CN114099894A - 脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN114099894A CN202010882330.3A CN202010882330A CN114099894A CN 114099894 A CN114099894 A CN 114099894A CN 202010882330 A CN202010882330 A CN 202010882330A CN 114099894 A CN114099894 A CN 114099894A
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Xi'an Huinao Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供一种脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质,涉及助眠技术领域。该脑波音频助眠方法,包括:对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到所述脑波数据的特征参数;根据所述脑波数据的特征参数,确定所述脑电设备所监测用户所处的睡眠期;根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差;根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;根据所述目标波差,对基于所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;通过左右双通道耳机播放所述双声拍脑波音频。本申请可提高音频助眠效果。

Description

脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及助眠技术领域,具体而言,涉及一种脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
睡眠作为人类不可缺少的生理现象,占据了人生命中三分之一的时间,它的质量好坏与人体健康与否有密切关系。从某种意义上说,睡眠质量决定着生活质量。
随着生活和工作压力的增大,各种助眠产品或者应用程序应运而生,以通过播放音频的方式实现助眠。在目前的一些音频助眠方案中,其主要是基于用户的选择播放对应的音频。这对于聆听者仅仅是被动的接受音频的刺激,没有形成人体状态和音频的交互,即,无论人体状态为何,其播放的音频始终不变,除非用户切换播放音频。
也就是说,目前的音频睡眠方案中,聆听者只是被动的接收音频的刺激,没有音频和人体状态交互,无法依据大脑的实时状态动态调整,助眠效果也比较差。
发明内容
本申请的目的在于,针对上述现有技术中的不足,提供一种脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质,以解决现有音频助眠方案中音频和人体状态没有交互,无法依据大脑的实时状态动态调整,助眠效果差的问题。
为实现上述目的,本申请实施例采用的技术方案如下:
第一方面,本申请实施例提供了一种脑波音频助眠方法,包括:
对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到所述脑波数据的特征参数;
根据所述脑波数据的特征参数,确定所述脑电设备所监测用户所处的睡眠期;
根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差;
根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;其中,所述脑波音频映射规则包括:所述脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系;
根据所述目标波差,对基于所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;
通过左右双通道耳机播放所述双声拍脑波音频。
可选的,所述根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差,包括:
根据所述睡眠期,确定所述用户是否处于深睡状态;
若所述用户未处于深睡状态,则根据所述睡眠期,采用所述睡眠期与波差的对应关系,确定所述目标波差。
可选的,所述根据所述睡眠期,确定所述用户是否处于深睡状态,包括:
若所述睡眠期为W期、N1期,或者N 2期,则确定所述用户未处于深睡状态;其中,W期为清醒期,N1期为非快速眼球转动睡眠1期,N2期为非快速眼球转动睡眠2期,N1期和N2期属于浅睡期;
若所述睡眠期为N3期,或者,快速眼球转动REM期,则确定所述用户处于深睡状态,其中,N3期为非快速眼球转动睡眠3期。
可选的,所述睡眠期与波差的对应关系为:
W期对应的波差为:α波段范围的波差;
N1期对应的波差为:θ波段范围的波差;
N2期对应的波差为:δ波段范围的波差。
可选的,所述脑波数据的特征参数包括:多种特征参数,相应的,所述脑波音频映射规则可包括:所述多种特征参数与音频要素的对应关系;所述根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素,包括:
根据所述多种特征参数与音频要素的对应关系,分别对所述多种特征参数进行映射,得到多种音频要素,所述目标音频要素包括:所述多种音频要素。
可选的,所述多种特征参数包括周期、振幅、能量参数;所述多种音频要素包括:音长、音高和音强;
所述多种特征参数与音频要素的对应关系包括:
所述脑波数据的周期对应的音频要素为音长;
所述脑波数据的振幅对应的音频要素为音高;
所述脑波数据的能量参数对应的音频要素为音强。
