CN101439228A - 利用人体信息的发声装置 - Google Patents

Abstract

一种利用人体信息的发声装置，将收集人体信息的传感器与一选择控制器连接，选择控制器控制选择MIDI装置制作的声音信息、数字声音数据库中的声音，通过扬声器输出声音信息作为控制手段，诱导人体信息达到预定的范围。本发明的优点是应用机器控制的声音，与人进行的指导相比，消除了不同指导者的差异，实现了基于实验对象人体信息的声音输出。

Description

利用人体信息的发声装置

技术领域

本发明是通过传感器收集呼吸、心跳次数、血压、脑波等人体信息，输出音乐、画外音、节奏等声音信息的利用人体信息的发声装置。

背景技术

生病后再治病所需的成本，远高于生病前进行预防的成本。维持并增进健康的方法虽有多种，但运动被认为是最有效的一种。另一方面，因为进行了不当的运动而导致的运动事故也经常发生。为了解决这个问题，必需对个人的体力及运动经验，进行适当的运动指导，仅靠运动中的个人感觉及知识难以解决这个问题。为此，以运动指导为专业的教练必需对运动员个人的体力，进行适当的指导。但是，由于成本及时间等问题，并非每个人都能得到运动教练的指导。所以今天，越来越多的人使用电脑及运动支援器材，以维持并增进健康。

参考专利文献1：专利公开JP2007—75172号公报；

参考专利文献2：专利公开JP2007—193908号公报。

本发明使用户能够适当地使用上述运动器材，应用声音实现有效的运动指导。本发明提出的声音功能装备于运动支援器材，可进行有效的运动指导。

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种为了进行有效的运动指导，为了指导人的动作以便正确地测量人体信息，必需即时地测量实验对象的人体信息，并对应测量结果进行指导的利用人体信息的发声装置。

为了对人的动作进行指导，除了将耳闻目睹的信息直接反馈到身体之外，今天，最简单易行的方法莫过于应用声音进行指导。但是，这种指导也存在问题：因为指导者经验与感觉的不同，通过语言或通过机械发声进行的指导未必适当。

另外，依靠人的经验与感觉进行指导，导致的问题是不同的指导者下达非标准的、各有不同的指令。

本发明着眼于此类问题，应用机器控制的声音，与人进行的指导相比，消除了不同指导者的差异，实现了基于实验对象人体信息的声音输出。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种利用人体信息的发声装置，将收集人体信息的传感器与一选择控制器连接，选择控制器控制选择音乐设备数字接口MIDI装置制作的声音信息、数字声音数据库中的声音，通过扬声器输出声音信息作为控制手段，诱导人体信息达到预定的范围。

所述声音信息包括应用了MIDI装置制作的声音和将人的声音录制成数字声音的数据语音，其中，MIDI装置发生的声音至少有2种音轨，分别生成音乐和节奏。

输出的声音至少包括音乐、节奏、语音3个种类，使用MIDI音符输出的声音形成音乐和节奏，并播放录制的数据语音。

所述选择控制器设定有人体正常信息数值范围，控制MIDI声音的输出速度加快或放慢，使人体状态回归正常，并使MIDI声音输出保持到达数值范围时的输出速度。

利用传感器从人体取得信息，对应不同的人体信息，选择输出不同的声音数据；声音数据分为多个阶段，分别是：设定范围的中间范围、设定范围的下限范围、设定范围的上限范围、低于设定范围下限的范围、超过设定范围上限的范围。

