CN103996255A - 基于仿生原理的声光组合叫早方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于仿生原理的声光组合叫早方法及装置，其特征是利用仿生原理，在实施叫早前先行降低当事人的睡眠深度，尽可能使其降为浅睡眠甚至半清醒状态，使得当事人“被人为打断睡眠”时体内的生理冲突大幅度降低，从而感到比较平和甚至接近自然醒。

Description

基于仿生原理的声光组合叫早方法及装置

技术领域

本发明涉及一种日常生活用品，尤其是一种具有叫早功能的声光组合装置，具体地说是一种基于仿生原理的声光组合叫早方法及装置，它不同于以往电子闹钟等“单纯用声音吵醒”的生硬方法，而是采用符合人体生理活动规律的仿生方法，科学利用人类睡眠的自然生理规律，使得“被人为打断睡眠”相对比较舒适自然，减轻甚至消除被叫早时的痛苦感觉。。

背景技术

 众所周知，当代人在许多时候，为了上夜班、赶早班飞机火车等，已经不能睡到自然醒，所以各种叫早服务应运而生。过去宾馆饭店普遍采用电话铃声叫早、家庭中通常都使用机械闹钟叫早，随着社会科技的进步，目前社会上最为普及的叫早方式，是用自带的手机或其它各种电子产品所附有的电子闹钟计时，到时发出声响，将人吵醒。

人们需要叫早服务，可是被铃声打断睡眠却相当地不舒服，绝大多数的人被铃声吵醒后都会感到不同程度的难受，有些人（尤其是青少年、神经衰弱者和心脑疾病患者）甚至会比较痛苦，起床一段时间后仍昏昏沉沉、神情迷怔烦燥。人们普遍认为这是“睡眠不足”和“铃声过于突兀刺耳”造成的，既然前者是必须承受的现实，就在后者身上做工作：单调的铃声改进成了优美的音乐、骤然大音量改进成了由弱渐强、持续发音改进成了间断发音等等，可是最终却收效甚微，绝大多数人被打断睡眠的感觉依然是相当地不舒服。究其根本，是这种叫早方法过于直接简单，完全没有考虑并顺应人的自然生理规律：许多人在闹钟响起的时候，正处在生理深度睡眠状态，“需要起床”的模糊理性意识和“需要继续睡眠”的强烈生理本能必然冲突强烈。虽然绝大多数当事人最终都能用理智克服本能，强行中止睡眠，但这种内在冲突对当事人生理、精神和情绪所造成的消极影响却十分现实地存在着，从闹钟问世至今延续了上百年基本没有改观。

如果“被人为打断睡眠”时，当事人已经是浅睡眠状态或者是半清醒状态，那么难受的感觉就比较轻微，甚至可能接近于自然醒，那当事人就算比较幸运。可惜百十年来各种闹钟叫早时间的设定，根据的只是“符合当事人对时间的需要”而完全不管当事人“当时的睡眠深度”，随机碰到什么睡眠深度就是什么深度、难受不难受完全随它去。总体而言，碰巧感觉较好的幸运者极少、普遍感觉难受的是绝大多数。

综上所述，当今社会普遍采用的电子闹钟都属于“单纯用声音叫早”的方式，它们过于简单和直接，只考虑将人按时叫醒而完全没有顾及人的正常生理活动规律和感受，存在先天不足，总体效果很差。本发明以为，虽然“单纯用声音叫早”（也就是“人为打断睡眠”）达到了“叫早”的目的，但在达到目的过程中未考虑手段的科学性、未努力顺应人体生理规律、未顾及受众的感受是不对的。所以提出本发明予以改进，努力减轻甚至消除“叫早”（即“被人为打断睡眠”）时受众的难受感觉。

发明内容

本发明的目的是针对现有的叫早方法及装置存在不符合人体生理规律，未充分考虑深度睡眠中叫醒会引起严重不适的问题，发明一种基于仿生原理的声光组合叫早方法，同时设计一种相应的叫早装置，在实施叫早前先行降低当事人的睡眠深度，尽可能使其降为浅睡眠甚至半清醒状态，使得当事人“被人为打断睡眠”时体内的生理冲突大幅度降低，从而感到比较平和甚至接近自然醒。

