Устройство для контроля настройки музыкальных инструментов Советский патент 1992 года по МПК G10H1/02 

| ы ю

GJ V4 4

Сущность изобретения: устройство содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, преобразователь 2 кодов, переключатель- 3 нот, кварцевый генератор 4, счетчик 5 октав, переключатель 6 октав, элементы И 7, 18. элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, триггеры 9, 12, 16, 26, 37, формирователи 10, 19 импульсов, десятичный счетчик 11 импульсов, триггер 13 Шмидта, делители 14, 17t 30 частоты, индикатор 20, акустический датчик 21, предварительный усилитель 22, блок 23 фильтров, усилитель 24 звуковой частоты, громкоговоритель 25, переключатели 27, 28, 29, одно- вибратор 31, детекторы 32, 33. 36, полосовые фильтры 34, 35, регулируемый усилитель 38. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. сл с

Л W фигЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых отклонений частот звуковых колебаний от заданных значений, в частности для контроля отклонения настройки музыкальных инструментов от заданного строя.

Известны устройства для контроля настройки музыкальных инструментов, основанные на измерении разности между измеряемым периодом и образцовым интервалом времени и содержащие предвари- тельный усилитель, блок фильтров, акустический датчик, последовательно соединенные триггер Шмидта и первый дели- тель частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с кварцевым генерато- ром, группа входов через преобразователь кода - с переключателем нот, а выход - с входом счетчика октав, группа выходов которого соединена с переключателем октав, выход которого соединен с первым входом элемента И, формирователь импульсов, триггер, индикатор.

Наиболее бзиким к предлагаемому по техническому решению является устройство для контроля настройки музыкальных инструментов, содержащее делитель частоты с переменным коэффициентом деления, группа входов которого через преобразователь кодов соединена с выходами переключателя нот, первый вход - с выходом кварцевого генератора, выход - с первым входом счетчика октав, выходы которого соединены через переключатель октав с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первым входом первого триггера и через первый формирователь импульсов с первыми входами десятичного счетчика импульсов и второго триггера, выход - с вторым входом десятичного счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, триггер Шмидта, выход которого соединен с первым входом первого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера, второй делитель частоты, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, индикатор, акустический датчик, предварительный усилитель и блок фильтров.

Недостатком представленных устройств является низкая помехозащищенность, так как в регистре памяти

фиксируются последовательно значения каждой выборки отклонения настройки и после затухания музыкального звука на индикаторе остается значение последнего измерения. Если амплитуда звуковых колебаний при этом затухает до величины, близкой к порогу чувствительности устройства, то именно это значение наиболее подвержено воздействию помех.

0 Кроме того, в устройствах отсутствует режим воспроизведения эталонного музыкального звука для слухового контроля настройки музыкального инструмента.

Цель изобретения - повышение помехо5 защищенности при одновременном расширении функциональных возможностей за счет акустического воспроизведения эталонных частот.

Поставленная цель достигается тем, что

0 устройство для контроля настройки музыкальных инструментов, содержащее делитель частоты с переменным коэффициентом деления, группа входов которого через преобразователь кодов соединена с выходами

5 переключателя нот, первый вход соединен с выходом кварцевого генератора, выход - с первым входом счетчика октав, выходы которого соединены через переключатель октав с первым входом первого элемента И,

0 второй вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первым входом первого триггера и через первый формирователь импульсов с первыми входами десятичного счетчика импульсов и вто5 рого триггера, выход - с вторым входом десятичного счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, триггер Шмитта, выход которого соединен с первым входом первого делите0 ля частоты, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого

5 триггера, второй делитель частоты, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, индикатор, акустический датчик, предварительный усилитель и блок фильтров, снабжено дополнительными усилителем

звуковой частоты, громкоговорителем, пятым триггером, первым, вторым и третьим переключателями и третьим делителем частоты, первый вход которого соединен с первым входом блока фильтров и выходом

0 переключателя октав, выход-с первым входом второго делителя частоты и замыкающим контактом первого переключателя, размыкающий контакт которого через предварительный усилитель соединен с выходом

