高，是这三者中最重要的。一个人发音的音色很好，但如果音调唱不准就不好听了，俗称左嗓子。可见音高的感和训练是非常重要的。

背景技术

在已有技术中，声控电子乐器可以检测出人的歌声基频，并将其转变为和谐的电子乐音，形成了自动伴奏系统；或者进一步与视频技术结合形成视频输出的自动伴奏系统；音准仪和校音器则用于检测乐器发出的声音与标准乐音的偏差，用于乐器校音。本发明取这几者之长，采用先进可靠的检测技术和指示方法，构成一种适用于各种声音(包括人的歌声和乐器声音)的音高鉴别装置，该装置不仅可給出音高偏差的视觉指示，还利用现代语音合成及播放技术给出相应的语音提示，是一种可广泛用于歌唱练声、乐器校音等领域的综合装置。

发明内容

本发明所述的音高鉴别装置如图1所示，其中声传感器完成声电转换功能，它使用指向的传感器以减少环境噪声的干扰，当用于乐器音高鉴别时则宜使用拾振器，它捡拾乐器的震动，可有效避免外界声波的干扰。

声传感器输出的电信号经信号调理电路稳幅放大后送到基频检测器，基频检测器可使用图2所示的实时硬件检测器(“有效过零点”基频检测器)，这种检测器与目前电子校音器中普通的整形电路相比具有准确度大幅提高的优点，在声控电子乐器中被成功应用；或者使用图3所示的软件基频检测器，声信号经数字化后，由软件模拟上述硬件检测方法求取基频，或者用目前语音处理技术中广泛使用的平均幅度差法及自相关法等基音估值方法得出基频。这两者中硬件方法实时性好，但成本高，软件法实时性稍差，但用于音准练习和鉴别时常可勿略之，其优点是节约了硬件成本，并且这时图3中的微处理器可以与主控微处理器合二而一。

输入的声音基频被检测出来后，须将其与标准音高进行比较，从而给出判别结果， 图1中的标准音ROM中保存着按照十二平均律或中国五声音阶、西洋七声音阶等各种规则制成的数表，这些规则称为律制，各国有所不同。目前在全世界范围中流行最广的是十二平均律律制，因此这是制表的首选。表中的标准音阶数据与所测得的基频数据之差别可通过各种方式提示出来，如液晶、LED等各种发光显示器等。图1中的语音库则是作为一种更方便的提示而设置的。它利用语音播报方法通过声音给出提示，与本装置尤为切合。例如，当检测到基频为小字组a音并且偏高30音分时，可发出语音提示：“小字组、a、偏高30音分”；当检测到基频为准确的大字组F音时，可发出语音提示“大字组、F、准确”，等等，其余类同。通常可将偏差在±10或±15音分之内的检测结果视为“准确”。

为了减少语言库的容量，可将上述提示语句分解为其组成单元，构建成语料库，在这里只须较少的语料即可满足要求，可使库容量大大减小。例如，只须有“大、小、字、一、二、三、组、音分、偏高、偏低、C、升C、D、降E……”等等基本语料，就能合成所需的提示语音。语音文件的格式，也对容量有重要影响，在使用WAV格式时，11KHZ的采样率即可，能够基本保证语言清晰度；还可使用MP3、VOC等其它压缩格式并选择合适码率，可进一步减少库容，降低成本。

除了语音提示外，仍可一并使用传统的液晶或LED显示器，将音阶名称、音高偏差(音分数)的音分数等信息显示出来，增加了使用的方便性。图中的输入键提供人机交互功能，例如选择工作模式：是否语音播报；是单音播报还是若干音后统一播报以及播报音色选择等；选择是否先给出标准音提示，这时机器先输出标准音阶的乐音(通过音源输出可取得高音质)，再检测输入声音的音高，最后给出音高鉴别结果。使用这种互动模式有利于人们练习发音的准确性，特别有利于儿童音乐能力的提高，这种情况下语音库还可预存“真棒”、“好极了”、“80分”、“100分”等鼓励性语言，增加学习的趣味性。

所有上述提示功能的实现，都是由主控微处理器系统来完成的。与流行的数码产品一样，主控微处理器一般采用ARM芯片或高端单片机芯片，高的速度有利于保证软件基频检测仍具有较好的实时性。

附图说明

图1是多功能音准练习机结构图；

图2是实时硬件基频检测器结构图，它输出基频脉冲波，送往微处理器计算出基频；

图3是软件基频检测器的硬件结构图，图中的微处理器可利用主控微处理器，由一个基频检测软件模块完成基音周期估值；

图4是小型多功能音准练习机的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步加以说明。

图4给出了一种小型多功能音准练习机的实施方案，它利用通用的语音集成电路芯片构成语料库和输出电路，取消了语音ROM及音源、显示器，使整机进一步得以简化。主控微处理器采用内部集成A/D的品种，可进一步省去外部A/D转换器。整机因此可以制作的很小巧。语音集成电路可具有多段语音元素的寻址能力，利用厂家提供的编程器可预先存储好所需的语料段，主控微处理器通过串口或并口与该语音集成电路通信，经其内部具有的功率放大电路，可直接驱动小型扬声器，或如图所示经三极管放大后再驱动扬声器。作为人机交互的小键盘可选择工作模式，可在需要时控制CPU在其I/O口输出某些标准音高的方波作为提示音，该方波经耦合元件同时送到输出功率三极管基极，在键盘按下时即可发出提示音。图中同时具有硬件基频检测器和软件基频检测用A/D转换器，以供在不同应用场合对实时性和可靠性有不同要求时由人机交互键来选择，也可以只用其一以降低成本减小体积。

Claims (3)

1.一种音准度鉴别装置，包含声传感器、基频检测器、微处理器、指示器等基本单元，其特征在于：它还具有语音ROM单元，音高检测结果可以用相关语音由扬声器播放出来。

2.据权利要求1所述的音准度鉴别装置，其特征是：所述语音ROM单元由通用的语音集成电路芯片构成。

3.据权利要求1或2所述的音准度鉴别装置，其特征是：它还具有人机交互输入键盘，用以选择不同的工作模式及发出标准乐音。

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