CN114267364A - 一种确定自适应双耳节拍的音频的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了确定自适应双耳节拍的音频的方法及装置,包括:脑电波信号获取模块,用于获取当前脑电波信号;脑电波信号基准频率确定模块,用于确定脑电波信号的基准频率;音频信号获取模块,用于获取待调制的第一音频信号,若第一音频信号为立体声信号则降维为单声道音频;音频信号差值频率确定模块,根据脑电波信号的基准频率自适应地确定音频信号的差值频率;音频信号第一生成模块,用于根据第一音频信号生成相同的第一、第二单频信号;音频信号第二生成模块,用于根据差值频率、第一和第二单频信号,生成第一和第二目标信号;音频信号叠加模块,用于将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
Description
技术领域
本发明涉及音频处理技术领域,具体涉及一种确定自适应双耳节拍的音频的方法及装置。
背景技术
心理健康市场近年来面临较大的需求,《中国城镇居民心理健康***》数据显示,目前73.6%的城镇居民处于心理亚健康状态。正念冥想作为一种有效愈疗身心的方法,其热度持续走高,正得到越来越多的关注。
大脑在活动时,大量神经元同步发生的突触后电位经总和后形成了脑电波,可以通过脑电测量仪器获取脑电波(Electroencephalogram,EEG)信号。相关研究表明,脑电波是大脑中复杂过程的一些可检测反射,这些过程产生了我们的体验存在、思考和感知。脑电波的不同模式可以通过它们的振幅和频率来识别,然后可以根据脑电波的活动水平或频率对其进行分类。脑电波可以根据所处频段划分为5个脑电波波段,分别是gamma脑电波、beta脑电波、alpha脑电波、theta脑电波和delta脑电波。其中,gamma脑电波的频率为32Hz~100Hz,与感知、学习和解决问题的任务增强有关;beta脑电波的频率为13Hz~32Hz,与警觉、正常警觉意识和积极思考有关;alpha脑电波的频率为8Hz~13Hz,与身心放松有关;theta脑电波的频率为4Hz~8Hz,与创造力、洞察力、梦想和意识减弱有关;delta脑电波的频率为0.5Hz~4Hz,与睡觉和做梦有关。
根据双耳节拍效应,当用户收听到频率稍有不同的两种音频叠加之后得到的音频时,两种音频会在大脑内得到整合,得到只会被大脑感知到的频率为两种音频频率之差的绝对值的第三种音频。该音频能够对大脑状态产生影响,引导脑电波频率从一种模式转变到另一种模式,进而引导用户平缓情绪,集中精神,使用户容易进入冥想状态,起到疗愈身心的效果。
相关技术中,确定双耳节拍的音频的方法通常是人工或者基于用户喜好定制。具体地,通过人工或者用户喜好分别确定左、右声道的输入信号,使得这两种信号的频率稍有不同,叠加后得到双耳节拍的音频。
上述方法效率低,且未能充分考虑双耳节拍与用户大脑状态的关系。如果所定制的双耳节拍的音频类型不适应于用户大脑状态,就会影响双耳节拍平缓情绪、集中精神的效果,难以起到引导用户进入冥想状态的作用。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足,提出一种确定自适应双耳节拍的音频的方法及装置,以解决通过人工或者用户喜好定制双耳节拍音频的方式所存在的难以适应用户大脑状态,从而难以引导冥想的技术问题。
为达上述目的,本发明的其中一方面提出如下技术方案:
一种确定自适应双耳节拍的音频的方法,包括括以下步骤:S1、获取用户当前的脑电波信号,并确定该脑电波信号的基准频率;S2、获取待调制的第一音频信号,如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理;S3、根据所述基准频率,自适应地确定音频信号的差值频率波段,具体方法为:如果所述基准频率位于脑电波gamma波段,则差值频率位于脑电波alpha波段;如果所述基准频率位于脑电波beta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波alpha波段,则差值频率位于脑电波delta波段;如果所述基准频率位于脑电波theta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波delta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;S4、根据步骤S3确定的差值频率波段,并按照如下方式确定差值频率:利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率;或者,在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率;S5、利用经步骤S2处理后为单声道音频的第一音频信号,生成第一单频信号和第二单频信号,且该第一单频信号和该第二单频信号相同;S6、根据步骤S4确定的差值频率以及所述第一单频信号和所述第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值;S7、将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
