基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器及其自動調(diào)音方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，包括音頻信號預(yù)處理電路，其信號輸入端接收待調(diào)音弦樂器的音頻信號，所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸出端與頻率比對模塊的信號輸入端相連，所述頻率比對模塊的信號輸出端與電機控制模塊的信號輸入端相連，電機控制模塊內(nèi)的步進電機通過聯(lián)軸器與待調(diào)音的樂器弦軸相連。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器的自動調(diào)音方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過音頻信號預(yù)處理電路實現(xiàn)對音頻信號的采集及處理，在預(yù)處理之后，頻率比對模塊對信號進行FFT處理得到音頻的基波頻率，再將基波頻率與標準空弦頻率比對，最后由對比結(jié)果實施對步進電機的控制，直至調(diào)音完成。

Automatic electronic tuner based on FFT audio processing and automatic tuning method thereof

The invention relates to an automatic electronic tuner based on FFT audio processing, including preprocessing circuit of audio signal, audio signal receiving the signal input string to be tuned, the signal input of the audio signal processing circuit and signal output end of the frequency comparison module is connected with the signal input signal output of the frequency ratio module end and the motor control module is connected with the motor control module of the stepper motor is connected through the coupling and tuning the strings for musical instruments. The invention also discloses an automatic tuning method of an automatic electronic tuner based on FFT audio processing. The invention realizes the acquisition and processing of the audio signal by the audio signal pretreatment circuit, in after pretreatment, the frequency comparison module of signal processing FFT get the fundamental frequency of audio, the fundamental frequency and the standard frequency ratio on the empty string, and finally by the comparison results of the implementation of stepper motor control, until the completion of the tuning.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器及其自動調(diào)音方法
本專利技術(shù)涉及FFT音頻處理
，尤其是一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器及其自動調(diào)音方法。
技術(shù)介紹
調(diào)音器屬于樂器的輔助工具，是用于各種弦樂器調(diào)音的電子設(shè)備。目前弦樂器采用的調(diào)音工具及缺點如下：1、音笛：通過其自身固定的幾個音，吹奏音笛來發(fā)出標準音，使用者自行判斷琴弦音的高低，從而自行調(diào)試；這類調(diào)音裝置對使用者的辨音能力要求極高，主要適用對象是經(jīng)驗豐富的樂器演奏者、使用者，對于初學(xué)者并不適用。2、電子調(diào)音器：電子調(diào)音器拾音一般有兩種原理，一個是聲音原理，一個是振動原理；其中，聲音原理其實就是根據(jù)調(diào)音器的內(nèi)置拾音器收集樂器的聲音，通過分析判斷該音的音高，這種方法一般比較容易收外界干擾，因此準確性有點難說；大部分調(diào)音器是使用振動原理的，也就是當撥動琴弦時，琴弦發(fā)出震動，由于不同的弦在發(fā)出不同的音時振動的頻率是不一樣的，調(diào)音器能夠根據(jù)這些振頻來判斷音高，用單片機對音高的誤差進行計算，并把頻率的誤差轉(zhuǎn)換為音樂上所用的音分的誤差，再通過發(fā)光二極管顯示出來，但這種調(diào)音器僅能實現(xiàn)聲音信號的采集和單片機控制下的頻率比對，最后需要手動調(diào)節(jié)。3、手機軟件調(diào)音：通過手機的麥克風(fēng)拾音，音頻處理部分與電子調(diào)音器類似，通過音頻處理得到音的頻率，與標準空弦頻率進行比對，顯示在手機屏幕上。同樣最后需要根據(jù)顯示頻率的高低進行手動調(diào)節(jié)。4、Roadie自動調(diào)弦器：RoadieTuner內(nèi)置藍牙模塊，配合手機APP使用，把它放在琴鈕上，手機放在吉他附近，依次撥弦Roadie便可自動為吉他調(diào)音；除木吉他外Roadie也可以給電吉他調(diào)音，不過需要電吉他連接轉(zhuǎn)接器接到手機上。