акустического датчика, переключающий контакт - с вторым входом блока фильтров, первый выход которого через триггер Шмитта соединен с входом второго формирователя импульсов, а также через второй переключатель и усилитель звуковой частоты с громкоговорителем, второй выход - с первым входом индикатора, третьим входом второго триггера, первым входом пятого триггера, первым входом четвертого триггера, вторым входом третьего триггера и вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым входом индикатора и через третий переключатель с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим входом первого элемента И и третьим входом индикатора, четвертый вход - с выходом пятого триггера, второй вход которого соединен с первым входом второго тригге- ра,.группа входов индикатора соединена с выходами десятичного счетчика импульсов, четвертый вход соединен с выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера и четвертым входом второго элемента И, пятый вход которого соединен с выходом третьего триггера и вторым входом первого делителя частоты, выход- с третьим входом третьего триггера, вторыми входами делителя часто- ты с переменным коэффициентом деления, счетчика октав, второго и третьего делителей частоты и вторым входом четвертого триггера, третий вход которого соединен с выходом второго делителя частоты, причем блок фильтров содержит одновибратор, вход которого соединен с первым входом блока фильтров, выход- со стробирующими входами первого и второго детекторов и первого и второго полосовых фильтров, вы- ход первого из которых соединен с сигнальными входами второго полосового фильтра и первого детектора и с входом третьего детектора, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом второго детектора, сигнальный вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра и первым выходом блока фильтров, второй выход которого соединен с выходом триггера, второй вход - с входом регулируемого усилителя, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра, управляющий вход - с выходом первого детектора.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема устройства для контроля настройки музыкальных инструментов; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устро йство для контроля настройки музыкальных инструментов содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, преобразователь 2 кодов, переключатель 3 нот, кварцевый генератор 4, счетчик 5 октав, переключатель 6 октав, элемент И 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, триггер 9, формирователь 10 импульсов, десятичный счетчик 11 импульсов, триггер 12, триггер 13 Шмидта, делитель 14 частоты, триггеры 15 и 16, делитель 17 частоты, элемент И 18, формирователь 19 импульсов, индикатор 20, акустический датчик 21, предварительный усилитель 22, блок 23 фильтров, усилитель 24 звуковой частоты, громкоговоритель 25, триггер 26, переключатели 27 - 29, делитель 30 частоты, одно- вибратор 31, детекторы 32 и 33, полосовые фильтры 34 и 35, детектор 36, триггер 37, регулируемый усилитель 38.

Кроме того, на структурной схеме обозначены выход 39 триггера и выходы 37 и 40 элемента И 18.

Устройство для контроля настройки музыкальных инструментов содержит делитель 1 частоты с переменным коэффициентом деления, группа входов которого через преобразователь 2 кодов соединена с выходами переключателя 3 нот, первый вход соединен с выходом кварцевого генератора 4, выход - с первым входом счетчика 5 октав, выходы, которого соединены через переключатель 6 октав с первым входом первого элемента И 7, второй вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, первым входом первого триггера 9 и через первый формирователь 10 импульсов с первыми входами десятичного счетчика 11 импульсов и второго триггера 12, выход с вторым входом десятичного счетчика 11 импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера 12, триггер 13 Шмитта, выход которого соединен с первым входом первого делителя 14 частоты, выход которого соединен с первым входом третьего°триггера 15, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера 16, второй делитель 17 частоты, второй элемент И 18, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 19 импульсов, индикатор 20, акустический датчик 21, предварительный усилитель 22 и блок 23 фильтров. Кроме того, устройство содержит усилитель 24 звуковой частоты, громкоговоритель 25, пятый триггер 26, первый 27, второй 28 и третий 29 переключатели и третий делитель 30 частоты, первый вход которого

соединен с первым входом блока 23 фильтров и выходом переключателя 6 октаз, выход - с первым входом второго делителя 17 частоты и замыкающим контактом первого переключателя 27, размыкающий контакт которого через предварительный усилитель 22 соединен с выходом акустического датчика 21, переключающий контакт - с вторым входом блока фильтров 23, первый выход которого через триггер 13 Шмитта соединен с входом второго формирователя 19 импульсов, а также через второй переключатель 28 и усилитель 24 звуковой частоты с громкоговорителем 25, второй выход-с первым входом индикатора 20, третьим входом второго триггера 12, первым входом пятого триггера 26, первым входом четвертого триггера 16, вторым входом третьего триггера 15 и вторым входом второго элемента И 18, третий вход которого соединен с вторым входом индикатора 20 и через третий переключатель 29 с выходом второго триггера 12, второй вход которого соединен с третьим входом первого элемента И 7 и третьим входом индикатора 20, четвертый вход - с выходом пятого триггера 26, второй вход которого соединен с первым входом второго триггера 12, группа входов индикатора 20 соединена с выходами десятичного счетчика 11 импульсов, четвертый вход соединен с выходом первого триггера 9, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера 16 и четвертым входом второго элемента И 18, пятый вход которого соединен с выходом третьего триггера 15 и вторым входом первого делителя 14 частоты, выход - с третьим входом третьего триггера 15, вторыми входами делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления, счетчика 5 октав, второго 17 и третьего 30 делителей частоты и с вторым входом четвертого триггера 16, третий вход которого соединен с выходом второго делителя 17 частоты, причем блок 23 фильтров содержит одно- вибратор 11, вход которого соединен с первым входом блока 23 фильтров, выход - со стробирующими входами первого 32 и второго 33 детекторов и первого 34 и второго 35 полосовых фильтров, выход первого из которых соединен с сигнальными входами второго полосового фильтра 35 и первого детектора 32 и входом третьего детектора 36, выход которого соединен с первым входом триггера 37, второй вход которого соединен с выходом второго детектора 33, сигнальный вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра 35 и первым выходом блока 23 фильтров, второй выход которого соединен с выходом триггера 37, второй вход - с входом регулируемого

