CN110025939A - 一种声乐呼吸训练仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声乐呼吸训练仪，涉及声乐练习辅助工具领域，该声乐呼吸训练仪通过将气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块集成在壳体内，进气管设置在壳体的顶面，且进气管穿过壳体的顶面与气流流速传感器的进气端连接，气流流速传感器的出气端连接出气管，出气管一端位于壳体内，出气管另一端位于壳体外，气流流速传感器、存储模块，显示模块分别与处理器连接，显示屏连接显示模块；本发明提出基于气流流速传感器和处理器结合的并采用特征值提取算法从气流流速信息中提取出特征向量，将特征向量与标准向量进行对比输出评估结果的方式，可实现定量评估训练结果，从而提高训练质量。

Description

一种声乐呼吸训练仪

技术领域

本发明涉及一种声乐练习辅助工具，更具体的涉及一种声乐呼吸训练仪。

背景技术

声乐包括：美声唱法、民族唱法和通俗唱法，现在中国又出现了原生态唱法。声乐是由一个或多个歌手表演的音乐形式，可不用乐器直接表现出来，这种表现形式对声音的要求很高。同时也可以使用乐器伴奏表现，乐器泛指可以用各种方法各种方法奏出音色的效果，能够发出乐音，并能进行音乐艺术再创造的器具，人类通过演奏乐器，借以表达、交流感情思想，且声乐艺术是一门技术性和实践性非常强的学科，仅凭理论知识进行学习是非常困难的，它主要是通过不断地发声训练和歌曲演唱来逐步完成。所以不管是进行各种唱法的表演还是对乐器的演凑，科学的运用气息是非常有用的，呼吸是声乐练习的重要组成部分，根据乐曲的要求分出强、弱、急、缓，变换的使演唱时的气息更饱满、更舒畅，使歌声更具有表现力。

因此进行声乐训练是音乐创作的基本本领，目前一般采用声乐练习器进行训练。

而目前的声乐练习器，只是对呼吸训练起到辅助的作用，无法定量评估练习者的呼吸训练结果，导致练习的效果较差，影响训练质量。

发明内容

本发明实施例提供一种声乐呼吸训练仪，用以解决现有技术中无法定量评估练习者的呼吸训练效果，导致练习的效果较差，影响训练质量的问题。

本发明实施例提供一种声乐呼吸训练仪，包括：壳体，进气管、出气管、气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块以及显示屏，所述气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块集成在所述壳体内，所述进气管设置在所述壳体的顶面，且所述进气管穿过所述壳体的顶面与所述气流流速传感器的进气端连接，所述气流流速传感器的出气端连接所述出气管，所述出气管一端位于所述壳体内，所述出气管另一端位于所述壳体外，所述气流流速传感器、存储模块，显示模块分别与所述处理器连接，所述显示屏连接显示模块；

所述气流流速传感器用于检测气流流速信号，并将检测到的气流流速信号转换成气流流速数据，并向所述处理器发送收集指令，当所述处理器接收到收集指令时，获取气流流速数据x(n)；其中，n大于等于1且小于等于N，其中 N为气流流速传感器采集到的气流流速数据的点数；所述处理器采用特征向量提取方法从气流流速数据x(n)中提取出均值特征向量并采用如下公式(1)计算均值特征向量与标准特征向量的相关系数corr；

其中公式(1)中，i＝1…N_T，conj(.)表示求复共轭|·|表示求模，且为归一化均值特征参数，B_i为标准参数；

所述处理器基于所述corr求得corr的相角theta；并根据theta值输出评估结果；

所述显示模块，根据所述评估结果输出不同的文本信息，并将所述文本信息显示在显示屏上；所述存储模块，用于存储标准特征向量

较佳地，所述处理器用于执行特征向量提取方法的具体步骤：

S1、将所述气流流速数据{x(n),1≤n≤N}分为K个气流流速短帧x_m(h)；其中，m＝1，···K且K＝N/N_s；x_m(h)＝x[(m-1)·N_S+h]，1≤h≤N_S；

S2、分别对K个气流流速短帧x_m(h)一一进行N_s点的DFT变换，得到K 个复频域数据X_m(k)，其中，1≤k≤N_S，且j2＝-1；

S3、对K个复频域数据X_m(k)一一采用特征滤波函数组 {H_i(k),1≤k≤N_s；i＝1,···N_T}进行滤波，得到K组样值，且每一组样值具有N_T个特征参数C_i(m),i＝1,…N_T；

S4、对所述C_i(m),i＝1,···N_T进行归一化处理输出N_T个归一化特征参数

其中，且|C_i(m)|是由C_i(m)求模得到；

S5、将所述N_T个归一化特征参数形成特征向量其中，m＝1，···K；

S6、对K个特征向量求均值得到均值特征向量

其中，且为归一化均值特征参数，i＝1…N_T。

较佳地，所述处理器用于采用提取公式提取特征参数；其中，i＝1,…N_T。

较佳地，所述处理器用于根据求相角公式求取所述theta；其中，R为corr的实部，I为corr的虚部。

较佳地，所述处理器用于根据theta值输出评估结果包括：

当-30°≤theta≤30°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准非常接近”的文本信息；

当-90°≤theta<-30°或30°<theta≤90°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准基本接近”的文本信息；