如果在一定时间内加快了声音的输出速度，但测定的人体信息仍然没有到达设定范围内，即停止声音的输出。

本发明的优越功效在于：

1)将本发明应用于任何运动器械上，可进行有效的运动指导；

2)本发明应用机器控制的声音，与人进行的指导相比，消除了不同指导者的差异，实现了基于实验对象人体信息的声音输出。

附图说明

图1为发声装置方框图；

图2为发声装置示意图；

图3为声音输出时间的控制状态示意图；

图4为音量控制状态示意图；

图5为音乐与节奏输出速度的控制状态示意图；

图6为画外音输出信息的控制状态示意图；

图7为外部声音接入与否的方框图；

图8(包括图8A和图8B)为节奏与音乐的控制状态示意图；

图9为使用脑波测量装置的发声装置的控制状态示意图。

图中标号说明

1—人体信息传感器；  2—选择控制器；

3—MIDI装置

301—音轨；          302—节奏轨；

4—数字声音数据库；  5—扬声器；

6—外部声音。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种利用人体信息的发声装置，将收集人体信息的传感器1与一选择控制器2连接，选择控制器2控制选择MIDI装置3制作的声音信息、数字声音数据库4中的声音，通过扬声器5输出声音信息作为控制手段，诱导人体信息达到预定的范围。

所述声音信息包括应用了MIDI装置3制作的声音和将人的声音录制成数字声音的数据语音，其中，MIDI装置发生的声音至少有2种音轨，为音轨301和节奏轨302，分别生成音乐和节奏。

输出的声音至少包括音乐、节奏、语音3个种类，使用MIDI音符输出的声音形成音乐和节奏，并播放录制的数据语音。

所述选择控制器2设定有人体正常信息数值范围，控制MIDI声音的输出速度加快或放慢，使人体状态回归正常，并使MIDI声音输出保持到达数值范围时的输出速度。

利用传感器1从人体取得信息，对应不同的人体信息，选择输出不同的声音数据；声音数据分为多个阶段，分别是：设定范围的中间范围、设定范围的下限范围、设定范围的上限范围、低于设定范围下限的范围、超过设定范围上限的范围。

如果在一定时间内加快了声音的输出速度，但测定的人体信息仍然没有到达设定范围内，即停止声音的输出。

本发明提供了一种利用人体信息的发声装置，结合收集人体信息的传感器1与制作声音信息的MIDI装置3以及数字声音文件数据与传感器信息与声音信息；加上控制是否从扬声器5输出声音的程序。

在传感器部分，对应不同的测量对象，如：呼吸、心跳次数、脑波、血压，各自选择相应的传感器；用于生成声音的音源，使用MIDI与人的声音录制成数字声音数据的音源，其中，MIDI使用主要生成音乐与节奏的2个轨，如图1所示。

在声音的选择方面，与事先预测的正常范围的限值进行比较，判断传感器收集的信息是偏高、偏低、还是处于限值内，并选择输出的声音，由组合了MIDI音源的数字符号制作的MIDI音乐根据来自人体的测量信息，决定音乐的输出速度。

同样的，由组合了MIDI音源的数字符号制作的MIDI根据来自人体的测量信息，决定节奏的输出速度。

输出速度的时间轴的音轨与节奏轨相同，利用软件输出任意一方或双方的声音信息。

如图2所示，数字声音数据库4的声音选择结构是对登录到数字声音数据库的多个声音数据各自赋予不同的ID，比较声音输出控制程序收集的人体信息的状态与事先准备的人体信息，根据两者的差异输出目的声音。

根据这个特点，通过传感器1从人体取得人体信息，并将信息传递给声音选择功能，那么，即可根据人体信息选择并输出声音数据与音乐输出速度及节奏输出速度。

MIDI是Musical Instrument Digital Interface的简称，为音乐设备数字接口，是电音合成器等电子乐器演奏信息的数据形式、通信协议、物理接口的标准。

MIDI数据拥有小节、拍等时间概念，可以记录音符信息，即记录在其音阶上的何时以怎样的强度按哪一个，也就是说，MIDI数据可以称为电子乐器的乐谱。

此外，还针对各部分的音色选择、音量、左右的定位信息、混响、合唱效果的程度等与乐器控制有关的各种信息进行处理。

音乐、画外音、节奏的组合：输出的声音分为音乐、节奏、声音这3个种类，音乐与节奏是应用MIDI音符的声音输出，声音即播放录制的声音。

使用相同的程序控制输出音乐与节奏的速度，在相同的音符位置以相同的速度输出。输出控制程序决定音乐与节奏的输出速度，输出声音。比较通过传感器收集的人体信息与事先设定的限值，对应比较结果，选择并输出相应的声音数据。

