專利名稱：聲控自動伴奏機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于音樂發(fā)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，但這種方法由于曲目固定，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制了一些自動伴奏機。如中國專利公開的申請?zhí)枮椤?6207013音律發(fā)生與分析裝置”，它在一定程度上能隨人們的歌聲自動發(fā)出各種合成音樂聲進行伴奏。但由于它是用標準樂音發(fā)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(fā)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復雜，對元器件要求精度高，調試難度大，可靠性差，不利于大批量生產。
本發(fā)明的目的是提供一種能隨歌唱者發(fā)出的聲音信號頻率的變化產生合成音樂伴奏，而又不需定調的聲控自動伴奏機。
本發(fā)明是用如下方式實現的聲控自動伴奏機，它包括聲音信號接收處理電路，將聲音輸入信號調制成隨其頻率變化的基頻脈沖信號fo，以及功放電路接收聲音輸入信號和音樂伴奏信號，推動揚聲器工作。基頻采樣電路接收基頻脈沖信號fo，對輸入信號進行采樣后，輸出至變頻電路和音色合成電路。和弦發(fā)生電路接收基頻脈沖信號fo進行信號調制，輸出信號與變頻電路的輸出信號合成，產生和弦信號，輸出至音門電路。采樣脈沖發(fā)生電路輸出采樣脈沖信號至基頻采樣電路，作信號控制;至和弦發(fā)生電路使和弦輸出信號作周期變化;節(jié)奏發(fā)生電路，輸出的節(jié)奏脈沖控制音樂節(jié)奏的周期變化;至音色合成電路，與變頻電路的輸出信號合成，產生彈拔音信號。節(jié)奏發(fā)生電路的脈沖輸出信號，輸入至打擊樂發(fā)生電路和音門電路，打擊樂發(fā)生電路輸出有節(jié)拍和節(jié)奏的打擊樂信號至音門電路。變頻電路對基頻采樣電路輸出的頻率信號進行分頻后，產生貝司音信號輸入至音門電路，分頻信號輸入至音色合成電路。音色合成電路對接收的信號進行合成，產生隨聲音輸入信號頻率變化的主弦律音色信號，輸入至音門電路音門電路將接收的信號調制后，產生隨聲音輸入信號頻率變化的合成音樂伴奏信號，輸入至功放電路。
基頻采樣電路是由鎖相環(huán)IC3以及控制器IC5組成比較器將接收的基頻脈沖信號fo進行相位比較后，輸出差值電壓信號Uφ，基頻脈沖信號fo作為控制器IC5的控制信號，差值電壓信號Uφ經控制器IC5和電阻電容構成的濾波電路輸入至振蕩器，調整振蕩器的振蕩頻率，使振蕩器的振蕩頻率與基頻脈沖信號fo的頻率相等，兩者相位差為定值，和弦發(fā)生電路是由鎖相環(huán)IC4以及開關控制器IC6b組成，比較器將接收的基頻脈沖信號fo進行比較后，輸出差值電壓信號Uφ′，采樣脈沖發(fā)生電路輸出的脈沖信號Vr控制開關控制器IC6b，差值電壓信號Uφ′經開關控制器IC6b輸入至振蕩器，調整振蕩頻率，使振蕩頻率與基頻脈沖信號fo頻率相等，其輸出受控于采樣脈沖信號Vr調制，即控制和弦發(fā)生器產生的輸出信號作周期變化。和弦發(fā)生電路的振蕩器接有開關控制器IC6c串接開關K和2個或多個電阻R，以改變振蕩器的振蕩頻率范圍，控制器IC6c受采樣脈沖信號Vr控制。變頻電路是由除法器或乘法器或除法器和乘法器構成。變頻電路輸出頻率信號與和弦發(fā)生電路輸出的頻率信號以及主旋律信號合成產生三和弦或七和弦信號。