усилителя 38, выход которого соединен с входом первого полосового фильтра 34, управляющий вход - с выходом первого детектора 32.

Устройство работает следующим образом.

Оператор устанавливает переключатели нот 3 и октав 6 в положения, соответствующие требуемой ноте, при этом выбирается

0 соответствующая строка преобразователя 2 кода, выполненного, например, в виде диодной матрицы, и устанавливается коэффициент деления делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления им5 пульсов кварцевого генератора 4. Импульсы с выхода делителя 1 поступают на счетчик 5 октав, требуемый разряд которого выбирается переключателем 6 октав. Таким образом, на выходе переключателя 6 октав

0 присутствуют импульсы, частота следования f0 которых пропорциональна табличным значениям нот музыкального строя. Частота f0 используется для управления дискретно-аналоговыми цепями блока 23

5 фильтров и после прохождения делителей 30 и 17 частоты для формирования эталонного интервала времени на выходе триггера 16 (То).

Акустический сигнал с датчика 21 (мик0 рофона) усиливается предварительным усилителем 22 и поступает на блок 23 фильтров, Отфильтрованный сигнал преобразуется в прямоугольные импульсы триггером 13 Шмидта, усредняется делителем 14 частоты

5 и поступает на счетный вход триггера 15 (Тх). Относительное отклонение настройки музыкального звука определяют по формуле Тх

0

D

х In

1200log2 х

lo

П N -г.

(1±ФЈ±1731

Nr

где Тх - длительность измеряемого интервала времени;

Т0 - длительность образцового интервала времени;

п - число импульсов образцовой частоты, прошедших за время, равное разности длительностей измеряемого и эталонного интервалов (показания индикатора);

No - число импульсов образцовой частоты, прошедших за время эталонного интервала.

Принимаем значение No 1728 28x64. При этом D ± п, т. е. показания индикатора будут представлены в центах.

Значение 27- коэффициент деления делителя 30 частоты, а 64 -делителя 17 частоты. Если коэффициент деления делителя 14

частоты принять равным делителю 17, а именно 64, то fo 27 FH, где FH - частота выбранной ноты.

Увеличить точность работы устройства можно, увеличив степень усреднения входного сигнала, увеличив коэффициент деления делителей 17 и 14, но при этом уменьшится быстродействие устройства.

Частота импульсов на выходе делителя 30 частоты равна эталонному значению частоты установленной ноты.

При включении звукового режима выключателями 27 и 28 прямоугольные импульсы поступают на вход блока 23 фильтров. Синусоидальный сигнал с выхода блока 23 фильтров усиливается звуковым усилителем 24 и воспроизводится громкоговорителем 25.

Блок 23 фильтров содержит два последовательно соединенных полосовых фильтра 34 и 35, причем первое звено 34 охвачено цепью автоматической регулировки усиления через детектор 32 и регулируемый усилитель 38. Для повышения помехоустойчивости и управления режимом памяти в блоке 23 фильтров применен двухуровневый компаратор, выполненный на RS-триг- гере 37 и двух детекторах 33 и 36. Логический уровень по шине 39 сигнализирует о наличии входного сигнала, причем RS-триггер 37 срабатывает при повышении уровня сигнала на детекторе 36 верхнего порогового уровня и возвращается в исходное состояние при уменьшении его уровня ниже нижнего порогового уровня.

