Устройство для контроля высоты тона звука Советский патент 1988 года по МПК G10H1/02 

Изобретение относится к устройствам для обучения музь;ке и можсгт быть использовано для обучени.ч сольфеджио и пению.

Целью изобретения является повьг- шение точности контроля ннксоты тон Я звука при одновременном повышеини ка дежности устройства,,

На фиг.1 приведена стр гктур- ая схема устройства для коп гроля высоты тона звукаI на фиг,2 - временные ди аграммы,, поясняюяу1е принцип работы устройства на фиг.З - блок-схема .ии ратора; на фиг,4 - блок 11ндикадии„

Устройство для контроля высоты тона звука содерксит акустический датчик 1, усилитель Zj первый фильтр 3-низких частотJ первый триггер 4-1 Шмидта, кварцевый генератор 5 первы и второй счетчики 6 и 7 и тульсов,, элемент И 8, первый к формирователи 9 и 10 импульсовS индикатор 11, постоянное запом1--знающее устройст во 12, причем выкод первого 4)ормкро- вателя 9 импульсов соедиг1ен с входом сброса первого счетчика 6, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 8., первый вход которого подключен к входу периого формирователя 9 импульсов и входу второго формирователя 10 импульсов. В -у ггройство введены с второй по п-ю цепочки из последовательно соединенных фильтра 3-2 , . „ 3-п низких частот и ть иггера 4-2...4-п Шмидта, п детекторов 13-;о 13-nj причем первый фильтр 3-i низких частот И первый триггер 4-1 Ч мнр, та соединены последовате: -ьно, шифратор 14, мультиплексор iS.. регистр 16, дешифратор 17, при этом входы фильтров 3-,. .3-п з изких частот с первого по п-й через усилитель 2 подключен к выходу акустического датчика 1, а выход каждого из триггаров . Шмидта сое,п;к ;сн через детектор .. с соответстсуютш- входом шифратора 14 к сс(;1т:еетстиу;-о-- щим входом мультиплексора 5,, причем выход шифратора 14 соединен г: а,п,рр-::-- ным входом мультиплексора 15, выход которого соединен со счетиьпу входом второго счетчика 7 ш-гпу.г осов,, тоыход которого соединен с перь:,м входом элемента И 8, второй вход которогр подключен к выходу кварцевого . енерз тора 5j а выход первогс счетчика о импульсов через сое,цинен:-Ъ1е Г сследо - вательно регистр 16, постоянное яапоминягощее устройство i2, дешифратор 17 подключен к входу индикатора llj причем второй вход регистра 16 сое- др. нан с выходом второго формировате- пя 0 импульсов. На фиг,2 представ- ле1п-и 18 - временная диаграмма на выходе усилителя 2; 9 - на выходе фильтра 3--.,,3-п низкчх частот, 20 временная диаграм1-1а на вьходе триггера 4-1;о„4-п Шмидта, 21-22 - на чьгходе счетчика 7 импульсов, 23 - на выходе кварцевого генератора 5, 24 на 7зьгходе элемента И 8,, 25 соотзетственно на выходах формирователей 9 и 10 импульсов.

Устройство содержит также инверторы 27-1„.«27„35 элементы И 28-i,„. 28-3, элементы ИШ 29-1;, 29-2, ин0 верторы 30-1 . „ .30-п,резисторы 31-К , 3 1-п светодиоды 32-1 . , ,32-п51яину 33 положительного напряж.ения.

Устройство ;зд1Я контроля высоты ТОН5. звука работает следуюшлм об разом.

