专利名称：声控自动伴奏机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于音乐发生器，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87209532具有自适应性能的随意琴”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。
本实用新型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、而又不需定调的声控自动伴奏机。
本实用新型是用如下方式实现的声控自动伴奏机是由声传感器接受声音信号后，输出至声控自动伴奏电路，产生随声音输入信号变化的音乐伴奏信号，该信号经功率放大电路后，推动扬声器工作。声控自动伴奏电路由信号预处理器将声音信号放大输入至功率放大电路和整形为峰脉冲信号后，输入至基频合成电路；基频合成电路将峰脉冲信号调制成随声音输入信号频率变化的基频脉冲信号fo后，输入至基频采样电路，基频采样电路由基频调制电路与和弦发生器构成，基频调制电路接受基频脉冲信号fo后，进行放大、整形以及与比较信号f1进行相位比较后，经采样控制电路输出，调整基频调制电路的振荡频率，使振荡频率与基频脉冲信号频率相等、相位差为定值的频率和相位输出信号，频率输出信号输出至变频电路，相位输出信号控制采样控制电路与颤音弹拨音调制发生器，采样脉冲发生器输出的脉冲信号Vr经采样控制电路输出，控制和弦发生器接受基频脉冲信号fo后的振荡频率，该振荡频率信号与变频电路输出的变频信号合成为和弦乐信号，输入音门电路。变频电路接受基频采样电路的频率信号，进行倍频、分频后，产生贝司音信号，输入音门电路，分频信号合成输入音色合成电路，产生旋律音信号，输入至音门电路、节拍振荡器产生的节拍信号输入至节奏发生器后，输入至打击乐发生器，产生有节拍和节奏的打击乐信号，输入至音门电路。功率放大电路接受音门电路的输出信号，进行声音与旋律音、和弦及有节拍和节奏的打击乐信号混合放大输出。
本实用新型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教唱的专用工具，具有优于卡拉OK的功能。
图1是本实用新型与各种音响设备配套组成电子音响系统的方框图。
图2是本实用新型电路方框图。
图3是本实用新型信号预处理器和基频合成电路的电路原理图。
图4是本实用新型基频采样电路和变频电路及采样控制电路的电路原理图。
图5是采样脉冲发生器、节拍振荡器、节奏发生器、打击乐发生器、颤音弹拨音调制发生器和音色合成电路的电路原理图。
图6是音门电路和功率放大器 的电路原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的说明在
图1中，由本实用新型与各种电子音响设备配套组成电子音响系统，
图1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。
在图2中，本实用新型声控自动伴奏机是由声传感器，信号预处理器，基频合成电路，基频采样电路，变频电路，采样脉冲发生器，采样控制电路，节拍振荡器；节奏发生器，打击乐发生器，颤音弹拨音调制发生器，音乐合成电路，音门电路，放大电路及扬声器组成。如图3所示由声传感器接受唱歌者的歌声频率信号后，输入至信号预处理器，信号预处理器是由集成运算放大器IC1a、IC1b、IC1c、IC1d、IC6a和三极管T1、T2、T3及外围电阻、电容元件组成。声音信号由声传感器M输入后，经电容C2耦合至反相比例放大器IC1a放大50－100倍，它的输出又经电阻R10直接耦合至IC1b，集成运算放大器IC1b与外围元件组成低通滤波器，它使信号的谐波成份减少，并有适当的放大量，集成运算放大器IC1c是一级倒相器，IC1b和IC1c的输出分别经电容C11、C13耦合至三极管T2、T3的基极，进行峰整形，经整形后的峰脉冲信号，由三极管T2、T3的集电极输出，分别送至基频合成电路，另外，反相比例放大器IC1a将信号放大后输出，一路经电阻R4电容C35电位器W2构成的对比度控制器，送往功率放大器进行歌声信号放大，另外两路经电容C3及电阻R13、R15分别耦合至三极管T1和集成运算放大器IC1d组成的增益调节器，对过大的输入信号进行衰减，使送往后级的信号波形不切顶，不失真。