Дискретно-аналоговые времязадаю- щие цепи полосовых фильтров 34 и 35, а также детекторов 32 и 33 выполнены, например, по принципу коммутируемых резисторов и управляются импульсами постоянной длительности, сформированными одновиб- ратором 31 из сигнала f0.

При отсутствии входного сигнала логический О на шине 39 устанавливает в 1 триггеры 16 (Т0) и 15 (Тх), поддерживает в исходном состоянии D-триггеры 26 и 12 и запрещает прохождение импульсов синхронизации с формирователя 19 импульсов через элемент И 18 по шине 40. Логическая Г с выхода триггера 15 (Тх) поддерживает в О делитель 14 частоты,

В непрерывном режиме контроля выключатель 29 режима памяти выключен. При этом на соответствующем входе элемента И 18 поддерживается логическая 1 (цепь поддержания логической 1 условно не показана).

После прихода звукового сигнала логическая Г на шине 39 разрешает работу триггеров 12, 15, 16 и 26, на индикаторе 20

отображается символ (например,С) и первый импульс, сформированный формирователем 20 импульсов, проходит через элемент И 21 и устанавливает в О счетчики 5 1, 5, 17 и 30, а также триггеры 16 (Т0) и 15 (Тх), при этом начинается формирование интервалов То и Тх, любой из логических нулей с выхода триггеров 15 и 16 закрывает элемент И 18, что запрещает формирование

0 импульсов синхронизации по шине 40. При проходе 64 периодов импульсов на входах счетчиков 17 и 14 на их выходах формируются уровни, устанавливающие триггеры 16 (То) и 15 (Тх) в состояние 1, что соответст5 вует окончанию эталонного и измеряемого интервалов времени. Разница интервалов времени выделяется на выходе элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т. е. формируется измерительный импульс. Знак отклонения

0 настройки формируется на выходе триггера 9 по переднему фронту измерительного импульса в зависимости от очередности завершения эталонного и измеряемого интервалов времени и отображается на ин5 дикаторе 23.

По переднему фронту измерительного импульса формирователь 10 импульса формирует короткий импульс, который устанавливает в О десятичный счетчик 11. На

0 время измерительного импульса открывается элемент И 7 и импульсы fo с выхода переключателя 6 октав проходят на счетный вход десятичного счетчика 11. После окончания измерительного импульса численное значе5 ние отклонения настройки (центы) отображается на индикаторе 20, включающем и необходимые дешифраторы.

Поскольку длительность счета, как минимум, в 34 раза меньше эталонного интер0 вала (при максимальном отклонении 50 центов), на индикаторе 20 будет отображаться только окончательное значение. Это позволило отказаться от регистра памяти результата измерения.

5Если отклонение настройки больше

предела измерения, то это приводит к переполнению десятичного счетчика 11. Сигнал переполнения закроет элемент И 7 и поступит на индикатор 20, где в зависимости от

0 знака отклонения будет отображен символ Настроено выше либо Настроено ниже. После окончания интервалов времени То и Тх открывается элемент И 18 и следующий импульс, сформированный формирова5 телем 19, производит по шине 40 предварительную установку схемы и цикл измерения повторяется, а на индикаторе 20 до следующего измерительного импульса отображается результат предыдущего измерения. По окончании музыкального звука

логический О по шине 39 приведет к погасанию символа С на индикаторе 20 и блокировке схемы, при этом на индикаторе 20 до следующего звука будет сохраняться значение последнего измерения.

Для включения режима памяти замыкают выключатель 29 памяти. При отсутствии музыкального сигнала D-триггеры 12 и 26 установлены в исходном положении. С приходом музыкального звука схема работает, как и в непрерывном режиме, причем на выходе D-триггера 12 присутствует логическая 1, не препятствующая формированию синхроимпульсов на шине 40. Первый импульс, сформированный формирователем 10, приведет к срабатыванию D-триггера 26, по второму импульсу срабатывает D-триггер 12 и логический О с его выхода закрывает элемент И 18, формирование дальнейших импульсов синхронизации по шине 40, т. е. процесс измерения прекращается. На индикаторе при этом символ С сменяется, например, символом П, Если при проведении первого либо второго отсчета произойдет переполнение десятичного счетчика 11, логический уровень с его выхода будет поддерживать D-триггер 12 в исходном состоянии. Причем импульс с выхода формирователя 10, следующий в начале следующего измерения, не приведет к срабатыванию D-триггера 12. Блокировка счета в режиме памяти производится только после прохождения второго отсчета, попавшего в диапазон работы устройства.

