[发明专利]磁性液体演示仪及其控制方法

说明书

本发明公开了一种磁性液体演示仪及其控制方法，控制方法包括以下步骤：S1.确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，形成主旋律强度值序列；S3.根据所述主旋律强度值序列得到励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈响应；演示仪包括用于容纳磁性液体的透明容器、沿环形或直线分布的用于对磁性液体施加磁场的多个电磁线圈、用于对所述电磁线圈进行控制的音乐处理与励磁电路控制单元以及用于对起伏时的磁性液体进行照射的照明单元；本发明的磁性液体演示仪及其控制方法能够建立输入音频信号与磁性液体相变形态的直观联系，以实现磁性液体的良好演示效果。

技术领域

本发明涉及一种磁性液体演示仪领域，尤其涉及一种磁性液体演示仪及其控制方法。

背景技术

磁性液体在外加磁场作用下，纳米磁性颗粒沿着磁场方向形成有序排列，宏观上表现出山状结构形貌。磁性液体演示的科学性主要体现在磁场激励下其快速的液-固相变行为，而欣赏性主要体现在磁场激励下其奇妙的起伏形貌，即山状结构的律动起伏高度。但是，磁性液体在磁场下的律动起伏高度不只与磁场强度有关，还与磁场的施加时长——即与励磁电流的施加时长有关。这是因为，山状结构在磁性力作用下的上升和下降行为实质是一个运动过程，必然需要时间。当施加磁场强度越大、电磁线圈通电时间越长时，磁性液体的起伏高度越高；反之，磁场强度越小、通电时间越短时，起伏高度越低。需要指出的是，受演示区高度限制，磁性液体的最大起伏高度也受到限制。从欣赏性角度，这种山状结构在演示区内必须呈现一定时间，才能体现出最佳欣赏性，实现良好的艺术展示和科普效果。因此，通过控制励磁电流时长可以控制磁性液体山状结构的起伏高度，并且实现山状结构保持尽可能长的时间，从而达到最佳的演示效果。

一首音乐中引起人类心理反应的关键信息在于它的主旋律，主旋律也是一首音乐的核心节拍。不同于整首音乐信号快速复杂的变化，主旋律在时域上变化较缓慢。相反，如果磁性液体的液-固相变响应频率太快，人类无法直观地观察到其与音乐的对应关系。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够建立输入音频信号与磁性液体相变形态的直观联系，以实现磁性液体良好演示效果的磁性液体演示仪及其控制方法。

本发明的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成主旋律强度值序列；S3.将所述主旋律强度值序列相对其最大强度值进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，得到与所述主旋律强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；

进一步，步骤S2中，所述分帧窗的时长应当大于或等于所述最大励磁电流时长；

进一步，步骤S4中，在所述电磁线圈响应的同时，利用光线同步照射该线圈所对应的磁性液体；

进一步，步骤S4中，在所述电磁线圈相应的同时，利用音响同步播放所述输入音频信号；

本发明还公开了一种通过麦克风输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；统计麦克风输入音频信号的平均最大声音强度；S2.对麦克风输入的音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成声音强度值序列；S3.将所述声音强度值序列相对所述平均最大声音强度进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，建立其与所述声音强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；S5.重复步骤S2-S4，直至所述麦克风关闭。

进一步，步骤S3中，在进行所述归一化处理时，若某一声音强度值大于所述最大声音强度，令其等于最大声音强度；