本发明的技术方案之一是：

一种基于仿生原理的声光组合叫早方法，其特征是：

    首先，在预定的叫醒时间前5-15分钟启动灯光照明，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；

其次，在光照诱导5-15分钟后再开启音乐，使当事人进入预备起床阶段；

最后，当预定的叫醒时间到后，再启动正常的叫醒音响，以唤醒当事人，使当事人在经过灯光诱导和音乐预备后在睡意相对已淡的前提下被叫醒而不会有任何难受的感觉，实现仿生叫早，减少打破生理常规所引起的不适。

光照诱导时，光照度可调，光线在0.1-4分钟内由暗到最亮自动调节并维挂。

所述的预备音乐由弱到强并在两分钟内达到50-60分贝的音量。

本发明的技术方案是：

一种基于仿生原理的声光组合叫早装置，其特征是它包括：

    一发光装置，该发光装置在电控装置的控制下能在预定的叫醒时间前设定的时间内提前启动发光，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；

一音乐发声装置，该音乐发声装置既能在发光装置以最大功率照射设定的时间后启动发出预备音乐以便利用声响使当事人进入预备起床阶段，该音乐发声装置同时还能在达到预设的叫醒时间启动能将当事人叫醒的叫早音乐；

一电控装置，该电控装置用于控制所述的发光装置和音乐发声装置，使它们按设定的次序和延时实现发光、发声。

所述的发光装置为台灯或手机，它所发出的光在电控装置的控制下连接可调。

所述的音乐发声装置为与发光装置集成为一体、组装在一起或单独存在的能发出音乐的装置，且所发出的音乐能在电控装置的控制下在发出预备音乐时能由小到大连接变化后保持至设定时间，在发出最后叫早音乐时能以设定的最高音量连接或间断发出叫早音乐，直到被人为中断或超过设定时间。

本发明的有益效果：

一，本发明方法利用的全部是现有成熟技术，只是用科学的方式进行了全新的组合以达到全新的效果，所以技术上不存在任何问题或者障碍。

二、本发明全新科学组合的依据，是用仿生原理顺应人体自然生理规律，所以具有特殊的使用平和性。它适用于一切人（特别是青少年、神经衰弱者或患有心脑血管疾病者）使用，它能使人体感觉相对自然舒适，从而更好地保护民众的健康利益。

三、本发明方法的适用范围极广，它可以普遍用于家庭、医院、宾馆、养老院等一切场所，甚至可以与室内原有的照明灯具或音响组合使用。

四、本发明方法也完全适用于现有手机，只要按本发明方法适当调整内置程序，就能将原有的“手电筒”功能和音响功能组合成具有仿生叫早功能的手机。利用手机的好处，是大众平时都可以随身携带符合仿生原理的叫早手机。使用手机叫早需要注意的是，较长时间使用手电筒功能耗电较大，小电板未必能够确保工作良好，所以定时后可能需要维持在充电状态比较合适。

附图说明

    图1是本发明的叫早装置的组成原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    实施例一。

一种基于仿生原理的声光组合叫早方法，其本质是利用仿生原理，在实施叫早前先行降低当事人的睡眠深度，尽可能使其降为浅睡眠甚至半清醒状态，使得当事人“被人为打断睡眠”时体内的生理冲突大幅度降低，从而感到比较平和甚至接近自然醒。为此可按以下步骤加以实现：

首先，在预定的叫醒时间前5-15分钟启动灯光照明，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；为了减少当事人的不适，灯光照明的光照强度应采用自动调光灯光，使灯光在几分钟内由弱到强，保持不变，灯光可为调光台灯、调光手电、带照明功能的手机等固定式或便携式设备加以实现。

其次，在光照诱导5-15分钟后再开启音乐，使当事人进入预备起床阶段；同样，为了减少当事人的不适，预备音乐也可采用音量渐进式控制，使预备音乐在设定的时间内从最小声升高到50-60分贝并一直保持或阶段性保持到设定的正常收早时间，预备音乐可采用与发光装置一体式配置的音乐电路加以实现，也可采用机械闹钟或电子闹钟。

