CN1036738C - 音源发生方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子乐器技术领域，是其音源发生方法和装置的一种新模式，它是由CPU程序指令控制语言处理电路写入和读出存贮器内存放的真实乐器演奏的各种数据，经输出电路处理发出乐音，它具有真实乐器的发音效果，提高了电子乐器的质量，它适应于声控自动伴奏机、电子琴、电子钢琴等电子乐器。

Description

音源发生方法和装置

本发明属于电子乐器技术领域。

目前各种电子乐器种类繁多，如电子琴、电子钢琴、声控自动伴奏机等等，丰富了人们的生活。但这些电子乐器普遍存在着很大的缺陷，就是其音源发生电路，均是采用模拟电路或滤波方式作音源，这种模拟发声有一个共同的缺点就是音色缺乏真实感，如果环境变化就有可能带来其元件参数变化，引起失真。此外在制造过程中对元器件的选择也要求十分严格，给调试带来很大的困难，如传统的电子琴，以及中国专利公开的，申请号为：86207013音律发生与分析装置的音源发生电路就是采用电子振荡电路或滤波等方法，它们的音色分辩效果差，难于逼真。

本发明的目的是提供一种能发出各种真实乐器演奏效果的电子乐器的音源发生方法和装置。

本发明是用如下方式实现的：

电子乐器的音源发生方法是采用下列步骤：

将各种真实乐器演奏的音阶存入存贮器中，也还可以把各种节奏鼓、板、钗、钞锤等以及有各种节拍节奏的乐器合奏声存入存贮器中；用指令控制器发出指令给语音处理电路，按指令要求从存贮器中读出并输出所要求的各种乐器演奏的音阶或有节奏节拍的合成旋律乐音信号。按指令要求从存贮器中读出并输出所要求的各种乐器演奏的音阶或有节奏节拍的合成旋律乐音信号数据是数字量或模拟量，当存贮器采用EPROM时其存贮数据为数字量，输入输出需经过A/D、D/A数模和模数转换，当存贮器采用磁柱面时，其存贮数据为模拟量，直接进行输入和输出。在存储器中也可以存放各种语言信号数据。

音源发生装置它包括指令控制器IC0和功放电路IC4，用数据总线和地址总线连接语音处理电路IC1和存贮器IC2的数据端口和地址端口，指令控制器ICO输出指令信号至语音处理电路IC1的接口电路I/O经语音处理电路IC1进行地址信号处理后，输出地址信号的读信号，经地址总线读出存贮器IC2中存放的真实乐器演奏的音阶、鼓点数据至数据总线上，语音处理电路IC1采样数据总线上的音乐数据，经其数模(D/A)转换输出音乐信号至功放电路IC4，在语音处理电路IC1的控制端接有状态选择电路IC3，语音处理电路IC1是由接口电路I/O接收指令信号后，输出至控制器，控制器接收此信号后，将终止地址信号送入终止地址寄存器，将起始地址信号送入地址计数器，控制器控制地址比较器将地址计数器的地址信号与终止地址信号寄存器的终止地址信号进行比较后，控制地址计数器中的地址信号通过ROMI/O的外接地址总线送入外接存贮器IC2的地址端口，控制器产生读信号通过ROMI/O送入外接存贮器IC2的读写端。读出外接存贮器IC2中存贮的数据至数据总线上，控制器控制数据缓冲器接收数据经ROMI/O和ADM送至数模(D/A)及滤波单元转换成模拟信号输出。状态选择电路IC3是由录音选择电路、放音选择电路、停止按钮KC及复位按钮KD构成，它们分别按语音处理电路IC1的控制端，信号录入用话筒MIC接至语音处理电路IC1中的自适应增量控制单元ADM输入端，录音选择电路和放音选择电路分别是由按钮KA，KB串接与非门输出至单稳触发器输出稳定的脉冲信号构成，在单稳触发器输出端并接有信号指示灯L。存贮器IC2是由地址总线连接锁存器经译码器连接可编程只读存贮器EPROM构成。指令控制器IC0分CPU控制器和手动控制器两种。

