CN2127200Y - 乐音电子示音器 - Google Patents

Abstract

一种乐音电子示音器，由声音传感器、放大器、主 频带通滤波器、整形电路、时基电路、计数器、数字驱 动器及数字显示器所构成。本装置全部利用模拟电 信号处理，成本低、体积小、精度高、实时性好，可广泛 用于乐器制造部门、演奏单位及家庭对各种乐器特别 是钢琴的调音，还可做为声乐教学中视唱练耳的辅助 仪器及专音乐人员研究音律关系的专用仪器。

Description

本实用新型属于电子检测仪器，特别涉及对乐音频率测定与显示的电子仪器。

在乐器的制造及使用领域中，对各种乐音的校准或定音是一个重要环节，它直接关系到乐音的制造质量及演奏水平。传统的校准乐音的方法是靠受过专门训练的人员，凭经验进行判断及校准，由于各人听觉的差异，难以达到统一的标准。近年来，出现了各种的乐音校音器，例如中国专利88105162.4公布了一种乐音校音器，它用电子电路实现了钢琴的88个音，该仪器相当于电子音叉，发出标准音高的乐音与待校的乐器发出的乐音进行比较，根据其差异进行调音。其特点是用标准的电子振荡电路来代替常规的钢制音叉，产生标准音，同时用数字频率显示，再与乐音进行比较。但它没有超出音叉的概念，仍需要人耳来判别音的高低差别，此外，该仪器成本高，体积大，难以携带。另一种校音器是采用频谱分析法来判断、显示乐音高低的频谱仪。它是将乐音录入磁带机后转变成电信号，然后输入频谱分析仪，再进行AD模数转换，将模拟电信号转换成数字电信号，然后利用FFT技术进行频谱分析，最后显示出音高数值。其优点是分辨率强，精度高，不足之处是要将模拟量转换成数值量，技术复杂、成本高、难以实时显示音高，使推广普及受到限制。

本实用新型的目的在于设计出一种新的乐音示音器，克服已往技术的不足之处，直接将乐音的模拟量进行处理，显示出与乐音相对应的数值频率来。使其具有高分辨率，高灵敏度，且成本低，体积小等优点。

根据声乐原理可知，乐音是周期性的音频信号，且每一音高的乐音由一主频和其倍频的谐波信号组合而成，十二平均律中的音高主频与频率数值有一一对应关系。本实用新型根据这一特点，将乐音的模拟量直接进行电路处理，得到主频信号，再用数字显示出来，则可准确判断出乐器所发的乐音音高。

本实用新型由声音传感器、前置放大器、主频带通滤波器、整形电路、时基电路、计数电路、数字驱动器等部分电子电路所组成。上述各电路元件均安装在一盒体之中的插件板上，该盒体面板上安装有数字显示器、声音传感器接口和电源接口。所说的声音传感器将声音信号摄入，送入放大器放大，得到一组含有基频及其倍频的电信号，通过主频带通滤波器把倍频谐波去掉，得到声音的主频信号，然后将该主频信号送入整形电路整形，得到一规整的周期性主频信号，以此作为乐音信号；另一方面，以多谐振荡器构成的时基电路产生一定脉宽的检测段和过渡段作为时基信号，乐音信号在检测段时通过并由计数器计其周波数目，在过渡段内，乐音信号截断。计数电路将所设得数送往数字驱动器，再由数字显示器显示出来。该仪器显示的数字即为乐音主频信号的频率数值，它与乐音高低有严格的对应关系。

本装置全部利用模拟电信号处理，成本低、体积小、精度高、实时性好。可广泛用于乐音制造部门，演奏单位及家庭对各种乐器的调音。还可做为声乐教学中视唱练耳的辅助仪器及专业音乐人员研究音律关系的专用仪器。

附图简要说明

图1  为本实用新型一种实施例外形示意图

图2  为本实用新型一种实施例电路总体连接图

图3  为本实用新型一种实施例控制信号时序图

本实验用新型的一种最佳实施例如图1－图3所示，下面结合附图详细说明如下：图1为本实用新型设计的示音器外形示意图，本装置为一长方型盒体，其外形尺寸约为120×90×40mm，外壳采用塑料制成。装置前面板上方安装有四个数码显示管（11），其下方为十二平均律音高与频率关系对照表（12），该表的一侧分别安置有复位键（13）及电源开关（14）。装置侧面板设有声音传感器接口（15）及电源接口（16）。

