聲控自動伴奏機的製作方法

2023-08-11 16:50:41

專利名稱：聲控自動伴奏機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於音樂發生器，特別是一種能隨輸入聲音信號的頻率變化的聲控自動伴奏機。
唱歌總是人們的一大樂事，而無音樂伴奏的唱歌，那就顯得有些單調乏味，當然有樂隊的伴奏那是再好不過的，而樂隊是要有人力、物力、財力和較大的場地才能進行，對人們的自娛，就不合適，現代卡拉OK的興起，給人們帶來不少的便利，使人們能跟著錄音磁帶錄下的音樂伴奏曲唱歌，但這種方法由於曲目固定，不能讓人們隨心所欲地唱自己想唱的歌。為解決這些問題人們研製了一些自動伴奏機。如中國專利公開的申請號為87209532具有自適應性能的隨意琴」它在一定程度上能隨人們的歌聲自動發出各種合成音樂聲進行伴奏。但由於它是用標準樂音發生器與檢測到的聲頻信號進行比較產生音階信號，這對歌唱者增加了很大的難度。若歌唱者發音稍有不準，伴奏中將出現串音和不協和的音程，此外它的音階識別電路複雜，對元器件要求精度高，調試難度大，可靠性差，不利於大批量生產。
本實用新型的目的是提供一種能隨歌唱者發出的聲音信號頻率的變化、而又不需定調的聲控自動伴奏機。
本實用新型是用如下方式實現的聲控自動伴奏機是由聲傳感器接受聲音信號後，輸出至聲控自動伴奏電路，產生隨聲音輸入信號變化的音樂伴奏信號，該信號經功率放大電路後，推動揚聲器工作。聲控自動伴奏電路由信號預處理器將聲音信號放大輸入至功率放大電路和整形為峰脈衝信號後，輸入至基頻合成電路；基頻合成電路將峰脈衝信號調製成隨聲音輸入信號頻率變化的基頻脈衝信號fo後，輸入至基頻採樣電路，基頻採樣電路由基頻調製電路與和弦發生器構成，基頻調製電路接受基頻脈衝信號fo後，進行放大、整形以及與比較信號f1進行相位比較後，經採樣控制電路輸出，調整基頻調製電路的振蕩頻率，使振蕩頻率與基頻脈衝信號頻率相等、相位差為定值的頻率和相位輸出信號，頻率輸出信號輸出至變頻電路，相位輸出信號控制採樣控制電路與顫音彈撥音調製發生器，採樣脈衝發生器輸出的脈衝信號Vr經採樣控制電路輸出，控制和弦發生器接受基頻脈衝信號fo後的振蕩頻率，該振蕩頻率信號與變頻電路輸出的變頻信號合成為和弦樂信號，輸入音門電路。變頻電路接受基頻採樣電路的頻率信號，進行倍頻、分頻後，產生貝司音信號，輸入音門電路，分頻信號合成輸入音色合成電路，產生旋律音信號，輸入至音門電路、節拍振蕩器產生的節拍信號輸入至節奏發生器後，輸入至打擊樂發生器，產生有節拍和節奏的打擊樂信號，輸入至音門電路。功率放大電路接受音門電路的輸出信號，進行聲音與旋律音、和弦及有節拍和節奏的打擊樂信號混合放大輸出。
本實用新型是以歌聲為輸入信號源，自動伴奏出貝司、和弦、打擊樂及主旋律，可隨意選擇或組合輸出多種主旋音色和多種舞曲節奏的聲控自動伴奏機，它能使歌唱者能隨心所欲地表達自己唱歌時的情感，具有伴奏出優美動聽的樂聲，而音樂聲不串音和失真，它可與各種音響設備配套，組成電子音響系統，它適用於專業表演，歌舞廳伴奏以及單位和個人作為學唱和教唱的專用工具，具有優於卡拉OK的功能。


圖1是本實用新型與各種音響設備配套組成電子音響系統的方框圖。
圖2是本實用新型電路方框圖。
圖3是本實用新型信號預處理器和基頻合成電路的電路原理圖。
圖4是本實用新型基頻採樣電路和變頻電路及採樣控制電路的電路原理圖。
圖5是採樣脈衝發生器、節拍振蕩器、節奏發生器、打擊樂發生器、顫音彈撥音調製發生器和音色合成電路的電路原理圖。