本发明电子乐器的音源发生方法和装置，是把各种真实乐器演奏的标准音阶或者按节拍规律的各种节奏鼓、钗、板、钞锤等以及有各种节拍节奏的乐器合奏声存入存贮器中，作为音色的音素存于存贮器中备用。本发明的特点是在存贮器中存入的不是歌曲，而仅仅是存入低、中、高各种乐器的音阶或音乐节奏等，它不受歌曲多少的限制，也不固定输出什么歌，只是用指令控制器发出的指令读出音阶和节奏节拍，合成按指令要求的有节奏节拍旋律乐音信号，故它可以用于声控伴奏机，也可用于电子琴或其它的电子乐器充当音源用。本发明不论用CPU控制或手动按键式控制，均可任意调出，不受存入区段限制，也不受录入时间先后的限制，即可连续放音，又可跳开放音，这样，就能保证适用于各种不同的电子乐器。本发明也可以在存贮器中存放各种语言信号数据，以产生各种所要求的合成语言。

图1是本发明的电路方框图。

图2是本发明的电路原理图。

图3是本发明的CPU程序方框图。

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

本发明电子乐器的音源发生方法是将各种乐器演奏的标准音阶或按节拍规律的各种节奏如鼓、板、钗、钞锤等以及有各种节拍的乐器合奏声或者鼓点声通过专用机存入存贮器中以备调用。存贮器采用只读存贮器EPROM或磁柱面。当采用EPROM时，其数据为数字量，信号录入时需A/D转换，信号输出时需经D/A转换，当采用磁柱面时，其数据为模拟量，信号直接录入至磁柱面，信号输出时直接从磁柱面上取出至输出。指令控制器IC0分CPU控制器和手动控制器两种，其中CPU控制器适用于声控伴奏机等，CPU通过声音频率控制IC1发出音乐，手动控制器适用于琴键式伴奏，即通过按键矩阵(或称开关矩阵)使IC1发出音乐，该指令控制器IC0可直接与电子琴等琴键式电子乐器连接。工作时启动CPU控制器或用手动控制器发出指令使IC1进行工作。CPU程序框图如图3所示，根据此框图可编写各种具体实用汇编语言，CPU2用于发生节奏音，CPU1用于产生旋律音。IC0输出的指令经过语音处理电路IC1的控制器和地址计数，按指令要求读出存放在存贮器EPROM中的各种乐器演奏的音阶数据和节拍节奏数据，经数/模转换后，连续输出所要求的各种乐器演奏的音阶或有节奏节拍的合成旋律音。对于音乐的节奏节拍读出有两种方法实现，如按迪斯科、华尔兹等节奏存入EPROM中，用CPU程序指令按时间顺序读出，即可形成有节拍节奏的音乐信号；其二是在EPROM中存入单个打击乐音，如鼓点、板、钗，用CPU读出EPROM中的单个打击乐音，组合构成有节奏节拍的音乐信号。这种方法处理的优点在于可以减少EPROM的存贮容量。当然本方法也可以在存贮器中存放各种语言信号数据，以产生各种所要求的语言控制信号。

电子乐器的音源发生装置如图1图2所示，本发明音源发生装置是由状态选择电路IC3、语音处理电路IC1、指令控制器IC0、存贮器IC2、功放电路IC4构成。状态选择电路IC3是由录音选择电路、放音选择电路、停止按钮KC及复位按钮KD构成。如图2所示，它们是分别接语音处理电路IC1的控制端，用脉冲信号改变IC1的工作状态。在语音处理电路IC1的输入端接信号输入拾音器MIC，也可以是线路内录输入，但信号录入用录入专用机较好，例如CPU编程录入，录音选择电路是由开关KA串接与非门和单稳触发器输出稳定脉冲信号构成。开关KA、KB、KC的左端(对照图2)接电源，放音选择电路是由开关KB串接与非门和单稳触发器输出稳定脉冲信号构成，在每一个状态选择电路中都接有信号指示灯L，如图2所示，L2、L1分别指示按键KA、KB是否与所要求工况相符，否则再按一次，复位按钮KD为清零之用。

语音处理电路IC1是由控制器、接口I/O、自适应增量控制单元ADM、地址计数器、终止地址寄存、终址地址寄存、地址比较及缓冲器，数/模转换及宽带滤波以及ROMI/O构成。如图2所示，它可采用大规模集成电路构成。也可采用多个集成电路组合而成。

