Устройство измерения параметров музыкальных сигналов Советский патент 1989 года по МПК G01M3/00 G10H1/02 

31

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения частоты и длительности звучания музыкальных сигналов как преобразованных или сформированных в эквивалентные электрические сигналы, так и представленных в виде звуковых сигналов, и может быть использовано для функционального контроля музыкальных синтезаторов и других устройств, формирующих музыкальные сигналы, для настройки музыкальных инструментов, а также в телеметрических устройствах для измерения вре мени между изменениями частоты повторения импульсов с одновременным измерением частоты повторения импульсов.

25

30

35

20

Цель изобретения - расширение

ункциональных возможностей устройст- я путем обеспечение возможности, изерения длительности звучания музы- капьных сигналов и длительности пауз узыкальных сигналов.

На фиг.1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 согласования уровней, вход которого является входом устройства; первый элемент И 2; счетчик 3 импульсов, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя 4 импульсов; генератор 5 опорной частоты, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 2; регистр 6 хранения; индикатор 7 частоты; соединенные последовательно триггер 8, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 9 импульсов; последовательно соединенные элемент НЕ 10, вход которого соединен со входом второго формирователя 9 импульсов и первым входом первого элемента И 2; второй элемент И 11, второй вход которого соединен с выходом триггера 8; элемент ИЛИ 12, второй вход которого соединен со вторым входом регистра 6 хранения;-измеритель 13 временных интервалов и индикатор 14 длительности, вход Запись которого соединен с выходом элемента ИЛИ 12 входом Запись индикатора 7 частот; цифровой компаратор 15, первая груп- (Па входов которого подключена к выхо40

45

50

с

0

5

0

5

0

0

5

0

дам счетчика 3 импульсов и группе входов регистра 6 хранения, вторая группа входов - к группе выходов регистра 6 хранения, а выход - к второму входу триггера 8; последовательно соединенные третий формирователь 16 импульсов, вход которого соединен с первым входом первого элемента И 2; четвертый формирователь 17 импульсов, выход которого соединен со входом первого формирователя 4 гмпульсов, и последовательно соединенные пятый формирователь 18 импульсов, вход которого соединен с первым входом первого элемента И 2 и шестой формирователь 19 импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 12; последовательно соединенные микрофон 20 и усилитель-эквалайзер 21, выход которого соединен со вхо-. дом блока 1 согласования уровней.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении музыкального сигнала на вход блока 1 согласования уровней музыкальный сигнал преобразуется по величине напряжения в прямоугольные импульсы с напряжением уровней работы узлов 2 - 15, затем он поступает на вход элемента И 2, кото- тый совместно со счетчиком 3 импульсов является измерителем отношений частот: частоты f , музыкального сигнала и опорной частоты fg , сформированного генератором 5 опорной частоты, причем частота др,100 F, где F - наименьшее общее делимое от частот нот музыкального сигнала. На выходе элемента И 2, (во время положительного полупериода сигнала Un) присутствуют импульсы выходного напряжения генератора 5 опорной частоты, которые подсчитываются счетчиком

3импульсов и сохраняются на выходе счетчика 3 импульсов до поступления сигнала И с выхода формирователя

4импульсов.

Во время отрицательного полупериода сигнала UQ производится перезапись информации о частоте музыкального сигнала в параллельный регистр 6 хранения и определяется равна ли измеренная длительность положительного полупериода музыкального сигнала с длительностью предьщущего. Если длительность отличается, то формируется сигнал , перезапускающий .измеритель 13 временных интервалов И

- ,

записываю 1ций информацию (код В) и индикатор 7 частоты музыкальных сигналов (код В), с выхода измерителя

13временных интервалов в индикатор

14длительности звучания. Если длительность не отличается, то производится только перезапись кода А

с выхода счетчика 3 импульсов в параллельный регистр 6 хранения. Таким образом, указанный процесс (временной срез 21 на фиг.2 и фиг.З) осуществляется следующим образом.

