專利名稱：：音樂燈光電子變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種用彩色燈光表現(xiàn)音樂細(xì)節(jié)的電子變換器。目前，舞臺上的各種音樂燈光裝置，在一定程度上增強(qiáng)了音樂的表現(xiàn)力，隨著音樂氣氛的不同，燈光的色彩、強(qiáng)弱以及閃爍節(jié)奏也發(fā)生變化。然而它們普遍存在燈光效果與音樂效果不能統(tǒng)一為一體的不足，通常只是設(shè)定次序的色彩交替或簡單地加以音強(qiáng)控制光強(qiáng)，音樂節(jié)奏控制閃爍節(jié)奏?？傊?，音樂細(xì)節(jié)不能被燈光完全表現(xiàn)出來。本實用新型的目的是提供一種音樂燈光電子變換器，能以樂音三要素(音強(qiáng)、音高、音色)—一對應(yīng)地同步控制色光三要素(即亮度、色調(diào)、色飽和度)從而達(dá)到高度的聲光結(jié)合，視聽一體。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的根據(jù)下述原理音樂理論認(rèn)為樂音有三要素—音強(qiáng)、音高、音色。音強(qiáng)是指音的強(qiáng)弱，由樂音振幅決定；音高是指音的高低，由樂音基頻決定；音色是指音的特色質(zhì)量，由樂音泛音決定。把音高在一個純八度音程內(nèi)分為12個音級C、＃C、D、＃D、E、F、＃F、G、#G、A、＃A、B。任意相鄰的兩個音級的頻率比為定值21/12，任一音級升高(或降低)一個純八度后，其頻率增加(或減少)一倍。色度學(xué)理論認(rèn)為色光有三要素-亮度、色調(diào)、色飽和度。亮度是指色光所引起的人眼的明暗視覺程度，由光的強(qiáng)度決定；色調(diào)是指光的顏色，由光的頻率決定；色飽和度是指光的顏色的深淺程度，由色光中白光成分的多少決定。三基色原理認(rèn)為，各種彩色光都可以由彼此相互獨立的三種基色光按一定的比例相加(或相減)混配而成；兩種基色相加混成飽和色，三種基色相加可得非飽和色。根據(jù)人眼的視覺暫留特性，其混色方式可以采用時間式相加混色法即將三種(或兩種)色光按一定的順序和速率輪流照射，三基色一般采用紅綠藍(lán)(國際照明委員會規(guī)定波長分別為7000,5461,4358)。根據(jù)上述原理本實用新型的設(shè)計方案為彩色光源采用三基色組合燈(即亮度相等的紅、綠、藍(lán)三種基色燈和白色燈共同設(shè)置在一個燈罩內(nèi))，音樂信號通過信號拾取及分解電路單元，輸入專用數(shù)字電路單元和觸發(fā)電路單元，驅(qū)動主電路單元工作，控制彩色光源的變化。信號拾取及分解電路單元為成熟技術(shù)，它將音樂信號解析出代表細(xì)節(jié)的音強(qiáng)A(模擬信號)，音高F(基頻方波)，音色D3D2D1D0(泛音數(shù)字信號)；觸發(fā)電路單元也是成熟技術(shù)，采用控制角自動調(diào)控式單結(jié)晶體管觸發(fā)(晶閘管)電路和光電藕合器觸發(fā)(功率晶體管或功率場效應(yīng)管)電路；主電路單元采用晶閘管單相橋式半控整流，串聯(lián)電抗器加并聯(lián)電容器平波，整流(二極)管續(xù)流和功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)斬波電路，其主要電子元件及連接關(guān)系為兩支晶閘管和兩支整流(二極)管接成橋式半控整流電路，此兩支晶閘管分別并聯(lián)RC保護(hù)，陰極接在一起作為整流輸出的正極，門極接在一起作為觸發(fā)端，再用一支整流(二極)管的負(fù)極，正極分別連接整流輸出的正極，負(fù)極。整流輸出的一極連接一個電抗器的一端，電抗器的另一端連接一只電容器的一端，并作為平波輸出的一個極，電容器的另一端連接整流輸出的另一極，并作為平波輸出的另一極，平波輸出的負(fù)極連接四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的發(fā)射極(或陰極)，該四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的集電極(或陽極)分別連接三基色組合燈中紅，綠，藍(lán)，白四色燈的一端，四色燈的另一端共同接到平波輸出的正極，這四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的基極(或柵極)作為四個控制端；專用數(shù)字電路單元設(shè)置16個外按端四個脈沖輸出端Q0Q1Q2Q3，四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D3D2D1D0，基頻方波輸入端F，定時時鐘輸入端T，自動/音控轉(zhuǎn)換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S，+5V電源端Vcc，接地端GND；該單元由2片雙四位二進(jìn)制計數(shù)器(74LS393)，2片四位數(shù)據(jù)比較器(74LS85)，2片雙JK觸發(fā)器(74LS73A)，1片八位數(shù)據(jù)鎖存器(74LS273)，1片555時基電路，12個非門，4個2輸入正與非門，12個2輸入正或非門，6個3輸入正或非門，5個4輸入正或非門和1個帶選通端的4輸入正或非門組建而成。