Звуковые колебания преобразуются акустическим датчикоЕ-i 1 в электрические и усиливаются ус.илителем 2,

который охвачен автоматической регу

лировкой усиления. Далее сигнал поступает на группу фильтров 3-К,3-п низких частотS причем -lacTOTbi среза каждого из фильтров 3-К,„3-п отличаются в два раза (ч;:1сло фильтров

5 равно числу октав зву ковых колебаний)« Фильтры 3-1,„„З-п низких частот позволяют выделить основной тон звука и срезают высшие гармоники, У первого фильтра 3-3 низких частот

частота среза самая низкая, у второго Е два раза выше и т,ц. Каждый фильтр 3--1„,..З-п пропускает сигнал JO --.астоты среза без о,:ла,блениЯз а затем, т,,е„ когда сиг-на,л превышает -: гЧ с т о ту с р е 3 а S п р о и с х a,;j,KT е i о р е з ослаб па кие, Таким :;бразом5 снг- пал;- с усилителя 2,, у ::соторых часто- та ниже частоты среза : ерБОго фильт- ,/а 3 i J пройдут через чсе фильтры 3- . „ о З- П HH3Kv:5c частое:.. Благодаря тому5 что усилитель 2 ихвачен авто- ; 1атической регулировкой ycHnemiH, на гго выходе гюддержквае ::-ся постоянная амплитуда сигнала незазисимо от из- мзнеияя уровня колебаний на входе акустического датчика .Это повышает устойчивость в работе устройства. Триггеры i , 4-п Шмидта формируют сигналы с крутыми фpoнтa 4и,

Детекторы 5 при наличии сигналов на входах формируют сигналы логической 1, в противпом случае - логического О. Если-высота основного тона превьтает частоту среза первого фильтра 3-1, то на выходе первого триггера Шмидта сигнала нет, а на выходе первого детектора 13-1.- логический О. Таким образом, в за- висимости от высоты основного тона звука изменяется код на выходах детекторов 13-1...-13-п, который преобразуется шифратором 14 в двоичный. Этот код мультиплексором 15. Для сигналов, у которых частота ниже частоты среза первого фильтра 3-1, шифратор 14 выдает такой код, что к выходу мультиплексора 15 подключается выход первого триггера 4-1 Шмидта. Для сигналов, у которых частота ниже час- тоты среза второго фильтра 3-2, шифратор 14 вьщает код, подключаюящй к выходу мультиплексора 15 выход второго триггера 4-2 Шмидта и т.д.

Это позволяет выбрать такой фильтр низких частот из группы фильтров 3-1...3-п, который максимально подавляет высшие гармоники сигнала и в то же время пропускают основной фон. Шиф ратор 14 формирует выходной код в соответствии с таблицей (в случае изменения звукового сигнала в пределах четьфех октав)

45

римечание. Х1,Х2,ХЗ,Х4 сигналы на входах шифратора 14, а Y1 ,Y2 -выход- 50 ной код.

Сигнал с выхода мультиплексора 15 поступает на счетный код счетчика 7, который делит его на постоянный коэффициент, например, шестнадцать. Это уменьшает погрешность измерения от случайных начальных фазовых сдвигов.

5 0 5

О

5

0

5

0

5

В течение положительного полупери- ода сигнала с выхода счетчика 7 на выходе элемента И 8 появляются импульсы с кварцевого генератора 5.Кроме того, сигнал со счетчика 7 подается на формирователи 9 и 10, которые формируют импульсы соответственно по переднему и заднему фронту полупериода. Счетчик 6 подсчитывает число импульсов с выхода элемента И 8. По импульсу с формирователя 9 счетчик 6 сбрасывается, по импульсу с формирователя 10 происходит занесение кода со счетчика 6 в регистр 16. ПЗУ 2 вьшолняет роль преобразователя кодов. В дешифраторе 14 происходит дешифрация нот и их индикация в блоке

11индикации. Блок 11 индикации выполнен в виде табло с нарисованным нотным станом. Казвдой ноте отведен отдельный элемент индикации. В ПЗУ