本发明的另一方面提出一种确定自适应双耳节拍的音频的装置,包括:脑电波信号获取模块,用于获取用户当前的脑电波信号;脑电波信号基准频率确定模块,连接于所述脑电波信号获取模块,用于确定所述脑电波信号的基准频率;音频信号获取模块,用于获取待调制的第一音频信号并进行处理,所述处理包括:如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理;音频信号差值频率确定模块,用于根据脑电波信号的基准频率自适应地确定音频信号的差值频率;音频信号第一生成模块,用于根据第一音频信号生成第一单频信号和第二单频信号,第一单频信号和第二单频信号相同;音频信号第二生成模块,用于根据差值频率、第一单频信号和第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中,第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值;音频信号叠加模块,用于将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:在本发明中,由于具有双耳节拍的音频是根据用户的脑电波信号的基准频率自适应生成的,充分考虑了双耳节拍与用户大脑状态的关系,因此所生成的双耳节拍的音频能够更快速地引导脑电波频率从一种模式转变到另一种模式,使用户更快地进入冥想状态,起到疗愈身心的效果。
附图说明
图1是本发明实施例确定自适应双耳节拍的音频的装置示意图。
图2是本发明实施例确定自适应双耳节拍的音频的装置的脑电收集模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的实施例提出一种确定自适应双耳节拍的音频的装置,图1所示为该装置的原理框图,在实际应用时,可以将这些功能模块分配给不同的终端硬件完成。图2所示为该装置的脑电收集模块的结构示意图。请参考图1,该装置包括:
1)脑电波信号获取模块,用于获取用户当前的脑电波(EEG)信号;
2)脑电波信号基准频率确定模块,连接于所述脑电波信号获取模块,用于确定所述脑电波信号的基准频率。其中,脑电波信号的基准频率依赖于所述脑电波信号获取模块的采样频率;
3)音频信号获取模块,用于获取待调制的第一音频信号并进行处理,所述处理包括:如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理;
4)音频信号差值频率确定模块,用于根据脑电波信号的基准频率自适应地确定音频信号的差值频率,该过程包括两步:先根据用户脑电波信号的基准频率所处的波段,确定差值频率的波段;再从差值频率波段中选取合适的差值频率。具体而言,如果所述基准频率位于脑电波gamma波段,则差值频率位于脑电波alpha波段;如果所述基准频率位于脑电波beta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波alpha波段,则差值频率位于脑电波delta波段;如果所述基准频率位于脑电波theta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波delta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率;或者,在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率。
5)音频信号第一生成模块,用于根据第一音频信号生成第一单频信号和第二单频信号,第一单频信号和第二单频信号相同;
6)音频信号第二生成模块,用于根据差值频率、第一单频信号和第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中,第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值;
7)音频信号叠加模块,用于将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
本发明实施例另还提出一种与前述装置相适应的确定自适应双耳节拍的音频的方法,该方法可应用于可穿戴的终端,该方法包括以下步骤:
S1、获取用户当前的脑电波(EEG)信号,并确定该脑电波信号的基准频率。获取用户脑电波信号的结构如图2所示,通过该部分与用户前额接触可获取脑电波信号。具体来说,基于金属干电机采集到的原始数据,由于波特率较高,利用芯片预处理,小波变换对EEG信号进行高频和低频系数分解,再对小波进行多尺度变换,采用拉普拉斯去噪模型,结合贝叶斯进行小波估计,尽可能提取有用的脑电信号,达到去噪的目的。然后基于去噪处理后的脑电波信号过去一段时间(比如过去一分钟)的平均频率,确定脑电波信号的基准频率。
S2、获取待调制的第一音频信号,如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理。在本实施例中,终端内部存储有不同种类的音频文件,用户可以自由选择其喜好的音频,也可以由终端根据用户的大脑状态选择合适的音频,然后将该音频作为待调制的第一音频信号。第一音频信号为立体声信号时,将该第一音频信号降维为单声道音频的方法可以是:将该立体声信号的左右声道的数据相加再除以2后赋值给单声道信号,即得到降维后的单声道音频。
S3、根据所述基准频率,自适应地确定音频信号的差值频率波段,具体方法为:如果所述基准频率位于脑电波gamma波段,则差值频率位于脑电波alpha波段;如果所述基准频率位于脑电波beta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波alpha波段,则差值频率位于脑电波delta波段;如果所述基准频率位于脑电波theta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波delta波段,则差值频率位于脑电波theta波段。举个例子,如果经过降维后的前一分钟脑电波频率为15赫兹,则此时该用户的脑电波频率处于beta波段,则差值频率可设置为位于theta波段。