可选的,所述根据所述目标波差,对所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频之前,所述方法还包括:
根据预先选择的音色,以及所述目标音频要素,生成所述脑波音频。
可选的,所述方法还包括:
若所述用户未处于深睡状态,根据所述睡眠期,调整所述双声拍脑波音乐的播放音量。
可选的,所述方法还包括:
重新采集脑波数据,直至基于所述重新采集的脑波数据检测到所述用户处于深睡状态,则停止播放所述双声拍脑波音乐。
第二方面,本申请实施例还提供一种脑波音乐助眠装置,包括:
脑波分析模块,用于对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到所述脑波数据的特征参数;
波差确定模块,用于根据所述脑波数据的特征参数,确定所述脑电设备所监测用户所处的睡眠期;根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差;
映射模块,用于根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;其中,所述脑波音频映射规则包括:所述脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系;
双声拍模块,用于根据所述目标波差,对基于所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;
播放模块,用于通过左右双通道耳机播放所述双声拍脑波音频。
第三方面,本申请实施例还提供一种脑波音乐助眠设备,包括:存储器和处理器,所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所提供的任一脑波音乐助眠方法。
第四方面,本申请实施例还提供一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被读取并执行时,实现上述第一方面所提供的任一脑波音乐助眠方法。
本申请的有益效果是:
本申请所提供的脑波音频助眠方法、装置、设备及存储介质中,可通过对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数,根据该脑波数据的特征参数,确定该脑电设备所监测用户所处的睡眠期,并根据该睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定该睡眠期对应的波差为目标波差,还根据该脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对该波数据进行映射处理得到目标音频要素,根据该目标波差,对基于该目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频,继而通过左右双通道耳机播放该双声拍脑波音频,其中,该脑波音频映射规则包括:该脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系。由于该脑波音频助眠方法中,脑波音频是基于采集到的用户的脑电数据进行映射翻译所得到的目标音频要素所生成的音频,并且,对该脑波音频进行双声拍处理所采用的波差也是基于该脑电数据所确定的睡眠期对应的波差,那么一旦用户的生理状态发生变化,脑电数据相应发生变化,播放给用户的双声拍脑波音频也会动态发生变化,并且,该双声拍脑波音频播放后,还可诱导用户的脑波发生变化,从而达到放松和助眠效果。因此,本申请的脑波音频助眠方法,即可实现音频和人体状态的交互,使得脑波音频也随着人体状态变化而变化,有效提高放松助眠效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例提供的脑波音频助眠方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中对脑波音频进行双声拍处理的方法流程示意图;
图3为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中生成脑波音频的方法流程示意图;
图4为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中基于脑波数据进行音频要素的映射的方法流程示意图;
图5为本申请实施例提供的一种脑波音频助眠方法的示例流程图;
图6为本申请实施例提供的一种脑波音频助眠装置的示意图;
图7为本申请实施例提供的脑波音频助眠设备的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
需要说明的是,本申请所提供的各实施例所采用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思,除非上下文另外明确指出。此外,在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义,除非另外定义。应注意,这里使用的术语应解释为具有与下述各实施例的上下文相一致的含义,而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
为便于准备理解本申请下述各实施例提供的方案,在描述本申请所提供的技术方案之前,如下先对本申请所涉及的术语进行如下解释:
双声拍技术(BBT:Binaural Beat Technology):声音是外界对大脑进行刺激的一种常用的简单而有效的办法,人耳能听到的频率是20Hz-20KHz,然而,能有效刺激大脑的声波频率都很低(如脑电波中常见的四种波段),无法直接用低频声波进行刺激,这就需要一种技术,即双声拍技术。当给人的左耳和右耳同时播放不同频率的声波时,大脑会将这两种不同的声波进行整合,此时人所感应到的是来自这两种声波的差,该声波差即是所谓的双声拍。