上述基本邏輯門除了兩個非門和兩個2輸入正與非門另有他用外，余下的用來實現(xiàn)三個邏輯控制器信號選通器，脈沖分配器和定時控制器，具體連接關(guān)系按下面的邏輯式(不要化簡)實現(xiàn)。信號選通器的輸出CK和輸入A3，F(xiàn)，T/F的邏輯式為脈沖分配器的輸出Q0Q1Q2Q3和輸入QQB0B1B2WLH的邏輯關(guān)系為定時控制器的輸出C0C1C2和輸入T/F，S，N，E，A0A1A2A3的邏輯關(guān)系為(上式中的＂與＂關(guān)系田帶選通端的4輸入正或非門的選通端實現(xiàn))兩片74LS393(雙四位二進(jìn)制計數(shù)器)中的第一個四位二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)輸入端作為定時時鐘輸入端T，其四位數(shù)據(jù)輸出端A0A1A2A3分別連接定時控制器的對應(yīng)輸入端。A3連接信號選通器的對應(yīng)輸入端，第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)輸入端連接由1片555接成的方波發(fā)生器的方波輸出端，其四位數(shù)據(jù)輸出端對應(yīng)連接兩片74LS85(四位數(shù)據(jù)比較器)每片的第一組數(shù)據(jù)輸入端；余下的兩個四位二進(jìn)制計數(shù)器接成一個八位二進(jìn)制計數(shù)器，其計數(shù)輸入端接信號選通器的輸出CK，其低七位數(shù)據(jù)輸出對應(yīng)連接74LS273(八位數(shù)據(jù)鎖存器)的低七位數(shù)據(jù)輸入端；74LS273輸出的低七位數(shù)據(jù)中的高三位B2B1B0分別連接到脈沖分配器的對應(yīng)輸入端，低四位對應(yīng)連接到第一片74LS85的第二組數(shù)據(jù)輸入端；第一片74LS85的“相等”信號輸出經(jīng)一個非門后接到兩片74LS73A(雙JK觸發(fā)器)中的第一個觸發(fā)器的清零端，該觸發(fā)器的觸發(fā)端連接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的最高位，該觸發(fā)器的輸出端QQ分別接到脈沖分配器的對應(yīng)輸入端；第二片74LS85的第二組數(shù)據(jù)輸入端作為四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D0D1D2D3，其＂相等＂信號輸出經(jīng)一個非門后接到兩片74LS73A中的第二個觸發(fā)器的清零端，該觸發(fā)器的觸發(fā)端接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的最高位，該觸發(fā)器的反相輸出端接到脈沖分配器的W端；定時控制器的輸出端C0連接74LS273的鎖存端，C2連接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器和八位二進(jìn)制計數(shù)器的清零端，C1連接兩片74LS73A中第三個觸發(fā)器的清零端；八位二進(jìn)制計數(shù)器輸出的第4，5位經(jīng)過一個2輸入正與非門后接到第三個觸發(fā)器的觸發(fā)端，該觸發(fā)器的反相輸出端接到定時控制器的E端，八位二進(jìn)制計數(shù)器的第5，6位輸出經(jīng)過一個2輸入正與非門后接定時控制器的N端；上述三個觸發(fā)器的J端接+5V電源，K端接地。專用數(shù)字電路單元最好按上述芯片的邏輯功能及連接關(guān)系集成為一片專用的16引腳雙列直插式數(shù)字芯片。專用數(shù)字電路單元的F端接入音高信號F，四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D0D1D2D3接音色信號(四位泛音數(shù)據(jù))，T端外接定時時鐘信號。