2 脑波声光节目产生部分

图l的模块2为脑波音乐节目产生部分的硬件电路。脑波声光节目产生软件部分主要由两个部分组成：单声道脑波音乐的生成，双声道音乐的生成。

单声道脑波音乐的生成

因为治疗波的频率多处在人耳听觉范围之外，所以用带有治疗波频率的调幅信号来给大脑传递治疗信号，即用治疗频率的正弦波来对一定频率的载波进行幅度调制来产生音乐，所以脑波音乐设计的重点就是调幅波的产生。设计中没有调用正弦函数直接产生正弦波数据，而是先对正弦波进行采样得到正弦波数据，然后将数据固化在ROM中。因为系

统采用8位单片机，一个字节存储最大数为255，所以对采样值的范围选为0～255。

下面对调幅波的产生、调节进行分别介绍：

(1)调幅波的产生

因为单片机无法输出负数，所以本设计的中调制信号为式(1)：

公式

单片机分别取调制信号和载波信号的采样点然后相乘取结果的高8位作为输出则得到信号为式(3)：

公式

通过外部的高通滤波器将直流及调制信号分量滤除就得到所需调幅信号如式(4)：

调幅信号

其中Ω为调制信号的频率，即脑波频率，频率范围为1Hz～30Hz;w0为载波的频率，范围为90Hz～800Hz，初始频率设定为330Hz。输出调幅波波形如图3所示。

调幅波

(2)调幅波的载波频率调节

载波频率即脑波音乐的音调，将音调调整到人耳敏感的范围，会使治疗效果更加明显。人们可以听到的声振动频率范围为20Hz～20kHz，设计要求频率调节范围为90Hz～800Hz。载波频率计算如式(5)：

fw0=1/nT (5)

载波的频率由载波的采样点点数n和取点时间间隔T决定。通过改变采样点点数来调节需要大量的采样点，同时由于取点数量的改变必然带来较大的相位截断误差。本设计通过改变T来调节频率，这样保证了采样点不漏取，同时采样点点数不用取太多。调频过程中，首先计算所需频率对应的时间T，然后将其赋给取点时间间隔参数，这样载波就被跳到所需频率。

(3)调幅波的调制信号频率调节

在设计中，调幅波的调制信号即脑波音乐的包络，它确定了脑波音乐的特征(尤其是治疗的内容)。调制波的频率调节是在一定的脑波频率范围内(1Hz～30Hz)变化，其频率随时间变化的时间、频率参数已经固化在ROM中，不能任意调节。调制信号频率调节与载波频率调节的原理相同，可以参考公式5。本设计中调制信号随时间的频率变化参数已经换算成时间参数，程序运行时采用查表方式调用该时间参数来改变调制信号的频率。

(4)脑波音乐强度的调节

将脑波音乐信号vAM作为DA2的参考电压Vref，单片机的强度参数PW做为DA2的输入信号。DAl和DA2采用DAC0832，因为在设计中DAC都采用单极性反向电压输出方式，所以DA2的输出如式(6)：

脑波音乐强度的调节

这样脑波音乐强度在0~-vAM内变化。

双声道音乐的生成

如图4，模拟开关的输入口A2、B1接低电平，Al、B2同时接入脑波音乐信号，单片机通过对控制口l、2来控制两路开关的通断。当使左右两路的开关都始终打开就会产生左右两路同步输出;当单片机以与调制信号相同的频率控制模拟开关交替开、关就会产生左右两路信号交替输出。这两路输出信号经过放大滤波电路输出至耳机，这种交替/同步的立体声作用到人脑将引导大脑起到双脑同步的有效治疗效果。图5就是采集到的左右交替输出的信号。

双声道音乐的生成示意图