CN1061863A - 声控自动伴奏机 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种自动跟随歌声产生音乐伴奏的 伴奏机。它是由声音信号接收处理电路将声音输入 信号调制成随其频率变化的基频脉冲信号。由基频 采样电路和和弦发生电路接收基频脉冲信号后，经变 频电路和音色合成电路音门电路产生随声频变化的 主旋律音信号和和弦信号。此外节拍、节奏、打击乐 发生电路能产生有节拍节奏的打击乐信号，丰富音乐 效果。本机能使歌唱者随心所欲地表达自己唱歌时 的情感，具有不串音和失真的优点。适用于专业演奏 和个人娱乐使用。

Description

本发明属于音乐发生器，特别是一种能随输入声音信号的频率变化的声控自动伴奏机。

唱歌总是人们的一大乐事，而无音乐伴奏的唱歌，那就显得有些单调乏味，当然有乐队的伴奏那是再好不过的，而乐队是要有人力、物力、财力和较大的场地才能进行，对人们的自娱，就不合适，现代卡拉OK的兴起，给人们带来不少的便利，使人们能跟着录音磁带录下的音乐伴奏曲唱歌，但这种方法由于曲目固定，不能让人们随心所欲地唱自己想唱的歌。为解决这些问题人们研制了一些自动伴奏机。如中国专利公开的申请号为“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。但由于它是用标准乐音发生器与检测到的声频信号进行比较产生音阶信号，这对歌唱者增加了很大的难度。若歌唱者发音稍有不准，伴奏中将出现串音和不协和的音程，此外它的音阶识别电路复杂，对元器件要求精度高，调试难度大，可靠性差，不利于大批量生产。

本发明的目的是提供一种能随歌唱者发出的声音信号频率的变化产生合成音乐伴奏，而又不需定调的声控自动伴奏机。

本发明是用如下方式实现的：声控自动伴奏机，它包括声音信号接收处理电路，将声音输入信号调制成随其频率变化的基频脉冲信号fo，以及功放电路接收声音输入信号和音乐伴奏信号，推动扬声器工作。基频采样电路接收基频脉冲信号fo，对输入信号进行采样后，输出至变频电路和音色合成电路。和弦发生电路接收基频脉冲信号fo进行信号调制，输出信号与变频电路的输出信号合成，产生和弦信号，输出至音门电路。采样脉冲发生电路输出采样脉冲信号至基频采样电路，作信号控制;至和弦发生电路使和弦输出信号作周期变化;节奏发生电路，输出的节奏脉冲控制音乐节奏的周期变化;至音色合成电路，与变频电路的输出信号合成，产生弹拔音信号。节奏发生电路的脉冲输出信号，输入至打击乐发生电路和音门电路，打击乐发生电路输出有节拍和节奏的打击乐信号至音门电路。变频电路对基频采样电路输出的频率信号进行分频后，产生贝司音信号输入至音门电路，分频信号输入至音色合成电路。音色合成电路对接收的信号进行合成，产生随声音输入信号频率变化的主弦律音色信号，输入至音门电路音门电路将接收的信号调制后，产生随声音输入信号频率变化的合成音乐伴奏信号，输入至功放电路。

基频采样电路是由锁相环IC₃以及控制器IC₅组成比较器将接收的基频脉冲信号fo进行相位比较后，输出差值电压信号U_φ，基频脉冲信号fo作为控制器IC₅的控制信号，差值电压信号U_φ经控制器IC₅和电阻电容构成的滤波电路输入至振荡器，调整振荡器的振荡频率，使振荡器的振荡频率与基频脉冲信号fo的频率相等，两者相位差为定值，和弦发生电路是由锁相环IC₄以及开关控制器IC_6b组成，比较器将接收的基频脉冲信号fo进行比较后，输出差值电压信号U_φ′，采样脉冲发生电路输出的脉冲信号Vr控制开关控制器IC_6b，差值电压信号U_φ′经开关控制器IC_6b输入至振荡器，调整振荡频率，使振荡频率与基频脉冲信号fo频率相等，其输出受控于采样脉冲信号Vr调制，即控制和弦发生器产生的输出信号作周期变化。和弦发生电路的振荡器接有开关控制器IC_6c串接开关K和2个或多个电阻R，以改变振荡器的振荡频率范围，控制器IC_6c受采样脉冲信号Vr控制。变频电路是由除法器或乘法器或除法器和乘法器构成。变频电路输出频率信号与和弦发生电路输出的频率信号以及主旋律信号合成产生三和弦或七和弦信号。

