[发明专利]智能乐器校音器及其校音方法

说明书

本发明属于检验基于十二平均律原理的乐器音高的一种音准仪，特别是属于一种校验钢琴音高的音准仪。

根据检索资料，目前日本的乐器校音器，其特点是校音方法根据音频的频谱特征进行滤波和差拍，用以模拟仪表指针指示校音结果。表针指示校音结果在客观上总是存在读数误差。

本发明的目的在于提供一种全新的校音方法和一种能够实现对乐器音高的准确校准的校音器。

本发明所采用的方法是根据乐器音响的时域信号波形，直接分析出该音响的音高，并用四位数码管显示出来，数码管的前两位显示该音响相应于钢琴键盘上的键号;后两位显示音分。电子音叉的实现方法是利用单片机组成的电路的定时与计数功能，产生准确的钢琴的88个键的音准信号。

本发明所述的智能校音器是这样实现的：它包括微音器，微音器通过开关与放大器相连接，放大器输出端与比较器输入端相连接，比较器输出端与单片机相连接，单片机的P/O与位移寄存器、驱动器、放大器、存贮器、锁存器相连接，位移寄存器、驱动器又分别与四位LED数码管相连接，存贮器、锁存器彼此相连接，磁阻传感器则通过开关与放大器输入端相连接组成。各部件间用导线相连接。

校音器中的磁阻传感器是由永磁铁，与永磁体相连接的两块完全相同的电工软铁，两块电工软铁的一端所连接的两块完全相同的软垫、电工软铁上绕有的线圈所组成。两块电工软铁、两块软垫均相对横向永磁体中线对称布置。两块电工铁的一端面互成85°至95°，在两块电工铁上绕有线圈，磁阻传感器用开关联接在电路中。当校音器用于低音区时，则将磁阻传感器接在电路中，外廓呈长方体盒。

本发明所述的智能校音方法是这样实现的：一、时域波形特征：具有键盘或品位的乐器的音准规律都是基于十二平均率的，但各种乐器的音响的时域波形不同，其中波形其复杂的是钢琴低音域的音响波形。通过记忆示波器进行大量观察，发现以下时域波形特征①该时域波形是由音头、稳态段到音尾（衰变过程）三部分组成的瞬态信号;②稳态段是周期信号，音尾是衰减的周期信号，音头部分除含有周期信号外，还含有差频信号;③上述的周期信号是所敲键键音的基频，两最高峰之间的时间为此基频信号的周期，见附图5;④小高峰是大的谐波造成的。小高峰的数量基本上随音域的降低而增多，但最多不超过14个，相信小高峰的间隔时间t不是均匀相等的，但数量越多越接近相等，并且最高峰两侧的小高峰与最高峰间隔不小于最小的小高峰间隔（见附图5中tn、t1）。设最小的小高峰间隔为t_min则有：

tn＞t_min

t1＞t_min……（1）

若以t_av表示这些间隔的平均值，有下列关系：

t_min＜ (tav)/2 ……（2）

二、分析原理及方法：根据以上时域波形特征，可以看出只要测量出稳态段的Tn，便可计算出该键的音高。用计算机实现测量及数据处理的原理及方法为（1）根据各预测键的音准，单片机由程序确定出门开度①门开度的定义与计算公式，计算机在接收到第一个脉冲后，只接受在一定时间范围内的第二个脉冲，如此时间范围为（Tn-t）至（Tn+t），则门开度：

Dop＝ 1/2 〔（Tn+t）-（Tn-t）〕＝t……（3）

式中Dop的单位为时间单位，若采用音分为单位，以Dopc表示，则

Dopc＝ 1/2 〔（Xn+Cn）-（Xn-Cn）〕＝Cn……（4）

式中Xn表示某个琴键的音准符号，Cn表示音分。门开度设定公式：

Dopc = 1 K(1 - 2－11200)……(5)]]>

式中K＝Tn/tmin……（6）（K为门开度常数，Tn为两最高峰的时间间隔，tmin为t的最小值，见附图5）。②门开度常数K的选择：根据第一节所述的信号时域波形特征（4），取最小高峰数为15，tmin为平均间隔的二分之一，代入式（6）得：