本發(fā)明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(jié)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(yōu)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，組成具有電子音響系統(tǒng)。它適用于專業(yè)表演，歌舞廳伴奏以及單位和個人作為學唱和娛樂的專用工具，具有優(yōu)于卡拉OK的功能。


圖1是本發(fā)明電路方框圖。
圖2是本發(fā)明基頻采樣電路、變頻電路、和弦發(fā)生電路的電路原理圖。
圖3是采樣脈沖發(fā)生電路，節(jié)奏發(fā)生電路、打擊樂發(fā)生電路、音色合成電路、音門電路、功放電路的電路連接原理圖。
圖4是本發(fā)明與各種音響設備配套組成電子音響系統(tǒng)的方框圖。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明在圖1中，聲控自動伴奏機是由聲音信號接收處理電路，基頻采樣電路、和弦發(fā)生電路、變頻電路、采樣脈沖發(fā)生電路、節(jié)奏發(fā)生電路、打擊樂發(fā)生電路、音色合成電路、音門電路和功放電路組成。聲音信號接收處理電路是用聲傳感器接受歌唱者的歌聲頻率信號后，輸入至比例放大器，進行聲頻信號放大，放大后的信號，一路經對比度控制器送往功率放大器進行歌聲信號功率放大推動揚聲器發(fā)出歌唱者的歌聲;另一路信號經低通濾波器進行諧波成份衰減，反相器反相將放大后的信號進行正、負半波分離。經一對共射極放大器進行波峰整形后，輸入至RS觸發(fā)器進行合成處理，輸出一個占空比為1∶1的基頻脈沖信號fo，其峰一峰值為電源電壓，基頻脈沖信號fo的頻率與歌唱者的聲頻相等?；l脈沖信號fo分別輸入至基頻采樣電路與和弦發(fā)生電路。如圖2所示，基頻采樣電路是由鎖相環(huán)IC3以及控制器雙向電子開關IC5組成，基頻脈沖信號fo從IC3的14腳輸入至比較器，與振蕩器的頻率信號進行相位比較后，從IC3的13腳輸出一個比較后的差值電壓信號Uφ，同時基頻脈沖信號fo作為控制器IC5的控制信號，輸至IC5的5腳，控制IC5的3腳與4腳之間的導通關閉，從IC3的13腳輸出的差值電壓信號Uφ經控制器IC5的3腳進4腳出，經電阻R35、R36、C15構成的濾波電路，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，經過反復比較控制，使振蕩器的振蕩頻率等于基頻脈沖信號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，這樣就實現了對信號進行采樣的目的，頻率信號輸出至變頻電路和音色合成電路。從IC3的1腳輸出的相位脈沖信號經電阻R38、電容C16構成的峰值保持電路分別輸入至控制器IC5的12腳控制IC5的1腳與2腳的導通與截止，輸入至開關控制器IC6d進行控制使Vco得到高或低的電平。信號Vco控制開關三極管T5通過開關管T5的開與關，采樣脈沖發(fā)生電路IC9輸出信號經T5管，產生調制信號Vc輸入至基頻采樣電路，控制其振蕩頻率的幅值變化，豐富音色效果，同時信號Vco還送到音門電路的IC12的9腳進行控制，音門電路IC12的7腳輸出樂音信號。
