集成块打击乐电路

自动打击乐节奏器能够按照预选的节奏形式及速度，由数种模拟打击乐敲击出拍点准确的乐曲或舞曲节奏。自动打击乐节奏器由拍点脉冲发生器产生速度可调的时钟脉冲，输入到时序译码器，其输出端上产生依次移位的时序脉冲，再经节奏花样编码电路去触发相应的打击乐模拟电路。将上述功能集成化的产品，有北京地质仪器厂生产的CMQ02及CMQ06，还有北京半导体器件三厂生产的BH—DJ2，下面分别加以介绍。

集成电路CMQ02可以产生2／4、3／4及4／4拍三种节奏。它是CMOS电路，工作电压为5～15V；静态功耗电流≤20μA（V\(_{DD}\)＝10V）；触发打击乐模拟电路的两个输出端A、B，驱动电流均≥0.3mA。管脚及应用电路见图1，它的外形为14脚陶瓷扁平封装，其中标有颜色的脚为Vss。

应用电路由节拍电路、高音鼓电路、低板电路及功放电路组成。在节拍电路中，由CMQ02内部的三个非门与外接元件R\(_{1}\)、C1、R\(_{3}\)及W3构成拍点振荡器，其节拍速度主要由（R\(_{1}\)+W3）及C\(_{1}\)的充放电时间常数来决定。当节奏速度调节电位器W3调到最小时，R\(_{1}\)阻值的大小决定最急板（208拍／分）的拍速，当W3调到最大时，应能覆盖庄板（40拍／分）的节拍速度。由R\(_{2}\)、C2及CMQ02内部的单稳门电路，组成脉宽调节电路，使节拍脉冲输出端A、B产生约50ms的恒宽正脉冲，去触发打击乐模拟电路。CMQ02的D\(_{0}\)、2／4、3／4及4／4端为节奏类型控制端，S为置位复位端。当双刀4掷开关掷向1的位置时，S端通过刀S2接高电平，节拍器被置位，只产生单鼓点节奏。若再迅速将开关掷向2、3或4时，S端通过R\(_{4}\)接地，处于“0”的状态，节拍器开始正常工作，此时刀S1把D\(_{0}\)与某一节奏类型控制端相连，节拍器将产生相应的这一节奏。若开机后或在变换节拍控制开关时，节拍器无输出，或出现鼓、梆同时被触发现象，只需再重复置位一次即可。在节拍电路中，K1闭合，拍点振荡器停振，再通过闭合K\(_{2}\)或K3，去触发鼓、梆电路，产生手控打击乐的效果。D\(_{1}\)、D2为隔离二极管，可防止K\(_{2}\)、K3闭合时损坏CMQ02。高音鼓信号、低板信号和电子琴来的音色信号分别经隔离电阻R\(_{11}\)、R18、R\(_{22}\)复合后送至IC2进行功率放大。

通常儿童玩具琴用电池供电，功放电路所需功率不大，可用LA4100型集成音频功率放大器。同时玩具琴扬声器很难放出低鼓（65Hz）、沙锤或镲音（3～6kHz）的音响，因此打击乐模拟电路选用高鼓及低板电路，对于玩具琴较为适合。

集成电路CMQ06功能同CMQ02，但在电路设计上增加了若干个由R—S双稳态电路构成的节拍控制器，实现了触发式的节拍变换工作方式，即只需按一下某节奏类型控制开关，就能使电路完成自置位、复位及拍型转换，并在开关断开后，由于R—S触发器的记忆作用，仍能保持这一节奏，直到按下另一控制键为止，这种节拍变换较简便可靠。管脚及实用电路见图2。

实用电路由节拍电路、节拍速度显示电路、低鼓电路、沙锤电路及功放电路组成。其中K\(_{8}\)、K4、K\(_{5}\)为单触点复位开关，未按下时，CMQ06的各节奏类型控制端通过100K电阻接地，处于“0”状态，按下任一键，相应的控制端为“1”状态，A、B端便输出该种节奏脉冲，去触发低鼓及沙锤电路（电路与图4虚线框内相同，故未画出）。由BG1、R\(_{7}\)、R8及LED组成节拍速度显示电路，每当A端输出正脉冲时，串联在BG\(_{1}\)集电极回路中的发光二极管便闪亮一次，以指示节奏的重拍及拍速。低鼓信号、沙锤信号及电子琴来的音色信号复合后经W2控制，送至IC\(_{2}\)进行功率放大。功放电路须有良好的频响及功率输出，这里选用LA4102，它在电源9V及负载4Ω时，输出功率2.1W。

集成电路BH—DJ2的外形为陶瓷24脚双列直插封装，管脚及应用电路见图3。Q\(_{1}\)～Q8为8线时序脉冲输入端，通过内部二极管矩阵编码器，使5个输出端上产生正脉冲组合，去触发相应的打击乐模拟电路。其6～9及16～20脚为内部节拍控制电路输入端，靠内部开关门电路产生各种乐曲的节拍，去控制节奏花样编码器。该集成块为CMOS电路，推荐工作电压为9～12V。

