一種音頻信號(hào)控制輸出光信號(hào)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域和數(shù)字控制領(lǐng)域，尤其涉及單片機(jī)編程領(lǐng)域及激光表演領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 小型激光器及LED技術(shù)發(fā)展成熟，激光表演的應(yīng)用也越來越多樣化，表演形式也 由大型舞臺(tái)轉(zhuǎn)向中小型場(chǎng)所，但是現(xiàn)有激光表演及舞臺(tái)激光燈的效果大多由預(yù)先設(shè)定好的 程序來控制激光或LED的明亮度，顏色及圖案變化，這樣的系統(tǒng)缺乏實(shí)時(shí)性，運(yùn)用單片機(jī)等 器件來實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)的判斷并對(duì)應(yīng)輸出控制電壓，可以更好的增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是一種將聲音信號(hào)的頻率及響度與輸出光顏色及亮度相對(duì)應(yīng)的方法。
[0004] 第一步，按照音樂中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音高對(duì)人聲的頻率進(jìn)行劃分，將人所發(fā)出的音頻 信號(hào)的頻率劃分為22個(gè)區(qū)間，并將可見光波長(zhǎng)范圍380nm - 780nm和音頻范圍按
的 比例分為對(duì)應(yīng)的22個(gè)區(qū)間，通過將CIE波色圖進(jìn)行坐標(biāo)變換，找到每一個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的三原 色光波的三刺激值a，b，c (用十進(jìn)制表示8位二進(jìn)制），將音頻信號(hào)的頻率劃分的22個(gè)區(qū)間 與可見光波段劃分的22個(gè)區(qū)間及每個(gè)波段對(duì)應(yīng)的三刺激值a，b，c 一一對(duì)應(yīng)，并將此包含音 頻頻率、可見光波長(zhǎng)、可見光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)三刺激值的表1寫入單片機(jī)。
[0005] 表1音頻頻率與光波長(zhǎng)對(duì)照表

[0008] 其中表1的表頭中，音頻為輸入音頻信號(hào)的頻率，單位為Hz，光波為可見光波長(zhǎng)， 標(biāo)準(zhǔn)CIE波色圖的三刺激值用X、Y、Z表示，三刺激值a、b、c是運(yùn)用LED光波長(zhǎng)對(duì)CIE波色 圖進(jìn)行了坐標(biāo)變換后的。
[0009] 第二步，將人所發(fā)出的實(shí)時(shí)音頻信號(hào)A通過麥克風(fēng)等器件轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)B輸 出，輸出的電信號(hào)B經(jīng)過加法器提高一個(gè)直流電平，再輸入到單片機(jī)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)此 模擬電信號(hào)C進(jìn)行采樣、數(shù)字化，按時(shí)鐘順序進(jìn)行數(shù)字大小的對(duì)比，后一時(shí)鐘比前一時(shí)鐘的 數(shù)字大記錄為正，后一時(shí)鐘比前一時(shí)鐘數(shù)字小記錄為負(fù)，并記錄每一次正負(fù)偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻，由 兩次偏轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔A t計(jì)算得到此模擬電信號(hào)C的頻_
當(dāng)對(duì)電信號(hào)B的處理是運(yùn) 用半波整流方法時(shí)，正負(fù)偏轉(zhuǎn)的時(shí)間差與頻率的關(guān)系則戈
偏轉(zhuǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的模擬電 信號(hào)C的大小記錄為峰值，兩峰值取平均值得到頻率V對(duì)應(yīng)的此模擬電信號(hào)C的強(qiáng)度大小 U。通過得到的模擬電信號(hào)C的頻率V和強(qiáng)度U從數(shù)表1中找到對(duì)應(yīng)的可見光波長(zhǎng)所在區(qū) 間與此可見光波長(zhǎng)區(qū)間對(duì)應(yīng)的三刺激值a, b，c。
