直接鉴别频率的乐音发生器制造技术

随意琴的开关器组，采用直接对输入信号频率进行分析的装置，以实时的或程序的方式动作，使开关器组的可靠性提高。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
申请号为86207013，87209532的中国专利申请给出以自适应滤波器，自适应基频检测器锁相变换器及窗口比较器为主要内容的声信号处理装置，该装置发出实时控制信号，使标准音律发生器工作，产生标准乐音。上述装置在基频检测器后用锁相变换器和窗口比较器，或带通滤波器和摸拟开关构成开关器组以启动标准音律发生器。但前者对锁相变换器温度特性要求较高，补偿困难。后者没有给出优选的电路，虽然这是一个较简单的问题，但对于二度音阶间仅5%的相对频率间距通常是使用Q值较高的窄带滤波器，造成电路的复杂化。另外，由于该装置的基频检测器完全依赖于对声信号波形的分析(这是一种时域处理方法)，因而当波形发生瞬间的畸变时，将使输出的基频不稳定。特别是当输入的声信号不是由单一发声体发出，而是由两个以上发声体共同发出时，由于各声源的不相干性，使合成的信号失去稳定的形状，因而上述装置将不能正常工作。本专利技术对上述装置的开关器组进行改造。采用新方案使之更加简单可靠，并且对各种声信号的适应能力显著地提高。本专利技术的出发点在于，在开关器组中，采用直接处理频率的技术避免不必要的中间变换环节。其原理将在下面结合实施例加以说明。在实施例1中(见附附图说明图1)，用一组带通滤波器和摸拟开关组成开关器组，其特点在于，它的输入端经过一个幅度可调的射极跟随器取自基频检测器F的频率输出端。一般地，当相邻带通滤波器的中心频率为5%时(这是二度音程间的频率偏移)，需要使用窄带滤波器这里却仅使用Q值在10以下的简单滤波器，而相邻音阶的分离度仍得以保证，其关键在于，调节W使跟随器T的输出电平恰好能使其中的一个摸拟开关打开(该开关器输入端的带通滤波器中心频率与信号频率最接近)，而其它的摸拟开关由于其控制端电平低于开启阀值而处于关闭状态。由于巧妙地利用了摸拟开关的开启特性，使得整个电路结构十分简单。当然也可以用晶体三级管来代替摸拟开关，但晶体管的特性必须严格一致，分选较费工时。实施例2(见附图2)是实施例1的变形，同样使用低Q滤波器，这里在滤波器组后接入一组单音选择器，这是一种具有回差功能的互锁电压比较器组，当某一比较器翻转而输出高电平时，其他比较器因反相端电位升高而不能翻转，故名单音选择器。这时摸拟开关可以取消而代之以晶体管开关，因而总的成本不增加。由于电压比较器可以具有适当回差，因而它具有使音阶易于保持的优点。以上两种方案均采用硬件进行实时处理，效果较理想，但实践表明当延时不超过20～30MS时，人耳并不感到明显的琴音滞后，因而采用适当的程序及软件也是可行的。实施例3(见附图3)采用数控滤波器和数控开关器取代上述滤波器和摸拟开关器组的方案。它使硬件数量减少，装配变得简单。这是一种扫描工作方式，时序脉冲经译码器(计数器)变为地址码，控制地址译码的多路开关器(1)和(2)，其中开关器(1)(可以是2只)用以改变带通或带阻滤波器的RC参数，使之顺序谐振于各音阶频率，开关器(2)将电压比较器之高电平同步地送往各晶体管开关(或摸拟开关)使之导通。由于滤波器响应时间的限制，扫描频率不能很快，是这种方法的缺点，为了减少延时，在电压比较器翻转后经过时间小于脉冲周期的短暂延时就立即使计数器清零，开始下一轮扫描。实施例4(附图4)取消了所有的带通滤波器，频率的分析及摸拟开关的驱动由计算机及相应软件完成，这些工作对于计算机来说极易完成，因而相应的硬件及软件都可以很简单。在硬件部份，基频检测器输出经过一个采样闸门送往计数器，在闸门开启时间内该计数器的累计数做为采样数据送入1/0口，需要注意的是，为了使最低的基频(100HZ)能在尽可能短的采样时间(例如10MS)内得到准确的计数，应预先采取倍频措施，这可在基频检测器(见附图5)中取N＞20来Ｖぃ∟＝20时相应的计数误差为5%，相当于80音分，分辩力嫌低)。但是N值也不宜过大，N＞30，最高基频(880HZ)的计数值超过256，使用8位微机就有困难了。