圖6是音門電路和功率放大器 的電路原理圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明在
圖1中，由本實用新型與各種電子音響設備配套組成電子音響系統，
圖1中方框(1)是四波段收音電路(中波、短波1、2及調頻)，其信號輸出至左、右聲道頻率均衡電路(6)、(7)可按五段任意提升或衰減音量，其信號再輸入混響立體聲功率放大電路(10)推動揚聲器。方框(2)、(3)是左、右聲道的錄、放磁帶的前置放大和錄音時的抹音處理部分，其信號輸出至左、右聲道頻率均衡電路(6)、(7)，方框(4)是聲控自動伴奏電路，它接收聲傳感器或由收音電路(1)接收的由無線話筒發出的聲音信號，它是隨歌聲通過話筒或無線話筒輸入後，經過整形、放大以及基頻合成，再經分頻和倍頻後，形成三音和貝司，隨歌聲輸出，就形成了樂音的伴奏部分，這種樂音的伴奏有六種音色可供選擇，也可選取其中的幾種任意組合，六種節奏配合打擊樂使節奏感更強，氣氛更渲染。方框(5)是電子混響延遲部分，接受聲控自動伴奏電路的輸出信號或卡拉OK話筒輸出信號，其輸出至左、右聲道頻率均衡電路(6)、(7)和混響立體聲功率放大電路(10)。電子混響延遲電路採用目前流行的BBD電路，它既有左、右聲道的混音，又有聲音的延遲，當外配多組揚聲器時，還可得到理想的環繞聲效果，方框(8)、(9)是左右聲道頻譜顯示器。
在圖2中，本實用新型聲控自動伴奏機是由聲傳感器，信號預處理器，基頻合成電路，基頻採樣電路，變頻電路，採樣脈衝發生器，採樣控制電路，節拍振蕩器；節奏發生器，打擊樂發生器，顫音彈撥音調製發生器，音樂合成電路，音門電路，放大電路及揚聲器組成。如圖3所示由聲傳感器接受唱歌者的歌聲頻率信號後，輸入至信號預處理器，信號預處理器是由集成運算放大器IC1a、IC1b、IC1c、IC1d、IC6a和三極體T1、T2、T3及外圍電阻、電容元件組成。聲音信號由聲傳感器M輸入後，經電容C2耦合至反相比例放大器IC1a放大50－100倍，它的輸出又經電阻R10直接耦合至IC1b，集成運算放大器IC1b與外圍元件組成低通濾波器，它使信號的諧波成份減少，並有適當的放大量，集成運算放大器IC1c是一級倒相器，IC1b和IC1c的輸出分別經電容C11、C13耦合至三極體T2、T3的基極，進行峰整形，經整形後的峰脈衝信號，由三極體T2、T3的集電極輸出，分別送至基頻合成電路，另外，反相比例放大器IC1a將信號放大後輸出，一路經電阻R4電容C35電位器W2構成的對比度控制器，送往功率放大器進行歌聲信號放大，另外兩路經電容C3及電阻R13、R15分別耦合至三極體T1和集成運算放大器IC1d組成的增益調節器，對過大的輸入信號進行衰減，使送往後級的信號波形不切頂，不失真。基頻合成電路是由集中運算放大器IC2內部電路構成，由信號預處理器中的三極體T2、T3集電極輸出的峰脈衝信號，分別送往IC2的3腳、5腳，經IC2的內部處理合成後，由1腳輸出一個佔空比為11的基頻脈衝信號fo，其峰一峰值為電源電壓。如圖4所示基頻採樣電路，它是由基頻調製電路IC3與和弦發生器IC4構成，此電路與採樣脈衝發生器，採樣控制電路，變頻電路組成了本機的核心部分。由基頻合成電路的集成運算放大器IC2的1腳輸出的隨歌聲頻率變化的基頻脈衝信號fo，經兩路分別送入基頻採樣電路的基頻調製電路IC3的14腳、和弦發生器IC4的14腳。