例如,当对左耳施以一个400Hz频率的声波,同时给右耳一个414Hz频率声波,当听到这2种相近但不相同的声音时会在大脑对其进行整合,因此还会感应到第三个声音:一个频率为14Hz大小随时间渐强渐弱的声音,这个声音就是所谓的双声拍,它会被大脑所接收,并有效的刺激大脑对这一频率进行响应,从而达到使用指定频率对大脑施加刺激的目的。
无标度性(Scale-free):也称其为标度性质(Scaling Properties),是复杂系统分形特征的体现,具体指在具有分形性质的物体上任选一局部区域,由于其自身具有自相似性,对它进行放大后,得到的放大图形会显示出原图的形态特性,即它的形态、内在的复杂程度、不规则性等各种特性,与原图相比均不会发生变化,这种特性称为无标度性。
脑电波(Electroencephalogram,EEG):国际脑波协会针对脑波的振动频率不同,将脑波分为α,β,θ和δ四种波段。目前科学所知的脑电波频率主要都包含在30Hz以下,各波段的频率、状态以及出现时间如下表1所示。
表1
Figure BDA0002651947410000061
Figure BDA0002651947410000071
睡眠分期又称睡眠期:在睡眠过程中,脑电图会发生各种不同变化,这些变化随着睡眠的深度而不同。根据脑电图的不同特征(具体见下述表2),将睡眠分为两种状态:非快速眼球运动睡眠(Non-rapid Eye Movement,NREM)和快速眼球运动睡眠(Rapid EyeMovement,REM)。根据美国睡眠医学学会(American Academy of Sleep Medicine,AASM)脑电睡眠分期,睡眠主要分为以下5个分期:W期(清醒期),N1期(NREM1),N2期(NREM2),N3期(NREM3),REM期。其中N1,N2属于浅睡期,用于指示用户处于浅睡状态,N3属于深睡期,用于指示用户处于深睡状态,REM期则有利于建立新的突触联系,促进学习记忆活动甚至是创新思维的形成,促使神经系统的正常发育、正常功能维持和损伤修复,睡梦一般出现在该阶段。
在完整的睡眠过程中,NREM期和REM期交替出现4~6个睡眠周期,每个周期约历时90分钟,NREM期睡眠时间约占75%-80%,REM期睡眠时间约占20%-25%。从就寝到开始入睡之间的时间称之为入睡潜伏期,成年人一般为20~23分钟,然后进入N1期,大约经过0.5~7分钟,即进入N2期,30~38分钟后,进入N3期,持续约数分钟到1小时,再回到N2期,大约在开始入睡后70~90分钟,进入REM睡眠,通常只有5分钟左右,接着再回到NREM睡眠第二期,也即第二个睡眠周期的开始。
从第二个睡眠周期开始,N3期逐渐缩短,而REM睡眠逐渐延长,后半夜N3期睡眠越来越少,渐至消失;而REM睡眠甚至可达60分钟,且其生理表现(眼球快速运动)和心理表现(做梦)也越来越强烈。
一般年轻人在整夜的睡眠中,N1期约占5%~10%,N2约占50%,N3约20%,REM睡眠约占20%~25%。从儿童期到老年期,随着生长、发育渐至衰老,REM睡眠和NREM睡眠N3期逐渐减少,60岁以后基本上没有N3期,夜间醒转的次数增加。
表2
Figure BDA0002651947410000072
Figure BDA0002651947410000081
相较于目前已有的音频助眠方案中,采用用户所选择的单一频率的音频对接受者进行音频刺激的助眠方案,本申请实施例旨在提供一种可与人体状态如人体的睡眠状态交互的音频助眠方案,通过可反映人生理状态的脑波音频进行音频刺激,考虑了个体差异性的同时,使得音频与接受者的生理状态的适应性更强,从而提高音频刺激的效果,达到放松和助眠的效果。
如下通过多个实例对本申请所提供的脑波音频助眠方法进行示例说明。
图1为本申请一实施例提供的脑波音频助眠方法的流程示意图,该脑波音频助眠方法可由音频助眠设备通过软件和/或硬件的方式实现。在可能的实现中,该音频助眠设备可以为具有脑电采集功能的音频助眠设备,也可以为与脑电设备通信连接的控制设备如终端或服务器等。图1所示,该脑波音频助眠方法可包括:
S101、对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数。
S102、根据该脑波数据的特征参数,确定该脑电设备所监测用户所处的睡眠期。
在实现示例中,可在用户佩戴脑电设备,获取脑电设备采集的脑波数据。该脑波数据还可称为上述脑电波,或者,脑电波数据等。
可通过对脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数,该特征参数例如可以包括:脑波数据的频率、振幅、含特色波形中的至少一种参数。在得到该脑波数据的特征参数之后,可根据该特征参数,采用上述图2所示的各睡眠期的脑波数据的特征表,确定用户所处的睡眠期。该睡眠期可以为W期(清醒期)、N1期(NREM1)、N2期(NREM2),N3期(NREM3),又或者,REM期。
S103、根据该睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定该睡眠期对应的波差为目标波差。
该睡眠期与波差的对应关系可包括:至少一个睡眠期与波差的对应关系,该对应关系可以对应关系表的形式存储,也可采用其他的方式存储。
示例的,通过上述S101确定该睡眠期后,便可基于该睡眠期,可通过查询对应关系表,确定该睡眠期对应的波差为目标波差。
波差指的是,双声道声波的频率差。通过该S102得到的目标波差,可用于进行音频的双声拍处理,使得双声拍处理后的音频的双声道的频率差为该目标波差。
S104、根据该脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对该脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素。