S4、根据步骤S3确定的差值频率波段,并按照如下方式确定差值频率:利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率;或者,在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率。比如,用户脑电波信号的基准频率为10.5Hz,所在的alpha波段为8Hz~13Hz,则基准频率所在的分位为1/2分位(用基准频率除以所在波段的频率端点之和),比例为1/2,而根据步骤S3差值频率波段应为delta波段(0.5Hz~4Hz),差值频率则利用delta波段的频率端点之和乘以该比例,得差值频率为2.25Hz。如果在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率,则可以这样设置:如果差值频率波段确定为脑电波alpha波段,则差值频率确定为固定的10Hz;如果差值频率波段确定为脑电波theta波段,则差值频率确定为固定的5Hz;如果差值频率波段确定为脑电波delta波段,则差值频率确定为固定的2Hz。应当理解的是,上述确定的固定值仅是举例,并不用于限制本发明。
S5、利用经步骤S2处理后为单声道音频的第一音频信号,生成第一单频信号和第二单频信号,且该第一单频信号和该第二单频信号相同。具体而言,将已为单声道音频的第一音频信号直接分别赋值给两个单声道信号,即得到所述第一单频信号和所述第二单频信号。
S6、根据步骤S4确定的差值频率以及所述第一单频信号和所述第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值。具体的生成过程为:如果差值频率为ΔF,时刻为N,信号的采样率为Fs,圆周率为pi,第一单频信号和第二单频信号的频率为F、幅值为A,则第一目标信号P1(N)、第二目标信号P2(N)分别为:
P1(N)=A*cos(2*pi*|F+ΔF/2|/Fs)
P2(N)=A*cos(2*pi*|F-ΔF/2|/Fs)
如果差值频率为10赫兹,则第一单频信号就是从单声道的第一音频信号减5赫兹,第二单频信号就是从单声道的第一音频信号加5赫兹。
S7、将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。此时左右声道的音频会在大脑内得到整合,得到只会被大脑感知到的频率为ΔF的第三种音频。该第三种音频根据用户大脑状态自适应生成,能够对大脑状态产生影响,引导脑电波频率从一种模式转变到另一种模式,进而引导用户平缓情绪,集中精神,使用户容易进入冥想状态,起到疗愈身心的效果。相比于传统的没有针对冥想领域优化的双耳节拍技术,实验数据表明,本发明自适应双耳节拍技术使得同一用户稳定在theta波段(4-8赫兹,10秒维持在该波段则认为是稳定)的速度加快了15%(传统方法2分-2分10秒,自适应方法1分42秒-1分52秒),可以降低用户进入冥想状态的难度,加快用户的脑电波频率进入theta波段的速度,且用户体验更好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、获取用户当前的脑电波信号,并确定该脑电波信号的基准频率;
S2、获取待调制的第一音频信号,如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理;
S3、根据所述基准频率,自适应地确定音频信号的差值频率波段,具体方法为:如果所述基准频率位于脑电波gamma波段,则差值频率位于脑电波alpha波段;如果所述基准频率位于脑电波beta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波alpha波段,则差值频率位于脑电波delta波段;如果所述基准频率位于脑电波theta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波delta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;
S4、根据步骤S3确定的差值频率波段,并按照如下方式确定差值频率:利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率;或者,在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率;
S5、利用经步骤S2处理后为单声道音频的第一音频信号,生成第一单频信号和第二单频信号,且该第一单频信号和该第二单频信号相同;
S6、根据步骤S4确定的差值频率以及所述第一单频信号和所述第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值;
S7、将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
2.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,步骤S1中根据所述脑电波信号过去一段时间的平均频率来确定所述基准频率。
3.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,步骤S2中所述待调制的第一音频信号由用户根据喜好而选择,或者由终端根据用户大脑而选择。
4.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,步骤S2中,当所述第一音频信号为立体声信号时,将所述第一音频信号降维为单声道音频,包括:将该立体声信号的左右声道的数据相加再除以2后赋值给单声道信号,即得到降维后的单声道音频。
