专利名称：音乐灯及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种音乐灯，特别涉及根据音乐声音强弱而改变闪亮顺序和亮暗程度的音乐灯。
本发明的技术方案一一种音乐灯，包括发声装置具有音频输出端；转换电路输入端与发声装置的音频输出端连接，对音频信号进行处理并输出一控制电压；发光二极管与转换电路的控制电压输出端电连接。
根据上述技术方案所述的发声装置是指CD、VCD或其它具有音频输出的音乐器具。所述转换电路为数字转换电路，包括音频处理电路、音频A/D转换电路、数字滤波处理电路、音频检测处理电路和I/O控制输出电路；所述音频处理电路对音频信号进行放大和整形处理，音频A/D转换电路将音频信号转换为数字信号，数字滤波处理电路和音频检测处理电路分别对该数字信号进行滤波和检测，然后通过I/O控制输出电路输出一控制电压。所述转换电路也可为模拟转换电路，包括音频模拟滤波电路、MCU音频滤波处理单元、音频检测电路和MCU音频检测处理单元。所述的二极管由若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物或混光材料组成。
本发明的技术方案二一种音乐灯，包括至少一发声装置产生声音信号；至少一音频信号检测电路其输入端与发声装置的音频输出端电连接，用于检测发声装置是否有音频信号输出，并根据检测结果输出一检测信号；分频电路输入端与发声装置的音频输出端电连接，用于带通滤波，并对该频带的信号进行整形处理；发光装置至少包括光源控制电路和一发光体，所述光源控制电路接收音频信号检测电路输出的检测信号和分频电路整形后的音频信号，并根据该两信号输出一控制电压，所述发光体与光源控制电路的控制电压输出端电连接。
根据上述技术方案所述的发声装置是指CD、VCD或其它具有音频输出的音乐器具。所述的音频信号检测电路包括一比较器一输入端与发声装置的音频输出端电连接，并将该输入信号与一给定值比较；一微处理器一输入端与比较器的输出端电连接，当该输入端信号达到一定值时判断发声装置有音频信号输出，并输出一检测信号；RS485远距离通讯电路接收微处理器输出的检测信号，并以广播的形式发送至所有发光装置的光源控制电路。所述的分频电路为N个，该N个分频电路将介于20Hz到20KHz之间的音频信号分成N个频带，其中N≥2。每一分频电路连接有M个发光装置，该M个发光装置将该频带的音强分成M段，每一发光装置对应一音强段，即所有发光装置组成一个M×N的矩阵，其中M≥2。光源控制电路包括一微处理器对多个输入信号进行处理并输出一控制电压；一地址码选择开关与微处理器输入端连接，以使微处理器确定发光装置的位置；一分压电路与微处理器一输入端连接，以提供一参考电压；RS485接收电路输入端与音频检测电路的输出连接，输出与微处理器一输入端连接，用于接收音频信号检测电路输出的检测信号；放大电路将微处理器输出的控制电压进行放大。所述的光源是由若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物或混光材料组成。
本发明的技术方案三一种音乐灯，包括至少一发声装置产生音频信号；
音乐信号处理电路接收发声装置输出的音频信号，将其转换成变化的直流信号输出；发光装置至少包括光源控制电路和发光体，所述光源控制电路接收音乐信号处理电路的输出信号，根据该信号输出控制电压以控制所述发光体。
所述的光源控制电路包括微处理器和转换电路，所述微处理器输出控制信号，使转换电路在多种模式间转换，以控制发光体不同的变化模式。
所述的发光装置还包括背光源，该背光源的状态由所述的微处理器的输出信号控制。
本发明的技术方案四一种音乐灯，包括包括乐器数字界面(MIDI)系统，还包括计算机处理系统通过乐器数字界面接口与乐器数字界面(MIDI)系统连接，将乐器数字界面(MIDI)系统输出的数据转换为相应的电平信号；光源处理电路至少包括发光体，该光源处理电路接收计算机处理系统的输出信号以控制发光体。
根据上述方案所述光源处理电路为复数个；计算机处理系统通过扩展口与发光处理电路连接。
本发明的方法包括步骤由发声装置输出音频信号；将音频信号转换为变化的直流信号，用该变化的直流信号控制发光体的状态。
根据上述方法依据是否有音频信号输出产生一检测信号，将该检测信号配合变化的直流信号控制发光体。
