一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、音频信号的分帧处理；S2、计算每帧的平均音量计值；S3、获取平均音量计值数列；S4、利用经验模态分解算法对平均音量计值数列进行信号分解；S5、计算分解后得到的首条本征模态函数IMF1中的所有局部极大值；S6、计算IMF1的长度值与最后一个局部极大值的位置值的差值；S7、根据得到的差值判断电磁铁的开启状态。采用本发明专利技术的控制方法可以使得磁流体的运动连续性更好，且能够适用于各种音乐旋律的变化。变化。变化。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法


[0001]本专利技术涉及磁流体律动控制
，特别涉及一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，音响类产品变得越来越流行，而在音响产品上除了核心的放音功能之外，如何让声音可视化也越来越重要。在90年代的音响设备上经常会使用数颗发光二极管来实现音量计(VU)，音量计会根据放音的实时音量控制发光二极管的亮灭，以实现声音的可视化，后来在高端音响上出现了频谱展示功能，即根据放音的实时信号在音响的LCD屏幕上展示对应的频谱，带有频谱功能的音响比仅带有音量计的音响更受人们的欢迎。
[0003]随着科技的发展，人们已经不满足于过时的音量计和频谱，因此磁流体开始被广泛用于声音的可视化领域，但与音量计和频谱相比，虽然磁流体更具有科技感，但其控制和展示的难度也更高。音量计通常由数颗发光二极管组成，因此音量计的可视化效果可以适配音量小和音量大的各种声音，且在可视化上可以反映出声音音量的大小和节奏；频谱则在音量计的基础上又额外多了频率的属性，因此频谱可以适配各种声音，且在可视化上可以反映出声音的音量大小、声音的频率和节奏；而在磁流体上，当使用电磁铁来控制时，仅存在电磁铁的开或关，因此如何控制电磁铁来使磁流体运动成为了一大难题。
[0004]目前，在磁流体控制上主要有以下3种常用方法：
[0005]1、实时计算声音的音量计值(VU)，当音量计值大于设定的阈值时，则开启电磁铁，当音量计值小于设定的阈值时，则关闭电磁铁。
[0006]2、使用频谱分析或多相滤波技术，将声音信号分为若干个频段并计算各个频段的振幅，根据各频段间的相对振幅，有策略的选择并使用某个频段的振幅，若达到一定条件时则开启电磁铁，否则关闭电磁铁。
[0007]3、计算音频信号的节奏(BPM，节拍数/分钟)，在节拍上开启电磁铁，其他时候关闭电磁铁。
[0008]但上述三种方法均存在缺陷，方法1的缺陷为：无法通用的适配所有声音，若阈值过高则无法响应音量小的声音，若阈值过低则在音量大的声音上会导致电磁铁一直开启，最终磁流体展示效果不佳。方法2的缺陷为：当切换并使用不同频段的振幅时，会在磁流体的视觉上带来不连续性，比如起初时选择低音频段，则磁流体的展示为低音鼓点，当突然切换到高频段时，磁流体的运动会瞬间从有节奏的鼓点变为人声或高音乐器的旋律，这时会有明显的视觉断层。方法3的缺陷为：当音频信号为轻音乐或语音时，则不存在节奏属性，因此无法适配所有类型的声音。
[0009]基于上述现有技术方案在具体实施时其技术效果都不是太理想。专利技术人决定再研发一种新的控制方法，能够完美克服以上缺陷。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是：提出一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，能够完全克服上述现有技术中存在的缺陷，使得磁流体的运动连续性更好，能够适用于各种音乐旋律的变化。
[0011]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012]一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0013]S1、音频信号的分帧处理：将输入的音频信号按预设的单帧采样长度进行等长分帧处理，并将分帧后的音频信号按采样时间先后顺序分别命名为：SIG1、SIG2、SIG3、......、SIG
n
；
[0014]S2、计算每帧的平均音量计值：针对分帧后的若干个音频信号SIG1、SIG2、SIG3、......、SIG
n
分别计算每个帧的平均音量计值，并命名为VU1、VU2、VU3、......、VU
n
；
[0015]S3、获取平均音量计值数列：当采集到的VU值数量达到预设数量R时，将这些采集到的VU值归集为一个VU序列，即：SEQ＝[VU1，VU2，VU3，......，VU
R
]；SEQ的长度为R；
[0016]S4、利用经验模态分解算法对平均音量计值数列进行信号分解：对得到的VU序列SEQ按经验模态分解算法进行信号分解，得到首条本征模态函数IMF1；