如此，利用程序控制了MIDI音乐的输出速度，再将MIDI音乐、人体信息与事先设定的限值进行比较，根据比较结果决定声音的输出，如图3所示，通过这些组合实现了本发明。

MIDI的II声道的音量控制：从MIDI输出的音乐与节奏这2种声音，根据用户的选择，可以两边同时输出或输出单边的轨。另外，节奏轨仅在进入预先设定的人体信息范围时可以输出。音轨与限值无关，设定为ON/OFF，如图4所示。

调整音乐与节奏的输出速度：比较通过传感器收集的人体信息与事先设定的限值，决定音乐与节奏的输出速度。但人体信息总是存在微妙的变化，如果直接将变化信息用于控制音乐与节奏的输出速度，输出的音乐与节奏听起来将变得不稳定，会造成听众的精神压力。为了解决这个问题，使音乐的输出分步变化，分步量根据测量的人体信息的内容而定，如图5所示。

诱导功能，使测量的人体信息留在设定范围内：使测量的人体信息留在设定范围内，可以取得有效的测量结果，因此在本发明中，根据测量数值在设定范围内的位置变化，相应地变更声音输出内容。当测量数值位于设定范围的中间范围时，MIDI音乐的输出速度保持不变，维持此时的输出速度。

当测量数值位于设定范围的下限时，使MIDI音的输出速度分步上升，输出提高测量数值的声音速度，直到达到设定范围的中间范围。

当测量数值位于设定范围的上限时，分步放缓MIDI音乐的输出速度，输出降低测量数值的声音速度，直到达到设定范围的中间范围，拥有声音诱导功能，使测量的人体信息保持在设定范围内。

逐步热身输出：需收集人体信息的人装好传感器，为了适当地收集人体信息颇费时间。某些时候，还可能花了时间却无法适当的收集人体信息。这了解决这个问题，本发明拥有诱导功能，可利用声音诱导，恢复适当的人体状态。

为了判断人体状态是否适当，将其与事先准备的数值范围进行比较。为了应用声音恢复适当的人体状态，由于MIDI的声音输出可诱导低于目标数据范围的人体信息，因此最初应用MIDI音乐的输出速度，阶段性地加快输出速度，在达到目标数值范围的阶段内，停止阶段性加快输出速度的功能，并保持达到数值范围时的输出速度。

逐步放松输出：需收集人体信息的人装好传感器，适当地收集人体信息后，如果突然中止测量，可能对用户的身体造成负担。为了解决这个问题，本发明拥有声音诱导功能，花费一些时间，可以将测量时的人体状态诱导为稳定时的身体状态。

为了判断人体状态是否稳定，比较在热身诱导前收集的人体信息，判断其是否处在事先设定的范围内。

为了利用声音恢复稳定时的身体状态，从根据当前的测量结果制作的声音输出速度开始，阶段性地降低输出速度，降低MIDI输出速度，直到其达到事先设定的稳定时的人体状态的范围内，在达到目标数值范围时，停止使用MIDI音乐进行逐步放松输出。

选择画外音输出信息的方法：对应来自人体的不同信息，选择并输出的声音数据的各有不同。

声音数据的分为5个阶段，分别是：设定范围的中间范围、设定范围的下限范围、设定范围的上限范围、低于设定范围下限的范围、超过设定范围上限的范围。

另外，在各范围内停留的时间测量结果也导致选择的声音输出各不相同。应用以下的区分方法，选择声音输出数据，如图6所示：

1.设定范围的中间范围

2.设定范围的下限范围

3.设定范围的上限范围

4.低于设定范围下限的范围

5.超过设定范围上限的范围

6.在各范围内停留的时间不同，导致不同的选择标准

确保安全的功能：当来自传感器的测量值在一定时间内未达到目标范围内时，本发明的功能可停止声音输出与测量操作。本发明的程序可使来自人体的测量值在设定范围内。为了实现这一功能，加快输出速度，使其进入设定范围内，但是，当声音的输出速度在规定时间内上升，测量的人体信息却仍未到达设定范围内时，本发明判断存在危险，将转移程序，停止传感器的测量与声音的输出。