最后，当预定的叫醒时间到后，再启动正常的叫醒音响，以唤醒当事人，使当事人在经过灯光诱导和音乐预备后在睡意相对已淡的前提下被叫醒而不会有任何难受的感觉，实现仿生叫早，减少打破生理常规所引起的不适。叫醒音响可以与预备音乐使用同一硬件，也可单独设置，如采用传统的闹钟、手机闹种、电子闹钟等。

本发明的相关理论依据为：

根据相关人体解剖学知识可知，人体大脑内有一个腺体叫松果体，它会分泌一种褪黑色素。这种褪黑色素实质是人体睡眠的增效剂，它能使人类睡眠深沉和高效。

褪黑色素的旺盛分泌时间，通常都在当事人长期生活地的夜晚时间段，所以人们普遍以为，它的分泌量主要是由生物钟调节决定的，其实这种认识是片面的：这里确实有生物钟的因素，但在当地夜晚分泌旺盛主要是“记忆”和“习惯性重复”了当地长期规律的环境条件。其实影响褪黑色素分泌量的决定性因素，本质上是环境亮度。

中国人到美国（或美国人到中国）都各自带着自己的生物钟，可是仅需几天，原有的生物钟就被改写了程序，松果体已经不理会“老家的时间”而开始执行现实的“所在地时间”了。这种“改写程序”的力量不是其它，而是所在地现实的环境亮度：起初松果体也是按原已习惯成自然的规律分泌褪黑色素的，可是褪黑色素的分泌实际需要与环境亮度保持“反相关”关系。当它按原生活时区的“记忆”和“习惯”准备大量分泌褪黑色素时，新地方（比较准确的说法应该是“新时区”）的环境亮度太大、现实条件抑制分泌；当它习惯性怠工时，新时区环境昏暗，现实条件促使它加大分泌。“原有生物钟”和“松果体需要现实环境亮度支持”斗争的结果（也就是通常所说的“倒时差”），必然是原有生物钟程序被改写，松果体很快形成了新的规律、又开始按新时区（也就是所在地环境亮度规律）调节褪黑色素分泌量了。这个事实证明，是所在地环境亮度、而不是个人的生物钟主导着松果体分泌褪黑色素的能力，在中国、美国或其它任何国家长期定居或临时迁移，“所在地环境亮度”都起主导作用。

通过大量科学检验我们确知：人的睡眠深度与大脑内松果体分泌的褪黑色素浓度密切相关。褪黑色素浓度高，人的睡眠就深沉；褪黑色素浓度不高，睡眠深度就较浅；褪黑色素浓度很低，人就处于半清醒甚至清醒状态。古代人普遍“日出而起、日落而息”、现代人们普遍在明亮的环境中相对睡不沉稳、比较容易惊醒，天黑了或环境昏暗比较容易犯睏、比较容易入睡并睡沉，虽然情况并不单纯，但其中有个相当重要的因素，就是“环境亮度影响到了松果体褪黑色素的分泌量、而褪黑色素的分泌量直接影响到了人的睡眠或清醒程度”。

由此我们可以推导出：褪黑色素浓度最高时被打断睡眠最痛苦；褪黑色素浓度较低时被打断睡眠感觉稍好；褪黑色素浓度很低时被打断睡眠相对最为平和自然。

现在我们反观一下现有的电子（或机械）闹钟叫早，可以发现，它们设计理念的核心只是“按时叫早”，至于当事人当时体内褪黑色素的浓度完全未在考虑范围之内，也就是说，当事人的生理感受完全是随机的、放任的，电子闹钟的设计者对此是不管的。

由此本发明的内容是：在“按时叫早”之前，首先提高环境亮度，利用“松果体分泌褪黑色素的能力与环境亮度反相关”的生理特点，用大约十分钟的过渡时间，诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒。这种诱导和过渡，虽然改变不了当事人睡眠可能不足、最终也依然需要用声音把他叫醒的现实，但当事人此刻的睡眠深度已浅甚至已经半清醒，较之于在深度睡眠状态下将其强行吵醒要柔和许多，自然就可以减轻甚至消除当事人的不良感受。

