CN1028684C - 声控自动伴奏机 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种电子乐器，它是用歌声来控制电子乐器的通过唱歌者的歌声而自动伴奏出其多种音色的主旋律乐音及低音和弦信号，电子打击音响，节奏等丰富多彩的乐音。它是利用歌声的频率采用数字技术进行音阶识别分选，通过电子开关与音源电路配合产生出乐音，其特点是音阶识别准确、音域范围宽，它可与各种音响设备配套组成电子音响系统，也可与电子琴键盘矩阵连接，成为一个能用歌声演奏又能弹奏的电子琴。适用于专业表演和教学演唱，及业余爱好者娱乐使用。

Description

本发明涉及一种电子乐器，特别是一种声控自动伴奏机。

电子乐器的音响丰富多彩，使人感到独特新奇，但需要人具有一定的演奏技巧。唱歌可给人们的生活带来快乐，但没有乐音伴奏的唱歌就显得单调乏味。现代卡拉OK的兴起给人们的文娱生活带来不少的便利，人们能跟着录音磁带放出的音乐伴奏唱歌。但这种方法曲目固定，不能让人随心所欲的唱自己喜唱的歌。为了解决这些问题，有人研制了一些自动伴奏机。如中国专利公开的申请号：86207013音律发生与分析装置，它在一定程度上能随人们的歌声自动发出各种合成音乐声进行伴奏。但音阶识别分辨率低，易出现串音，音阶少、音域范围窄，同时其音阶识别电路复杂，对元器件要求精度高，调试难度大、可靠性差，不利于作为一个产品在工厂大批量生产。

本发明的目的是提供一种用歌声控制电子乐器伴奏、具有伴奏准确、响应速度快的声控自动伴奏机。

本发明是用如下方式实现，声控自动伴奏机，包括放大电路1将歌声信号放大后，一路信号输入至功放电路9，另一路信号输入至基频分选电路2选出歌声信号的基频信号f₀输入至倍频电路3用电子开关电路6控制音源电路7输出乐音信号，经数-模（D/A）转换电路8输入至功放电路9推动扬声器工作，由振荡器IC₄控制双稳触发器IC₅组成的采样控制电路5输出采样控制脉冲信号、清零脉冲信号、选通脉冲信号至音阶识别电路4;

音阶识别电路4是由计数器IC₇输出采样计数脉冲信号作为存贮器IC₈的地址码信号，调出存贮器IC₈中存贮的按十二平均率标准音阶数据信号输入至锁存器IC₉构成;计数器IC₇接收上述清零脉冲信号后，经控制门电路I在上述采样控制脉冲信号的控制下，计数器IC₇接收倍频电路3输出的倍频信号，存贮器IC₉在上述选通脉冲信号控制下接收存贮器IC₈输出的标准音阶数据信号后，输入至电子开关电路6。

电子开关电路6是由两块电子模拟开关集成电路并接构成电子开关矩阵电路。采样控制电路5中双稳触发器IC₅输出信号是分两路分别经RC延时电路送往门电路IC₆输出清零脉冲信号，送往振荡器IC₄输出选通信号。倍频电路3是由计数器IC₃接于锁相环IC₂的压控振荡器的输出端与相位比较器的输入端之间构成。

本发明是以歌声来演奏电子乐器，而使唱歌者在唱歌时将有丰富多彩、优美动听的乐音自动伴奏，是一种具有特殊风格的电子乐器，它可与各种电子音响配套组成电子音响系统，也可与各种电子琴键盘矩阵连接，成为一个能用歌声演奏又能弹奏的电子琴。适用于专业表演、歌舞厅伴奏，为单位 和个人作为演唱、教唱、学唱的专用器具，特别是该机采用数字技术，用倍频电路对选择出的歌声基频信号进行64倍频，以减短对歌声信号的采样计数时间，提高乐音对歌声的响应速度。用存贮器EPROM存贮按十二平均率的标准音阶数据，调出该数据来控制电子开关，从而选通音源电路的音阶开关，它具有乐音跟随伴奏准确的效果。同时该机电路集成度高，外围元件少，调试简单，一致性能好、可靠性高，装配和维修简易、具有较高的性能价格比，适合于在工厂里大批量生产。