基頻脈衝信號fo從IC3的14腳進入後，經IC3內部進行放大、整形及相位比較器，把比較信號f1(從IC3的3腳輸入)與基頻脈衝信號fo作相位比較後，從IC3的13腳輸出一個比較信號f1與輸入的基頻脈衝信號fo的誤差電壓信號Uφ，該電壓信號Uφ反映比較信號f1與輸入信號fo的相位差，誤差電壓信號Uφ在採樣脈衝控制電路IC5的控制下，從IC5的3腳入，4腳出，經由電阻R35R36電容C15構成的濾波器濾波後，得到一個控制電壓Ud加至IC3內部振蕩器的9腳，調整振蕩器的振蕩頻率，使振蕩頻率迅速逼近輸入信號fo的頻率。同時振蕩器的頻率信號輸出(從IC3的4腳輸出)，又經變頻電路中的除法器IC7分頻或者是乘法器IC7倍頻後，產生一個新的比較信號f1送到IC3的3腳，即IC3的相位比較器，繼續與基頻脈衝信號fo進行相位比較，重複上述過程，最後使IC3的振蕩器的振蕩頻率等於基頻脈衝信號fo的頻率，二者的相位差為一定值，頻率信號從IC3的4腳輸出，相位信號從IC3的1腳輸出，這樣就實現了對信號進行採樣的目的。基頻脈衝信號fo輸入IC4的14腳後，也經過與IC3同樣的處理，自動與基頻脈衝信號fo進行相位同步，由於IC3的1腳輸出的相位信號為高電平，經由二極體D5電容C16電阻R38構成的峰值保持電路，輸入至採樣控制電路IC5的12腳，使IC5的1腳與2腳接通。這樣就使得採樣脈衝發生器IC9產生的採樣脈衝信號Vr經IC5的1腳進，2腳出，送往開關電路IC6b的12腳，又控制IC6b的通斷，IC6b的導通，又使IC4的9腳得到從IC4的13腳輸出的經相位比較後的誤差電壓信號V′φ，該信號U′φ作為IC4的振蕩器的控制電壓U′d，控制IC4內部振蕩器的振蕩頻率，這樣IC4又重複了IC3對信號的處理過程，從採樣脈衝發生器IC9產生的採樣脈衝信號Vr，經IC5的1腳進，2腳出的採樣脈衝信號也控制了三極體T4的導通與截止，T4管導通與截止，控制開關電路IC6c的導通與截止，IC6c串接一組並聯的電阻R後，接IC4的11腳，用開關K控制並聯電阻R的投入電阻數。即可改變接入IC4的11腳的電阻值，用以改變IC4的振蕩器的頻率範圍，而使IC4的3腳與4腳幾合後輸出二種頻率信號，即有兩種音色輸出，用開關K改變電阻R的阻值，即可改變IC4輸出的兩種音色的音色，該兩種頻率音色信號與變頻電路輸出的一個頻率的音色信號合成後，形成三和弦CHO信號，與兩個頻率音色信號合成後，即可形成七和弦CHO信號。變頻電路可以由乘法器或除法器或除法器和乘法器構成。基頻採樣電路的IC3的4腳輸出的頻率信號，進入變頻電路後，進行倍頻或分頻處理，若IC3的4腳輸出信號為4分音則用一個乘法器可得到2分音，用一個除法器可得到8分音，用4分頻器可得到16分音等等，可以任意選擇。本機變頻電路採用除法器IC7和4分頻器IC8構成，IC3的4腳輸出信號若為4分音，則經過一個除法器IC7後得到8分音再經過一個除法器IC7得到16分音即輸出一個貝司(BA1)音，8分音經過四分頻器IC8分頻後得到32分音，即輸出一個貝司(BA2)，兩個貝司(BA1、BA2)音信號，輸入到音門電路，進行處理，使本機可得到渾厚的低音效果，，輸入信號經變頻電路倍頻或分頻處理後，輸出一個頻率信號或兩個頻率信號與和弦發生器IC4輸出的兩個頻信號匯合，形成三和弦音或七和弦音，IC3的4腳輸出的頻率信號，經除法器IC7分頻後的4分音和8分音信號匯合，輸入音色合成電路，進行音色濾波處理，而產生模擬各種樂器的音色，即有弦樂、管樂等等，構成主旋律音。在音色合成電路中，如圖6所示它接受變頻電路輸出不同頻率信號形成的旋律音信號和顫聲、彈撥音調節發生的音色信號VT，用選擇開關控制各個濾波電路的投切，可使音色合成電路輸出各種音色的信號。