其中,该脑波音频映射规则包括:该脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系。脑波音频映射规则可以为无标度性脑波音频映射规则,该脑波音频映射规则基于该脑波数据,以及音频要素的无标度性所建立的映射规则。该映射规则可将脑波数据的特征参数,映射为对应的音频要素。
如下分别对神经系统的无标度性以及音频的无标度性进行描述,便于对无标度性脑波音频映射规则的理解。
神经系统的无标度性:脑电方面的研究表明,脑波数据的振幅、相位和频率等参数具有标度性质,脑电的功率谱符合幂律定律(Power Law),且在不同的意识状态下,如睡眠和清醒状态下,标度指数显示出差异。静息状态下脑波数据的微状态序列也符合标度无关性。而基于功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)的研究结果则表明,人在安静状态和任务状态下,其信号强度具有不同的标度指数。进一步的,受神经系统控制,人的动作中也包含了标度无关的节律,如站立时的晃动,行走的步伐等。
在电生理方面,对知觉神经元的研究表明,听觉神经元放电的放电率和放电时间间隔都存在分形特征符合无标度分布;同时,人们研究发现,离子通道和神经元放电活动都存在分形特征,且其标度指数与离子通道具体的功能函数有关。甚至在基因组分析中,都有无标度性的存在。
音乐的无标度性:自上世纪70年代开始,人们陆续发现了音乐参数存在无标度现象。1975年有学者发现音乐强度的功率谱是无标度的,随后发现音乐的旋律音程是符合分形分布。对音乐中音高、音长等基本元素统计分析显示,经典音乐如一些静电音乐大都有无标度性,即满足齐普夫(Zipf)定律。在音乐中,可以对音高、音程等要素的出现次数做同样的统计处理,可以得到类似的结果。音乐的节奏具有标度无关性,且这种性质可能是与作曲家个人风格相关。此外,从乐曲的结构和段落层面而言,许多经典作品,如巴赫的作品是具有分形结构的。更有意思的是,研究发现标度指数与音乐美学评价具有一定的相关性,标度指数在1左右被认为更加悦耳动听。正是在这样的背景下,出现了基于分形与混沌函数的音乐创作新方向。这些研究结果表明,音乐与神经信息确实存在一定的科学共性。因此有理由认为“音乐之所以能取悦于人,原因在于人体与音乐受同样的自然规律支配”。
上述神经系统和音乐的无标度性的描述旨在解释,无标度性脑波音乐映射规则所涉及的脑波数据以及音乐的无标度性,那么,通过映射规则得到的音频要素所构成的音频便具有无标度性,即脑波音频为无标度的脑波音乐,呈现音乐的特性,实现了脑波数据到脑波音频的翻译。
在可能的实现方式中,该脑波音频映射规则可以为:脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系。在可能的实现方式中,可先对该脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数,根据该特征参数,以及该特征参数与音频要素的对应关系,确定该特征参数对应的音频要素即为该脑波数据对应的音频要素。
在得到该目标音频要素之后,便可基于该目标音频要素生成脑波音频,该脑波音频由于是基于脑波数据映射得到的音频要素生成的,因此,该脑波音频携带了人体状态信息,即人体睡眠状态信息。
也就是说,该脑波音频是基于脑波数据谱成的音频,通过捕捉被试本人特异的与深度放松有关的脑波数据而形成。该脑波音频播放后,便可使得被试大脑中这种脑波与该脑波音频可产生共振与反馈的作用,能达到放松和助眠的效果。
S105、根据该目标波差,对基于该目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频。
在可能的实现中,可从该脑波音频中提取一个通道的音频,根据该目标波差,对该提取的音频进行上/下变频处理,得到另一个通道的音频,对该一个通道的音频,以及该另一个通道的音频进行合并,得到该双声拍脑波音频。
在一种可能实现方式中,可先提取左通道音频,根据该目标波差,对该左通道的音频进行上/下变频处理实现升频或者降频处理,得到右通道音频,由此,左右通道的音频之间便会存在目标波差;对该左通道音频和右通道音频进行合并,得到双声拍脑波音频。
在另一种可能实现方式中,可先提取右通道音频,根据该目标波差,对该右通道的音频进行上/下变频处理,得到左通道音频;对该左通道音频和右通道音频进行合并,得到双声拍脑波音频。
S106、通过左右双通道耳机播放该双声拍脑波音频。
由于该双声拍脑波音频是通过对脑波数据进行映射得到的脑波音频进行双声拍处理得到的音频,即该双声拍脑波音频是基于采集到的脑波数据所谱成的音频,通过捕捉被试本人特异的与深度放松有关的脑波数据而形成,当播放给用户,便可使得聆听者的大脑中这种脑电波产生共振与反馈的作用,实现放松和助眠。并且,双声拍处理所采用的波差也是基于该脑波数据进行得到的,因此,该双声拍脑波音频可反映人体的生理状态,将该双声拍脑波音频进行播放,便可诱导人进行睡眠状态,进一步的保证音频助眠效果。
本申请实施例提供的脑波音频助眠方法,可通过对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数,根据该脑波数据的特征参数确定该脑电设备所监测用户所处的睡眠期,并根据该睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定该睡眠期对应的波差为目标波差,还根据该脑波数据的特征参数以及预设的脑波音频映射规则,对该波数据进行映射处理,得到目标音频要素,还根据该目标波差,对基于该目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频,继而通过左右双通道耳机播放该双声拍脑波音频,其中,该脑波音频映射规则包括:该脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系。由于该脑波音频助眠方法中,脑波音频是基于采集到的用户的脑电数据进行映射翻译所得到的目标音频要素所生成的音频,并且,对该脑波音频进行双声拍处理所采用的波差也是基于该脑电数据所确定的睡眠期对应的波差,那么一旦用户的生理状态发生变化,脑电数据相应发生变化,播放给用户的双声拍脑波音频也会动态发生变化,并且,该双声拍脑波音频播放后,还可诱导用户的脑波发生变化,从而达到放松和助眠效果。因此,本申请的脑波音频助眠方法,即可实现音频和人体状态的交互,使得脑波音频也随着人体状态变化而变化,有效提高了放松助眠效果。