Если измеренная длительность положительного полупериода сигнала U не равна длительности предыдущего полупериода (временной срез 21 на фиг.2), то по переднему фронту импульса UQ формирователь 9 импульсов вырабытвает импульс установки триггера 8 в исходное состояние (логической единицы), а по заднему фронту импульса Ug формирователь 16 импульсов формирует импульс Uj.д.i , длительность которого равна времени 13, д . Импульс ИЗ.АИ поступает на вход формирователя 17 импульсов, который формирует импульс U записи информации (кода А) в регистр 6, после чего цифровой компаратор 15 выдае сигнал А-В, так как до этого код А не был равен коду Б, т.е. после записи кода в регистр 6 код А равен коду В, одновременно сигнал А-В по положительному фронту устанавливает триггер 8 в состояние логического нуля. По отрицательному фронту импульса Uj записи формирователь 4 подает импульс Uj, на R-вход счетчика 3 импульсов, под действием которого он обнуляется, а код А становится равным нулю и цифровой компаратор

15снимает сигнал А-В, так как код А уже не равен коду В.

При поступлении на первый вход элемента И 11 импульса U-p с RS-выхо- да триггера 8 и на второй вход от элемента НЕ 10 инвертированного музыкального сигнала Ug выделяется сигнал U л , по дпительности равный длтельности импульса Uj д,, сформированного формирователем 16, свидетель -ствующий о том, что измеренная длительность положительного полупериода музыкального сигнала U не равна длительности предыдущего положительно полупериода сигнала UQ.

Таким образом, сформированный сигнал и г.л готовности данных поступа161П

ет через схему ИЛН 12 на CWR-входы индикаторов 7 и 14 и вход измерителя 13 временных интервалов.

По положительному фронту сигнала Ufд производится запись данных о измеренной длительности полупернода музыкально го сигнала с выхода измерителя 13 временных интервалов в ин0 дикатор 7 частоты музыкального сигнала, который производил индикацию частоты музыкального сигнала, так как отношение частот опорного генератора 5 и музыкального сигнала есть число

5 определенное, одновременно по положительному фронту сигнала UTA производится запись длительности, звучания предыдущей частоты музыкального сигнала в индикатор 14 длительности

20 звучания, и по отрицательному фронту сигнала сбрасывается значение времени измеренное измерителем 13 временных интервалов и производится запуск его для отсчета времени до

25 появления следующего отрицательного фронта сигнала , свидетельствующем О длительности звучания текущего музыкального сигнала.

Если измеренная длительность по30 ложительного периода сигнала UQ равна длительности предыдущего полупериода (временной срез 20 на фиг.2) цифровой компаратор 15 после измерения устанавливает сигнал А-В, так как код В равен коду А, то по предыдущему фронту импульса UQ формирователь 9 импульсов вырабытырает Iiмпyльc установки триггера 8 в исходное состояние (логической единицы), по задд0 дему фронту импульса UQ формирователь 16 формирует импульс УЗД. деятельность которого равна времени tJД ,: оторый поступает на вход формирователя 17 импульсов, который формирует

45 импульс и записи, информации (код А) в 1 егистр 6. Цифровой компаратор 15 продолжает выдавать сигнал А-В. так как код А равен коду В, одновременно сигнал А-В по переднему

50 Фронту устанавливает триггер 8 в сос

тояние логического нуля, а по отри- цательному фронту импульса Uj записи формирователь 4 импульсов подает импульс и на R-вход счетчика 3 им55 пульсов, под действием которого он 1обнуляется, в результате чего код А становится равным нулю и цифровой компаратор 15 снимает сигнал А-В, так как код А не равен коду В.