經可調電阻W4輸出至音門電路。在基頻採樣電路中IC3的1腳相位輸出信號經D5C16，R38峰值保持電路的作用，使開關電路IC6d導通，使輸出信號Vco為低電平，關閉顫音輸出管T5；如圖4、圖5所示，使顫音調製信號，不能輸出至音色合成電路，信號Vco還送到音門電路的IC12的9腳，作為音門電路控制信號，使音門電路輸出音樂。音門電路由集成運算放大器IC11、IC12及外圍元件組成，如圖5所示。IC11及外圍元件組成貝司音門，1／2的IC12組成和弦音門，1／2的IC12組成主弦音門，它們都經電位器W3調節後，與由電容C35電位器W2送來的歌聲信號混合送往功率放大電路，如圖5、圖6所示。節拍振蕩器IC13產生的節拍信號輸入至節奏發生器IC10，如圖6所示，由節奏選擇開關選擇出如迪斯科、圓舞曲等多種節奏型，由IC10輸出各種節奏脈衝，分別送入標準打擊樂發生器DY1，DY2DY3，輸出各種標準打擊樂聲信號，送入音門和放大電路。這樣由聲音信號、旋律信號、和弦信號及有節拍和節奏的打擊樂信號混合後送往功率放大電路推動揚聲器D工作，便形成了隨聲自動伴奏的優美動聽樂聲。
權利要求1.一種聲控自動伴奏機，它由聲傳感器接受聲音信號後，輸出至聲控自動伴奏電路，產生隨聲音輸入信號變化的音樂伴奏信號，該信號經功率放大電路後推動揚聲器工作，其特徵是聲控自動伴奏電路由信號預處理器將聲音信號放大輸入至功率放大電路和整形為峰脈衝信號後，輸入至基頻合成電路；基頻合成電路將峰脈衝信號調製成隨聲音輸入信號頻率變化的基頻脈衝信號fo後，輸入至基頻採樣電路；基頻採樣電路由基頻調製電路與和弦發生器構成，基頻調製電路接受基頻脈衝信號fo後，進行放大、整形以及與比較信號f1進行相位比較後，經採樣控制電路輸出，調整基頻調製電路的振蕩器頻率，使振蕩頻率與基頻脈衝信號fo頻率相等、相位差為定值的頻率和相位輸出信號，頻率信號輸出至變頻電路，相位輸出信號控制採樣控制電路與顫音彈拔音調製發生器，採樣脈衝發生器輸出的脈衝信號Vr經採樣控制電路輸出，控制和弦發生器接受基頻脈衝信號fo後的振蕩頻率，該振蕩頻率信號與變頻電路輸出的變頻信號合成為和弦樂信號輸入音門電路；變頻電路接受基頻採樣電路的頻率信號，進行倍頻、分頻後產生貝司音信號輸入至音門電路，分頻信號合成輸入音色合成電路產生旋律音信號，輸入至音門電路；節拍振蕩器產生的節拍信號輸入至節奏發生器後，輸入至打擊樂發生器，產生有節拍和節奏的打擊樂信號，輸入至音門電路；功率放大電路接受音門電路的輸出信號，進行聲音與旋律音、和弦及有節拍和節奏的打擊樂信號混合放大輸出。
2.根據權利要求1所述伴奏機，其特徵在於變頻電路是由除法器或乘法器或除法器和乘法器構成。
3.根據權利要求1所述伴奏機，其特徵在於變頻電路輸出一個頻率信號或二個頻率信號與和弦發生器輸出的振蕩頻率合成為三和弦或七和弦信號。
4.根據權利要求1所述伴奏機，其特徵在於基頻採樣電路中的和弦發生器接選擇開關K串接2個或多個電阻R以改變其振蕩頻率。
專利摘要本實用新型屬於一種能自動跟隨歌聲產生音樂伴奏的伴奏機。它是以歌聲為輸入信號源，自動伴奏出貝司、和弦及有節奏的打擊樂和主旋律，可隨意選擇或組合輸出多種舞曲節奏。它能使歌唱者隨心所欲地表達自己唱歌時的情感。本實用新型由聲控自動伴奏電路及與之配套的其它電路組成。
文檔編號G10H1/36GK2102555SQ9122090
公開日1992年4月22日 申請日期1991年9月24日 優先權日1991年9月24日
發明者陳學煌, 柴宇, 劉順欽, 伍尚魁 申請人:湘潭市新產品開發研究所