1、第7章 卡 拉 O K 设 备17.1 卡拉OK设备的工作原理7.2 卡拉OK大规模集成电路7.3 卡拉OK设备配置7.4 KTV点播系统7.5 实训 2 7.1 卡拉卡拉OK设备的工作原理设备的工作原理 卡拉OK于20世纪70年代起源于日本，很快传入我国。卡拉在日语中是“空”的意思，OK在日语中是“管弦乐队”的意思，卡拉OK是只有伴奏没有歌声的录音。7.1.1 卡拉OK伴唱机的基本组成 如图7-1所示，由传声器、传声器放大器、卡拉OK碟片、影碟机、电子混响器、相加器组成。3 图7-1 卡拉OK机的主要组成传声器放大器电子混响器歌声消除电路碟片放大器功率放大器演唱者歌声传声器碟片碟片播放相加器
2、扬声器4 卡拉OK碟片有标准碟片和游戏碟片两种。标准碟片只录制伴奏音乐，两个声道为立体声伴奏音乐，供卡拉OK演唱用。一般正规卡拉OK演唱都是用这种碟片。游戏碟片是一个声道录制伴奏音乐，另一个声道录制歌声。播放时可以关掉录制歌声的一个声道，只让录制伴奏音乐的一个声道放出声音，供卡拉OK演唱用。5 7.1.2 歌声消除电路 进行卡拉OK演唱，如果伴奏音乐是由播放一般歌曲碟片产生的，则要把碟片上原唱者的歌唱声消除（或减弱），只留下伴奏音乐，再送入相加器，这就是“歌声消除”。卡拉OK设备的歌声消除有硬件和软件两种办法。硬件办法是依据碟片的以下几点原则：6 1.碟片具有左、右声道立体声效果；2.演唱者的
3、歌声是录音师利用左、右声道之演唱者的演唱部分同相位相加而成，对两个声道是相等的，有中央声道效应；3.由低音乐器发出的低频信号也出现在中央声道；4.非低频信号及其它乐声，有趋左或趋右声道的事实，极少会与中央位置重叠；7 歌声消除电路由三个运算放大器和一个低通滤波器组成，如图7-2所示。1.左、右声道立体声信号，分别送入运算放大器1的同相和反相输入端，输出（LR）信号，消除了演唱者的声音，同时也消除了伴奏音乐低频信号。2.左、右声道立体声信号，同时送入运算放大器2的同相输入端，输出（LR）信号。8 3.用截止频率为150Hz的低通滤波器取出（LR）中的伴奏音乐低频分量。4.再输入运算放大器3与（L
4、R）信号相加，获得单声道的低音丰富的伴奏音乐。5.分给两路功率放大输出，实现了原唱歌声的消除。9 图7-2 原唱歌声消除电路框图运算放大器1运算放大器2运算放大器3150Hz低通滤波器LR输出（LR）（LR）低音（LR）10 7.1.3 电子混响器 卡拉OK设备的另一重要功能是产生混响延迟效果。由电子混响器来模拟产生类似音乐厅演唱的多次反射的混响效果，从而产生空间纵深感和声场环绕感，使演唱者的演唱声音变得丰满、浑厚、有韵味。11 1模拟电子混响器 利用BBD器件对声频信号进行延迟，获得回声和混响效果。电路组成如图7-3所示。演唱者的歌声经传声器拾取后，送放大器放大，输出分为两路，一路直接送入后
5、面的放大器，为直达信号，另一路则通过BBD延迟电路对信号作延迟处理，使信号产生延迟效果。12 图7-3 模拟电子混响器电路组成传声器放大 器低通滤波器低通滤波器BBD反馈量调节时钟信号放大器音调控制13 BBD延迟电路输出的延迟信号，输入到后面的放大器的同时，将一部分延迟信号经反馈环反馈至BBD延迟电路的输入端，产生回授叠加混响效果。音调控制电路再对演唱信号的某些频率成分进行提升和衰减，使声音更加悦耳。经处理后的演唱信号与伴奏音乐在相加器中相加，功率放大器放大后，由扬声器播放。14 起延迟电路作用的BBD（Bucket-Brigade Devices）是兜链式电荷耦合器件的简称，和CCD（Ch
6、arge Coupled Devices 电荷耦合器件）类似，都是在脉冲电压的作用下，信号电荷在半导体衬底内的运动转移，都属于电荷转移器件（简称CTD）。15 BBD内部含有大量模拟记忆单元，由在硅片上做成的一系列MOS电容器和MOS场效应管组成。不同型号的BBD含有的模拟记忆单元数量，以512、1024、2048、4096为级数。MN3207型BBD集成电路外形与内部电路如图7-4所示。16图7-4（a）MN3207型BBD集成电路外形图 17 图7-4（b）MN3207型BBD内部电路图18 音频信号经低频滤波器滤除20kHz以上高频杂波，从BBD的输入端（IN）输入。时钟信号发生器提供一
