音樂燈光電子變換器的製作方法

2023-05-17 02:38:56 1

專利名稱：：音樂燈光電子變換器的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種用彩色燈光表現音樂細節的電子變換器。目前，舞臺上的各種音樂燈光裝置，在一定程度上增強了音樂的表現力，隨著音樂氣氛的不同，燈光的色彩、強弱以及閃爍節奏也發生變化。然而它們普遍存在燈光效果與音樂效果不能統一為一體的不足，通常只是設定次序的色彩交替或簡單地加以音強控制光強，音樂節奏控制閃爍節奏。總之，音樂細節不能被燈光完全表現出來。本實用新型的目的是提供一種音樂燈光電子變換器，能以樂音三要素(音強、音高、音色)—一對應地同步控制色光三要素(即亮度、色調、色飽和度)從而達到高度的聲光結合，視聽一體。本實用新型的目的是這樣實現的根據下述原理音樂理論認為樂音有三要素—音強、音高、音色。音強是指音的強弱，由樂音振幅決定；音高是指音的高低，由樂音基頻決定；音色是指音的特色質量，由樂音泛音決定。把音高在一個純八度音程內分為12個音級C、＃C、D、＃D、E、F、＃F、G、#G、A、＃A、B。任意相鄰的兩個音級的頻率比為定值21/12，任一音級升高(或降低)一個純八度後，其頻率增加(或減少)一倍。色度學理論認為色光有三要素-亮度、色調、色飽和度。亮度是指色光所引起的人眼的明暗視覺程度，由光的強度決定；色調是指光的顏色，由光的頻率決定；色飽和度是指光的顏色的深淺程度，由色光中白光成分的多少決定。三基色原理認為，各種彩色光都可以由彼此相互獨立的三種基色光按一定的比例相加(或相減)混配而成；兩種基色相加混成飽和色，三種基色相加可得非飽和色。根據人眼的視覺暫留特性，其混色方式可以採用時間式相加混色法即將三種(或兩種)色光按一定的順序和速率輪流照射，三基色一般採用紅綠藍(國際照明委員會規定波長分別為7000,5461,4358)。根據上述原理本實用新型的設計方案為彩色光源採用三基色組合燈(即亮度相等的紅、綠、藍三種基色燈和白色燈共同設置在一個燈罩內)，音樂信號通過信號拾取及分解電路單元，輸入專用數字電路單元和觸發電路單元，驅動主電路單元工作，控制彩色光源的變化。信號拾取及分解電路單元為成熟技術，它將音樂信號解析出代表細節的音強A(模擬信號)，音高F(基頻方波)，音色D3D2D1D0(泛音數位訊號)；觸發電路單元也是成熟技術，採用控制角自動調控式單結電晶體觸發(晶閘管)電路和光電藕合器觸發(功率電晶體或功率場效應管)電路；主電路單元採用晶閘管單相橋式半控整流，串聯電抗器加並聯電容器平波，整流(二極)管續流和功率電晶體(或功率場效應管)斬波電路，其主要電子元件及連接關係為兩支晶閘管和兩支整流(二極)管接成橋式半控整流電路，此兩支晶閘管分別並聯RC保護，陰極接在一起作為整流輸出的正極，門極接在一起作為觸發端，再用一支整流(二極)管的負極，正極分別連接整流輸出的正極，負極。整流輸出的一極連接一個電抗器的一端，電抗器的另一端連接一隻電容器的一端，並作為平波輸出的一個極，電容器的另一端連接整流輸出的另一極，並作為平波輸出的另一極，平波輸出的負極連接四個功率電晶體(或功率場效應管)的發射極(或陰極)，該四個功率電晶體(或功率場效應管)的集電極(或陽極)分別連接三基色組合燈中紅，綠，藍，白四色燈的一端，四色燈的另一端共同接到平波輸出的正極，這四個功率電晶體(或功率場效應管)的基極(或柵極)作為四個控制端；專用數字電路單元設置16個外按端四個脈衝輸出端Q0Q1Q2Q3，四個泛音數據輸入端D3D2D1D0，基頻方波輸入端F，定時時鐘輸入端T，自動/音控轉換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S，+5V電源端Vcc，接地端GND；該單元由2片雙四位二進位計數器(74LS393)，2片四位數據比較器(74LS85)，2片雙JK觸發器(74LS73A)，1片八位數據鎖存器(74LS273)，1片555時基電路，12個非門，4個2輸入正與非門，12個2輸入正或非門，6個3輸入正或非門，5個4輸入正或非門和1個帶選通端的4輸入正或非門組建而成。上述基本邏輯門除了兩個非門和兩個2輸入正與非門另有他用外，餘下的用來實現三個邏輯控制器信號選通器，脈衝分配器和定時控制器，具體連接關係按下面的邏輯式(不要化簡)實現。