将介于20Hz到20KHz之间的音频信号分成N个频段，每一频段至少对应一发光体，其中N≥2。
将每一频段的音强分成M段，每一音强段对应一发光体，所有发光装置组成M×N的矩阵，其中M≥2。
每一频段内不同位置的灯在同一时刻亮不同的颜色，而相邻的两灯颜色最接近以形成色彩流动。
本发明将音乐作为控制信号，使灯光的亮度和色彩能够根据音乐频率的变化而变化，同时也可将灯组成各种形状或图案并且使其呈现动态效果，因而能够广泛地用于各种公共场所。
发声装置也即播放音乐的装置，这里指CD或VCD，或其它具有音频输出的音乐器具，音乐装置还包括功放机，音箱等，主要功能将CD或VCD播放的声音信号送至功放机，再由功放机送到各音箱产生音乐；二是将CD或VCD的音频输出信号送至转换电路。
转换电路可为数字电路和模拟电路，
图1中所示的转换电路为模拟电路，包括音频模拟滤波电路、MCU音频滤波处理单元、音频检测电路和MCU音频检测处理单元。音频模拟滤波电路对音频信号进行滤波整形处理送MCU音频滤波处理单元，音频检测电路则对发声装置是否有音频信号输出进行检测，并将检测信号送MCU音频检测处理单元，MCU音频滤波处理单元根据输入的音频信号和检测信号输出一控制电压，以控制二极管发光。图2中所示的转换电路为数字电路，包括音频处理电路、音频A/D转换电路、数字滤波处理电路、音频检测处理电路和I/O控制输出电路，所述音频处理电路对音频信号进行放大和整形处理，音频A/D转换电路将音频信号转换为数字信号，数字滤波处理电路和音频检测处理电路分别对该数字信号进行滤波和检测，然后通过I/O控制输出电路输出一控制电压。
二极管为若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物或混光材料组成。所述的二极管可为多个，并可组成不同的形状和图案，其亮度由输出电压控制。
本实施例的音乐灯具有结构较简单的特点。
实施例2参考图3和图7本实施例主要包括发声装置、分频电路、音频信号检测电路和发光装置。本实施例采用N个分频电路将发声装置输出的介于20Hz到20KHz之间的音频信号分成N个频段，其中N≥2；将每一频段的音强分成M段，每一音强段连接一个发光装置，所有发光装置组成M×N的矩阵，其中M≥2。
发声装置也即播放音乐的装置，这里指CD或VCD，或其它具有音频输出的音乐器具，音乐装置还包括功放机，音箱等，主要完成两个功能一是将CD或VCD播放的声音信号送至功放机，再由功放机送到各音箱产生音乐；二是将CD或VCD的音频输出信号送至音频信号检测电路。
参考图8所示的分频电路该电路是用于处理音乐音频信号。电容C*3、C*4和电阻R7组成带通滤波电路，由接口CN2输入的音频信号经该滤波电路后变为某一频率范围内的音频信号，该信号由放大器U2B和U2A进行放大，再和电阻R25送来的音频信号叠加，该信号叠加处理可实现光源变化程度。放大器U2D输出的信号经二极管D2和D3、电阻R21和电容C16组成的整流波电路进行处理后输出信号MUSIC-OUT。另一路音频信号经过电容C5滤掉直流成分经放大器U2C放大处理，放大器U2C输出的信号经二极管D4和电阻R18组成等组成的整流滤波电路后输出的信号MU-CH由音频信号检测电路接收。
参考图9音频信号检测电路微处理器U8接收信号MU-CH，并不断检测此信号。当信号的值达到设定值时判定有音乐播放，通过RS485接口U7输出检测信号，以广播方式告知所有发光装置。其工作流程图参见图4。
参考图5和图10所示的发光装置包括光源控制电路和发光二极管；光源控制电路包括RS485通讯接收电路U11、微处理器U12和地址码开关S1。该电路接收来自音频信号检测电路的检测信号MU-CH和分频电路整形后的音频信号MUSIC-IN(分频电路中为MUSIC-OUT)。微处理器U12根据该音频信号的电压高低，地址码开关状态及检测信号等输出控制红绿蓝三基色的三路控制电压，控制电压分别经三极管Q1-Q3放大后输出到发光二极管以控制其亮暗。发光二极管为若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物或混光材料组成。在该电路中，分压电路与音频信号MUSIC-IN的比较通过程序实现，设定一分压值，微处理器将输入的音频信号模拟量值与该设定的分压值进行比较，根据比较结果以及检测信号等以控制输出电压。通过有序的调节此分压电路的参照电压，就可实现各灯随音频电压的增加而依次亮(或暗)。地址码选择开关由一组开关组成，单片机通过读取这组开关的状态，来确定灯的不同位置，以使竖直方向上不同位置的灯在同一时刻亮不同的颜色相邻的两灯颜色最接近从而形成色彩的流动。