7、对互为反相的方波信号，分别从时钟信号输入端（CP1、CP2）输入。时钟信号也充当了音频信号的采样脉冲。19 (1)当时钟信号CP1为高电平使T1、T3、T5导通的同时，CP2低电平使T2、T4、T6截止，从IN输入的音频信号经T1给电容器C1充电，相当于对输入的音频信号采样，样值信号加到C1上。20 (2)当时钟信号CP1为低电平使T1、T3、T5截止的同时，CP2高电平使T2、T4、T6导通，C1上的样值信号通过T2传送给电容器C2。(3)当下一个时钟信号CP1为高电平使T1、T3、T5导通时，又对输入的音频信号采样，样值信号加到C1上。而电容器C2上的前一个样值信号通过T3传送给电容器C3
8、。21 (4)在时钟信号的反复作用下，音频信号不断地采样，不断地将样值信号按时钟信号的节拍接力般地传递到输出端输出。传递过程需要时间，这个传递时间就是BBD产生的延迟时间。输出端输出的是音频信号的样值信号，须外接低通滤波器，平滑音频输出信号。延迟时间范围为2.5651.2ms（毫秒）。22 时钟发生器集成电路为MN3102，其电路连接如图7-5所示。CP1、CP2端为时钟信号输出端，OX1、OX2、OX3为外接R、C端，改变R的电阻值可以改变振荡频率。23 图7-5 时钟发生器集成电路24 2利用电子混响器的其它效果电路 （1）颤音效果电路 利用一个超低频振荡信号（例如三角波信号）去调节时钟信
9、号的振荡频率，令BBD的延迟时间不断发生微弱变化，从而产生颤音效果，其组成电路如图7-6所示。25 图7-6 颤音效果电路 BBD（延迟5ms）压控时钟信号振荡器三 角 波 发 生 器（110 Hz）音 频 信 号输入音 频 信 号输出26 （2）微量合唱电路 微量合唱电路又叫双声电路，其组成如图7-7所示。在BBD延迟电路的基础上增加一个直达电路，这样在输出端可以听到两个声音，一个是直达声，另一个是经BBD延迟后的声音。延迟时间一般设置为1025ms，故输出的声音就好像有两个演唱者在演唱。27 图7-7 微量合唱电路BBD（延迟1025ms）音频信号输入音频信号输出时钟发生器28 3数字电子
10、混响器 用数字式延迟器件来对声频信号延迟，从而获得回声和混响效果。应用较多的数字式延迟器件有M50195P和M50199P等。在频带宽度，噪声抑制等方面，都较BBD延迟器件优越。M50195P的延迟时间可在100、150、200ms中选择，M50199P延迟时间较短，有12.3、13.4、24.6ms几种。29 M50195P和M50199P内部包含 低通滤波器、采样电路、ADM调制器（自适应增量调制）和解调器、运算放大器、控制逻辑电路等。必要的外围元件是动态RAM（DRAM，动态随机存储器）、少量电阻电容元件。数字电子混响器工作原理框图如图7-8所示。30 图7-8 数字电子混响器原理框图
11、动态RAM音频输入低通滤波器采样电路A D M 调制器A D M 解调器低通滤波器音频输出控 制 逻 辑 电路延迟时间和比较信号输入31 音频信号在控制逻辑电路的控制下，进行ADM调制，转变成数字信号。按控制逻辑电路产生的地址存入动态RAM存储器。经过预定的延迟时间后，控制逻辑电路产生存储器地址去读出动态RAM存储器中的数字信号，送入ADM解调器，在控制逻辑电路的控制下，解调还原成模拟音频信号。32 延迟时间和ADM调制的增量比较信号可通过输入端输入或预置。M50195P和M50199P的时钟频率为4MHz，音频信号采样频率按延迟时间长短可选500kHz或250kHz。33 7.2 卡拉卡拉O
12、K大规模集成电路大规模集成电路 7.2.1 YSS205电路功能 日本雅马哈公司1990年推出的卡拉OK用新型大规模集成电路YSS205采用64脚扁平式封装。内部包含A/D转换器、DSP（数字信号处理器）、SRAM存储器、D/A转换器、时钟信号发生器、键盘电路。34 YSS205集成电路具有 （1）键盘控制；（2）传声器数字回声；（3）原演唱声消除；（4）数字环绕声；（5）可变音调；（6）数字音频输入输出等功能。适合于专业级的卡拉OK伴唱机，也适合于小型的家庭卡拉OK伴唱机。35表7-1 集成电路YSS205性能指标键盘控制通道数2路通道可变范围八度可变音调120音分传声器回声最大延迟时间25
