一种音频信号控制输出光信号的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学领域和数字控制领域，尤其涉及单片机编程领域及激光表演领 域。
【背景技术】
[0002] 小型激光器及LED技术发展成熟，激光表演的应用也越来越多样化，表演形式也 由大型舞台转向中小型场所，但是现有激光表演及舞台激光灯的效果大多由预先设定好的 程序来控制激光或LED的明亮度，颜色及图案变化，这样的系统缺乏实时性，运用单片机等 器件来实现对实时信号的判断并对应输出控制电压，可以更好的增加系统的实时性。
【发明内容】
[0003] 本发明是一种将声音信号的频率及响度与输出光颜色及亮度相对应的方法。
[0004] 第一步，按照音乐中的国际标准音高对人声的频率进行划分，将人所发出的音频 信号的频率划分为22个区间，并将可见光波长范围380nm - 780nm和音频范围按
的 比例分为对应的22个区间，通过将CIE波色图进行坐标变换，找到每一个区间对应的三原 色光波的三刺激值a，b，c (用十进制表示8位二进制），将音频信号的频率划分的22个区间 与可见光波段划分的22个区间及每个波段对应的三刺激值a，b，c 一一对应，并将此包含音 频频率、可见光波长、可见光波长对应三刺激值的表1写入单片机。
[0005] 表1音频频率与光波长对照表
[0008] 其中表1的表头中，音频为输入音频信号的频率，单位为Hz，光波为可见光波长， 标准CIE波色图的三刺激值用X、Y、Z表示，三刺激值a、b、c是运用LED光波长对CIE波色 图进行了坐标变换后的。
[0009] 第二步，将人所发出的实时音频信号A通过麦克风等器件转化成模拟电信号B输 出，输出的电信号B经过加法器提高一个直流电平，再输入到单片机或模数转换器中，对此 模拟电信号C进行采样、数字化，按时钟顺序进行数字大小的对比，后一时钟比前一时钟的 数字大记录为正，后一时钟比前一时钟数字小记录为负，并记录每一次正负偏转的时刻，由 两次偏转的时间间隔A t计算得到此模拟电信号C的频_
当对电信号B的处理是运 用半波整流方法时，正负偏转的时间差与频率的关系则戈
偏转时刻对应的模拟电 信号C的大小记录为峰值，两峰值取平均值得到频率V对应的此模拟电信号C的强度大小 U。通过得到的模拟电信号C的频率V和强度U从数表1中找到对应的可见光波长所在区 间与此可见光波长区间对应的三刺激值a, b，c。
[0010] 第三步，按照第二步中得到的三刺激值a，b，c的比例输出三个电压点亮三个三原 色激光器（或LED)得到一个颜色与强度随输入模拟电信号变化的模拟光信号，输入的模拟 电信号频率为V，强度为U，三原色激光器的输入电压最大变化范围分别为V 2、V3，由麦 克风输入到单片机中的最大电压为5V，三刺激值为a，b，c，需要输出的三个电压为X，Y，Z， 且X，Y，Z为器件允许输入的最小工作电压加上ΔΧ，ΔΥ，ΔΖ;
[0016] 即：
红灯最小工作电压
绿灯最小工作电压
蓝灯最小工作电压
[0019] 第三步还能按照第二步中得到的三刺激值a，b，c的比例输出三个不同占空比的 脉冲电压点亮三个三原色激光器（或LED)得到一个颜色与强度随输入模拟电信号变化的 模拟光信号，输入的模拟电信号频率V强度为A，三原色激光器最大输入电压范围分别为 Vi、V2、V3，由麦克风输入到单片机中的最大电压为5V，三刺激值为a，b，c，一个时钟周期为 T，由三刺激值分别乘以T/255，得到三个占空比，此三个电压的高电平分别为红绿蓝灯最小 工作电压加上UVi/5, UV2/5, UV3/5。
【附图说明】
[0020] 图1为信号传递的过程图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0022] 如表1、图1所示，本实施方式中的音频信号为人所发出的音频，频率在IOOHz到 I. 2KHz之间，具体按以下步骤实现：
[0023] 某时刻，麦克风采集到的音频信号A转化为电信号后其频率为500Hz，峰值为 ± IOOmV，此模拟电信号B经过一个集成模块LM386放大电压，放大10倍，为± IV，再通过一 加法器将一个2V的直流电压加到电信号上，得到输出的模拟电信号C的频率为500Hz，两个 峰值分别为IV和3V，此信号输入到ADC中输出数字信号D到单片机，单片机通过计算两次 偏转的时间差A t及偏转时刻的电压值，通过公式
计算出V = 500Hz，U = 2V。