BH—DJ2的外围电路由拍点脉冲发生器、移位寄存器、节奏类型控制按键及节奏速度显示电路等构成。图3中拍点脉冲发生器由六反相器IC\(_{1}\)的三个非门与外围RC元件构成，产生出的拍点脉冲做为时钟信号输入到十进计数器／时序译码器CD4017的Cp端，在Q1～Q\(_{8}\)输出端得到移位脉冲，再经C7～C\(_{14}\)及R7～R\(_{14}\)的微分电路，形成尖顶脉冲，输送到IC3的八线时序输入端。微分电路的作用，保证了相邻的两个时序脉冲都能触发同一打击乐模拟电路，实现了连续敲击。由K\(_{1}\)～K9双刀双掷九档互锁琴键开关控制节奏类型转换及拍型转换。在控制键未按下时，K\(_{1}\)～K9左侧的各常闭接点，把BH—DJ2的九个控制端（6～9，16～20）通过R\(_{15}\)接地，均被置于“0”状态，IC3无输出。当按下某一控制键时，例如K\(_{1}\)，则IC3的控制端第6脚与电源V\(_{DD}\)接通，IC3将输出爵士园舞曲节奏。分别按另外8档开关，还可产生进行曲Ⅰ、慢摇摆、桑巴、进行曲Ⅱ、伦巴、探戈、新疆舞及圆舞曲九种节奏。按下某键时，此键右侧常开接点把CD4017某一输出端（Q\(_{6}\)或Q8）的移位脉冲，反馈到CD4017的置零端R，使移位脉冲被限制在Q\(_{1}\)到这一输出端（Q6或Q\(_{8}\)）之间反复移位，实现了3／4或4／4的拍型转换。由BG1、R\(_{4}\)、R5、R\(_{6}\)、C6、D\(_{1}\)及LED构成了节奏速度指示电路，其中的RC回路不仅决定发光二极管LED闪亮的程度，还能减少由于电路去耦不良而产生与拍点同步的咔哒声。

BH—DJ2产生的九种节奏花样，需由五种打击乐音响配成。由图3中IC\(_{3}\)第10～15脚输出信号去触发图4低音鼓、中音鼓、梆、板及沙锤五种打击乐模拟电路。BG2是梆电路中的开关管，未触发时，BG\(_{2}\)截止，电源通过R20、L\(_{1}\)向C18充电，当IC\(_{3}\)的14脚输出正脉冲时，经C17及R\(_{18}\)微分电路，形成正负尖顶脉冲，再经单向导电的D4及限流电阻R\(_{19}\)，使BG2正向偏置而饱和导通，于是C\(_{18}\)通过BG2、L\(_{1}\)放电，在由L1、C\(_{19}\)及C18组成的LC谐振回路中，产生一个急剧衰减的阻尼振荡，经C\(_{2}\)0及高频提升网络，输出逼真的梆音模拟信号。板电路与梆电路原理相同，BG3为板电路的开关管，其它不再重复。两种鼓电路均采用双TRC振荡电路，当振荡管BG\(_{4}\)或BG5的基极受到正脉冲激励时，双T电路产生一个振幅按指数衰减的振荡，频谱也有一定的带宽，酷似中音鼓或低音鼓的音响。在低音鼓的输出端，加有低通RC滤波网络，使鼓音更加纯正。由BG\(_{6}\)～BG8等组成沙锤电路，其中BG\(_{8}\)的发射结被反向偏置而工作在击穿状态，做为白噪声音源管。BG7为白噪音放大管，C\(_{43}\)为负反馈电容，改善白噪声的频谱，避免沙锤电路产生放气的咝咝声。BG6为沙锤音型门开关管，当触发正脉冲通过阻值不大的R\(_{46}\)向C41充电时，C\(_{41}\)上电位迅速上升，通过偏置电阻R47使BG\(_{6}\)工作在线性放大区，被BG7放大后的白噪音信号通过耦合电容C\(_{42}\)也同时加在BG6的基极，放大后经高通T型网络输出。这个网络能够去除BG\(_{6}\)开关门中的直流分量，减少沙锤音头中的咔哒声。当C41上的电荷通过R\(_{48}\)、R47泄放掉时，BG\(_{6}\)逐渐偏离线性放大区而过渡到截止状态，完成了对白噪音信号的衰减包络，形成了沙脆的沙锤音。五种打击乐信号各自通过隔离电阻R22、R\(_{28}\)、R35、R\(_{43}\)、R53后共同加到前置放大器BG\(_{9}\)的基极，放大后经C49耦合输出，其电平可直接驱动功放电路。由R\(_{16}\)、C15及C\(_{16}\)组成去耦回路，防止开机对振荡电路受到电源激励而产生额外的鼓音。

上述电路中的节拍及功放电路，由于采用集成电路，只要焊接无误，一般无需调整即能正常工作。需要调整的只有双TRC振荡电路的微调电阻。具体方法如下：接通电源后，将微调电阻（图1中W\(_{1}\)、W2，图2中W\(_{1}\)，图3中W2、W\(_{3}\)）从大到小调到一定值时，双T电路起振，此时即使无触发信号，振荡器仍能输出等幅音频正弦信号，这时只要再将微调电阻稍增大一点，电路便停振。最后接通节奏触发信号，再仔细调节微调电阻，使鼓或低板的余音长短适宜，并留有一定余量，防止电路自激。需要说明的是，打击乐模拟电路中各元件的数值对打击乐音色影响很大，互相之间也必须搭配好，才能产生应有的节奏效果。图4中数据是经过实验及批量生产后确定的，效果良好，供制作者参考。当然也可以根据具体需要及个人的爱好，对个别元件数值略加修改，如图4沙锤电路中的R46及R\(_{48}\)适当加大，将会产生镲的模拟音色。

节奏控制按键采用2×2九档互锁互复位直键开关，图4梆、板电路中的电感线圈L\(_{1}\)及L2，采用μ=2000的铁淦氧磁罐，在内部骨架上用φ0.1mm左右的漆包线绕400匝左右，电感量约300～400μH。在电路板焊好后，再将IC\(_{1}\)～IC3插在电路板上相应的插座上。调试时要按照MOS集成电路使用的注意事项进行操作。该板插座接口有电源、节奏指示发光二极管、节奏速度调节电位器及打击乐输出引出线。邮购见本期及上期。（孙心若 吴宁）