本发明是以歌声为输入信号源，自动伴奏出贝司、和弦、打击乐及主旋律，可随意选择或组合输出多种主旋音色和多种舞曲节奏的声控自动伴奏机，它能使歌唱者能随心所欲地表达自己唱歌时的情感，具有伴奏出优美动听的乐声，而音乐声不串音和失真，它可与各种音响设备配套，组成具有电子音响系统。它适用于专业表演，歌舞厅伴奏以及单位和个人作为学唱和娱乐的专用工具，具有优于卡拉OK的功能。

图1是本发明电路方框图。

图2是本发明基频采样电路、变频电路、和弦发生电路的电路原理图。

图3是采样脉冲发生电路，节奏发生电路、打击乐发生电路、音色合成电路、音门电路、功放电路的电路连接原理图。

图4是本发明与各种音响设备配套组成电子音响系统的方框图。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

在图1中，声控自动伴奏机是由声音信号接收处理电路，基频采样电路、和弦发生电路、变频电路、采样脉冲发生电路、节奏发生电路、打击乐发生电路、音色合成电路、音门电路和功放电路组成。声音信号接收处理电路是用声传感器接受歌唱者的歌声频率信号后，输入至比例放大器，进行声频信号放大，放大后的信号，一路经对比度控制器送往功率放大器进行歌声信号功率放大推动扬声器发出歌唱者的歌声;另一路信号经低通滤波器进行谐波成份衰减，反相器反相将放大后的信号进行正、负半波分离。经一对共射极放大器进行波峰整形后，输入至RS触发器进行合成处理，输出一个占空比为1∶1的基频脉冲信号fo，其峰一峰值为电源电压，基频脉冲信号fo的频率与歌唱者的声频相等。基频脉冲信号fo分别输入至基频采样电路与和弦发生电路。如图2所示，基频采样电路是由锁相环IC₃以及控制器双向电子开关IC₅组成，基频脉冲信号fo从IC₃的14脚输入至比较器，与振荡器的频率信号进行相位比较后，从IC₃的13脚输出一个比较后的差值电压信号U_φ，同时基频脉冲信号fo作为控制器IC₅的控制信号，输至IC₅的5脚，控制IC₅的3脚与4脚之间的导通关闭，从IC₃的13脚输出的差值电压信号U_φ经控制器IC₅的3脚进4脚出，经电阻R₃₅、R₃₆、C₁₅构成的滤波电路，得到一个控制电压Ud加至IC₃内部振荡器的9脚，调整振荡器的振荡频率，经过反复比较控制，使振荡器的振荡频率等于基频脉冲信号fo的频率，二者的相位差为一定值，频率信号从IC₃的4脚输出，这样就实现了对信号进行采样的目的，频率信号输出至变频电路和音色合成电路。从IC₃的1脚输出的相位脉冲信号经电阻R₃₈、电容C₁₆构成的峰值保持电路分别输入至控制器IC₅的12脚控制IC₅的1脚与2脚的导通与截止，输入至开关控制器IC_6d进行控制使V_co得到高或低的电平。信号V_co控制开关三极管T₅通过开关管T₅的开与关，采样脉冲发生电路IC₉输出信号经T₅管，产生调制信号V_c输入至基频采样电路，控制其振荡频率的幅值变化，丰富音色效果，同时信号V_co还送到音门电路的IC₁₂的9脚进行控制，音门电路IC₁₂的7脚输出乐音信号。