本发明工作的时候，播放音乐的装置，将CD或VCD播放的声音信号送至功放机，再由功放机送到各音箱产生音乐；同时将CD或VCD的音频输出信号送至音频信号检测电路。这里要注意的是，音箱应选用适合于广场使用的高质量音箱作音源，以保证好的听觉效果。
微处理器是该控制电路的核心，完成没有音乐的时候色彩的柔和变化，当有音乐的时候灯随音量高低亮暗的功能。每灯色彩的柔和变化功能通过软件方式通过脉宽调制实现。其程序流程如图6所示。
实施例3本实施例为一通过程控实现的音乐灯。
参考图11至图14，本实施例的发音装置与实施例2相同。音乐信号处理电路如图12所示，其与实施例中的带通滤波部分工作原理相同，不再叙述。如图13和图14所示，发光装置包括光源控制电路和发光体。光源控制电路包括微处理器U12，以及由多路模拟开关U13、比较器U25构成的转换电路。发光体为二极管J1，同时还包括背光源J2，作为二极管J2的背景色。
来自音源的音乐信号经过音乐信号处理后的直流音乐信号MUSIC输入到转换电路的比较器U25，与一基准电压进行比较，通过开关管IRF控制光源高低变化幅度。图13中的微微处理器U12(比如单片机AT90S2013)，发出指令A、B、C、INH控制转换电路，切换N个不同的基准电压，控制光源不同变化模式，定义光源色彩变化、频率变化。变化模式如V型、∧型、W型、M型、/型、\型等模式。模式变化的时间可根据需定义，如每20s变化进行模式切换。微处理器U12发出的STEV控制背光源J2变化模式、频率和色彩的变化，以此实现灯光随音乐产生色彩、速度、频率等多种组合的变化。其流程参阅图15实施例4本实施例为采用电脑MIDI系统实现的音乐灯。
参阅图16，MIDI是Music Instrument Digital Interface的缩写，意思是音器数字界面(或连接)。电脑MIDI系统是指个人电脑同MIDI(MusicalInstrument Digital Interface)设备连接在一起所构成的一套桌面音乐制作系统。它主要包括核心主控部分(指电脑)、声音储备设备(包括音源、采样机、鼓机等)、声音处理设备(包括效果器、合唱处理器等)以及发送MIDI讯息设备(包括MIDI合成器键盘和其它MIDI控制器等)。
MIDI的实质是一个通过电缆将电子音乐设备连接起来的协议。这一协议就是向有关设备传送数字化的命令。MIDI处理音乐的方式不是将声音本身编码，而是将MIDI音乐设备上的每一个演奏的动作纪录下来。例如，在给键盘上的演奏录音时，MIDI记录下安了那个键，力度多大，时间多长。当播放乐曲时，只需要从相应的MIDI文件中读出MIDI消息，通过音乐合成器芯片生成声波，放大后播出，重现原来的演奏。
MIDI接口是指一种的独立MIDI硬件设备，它是MIDI信息的转换口，通过它电脑可以将MIDI信息传送到其他MIDI设备中并与之进行信息交流。
MIDI信号通过设备内部的解码程序，再经过振荡器、滤波器、ADDA转换器、信号放大器等元件，将纯粹的数据变成可以听到的声音。
MIDI接口是MIDI系统中重要的硬件设备之一，它是连接电脑同其他设备必须的一个硬件、是完成MIDI任务的一个关键性设备。它主要分成两大类内置式和外置式。内置式MIDI接口通常是以MIDI扩展卡组合起来，它需要安插在电脑的扩展槽里，其MIDI输入和输出的五针插座口露于电脑主机之外，以便与其他MIDI设备相连接。外置式MIDI接口的形式品种多样，其中最具有代表性的就是智能化的MIDI接口，这种接口自身装配有处理一些MIDI信息和数据的功能，无需借助MIDI卡来处理信息，它是一个独立的MIDI信息处理单元，是电脑和其它MIDI设备之间信息流通的重要关口，只有通过MIDI接口，合成器键盘所送出的信息才能够电脑读识。
MIDI事件在MIDI音序器中以两种方式呈现数据和状态。数据代表了一条音轨上各个不同的MIDI事件以及它们各方面的信息，他们以数字的形式表现出来，无论是高位置、音量强弱还是时值长短，MIDI控制器所实施的状况，电脑都将它们翻译成一种MIDI语言的数字形式，以体现各个不同音符。