[0017]S5、计算分解后得到的首条本征模态函数IMF1中的所有局部极大值：根据经验模态分解算法的计算原理可知，IMF1的长度与输入进行分解的所述SEQ的长度一致，即IMF1的长度为R；遍历IMF1中的R个数字，并计算其中存在的W个局部极大值；
[0018]S6、计算IMF1的长度值与最后一个局部极大值的位置值的差值：从W个局部极大值中提取最后一个局部极大值的位置m，并计算IMF1的长度R与最后一个局部极大值的位置m的差值P，即：P＝R
‑
m；
[0019]S7、根据得到的差值判断电磁铁的开启状态：若差值P≤开启预设值时，开启电磁铁，吸引处于密封容器中的磁流体运动；若差值P＞开启预设值，关闭电磁铁，磁流体在自身张力和重力作用下自动去复原状态。
[0020]进一步优选技术方案，所述单帧采样长度的预设值设定为50毫秒。
[0021]进一步优选技术方案，所述平均音量计值的具体计算方法为：
[0022]S21、根据预设的单帧采样长度和音频自带的PCM采样频率，计算获得单帧所包含的音频采样数量H，即：单帧所包含的音频采样量H＝单帧采样长度*PCM采样频率；并将H个采样音频依次命名为SIG
n
[1]、SIG
n
[2]、SIG
n
[3]、......、SIG
n
[H]；其中，n表示第n帧音频信号；
[0023]S22、计算H个采样音频的平均绝对值K
n
，即：平均绝对值K
n
＝(ABS(SIG
n
[1])+ABS(SIG
n
[2])+ABS(SIG
n
[3])+......+ABS(SIG
n
[H]))/H，其中ABS()为计算数值的绝对值，符号“+”为标量加法，符号“/”为标量除法；该公式中的平均绝对值K
n
为第n帧音频信号的；
[0024]S23、根据平均音量计值公式VU
n
＝20*lgK
n
，分别计算得到步骤S2中的VU1、VU2、VU3、......、VU
n
；其中，20为VU
n
的计算常量，lg表示10为底的对数。
[0025]进一步优选技术方案，所述经验模态分解算法中单次最大筛选次数设定为10，筛选终止条件设定为标准差SD<0.000001
[0026]进一步优选技术方案，所述局部极大值的定义为：若存在序列X[1～N]，对于m，满
足X[m
‑
1]<X[m]≥X[m+1]，则E＝X[m]，称E为序列X的一个局部极大值，而m则为该局部极大值的位置值。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、音频信号的分帧处理：将输入的音频信号按预设的单帧采样长度进行等长分帧处理，并将分帧后的音频信号按采样时间先后顺序分别命名为：SIG1、SIG2、SIG3、......、SIG
n
；S2、计算每帧的平均音量计值：针对分帧后的若干个音频信号SIG1、SIG2、SIG3、......、SIG
n
分别计算每个帧的平均音量计值，并命名为VU1、VU2、VU3、......、VU
n
；S3、获取平均音量计值数列：当采集到的VU值数量达到预设数量R时，将这些采集到的VU值归集为一个VU序列，即：SEQ＝[VU1，VU2，VU3，......，VU
R
]；SEQ的长度为R；S4、利用经验模态分解算法对平均音量计值数列进行信号分解：对得到的VU序列SEQ按经验模态分解算法进行信号分解，得到首条本征模态函数IMF1；S5、计算分解后得到的首条本征模态函数IMF1中的所有局部极大值：根据经验模态分解算法的计算原理可知，IMF1的长度与输入进行分解的所述SEQ的长度一致，即IMF1的长度为R；遍历IMF1中的R个数字，并计算其中存在的W个局部极大值；S6、计算IMF1的长度值与最后一个局部极大值的位置值的差值：从W个局部极大值中提取最后一个局部极大值的位置m，并计算IMF1的长度R与最后一个局部极大值的位置m的差值P，即：P＝R
‑
m；S7、根据得到的差值判断电磁铁的开启状态：若差值P≤开启预设值时，开启电磁铁，吸引处于密封容器中的磁流体运动；若差值P＞开启预设值，关闭电磁铁，磁流体在自身张力和重力作用下自动去复原状态。2.如权利要求1所述的一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，其特征在于，所述单帧采样长度的预设值设定为50毫秒。3.如权利要求1所述的一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法，其特征在于，所述平均音量计值的具体计算方法为：S21、根据预设的单帧采样长度和音频自带的P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒平，张国良，
申请(专利权)人：深圳市爱特康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：