和弦發(fā)生電路(如圖2所示)是由鎖相環(huán)IC4以及雙向電子開關控制器IC6b組成，基頻脈沖信號fo輸入至IC4內的比較器14腳，與振蕩器的頻率比較后，輸出差值電壓信號Uφ′。IC9二反相器及外圍元件組成的采樣脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號Vr由控制器IC5的2腳進，1腳出控制開關控制器IC6b，差值電壓信號Uφ′經開關控制器IC6b輸出控制電壓Ud′加至IC4內部振蕩器的9腳，調整振蕩器的振蕩頻率，經過反復比較、控制，使振蕩器的振蕩頻率等于基頻脈沖信號fo的頻率，其輸出受采樣脈沖信號Vr調制，即控制和弦發(fā)生器產生的輸出信號的周期變化，在IC4內的振蕩器11腳上接有開關控制器IC6c串接2個或多個電阻R和手動開關K，調節(jié)開關K可改變串入振蕩器的電阻值R，即可改變振蕩器的振蕩頻率范圍，但開關控制器IC6c的控制信號是由采樣脈沖信號Vr經三極管T4控制，即關斷IC6b則IC6c導通，而打開IC6b則關閉IC6c。輸出信號以IC4的振蕩器的4腳輸出，作為和弦的信號，與變頻電路的輸出信號合成，產生和弦信號CHO輸出至音門電路的IC12(如圖3所示)。
變頻電路(如圖2所示)是由IC7和IC8組成，IC7、IC8可以是除法器或乘法器或除法器和乘法器。從基頻采樣電路IC3的4腳輸出的頻率信號，進入變頻電路后，進行分頻或倍頻處理若IC3的4腳輸出信號4分音，則用一個乘法器可得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。本機變頻電路采用除法器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后得到8分音與和弦發(fā)生電路輸出的信號合成，產生和弦音CHO2輸出至音門電路，8分音頻率信號再經過一個除法器IC7得到16分音頻率信號，即輸出一個貝司(BA1)音，頻率信號至音門電路，8分音頻率信號經過四分頻器分頻后得到32分音頻率信號，即輸出第二個貝司(BA2)音頻率信號至音門電路IC11(如圖3所示)，在音門電路中進行處理后，使本機可得到渾厚的低音效果，基頻采樣電路IC3輸出的頻率信號(若為4分音)與變頻電路輸出的頻率信號(8分音)匯合，輸入至音色合成電路，進行音色濾波處理，而產生模擬各種樂器的音色即有管樂、弦樂等等，構成主旋律音頻率信號，且隨歌唱者發(fā)出的聲音信號頻率變化。
在圖3中，IC10是主節(jié)奏發(fā)生電路，在采樣脈沖發(fā)生電路中IC9中二只反相器及外圍阻容元件、電位器等元件組成的節(jié)拍信號激勵下，其各輸出端有相應的脈沖輸出分別送往DY1、DY2、DY3，標準打擊樂發(fā)生電路，輸出有節(jié)奏的打擊樂信號。在圖3中，音色合成電路接收基頻采樣電路的輸出頻率信號(若為4分音)和變頻電路輸出頻率信號(8分音)以及IC9中，二個反相器及阻容元件產生的彈拔調制信號VT后進行濾波合成產生模擬各種樂器的主旋律音信號，經電位器W4輸入音門電路IC12、IC11進行放大、合成。音門電路IC11及外圍元件組成貝司音門， 1/2 的IC12組成主弦音門， 1/2 的IC12組成和弦音門，主旋律信號與和弦信號CHO合成，形成三和弦或七和弦信號。七和弦信號需要變頻電路的兩個頻率信號的輸出。音門電路輸出信號經電位器W3輸入至功率放大電路，聲音信號經電位器W2輸入至功率放大電路推動揚聲器D工作，便形成了有聲音信號、旋律信號、和弦信號及有節(jié)奏的打擊樂信號的隨聲自動伴奏的聲控自動伴奏機。
在圖4中，本發(fā)明與各種電子音響設備配套組成電子音響系統(tǒng)，圖4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(fā)出的聲音信號，它是隨歌聲通過話筒或無線話筒輸入后，經過整形、放大以及基頻合成，再經分頻和倍頻后，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(jié)奏配合打擊樂使節(jié)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)，電子混響延遲電路采用目前流行的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(huán)繞聲效果，方框(8)、(9)是左、右聲道頻譜顯示器。