存贮器IC2由地址锁存器、译码器，和只读存贮器EPROM构成。只读存贮器EPROM的容量根据采用的音色种类多少和节奏种类多少及音域范围大小而定。IC2与IC1通过数据总线D0-D7，地址总线A0-A14和读写控制信号线R/W连接起来，其工作过程是：录入数据时，由IC1发出地址信号通过A0-A14送入IC2，以选定EPROM的存贮单元，同时将数据从IC1送到数据总线D0-D7上，用读写信号将总线D0-D7上的数据写入所选定的EPROM存贮单元中。输出数据时，由IC1发出地址信号通过A0-A14送入IC2以选定EPROM的贮存单元用读写信号将存贮于该单元的数据读至数据总线D0-D7上，然后IC1采样D0-D7线将数据读至IC1中。

功放电路IC4由功放集成块和喇叭构成，信号输至功放集成块后，由该集成块进行功率放大，输至喇叭发出声音。

指令控制器IC0分CPU控制器和手动控制器两种。CPU控制器由中央微处理器CPU及声控伴奏I/O电路构成(图中没有画出)它适用于声控伴奏，声控伴奏器将话筒(括音器)输出的声音信号变换成频率信号输至中央微处理器CPU，由CPU发出指令通过I/O电路输至IC1使IC1发出对应的乐音，如果声音信号是连续的歌声信号，那么CPU则连续地发出指令通过I/O电路输至IC1，使IC1发出对应的乐音，这些连续发出的乐音就是歌声的伴奏乐音。手动控制器适用于琴键式伴奏，它由中央微处理器CPU，I/O电路及按键矩阵(或称开关矩阵)构成，每一按键使CPU发出相应的指令控制IC1发出对应的乐音。如果将按键矩阵采用电子琴或电子钢琴等形式按键就成为一台电子琴或电子钢琴，所不同的是音源发生装置不同。

指令控制器IC0通过四根连线与IC1连接，IC0通过这四根线向IC1发送指令和数据，使IC1在IC0的控制下进行工作。

音源的录入过程：在手动控制方式下，按KA键使IC0处于录音状态(录音指示灯亮)将要录入的乐音(音阶信号或节奏鼓点的信号)通过MIC拾音。MIC拾取的声音信号输至IC1的ADM，ADM将MIC拾取的信号进行A/D(模/数)转换，转换的结果为二进制数据输出至ROMI/O接口，再通过数据缓冲器和数据总线D0-D7输至存贮器IC2保存于EPROM中，在MIC拾取的声音信号的同时，按动该音阶对应的按键，使IC0送出指令并送出录音起始地址和终止地址至IC1，IC1的控制器通过I/O接口接收指令和起始地址和终止地址后，一方面将起始地址和终止地址送往地址计数器和终止地址寄存器，另一方面控制器产生控制信号，一路控制信号控制ADM，一路控制地址计数器，一路控制ROMI/O，一路控制地址比较及数据缓冲器。每转换一次，地址计数器加1，地址计数器给出数据存贮于EPROM中的地址，该地址信号经ROMI/O和地址总线A0-A14送入EPROM中，由IC1的控制器产生写信号经ROMI/O送至读写线上，使数据总线D0-D7上的数据存入EPROM中，并且每转换一次，都与终止地址寄存器内寄存的终止地址进行比较，若地址比较器中的地址超过终止地址则终止地址及数据缓冲器发出信号给控制器，以停止转换工作。至此，某一音阶录入工作完成，上述工作是在控制器的控制下严格同步进行的，在语言处理电路IC1输出与EPROM之间还接有锁存器和译码器供选择EPROM内数据区段之用如图2所示。

再录入下一音阶，其工作过程如上所述，将不同音色的，不同音高的音阶全部录入后，音源的录入工作即告完成。

音源的产生过程：在手动控制下：按动音阶按键，IC0中的CPU则产生发音指令及起始地址和终止地址送入IC1，IC1的控制器接收此信号后，一方面将终止地址送入终止地址寄存器，将起始地址送入地址计数器，另一方面将地址计数器中的地址信号通过ROMI/O后经A0-A14地址总线送至IC2，然后由IC1的控制器产生读写信号通过ROM接口送IC2的EPROM，使选定的EPROM存贮单元内的数据输出至数据总线D0-D7上，在控制器的控制下采样数据总线D0-D7，将采样的数据通过数据缓冲器ROMI/O，ADM送至D/A转换及滤波电路，产生模拟信号，该信号通过功率放大器推动喇叭发出乐音。在控制器的控制下每从EPROM中读取一个数据，地址计数器加1并且与终止地址寄存器寄存的终止地址进行比较，若小于终止地址则将地址计数器中的地址送至IC2，这时因地址已加1，故从下一邻近的存贮单元读取数据，如此往复，直至地址计数器中的地址超过终止地址才由地址比较器发出信号给控制器，使控制器停止工作，也即停止转换工作，至此，某一音阶信号就发生完毕。