35

При поступлении на первый вход элемента И 11 импульса U с. КЗ-выхода триггера 8 и на второй вход с элемента НЕ 10 инвертированному музыкального сигнала Ujj сигнал не выделяется, так как момент перехода выходного сигнала U. С RS-триггера 8 от единичного логического состояния в нулевое совпадает с моментом нарастания инвертированного музыкального сигнала UQ с элемента НЕ 10, при этом измеритель 13 времени продолжает отсчет времени от предыдущего сигнала и к и информация в индикаторах 15

10

/ и 14 не меняется.

Если по истечении времени большего, чем максимальная длительность периода измеряемых музыкальных сигналов на выходе музыкального устройст-20 ва не появляется импульс положительного полупериода музыкального сигнала, т.е. в музыкальной мелодии имеется пауза (временной срез 22 на фиг.З), то по переднему фронту предыдущего 25 положительного полупериода музыкального сигнала запускается формирователь 18 импульсов, о.тсчитывающий время большее, чем максимальная длительность X 1 периода измеряемых музыкальных сигналов и по истечении этого времени по заднему фронту импульса ир1 запускает формирователь 19 импульсов, формирующий короткий импульс сброса предыдущего содержи- МОго регистра 6, служапщм одновременно импульсом и гд строба готовности данных, производящим запись данных в индикаторах 7 и 14, сброс и

Точность измерения длительн звучания музыкальных сигналов между ними определяется точнос измерения частоты музыкального нала и точностью измерителя 13 менных интервалов, а дискретно периодом повторения музыкально сигнала. В измерителе 13 време интервалов применен метод прям отсчетов времени.

Сумма длительностей импульс сформированных формирователями 16 и 17 импульсов не должна пр щать длительности положительно полупериода музыкального сигна максимальной частотой следован Длительность импульсов сформир ных формирователем 18 импульсо жна быть больше периода музыка сигналов с минимальной частото дования. Длительность импульсо сформированных формирователями 17, 18 и 19 импульсов должна бы

в пределах t

А

-5t

А

мин,

30

35

t д мин - время задержки сраб вания устройства следующих за рователем производящих операци данному импульсу.

Схемы формирователей 4, 9, 17, 18 и 19 могут быть реализо .на одновибраторах.

Разрядность счетчика 3 импу цифрового компаратора 15, реги 6 и индикатора 7 частоты музык ного сигнала зависит от точнос мерения частоты музыкального с ла и отношения минимальной изм мой частоты музыкального сигна

запуск измерителя 13 временных интер- Q частоты опорного генератора 5,

валов. Выходное напряжение Up, на выходе формирователя 18 нмпульсов при наличии музыкальных сигналов (времен - ные срезы 20 и 21 на фиг.2 и 3) остается постоянно в высоком состоя45

При измерении параметров зв вых музыкальных сигналов на вх блока 1 согласования уровней з вой сигнал подается через посл вательно соединенный микрофон усилитель-эквалайзер 21, приче микрофон 20 преобразует звуков нал в электрический, а усилите эквалайзер 21 выделяет основную тоту музыкального сигнала и фи ет шумы. Блок 1 согласования у .согласовьшает уровни напряжени выхода усилителя-эквалайзера 2 гическими уровнями работы блок 19.

.г

формирователя 18 импульсов

больше максимального периода повторения му.зыкальных сигналов и формирователь 18 импульсов постоянно перезапускается, не достигая низкого уровня выходного напряжения.

Точность и дискретность измерени частоты музыкального сигнала определяет отношение частот: максимальной частоты музыкального сигнала и частоты опорной частоты, причем чем больше это отношение, тем выше точность измерения.

15

10

20, 25 116108

Точность измерения длительности звучания музыкальных сигналов и пауз между ними определяется точностью измерения частоты музыкального сигнала и точностью измерителя 13 временных интервалов, а дискретность - периодом повторения музыкального сигнала. В измерителе 13 временных интервалов применен метод прямых отсчетов времени.