信號選通器的輸出CK和輸入A3，F，T/F的邏輯式為脈衝分配器的輸出Q0Q1Q2Q3和輸入QQB0B1B2WLH的邏輯關係為定時控制器的輸出C0C1C2和輸入T/F，S，N，E，A0A1A2A3的邏輯關係為(上式中的＂與＂關係田帶選通端的4輸入正或非門的選通端實現)兩片74LS393(雙四位二進位計數器)中的第一個四位二進位計數器的計數輸入端作為定時時鐘輸入端T，其四位數據輸出端A0A1A2A3分別連接定時控制器的對應輸入端。A3連接信號選通器的對應輸入端，第二個四位二進位計數器的計數輸入端連接由1片555接成的方波發生器的方波輸出端，其四位數據輸出端對應連接兩片74LS85(四位數據比較器)每片的第一組數據輸入端；餘下的兩個四位二進位計數器接成一個八位二進位計數器，其計數輸入端接信號選通器的輸出CK，其低七位數據輸出對應連接74LS273(八位數據鎖存器)的低七位數據輸入端；74LS273輸出的低七位數據中的高三位B2B1B0分別連接到脈衝分配器的對應輸入端，低四位對應連接到第一片74LS85的第二組數據輸入端；第一片74LS85的「相等」信號輸出經一個非門後接到兩片74LS73A(雙JK觸發器)中的第一個觸發器的清零端，該觸發器的觸發端連接第二個四位二進位計數器的最高位，該觸發器的輸出端QQ分別接到脈衝分配器的對應輸入端；第二片74LS85的第二組數據輸入端作為四個泛音數據輸入端D0D1D2D3，其＂相等＂信號輸出經一個非門後接到兩片74LS73A中的第二個觸發器的清零端，該觸發器的觸發端接第二個四位二進位計數器的最高位，該觸發器的反相輸出端接到脈衝分配器的W端；定時控制器的輸出端C0連接74LS273的鎖存端，C2連接第二個四位二進位計數器和八位二進位計數器的清零端，C1連接兩片74LS73A中第三個觸發器的清零端；八位二進位計數器輸出的第4，5位經過一個2輸入正與非門後接到第三個觸發器的觸發端，該觸發器的反相輸出端接到定時控制器的E端，八位二進位計數器的第5，6位輸出經過一個2輸入正與非門後接定時控制器的N端；上述三個觸發器的J端接+5V電源，K端接地。專用數字電路單元最好按上述晶片的邏輯功能及連接關係集成為一片專用的16引腳雙列直插式數字晶片。專用數字電路單元的F端接入音高信號F，四個泛音數據輸入端D0D1D2D3接音色信號(四位泛音數據)，T端外接定時時鐘信號。L，H，S，T/F作為外部控制端，四個脈衝輸出端Q0Q1Q2Q3分別連接觸發電路單元中四個光電耦合器的控制端，四個光電耦合器的觸發脈衝輸出端對應連接主電路單元中控制紅、綠、藍、白四色燈的四個功率電晶體(或功率場效應管)的空制端；音強信號A接到觸發電路單元中單結電晶體觸發電路的調控端，單結電晶體觸發電路的觸發脈衝輸出端連接主電路單元中兩個晶閘管的門極。由上述技術方案可知本實用新型可使音樂信號變化細緻對應於燈光變化，是一種良好的文娛設備，而且電路原理科學，結構優化，純硬體實現，便於集成。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型的電路原理框圖。圖2是本實用新型中專用數字電路單元的電路圖。圖3是本實用新型中主電路單元和觸發電路單元的電路圖。在圖1中，虛線框中的部分為信號拾取及分解電路單元，為現有技術，不必詳述。它將音樂信號解析出音強信號A，音高信號F，音色信號D3D2D1D0。F和D3D2D1D0接到專用數字電路單元，由專用數字電路單元形成佔空比分別受F和D3D2D1D0調控的方波信號Q0Q1Q2和Q3，對應接到觸發電路單元的控制端，音強信號A直接連接觸發電路單元的對應控制端；觸發電路單元發出四路觸發脈衝信號，接到主電路單元的對應觸發端，主電路單元的輸出控制三基色組合燈中紅、綠、藍、白四種色燈的通斷。在圖2中，1，2-74LS393，3-74LS273，4-NE555，5，6-74LS85，7，8-74LS73A；基本邏輯門組成的三個邏輯器(虛線框中)9-信號選通器，10-脈衝分配器，11-定時控制器；基本邏輯門12-74LS02，13-74LS27，14-74L25，15-74LS00，16-74LS04基本邏輯門的具體引腳圖中未標註，因為每片晶片中都有多個基本邏輯門。