[发明专利]一种利用电磁铁控制磁流体跟随音乐旋律运动的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及磁流体律动控制技术领域，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。

背景技术

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。

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。

目前，在磁流体控制上主要有以下3种常用方法：

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。

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。

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。

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。

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。发明人决定再研发一种新的控制方法，能够完美克服以上缺陷。

发明内容

本发明的目的是：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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

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；