權利要求
1.一種聲控自動伴奏機，它包括聲音信號接收處理電路，將聲音輸入信號調制成隨其頻率變化的基頻脈沖信號fo，以及功放電路接收聲音輸入信號和音樂伴奏信號后，推動揚聲器工作，其特征在于基頻采樣電路接收基頻脈沖信號fo，對輸入信號進行采樣后，輸出至變頻電路和音色合成電路；和弦發(fā)生電路接收基頻脈沖信號fo進行信號調制輸出信號與變頻電路輸出信號合成，產生和弦信號，輸出至音門電路；采樣脈沖發(fā)生電路輸出的信號至基頻采樣電路，作信號控制；至和弦發(fā)生電路，使和弦輸出信號作周期變化；節(jié)奏發(fā)生電路的輸出信號，輸入至打擊樂發(fā)生電路和音門電路，打擊樂發(fā)生電路輸出有節(jié)拍和節(jié)奏的打擊樂信號至音門電路；變頻電路對基頻采樣電路輸出的頻率信號進行分頻后，產生貝司音信號輸入至音門電路，分頻信號輸入至音色合成電路；音色合成電路接收基頻采樣電路、變頻電路和采樣脈沖發(fā)生電路輸出的信號進行合成，產生隨聲音輸入信號頻率變化的主弦律音色信號，輸入至音門電路；音門電路將接收的信號合成后，產生隨聲音輸入信號頻率變化的合成音樂伴奏信號，輸入至功放電路。
2.根據權利要求1所述聲控自動伴奏機，其特征在于基頻采樣電路是由鎖相環(huán)IC3以及控制器IC5組成，比較器將接收的基頻脈沖信號fo進行相位比較后，輸出差值電壓信號Uφ，基頻脈沖信號fo作為控制器IC5的控制信號，差值電壓信號Uφ經控制器IC5和電阻電容構成的濾波電路輸入至振蕩器，調整振蕩器的振蕩頻率，使振蕩器的振蕩頻率與基頻脈沖信號fo的頻率相等，兩者相位差為定值。
3.根據權利要求1所述聲控自動伴奏機，其特征在于和弦發(fā)生電路是由鎖相環(huán)IC4以及開關控制器IC6b組成，比較器將接收的基頻脈沖信號fo進行比較后，輸出差值電壓信號Uφ′，采樣脈沖發(fā)生電路輸出的脈沖信號Vr控制開關控制器IC6b，差值電壓信號Uφ′經開關控制器IC6b輸入至振蕩器，調整振蕩頻率，使振蕩頻率與基頻脈沖信號fo頻率相等，其輸出受采樣脈沖信號Vr控制，使和弦發(fā)生器產生的輸出信號作周期變化。
4.根據權利要求3所述伴奏機，其特征在于和弦發(fā)生電路的振蕩器接有開關控制器IC6c串接開關K和2個或多個電阻R，以改變振蕩器的振蕩頻率范圍，控制器IC6c受采樣脈沖信號控制。
5.根據權利要求1所述伴奏機，其特征在于變頻電路是由除法器或乘法器或除法器和乘法器構成。
6.根據權利要求1所述伴奏機，其特征在于變頻電路輸出頻率信號與和弦發(fā)生電路輸出的信號以及主旋律信號合成產生三和弦或七和弦信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種自動跟隨歌聲產生音樂伴奏的伴奏機。它是由聲音信號接收處理電路將聲音輸入信號調制成隨其頻率變化的基頻脈沖信號。由基頻采樣電路和和弦發(fā)生電路接收基頻脈沖信號后，經變頻電路和音色合成電路音門電路產生隨聲頻變化的主旋律音信號和和弦信號。此外節(jié)拍、節(jié)奏、打擊樂發(fā)生電路能產生有節(jié)拍節(jié)奏的打擊樂信號，豐富音樂效果。本機能使歌唱者隨心所欲地表達自己唱歌時的情感，具有不串音和失真的優(yōu)點。適用于專業(yè)演奏和個人娛樂使用。
文檔編號G10H1/36GK1061863SQ9110683
公開日1992年6月10日 申請日期1991年11月5日 優(yōu)先權日1991年11月5日
發(fā)明者陳學煌, 柴宇, 劉順欽, 伍尚魁 申請人:湘潭市新產品開發(fā)研究所