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的首要目的在于提供一種能夠解決弦樂調(diào)音問題，實現(xiàn)調(diào)音過程自動化并保證高調(diào)音精度的基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了以下技術(shù)方案：一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，包括：音頻信號預(yù)處理電路，采集待調(diào)音弦樂器的聲音信號并轉(zhuǎn)換為電信號，對其進行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的信號輸出到頻率比對模塊；頻率比對模塊，采用STC15F2K60S2單片機，將音頻信號預(yù)處理電路得到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)的處理，該處理包括通過傅立葉變換完成時域到頻域的轉(zhuǎn)換，濾除高次諧波和噪聲，測量出待調(diào)音弦樂器的基波頻率；將該基波頻率與標準空弦頻率比較，判斷出步進電機下一次的轉(zhuǎn)動方向，直到所測基波頻率達到標準空弦頻率誤差范圍內(nèi)；電機控制模塊，通過驅(qū)動芯片驅(qū)動，使步進電機帶動待調(diào)音弦樂器的琴弦轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)調(diào)音；所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸入端接收待調(diào)音弦樂器的音頻信號，所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸出端與頻率比對模塊的信號輸入端相連，所述頻率比對模塊的信號輸出端與電機控制模塊的信號輸入端相連，電機控制模塊內(nèi)的步進電機通過聯(lián)軸器與待調(diào)音弦樂器的弦軸相連。所述音頻信號預(yù)處理電路包括：咪頭采集電路，用于采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，并將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號；放大電路，用于放大咪頭采集電路的輸出電信號來匹配STC15F2K60S2單片機的輸入電平；咪頭采集電路的輸入端采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，咪頭采集電路的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與STC15F2K60S2單片機的輸入端相連。所述電機控制模塊采用L298N電機驅(qū)動芯片，其5、7、10、12引腳接音頻信號預(yù)處理電路的信號輸出端，其6、11引腳接+5V電源，其8、1、5引腳接地，其2、3、13、14引腳接步進電機。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器的自動調(diào)音方法，該方法包括下列順序的步驟：（1）啟動調(diào)音器，連接聯(lián)軸器與待調(diào)音弦樂器的弦軸，用戶拉響待調(diào)音弦樂器的琴弦，音頻信號預(yù)處理電路采集琴弦的音頻信號；（2）音頻信號預(yù)處理電路將采集到的音頻信號進行放大、濾波、整形處理后輸入STC15F2K60S2單片機，通過FFT變換測出聲音信號頻率并輸出至對頻率對比模塊；（3）頻率對比模塊實時測量處理后的音頻信號頻率，并對比標準空弦頻率，根據(jù)對比結(jié)果，輸出控制信號控制步進電機正/反轉(zhuǎn)帶動待調(diào)音弦樂器的弦軸，調(diào)節(jié)琴弦松緊，實時跟蹤，直至采集的音頻信號基波頻率置于標準空弦頻率誤差允許的區(qū)間內(nèi)。所述頻率對比模塊的頻率比對方法具體如下：測出聲音信號的頻率后，將測出的聲音信號頻率，也就是待調(diào)音弦樂器的基波頻率與標準空弦頻率進行比較，若所測基波頻率小于標準空弦頻率且差值超過0.5HZ，則調(diào)用電機正轉(zhuǎn)程序使步進電機正向轉(zhuǎn)動，從而拉緊琴弦，頻率逐漸增大；若所測基波頻率大于標準空弦頻率且差值超過0.5HZ，則調(diào)用電機反轉(zhuǎn)程序使步進電機反向轉(zhuǎn)動，從而放松琴弦，頻率逐漸減小；當所測基波頻率處在標準空弦頻率上下0.5HZ區(qū)間內(nèi)時，則調(diào)用電機停轉(zhuǎn)程序使步進電機停止轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)工作完成。由上述技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：第一，本專利技術(shù)通過音頻信號預(yù)處理電路實現(xiàn)對音頻信號的采集及處理，在處理之后，頻率比對模塊實時對比音頻信號頻率與標準空弦頻率，最后由對比結(jié)果實施對步進電機的控制，直至調(diào)音完成；第二，用戶可以在STC15F2K60S2單片機上實時了解當前音頻頻率，保證測量過程的精確性；第三，本專利技術(shù)應(yīng)用為弦樂調(diào)音提供巨大的便利，解決了弦樂調(diào)音的復(fù)雜問題，應(yīng)用在各種需要調(diào)音的場合，極大地實現(xiàn)了調(diào)音的快速性與精確性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的系統(tǒng)組成框圖；圖2為圖1中音頻信號預(yù)處理電路的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3為頻率比對模塊的工作流程圖；圖4為電機控制模塊的電路原理圖；圖5為聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式如圖1、5所示，一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，包括：音頻信號預(yù)處理電路1，采集待調(diào)音弦樂器的聲音信號并轉(zhuǎn)換為電信號，對其進行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的信號輸出到頻率比對模塊2；頻率比對模塊2，采用STC15F2K60S2單片機，將音頻信號預(yù)處理電路得到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)的處理，該處理包括通過傅立葉變換完成時域到頻域的轉(zhuǎn)換，濾除高次諧波和噪聲，測量出待調(diào)音弦樂器的基波頻率；將該基波頻率與標準空弦頻率比較，判斷出步進電機5下一次的轉(zhuǎn)動方向，直到所測基波頻率達到標準空弦頻率誤差范圍內(nèi)；電機控制模塊3，通過驅(qū)動芯片驅(qū)動，使步進電機5帶動待調(diào)音弦樂器的琴弦轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)調(diào)音；所述音頻信號預(yù)處理電路1的信號輸入端接收待調(diào)音弦樂器的音頻信號，所述音頻信號預(yù)處理電路1的信號輸出端與頻率比對模塊2的信號輸入端相連，所述頻率比對模塊2的信號輸出端與電機控制模塊3的信號輸入端相連，電機控制模塊3內(nèi)的步進電機5通過聯(lián)軸器4與待調(diào)音弦樂器的弦軸6相連。