当在合成器键盘上弹奏音乐时，所发出的电子信息都被送到了键盘内的微处理器上，微处理器将所有的电子信息转换成二进值的数据信息并通过MIDI键盘上的MIDI输出口，将这些MIDI信息传送给其他MIDI设备或者电脑；同样，电脑发出的数据信息指令通过MIDI输出接口进入合成器键盘。当合成器中的内部微处理器接到这些指令后，就按照指令的要求进行工作，每一个通道按照指令从合成器键盘的内置音色库中提取各自的音色、音高、音量等数据，然后通过合成器内部的音频处理系统将这些音频信号从输出口播出来，这样就完成了声音在MIDI系统中的一个简单的形成过程。
MIDI信号通过设备内部的解码程序，再经过振荡器、滤波器、ADDA转换器、信号放大器等元件，将纯粹的数据变成可以听到的声音。并且，这些元件的工作方式都允许被用户来控制。由此可知，MIDI信号在变成声音的过程中，如果有一个地方不同，那么同一MIDI信号在不同的设备上出来的声音就不同！参阅图17和图18，计算机处理系统包括一微处理器，该微处理器固化有程序模块。光源处理电路为复数个，每一光源处理电路包括发光二极管和控制该发光体的开关管，该开关管通过微处理器的一个管脚输出的信号来控制发光二极管。微处理器根据串口从MIDI接口接受的音乐数字信号的值的大小，找到程序模块规定表格中数值所在位置，在单片机某一脚输出高电平，点亮相应光源。工作流程如图19所示。
当光源处理电路过多，可给微处理器添加扩展口，光源处理电路通过扩展口与微处理器连接。
本发明将音乐作为控制信号，使灯光的亮度和色彩能够根据音乐频率的变化而变化，同时也可将灯组成各种形状或图案并且使其呈现动态效果，因而能够广泛地用于各种公共场所。
权利要求
1.一种音乐灯，其特征在于包括发声装置具有音频输出端；转换电路输入端与发声装置的音频输出端连接，对音频信号进行处理并输出一控制电压；发光二极管与转换电路的控制电压输出端电连接。
2.如权利要求1所述的音乐灯，其特征在于包括所述的发声装置是指CD、VCD或其它具有音频输出的音乐器具。
3.如权利要求1所述的音乐灯，其特征在于转换电路为数字转换电路，包括音频处理电路、音频A/D转换电路、数字滤波处理电路、音频检测处理电路和I/O控制输出电路；所述音频处理电路对音频信号进行放大和整形处理，音频A/D转换电路将音频信号转换为数字信号，数字滤波处理电路和音频检测处理电路分别对该数字信号进行滤波和检测，然后通过I/O控制输出电路输出一控制电压。
4.如权利要求1所述的音乐灯，其特征在于转换电路为模拟转换电路，包括音频模拟滤波电路、MCU音频滤波处理单元、音频检测电路和MCU音频检测处理单元。
5.如权利要求1所述的音乐灯，其特征在于所述的二极管由若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物组成。
6.如权利要求1所述的音乐灯，其特征在于所述的二极管由若干红绿蓝三基色发光二极管和混光材料组成。
7.一种音乐灯，其特征在于包括至少一发声装置产生声音信号；至少一音频信号检测电路其输入端与发声装置的音频输出端电连接，用于检测发声装置是否有音频信号输出，并根据检测结果输出一检测信号；分频电路输入端与发声装置的音频输出端电连接，用于带通滤波，并对该频带的信号进行整形处理；发光装置至少包括光源控制电路和一发光体，所述光源控制电路接收音频信号检测电路输出的检测信号和分频电路整形后的音频信号，并根据该两信号输出一控制电压，所述发光体与光源控制电路的控制电压输出端电连接。
8.如权利要求7所述的音乐灯，其特征在于所述的发声装置是指CD、VCD或其它具有音频输出的音乐器具。
9.如权利要求7所述的音乐灯，其特征在于所述的音频信号检测电路包括微处理器一输入端与发声装置的音频输出端电连接，当该输入端信号达到一设定值时判断发声装置有音频信号输出，并输出一检测信号；RS485远距离通讯电路接收微处理器输出的检测信号，并以广播的形式发送至所有发光装置的光源控制电路。
10.如权利要求7所述的音乐灯，其特征在于所述的分频电路为N个，该N个分频电路将介于20Hz到20KHz之间的音频信号分成N个频带，其中N≥2。
11.如权利要求10所述的音乐灯，其特征在于每一分频电路连接有M个发光装置，该M个发光装置将该频带的音强分成M段，每一发光装置对应一音强段，即所有发光装置组成一个M×N的矩阵，其中M≥2。