[0010] 第三步，按照第二步中得到的三刺激值a，b，c的比例輸出三個(gè)電壓點(diǎn)亮三個(gè)三原 色激光器（或LED)得到一個(gè)顏色與強(qiáng)度隨輸入模擬電信號(hào)變化的模擬光信號(hào)，輸入的模擬 電信號(hào)頻率為V，強(qiáng)度為U，三原色激光器的輸入電壓最大變化范圍分別為V 2、V3，由麥 克風(fēng)輸入到單片機(jī)中的最大電壓為5V，三刺激值為a，b，c，需要輸出的三個(gè)電壓為X，Y，Z， 且X，Y，Z為器件允許輸入的最小工作電壓加上ΔΧ，ΔΥ，ΔΖ;
[0016] 即：
紅燈最小工作電壓
綠燈最小工作電壓
藍(lán)燈最小工作電壓
[0019] 第三步還能按照第二步中得到的三刺激值a，b，c的比例輸出三個(gè)不同占空比的 脈沖電壓點(diǎn)亮三個(gè)三原色激光器（或LED)得到一個(gè)顏色與強(qiáng)度隨輸入模擬電信號(hào)變化的 模擬光信號(hào)，輸入的模擬電信號(hào)頻率V強(qiáng)度為A，三原色激光器最大輸入電壓范圍分別為 Vi、V2、V3，由麥克風(fēng)輸入到單片機(jī)中的最大電壓為5V，三刺激值為a，b，c，一個(gè)時(shí)鐘周期為 T，由三刺激值分別乘以T/255，得到三個(gè)占空比，此三個(gè)電壓的高電平分別為紅綠藍(lán)燈最小 工作電壓加上UVi/5, UV2/5, UV3/5。
【附圖說明】
[0020] 圖1為信號(hào)傳遞的過程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022] 如表1、圖1所示，本實(shí)施方式中的音頻信號(hào)為人所發(fā)出的音頻，頻率在IOOHz到 I. 2KHz之間，具體按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0023] 某時(shí)刻，麥克風(fēng)采集到的音頻信號(hào)A轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后其頻率為500Hz，峰值為 ± IOOmV，此模擬電信號(hào)B經(jīng)過一個(gè)集成模塊LM386放大電壓，放大10倍，為± IV，再通過一 加法器將一個(gè)2V的直流電壓加到電信號(hào)上，得到輸出的模擬電信號(hào)C的頻率為500Hz，兩個(gè) 峰值分別為IV和3V，此信號(hào)輸入到ADC中輸出數(shù)字信號(hào)D到單片機(jī)，單片機(jī)通過計(jì)算兩次 偏轉(zhuǎn)的時(shí)間差A(yù) t及偏轉(zhuǎn)時(shí)刻的電壓值，通過公式
計(jì)算出V = 500Hz，U = 2V。
[0024] 查表1，得到500Hz對(duì)應(yīng)光波長(zhǎng)為445nm，對(duì)應(yīng)三刺激值a = 153，b = 51，c = 255。
[0025] LED RGB三原色燈管的允許輸入電壓分別為I. 8V到2V，3. 2V到3. 4V，3. 2V到 3.伙，即V1= 0.2V，V2= 0.2V，V3= 0.2V，由麥克風(fēng)輸入到單片機(jī)中的最大電壓為5V，A =2V則計(jì)算得到：
三個(gè)需要 輸出的電信號(hào)大小為：1. 88V，3. 23V，3. 33V。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種音頻信號(hào)控制輸出光信號(hào)的方法，其特征在于： 第一步，按照音樂中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音高對(duì)人聲的頻率進(jìn)行劃分，將人所發(fā)出的音頻信號(hào) 的頻率劃分為22個(gè)區(qū)間，并將可見光波長(zhǎng)范圍380nm- 780nm和音頻范圍按晌比例 分為對(duì)應(yīng)的22個(gè)區(qū)間，通過將CIE波色圖進(jìn)行坐標(biāo)變換，找到每一個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的Ξ原色光 波的Ξ刺激值曰，b，C(用十進(jìn)制表示8位二進(jìn)制），將音頻信號(hào)的頻率劃分的22個(gè)區(qū)間與可 見光波段劃分的22個(gè)區(qū)間及每個(gè)波段對(duì)應(yīng)的Ξ刺激值a,b，C一一對(duì)應(yīng)，并將此包含音頻頻 率、可見光波長(zhǎng)、可見光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)Ξ刺激值的表1寫入單片機(jī)； 表1音頻頻率與光波長(zhǎng)對(duì)照表其中表1的表頭中，音頻為輸入音頻信號(hào)的頻率，單位為化，光波為可見光波長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)CIE波色圖的Ξ刺激值用X、Y、Z表示，Ξ刺激值a、b、C是運(yùn)用LED光波長(zhǎng)對(duì)CIE波色圖進(jìn) 行了坐標(biāo)變換后的. 