和弦发生电路（如图2所示）是由锁相环IC₄以及双向电子开关控制器IC_6b组成，基频脉冲信号fo输入至IC₄内的比较器14脚，与振荡器的频率比较后，输出差值电压信号U_φ′。IC₉二反相器及外围元件组成的采样脉冲发生器输出的脉冲信号Vr由控制器IC₅的2脚进，1脚出控制开关控制器IC_6b，差值电压信号U_φ′经开关控制器IC_6b输出控制电压U_d′加至IC₄内部振荡器的9脚，调整振荡器的振荡频率，经过反复比较、控制，使振荡器的振荡频率等于基频脉冲信号fo的频率，其输出受采样脉冲信号Vr调制，即控制和弦发生器产生的输出信号的周期变化，在IC₄内的振荡器11脚上接有开关控制器IC_6c串接2个或多个电阻R和手动开关K，调节开关K可改变串入振荡器的电阻值R，即可改变振荡器的振荡频率范围，但开关控制器IC_6c的控制信号是由采样脉冲信号Vr经三极管T₄控制，即关断IC_6b则IC_6c导通，而打开IC_6b则关闭IC_6c。输出信号以IC₄的振荡器的4脚输出，作为和弦的信号，与变频电路的输出信号合成，产生和弦信号CHO输出至音门电路的IC₁₂（如图3所示）。

变频电路（如图2所示）是由IC₇和IC₈组成，IC₇、IC₈可以是除法器或乘法器或除法器和乘法器。从基频采样电路IC₃的4脚输出的频率信号，进入变频电路后，进行分频或倍频处理若IC₃的4脚输出信号4分音，则用一个乘法器可得2分音，用一个除法器可得到8分音，用4分频器可得到16分音等等，可以任意选择。本机变频电路采用除法器IC₇和4分频器IC₈构成，IC₃的4脚输出信号若为4分音，则经过一个除法器IC₇后得到8分音与和弦发生电路输出的信号合成，产生和弦音CHO₂输出至音门电路，8分音频率信号再经过一个除法器IC₇得到16分音频率信号，即输出一个贝司（BA₁）音，频率信号至音门电路，8分音频率信号经过四分频器分频后得到32分音频率信号，即输出第二个贝司（BA₂）音频率信号至音门电路IC₁₁（如图3所示），在音门电路中进行处理后，使本机可得到浑厚的低音效果，基频采样电路IC₃输出的频率信号（若为4分音）与变频电路输出的频率信号（8分音）汇合，输入至音色合成电路，进行音色滤波处理，而产生模拟各种乐器的音色即有管乐、弦乐等等，构成主旋律音频率信号，且随歌唱者发出的声音信号频率变化。

在图3中，IC₁₀是主节奏发生电路，在采样脉冲发生电路中IC₉中二只反相器及外围阻容元件、电位器等元件组成的节拍信号激励下，其各输出端有相应的脉冲输出分别送往DY1、DY2、DY3，标准打击乐发生电路，输出有节奏的打击乐信号。在图3中，音色合成电路接收基频采样电路的输出频率信号（若为4分音）和变频电路输出频率信号（8分音）以及IC₉中，二个反相器及阻容元件产生的弹拔调制信号V_T后进行滤波合成产生模拟各种乐器的主旋律音信号，经电位器W₄输入音门电路IC₁₂、IC₁₁进行放大、合成。音门电路IC₁₁及外围元件组成贝司音门， 1/2 的IC₁₂组成主弦音门， 1/2 的IC₁₂组成和弦音门，主旋律信号与和弦信号CHO合成，形成三和弦或七和弦信号。七和弦信号需要变频电路的两个频率信号的输出。音门电路输出信号经电位器W₃输入至功率放大电路，声音信号经电位器W₂输入至功率放大电路推动扬声器D工作，便形成了有声音信号、旋律信号、和弦信号及有节奏的打击乐信号的随声自动伴奏的声控自动伴奏机。