本申请提供的脑波音频助眠方法,一方面可通过对脑波数据映射得到目标音频要素,继而生成脑波音频,即将脑波数据翻译成脑波音频,翻译所得的脑波音频包含个体脑状态的生理信息,通过聆听该脑波音频可以了解和监测自身的大脑状态,与一般的音乐相比,该脑波音频有人为主动去参与的挈机,可形成一种良性互动的过程。
另一方面,聆听来自身体发出的声音对一般人来说本身是一件很有趣的事情,因为人往往总是关注于与自身关系密切的事物,由此可以增加人们在听的过程中的专注度,去除心中的杂念,有达到净化心灵的可能,此种方式与“正念呼吸”有异曲同工的效用。
在其它方面中,由于该脑波音频可随不同人的不同状态的改变而改变,体现出明显的个体差异性,从某种程度上来说,就像是每个人的身体在创作属于自己独有的音乐,并且,也相比药物辅助睡眠,该脑波音乐助眠方法可在没有任何副作用,提高了用户的参与度,有效保证脑波音频的助眠效果。
如下通过一个可能的示例,对脑波音频的双声波拍处理进行解释说明,图2为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中对脑波音频进行双声拍处理的方法流程示意图。如图2所示,双声拍处理的方法可包括:
S201、从脑波音频中提取预设通道的音频。
S202、基于目标波差对该预设通道的音频进行上/下变频。
对该预设通道的音频进行上/下变频的过程中,可首先采用公式例如可以为f1=cos(2*π*(fs/4)*n)与获得的预设通道的音频相乘进行变频,其中,fs为脑波音频的采样频率,n为整数值,是一个不断变化的值,为1T,2T,……,NT,其中T=1/fs代表周期,N为脑波音频的长度。
与f1相乘后的音频进行带通滤波,以将音频的频率范围控制在预设范围内。
经带通滤波后的音频进一步与公式例如可以为f2=cos(2*π*(3*fs/4+Δf)*n)相乘,以进一步调节音频频率。上述公式中的fs为脑波音频的采样频率;n为整数值,是一个不断变化的值,为1T,2T,……,NT,其中T=1/fs代表周期,N为脑波音频的长度。
S203、采用预设的低通滤波器对该进行上/下变频后的音频进行低通滤波,得到另一通道的音频。
S204、对该预设通道的音频和另一通道的音频进行合并,得到双声拍脑波音频。
通过上述S202和S203处理,使得该预设通道的音频和另一通道的音频的频率差为该目标波差。
该实施例提供的方法中,可通过基于脑波数据所确定的目标波差即睡眠期对应的波差,对基于脑波数据进行翻译得到的可表征人体状态的脑波音频进行双声拍处理,可使得双声拍脑波数据与人体的睡眠状态更匹配,满足人体的状态差异性,有效保证基于该双声拍脑波音频进行脑波干预的放松和助眠效果。
需要指出的是,上述对脑波数据的双声拍处理,仅为一种可能的实现,还可以是其他的方式实现,只要结合了脑波音频的采样频率以及该目标波差进行变频处理,即为本申请所保护的技术方案。
如下通过实例继续对基于睡眠期确定目标波差的实现进行解释说明,图3为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中生成脑波音频的方法流程示意图。如图3所示,如上方法中S103中根据该睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定该睡眠期对应的波差为目标波差可以包括:
S301、根据该睡眠期,确定该用户是否处于深睡状态。
在具体实现中,可确定的该睡眠期是否为深睡状态对应的睡眠期,若睡眠期不为深睡状态对应的睡眠期,则确定该用户未处于深睡状态;若睡眠期为深睡状态对应的睡眠期,则可确定用户处于深睡状态。
在可能的实现方式中,在S301中根据该睡眠期,确定该用户是否处于深睡状态,可包括:
若该睡眠期为W期、N1期,或者N2期,则确定该用户未处于深睡状态;其中,W期为清醒期,N1期为非快速眼球转动睡眠1期,N2期为非快速眼球转动睡眠2期,N1期和N2期属于浅睡期;
若该睡眠期为N3期,或者,快速眼球转动REM期,则确定该用户处于深睡状态,其中,N3期为非快速眼球转动睡眠3期。
需要说明的是,深睡状态对应的睡眠期可以为N3期和REM期,当睡眠期为N3期或REM期中任一,便可确定用户处于深睡状态。睡眠期为其它任一睡眠期,如W期、N1期,或者N2期中任一,便可确定用户未处于深睡状态。
具体的,当睡眠期为W期,便可确定用户处于清醒期,当睡眠期为N1期或者N2期,便可确定用户处于浅睡状态。
S302、若该用户未处于深睡状态,则根据该睡眠期,采用该睡眠期与波差的对应关系,确定该目标波差。
未处于深睡状态可以是清醒期,又或者,浅睡期,因此,该睡眠期与波差的对应关系可以报考:清醒期和/或浅睡期中任一睡眠期与波差的对应关系。
示例的,该睡眠期与波差的对应关系可以包括:
W期对应的波差为:α波段范围的波差;
N1期对应的波差为:θ波段范围的波差;
N2期对应的波差为:δ波段范围的波差。
当用户处于深睡状态,便无需进行目标波差的确定,停止播放双声拍脑波音频即可。
由于睡眠状态是发生变化的,该方法还可包括:
重新采集脑波数据,直至基于该重新采集的脑波数据检测到该用户处于深睡状态,则停止播放该双声拍脑波音乐。
也就是说,在进行双声拍脑波音频进行播放的情况下,还需持续监测,重新采集脑波数据,当基于该重新采集的脑波数据监测到睡眠期发生变化,还需基于变化后的睡眠期对目标波差以及脑波音频的重新生成,以得到更新后的双声拍脑波音频并进行播放。当基于该重新采集的脑波数据监测到用户处于深睡状态,即深度睡眠状态,便可停止播放双声拍脑波音频。