L，H，S，T/F作為外部控制端，四個脈沖輸出端Q0Q1Q2Q3分別連接觸發(fā)電路單元中四個光電耦合器的控制端，四個光電耦合器的觸發(fā)脈沖輸出端對應(yīng)連接主電路單元中控制紅、綠、藍(lán)、白四色燈的四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的空制端；音強(qiáng)信號A接到觸發(fā)電路單元中單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)控端，單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖輸出端連接主電路單元中兩個晶閘管的門極。由上述技術(shù)方案可知本實用新型可使音樂信號變化細(xì)致對應(yīng)于燈光變化，是一種良好的文娛設(shè)備，而且電路原理科學(xué)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，純硬件實現(xiàn)，便于集成。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。圖1是本實用新型的電路原理框圖。圖2是本實用新型中專用數(shù)字電路單元的電路圖。圖3是本實用新型中主電路單元和觸發(fā)電路單元的電路圖。在圖1中，虛線框中的部分為信號拾取及分解電路單元，為現(xiàn)有技術(shù)，不必詳述。它將音樂信號解析出音強(qiáng)信號A，音高信號F，音色信號D3D2D1D0。F和D3D2D1D0接到專用數(shù)字電路單元，由專用數(shù)字電路單元形成占空比分別受F和D3D2D1D0調(diào)控的方波信號Q0Q1Q2和Q3，對應(yīng)接到觸發(fā)電路單元的控制端，音強(qiáng)信號A直接連接觸發(fā)電路單元的對應(yīng)控制端；觸發(fā)電路單元發(fā)出四路觸發(fā)脈沖信號，接到主電路單元的對應(yīng)觸發(fā)端，主電路單元的輸出控制三基色組合燈中紅、綠、藍(lán)、白四種色燈的通斷。在圖2中，1，2-74LS393，3-74LS273，4-NE555，5，6-74LS85，7，8-74LS73A；基本邏輯門組成的三個邏輯器(虛線框中)9-信號選通器，10-脈沖分配器，11-定時控制器；基本邏輯門12-74LS02，13-74LS27，14-74L25，15-74LS00，16-74LS04基本邏輯門的具體引腳圖中未標(biāo)注，因為每片芯片中都有多個基本邏輯門。具體引腳隨印刷線路板布線方便而定。其它芯片的引腳及連接關(guān)系畫在圖中。該單元的16個外接端為+5V電源，接地端；四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D3D2D1D0；四個脈沖輸出端Q0Q1Q2Q3，對應(yīng)連接圖3中相同標(biāo)號的控制端；基頻方波輸入端F；定時時鐘輸入端T；四個外部控制端自動/音控轉(zhuǎn)換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S。專用數(shù)字電路單元的工作過程由1片555接成的方波發(fā)生器輸出頻率為16×50Hz使得第一個觸發(fā)器的輸出Q、Q和第二個觸發(fā)器的反相輸出為50Hz，保證了Q0Q1Q2Q3均為50Hz；只要L＝1，就有Q0＝Q1＝Q2=Q3＝0；當(dāng)L＝0時，只要H＝1就有Q0＝Q1＝Q2＝Q3＝1當(dāng)L＝H＝0時，如果T/F＝0，F(xiàn)端接入的音高信號被選通；設(shè)T端輸入的定時時鐘頻率為24.480Hz，并且當(dāng)S＝0時，定時控制器的輸出C0為1.530Hz，那么所取12個音級(在一個八度內(nèi))的頻率與對應(yīng)于74LS273鎖存的數(shù)據(jù)見表1表1</tables>這樣B2B1B0只出現(xiàn)三組數(shù)據(jù)，使得Q、Q被脈沖分配器分配給Q0Q1Q2中的某兩個，具體對應(yīng)關(guān)系見表2表2</tables>其中QQ的占空比之和恒為1，即λQ+λQ＝1并且λQ正比于74LS273鎖存的低四位數(shù)據(jù)；表1中的數(shù)據(jù)值和表2中的對應(yīng)關(guān)系對于以上述八度開始的五個八度均是不變的。Q3與Q0Q1Q2是獨立的，且不受T/F，S的控制，其占空比正比于四位泛音數(shù)據(jù)值。當(dāng)T/F＝1時，F(xiàn)端被禁止，代之的是A3給八位二進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)，并且定時控制器的輸出C1＝N，C2=N，C0=A0+A1+A2+A3&OverBar;,]]>這等效于F連續(xù)增加，八位二進(jìn)制計數(shù)器的數(shù)據(jù)每隔1/1.530秒被鎖存一次，到其數(shù)據(jù)的第5，6位均為高電平時該計數(shù)器被清零而重新計數(shù)。