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撮盘机(turntables)是专业DJ(Disc Jockey)必需的设备,但是传统的黑胶撮盘机只能够播放黑胶唱片。在数字化发展的今天,许多音乐都以数字形式(CD-DA、MP3、AAC、WMA、WAV等格式)存储在CD光盘,硬盘,闪存盘等存储设备,因此数字化一定是撮盘机的发展方向。目前只有国外少数电子厂家(如日本先锋公司)能够生产出数字撮盘机,国内尚没有出现数字撮盘机。
本文在国内首次设计并实现了一种能够再现专业DJ黑胶模拟撮盘机感觉和风格的数字撮盘机原型。该原型机的功能指标包括:
(1)支持两种工作模式:音乐播放器、黑胶撮盘机;
(2)数字音效:通过内置高速DSP的数字处理,完成乐曲的变速不变调和变速又变调播放功能等;
(3)节拍显示:通过内置高速DSP的数字音乐信号分析,实时完成音乐节拍的检测和显示;
(4)撮盘效果:通过210mm缓动盘实现模拟黑胶唱机的操作感觉风格;
(5)节拍控制:通过100mm长滑动控制器,在±6%、±10%、±16%、±100%范围内任意调节曲目速度(变拍又变调),可以容易地进行精确的节拍调节;
(6)指定/循环记忆(CUE):能够对每一张唱片记录一个指定点或循环点,实现从指定点开始的循环播放。
根据上述功能指标,本文提出的数字撮盘机研究的主要内容如下:
(一)音乐获取必需的机电设计。
由于CD-DA光盘是数字撮盘机支持的最主要的存储介质,该方案在参考了CD机伺服处理方案的基础上给出了基于TOSHIBA伺服控制芯片的光盘伺服控制部分设计方案。该部分选用三洋CP-2三光束光学头,吸入式机芯,TC94A15伺服控制芯片,实现了进出盘控制,半导体激光器的光输出功率控制和光点定位控制(包括:聚焦控制、径向跟踪控制和切向跟踪控制),从而实现了2倍速正确读盘(数字撮盘机要求的最高音乐播放速度是2倍速),以及启动,停止,暂停,复位,快进,快退,选择上一首曲目,选择下一首曲目等数字撮盘机基本控制功能。
(二)再现专业DJ黑胶撮盘机感觉必需的机电设计,
包括缓动盘和音调滑动杆的设计和实现。通过实时检测缓动盘的运动速度和方向,实现了音乐播放速度随之实时改变的效果,模拟了DJ顺时针或逆时针撮动黑胶撮盘机时,瞬间加速或减速来改变音乐节拍的功能;通过实时检测音调滑动杆的位置,实现任意调节曲目速度,模拟了黑胶撮盘机音调滑动杆的功能,满足了DJ匹配音乐节拍的需要。
(三)音乐回放必需的机电设计。
该部分包括数字撮盘机音乐循环缓存(FIFO)和乒乓缓存的实现,主控MCU与DSP处理器之间高速通信模块的实现,高品质音频DAC输出模块实现,电源模块的实现,以及上电启动模块的实现。该部分实现了数字撮盘机2倍速写入,1倍速读出情况下音乐数据循环缓存的可靠存取,实现了音效算法的块处理,从而成功实现了音乐的回放;实现了低功耗电源的可靠性设计。
(四)研究了数字撮盘机相关音频处理算法原理和实现方法。
用基于线性插值的变速不变调方法实现了仿效模拟黑胶撮盘机变速不变调的功能,基于SOLA算法的时域伸缩算法实现了数字撮盘机特有的变速不变调功能。在现有的音乐节拍检测算法的基础上,提出了一种高效的音乐节拍检测算法,大大降低了运算量,满足数字撮盘机实时处理的需要。上述算法虽然在音频信号处理领域已经有一些比较成熟的算法,但是如何在数字撮盘机这种对实时性要求较高的设备中来实现,仍然是数字撮盘机设计中的难点。