基频合成电路是由集中运算放大器IC2内部电路构成，由信号预处理器中的三极管T2、T3集电极输出的峰脉冲信号，分别送往IC2的3脚、5脚，经IC2的内部处理合成后，由1脚输出一个占空比为11的基频脉冲信号fo，其峰一峰值为电源电压。如图4所示基频采样电路，它是由基频调制电路IC3与和弦发生器IC4构成，此电路与采样脉冲发生器，采样控制电路，变频电路组成了本机的核心部分。由基频合成电路的集成运算放大器IC2的1脚输出的随歌声频率变化的基频脉冲信号fo，经两路分别送入基频采样电路的基频调制电路IC3的14脚、和弦发生器IC4的14脚。
基频脉冲信号fo从IC3的14脚进入后，经IC3内部进行放大、整形及相位比较器，把比较信号f1(从IC3的3脚输入)与基频脉冲信号fo作相位比较后，从IC3的13脚输出一个比较信号f1与输入的基频脉冲信号fo的误差电压信号Uφ，该电压信号Uφ反映比较信号f1与输入信号fo的相位差，误差电压信号Uφ在采样脉冲控制电路IC5的控制下，从IC5的3脚入，4脚出，经由电阻R35R36电容C15构成的滤波器滤波后，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，使振荡频率迅速逼近输入信号fo的频率。同时振荡器的频率信号输出(从IC3的4脚输出)，又经变频电路中的除法器IC7分频或者是乘法器IC7倍频后，产生一个新的比较信号f1送到IC3的3脚，即IC3的相位比较器，继续与基频脉冲信号fo进行相位比较，重复上述过程，最后使IC3的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，相位信号从IC3的1脚输出，这样就实现了对信号进行采样的目的。基频脉冲信号fo输入IC4的14脚后，也经过与IC3同样的处理，自动与基频脉冲信号fo进行相位同步，由于IC3的1脚输出的相位信号为高电平，经由二极管D5电容C16电阻R38构成的峰值保持电路，输入至采样控制电路IC5的12脚，使IC5的1脚与2脚接通。这样就使得采样脉冲发生器IC9产生的采样脉冲信号Vr经IC5的1脚进，2脚出，送往开关电路IC6b的12脚，又控制IC6b的通断，IC6b的导通，又使IC4的9脚得到从IC4的13脚输出的经相位比较后的误差电压信号V′φ，该信号U′φ作为IC4的振荡器的控制电压U′d，控制IC4内部振荡器的振荡频率，这样IC4又重复了IC3对信号的处理过程，从采样脉冲发生器IC9产生的采样脉冲信号Vr，经IC5的1脚进，2脚出的采样脉冲信号也控制了三极管T4的导通与截止，T4管导通与截止，控制开关电路IC6c的导通与截止，IC6c串接一组并联的电阻R后，接IC4的11脚，用开关K控制并联电阻R的投入电阻数。即可改变接入IC4的11脚的电阻值，用以改变IC4的振荡器的频率范围，而使IC4的3脚与4脚几合后输出二种频率信号，即有两种音色输出，用开关K改变电阻R的阻值，即可改变IC4输出的两种音色的音色，该两种频率音色信号与变频电路输出的一个频率的音色信号合成后，形成三和弦CHO信号，与两个频率音色信号合成后，即可形成七和弦CHO信号。变频电路可以由乘法器或除法器或除法器和乘法器构成。基频采样电路的IC3的4脚输出的频率信号，进入变频电路后，进行倍频或分频处理，若IC3的4脚输出信号为4分音则用一个乘法器可得到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分音再经过一个除法器IC7得到16分音即输出一个贝司(BA1)音，8分音经过四分频器IC8分频后得到32分音，即输出一个贝司(BA2)，两个贝司(BA1、BA2)音信号，输入到音门电路，进行处理，使本机可得到浑厚的低音效果，，输入信号经变频电路倍频或分频处理后，输出一个频率信号或两个频率信号与和弦发生器IC4输出的两个频信号汇合，形成三和弦音或七和弦音，IC3的4脚输出的频率信号，经除法器IC7分频后的4分音和8分音信号汇合，输入音色合成电路，进行音色滤波处理，而产生模拟各种乐器的音色，即有弦乐、管乐等等，构成主旋律音。