當(dāng)S＝1時，Q0Q1Q2與Q，Q的對應(yīng)關(guān)系和占空比均被鎖定下來。在圖3中，虛線框中的部分為主電路單元，其余部分為觸發(fā)電路單元。主電路單元和觸發(fā)電路單元的工作過程專用數(shù)字電路單元的輸出信號Q0Q1Q2Q3通過觸發(fā)電路單元中的光電耦合器T17-T20而對應(yīng)控制與紅、綠、藍(lán)、白四種色燈(R，G，B，W)相串聯(lián)的功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)K1-K4的通斷，從而控制三種基色燈和白色燈的通斷。因為總是其中的兩種基色燈輪流通斷，同時另外一種基色燈斷路，即每一時刻總有且只有一種基色燈通路；又因為三種基色燈亮度相等，所以，當(dāng)主電路中的直流(供電)電壓一定時，三種基色燈混配出亮度相等的各種飽合色光。由于Q0Q1Q2Q3的占空比(決定混配比例)由F決定，從而使色調(diào)隨音高和諧變化；由專用數(shù)字電路單元的工作過程知，音高與色調(diào)對應(yīng)規(guī)律D-紅，E-橙，F(xiàn)-黃，G-綠，A-青，B-藍(lán)，其它音級(與上述音級在同一八度內(nèi))對應(yīng)的色調(diào)介于上述七種色調(diào)之間，根據(jù)音樂調(diào)式所需，可以微調(diào)定時時鐘的頻率而順序推前或推后上述對應(yīng)關(guān)系。Q3空制的白色燈的通斷與三種基色燈的通斷是獨立的，可以調(diào)節(jié)各種色光的色飽和度。由于Q3的占空比與D3D2D1D0的值成正比，從而音色越渾厚色飽和度越大。220伏市電經(jīng)T1-T4組成的晶閘管單相橋式半控整流電路，電抗器T6，電容T7濾波形成R，G，B，W的直流供電電壓。音強(qiáng)信號A通過控制單結(jié)管(BT)觸發(fā)電路所發(fā)出的觸發(fā)脈沖的延遲時間來控制主電路中晶閘管T1、T2的導(dǎo)通角，A增強(qiáng)(或減弱)時，導(dǎo)通角增大(或減小)，從而使主電路中的直流(供電)電壓近似與A成線性比例，即色光亮度與音強(qiáng)近似為線性比例。該單元的外接端A端接入音強(qiáng)信號(模擬信號)，控制端Q0Q1Q2Q3對應(yīng)連接專用數(shù)字電路單元(圖2中)相同標(biāo)號的脈沖輸出端。布線及外殼本實用新型對布線及外殼無特殊要求，故不給出布線圖及外殼圖。權(quán)利要求1.一種音樂燈光電子變換器，采用三基色組合燈作為彩色光源，音樂信號通過信號拾取及分解電路單元，輸入專用數(shù)字電路單元和觸發(fā)電路單元，驅(qū)動主電路單元工作，控制彩色光源的變化，其特征是主電路單元采用晶閘管單相橋式半控整流，串聯(lián)電抗器加并聯(lián)電容器平波，整流(二極)管續(xù)流和功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)斬波電路，其主要電子元件及連接關(guān)系為；兩支晶閘管和兩支整流(二極)管接成橋式半控整流電路，晶閘管的陰極接在一起作為整流輸出的正極，門極接在一起作為觸發(fā)端，整流輸出的一極連接一個電抗器的一端，電抗器的另一端連接一只電容器的一端，并作為平波輸出的一個極，電容器的另一端連接整流輸出的另一極，并作為平波輸出的另一極，平波輸出的負(fù)極連接四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的發(fā)射極(或陰極)，該四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的集電極(或陽極)分別連接三基色組合燈中紅，綠，藍(lán)，白四色燈的一端，四色燈的另一端共同接到平波輸出的正極，這四個功率晶體管(或功率場效應(yīng)管)的基極(或柵極)作為四個控制端；專用數(shù)字電路單元設(shè)置16個外接端四個脈沖輸出端Q0Q1Q2Q3，四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D3D2D1D0，基頻方波輸入端F，定時時鐘輸入端T，自動/音控轉(zhuǎn)換端T/F，滅燈鎖定端L，白光鎖定端H，色光鎖定端S，+5V電源端Vcc，接地端GND；該單元由2片雙四位二進(jìn)制計數(shù)器(74LS393)，2片四位數(shù)據(jù)比較器(74LS85)，2片雙JK觸發(fā