12.如权利要求7、10或11所述的音乐灯，其特征在于光源控制电路包括一微处理器对多个输入信号进行处理并输出一控制电压；一地址码选择开关与微处理器输入端连接，以使微处理器确定发光装置的位置；一分压电路与微处理器一输入端连接，以提供一参考电压；RS485接收电路输入端与音频检测电路的输出连接，输出与微处理器一输入端连接，用于接收音频信号检测电路输出的检测信号；放大电路将微处理器输出的控制电压进行放大。
13.如权利要求7至12之一所述的音乐灯，其特征在于所述的发光体是由若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物组成。
14.如权利要求7至12之一所述的音乐灯，其特征在于所述的发光体是由若干红绿蓝三基色发光二极管和混光材料组成。
15.一种音乐灯，其特征在于包括至少一发声装置产生音频信号；音乐信号处理电路接收发声装置输出的音频信号，主要对音频信号进行滤波整形处理；发光装置至少包括光源控制电路和发光体，所述光源控制电路接收音乐信号处理电路的输出信号，根据该信号输出控制电压以控制所述发光体。
16.如权利要求15所述的音乐灯，其特征在于所述的发声装置是指CD、VCD或其它具有音频输出的音乐器具。
17.如权利要求15所述的音乐灯，其特征在于所述的光源控制电路包括微处理器和转换电路，所述微处理器输出控制信号，使转换电路在多种模式间转换，以控制发光体不同的变化模式。
18.如权利要求17所述的音乐灯，其特征在于所述的发光装置还包括背光源，该背光源的状态由所述的微处理器的输出信号控制。
19.如权利要求15所述的音乐灯，其特征在于所述的发光体为若干红绿蓝三基色发光二极管和反光物组成。
20.如权利要求15至19之一所述的音乐灯，其特征在于所述的发光装置为复数个，该复数个发光装置组成图形。
21.一种音乐灯，包括乐器数字界面(MIDI)系统，其特征在于还包括计算机处理系统通过乐器数字界面接口与乐器数字界面(MIDI)系统连接，将乐器数字界面(MIDI)系统输出的数据转换为相应的电平信号；光源处理电路至少包括发光体，该光源处理电路接收计算机处理系统的输出信号以控制发光体。
22.如权利要求21所述的音乐灯，其特征在于所述光源处理电路为复数个。
23.如权利要求22所述的音乐灯，其特征在于计算机处理系统通过扩展口与发光处理电路连接。
24.一种音乐灯的实现方法，其特征在于由发声装置输出音频信号；将音频信号转换为变化的直流信号，用该变化的直流信号控制发光体的状态。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于根据是否有音频信号输出产生一检测信号，将该检测信号配合变化的直流信号控制发光体。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于将介于20Hz到20KHz之间的音频信号分成N个频段，每一频段至少对应一发光体，其中N≥2。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于将每一频段的音强分成M段，每一音强段对应一发光体，所有发光装置组成M×N的矩阵，其中M≥2。
28.如权利要求26或27所述的方法，其特征在于每一频段内不同位置的灯在同一时刻亮不同的颜色，而相邻的两灯颜色最接近以形成色彩流动。
全文摘要
本发明公开了一种音乐灯及其实现方法，包括至少一发声装置；一音频信号检测电路；分频电路和发光装置；所述发光装置接收音频信号检测电路输出的检测信号和分频电路整形后的音频信号，并根据该两信号输出一控制电压以控制发光体发光；本发明的方法是由一具有音频输出端的发声装置提供音源；一音频信号检测电路对发声装置的音频输出进行检测，并输出一检测信号，同时至少利用一分频电路对发声装置输出的音频信号进行带通滤波；至少一发光装置接收检测信号和带通滤波后的音频信号，通过对输入信号的运算处理结果输出一控制电压给发光体；本发明能使灯光能够根据音乐的变化而变化，达到美化公共场所的目的。
文档编号H05B37/02GK1477914SQ0212582
公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月22日 优先权日2002年8月22日
发明者张志杰, 娄宁伟, 房力 申请人:张志杰, 娄宁伟, 房力