[发明专利]直接鉴别频率的乐音发生器

说明书

本发明属于电声技术领域，它采用直接对输入声音的基频进行频率分析的方法，通过模拟的或数字的通道使标准乐音发生器输出乐音。

这种声音处理装置由三部分组成，如附图4所示。由于输出的乐音要做为输入声音的伴奏音，因此要求输出对于输入没有延时，或仅有极少的延时。其中，基频检测器1用以从复杂的输入信号中检测出基频，它由硬件构成，以便不产生延时；控制器2对该基频进行音阶判别，并输出一个合适的控制信号，使标准音发生器输出标准乐音。这个过程也应当不产生或尽可能少产生延时，并且准确无误。

在已有技术中（中国专利86207013、87209532），控制器采用如下工作方式：先将基频进行F／V变换，再由一种具有电压区间判别功能的比较电路窗口比较器来产生控制信号，它的主要缺点是，这种变换过程产生延时，并且对变换器的特性（温度特性、线性特性等）要求很高，补偿也较困难。

本发明的目的是，用更理想的直接鉴别频率的控制方法，取代上述交换方式，从而也就避免了延时和不稳定的缺点。这种直接鉴别频率的控制器可以由对频率参数敏感的硬件构成，在允许短暂延时情况下，也可以采用软件和硬件结合的方式。下面结合实施例加以说明。

在实施例1中，（见附图1）用一组带通滤波器和模拟开关组成控制器，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），需要使用带窄带滤波器，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模拟开关打开（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），而其它的模拟开关由于其控制端电平低于开启阀值而处于关闭状态。由于巧妙的利用了模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极管代替模拟开关，但需选择特性一致的晶体管。

在实施例2中（附图2）取消了所有的带通滤波器，频率的鉴别与控制由微处理机完成，这时虽会产生一些延时，但只要注意简化程序，使延时不超过30MS，人耳并不能感到明显的乐音滞后。

在硬件部分，基频检测器输出经过一个采样阀门送往计数器，在阀门开启时间内计数器的累计数做为采样数据送入I／O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3）中取N>20来保证（N＝20时相应的计数误差为5％，相当于80音分，分辨力嫌低）。但是N值也大宜过大，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，因此要在成本上和性能上折中考虑。在输出部分，并行I／O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。

在软件部分，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，即向模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位微型机达3－5％（相应的，C值不能小于0.03-0.05，相当于50－80音分），因而低频端的分辨力稍差。

本方案对基频进行计数，抗干扰能力强，易于集成化。可以用软件来选择ROM中的标准值，因而转调方便，这是因为实践表明声控乐音发生器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，因而当调性多时，开关就很复杂，本方案就避免了使用这种开关。

附图3给出了基频数检测器一种改进方案，其中A为压控低通滤波器，A和B所需控制电压来自E，E是锁相环，它根据D输出的基频在其LPF端输出控制电压，这样A和B所需的控制电压与B所输出的基频无关，即消除了反馈的可能性，因而电路更稳定了。C是锁相倍频器，可根据需要设置（分频系数N在实施例2中取较大值，在实施例1中取较小值），B和D的电路见前述已有技术说明书。