3。3  音乐信号的采集

   本文的研究所针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先需要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主要包括音频放大和A/D转换两个过程，下面分别进行分析

3。3。1  采样定理论文网

所谓的采样是指使用一较高频率的脉冲开关对模拟信号进行取样，取出脉冲信号到来时刻所对应的模拟信号的幅度，这样就可以得到连串幅度变化的离散脉冲。再用这些离散脉冲序列代替原来时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号进行相应的离散化。如图3。2所示，在完成对音乐信号进行放大处理之后，就要需要通过A/D转换将模拟信号采集至计算机，这就是音乐信号的采样。我们在对一串连续的音乐信号进行采样时，为了使采样后的样本序列能够包含足够的信息使其能够较正确的重现原来的模拟信号，在采样时应使采样频率满足采样定理的要求。采样定理的描述为“对一个模拟信号进行离散化时，只要满足采样频率fs大于或者等于被采样信号的最高频率fm的两倍，就可以通过理想的低通滤波器，即从样本值序列信号中无失真地恢复出原始模拟信号”，这里的fm称为香农频率，这样的采样定理又可以被称为香农采样定理。在实际应用中为了更好的防止频谱混叠失真，采样频率一般要大于信号最高频率的2倍。例如乐曲的音域频段如果在50Hz~4000Hz内，就要将A/D转换器的采样频率设定为10kHz，这样才可以满足香农采样定理的要求[4]。

     图3。2 音乐信号采集

3。3。2  音频放大电路的设计

   一般系统外部音源信号的幅度比较弱，因此必须对原信号进行放大处理后才可以送入A/D转换器中。本次设计系统选择了LM386芯片来设计音频放大电路，该芯片在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，LM386芯片使用了10只晶体管来构成了输入级、电压增益与电流驱动级的三级电路。其中的T1和T3、T2和T4分别构成复合管，可以作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源能够作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，然后从T2管的集电极输出，为双端输入、单端输出差分电路。LM386芯片使用的镜像电流源作为差分放大电路有源负载，这样可以使单端输出电路增益近似等于双端输出电容增益。其中的T7为放大管，恒流源作为有源负载来增大放大倍数。T8、T9复合能成为一个PNP管，和T10的共同组成互补成对称射极输出电路，这样可以供给负载以足够的电流。D1、D2可以为T8、T9、T10提供了所需的偏置，使末级偏置处于在甲乙类状态中。R5~R7器件可以构成内部反馈环路。它的工作电压范围一般为4~12V，静态电流为4mA，最大输出功率可达到660mW，最大电压增益为46dB，增益带宽为300kHz，谐波失真仅为0。2%。图3。3所示为LM386芯片内部电路原理图，从图3。4可以看出，LM386采用的是双列8脚封装结构。

图3。3 LM386内部电路原理图

图3。4 LM386封装形式及引脚定义

在LM386的数据表上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在LM386的1脚和8脚间不接入其他元件，此时的放大电路增益仅由内部电阻R5~R7来决定大约为20倍数（26dB），采用这种方式外部电路元件最少，也是最为经济。另一种是采用通过在1脚和8脚之间串接不同的阻容元件，能够改变放大电路的交流反馈量，从而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图3。5所示。外部音源的模拟音乐信号进入放大电路之后，经过信号放大后得到幅值放大后的音频信号。从图3。5可以看出放大电路的具体设计。在LM386芯片的1脚和8脚之间串接一个10微法的电容C3，使的内部电阻R6被交流旁路，放大电路的增益可以能够达到最大值大约为200倍数（46dB）。然后再对音频放大电路的外围电路进行相应的设计，元件R10、C5使用有助于旁路高频噪音和改善输出的音质。电容C6作为去耦电容，一方面是作为本集成电路的蓄能电容，另一方面是可以旁路掉该器件的高频噪声。经过放大之后的音频信号送入A/D转换器中进行采样，这里A/D转换器可以设置为双极性，即能接收负信号。如图3。5所示