由于睡眠具有周期性,即在一个周期内,用户处于深睡状态,过一段时间又会进入浅睡状态,如此循环交替。因此,对脑电数据的监测是持续进行的,则在一个周期内监测到用户处于深睡状态后,停止播放脑波音频,但是基于脑电数据的监测可持续监测,当监测到用户未处于深睡状态后,可再次执行上述方法,以监测脑电数据,生成双声拍脑波数据,继而进行播放。在另一实施例中,在一个周期内,检测到用户处于深睡状态后,脑电数据的监测持续进行,但是脑波音频的播放停止,之后用户的睡眠按照其自然睡眠周期进行,不再进行音频干预。或者在一个周期内,检测到用户处于深睡状态后,则停止脑电数据的监测及音频干预,用户的睡眠按照其自然睡眠周期进行。
该实施例提供的方法,可通过对睡眠期的准确判断,以及睡眠期与波差的对应关系,实现基于脑波数据的波差的准确确定的,可使得后续基于该目标波差进行双声拍处理后的音频尽可能地与人体状态更匹配,保证脑波音频的助眠效果。
在上述各实施例的基础上,本申请实施例还提供一种脑波数据至音频要素的映射实现示例。在该示例中,该脑波数据的特征参数可包括:多种特征参数,相应的,该脑波音频映射规则可包括:脑波数据的多种特征参数与音频要素的对应关系。图4为本申请实施例提供的脑波音频助眠方法中基于脑波数据进行音频要素的映射的方法流程示意图。如图4所示,上述各方法中S104中根据脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对该脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素可包括:
S401、根据该多种特征参数与音频要素的对应关系,分别对该多种特征参数进行映射,得到多种音频要素,该目标音频要素包括:该多种音频要素。
在可能的实现中,可根据脑波数据的每种特征参数,采用该每种特征参数与音频要素的对应关系,确定该每种特征参数对应的音频要素,从而得到该多种音频要素。该多种特征参数与音频要素的对应关系中,不同的特征参数可对应不同的音频要素。因此,基于该多种特征参数,采用该对应关系,可得到用以生成脑波音频的多种音频要素。
示例的,该脑波数据的多种特征参数可包括周期、振幅、能量参数;该多种音频要素包括:音长、音高和音强。
该多种特征参数与音频要素的对应关系包括:
该脑波数据的周期对应的音频要素为音长;该脑波数据的振幅对应的音频要素为音高;该脑波数据的能量参数对应的音频要素为音强。
在其他的实现示例中,还可采用该脑波数据的其他特征参数,上述周期、振幅、能量参数仅为可能的示例,本申请并不对此进行限制。
需要指出的是,能量参数可以为平均功率,也可以为fMRI信号强度,当然也可以为其他的形式的能量参数。
采用fMRI信号强度映射音强,可保证音高和音强之间的不相关性,使得基于目标音频要素生成的脑波音频更符合作曲的约定,更挺近人工作曲,更好地体现脑波音频的无标度性,保证脑波音频的音乐属性,提高脑波音频的助眠效果。
如下结合,脑波数据的周期、振幅和平均功率分别映射得到对应的音频要素的实现过程进行示例说明。
A、将脑波数据的周期映射至音长:脑波数据的事件可根据信号过零点的时刻定义当信号波形由负变正时,表示一个事件开始,当波形第二次由负变正时,该事件结束,也是下一事件的开始。因此,一个事件实际上就是脑波数据的一个周期。实际应用中,根据脑波数据的特征也可以选择将两个或者其他个数的周期视为一个事件。一个脑波数据的事件被映射为音频旋律中的一个音,因此音长就等于该事件的长度。基于此,可将该脑波数据的周期映射至音长,此处,该脑波数据的周期可以是一个周期,也可以为两个或多个周期的,本申请不对此限制。
B、将脑波数据的振幅映射至音高:记音高为Pitch,其值为乐器数字接口(MusicalInstrument Digital Interface,MIDI)中表示音高的数值,即范围在1~127之间的整数。脑波数据的振幅记为Amp,表示一个脑波数据的事件内波底到波峰的距离。映射建立在标度性质基础上,两者的关系,即振幅与音高的对应关系可为如下公式1所示:
Pitch=m*lgAmp+n 公式1
其中m,n为预设可调参数。
C、将脑波数据的平均功率映射至音强。音符的音强,即音量,由该脑波数据的每个事件的能量决定。同样按照费希纳(Fechner)定律,记该脑波数据的每个事件的平均功率为AP,音强为MI(范围0~127),即平均功率与音高的对应关系可如下公式2所示:
MI=k*lgAp+t 公式2
其中k,t为预设可调参数。
该实施例中提供一种脑波数据的各特征参数至音频要素的映射,可使得到的音频要素也符合无标度性,从而使得基于该目标音频要素生成的脑波数据符合无标度性,具有音乐的特性,从而保证双声拍处理后的双声拍脑波音频可与人体状态更匹配,保证脑波音频的助眠效果。
可选的,在上述方法的基础上,上述S105中根据该目标波差,对基于该目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频可包括:
S402、根据预先选择的音色,以及该目标音频要素,生成该脑波音频。
该预先选择的音色例如可以是用户通过该脑波助眠设备上的脑波助眠应用程序所呈现的设置界面进行音色的选择,也可以采用其他的方式进行音色的选择。该预先选择的音色例如可以为钢琴、音乐盒、吉他等音色。在可能的示例中,该预先选择的音色例如可以为音乐盒。
根据预先选择的音色和该目标音频要素生成的脑波音频,可更好的满足用户的喜好,提高用户的听觉效果,使得用户更放松愉悦,继而提高助眠效果。
在另外的一些实现方式中,本申请实施例所提供的脑波音频助眠方法还可包括:
若该用户未处于深睡状态,根据该睡眠期,调整该双声拍脑波音乐的播放音量。