)器(74LS73A)，1片八位數(shù)據(jù)鎖存器(74LS273)1片555時基電路，12個非門，4個2輸入正與非門，12個2輸入正或非門，6個3輸入正或非門，5個4輸入正或非門和1個帶選通端的4輸入正或非門組建而成上述基本邏輯門除了兩個非門和兩個2輸入正與非門另有他用外，余下的用來實現(xiàn)三個邏輯控制器--信號選通器，脈沖分配器和定時控制器，具體連接關(guān)系按下面的邏輯式(不要化簡)實現(xiàn)，信號選通器的輸出CK和輸入A3，F(xiàn)，T/F的邏輯式為脈沖分配器的輸出Q0Q1Q2Q3和輸入QQB0B1B2WLH的邏輯關(guān)系為定時控制器的輸出C0C1C2和輸入T/F，S，N，E，A0A1A2A3的邏輯關(guān)系為(上式中的＂與＂關(guān)系由帶選通端的4輸入正或非門的選通端實現(xiàn))兩片74LS393(雙四位二進(jìn)制計數(shù)器)中的第一個四位二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)輸入端作為定時時鐘輸入端T，其四位數(shù)據(jù)輸出端A0A1A2A3分別連接定時控制器的對應(yīng)輸入端，A3連接信號選通器的對應(yīng)輸入端，第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)輸入端連接由1片555接成的方波發(fā)生器的方波輸出端，其四位數(shù)據(jù)輸出端對應(yīng)連接兩片74LS85(四位數(shù)據(jù)比較器)每片的第一組數(shù)據(jù)輸入端；余下的兩個四位二進(jìn)制計數(shù)器接成一個八位二進(jìn)制計數(shù)器，其計數(shù)輸入端接信號選通器的輸出CK，其低七位數(shù)據(jù)輸出對應(yīng)連接74LS273(八位數(shù)據(jù)鎖存器)的低七位數(shù)據(jù)輸入端；74LS273輸出的低七位數(shù)據(jù)中的高三位B2B1B0分別連接到脈沖分配器的對應(yīng)輸入端，低四位對應(yīng)連接到第一片74LS85的第二組數(shù)據(jù)輸入端；第一片74LS85的＂相等＂信號輸出經(jīng)一個非門后接到兩片74LS73A(雙JK觸發(fā)器)中的第一個觸發(fā)器的清零端，該觸發(fā)器的觸發(fā)端連接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的最高位，該觸發(fā)器的輸出端QQ分別接到脈沖分配器的對應(yīng)輸入端；第二片74LS85的第二組數(shù)據(jù)輸入端作為四個泛音數(shù)據(jù)輸入端D0D1D2D3，其＂相等＂信號輸出經(jīng)一個非門后接到兩片74LS73A中的第二個觸發(fā)器的清零端，該觸發(fā)器的觸發(fā)端接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器的最高位，該觸發(fā)器的反相輸出端接到脈沖分配器的W端；定時控制器的輸出端C0連接74LS273的鎖存端，C2連接第二個四位二進(jìn)制計數(shù)器和八位二進(jìn)制計數(shù)器的清零端，C1連接兩片74LS73A中第三個觸發(fā)器的清零端；八位二進(jìn)制計數(shù)器輸出的第4，5位經(jīng)過一個2輸入正與非門后接到第三個觸發(fā)器的觸發(fā)端，該觸發(fā)器的反相輸出端接到定時控制器的E端，八位二進(jìn)制計數(shù)器的第5，6位輸出經(jīng)過一個2輸入正與非門后接到定時控制器的N端；上述三個觸發(fā)器的J端接+5V電源，K端接地。2.根據(jù)權(quán)利1所述的音樂燈光電子變換器，其特征是專用數(shù)字電路單元按權(quán)利1中所述的具體邏輯電路和外接端集成為一片專用的16腳雙列直插式數(shù)字芯片。專利摘要本實用新型是一種音樂燈光電子變換器，適用于舞臺，舞廳燈光布置和音響器材配套裝飾；本變換器利用信號拾取及分解電路將音樂信號解析出代表音樂細(xì)節(jié)的音強(qiáng)，音高，音色信號，通過專用數(shù)字電路處理產(chǎn)生占空比受控于音高的三路方波信號和占空比受控于音色的一路方波信號，與音強(qiáng)信號一起通過觸發(fā)電路控制主電路中整流輸出的直流供電電壓和斬波占空比，從而使三基色組合燈混配出亮度，色調(diào)，色飽和度和諧于音強(qiáng)，音高，音色的色光。文檔編號H05B39/04GK2261133SQ94246410公開日1997年8月27日申請日期1994年12月3日優(yōu)先權(quán)日1994年12月3日發(fā)明者張朝輝,郭九苓申請人:郭九苓