本装置的声音传感器采用普通话筒，也可采用压敏电阻。本装置电源可接普通220V电交电源。装置内设有整流器及变压器，可为本电路提供6V、9V两种直流电压。

图2为本装置的总体电路连接图，全部电子元器件均连接在一块尺寸为80×60mm的插件板上，该插件板置于上述盒体内。本装置的电路包括声音采集单元（即声音传感器）（21），放大单元（22），带通滤波器（23），整形环节（24），时基电路（25），计数电路（26），数字驱动电路（27）数字显示电路（28）及数字锁存及复位电路（29）各部分组成。图中各部分电路用虚线分开。结合附图将各部分电路的组成及功能一一描述如下：声音传感器（21）将待标定的声音信号摄入，送到放大单元（22）进行放大，再将放大信号依次送入由四阶高通滤波器和八阶低通滤波器构成的具有一定带宽的带通滤波器（23）中，滤去信号中的噪声和倍频分量，再送到由嵌位电压和4583集成块构成的整形环节（24）中整形，得到一单纯、规整的周期性主频信号Iout。本装置的时基电路（25）包括由555集成块组成的多谐振荡器及锁存、清零控制电路组成，时基脉冲Tis是通过调节R_A、R_B阻值，产生一定时间长度的计数脉宽和一定时间长度的过渡脉宽构成。为适应各种乐音的变化周期，本装置设计的时基脉冲周期为1.0003秒，即1秒计数脉冲，供检测用，300μ秒为过渡段，供截断信号用。本实用新型设计的这种时基脉冲，降低了对声源的要求，具有更大的通用性。锁存、清零控制信号由锁存清零控制电路产生，其中，由555产生一开关脉冲DIS，使乐音主频倍号在1秒内通过，让计数器计其周波数，而在过渡段截止，不让乐音信号进入计数器；CLK为计数脉冲，通过计下降沿开始后的乐音倍脉冲数，而在过渡段无脉冲通过；LEO为锁存控制信号，当CLK刚计完1秒后，马上锁存计数结果，供数码管显示；MR为清零信号，在每次计数开始之前，把计数器清零，为计数器重新自零开始计数作好准备，它们的时间脉冲关系如图3所示。本装置的计数电路（26）由两块4553集成块构成，数字驱动电路（27）由两块4543集成块构成，数字显示电路（28）由四位数码管构成，它们组成一个常用的十进制四位计数显示电路。本装置的复位控制、储存电路（29）由一块4538集成块构成，由R₁₁，R₁₂确定一个阀值电压，当乐音主频信号幅值超过阀值电压，则由电压比较器（LM311）产生一个脉冲，此脉冲上升沿使单稳触发器A产生一个2秒脉宽的脉冲，此脉冲启动计数器计数并显示结果。2秒脉宽由C₉、R₁₅确定，当2秒脉宽脉冲结束时，使单稳触发器B产生一个8秒的延时锁存脉冲，从而锁存数码管的显示结果。任何时刻按复位键K，即可重新进行检测。

本装置主要技术指标如下：

频率分辨率：≥1Hz，响应灵敏度：0.2mv

计数时间：2.0003秒    锁存时间8秒

频率响应范围0～9999Hz，使用双电源：直流6v及9v。

Claims (5)

1、一种乐音示音器，其特征在于由下列各部分所组成：声音传感器，用于摄取声音信号并转换成电信号；放大器，用于对所述声音传感器获得的电信号放大，得到一组含有基频及其倍频的电信号；主频带通滤波器，用于将经所述放大器放大的倍频谐波去掉，得到声音的主频信号；整形电路，用于对所述滤波器输出的主频信号整形，得到一规整的周期性乐音信号；时基电路，它由多谐振荡器构成，用于产生一定脉宽的检测段和过渡段的时基信号；计数器，用于对通过所述时基电路的检测段的乐音信号的周波数目计数；数字驱动器及数字显示器，用于将所述计数器输出的周波数目进行显示；锁存复位电子处理电路，用于对所述数字显示器的数字锁存、清零。

2、如权利要求1中所述的乐音示音器，其特征在于所说的主频带通滤波器由四阶高通滤波器和八阶低通滤波器构成。

3、如权利要求1中所述的乐音示音器，其特征在于所述的时基电路由555集成块组成的多谐振荡器及锁存清零控制电路构成，其时基脉冲周期为1.0003秒。

4、如权利要求1所述的乐音示音器，其特征在于所说的锁存、复位电路由电压比较器LM311、4538集成块及复位开关构成。

5、如权利要求4所述的乐音示音器，其特征在于所说的主频带通滤波器由四阶高通滤波器和八阶低通滤波器构成，所述的时基电路由555集成块组成的多谐振荡的及锁存清零控制电路构成，所说的声音传感器为普通话筒，所说的数字显示器为四位数码管。

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