第二步，將人所發(fā)出的實(shí)時(shí)音頻信號(hào)A通過麥克風(fēng)等器件轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)B輸出，輸 出的電信號(hào)B經(jīng)過加法器提高一個(gè)直流電平，再輸入到單片機(jī)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)此模擬 電信號(hào)C進(jìn)行采樣、數(shù)字化，按時(shí)鐘順序進(jìn)行數(shù)字大小的對(duì)比，后一時(shí)鐘比前一時(shí)鐘的數(shù)字 大記錄為正，后一時(shí)鐘比前一時(shí)鐘數(shù)字小記錄為負(fù)，并記錄每一次正負(fù)偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻，由兩次 偏轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔At計(jì)算得到此模擬電信號(hào)C的頻率.^ =V，當(dāng)對(duì)電信號(hào)B的處理是運(yùn)用 半波整流方法時(shí)，正負(fù)偏轉(zhuǎn)的時(shí)間差與頻率的關(guān)系則為=V，偏轉(zhuǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的模擬電信 號(hào)C的大小記錄為峰值，兩峰值取平均值得到頻率V對(duì)應(yīng)的此模擬電信號(hào)C的強(qiáng)度大小U; 通過得到的模擬電信號(hào)C的頻率V和強(qiáng)度U從數(shù)表1中找到對(duì)應(yīng)的可見光波長(zhǎng)所在區(qū)間 與此可見光波長(zhǎng)區(qū)間對(duì)應(yīng)的Ξ刺激值a,b，C; 第Ξ步，按照第二步中得到的Ξ刺激值a,b，c的比例輸出Ξ個(gè)電壓點(diǎn)亮Ξ個(gè)Ξ原色激 光器（或LED)得到一個(gè)顏色與強(qiáng)度隨輸入模擬電信號(hào)變化的模擬光信號(hào)，輸入的模擬電信 號(hào)頻率為V，強(qiáng)度為υ，Ξ原色激光器的輸入電壓最大變化范圍分別為Vi、V2、V3,由麥克風(fēng) 輸入到單片機(jī)中的最大電壓為5V，Ξ刺激值為曰，b，C，需要輸出的Ξ個(gè)電壓為X，Y，Z，且X， Υ，Ζ為器件允許輸入的最小工作電壓加上ΔΧ，ΔΥ，ΔΖ; 5 (ΔΧ+ΔΥ+ΔΖ) =U(V1+V2+V3)① ΔΧ:ΔΥ:ΔΖ=a:b:c②第Ξ步還能按照第二步中得到的Ξ刺激值曰，b，C的比例輸出Ξ個(gè)不同占空比的脈沖 電壓點(diǎn)亮Ξ個(gè)Ξ原色激光器（或LED)得到一個(gè)顏色與強(qiáng)度隨輸入模擬電信號(hào)變化的模擬 光信號(hào)，輸入的模擬電信號(hào)頻率V強(qiáng)度為Α，Ξ原色激光器最大輸入電壓范圍分別為Vi、 V2、V3,由麥克風(fēng)輸入到單片機(jī)中的最大電壓為5ν，Ξ刺激值為a,b，C，一個(gè)時(shí)鐘周期為T，由 Ξ刺激值分別乘WT/255,得到Ξ個(gè)占空比，此Ξ個(gè)電壓的高電平分別為紅綠藍(lán)燈最小工作 電壓加上UVi/5,UV2/5,UV3/5。
【專利摘要】一種音頻信號(hào)控制輸出光信號(hào)的方法按照音樂中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音高對(duì)人聲的頻率進(jìn)行劃分，將人所發(fā)出的音頻信號(hào)的頻率劃分為22個(gè)區(qū)間，并將可見光波長(zhǎng)范圍和音頻范圍按比例分為對(duì)應(yīng)的22個(gè)區(qū)間，通過將CIE波色圖進(jìn)行坐標(biāo)變換。將人所發(fā)出的實(shí)時(shí)音頻信號(hào)A通過麥克風(fēng)等器件轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)B輸出，輸出的電信號(hào)B經(jīng)過加法器提高一個(gè)直流電平，再輸入到單片機(jī)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)此模擬電信號(hào)C進(jìn)行采樣、數(shù)字化，按時(shí)鐘順序進(jìn)行數(shù)字大小的對(duì)比。按照得到的三刺激值的比例輸出三個(gè)電壓點(diǎn)亮三個(gè)三原色激光器得到一個(gè)顏色與強(qiáng)度隨輸入模擬電信號(hào)變化的模擬光信號(hào)。
【IPC分類】G05B17/02
【公開號(hào)】CN105319990
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510809378
【發(fā)明人】王旭葆, 李姣, 曲波, 吳鵬, 陳昭文, 米慶改, 宋冬冬, 王澤宇, 牛霞
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日