После окончания музыкального звука на индикаторе погаснет символ П, а значение отклонения настройки будет зафиксировано до следующего звука.

Повышение помехозащищенности достигается тем, что в режиме памяти фиксируется второй отсчет, попавший в диапазон измерения устройства, т. е, производится анализ музыкального звука и выбирается участок установившихся колебаний, но имеющих достаточную амплитуду, т. е. в наименьшей степени подверженный влиянию помех. Применение двухуровневого компаратора позволило, кроме повышения поме- хозащищенности на слабых звуках, обеспечить автоматический сброс памяти, т. е. производится синхронизация режима анализа музыкального звука.

Расширение функциональных возможностей достигается в результате введения режима звукового воспроизведения эталонных музыкальных нот, причем воспроизведение синусоидальных колебаний более предпочтительно по сравнению с прямоугольными импульсами, а осуществлено это с применением имеющегося фильтра. Кроме того, расширение функциональных возможностей достигается благодаря введению автоматически синхронизируемого от самого музыкального звука режима памяти,

что повышает удобство работы с устройством.

Кроме того, добавление на индикаторе символов С и П позволяет контролировать прохождение сигнала по цепям устройства, например если в процессе измерения мигнул символ С, то произошло биение звука ниже порогового значения и результат измерения можно подвергнуть сомнению. При контроле кратковременных звуков в режиме памяти должен загореться символ П. Если этого не происходит, то длительность устойчивого звучания мала и на индикаторе фиксируется только первое измерение. Следя за символами С и П, можно дополнительно повысить помехоустойчивость за счет исключения возможных промахов.

Формула изобретения

музыкальных инструментов, содержащее делитель частоты с переменным коэффициентом деления, группа входов которого через преобразователь кодов соединена с выходами переключателя нот, первый вход

соединен с выходом кварцевого генератора, выход - с первым входом счетчика октав, выходы которого соединены через переключатель октав с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с

выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с первым входом первого триггера и через первый формирователь импульсов с первыми входами десятичного счетчика импульсов и второго триггера, выход - с вторым

входом десятичного счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, триггер Шмитта, выход которого соединен с первым входом первого делителя частоты, выход которого соединен

с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера, второй делитель частоты, второй

элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, индикатор, акустический датчик, предварительный усилитель и блок фильтров, отличающееся тем, что, с целью

повышения помехозащищенности при одновременном расширении функциональных возможностей за счет акустического воспроизведения эталонных частот, в него введены пятый триггер, первый, второй и третий переключатели и третий делитель ч астоты, первый вход которого соединен с первым входом блока фильтров и с выходом переключателя октав, выход - с первым входом второго делителя частоты и замыкающим контактом первого переключателя, размыкающий контакт которого через предварительный усилитель соединен с выходом акустического датчика, переключающий контакт - с вторым входом блока фильтров, первый выход которого через триггер Шмит- та соединен с входом второго формирователя импульсов, а также через второй переключатель и усилитель звуковой частоты - с громкоговорителем, второй выход - с первым входом индикатора, с третьим входом второго триггера, первым входом пятого триггера, первым входом четвертого триггера, вторым входом третьего триггера и вторым входом элемента И, третий вход которого соединен с вторым входом индикатора и через третий переключатель с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим входом первого элемента И и третьим входом индикатора, четвертый вход - с выходом пятого триггера, второй вход которого соединен с первым входом второго триггера, группа входов индикатора соединена с выходами десятичного счетчика импульсов, четвертый вход соединен с выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом четвертого триггера и четвертым входом второго элемента И, пятый вход которого соединен с выходом третьего триггера и с вторым входом первого делителя частоты, выход - с

третьим входом третьего триггера, вторыми входами делителя частоты с переменным коэффициентом деления, счетчика октав, второго и третьего делителей частоты и вторым входом четвертого триггера, третий

-вход которого соединен с выходом второго делителя частоты.

входом блока фильтров, выход - со строби- рующими входами первого и второго детекторов и первого и второго полосовых фильтров, выход первого из которых соединен с сигнальными входами второго полосового фильтра и первого детектора и входов третьего детектора, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом второго детектора, сигнальный вход которого соединен с

выходом второго полосового фильтра и первым выходом блока фильтров, второй выход которого соединен с выходом триггера, второй вход - с входом регулируемого усилителя, выход которогб соединен с входом

первого полосового фильтра, управляющий вход - с выходом первого детектора.

to

цл -о -«J

Ю

ч -и -41 -и

м

С,