示例的,可根据该睡眠期,采用预设的睡眠期与音量的对应关系,确定该睡眠期对应的音量为目标音量,继而根据该目标音量,调整该双声拍脑波音乐的播放音量。
不同的睡眠期可对应不同的音量,音量与睡眠期对应的睡眠程度相关。示例的,睡眠期对应的睡眠程度越深,音量越小,睡眠期对应的睡眠程度越浅,音量越大。即,若W期、N1期,以及N 2期所对应的音量逐渐减小。
该实施例提供的方案还可根据该睡眠期调整双声拍脑波音频的播放音量,有效保证脑波音频的助眠效果,避免过大的音量对睡眠的影响。
如下结合一个具体实现示例进行解释说明,图5为本申请实施例提供的一种脑波音频助眠方法的示例流程图。如图5所示,该脑波音频助眠方法可包括:
S501、对脑波数据进行特征分析,得到该脑波数据的特征参数。
S502、根据该特征参数确定用户所处的睡眠期。
S503、确定睡眠期是否为W期。
S504、若睡眠期为W期,确定α波段范围的波差为第一波差。
S505、根据该脑波数据的特征参数及预设的脑波音频映射规则,对该脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素,并基于该目标音频要素生成脑波音频。
S506、根据第一波差,对脑波音频进行双声拍处理,得到第一双声拍脑波音频。
S507、通过左右双通道耳机播放第一双声拍脑波音频。
S508、若睡眠期不为W期,确定是否为N1期。
S509、若睡眠期为N1期,确定θ波段范围的波差为第二波差。
S510、根据第二波差,对脑波音频进行双声拍处理,得到第二双声拍脑波音频。
S511、通过左右双通道耳机播放第二双声拍脑波音频。
S512、若睡眠期不为N1期,确定是否为N2期。
S513、若睡眠期为N2期,确定δ波段范围的波差为第三波差。
S514、根据第三波差,对第三脑波音频进行双声拍处理,得到第三双声拍脑波音频。
S515、通过左右双通道耳机播放第三双声拍脑波音频。
S516、若睡眠期不为N2期,确定是否为N3或REM期。
S517、若睡眠期为N3或REM期,则停止播放双声拍脑波音频。
本申请所提供的脑波音频助眠方法,可实现音频和人体状态的交互,使得脑波音频也随着人体状态变化而变化,有效提高了放松助眠效果。
下述对用以执行的本申请所提供的脑波音频助眠方法的装置、设备及存储介质等进行说明,其具体的实现过程以及技术效果参见上述,下述不再赘述。
图6为本申请实施例提供的一种脑波音频助眠装置的示意图,如图6所示,该脑波音频助眠装置600可包括:
脑波分析模块601,用于对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到脑波数据的特征参数;
波差确定模块602,用于根据该脑波数据的特征参数,确定脑电设备所监测用户所处的睡眠期;并根据所睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定睡眠期对应的波差为目标波差;
映射模块603,用于根据该脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;其中,该脑波音频映射规则包括:该特征参数与音频要素的对应关系;
双声拍模块604,用于根据目标波差,对基于目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;
播放模块605,用于通过左右双通道耳机播放双声拍脑波音频。
可选的,波差确定模块602具体用于根据睡眠期,确定用户是否处于深睡状态;若用户未处于深睡状态,则根据睡眠期,采用睡眠期与波差的对应关系,确定目标波差。
可选的,波差确定模块602具体用于若睡眠期为W期、N1期,或者N 2期,则确定用户未处于深睡状态;其中,W期为清醒期,N1期为非快速眼球转动睡眠1期,N2期为非快速眼球转动睡眠2期,N1期和N2期属于浅睡期;若睡眠期为N3期,或者,快速眼球转动REM期,则确定用户处于深睡状态,其中,N3期为非快速眼球转动睡眠3期。
可选的,睡眠期与波差的对应关系为:
W期对应的波差为:α波段范围的波差;
N1期对应的波差为:θ波段范围的波差;
N2期对应的波差为:δ波段范围的波差。
可选的,脑波数据的特征参数包括:多种特征参数,相应的,该脑波音频映射规则可包括:该多种特征参数与音频要素的对应关系。映射模块603,具体用于根据多种特征参数与音频要素的对应关系,分别对多种特征参数进行映射,得到多种音频要素,目标音频要素包括:多种音频要素。
可选的,多种特征参数包括周期、振幅、能量参数;多种音频要素包括:音长、音高和音强;
多种特征参数与音频要素的对应关系包括:
脑波数据的周期对应的音频要素为音长;
脑波数据的振幅对应的音频要素为音高;
脑波数据的能量参数对应的音频要素为音强。
可选的,脑波音频助眠装置600还包括:
生成模块,用于根据预先选择的音色,以及目标音频要素,生成脑波音频。
可选的,脑波音频助眠装置600还包括:
调整模块,用于若用户未处于深睡状态,根据睡眠期,调整双声拍脑波音乐的播放音量。
可选的,播放模块,还用于基于重新采集的脑波数据检测到用户处于深睡状态时,停止播放双声拍脑波音乐。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法,其实现原理和技术效果类似,在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路,例如:一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC),或,一个或多个微处理器(digital singnal processor,简称DSP),或,一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)等。再如,当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时,该处理元件可以是通用处理器,例如中央处理器(CentralProcessing Unit,简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如,这些模块可以集成在一起,以片上系统(system-on-a-chip,简称SOC)的形式实现。