若按动另一音阶按键，则发出另一音阶信号至喇叭发音，工作过程同上，这样，若按乐曲来按音阶按键，则喇叭就发出旋律音来。

这就是本音源发生过程和原理。

在CPU控制下，音源发生过程和原理是相同的，所不同的是驱动方式不一样，手动控制时发生某一音阶信号靠按键完成，而在CPU控制下，由话筒录入人的歌声，CPU控制器将其歌声控制音源发生装置发生音阶信号。

本音源发生装置用手动控制方式时可制造成电子乐器，用CPU控制方式时，可制造成为声控伴奏机或光控伴奏机等。

Claims (7)

1.一种电子乐器的音源发生方法，其特征是采用下列步骤：

将各种真实乐器演奏的音阶存入存贮器中，也还可以把各种节奏鼓、板、钗、钞锤以及有各种节拍节奏的乐器合奏声存入存贮器中；用指令控制器发出指令给语音处理电路，按指令要求从存贮器中读出并输出所要求的各种乐器演奏的音阶或有节奏节拍的合成旋律乐音信号。

2.根据权利要求1所述音源发生方法，其特征在于按指令要求从存贮器中读出并输出所要求的各种乐器演奏的音阶或有节奏节拍的合成旋律乐音信号数据是数字量或模拟量，当存贮器采用EPROM时其存贮数据为数字量，输入输出需经过A/D、D/A数模和模数转换，当存贮器采用磁柱面时，其存贮数据为模拟量，直接进行输入和输出。

3.根据权利要求1所述音源发生方法，其特征在于存储器中也可以存放各种语言信号数据。

4.一种电子乐器的音源发生装置，它包括指令控制器IC0和功放电路IC4，其特征是用数据总线和地址总线连接语音处理电路IC1和存贮器IC2的数据端口和地址端口，指令控制器IC0输出指令信号至语音处理电路IC1的接口电路I/O经语音处理电路IC1进行地址信号处理后，输出地址信号的读信号，经地址总线读出存贮器IC2中存放的真实乐器演奏的音阶、鼓点数据至数据总线上，语音处理电路IC1采样数据总线上的音乐数据，经其数模(A/O)转换输出音乐信号至功放电路IC4，在语音处理电路IC1的控制端接有状态选择电路IC3。

5.根据权利要求4所述音源发生装置，其特征在于语音处理电路IC1是由接口电路I/O接收指令信号后，输出至控制器，控制器接收此信号后，将终止地址信号送入终止地址寄存器，将起始地址信号送入地址计数器，控制器控制地址比较器将地址计数器的地址信号与终止地址信号寄存器的终止地址信号进行比较后，控制地址计数器中的地址信号通过ROMI/O的外接地址总线送入外接存贮器IC2的地址端口，控制器产生读信号通过ROMI/O送入外接存贮器IC2的读写端。读出外接存贮器IC2中存贮的数据至数据总线上，控制器控制数据缓冲器接收数据经ROMI/O和ADM送至数/模(A/D)及滤波单元转换成模拟信号输出。

6.根据权利要求4所述音源发生装置，其特征在于状态选择电路IC3是由录音选择电路、放音选择电路、停止按钮KC及复位按钮KD构成，它们分别接语音处理电路IC1的控制端，信号录入用话筒MIC接至语音处理电路IC1中的自适应增量控制单元ADM输入端，录音选择电路和放音选择电路分别是由按钮KA，KB串接与非门输出至单稳触发器输出稳定的脉冲信号构成，在单稳触发器输出端并接有信号指示灯L。

7.根据权利要求4所述音源发生装置，其特征在于指令控制器IC0分CPU控制器和手动控制器两种。

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