图1是本发明电路原理框图。

图2是信号放大电路（1）和基频分选电路（2）的电路图。

图3是倍频电路（3）电路图。

图4是音阶识别电路（4）、电子开关电路（6）的电路图。

图5是采样控制电路（5）的电路图。

图6是电子开关电路（6）连接音源电路（7）的电路图。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

在图1中，本发明声控自动伴奏机是由声传感器M将歌声信号转换成毫伏级的电压信号，送入放大电路1将信号放大成峰、峰值为5-6伏的电压信号后，分两路输出，其一路送功放电路9输出歌声，另一路信号送至基频分选电路2，从而获得幅值为电源电压的矩形脉冲波信号，即歌声的基频信号f₀，将该信号f₀送至倍频电路3进行倍频后输出至音阶识别电路（4）;采样控制电路（5）输出采样控制脉冲信号、清零脉冲信号，选通信号至音阶识别电路（4）。音阶识别电路（4）是由控制门电路、计数器、存贮器、锁存器构成，在采样控制电路5输出的采样控制脉冲信号控制下，打开控制门，使倍频电路3输出的信号经控制门电路输入至计数器，计数器输出一个二进制数码，由采样控制电路（5）输出一清零脉冲信号，使计数器输出清零，准备下次重新计数采样，计数器输出的二进制数码直接加在存贮器的地址线上，即形成了歌声频率为存贮器的地址，存贮器采用可编程只读存贮器EPROM，按地址进行编程，经编程输出的数据送至锁存器进行锁存，其锁存器同时也受采样控制电路5输出的选通信号控制，进行锁存数据的更新和保持，经保持的数据送至电子开关电路6，由于电子开关与音源电路（7）的键盘矩阵电路并接，电子开关的通、断而取代了人的手动按键的动作，使电子琴的音源电路7输出歌声的乐音信号，经数-模（D/A）转换电路8和功放电路9输出歌声的旋律乐音。为此由歌声信号经过以上的电路处理而实现用歌声演奏电子琴达到自动伴奏的目的。

如图2所示，歌声信号由声传感器M输入后，经电容C₁耦合至IC_1a反相交流放大器放大100倍左右，放大的信号一路经C₃送至前置放大器进行歌声信号放大，输出歌声，另一路经R₈送至IC_1B带通放大器，其频率通带控制在人们的歌声频率60-1000Hz范围内，滤除其它高次谐波频率信号，放大的歌声信号送至基频分选电路（2）的IC_1c，基频分选电路2是利用IC_1c运算放大器作为比较器，设定U_A值，当歌声信号幅度大于U_A时，则在输出端输出高电平，小于U_A时则输出低电平，由于歌声信号中谐波的幅值要小于信号幅值，这样就将歌声中的谐波分量去除，选出其基频信号f₀，即得到了峰值为电源电压的基频脉冲信号f₀。

图3为倍频电路3为了减短采样计数的时间，提高乐音对歌声的响应速度，如本机设计响应速度为1/32秒，故采样时间为1/64秒，维持编程控制时间也为1/64秒，所以需对歌声频率信号进行倍频，如选用64倍频或其它倍数的倍频，在电路中采用锁相环频率合成技术IC₂为锁相环集成电路，IC₃为七位二进制串行计数器，用IC₃作为分频器，对基频信号f₀进行64分频插入在锁相环IC₂的压控振荡器的输出端与相位比较器的输入端之间，锁相环IC₂即可对输入的基频信号f₀的频率进行准确的64倍频，从而在其输出端得到64倍f₀的频率信号。

音阶识别电路4，如图4所示，它由计数器IC₇、存贮器IC₈、锁存器IC₉构成，IC₇选用12位二进制串行计数器，在计数器IC₇的输入端CP接有与门I，用与门I作为计数器输出入的控制闸门，倍频电路3输出的倍频f₀的频率信号以及采样控制电路5输出的1/64秒的采样时基频脉冲信号分别加至与门电路I的输入端，而形成在1/64秒时基脉冲控制下的计数闸门。64倍f₀的频率信号，在1/64秒采样时基脉冲的控制下，经过与门I，输入至计数器IC₇的CP端，在时基 脉冲高电平时，闸门I打开，64倍基频信号进入CP端，同时在计数器CR端为低电平时，输入到计数器IC₇的CP端的信号在下降沿时进行加1计数，在计数器IC₇输出端产生出歌声频率的二进制数码。在时基脉冲为低电平时，闸门I关闭，64倍基频信号不能进入计数器IC₇的CP端，当计数器IC₇的CR端进入高电平清零脉冲时使计数器IC₇输出全部清零，为下一次采样计数作准备，这样每隔1/64秒采一次样，进行一次计数，形成二进制数码，作为IC₈EPROM可编程序只读存贮器的地址码，由于其地址就是歌声频率，故根据其歌声频率按十二平均率的标准音阶频率及音源电路的健音与控制模式矩阵排列编制程序，编程是将各个不同的频率区域划分成若干个音阶，存入到EPROM中。这样即：根据歌声频率读取各标准音阶信号，决定出那级音阶的选通与否。其识别音阶的准确度可达到+1～2Hz所编制的分选程序在EPROM的输出端，为二进制数据输出，送至IC₉锁存起来，IC₉为八D锁存器，当锁存允许端LE为高电平时，Q输出端将跟随D输入端，使IC₈输出的程序数据进入其锁存器，当锁存允许端LE为低电平时使输入的数据保持在输出端Q，直到锁存允许端LE再次变为高电平，更换新的数据并保存起来，送至电子开关电路6的IC₁₀、IC₁₁，IC₁₀和IC₁₁为8路模拟开关，根据输入到其A、B、C端的二进制码分别选择出8个开关中的一个处于开通状态，这样对应着存贮器IC₈中每一区域音阶频率，就有一组开关导通，从而识别选择出各种频率的音阶电子开关动作。