当-180°<theta<-90°或90°<theta<180°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准相差较大”的文本信息。

本发明实施例中，通过将气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块集成在该壳体内，该进气管设置在该壳体的顶面，且该进气管穿过该壳体的顶面与该气流流速传感器的进气端连接，该气流流速传感器的出气端连接该出气管，该出气管一端位于该壳体内，该出气管另一端位于该壳体外，该气流流速传感器、存储模块，显示模块分别与该处理器连接，该显示屏连接显示模块；进而实现在声乐呼吸训练时，气流流速传感器用检测气流流速信号，并将检测到的气流流速信号转换成气流流速数据，并向该处理器发送收集指令，当该处理器接收到收集指令时，获取气流流速数据x(n)，并采用特征向量提取方法从气流流速数据x(n)中提取出均值特征向量并将均值特征向量与标准特征向量进行对比输出评估结果，从而实现可以定量评估训练者的训练结果，该结果准确、可靠，由于该呼吸训练仪可实现呼吸训练的评判，让学生及时了解了自己训练的质量，可调动学生的积极性，从而有助于提高训练的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种声乐呼吸训练仪的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种声乐呼吸训练仪的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种声乐呼吸训练仪的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种声乐呼吸训练仪的电路连接示意图。如图 1-2所示，该声乐呼吸训练仪包括壳体1，进气管2、出气管3、气流流速传感器4、处理器5、存储模块6，显示模块7以及显示屏8，该气流流速传感器4、处理器5、存储模块6，显示模块7集成在该壳体1内，该进气管2设置在该壳体1的顶面，且该进气管2穿过该壳体的顶面与该气流流速传感器4的进气端连接，该气流流速传感器4的出气端连接该出气管3，该出气管3一端位于该壳体1内，该出气管3另一端位于该壳体1外，该气流流速传感器4、存储模块6，显示模块7分别与该处理器5连接，该显示屏8连接显示模块7。

该气流流速传感器4用于检测气流流速信号，并将检测到的气流流速信号转换成气流流速数据，并向该处理器5发送收集指令，当该处理器5接收到收集指令时，获取气流流速数据x(n)；其中，n大于等于1且小于等于N，其中 N为气流流速传感器采集到的气流流速数据的点数；该处理器采用特征向量提取方法从气流流速数据x(n)中提取出均值特征向量并采用如下公式(1)计算均值特征向量与标准特征向量的相关系数corr；

其中公式(1)中，i＝1…N_T，conj(.)表示求复共轭|·|表示求模，且为归一化均值特征参数，B_i为标准参数；

该处理器5基于该corr求得corr的相角theta；并根据theta值输出评估结果；

该显示模块7，根据该评估结果输出不同的文本信息，并将该文本信息显示在显示屏8上；该存储模块6，用于存储标准特征向量

其中，该处理器可以为单片机，也可以为ARM处理器，本发明实施例对此不做具体限定。

另外，当该处理器为单片机时，该单片机的型号可以为80c51、也可以为 MCS-51等等，本发明实施例对此不做具体限定。

再者，当该处理器为ARM处理器时，该ARM处理器的型号可以为ARM7、 ARM9等等，本发明实施例对此不做具体限定

另外，为了提取特征参数需要对N点的采样数据x(n)进行长度为N_s的短帧分割，也即，S1、对该气流流速数据{x(n),1≤n≤N}分为K个气流流速短帧 x_m(h)。

其中，m＝1，···K且K＝N/N_s；x_m(h)＝x[(m-1)·N_S+h]；式中1≤h≤N_S。

S2、分别对K个气流流速短帧x_m(h)一一进行N_s点的DFT变换，得到K 个复频域数据X_m(k)，其中，1≤k≤N_S，且j²＝-1。

S3、对K个复频域数据X_m(k)一一采用特征滤波函数组 {H_i(k),1≤k≤N_s；i＝1,···N_T}进行滤波，得到K组样值，且每一组样值具有N_T个特征参数C_i(m),i＝1,…N_T。