实施例二。

如图1所示。

一种基于仿生原理的声光组合叫早装置，它可由最基本的三种部件组成，即发光装置1、音乐发声装置2和电控装置3组成，电控装置3主要由电子计时器及程控电路组成，它被用于控制所述的发光装置和音乐发声装置，可采用现有技术加以实现，电控装置3，使它们按设定的次序和延时实现发光、发声。发光装置1能在电控装置3的控制下能在预定的叫醒时间前设定的时间内提前启动发光，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；发光装置1可采用调光台灯或带照明功能的手机，台灯或手机所发出的光在电控装置的控制下应连接可调，即最好采用带调光电路的发光装置。音乐发声装置2既能在发光装置以最大功率照射设定的时间后启动发出预备音乐以便利用声响使当事人进入预备起床阶段，该音乐发声装置同时还能在达到预设的叫醒时间启动能将当事人叫醒的叫早音乐；音乐发声装置可设计成与发光装置一体式结构、组合式结构或单独存在的能发出音乐的装置，可采用音乐电路加以实现，也可利用手机功能实现，所发出的音乐既能在电控装置3的控制下在发出预备音乐时能由小到大连接变化后保持至设定时间，在发出最后叫早音乐时能以设定的最高音量连接或间断发出叫早音乐，直到被人为中断或超过设定时间；

发光装置1（如电灯）、音乐发声装置2（如电子音响）和电控装置3（如电子计时器及程控电路）三者比较合理的方式是组装成台灯形式，当然也可以改进现有手机的程序、音响和发光原件，使手机也具有本发明的性能。

电子音响在得到电子计时器及程控电路给出的信号后，能够正常发出音乐音响，声音由低渐高，并在预定的时间内达到预定的音量。现有手机都有电子音响、都能调节音量，增加程序自动调节音量也很方便，不存在技术难点；

电灯在得到电子计时器及程控电路给出的信号后，能够正常点亮，亮度由暗渐亮，并可以在预定的时间内逐渐达到预定的亮度。现有部分手机本身就有“手电筒功能”、手机显示屏也都能调节亮度，增加程序自动调节手电筒亮度也应该不存在技术难点，只是较长时间使用“手电筒功能”可能耗电较大、小电板可能负担过重，所以使用时应该以维持在充电状态为宜。

电子计时器及程控电路本质与普通的电子钟无异，它可以显示当前时间和设定叫早时间；当叫早时间设定后，程控电路后台同时运行两套程序：一套管理电灯，另一套管理音响。

由于电子计时器及程控电路、电子音响、电灯等均为现有成熟及公知技术，所以本发明对此不再细述，只谈它们的组合方式以及由此产生的全新功效。

本发明是的工作过程是：

当事人按照普通方式设定电子闹钟的叫早时间后（譬如设定在凌晨三点整），随后将本发明的“台灯”（或已配备了本发明功能的手机）放在自己的床头，将台灯聚光罩或手机的手电筒预先对准当事人的床头；电子计时器及程控电路随后开始在后台运行程序，此时音响和电灯都是“待机”状态，台灯（或手机）显示屏只显示当前时间及设定时间，与普通的电子闹钟无异；

当时间到达预设叫早前十分钟（凌晨二点五十分）时，电子计时器及程控电路开始向电灯（或手机、手电筒）发出信号（电子音响依然保持静默），电灯随即开始微弱点亮，然后根据程控信号逐渐变亮，用8分钟时间过渡到当事人头部附近达到“近似天亮”的亮度并予以维持。此时当事人依然处在睡眠状态，并且极可能是深度睡眠状态，虽然眼睛是闭着的，但他的眼神经系统能够感受到外部的环境亮度在逐渐增加（这种变化无级的、阶梯状的都可以，只要亮度不在瞬间变化过大、造成当事人不适即可），相应的，当事人大脑内松果体分泌的褪黑色素就开始逐渐降低，诱使当事人的睡眠深度逐渐变浅，即使不能在10分钟内由深度睡眠退出至半清醒状态，至少也能退出至浅睡眠状态；