12для каждой ноты отведена зона адресов, которая задает с необходимой точностью код на дептфратор 14 для индикации ноты. При этом зоны могут быть заданы таким образом, чтобы учесть высоту тона звука по кривой, например Рейнсбека. Если высота тона такая, что соответствует фальшивой ноте, то на регистре 16 получается код, по которому с помощью ПЗУ 12 дешифратор 17 указьшает на фальш. Временные диаграммы на фиг.2 поясня-I ют принцип работы устройства. Сигнал 18 с выхода усилителя 2 подается на вход группы фильтров 3-1...3-п низких частот, которые срезают высшие гармоники 19. На выходе триггеров 4-1... 4-п ГЛмидта формируются сигналы 20 с крутыми фронтами. Счетчик 7 делит этот сигнал 21 и 22 для повышения точности контроля на постоянный коэффициент. Кварцевый генератор 5 вырабатывает импульсы 23 стабильной частотыс В течение положительного полупериода сигнала на выходе элемента И 8 появляются импульсы 24, число которых подсчитывается счетчиком 6. По переднему фронту сигнала 22 формирователь 9 вырабатьшает сигнал 25,

а по заднему фронту формирователь 10 - сигнал 26. По сигналу 25 происходит сброс счетчика 6, а по сигналу поз.26 - занесение кода с счетчика 6 .в регистр 16. Детектор 13-1 ...13-п может быть выполнен, например, на од- новибраторе. Для этого догштельность сигнала, вырабатываемого одновибратоj:iOM, должна превьшгать ггернод скмого 1ШЭКОГО тока о В этом случае при наличии сигнала на входе одиовибратора происходит его постоянтшй подзапуск и выработка на,выходе сигнала логической 1. Фильтр 3- .,3--:п ниакиз; частот можно вьпюлнить,, напримерj на двухзвенном RC-фильтре или на управляемом напряжением исто ип-тке нагшяже 5ШЯа За счет подбора параметров элементов может быть выполнен фильтр Чебышева с максимальной крутизной за пределами частоты среза, 1еобхо1, отметить, что к фильтрам 3-1,„, 1-шзкюс частот устройства никаких особых: требований не предъявляется, так как они не селектируют оснозгме тона, а только срезшот гармоники. На фиг.З приведена структур 1ая схема шифратора 14, который формирует выходной код в СООТБеТС ГВИИ с

таблицей. Шифратор 14 построен по комбинационной cxejwe ка инверторах 27-1... 27-3, элемента И 2В I , . ,23-3 и элементах ИЛИ 29-1, 29-2, На. фиг.4 Приведена структурная блок-схема як- дикатора П, содержаи1.ая ишзерторы 30 резисторы 31 г светодиоды 3.2,, шнку 33 положительного напряжения Выход де- шифратора 17 соедине1-1ы с зх.одам-й инверторов 30 1 , ЗО-п с открь тьа- коллектором.. При сигнале логической I на выходе дешифратора 17,, на выхода инвертора 30-1„,,30-п - ло - ический Светодиод 32 при этоы загорает- cii. Резистор 31-1,„, и величина напряжения на шине 33 задают величин тока через светодиод 32-i , „ „ 32- п В случае фальшивой ноты загорЗ;е гся све то диод 32-Пг, Светодиоды 32-., ,,32-п установлены на табло, офорькенкое в в-аде нотного стана. В качестве триг-- г. 4-1 ,. „ч-п Шмидта быть кс П :шьзованы5 например, ми:кросхамы ти- n.i К155ТЛ1о Детекторы 13-b,J3-n и формирователи 10, 11 могут быть гг;)-- С Гроень ; например, на микросхемах типа К 155 . Разрядность счэтчика

7 для числа октав равного i--;„ ;i

i

р/:1эрядность счетчика Ь-i 2 , Частота.