采样控制电路5如图5所示，其1/2IC₄与R₁₆、R₁₇、C₉组成时基振荡器产生出64Hz的时基脉冲，其信号送至IC₅组成的双稳态触发器，使其Q端，产生宽度为1/64秒，占空比为1∶1的矩形脉冲，其信号一路输出至音阶识别电路4的计数控制与门电路I，作为采样的控制信号，当它为高电平时，控制与门I打开，64倍基频信号就进入计数器IC₇，当它为低电平时，64倍基频信号被禁止。另外IC₅的Q₁端输出分两路，一路送至IC₅的另一双稳态触发器，在其Q₂端输出脉冲信号，经C₁₂和R₂₀构成的延时电路延时送到门电路IC₆的1/2IC₆及C₁₃、R₂₁产生出清零脉冲，去控制计数器IC₇的CR端，即每次采样结束，经延时一定时间后，送入其清零脉冲，使计数器IC₇输出清零，为下次采样计数作准备。另一路经C₁₁和R₁₉构成延时电路延时后送到1/2IC₄及C₁₀R₁₈产生出锁存脉冲，去控制锁存器IC₉对其输入数据进行更新和保持，使其输出数据保持稳定。

图6是电子开关电路6与音源电路7所组成的矩阵电路与音源键盘开关并接。在电路中采用两只模拟电子开关同时导通时，而使音源电路中一个矩阵开关接通，选通出一个音阶信号。这种电子模拟开关矩阵，在程序的支持下，可以组成64组电子开关，选通音源电路7中的音阶开关，采用此种电路方案大大减少了电子开关，而且简单、方便、灵活，可与各种音源电路配合控制其矩阵式开关电路，产生出各种音阶的乐音信号，经D/A转换器8，功率放大电路（9），推动扬声器工作，发出音色丰富多彩的伴奏乐音。

本发明是用歌声信号经基频分选和倍频后，在采样控制电路的控制下，歌声基频信号的倍频信号输入至音阶识别电路，调出标准音阶数据控制电子开关电路，用电子开关电路的开关通断状态选择出音源电路中的音阶信号，经D/A转换和功放后，推动扬声器发出伴奏音乐，音源电路采用电子琴的音源电路，具有音色丰富和标准。本发明由于采用64倍频歌声的基频信号，用1/64秒的采样控制脉冲信号控制采样歌声倍频信号，在存贮器中维持编程控制时间也为1/64秒，故本发明的音乐对歌声的响应速度为1/32秒具有响应速度快，且在音阶识别电路4的存贮器中存放的是按十二平均率的标准音阶频率数据，调用该标准音阶数据控制电子开关电路从而选通音源电路的音阶开关，它具有乐音伴奏准确的效果。

Claims (4)

1、一种声控自动伴奏机，它包括放大电路(1)将歌声信号矿放大后，一路信号输入至功放电路(9)，另一路信号输入至基频分选电路(2)选出歌声信号的基频信号f₀输入至倍频电路(3)，用电子开关电路(6)控制音源电路(7)输出乐音信号经数一模(D/A)转换电路(8)输入至功放电路(9)，推动扬声器工作，其特征是：

由振荡器IC₄控制双稳触发器IC₅组成的采样控制电路(5)输出采样控制脉冲信号、清零脉冲信号，选通脉冲信号至音阶识别电路(4)；

音阶识别电路(4)是由计数器IC₇输出采样计数脉冲信号作为存贮器IC₈的地址码信号，调出存贮器IC₈中存贮的按十二平均率标准音阶数据信号输入至锁存器IC₉构成，计数器IC₇接收上述清零脉冲信号后，经控制门电路Ⅰ在上述采样控制脉冲信号的控制下，计数器IC₇接收倍频电路(3)输出的倍频信号，锁存器IC₉在上述选通脉冲信号控制下接收存贮器IC₈输出的标准音阶数据信号后，输出至电子开关电路(6)。

2、根据权利要求1所述声控伴奏机，其特征在于电子开关电路（6）是由两块电子模拟开关集成电路并接构成电子开关矩阵电路。

3、根据权利要求1所述声控伴奏机，其特征在于采样控制电路（5）中双稳触发器IC₅输出信号是分两路分别经RC延时电路。送往门电路IC₆输出清零脉冲信号，送往振荡器IC₄输出选通信号。

4、根据权利要求1所述声控伴奏机，其特征在于倍频电路（3）是由计数器IC₃接于锁相环IC₂的压控振荡器的输出端与相位比较器的输入端之间构成。

Images