具體引腳隨印刷線路板布線方便而定。其它晶片的引腳及連接關係畫在圖中。該單元的16個外接端為+5V電源，接地端；四個泛音數據輸入端D3D2D1D0；四個脈衝輸出端Q0Q1Q2Q3，對應連接圖3中相同標號的控制端；基頻方波輸入端F；定時時鐘輸入端T；四個外部控制端自動/音控轉換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S。專用數字電路單元的工作過程由1片555接成的方波發生器輸出頻率為16×50Hz使得第一個觸發器的輸出Q、Q和第二個觸發器的反相輸出為50Hz，保證了Q0Q1Q2Q3均為50Hz；只要L＝1，就有Q0＝Q1＝Q2=Q3＝0；當L＝0時，只要H＝1就有Q0＝Q1＝Q2＝Q3＝1當L＝H＝0時，如果T/F＝0，F端接入的音高信號被選通；設T端輸入的定時時鐘頻率為24.480Hz，並且當S＝0時，定時控制器的輸出C0為1.530Hz，那麼所取12個音級(在一個八度內)的頻率與對應於74LS273鎖存的數據見表1表1這樣B2B1B0隻出現三組數據，使得Q、Q被脈衝分配器分配給Q0Q1Q2中的某兩個，具體對應關係見表2表2其中QQ的佔空比之和恆為1，即λQ+λQ＝1並且λQ正比於74LS273鎖存的低四位數據；表1中的數據值和表2中的對應關係對於以上述八度開始的五個八度均是不變的。Q3與Q0Q1Q2是獨立的，且不受T/F，S的控制，其佔空比正比於四位泛音數據值。當T/F＝1時，F端被禁止，代之的是A3給八位二進位計數器計數，並且定時控制器的輸出C1＝N，C2=N，C0=A0+A1+A2+A3,]]>這等效於F連續增加，八位二進位計數器的數據每隔1/1.530秒被鎖存一次，到其數據的第5，6位均為高電平時該計數器被清零而重新計數。當S＝1時，Q0Q1Q2與Q，Q的對應關係和佔空比均被鎖定下來。在圖3中，虛線框中的部分為主電路單元，其餘部分為觸發電路單元。主電路單元和觸發電路單元的工作過程專用數字電路單元的輸出信號Q0Q1Q2Q3通過觸發電路單元中的光電耦合器T17-T20而對應控制與紅、綠、藍、白四種色燈(R，G，B，W)相串聯的功率電晶體(或功率場效應管)K1-K4的通斷，從而控制三種基色燈和白色燈的通斷。因為總是其中的兩種基色燈輪流通斷，同時另外一種基色燈斷路，即每一時刻總有且只有一種基色燈通路；又因為三種基色燈亮度相等，所以，當主電路中的直流(供電)電壓一定時，三種基色燈混配出亮度相等的各種飽合色光。由於Q0Q1Q2Q3的佔空比(決定混配比例)由F決定，從而使色調隨音高和諧變化；由專用數字電路單元的工作過程知，音高與色調對應規律D-紅，E-橙，F-黃，G-綠，A-青，B-藍，其它音級(與上述音級在同一八度內)對應的色調介於上述七種色調之間，根據音樂調式所需，可以微調定時時鐘的頻率而順序推前或推後上述對應關係。Q3空制的白色燈的通斷與三種基色燈的通斷是獨立的，可以調節各種色光的色飽和度。由於Q3的佔空比與D3D2D1D0的值成正比，從而音色越渾厚色飽和度越大。220伏市電經T1-T4組成的晶閘管單相橋式半控整流電路，電抗器T6，電容T7濾波形成R，G，B，W的直流供電電壓。音強信號A通過控制單結管(BT)觸發電路所發出的觸發脈衝的延遲時間來控制主電路中晶閘管T1、T2的導通角，A增強(或減弱)時，導通角增大(或減小)，從而使主電路中的直流(供電)電壓近似與A成線性比例，即色光亮度與音強近似為線性比例。該單元的外接端A端接入音強信號(模擬信號)，控制端Q0Q1Q2Q3對應連接專用數字電路單元(圖2中)相同標號的脈衝輸出端。布線及外殼本實用新型對布線及外殼無特殊要求，故不給出布線圖及外殼圖。權利要求1.