专利名称：声控自动伴奏机的制作方法
技术领域：
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成，声控自动伴奏机，包括放大电路将歌声信号放大后，输入至功率放大电路和基频分选电路选出歌声信号的基频信号fo调制成脉冲信号，用电子开关电路控制音源电路后，经D/A转换电路输入至功率放大电路推动扬声器。用倍频电路将基频信号fo进行倍频后，输入至音阶识别电路。音阶识别电路是在采样控制电路对其计数器和锁存器的控制下，用计数器对倍频信号计数后，读出其编程器的音阶信号，经锁存器，控制电子开关电路。
音阶识别电路的编程器是用EPROM可编程只读存贮器按十二平均率音阶频率及音源电路的键音与控制模式矩阵排列进行编程。采样控制电路输出的采样脉冲宽度是基频信号fo的倍数。电子开关电路是由模拟电子开关组成矩阵控制电路，实现音阶开关的控制。倍频电路的锁相环电路用计数器作为分频器。基频分选电路是用比较器进行分选基频信号fo。采样控制电路输出的采样脉冲信号，经其延时电路输出清零和锁存信号。
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，是一种具有特需风格的电子乐器，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，具有优于卡拉OK的功能，特别是该机采用数字技术，EPROM编程，集成度高，外围元件少，调试简单，一致性能好、可靠性高，装配、维护简易、工艺简单、具有高的性能价格比，适合用于工厂大批量生产。
图1是本发明电路原理方框图。
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是控制门(4)计数器(5)、编程器(6)、锁存器(8)、电子开关电路(9)的电路图。
图5是采样控制电路(7)的电路6是电子开关与音源电路(10)音阶开关矩阵的连接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，本发明是由声传感器M、放大电路，基频分选倍频、控制闸门、采样控制电路计数器、程序编程器、数据锁存器、电子开关、音源电路、D/A转换器，RC滤波器，前置放大，功率放大器等组成。
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IC1a，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，另一路经R8送至IC1b带通放大器，其频率通带控制在人的歌声频率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IC1c基频分选电路(2)利用IC1c运算放大作为一只比较器，设定UA值，当歌声信号幅度大于UA时，则在输出端输出高电平，小于UA时则输出低电平，这样将歌声中的谐波分量去除，选出其基频信号fo，即得到了峰值为电源电压的基频脉冲信号fo。
图3为倍频电路(3)，为了减短采样计数的时间，提高歌声与乐音的响应速度，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，将计数器作为分频器，对基频信号进行64分频插入在锁相环的压控振荡器V的输出端与相位比较器的输入端之间，锁相环即可对输入的基频信号fo的频率进行准确的64倍频，从而在其输出端得到64倍fo的频率信号。
音阶识别电路(4)，如图4所示它由IC7、IC8、IC9构成，IC7选用12位二进制串行计数器，64倍fo的频率信号，在1/64秒采样时基脉冲的控制下经过闸门，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CP端的信号下降沿进行加1计数，在计数器输出端产生出歌声频率的二进制机器码。采样脉冲为低电平时闸门I关闭，64倍基频信号进入CP端。当CR端进入高电平清零脉冲时使计数器输出端全部清零，为下一次采样计数作准备，这样每1/64秒采一次样，进行一次计数，形成二进制机器码作为IC8EPROM可编程序只读存贮器的地址。由于其地址就是歌声的频率，故根据其歌声频率，按十二平均率的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EPOM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、IC11，8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，这样对应着每一区域频率，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。
采样控制电路(5)如图所示，其1/2IC4与R16、R17C9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，与空比为1∶1的矩形脉冲，其信号一路输出至音阶识别电路(4)的计数控制门I，作采样的控制信号，高电平控制闸门I打开，64倍基频信号就进入计数器IC7低电平时64倍基频信号被禁止。另外再分两路，一路送至IC5的另一双稳态触发器，在Q2端输出脉冲信号，经C12和R20构成的延时电路延时送到1/2IC6及C13、R21产生出清零脉冲，去控制计数内IC7的CR端，即当每次采样结束，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C10、R18产生出锁存脉冲，去控制存器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。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)，功率放大器(9)后，推动扬声器工作发出音色丰富多彩的伴奏乐音。
权利要求
1.一种声控自动伴奏机，它包括放大电路(1)将歌声信号放大后，输入至功率放大电路(9)和基频分选电路(2)选出歌声信号的基频信号fo调制成脉冲信号，用电子开关电路(6)控制音源电路(7)后，经D/A转换电路(8)输入至功率放大电路(9)，推动扬声器，其特征是用倍频电路(3)将基频信号fo进行倍频后，输入至音阶识别电路(4)；音阶识别电路(4)是在采样控制电路(5)对其计数器和锁存器的控制下，用计数器对倍频信号计数后，读出其编程器的音阶信号经锁存器，控制电子开关电路(6)。
2.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于音阶识别电路(4)的编程器是用EPROM可编程只读存贮器，按十二平均率音阶频率及音源电路(7)的键音与控制模式矩阵排列进行编程。
3.根据权利要求1和2所述伴奏机，其特征在于采样控制电路(5)输出的采样脉冲宽度是基频信号fo的倍数。
4.根据权利要求1和2所述伴奏机，其特征在于电子开关电路(6)是由模拟电子开关组成矩阵，控制电路实现音阶开关的控制。
5.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于倍频电路(3)的锁相环电路用计数器作为分频器。
6.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于基频分选电路(2)是用比较器进行分选基频信号fo。
7.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于采样控制电路(5)输出的采样脉冲信号，经其延时电路输出清零和锁存信号。
全文摘要
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、教学演唱及业余受好者娱乐使用。
文档编号G10F1/00GK1064760SQ92106879
公开日1992年9月23日 申请日期1992年4月8日 优先权日1992年4月8日
发明者冯暑斌, 伍奕 申请人:湘潭市新产品开发研究所