在音色合成电路中，如图6所示它接受变频电路输出不同频率信号形成的旋律音信号和颤声、弹拨音调节发生的音色信号VT，用选择开关控制各个滤波电路的投切，可使音色合成电路输出各种音色的信号。经可调电阻W4输出至音门电路。在基频采样电路中IC3的1脚相位输出信号经D5C16，R38峰值保持电路的作用，使开关电路IC6d导通，使输出信号Vco为低电平，关闭颤音输出管T5；如图4、图5所示，使颤音调制信号，不能输出至音色合成电路，信号Vco还送到音门电路的IC12的9脚，作为音门电路控制信号，使音门电路输出音乐。音门电路由集成运算放大器IC11、IC12及外围元件组成，如图5所示。IC11及外围元件组成贝司音门，1／2的IC12组成和弦音门，1／2的IC12组成主弦音门，它们都经电位器W3调节后，与由电容C35电位器W2送来的歌声信号混合送往功率放大电路，如图5、图6所示。节拍振荡器IC13产生的节拍信号输入至节奏发生器IC10，如图6所示，由节奏选择开关选择出如迪斯科、圆舞曲等多种节奏型，由IC10输出各种节奏脉冲，分别送入标准打击乐发生器DY1，DY2DY3，输出各种标准打击乐声信号，送入音门和放大电路。这样由声音信号、旋律信号、和弦信号及有节拍和节奏的打击乐信号混合后送往功率放大电路推动扬声器D工作，便形成了随声自动伴奏的优美动听乐声。
权利要求1.一种声控自动伴奏机，它由声传感器接受声音信号后，输出至声控自动伴奏电路，产生随声音输入信号变化的音乐伴奏信号，该信号经功率放大电路后推动扬声器工作，其特征是声控自动伴奏电路由信号预处理器将声音信号放大输入至功率放大电路和整形为峰脉冲信号后，输入至基频合成电路；基频合成电路将峰脉冲信号调制成随声音输入信号频率变化的基频脉冲信号fo后，输入至基频采样电路；基频采样电路由基频调制电路与和弦发生器构成，基频调制电路接受基频脉冲信号fo后，进行放大、整形以及与比较信号f1进行相位比较后，经采样控制电路输出，调整基频调制电路的振荡器频率，使振荡频率与基频脉冲信号fo频率相等、相位差为定值的频率和相位输出信号，频率信号输出至变频电路，相位输出信号控制采样控制电路与颤音弹拔音调制发生器，采样脉冲发生器输出的脉冲信号Vr经采样控制电路输出，控制和弦发生器接受基频脉冲信号fo后的振荡频率，该振荡频率信号与变频电路输出的变频信号合成为和弦乐信号输入音门电路；变频电路接受基频采样电路的频率信号，进行倍频、分频后产生贝司音信号输入至音门电路，分频信号合成输入音色合成电路产生旋律音信号，输入至音门电路；节拍振荡器产生的节拍信号输入至节奏发生器后，输入至打击乐发生器，产生有节拍和节奏的打击乐信号，输入至音门电路；功率放大电路接受音门电路的输出信号，进行声音与旋律音、和弦及有节拍和节奏的打击乐信号混合放大输出。
2.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。
3.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于变频电路输出一个频率信号或二个频率信号与和弦发生器输出的振荡频率合成为三和弦或七和弦信号。
4.根据权利要求1所述伴奏机，其特征在于基频采样电路中的和弦发生器接选择开关K串接2个或多个电阻R以改变其振荡频率。
专利摘要本实用新型属于一种能自动跟随歌声产生音乐伴奏的伴奏机。它是以歌声为输入信号源，自动伴奏出贝司、和弦及有节奏的打击乐和主旋律，可随意选择或组合输出多种舞曲节奏。它能使歌唱者随心所欲地表达自己唱歌时的情感。本实用新型由声控自动伴奏电路及与之配套的其它电路组成。
文档编号G10H1/36GK2102555SQ9122090
公开日1992年4月22日 申请日期1991年9月24日 优先权日1991年9月24日
发明者陈学煌, 柴宇, 刘顺钦, 伍尚魁 申请人:湘潭市新产品开发研究所