13、0ms输出路数7路声音环绕最大环绕时间250ms输出级数7级输入输出通道数字输入2路通道数字输出2路通道模拟输入2路通道模拟输出2路通道AD、DA转换器码位15比特，浮动采样频率44.1kHz时钟频率169344MHz电源单5V36 7.2.2 ES56028电路功能 依雅时公司推出，28脚封装，包含 两个低通滤波器、三个运算放大器、数字延时器、20KbitRAM、时钟信号振荡器、模式控制器、延时时间控制器、混响模式环绕声模式转换开关等电路。37 图7-9 ES56028内部电路组成框图 数 字 延 时 器RAMVCO模式控制延时控制低通滤波器去加重运算放大器运算放大器运算放大器低通滤波器转换
14、开关38 数字延时器是ES56028的核心电路，包含了 A/D变换、数字信号处理、D/A变换及控制等电路。先经A/D变换，将模拟信号转换为数字信号，再写入到20KbitRAM中。经设定的延时时间后，再将数字信号读出，经D/A变换和低通滤波后输出。延时时间由11、12、13脚的电平进行设定。39 7.3 卡拉卡拉OK设备配置设备配置 7.3.1 家庭卡拉OK设备 最简单的家庭卡拉OK设备配置，如图7-10所示。现在生产的DVD影碟机都带有卡拉OK功能。把DVD影碟机的AV输出接到电视机的AV输入端口，插上传声器，并把DVD影碟机的工作选择放到卡拉OK位置，就可以进行卡拉OK演唱了。简单配置也能获
15、得动听的演唱效果。40 图7-10 简单家庭卡拉OK设备配置41 家庭卡拉OK设备标准配置，如图7-11所示。由DVD影碟机提供画面和消除了原唱的伴奏音乐，传声器输入演唱，经功率放大器放大和音色处理，再推动音箱放音，可以获得很好的音响效果。如果条件允许，还可以使用5.1声道的环绕声音响器材，可以达到Hi-Fi发烧友的音响效果。42 图7-11 标准家庭卡拉OK设备配置43 7.3.2 大厅卡拉OK设备 如图7-12所示。大厅放置有点歌器，演唱者通过点歌器将自己要唱的歌曲编号告诉音控室，音控室管理人员播放有该歌曲的碟片，演唱者对着传声器的演唱通过电缆传送到卡拉OK伴唱机，与伴音信号混合后，由功率
16、放大器放大，再由电缆传送到大厅的音箱发出声音。44 图7-12 大厅卡拉OK设备配置 45 音控室的调音台用以控制伴奏音乐的音量大小和音调高低，以配合演唱声音的大小，避免伴奏音乐声音过大，造成的回输啸叫，也使演唱声音更动听。新型的音控室，DVD影碟机、调音台和卡拉OK伴唱机已合为一个卡拉OK点播设备，碟片的播放也可自动进行。46 7.4 KTV点播系统点播系统 在包厢式卡拉OK娱乐城中，每个包厢都有一套卡拉OK设备，由中心控制室的播放设备统一控制。各包厢通过点播器将播放要求传给中心控制室，中心控制室按点播要求播放卡拉OK碟片，将碟片图像和伴奏音乐传送到包厢的彩色电视机和音频功率放大器。这种包厢
17、式的卡拉OK称为KTV。中心控制室有人工控制与计算机控制两种。47 7.4.1 人工播放式点播系统 如图7-13所示。每个包厢中都有一套独立的卡拉OK设备。包厢中演唱者按动点歌器点了歌曲的编码，中心控制室的点歌器屏幕上就会显示该包厢和该歌曲的编码，管理人员找出该歌曲的碟片播放，图像和声音通过电缆传送到该包厢的电视机和功放上供演唱用。48 图7-13 人工播放式点播系统49 7.4.2 计算机控制点播系统 计算机控制点播系统使用了VOD技术。VOD即点播电视（Video On Demand），是指经编码器压缩编码后的视频节目以视频数据流的形式在线播放，用户按需要取出部分视频数据流，通过解码器解压
18、缩后重放图像和声音。计算机控制点播系统如图7-14所示。50 图7-14 计算机控制点播系统51 整个KTV系统由计算机网络连接而成。中心控制室中有歌曲采编器，将VCD、DVD等碟片的数字化图像、声音信号，存放于歌曲磁盘库中。各个包厢中的点播信息，通过包厢中的点歌计算机，经计算机网络交换机送到视频服务器。52 视频服务器将歌曲磁盘库中的被点播选中歌曲调出，以视频数据流的形式通过计算机网络交换机传送到各包厢。各包厢中的点歌计算机从计算机网络上接收自己点的歌曲的视频数据流，解压缩后送电视机和功率放大器播放，传声器接收演唱信号也同时送功率放大器播放。53 7.5 实训实训 7.5.1 参观和操作使用 1.参观多功能厅的音响设备配置和卡拉OK设备配置，操作使用音响设备和卡拉OK设备。2.参观包厢式卡拉OK娱乐城的KTV点播系统，操作使用KTV的设备。54 7.5.2 简单点播系统的设计 按图7-15所示简单KTV设备组成，完成一个包厢的简单KTV点播系统的设计、安装、调试和操作，点歌器可由遥控器代替。55 图7-15 简单KTV设备组成监视器DVD影碟机点歌器点歌器卡拉OK功放大屏幕彩电传声器扬声器扬声器播放系统KTV包厢56