如圖2所示，所述音頻信號預(yù)處理電路1包括：咪頭采集電路，用于采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，并將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號；放大電路，用于放大咪頭采集電路的輸出電信號來匹配STC15F2K60S2單片機的輸入電平；咪頭采集電路的輸入端采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，咪頭采集電路的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與STC15F2K60S2單片機的輸入端相連。如圖4所示，所述電機控制模塊3采用L298N電機驅(qū)動芯片，其5、7、10、12引腳接音頻信號預(yù)處理電路1的信號輸出端，其6、11引腳接+5V電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，其特征在于：包括：音頻信號預(yù)處理電路，采集待調(diào)音弦樂器的聲音信號并轉(zhuǎn)換為電信號，對其進行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的信號輸出到頻率比對模塊；頻率比對模塊，采用STC15F2K60S2單片機，將音頻信號預(yù)處理電路得到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)的處理，該處理包括通過傅立葉變換完成時域到頻域的轉(zhuǎn)換，濾除高次諧波和噪聲，測量出待調(diào)音弦樂器的基波頻率；將該基波頻率與標準空弦頻率比較，判斷出步進電機下一次的轉(zhuǎn)動方向，直到所測基波頻率達到標準空弦頻率誤差范圍內(nèi)；電機控制模塊，通過驅(qū)動芯片驅(qū)動，使步進電機帶動待調(diào)音弦樂器的琴弦轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)調(diào)音；所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸入端接收待調(diào)音弦樂器的音頻信號，所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸出端與頻率比對模塊的信號輸入端相連，所述頻率比對模塊的信號輸出端與電機控制模塊的信號輸入端相連，電機控制模塊內(nèi)的步進電機通過聯(lián)軸器與待調(diào)音弦樂器的弦軸相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，其特征在于：包括：音頻信號預(yù)處理電路，采集待調(diào)音弦樂器的聲音信號并轉(zhuǎn)換為電信號，對其進行預(yù)處理，將預(yù)處理得到的信號輸出到頻率比對模塊；頻率比對模塊，采用STC15F2K60S2單片機，將音頻信號預(yù)處理電路得到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)的處理，該處理包括通過傅立葉變換完成時域到頻域的轉(zhuǎn)換，濾除高次諧波和噪聲，測量出待調(diào)音弦樂器的基波頻率；將該基波頻率與標準空弦頻率比較，判斷出步進電機下一次的轉(zhuǎn)動方向，直到所測基波頻率達到標準空弦頻率誤差范圍內(nèi)；電機控制模塊，通過驅(qū)動芯片驅(qū)動，使步進電機帶動待調(diào)音弦樂器的琴弦轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)調(diào)音；所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸入端接收待調(diào)音弦樂器的音頻信號，所述音頻信號預(yù)處理電路的信號輸出端與頻率比對模塊的信號輸入端相連，所述頻率比對模塊的信號輸出端與電機控制模塊的信號輸入端相連，電機控制模塊內(nèi)的步進電機通過聯(lián)軸器與待調(diào)音弦樂器的弦軸相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，其特征在于：所述音頻信號預(yù)處理電路包括：咪頭采集電路，用于采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，并將音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號；放大電路，用于放大咪頭采集電路的輸出電信號來匹配STC15F2K60S2單片機的輸入電平；咪頭采集電路的輸入端采集待調(diào)音弦樂器的實時音頻信號，咪頭采集電路的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與STC15F2K60S2單片機的輸入端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FFT音頻處理的自動電子調(diào)音器，其特征在于：所述電機控制模塊采用L298N電機驅(qū)動芯片...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：左璇，鐘郅杰，曹凡，化彥伶，閔波，戴雷，
申請(專利權(quán))人：合肥工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽,34