一種音樂燈光電子變換器，採用三基色組合燈作為彩色光源，音樂信號通過信號拾取及分解電路單元，輸入專用數字電路單元和觸發電路單元，驅動主電路單元工作，控制彩色光源的變化，其特徵是主電路單元採用晶閘管單相橋式半控整流，串聯電抗器加並聯電容器平波，整流(二極)管續流和功率電晶體(或功率場效應管)斬波電路，其主要電子元件及連接關係為；兩支晶閘管和兩支整流(二極)管接成橋式半控整流電路，晶閘管的陰極接在一起作為整流輸出的正極，門極接在一起作為觸發端，整流輸出的一極連接一個電抗器的一端，電抗器的另一端連接一隻電容器的一端，並作為平波輸出的一個極，電容器的另一端連接整流輸出的另一極，並作為平波輸出的另一極，平波輸出的負極連接四個功率電晶體(或功率場效應管)的發射極(或陰極)，該四個功率電晶體(或功率場效應管)的集電極(或陽極)分別連接三基色組合燈中紅，綠，藍，白四色燈的一端，四色燈的另一端共同接到平波輸出的正極，這四個功率電晶體(或功率場效應管)的基極(或柵極)作為四個控制端；專用數字電路單元設置16個外接端四個脈衝輸出端Q0Q1Q2Q3，四個泛音數據輸入端D3D2D1D0，基頻方波輸入端F，定時時鐘輸入端T，自動/音控轉換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S，+5V電源端Vcc，接地端GND；該單元由2片雙四位二進位計數器(74LS393)，2片四位數據比較器(74LS85)，2片雙JK觸發器(74LS73A)，1片八位數據鎖存器(74LS273)1片555時基電路，12個非門，4個2輸入正與非門，12個2輸入正或非門，6個3輸入正或非門，5個4輸入正或非門和1個帶選通端的4輸入正或非門組建而成上述基本邏輯門除了兩個非門和兩個2輸入正與非門另有他用外，餘下的用來實現三個邏輯控制器--信號選通器，脈衝分配器和定時控制器，具體連接關係按下面的邏輯式(不要化簡)實現，信號選通器的輸出CK和輸入A3，F，T/F的邏輯式為脈衝分配器的輸出Q0Q1Q2Q3和輸入QQB0B1B2WLH的邏輯關係為定時控制器的輸出C0C1C2和輸入T/F，S，N，E，A0A1A2A3的邏輯關係為(上式中的＂與＂關係由帶選通端的4輸入正或非門的選通端實現)兩片74LS393(雙四位二進位計數器)中的第一個四位二進位計數器的計數輸入端作為定時時鐘輸入端T，其四位數據輸出端A0A1A2A3分別連接定時控制器的對應輸入端，A3連接信號選通器的對應輸入端，第二個四位二進位計數器的計數輸入端連接由1片555接成的方波發生器的方波輸出端，其四位數據輸出端對應連接兩片74LS85(四位數據比較器)每片的第一組數據輸入端；餘下的兩個四位二進位計數器接成一個八位二進位計數器，其計數輸入端接信號選通器的輸出CK，其低七位數據輸出對應連接74LS273(八位數據鎖存器)的低七位數據輸入端；74LS273輸出的低七位數據中的高三位B2B1B0分別連接到脈衝分配器的對應輸入端，低四位對應連接到第一片74LS85的第二組數據輸入端；第一片74LS85的＂相等＂信號輸出經一個非門後接到兩片74LS73A(雙JK觸發器)中的第一個觸發器的清零端，該觸發器的觸發端連接第二個四位二進位計數器的最高位，該觸發器的輸出端QQ分別接到脈衝分配器的對應輸入端；第二片74LS85的第二組數據輸入端作為四個泛音數據輸入端D0D1D2D3，其＂相等＂信號輸出經一個非門後接到兩片74LS73A中的第二個觸發器的清零端，該觸發器的觸發端接第二個四位二進位計數器的最高位，該觸發器的反相輸出端接到脈衝分配器的W端；定時控制器的輸出端C0連接74LS273的鎖存端，C2連接第二個四位二進位計數器和八位二進位計數器的清零端，C1連接兩片74LS73A中第三個觸發器的清零端；八位二進位計數器輸出的第4，5位經過一個2輸入正與非門後接到第三個觸發器的觸發端，該觸發器的反相輸出端接到定時控制器的E端，八位二進位計數器的第5，6位輸出經過一個2輸入正與非門後接到定時控制器的N端；上述三個觸發器的J端接+5V電源，K端接地。2.根據權利1所述的音樂燈光電子變換器，其特徵是專用數字電路單元按權利1中所述的具體邏輯電路和外接端集成為一片專用的16腳雙列直插式數字晶片。專利摘要本實用新型是一種音樂燈光電子變換器，適用於舞臺，舞廳燈光布置和音響器材配套裝飾；本變換器利用信號拾取及分解電路將音樂信號解析出代表音樂細節的音強，音高，音色信號，通過專用數字電路處理產生佔空比受控於音高的三路方波信號和佔空比受控於音色的一路方波信號，與音強信號一起通過觸發電路控制主電路中整流輸出的直流供電電壓和斬波佔空比，從而使三基色組合燈混配出亮度，色調，色飽和度和諧於音強，音高，音色的色光。文檔編號H05B39/04GK2261133SQ94246410公開日1997年8月27日申請日期1994年12月3日優先權日1994年12月3日發明者張朝輝,郭九苓申請人:郭九苓