在图4中，本发明与各种电子音响设备配套组成电子音响系统，图4中方框（1）是四波段收音电路（中波、短波1、2及调频）其信号输出至左、右声道频率均衡电路（6）、（7）可按五段任意提升或衰减音量，其信号再输入混响立体声功率放大电路（10）推动扬声器。方框（2）、（3）是左、右声道的录、放磁带的前置放大和录音时的抹音处理部分，其信号输出至左、右声道频率均衡电路（6）、（7），方框（4）是声控自动伴奏电路，它接收声传感器或由收音电路（1）接收的由无线话筒发出的声音信号，它是随歌声通过话筒或无线话筒输入后，经过整形、放大以及基频合成，再经分频和倍频后，形成三音和贝司，随歌声输出就形成了乐音的伴奏部分，这种乐音的伴奏有六种音色可供选择，也可选取其中的几种任意组合，六种节奏配合打击乐使节奏感更强，气氛更渲染。方框（5）是电子混响延迟部分，接受声控自动伴奏电路的输出信号或卡拉OK话筒输出信号，其输出至左、右声道频率均衡电路（6）、（7）和混响立体声功率放大电路（10），电子混响延迟电路采用目前流行的BBD电路，它既有左、右声道的混音，又有声音的延迟，当外配多组扬声器时，还可得到理想的环绕声效果，方框（8）、（9）是左、右声道频谱显示器。

Claims (6)

1、一种声控自动伴奏机，它包括声音信号接收处理电路，将声音输入信号调制成随其频率变化的基频脉冲信号fo，以及功放电路接收声音输入信号和音乐伴奏信号后，推动扬声器工作，其特征在于：

基频采样电路接收基频脉冲信号fo，对输入信号进行采样后，输出至变频电路和音色合成电路；

和弦发生电路接收基频脉冲信号fo进行信号调制输出信号与变频电路输出信号合成，产生和弦信号，输出至音门电路；

采样脉冲发生电路输出的信号：至基频采样电路，作信号控制；至和弦发生电路，使和弦输出信号作周期变化；

节奏发生电路的输出信号，输入至打击乐发生电路和音门电路，打击乐发生电路输出有节拍和节奏的打击乐信号至音门电路；

变频电路对基频采样电路输出的频率信号进行分频后，产生贝司音信号输入至音门电路，分频信号输入至音色合成电路；

音色合成电路接收基频采样电路、变频电路和采样脉冲发生电路输出的信号进行合成，产生随声音输入信号频率变化的主弦律音色信号，输入至音门电路；

音门电路将接收的信号合成后，产生随声音输入信号频率变化的合成音乐伴奏信号，输入至功放电路。

2、根据权利要求1所述声控自动伴奏机，其特征在于基频采样电路是由锁相环IC₃以及控制器IC₅组成，比较器将接收的基频脉冲信号fo进行相位比较后，输出差值电压信号U_φ，基频脉冲信号fo作为控制器IC₅的控制信号，差值电压信号U_φ经控制器IC₅和电阻电容构成的滤波电路输入至振荡器，调整振荡器的振荡频率，使振荡器的振荡频率与基频脉冲信号fo的频率相等，两者相位差为定值。

3、根据权利要求1所述声控自动伴奏机，其特征在于和弦发生电路是由锁相环IC₄以及开关控制器IC_6b组成，比较器将接收的基频脉冲信号fo进行比较后，输出差值电压信号U_φ′，采样脉冲发生电路输出的脉冲信号Vr控制开关控制器IC_6b，差值电压信号U_φ′经开关控制器IC_6b输入至振荡器，调整振荡频率，使振荡频率与基频脉冲信号fo频率相等，其输出受采样脉冲信号Vr控制，使和弦发生器产生的输出信号作周期变化。

4、根据权利要求3所述伴奏机，其特征在于和弦发生电路的振荡器接有开关控制器IC_6c串接开关K和2个或多个电阻R，以改变振荡器的振荡频率范围，控制器IC_6c受采样脉冲信号控制。

5、根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于变频电路是由除法器或乘法器或除法器和乘法器构成。

6、根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于变频电路输出频率信号与和弦发生电路输出的信号以及主旋律信号合成产生三和弦或七和弦信号。

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