本发明采用的设定范围为固定值，即使可变，也将输出其功能。

人体信息的设定范围可随用户的人体条件与用户的目的进行更改，但上述的音乐、画外音、节奏的组合、音乐与节奏输出速度的调整、画外音输出信息的选择方法不变。调整上述的音乐与节奏输出速度的分步量及上述画外音输出信息选择方法的上限范围数值、中间范围数值、下限范围数值各不相同。

控制MIDI音乐与声音输出的音量：在本发明的声音输出中，MIDI音乐与声音数据的输出同时进行。此时，存在的问题是难以听到声音信息的输出声音。为了解决这个问题，在声音信息的输出过程中，降低MIDI音乐的输出音量，在结束声音信息的输出时，本发明能够再自动恢复MIDI音乐的输出音量。

应用心跳信息时的结构：应用心跳传感器与用户的年龄信息、来自用户的问卷调查信息，决定身体信息的设定范围。

首先，实施上述的逐步热身输出。应用MIDI音乐的运动速度与声音输出，有效地控制心跳次数，同时利用上述的诱导功能，使测量的身体信息保持在设定范围内，使心跳次数保持在目标设定范围内。

如果心跳次数在规定时间内保持在设定范围内，即实施上述的逐步放松输出，然后结束应用心跳信息的运动指导程序。

应用呼吸信息时的结构：应用心跳传感器、用户的呼吸信息与来自用户的问卷调查信息，决定人体信息的设定范围。

首先，实施上述的逐步热身输出。应用MIDI音乐的运动速度与声音输出，按照声音诱导，有效地控制呼吸时间、呼吸深度与呼吸量，同时应用上述的诱导功能，使测量的人体信息保持在设定范围内，使氧气摄入量与呼吸时间保持在目标设定范围内。

如果氧气摄入量与呼吸时间在规定时间内保持在设定范围内，即可实施上述的逐步放松输出，结束应用呼吸信息的运动指导程序。

应用血压信息时的结构：应用血压传感器、用户的血压信息与来自用户的问卷调查信息，决定人体信息的设定范围。

当精神状态变得不稳定，并且出现血压变化时，应用血压信息。

首先，实施上述的逐步热身输出。应用MIDI音乐的运动速度与声音输出，按照声音诱导，有效地控制呼吸时间、呼吸深度与呼吸量，同时应用上述的诱导功能，使测量的人体信息保持在设定范围内，使氧气摄入量与呼吸时间保持在目标设定范围内。应用MIDI音乐的运动速度或运动强度与声音输出，使用户按照声音诱导，有效地控制呼吸时间与呼吸深度，以血压保持在目的范围内。

为了使血压保持在目的范围内，应用声音诱导功能，使上述的测量人体信息保持在设定范围内，使呼吸时间与呼吸深度保持在目标设定范围内。

如图9所示，应用脑波信息时的结构：本发明应用脑波传感器进行诱导，使用户的脑波状态保持在设定范围内。应用脑波，测定4种脑波：δ波、θ波、α波、β波中的一种或进行组合测量，例如利用声音输出及其速度诱导睡眠与实现精神统一。

首先，实施上述的逐步热身输出。应用基于MIDI音乐的速度与声音输出，有效地诱导睡眠及实现精神统一。

为了实现这个功能，应用声音诱导功能，使上述的测量人体信息保持在设定范围内，使呼吸时间与呼吸深度保持在目标设定范围内。

本发明为了进一步提高安全性能，实现了单耳发声。

通过单耳发声，能够同时听见外部的声音。如此一来，即使在室外使用，不仅可以事先感知危险，因为可以同时听到其他声音，可以更有效地实现声音指导功能。这是因为如果应用本发明的机器内置的声音信息仍然不足以控制身体信息，可以有效地应用外部的声音进行指导。

在本发明中，除了本系统内置的MIDI音乐与声音数据以外，还可以接收来自外部的输入声音。

当来自外部声音6被输入到本系统内时，自动断开MIDI音轨的声音，并通过扬声器输出来自外部的输入音。即使接收来自外部的输入音，对MIDI音与声音数据的输出也没有影响。外部输入音的ON/OFF使用用于外部输入的机器开关，如图7所示。