其中，C_i(m),i＝1,···N_T的提取操作为采用提取公式其中，i＝1,···N_T。

S4、对该C_i(m),i＝1,···N_T进行归一化处理输出N_T个特征参数

其中，且|C_i(m)|是由C_i(m)求模得到。

S5、将该N_T个特征参数形成特征向量

S6、对K个特征向量求均值得到均值特征向量

其中，对特征向量求均值是对特征向量中的每一个参数进行求均值得到均值特征向量且为归一化均值特征参数，i＝1…N_T。

S7、通过如下公式计算均值特征向量与标准特征向量的相关系数corr。

其中公式为：

公式中，i＝1…N_T，conj(.)表示求复共轭，|·|表示求模，且为归一化均值特征参数，B_i为标准参数。

S8、求corr的相角theta。

其中，求相角theta的操作为：其中，R为corr的实部，I 为corr的虚部。

S9、根据theta值输出评估结果。

其中，根据theta值输出评估结果包括：

当-30°≤theta≤30°时，该处理器向该显示模块发送输出“训练结果与标准非常接近”的文本信息。

当-90°≤theta<-30°或30°<theta≤90°时，该处理器向该显示模块发送输出“训练结果与标准基本接近”的文本信息。

当-180°<theta<-90°或90°<theta<180°时，该处理器向该显示模块发送输出“训练结果与标准相差较大”的文本信息。

本发明实施例中采用的气流流速传感器4的型号为ESF-35-1、 JX131976FGT中的任意一个。

本发明实施例中，通过将气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块集成在该壳体内，该进气管设置在该壳体的顶面，且该进气管穿过该壳体的顶面与该气流流速传感器的进气端连接，该气流流速传感器的出气端连接该出气管，该出气管一端位于该壳体内，该出气管另一端位于该壳体外，该气流流速传感器、存储模块，显示模块分别与该处理器连接，该显示屏连接显示模块；进而实现在声乐呼吸训练时，气流流速传感器用检测气流流速信号，并将检测到的气流流速信号转换成气流流速数据，并向该处理器发送收集指令，当该处理器接收到收集指令时，获取气流流速数据x(n)，并采用特征向量提取方法从气流流速数据x(n)中提取出均值特征向量并将均值特征向量与标准特征向量进行对比输出评估结果，从而实现可以定量评估训练者的训练结果，该结果准确、可靠，由于该呼吸训练仪可实现呼吸训练的评判，让学生及时了解了自己训练的质量，可调动学生的积极性，从而有助于提高训练的效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种声乐呼吸训练仪，其特征在于，包括：壳体，进气管、出气管、气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块以及显示屏，所述气流流速传感器、处理器、存储模块，显示模块集成在所述壳体内，所述进气管设置在所述壳体的顶面，且所述进气管穿过所述壳体的顶面与所述气流流速传感器的进气端连接，所述气流流速传感器的出气端连接所述出气管，所述出气管一端位于所述壳体内，所述出气管另一端位于所述壳体外，所述气流流速传感器、存储模块、显示模块分别与所述处理器连接，所述显示屏连接显示模块；

所述气流流速传感器用于检测气流流速信号，并将检测到的气流流速信号转换成气流流速数据，并向所述处理器发送收集指令，当所述处理器接收到收集指令时，获取气流流速数据x(n)；其中，n大于等于1且小于等于N，其中N为气流流速传感器采集到的气流流速数据的点数；所述处理器采用特征向量提取方法从气流流速数据x(n)中提取出均值特征向量并采用如下公式(1)计算均值特征向量与标准特征向量的相关系数corr；

其中，公式(1)中，i＝1…N_T，conj(.)表示求复共轭，|·|表示求模，且为归一化均值特征参数，B_i为标准参数；

所述处理器基于所述corr求得corr的相角theta；并根据theta值输出评估结果；

所述显示模块，根据所述评估结果输出不同的文本信息，并将所述文本信息显示在显示屏上；所述存储模块，用于存储标准特征向量

2.如权利要求1所述的声乐呼吸训练仪，其特征在于，所述处理器用于执行特征向量提取方法的具体步骤：

S1、将所述气流流速数据{x(n),1≤n≤N}分为K个气流流速短帧x_m(h)；其中，m＝1，···K且K＝N/N_s；x_m(h)＝x[(m-1)·N_S+h]，1≤h≤N_S；

S2、分别对K个气流流速短帧x_m(h)一一进行N_s点的DFT变换，得到K个复频域数据X_m(k)，其中，1≤k≤N_S，且j²＝-1；

S3、对K个复频域数据X_m(k)一一采用特征滤波函数组{H_i(k),1≤k≤N_s；i＝1,···N_T}进行滤波，得到K组样值，且每一组样值具有N_T个特征参数C_i(m),i＝1,…N_T；

S4、对所述C_i(m),i＝1,···N_T进行归一化处理输出N_T个归一化特征参数

其中，且|C_i(m)|是由C_i(m)求模得到；

S5、将所述N_T个归一化特征参数形成特征向量其中，m＝1，···K；

S6、对K个特征向量求均值得到均值特征向量

其中，且为归一化均值特征参数，i＝1…N_T。

3.如权利要求2所述的声乐呼吸训练仪，其特征在于，所述处理器用于采用提取公式提取特征参数；其中，i＝1,…N_T。

4.如权利要求1所述的声乐呼吸训练仪，其特征在于，所述处理器用于根据求相角公式求取所述theta；其中，R为corr的实部，I为corr的虚部。

5.如权利要求1所述的声乐呼吸训练仪，其特征在于，所述处理器用于根据theta值输出评估结果包括：

当-30°≤theta≤30°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准非常接近”的文本信息；

当-90°≤theta<-30°或30°<theta≤90°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准基本接近”的文本信息；

当-180°<theta<-90°或90°<theta<180°时，所述处理器向所述显示模块发送输出“训练结果与标准相差较大”的文本信息。