5.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,步骤S4中,利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率,包括:利用所述基准频率除以所在波段的频率上限与频率下限之和得到一个比例,再利用差值频率波段的上限频率与下限频率之和乘以该比例,得到所述差值频率。
6.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,步骤S5包括:将所述单声道音频的第一音频信号直接分别赋值给两个单声道信号,即得到所述第一单频信号和所述第二单频信号。
7.如权利要求1所述的确定自适应双耳节拍的音频的方法,其特征在于,设差值频率为ΔF,时刻为N,信号的采样率为Fs,圆周率为pi,第一单频信号和第二单频信号的频率为F、幅值为A;则,步骤S6中,所述第一目标信号为P1(N)=A*cos(2*pi*|F+ΔF/2|/Fs),所述第二目标信号为P2(N)=A*cos(2*pi*|F-ΔF/2|/Fs)。
8.一种确定自适应双耳节拍的音频的装置,其特征在于,包括:
脑电波信号获取模块,用于获取用户当前的脑电波信号;
脑电波信号基准频率确定模块,连接于所述脑电波信号获取模块,用于确定所述脑电波信号的基准频率;
音频信号获取模块,用于获取待调制的第一音频信号并进行处理,所述处理包括:如果该第一音频信号为立体声信号,则将该第一音频信号降维为单声道音频;如果该第一音频信号为单声道音频,则对该第一音频信号不做处理;
音频信号差值频率确定模块,用于根据脑电波信号的基准频率自适应地确定音频信号的差值频率;
音频信号第一生成模块,用于根据第一音频信号生成第一单频信号和第二单频信号,第一单频信号和第二单频信号相同;
音频信号第二生成模块,用于根据差值频率、第一单频信号和第二单频信号,生成第一目标信号和第二目标信号;其中,第一目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第一单频信号频率之和的绝对值,第二目标信号的频率为所述差值频率的1/2与第二单频信号频率之差的绝对值;
音频信号叠加模块,用于将第一目标信号和第二目标信号分别作为左右声道输入信号,得到自适应双耳节拍的音频。
9.如权利要求8所述的确定自适应双耳节拍的音频的装置,其特征在于,所述脑电波信号的基准频率依赖于所述脑电波信号获取模块的采样频率。
10.如权利要求8所述的确定自适应双耳节拍的音频的装置,其特征在于,所述音频信号差值频率确定模块根据脑电波信号的基准频率自适应地确定音频信号的差值频率,包括:
如果所述基准频率位于脑电波gamma波段,则差值频率位于脑电波alpha波段;如果所述基准频率位于脑电波beta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波alpha波段,则差值频率位于脑电波delta波段;如果所述基准频率位于脑电波theta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;如果所述基准频率位于脑电波delta波段,则差值频率位于脑电波theta波段;
利用所述基准频率在所在波段的分位得到一个比例,再利用差值频率波段乘该比例,得到差值频率;或者,在差值频率波段内设置一固定值作为差值频率。
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NANTAWACHARA JIRAKITTAYAKORN: "Brain Responses to a 6-Hz Binaural Beat: Effects on General Theta Rhythm and Frontal Midline Theta Activity", 《FRONTIERS IN NEUROSCIENCE》, 1 June 2017 (2017-06-01) * |
NANTAWACHARA JIRAKITTAYAKORN: "The brain responses to different frequencies of binaural beat sounds on QEEG at cortical level", 《2015 37TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)》, 5 November 2015 (2015-11-05) * |
YASUHIDE HYODO: "Psychophysiological Effect of Immersive Spatial Audio Experience Enhanced Using Sound Field Synthesis", 《2021 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON AFFECTIVE COMPUTING AND INTELLIGENT INTERACTION (ACII)》, 15 November 2021 (2021-11-15) * |
周鹏;高翔;王晓璐;綦宏志;王学民;明东;: "双耳差频声刺激下的脑电特征", 天津大学学报(自然科学与工程技术版), no. 09, 15 September 2015 (2015-09-15) * |
朱涵: "双耳相关性感知阈值与频率和参数值关系的测试与研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 15 June 2018 (2018-06-15) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN114267364B (zh) | 2024-05-10 |
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