以4拍作为1单元的节奏音与音乐音构成，如图8A和图8B所示。

编入MIDI内的节奏音与音乐音的构成以1音0.25秒作为标准，将0.25秒的音按照4个顺序组合，共4个音制成1单元1秒的节奏模块，并将其连接输出。

拥有1拍0.25秒4拍一单元共计2秒输出速度的音乐相当于120bpm，这种声音输出速度可以有效地改善心肺功能，是可以振奋精神的声音输出的下限速度。

应用的音乐，可以将记录于音轨内的音乐分为1单元4拍。

如此，即使同时重复播放音乐与节奏，这种声音输出结构，可以防止因反复播放导致节奏的紊乱。

在编辑MIDI的声音输出速度时，通过调整4拍之间的播放间隔，变更输出速度。此时，无论增长还是减短4拍的输出间隔，因为其间隔相同，采用的技法可减少输出音乐的不谐调感。

本发明的应用：

1、在改善心肺功能的运动指导中，应用心跳传感器取得心跳信息，输出与该信息相符的声音，应用这种声音，进行运动指导，以改善心肺功能。

利用MIDI音乐作为运动的带跳者，使心跳次数保持在设定限值范围内。MIDI的音轨结合音乐的输出速度，调整音乐的输出速度，使输出速度与测量的心跳信息对应，并使心跳次数保持在心跳次数的范围内。也就是说，将本发明应用为运动的带跑者。当心跳次数接近心跳范围的上限或下限，不在心跳次数的范围内时，MIDI的节奏轨应用节奏音，为了强制性地使心跳次数返回目标范围内，改变4拍节奏音的输出速度。在限值范围外通过传感器取得的人体信息位于限值范围内时，或接近限值、超过限值、不在限值范围内时，将设定的各种不同的声音输出给实验对象，为了使实验对象在运动中的心跳状态可以改善心肺功能，进行运动指导，以获得有效的运动强度。

2、为了使精神状态稳定，应用呼吸传感器，通过声音控制呼吸速度与强度的指导装置。

应用呼吸传感器，通过测量呼吸的时间、深度与氧气摄入量，推测精神的不稳定程度。将精神的不稳定程度与事先设定的精神的不稳定限值进行比较，应用音乐与节奏的输出速度和声音，使精神趋向稳定的呼吸方法，本功能可有效地指导呼吸。

3、分娩时的呼吸指导装置

本装置在分娩时应用有效的呼吸方法，可以缓解产妇精神及身体上的痛苦，具有使分娩更加顺利的效果。

应用呼吸传感器测量用户的呼吸状态。将测量的呼吸状态，如呼吸的时间、呼吸的深度、呼吸的强度与事先设定的呼吸范围进行比较，对应测量的呼吸信息的所处位置，变更输出的MIDI音乐与节奏及声音信息，诱导呼吸，使其进入事先设定的适当范围。

4、用于治疗过度呼吸的装置

本装置在治疗过度呼吸时，应用有效的呼吸方法，可以有效地缓解过度呼吸引起的精神及身体上的痛苦，同时可以有效地治疗过度呼吸。

应用呼吸传感器，测量用户的呼吸状态。将测量的呼吸状态，如呼吸的时间、呼吸的长度、呼吸的强度与事先设定的呼吸范围进行比较，对应测量的呼吸信息的所处位置，变更输出的MIDI音乐与节奏及声音信息，诱导呼吸，使其进入事先设定的适当范围。

5、用于稳定精神性血压上升的装置

应用血压传感器、用户的血压信息及来自用户的问卷调查信息，决定身体信息的设定范围，将该设定范围与测量血压进行比较，应用有效的声音输出时间与声音诱导功能，诱导用户形成安静时的血压。

精神兴奋并伴有剧烈的血压上升时，特别是对患有心脏疾病的用户而言，剧烈的血压上升是维持健康的大敌。为了解决这个问题，将取自血压传感器的血压信息与设定范围进行比较，诱导血压进入目标设定范围，应用血压与MIDI音乐及节奏输出速度的函数，决定对应的音乐及节奏输出速度，决定输出的声音。