Сумма длительностей импульсов, сформированных формирователями 4, 16 и 17 импульсов не должна превы- щать длительности положительного полупериода музыкального сигнала с максимальной частотой следования. Длительность импульсов сформированных формирователем 18 импульсов должна быть больше периода музыкальных сигналов с минимальной частотой следования. Длительность импульсов, сформированных формирователями 4, 17, 18 и 19 импульсов должна быть

в пределах t

А

-5t

А

мин, где

t д мин - время задержки срабатывания устройства следующих за формирователем производящих операции по данному импульсу.

Схемы формирователей 4, 9, 16. 17, 18 и 19 могут быть реализованы на одновибраторах.

Разрядность счетчика 3 импульсов, цифрового компаратора 15, регистра 6 и индикатора 7 частоты музыкального сигнала зависит от точности измерения частоты музыкального сигнала и отношения минимальной измеряемой частоты музыкального сигнала и

частоты опорного генератора 5,

При измерении параметров звуковых музыкальных сигналов на вход блока 1 согласования уровней звуковой сигнал подается через последовательно соединенный микрофон 20 и усилитель-эквалайзер 21, причем микрофон 20 преобразует звуковой сигнал в электрический, а усилитель- эквалайзер 21 выделяет основную частоту музыкального сигнала и фильтрует шумы. Блок 1 согласования уровней согласовьшает уровни напряжения с выхода усилителя-эквалайзера 2i с логическими уровнями работы блоков 2 - 19.

Формула изобретения

1. Устройство измерения параметров музыкальных сигналов, содержащее последовательно соединенные блок согласования уровней, вход которого является входом устройства, первый элемент И, счетчик импульсов, второй вход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, а также генератор опорной частоты, выход которой соединен с вторым входом первого элемента И, а также регистр хргнения и индикатор частоты, соединенные последовательно, триггер, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения длительности звучания музыкальных сигналов и длительности пауз музыкальных сигналов, в него введены последовательно соединенные элемент НЕ, вход которого соединен с входом второго формирователя импульсов и первым входом первого элемента И, второй элемент И, второй .вход которого соединен с выходом триггера, элемент ИЛИ, -второй вход которого соединен с вторым входом регистра хранения, измеритель временных интервалов и индикатор длительности, вход Запись которого соединен с выходом элемента ИЛИ и входом Запись индикатора частоты, цифровой компаратор, первая группа входов которого подключена к выходам счетчика импульсов и группе входов регистра хранения, вторая группа входов - к группе выходов регистра хранения, а выход - к второму входу триггера,

а также введены последовательно соединенные третий формирователь импульсов , вход которого соединен с первым входом первого элемента И, четвертый формирователь импульсов, выход которого соединен со входом первого формирователя импульсов, и последовательно соединенные пятый формирователь импульсов, вход которого соединен с первым входом первого элемента И, и шестой формирователь импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ.

2. Устройство по П.1, о тли- чающееся тем, что, с целью

обеспечения возможности непосредственного измерения параметров звуковых музыкальных сигналов в него введены последовательно соединенные . микрофон и усилитель-эквалайзер, выход которого подключен к входу бло- ка согласования уровней.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения частоты и длительности звучания музыкальных сигналов как преобразованных или сформированных в эквивалентные электрические сигналы, так и представленных в виде звуковых сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Введение цифрового компаратора 15, формирователей импульсов 16 ... 19, элемента НЕ 10, второго элемента И 11, элемента ИЛИ 12, измерителя 13 временных интервалов, индикатора 14 длительностей и образование новых функциональных связей позволяет измерять длительность звучания музыкальных сигналов и пауз между ними. Устройство также содержит блок согласования 1 уровней, генератор 5 опорной частоты, первый элемент И 2, формирователи 4, 9 импульсов, счетчик 3 импульсов, регистр 6 хранения, триггер 8 индикатор 7 частоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

&«

I И h

i-1 ii-i

IL

1-I i-I h r

II. I

n r

JIjtwtttt

d

Ja

h h

n r

I

T Л