图7为本申请实施例提供的一种脑波音频助眠设备的示意图,该脑波音频助眠设备可以集成于设备或者设备的芯片中,该设备可以是具备脑电采集功能的设备,或者,与脑电设备连接的设备。
该脑波音频助眠设备700包括:存储器701、处理器702。存储器701和处理器702通过总线连接。
存储器701用于存储程序,处理器702调用存储器701存储的程序,以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似,这里不再赘述。
可选地,本申请还提供一种程序产品,例如计算机可读存储介质,包括程序,该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)或处理器(英文:processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(英文:Read-Only Memory,简称:ROM)、随机存取存储器(英文:Random Access Memory,简称:RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种脑波音频助眠方法,其特征在于,包括:
对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到所述脑波数据的特征参数;
根据所述脑波数据的特征参数,确定所述脑电设备所监测用户所处的睡眠期;
根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差;
根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;其中,所述脑波音频映射规则包括:所述脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系;
根据所述目标波差,对基于所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;
通过左右双通道耳机播放所述双声拍脑波音频。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差,包括:
根据所述睡眠期,确定所述用户是否处于深睡状态;
若所述用户未处于深睡状态,则根据所述睡眠期,采用所述睡眠期与波差的对应关系,确定所述目标波差。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述脑波数据的特征参数包括:多种特征参数,相应的,所述脑波音频映射规则可包括:所述多种特征参数与音频要素的对应关系;所述根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素,包括:
根据所述多种特征参数与音频要素的对应关系,分别对所述多种特征参数进行映射,得到多种音频要素,所述目标音频要素包括:所述多种音频要素。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述多种特征参数包括周期、振幅、能量参数;所述多种音频要素包括:音长、音高和音强;
所述多种特征参数与音频要素的对应关系包括:
所述脑波数据的周期对应的音频要素为音长;
所述脑波数据的振幅对应的音频要素为音高;
所述脑波数据的能量参数对应的音频要素为音强。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标波差,对所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频之前,所述方法还包括:
根据预先选择的音色,以及所述目标音频要素,生成所述脑波音频。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
若所述用户未处于深睡状态,根据所述睡眠期,调整所述双声拍脑波音乐的播放音量。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
重新采集脑波数据,直至基于所述重新采集的脑波数据检测到所述用户处于深睡状态,则停止播放所述双声拍脑波音乐。
8.一种脑波音乐助眠装置,其特征在于,包括:
脑波分析模块,用于对脑电设备采集的脑波数据进行特征分析,得到所述脑波数据的特征参数;
波差确定模块,用于根据所述脑波数据的特征参数,确定所述脑电设备所监测用户所处的睡眠期;并根据所述睡眠期,采用预设的睡眠期与波差的对应关系,确定所述睡眠期对应的波差为目标波差;
映射模块,用于根据所述脑波数据的特征参数,以及预设的脑波音频映射规则,对所述脑波数据进行映射处理,得到目标音频要素;其中,所述脑波音频映射规则包括:所述脑波数据的特征参数与音频要素的对应关系;
双声拍模块,用于根据所述目标波差,对基于所述目标音频要素所生成的脑波音频进行双声拍处理,得到双声拍脑波音频;
播放模块,用于通过左右双通道耳机播放所述双声拍脑波音频。
9.一种脑波音乐助眠设备,其特征在于,包括:存储器和处理器,所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-7任一项所述的脑波音频助眠方法。
10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被读取并执行时,实现上述权利要求1-7任一项所述的脑波音频助眠方法。
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