因此要在成本和性能上折中考虑。在输出部分，并行1/0接口的输出代码驱动地址译码的多路开关，使标准音律发生器的相应音阶触点接通。在软件部份，标准音阶频率的计数值(经过倍频)预先固化在ROM里，用一个循环程序将采样值逐一与它们比较，这里需要做一个除法及比较运算，当采样值A与标准值B的相对偏差A/B-1小于预先设定的音准度常数时时，即向摸拟开关输出控制信号，同时程序返回初始化状态，这样就节约了后面一段循环比较时间，使延时减少，这是很重要的。如前所述，由于N值不能取大，故计数误差对8位微机达3～5%(相应的，C值不能小于0.03～0.05，相当于50～80音分)，因而低频端的分辩力是较差的。这种方案的缺点是延时较多和成本较高(至少在目前)，优点是硬件中电容器最少，有利于集成，可以用软件来选择ROM中的标准值，因而转调方便。这是因为，事实证明，随意琴不宜使用全部的十二个平均律音阶来工作，这时由于所有的相邻音阶间距离都很近，将给演唱者带来较大的困难，一般以五声音阶或七声音阶的方式工作，用开关选择调性，因而当调性较多时，开关就很复杂，本方案则避免了使用这种开关。附图5是基频检测器F的电路结构图，与前述申请案不同之处是自适应滤波器和自适应分离器的控制电压来自另一路基频检测器，这样虽然复杂一些，但是换来了电路更高的响应速度和稳定性。分频系数N除在实施例4中取较大的值外，前3个实施例中可取较小的值或不用分频器(N＝1)。前述四个实施例均采用在基频检测器后进行频率分析的方案。为了进一步简化电路并避免基于波形分析法的基频检测器所带来的固有缺点，可以取消基频检测器而将信号直接馈入。但是当信号的谐波幅值大于基波幅值时，将会产生错误，因此这种简单方法的应用范围受到很大限制。解决的办法是，采用顺序比较的方法寻找带通滤波器组中靠近些低频端的第一个极大值，即为信号的基频，这是因为，任何周期性信号总可以分解为基频和它的各次谐波之和，而基频总是位于信号频谱的低端，因此，这种办法的实质就是利用了公知的富里叶频谱分析原理。实施例5(附图6)给出了采用数控扫描开关来完成上述工作的方案。信号馈入一组谐振于各标准音阶频率的带通滤波器，数控开关从低端向高端扫描，将滤波器的输出馈入比较电路，比较电路找到第一个极大值后，输出高电平，经同步工作的另一个数控开关去驱动音律发生器。图6中虚线框内是两种比较器方案，经A/D变换后用微机对一组数字量进行比较成本较高，此时数控开关时钟取自微机。另一较简单而实用的方案是由一种带记忆的电压比较器来完成上述功能。图中R3用以使静态时比较器输出低电平，其值远大于R1与R2之和。C1是记忆电容，时间常数(R1+R2)·C1应能使C1在开关的接通时间内充电基本完成。在扫描开关逐渐向极大值接近的过程中C1始终充电，电压比较器保持低电平输出，极大值过后，C1放电，电压比较器同相端电位高于反相端而输出高电平，由同步的摸拟开关输出，与此同时，略经延时即使计数器清零，开始下一轮扫描，接线时需要注意的是扫描开关在接通具有极大值输出的滤波器时比较器并不给出高电平，而是在下一位才给出高电平。另外滤波器的输出，经过一个有效值整流器将更有利于比较器判断的准确性。进一步可以采用实施例3的数控滤波器与上述数控开关同步工作但扫描速度必须较慢本文档来自技高网...

【技术保护点】
随意琴的开关器组，其特征在于：信号或信号的基频不经过任何变换即被送入一个直接进行频率分析的装置，该装置预先确定好一组频率值，当信号的频率与该值接近时模拟开关器被开启。

【技术特征摘要】
1.随意琴的开关器组，其特征在于信号或信号的基频不经过任何变换即被送入一个直接进行频率分析的装置，该装置预先确定好一组频率值，当信号的频率与该值接近时模拟开关器被开启。2.一种周期性信号的基频检测方法，其特征在于信号被送入一组中心频率由低到高顺序排列的带通滤波器组，比掀鞔拥投丝贾鸫伪冉舷嗔诼瞬ㄆ鞯氖涑觯谝桓鼍哂屑笾凳涑龅穆瞬ㄆ鳎渲行钠德始创砹诵畔⒒怠 3.据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学煌，
申请(专利权)人：陈学煌，
类型：发明
国别省市：63[中国|青海]