灯光诱导8分钟后，电子计时器及程控电路开始向电子音响发出信号，电子音响随即发出音乐，音量也是由极低开始渐高、两分钟后达到并维持在五、六十分贝的中等音量。由于当事人此时的睡眠渐浅，所以比较容易听到并适应这种渐强的音响，且不至于感到过分突兀和反感；

当时间到达预先设定的叫早时间（如凌晨三点整），程控电路指挥音响发出预先设定的、有别于原有音乐的特殊叫早声音（譬如常规的铃声，也可与预备音乐相同）。由于当事人已经经过了十分钟灯光诱导和两分钟柔和音响预备，所以此刻当事人的生理感受应该比较平和。由于当事人原先的疲倦程度、已经睡眠的时间、设定叫早的时间等均为不确定值，所以我们没有把握断定当事人肯定已经被“过渡”到了半清醒状态、肯定不会再有任何难受的感觉，但当时的睡意相对已淡却是肯定无疑的。睡意已淡肯定要比直接从深度睡眠中武断叫醒要柔和许多。

本发明较之于现有普通电子闹钟的根本区别在于：它不是只用声响，而是多出了一套变光系统，为大脑内的松果体营造了一套“天气渐亮”的虚拟环境，用仿生手段抑制褪黑色素的分泌量。

本发明较之现有各种闹钟的最根本优点在于：它不是只管“按时叫早”，而是在实施“叫早”之前，预先、主动、柔和地降低当事人睡眠深度，从而大幅度降低当事人被人为打断睡眠时的不舒适感觉。

本实施例所说的“预设十分钟叫早过渡时间”，仅是一个预估的大概时间长度，在实际设计中此时长应该是可以自主调整的，譬如分设为“五分钟过渡”、“十分钟过渡”、“十五分钟过渡”等若干个可选档。但过渡时间不宜过长或过短。过长褪黑色素浓度降低过早，当事人可能因此损失一部分原本可以深度睡眠的休息时间；过短则褪黑色素浓度可能一时降低不多，叫醒时仍可能略显生硬。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种基于仿生原理的声光组合叫早方法，其特征是：

    首先，在预定的叫醒时间前5-15分钟启动灯光照明，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；

其次，在光照诱导5-15分钟后再开启音乐，使当事人进入预备起床阶段；

最后，当预定的叫醒时间到后，再启动正常的叫醒音响，以唤醒当事人，使当事人在经过灯光诱导和音乐预备后在睡意相对已淡的前提下被叫醒而不会有任何难受的感觉，实现仿生叫早，减少打破生理常规所引起的不适。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是光照诱导时，光照度可调，光线在0.1-4分钟内由暗到最亮自动调节并维挂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的预备音乐由弱到强并在两分钟内达到50-60分贝的音量。

4.一种基于仿生原理的声光组合叫早装置，其特征是它包括：

    一发光装置，该发光装置在电控装置的控制下能在预定的叫醒时间前设定的时间内提前启动发光，利用光照诱导降低当事人体内褪黑色素的浓度，使当事人的睡眠深度自然由深至浅、甚至逐渐接近半清醒；

一音乐发声装置，该音乐发声装置既能在发光装置以最大功率照射设定的时间后启动发出预备音乐以便利用声响使当事人进入预备起床阶段，该音乐发声装置同时还能在达到预设的叫醒时间启动能将当事人叫醒的叫早音乐；

一电控装置，该电控装置用于控制所述的发光装置和音乐发声装置，使它们按设定的次序和延时实现发光、发声。

5.根据权利要求4所述的叫早装置，其特征是所述的发光装置为台灯或手机，它所发出的光在电控装置的控制下连接可调。

6.根据权利要求4所述的叫早装置，其特征是所述的音乐发声装置为与发光装置集成为一体、组装在一起或单独存在的能发出音乐的装置，且所发出的音乐能在电控装置的控制下在发出预备音乐时能由小到大连接变化后保持至设定时间，在发出最后叫早音乐时能以设定的最高音量连接或间断发出叫早音乐，直到被人为中断或超过设定时间。