[0024] 查表1，得到500Hz对应光波长为445nm，对应三刺激值a = 153，b = 51，c = 255。
[0025] LED RGB三原色灯管的允许输入电压分别为I. 8V到2V，3. 2V到3. 4V，3. 2V到 3.伙，即V1= 0.2V，V2= 0.2V，V3= 0.2V，由麦克风输入到单片机中的最大电压为5V，A =2V则计算得到：
三个需要 输出的电信号大小为：1. 88V，3. 23V，3. 33V。
【主权项】
1. 一种音频信号控制输出光信号的方法，其特征在于： 第一步，按照音乐中的国际标准音高对人声的频率进行划分，将人所发出的音频信号 的频率划分为22个区间，并将可见光波长范围380nm- 780nm和音频范围按晌比例 分为对应的22个区间，通过将CIE波色图进行坐标变换，找到每一个区间对应的Ξ原色光 波的Ξ刺激值曰，b，C(用十进制表示8位二进制），将音频信号的频率划分的22个区间与可 见光波段划分的22个区间及每个波段对应的Ξ刺激值a,b，C一一对应，并将此包含音频频 率、可见光波长、可见光波长对应Ξ刺激值的表1写入单片机； 表1音频频率与光波长对照表其中表1的表头中，音频为输入音频信号的频率，单位为化，光波为可见光波长，标准CIE波色图的Ξ刺激值用X、Y、Z表示，Ξ刺激值a、b、C是运用LED光波长对CIE波色图进 行了坐标变换后的. 第二步，将人所发出的实时音频信号A通过麦克风等器件转化成模拟电信号B输出，输 出的电信号B经过加法器提高一个直流电平，再输入到单片机或模数转换器中，对此模拟 电信号C进行采样、数字化，按时钟顺序进行数字大小的对比，后一时钟比前一时钟的数字 大记录为正，后一时钟比前一时钟数字小记录为负，并记录每一次正负偏转的时刻，由两次 偏转的时间间隔At计算得到此模拟电信号C的频率.^ =V，当对电信号B的处理是运用 半波整流方法时，正负偏转的时间差与频率的关系则为=V，偏转时刻对应的模拟电信 号C的大小记录为峰值，两峰值取平均值得到频率V对应的此模拟电信号C的强度大小U; 通过得到的模拟电信号C的频率V和强度U从数表1中找到对应的可见光波长所在区间 与此可见光波长区间对应的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的比例输出Ξ个电压点亮Ξ个Ξ原色激 光器（或LED)得到一个颜色与强度随输入模拟电信号变化的模拟光信号，输入的模拟电信 号频率为V，强度为υ，Ξ原色激光器的输入电压最大变化范围分别为Vi、V2、V3,由麦克风 输入到单片机中的最大电压为5V，Ξ刺激值为曰，b，C，需要输出的Ξ个电压为X，Y，Z，且X， Υ，Ζ为器件允许输入的最小工作电压加上ΔΧ，ΔΥ，ΔΖ; 5 (ΔΧ+ΔΥ+ΔΖ) =U(V1+V2+V3)① ΔΧ:ΔΥ:ΔΖ=a:b:c②第Ξ步还能按照第二步中得到的Ξ刺激值曰，b，C的比例输出Ξ个不同占空比的脉冲 电压点亮Ξ个Ξ原色激光器（或LED)得到一个颜色与强度随输入模拟电信号变化的模拟 光信号，输入的模拟电信号频率V强度为Α，Ξ原色激光器最大输入电压范围分别为Vi、 V2、V3,由麦克风输入到单片机中的最大电压为5ν，Ξ刺激值为a,b，C，一个时钟周期为T，由 Ξ刺激值分别乘WT/255,得到Ξ个占空比，此Ξ个电压的高电平分别为红绿蓝灯最小工作 电压加上UVi/5,UV2/5,UV3/5。
【专利摘要】一种音频信号控制输出光信号的方法按照音乐中的国际标准音高对人声的频率进行划分，将人所发出的音频信号的频率划分为22个区间，并将可见光波长范围和音频范围按比例分为对应的22个区间，通过将CIE波色图进行坐标变换。将人所发出的实时音频信号A通过麦克风等器件转化成模拟电信号B输出，输出的电信号B经过加法器提高一个直流电平，再输入到单片机或模数转换器中，对此模拟电信号C进行采样、数字化，按时钟顺序进行数字大小的对比。按照得到的三刺激值的比例输出三个电压点亮三个三原色激光器得到一个颜色与强度随输入模拟电信号变化的模拟光信号。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105319990
【申请号】CN201510809378
【发明人】王旭葆, 李姣, 曲波, 吴鹏, 陈昭文, 米庆改, 宋冬冬, 王泽宇, 牛霞
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月19日