к Шрцевого г снератора 5 - :2,758 кГи, Число фильтров 3- 1 ... 3-п низких час - тот - 4. ПЗУ 12 построено :на микоо- с;гемах т; па К ЗЗбРТЗ дешигрратор 14 микросхемах К 155 Ш3 Объем ПЗУ ..- 4К висьмиразрядных слов. Точность контроля высоты звука не ху же 0,5%, но может быт.ь пр.и необхо

димости повышена„ Устройство позво- ляат .контролировать высоту тона ка- картона, человеческого голоса, аккордеона г убной гармоники

Точность контрол.я определяется чистотой кварцевого генератора, разрядностью сч.етчикоа - объемом посто- Жткого запо шнающего устройства. Устройство особенно зффектиг5но для изу- ч и я с о л ь ф е д жи о«

Ф о р м у л а изо б р е т е н и я

Устройство дл,я контро;ая вЬ Соты тона sBjTcaj содержащее й.кустический усилитель, первый фильтр низких частот, первый триггер кварцевый генератор, первый и второй счетчики Hi inyn.bcOBj элемент И., первый к второй форм ироБатели импульсов, кццикатор, постоянное запоминающее устройство,, причем выход первого фор- -;.чрояателя импз- льсог соединен с входом сбросг. первого счетчика, счетный вход которого соединен с зыхсдом зле- мента И, первый вход которого подк. во- к входу г-ервого формирователя Пульсов и входу второго форм1-;рова - те.пя импульсов,, о т л ч а ю щ е - .а с я тем чтО; с делыс гювьгиения точ:носч. И контрол; при од гЮБре.менном повьллении надежнО СТЕ : устройства( в него введены с второй по п-га цепочки И) пос,чедовательно соеди;-;ен1Л) фяльт- ра низкнх частот и триггера Шми,цта, п детекторов5 причем первый фильтр низких частот и первый триггер Пмкд- та соедкнены лосл едовательно, шифратор,, мультиплексор, ,,, дешифратор,: при ТОМ входа ф лльтров низких частот с rieDEioro по через усили- TiMib подключет ы к вькоду акустичзско- то патчикз а выход ка;к,цого из триггеров ;1 кидта соединен соотве- тстнуип- йй с соотзетс гвчпощнл В ;, о ТОН имфраторс и соответствующим ,дом мультиплексор ;, причем зькод ( соедине}- с ЁД;:с;СНьИ входом vynbynnjieKccpa. выхсд ;о горогс соеди- JseK со счеткь входов второго счет- ivKfi импульсо.В5 выход которого соединен с первь;м входом злемек7 а И, вюрой вход которого гюдк,гшчен к выходу кварцевого генератора, пр этом 8ь;ход Первого счетчика импульсов че- ре соедияенлые последовательно ре-- г;, - г-р,, аостоявнос; 3 аи о макающее устройство, дешифратор подключен к вхо- ра соединен с выходом второго форми- ду индикатора, а второй вход регист- рователя импульсов.

Изобретение относится к устройствам для обучения музыке и может быть использовано для обучения сольфеджио и пению. Изобретение позволяет повысить точность контроля высоты тона звука при одновременном повышении надежности устройства. Устройство содержит акустический датчик 1, усилитель 2, фильтр 3-1 низких частот, триггеры Шмидта 4-1...4-п, кварцевый генератор 5, счетчики 6 и 7 импульсов, элемент И 8, формирователи 9 и 10 импульсов, индикатор 11, постоянное запоминающее устройство 12, детекторы 13-1...13-П, шифратор 14, мультиплексор 15, регистр 16 и дешифратор 17. Устройство позволяет контролировать высоту тона камертона, человеческого голоса, аккордеона, губной гармоники. Точность контроля определяется частотой кварцевого генератора, разрядностью счетчиков и объемом памяти постоянного запоминающего устройства,4 ил., табл. С/)

19

V4A/

гг

ZJ

гч

26

.

Illlllllllllllllllllllllllll

Фиг. 2

Ж-J ,pu«

Ш-Т

ъ-У «

Сс ставитель Г .Доцеико Редактор С„Патрушева Техред М.ДидыкКорректор Г,Решетник

Заказ

Тираж 350

ВНИИПК Государственного комитета СССР

по делам изо бретений у, открытий 1 13035, Москва. Ж--35, Ра тагкая наб, д, 4/5

j

In- ij

г f - Й ,j / /fc

Подписное