6、应用测量脑波信息的睡眠诱导装置

使用脑波测量装置，观察到以下的脑波现象：

δ波小于0.5～4Hz，在沉睡时出现；

θ波小于4～8Hz，在打盹儿的时候出现；

α波小于8～13Hz，在脑部正在休息的部位出现；

β波小于13～40Hz，在精神活动的部分出现。

根据观察到的脑波信息，应用MIDI音乐的输出内容及其播放速度与声音诱导θ波与δ波。音乐的输出内容由可以区分为1单元4拍的音乐构成，且拥有多个音色，对应测量的状态，选择诱导睡眠的音色与速度，诱导出现θ波与δ波，如图9所示。

7、应用脑波与心跳信息的禅宗的精神集中诱导装置

应用脑波测量装置，观察到以下现象：

δ波小于0.5～4Hz，在沉睡时出现；

θ波小于4～8Hz，在打盹儿的时候出现；

α波小于8～13Hz，在脑部正在休息的部位出现；

β波小于13～40Hz，在精神活动的部分出现。

根据观察到的脑波信息，应用MIDI音乐的输出内容及其播放速度与声音诱导β波。音乐的输出内容由可以区分为1单元4拍的音乐构成，且拥有多个音色，对应测量的脑波状态，选择诱导睡眠的音色与速度，诱导出现θ波与δ波。

8、应用位置信息传感器的姿势指导装置

应用位置信息传感器，检测安装人体部位的位置与移动量以及移动方向。对事先设定信息范围的数据库内的信息进行分级，比较分级后的测量数据。应用包括测量信息的对应分级的音乐输出速度、节奏速度与声音输出，进行声音诱导，以控制行走姿势、站姿及坐姿。

9、应用平衡传感器的平衡指导装置

应用2个以上的重量传感器与位置传感器，各自检测出施加于传感器之上的重力差，再应用安装在特定部位的位置传感器检测该部位的位置与移动量以及移动方向。对事先设定信息范围的数据库内的信息进行分级，比较分级后的测量数据。应用包括测量信息的对应分级的音乐输出速度、节奏速度与声音输出，检测身体各部位的设定位置与差异，输出声音进行差异补偿，输出拥有相应运动强度与节奏的音乐，以实现平衡的补偿。

Claims (6)

1、一种利用人体信息的发声装置，其特征在于：

将收集人体信息的传感器与一选择控制器连接，选择控制器控制选择音乐设备数字接口MIDI装置制作的声音信息、数字声音数据库中的声音，通过扬声器输出声音信息作为控制手段，诱导人体信息达到预定的范围。

2、按权利要求1所述的利用人体信息的发声装置，其特征在于：

所述声音信息包括应用了MIDI装置制作的声音和将人的声音录制成数字声音的数据语音，其中，MIDI装置发生的声音至少有2种音轨，分别生成音乐和节奏。

3、按权利要求1或2所述的利用人体信息的发声装置，其特征在于：

输出的声音至少包括音乐、节奏、语音3个种类，使用MIDI音符输出的声音形成音乐和节奏，并播放录制的数据语音。

4、按权利要求1或2或3所述的利用人体信息的发声装置，其特征在于：

所述选择控制器设定有人体正常信息数值范围，控制MIDI声音的输出速度加快或放慢，使人体状态回归正常，并使MIDI声音输出保持到达数值范围时的输出速度。

5、按权利要求1或2或3或4所述的利用人体信息的发声装置，其特征在于：

利用传感器从人体取得信息，对应不同的人体信息，选择输出不同的声音数据；声音数据分为多个阶段，分别是：设定范围的中间范围、设定范围的下限范围、设定范围的上限范围、低于设定范围下限的范围、超过设定范围上限的范围。

6、按权利要求4所述的利用人体信息的发声装置，其特征在于：

如果在一定时间内加快了声音的输出速度，但测定的人体信息仍然没有到达设定范围内，即停止声音的输出。

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