一种运动激励信号的产生方法、装置及手机与流程

背景技术：
随着人们对健康的重视，全民运动正成为一种时尚生活。其中，快步走和慢跑等简单的有氧健身运动尤其得到大众喜爱。不过，这些运动往往需要长时间进行，容易感觉累和疲劳，导致很多人难以坚持。如何减轻运动过程的疲劳感，目前相关技术很少。

技术实现要素：
本发明目的是公开这样一种运动激励信号的产生方法及其装置，这种运动激励信号能够追随使用者的运动节奏且保持准确同步，从而能够减轻运动的疲劳感。

第一发明人发现，人体在进行快走、跑步这类由具有周期性和节奏性的重复动作构成的运动时，如果能够同时从外界听到一种节奏明显的声音信号，且该声音信号的节奏跟运动动作的节奏同步，则这时能够明显减轻运动的疲劳感。第二发明人分析发现其原因是跟人脑的神经活动有关，当驱动机体运动的运动皮质的神经活动的活动节律，跟接收感觉信息的感觉皮质的神经活动的活动节律一样时，容易引起两部分的相关神经元在这一活动节律上处于更强烈的兴奋状态，从而掩盖(抑制)了其他不同节律的感觉信息(疲劳感)的输入，于是减轻了运动时的疲劳感。详细的脑神经工作机制可参考申请人之前提交的中国专利申请“基于人脑工作机制的记忆和思维模拟装置”(申请号：2015107802671)，和“铁调素在制造治疗帕金森病药物的新用途”(申请号：2016103834771)等文件的说明书所附的研究资料，前者涉及人脑的系统性的工作机制，后者着重涉及人脑中的运动神经系统的工作机制。

要利用这一原理，以便运动时减轻疲劳感，关键在于必须使运动动作的节奏跟外界激励声的变化节奏同步，“踏准节拍”才有效果，节奏稍微不同步便失去效果。所以，本发明同日申请的实用新型设计这样的激励声产生装置，其能够产生和发出运动激励声，且带有周期调节器，使激励声的节奏可以通过周期调节器由使用者自己调节，在运动时调节出某种合适节奏的激励声，然后使用者便跟随激励声进行运动，以减轻运动疲劳感。

而本发明采用更巧妙方法来实现这一效果，反过来使激励声节奏跟随使用者的运动节奏而自动调整，无需使用者任何操作便能够使两者节奏严格同步。本发明的运动激励信号(也即激励声)的产生方法，包括采用电子电路模块和发声器件来产生和发出具有明显节奏感的激励声，且这种激励声的节奏是可调整的；采用一个运动传感器来检测使用者的运动变化；电子电路模块接收运动传感器的输出信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声节奏能够跟随并同步于运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

相应的，本发明的运动激励信号产生装置，包括有电子电路模块和发声器件(喇叭或耳机)，其特征在于：电子电路模块和发声器件能够产生和发出具有明显节奏感的激励声(也即激励信号)，且这种激励声的节奏是可调整的；还包括一个运动传感器，运动传感器穿戴于使用者身上的运动部位，用于检测使用者的运动变化；电子电路模块接收运动传感器的信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随并同步于运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

本发明既可以是做成一个独立的装置，如电子手环，也可以跟手机结合在一起。所以，本发明同时公开一种具有运动激励功能的手机，(指目前常见的采用智能电路通过运行软件来实现多种功能的智能手机)，手机(相当于本发明的装置)的电子电路模块和发声器件能够通过运行程序来产生和发出具有明显节奏感的激励声，且这种激励声的节奏是可调整的；还包括一个运动传感器，运动传感器穿戴于使用者身上的运动部位，用于检测使用者的运动变化；手机的电子电路模块接收运动传感器的信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随并同步于运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

本发明还可以跟鞋子结合在一起，成为一种具有运动激励功能的鞋子，包括鞋子，其特征在于：鞋子上带有电子电路模块和发声器件，电子电路模块和发声器件能够产生和发出具有明显节奏感的激励声，且这种激励声的节奏是可调整的；还包括一个运动传感器，运动传感器内置于鞋子上，当然也可同样穿戴于使用者身上的运动部位，用于检测使用者的运动变化；电子电路模块接收运动传感器的信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随并同步于运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

上面所述激励声的节奏感也即其声音响度或音色具有明显的周期性变化；所述激励声的节奏也即声音响度或音色周期性变化的周期，一般在0.几秒到1秒之间；所述运动节奏也即是指周期性运动的运动动作的变化周期；所述使用者身上的运动部位也即是指手臂、手腕、腿部、或脚部这些在运动时发生周期性位置变化的部位；所述使激励声的节奏能够跟随并同步于运动动作的节奏，也即是使激励声的变化周期跟随并同步于运动动作的变化周期。

电子电路模块接收运动传感器的输出信号，取得该信号的脉冲周期，然后对激励声的变化周期进行调整，使激励声的变化周期跟随于运动传感器输出信号的脉冲周期。调整的方法可以是直接使新输出的激励声的周期等于运动传感器输出信号的脉冲周期，该方法可以使激励声节奏最快速跟随运动节奏的变化。调整方法也可以是取得输出信号的脉冲周期，然后跟一个或多个(n个，n等于自然数，比较合适的是取n等于2至5)当前的激励声的脉冲周期进行数学平均，取得的平均值作为新输出的激励声的脉冲周期，这样的调制方法使激励声节奏能够比较缓慢的跟随运动节奏的变化，避免激励声节奏的波动过大。调整方法还可以是检测运动传感器输出信号的脉冲周期，与当前的激励声的周期进行比较，如果运动信号的脉冲周期大于(或小于)激励声的周期，则将两个周期的差值通过一个小于1的系数来调高(或调低)激励声的周期，使激励声的节奏能够跟随运动节奏进行变化但小于其变化幅度。

根据本发明的装置(也即主机)的不同，运动传感器可以是内置安装在主机里面，或者是作为一个外置部件，与主机进行信号连接。激励声的发声器件可以采用喇叭，或者耳机，包括无线耳机(蓝牙耳机)。作为改进还可在两个激励声之间插入1至3个的辅助声，辅助声的声响(也即音量)比激励声小，节奏跟激励声同步。

一种实用的方案，本发明的装置做成是一个电子手环(手镯)，电子手环包括有电子电路模块，运动传感器内置安装在电子手环内部，激励声发声器件采用蓝牙耳机，跟电子手环的电子电路模块进行信号连接。这样在快跑、慢走时使用起来非常方便。

当本发明与手机结合在一起时，所述的电子电路模块，可利用手机原有的硬件电路，通过运行程序来实现所述的功能。本发明作为独立的装置时，所述的电子电路模块，可以采用单片机或其他集成电路来实现。如果采用多个分立的电路来实现，则上述的主机电子电路模块包括有信号接收电路、脉冲周期调整电路和激励声产生电路；信号接收电路连接运动传感器，用于接收运动传感器的输出信号，检出脉冲信号并输出到脉冲周期调整电路；脉冲周期调整电路接收脉冲信号，取得其脉冲周期，运算得到新的激励声的脉冲周期，再输出到激励声产生电路，对激励声的脉冲周期进行调整；激励声产生电路用于产生具有节奏性变化的声音信号，其输出连接发声器件，通过发声器件发出激励声。

本发明使用时佩戴于使用者身上，完全不用调节什么，使用者直接按照自己喜欢或合适的节奏开始运动，(慢跑、快走)，运动部位的运动传感器通过空间变化检测到使用者的运动变化，传送到电子电路模块，取得运动动作的节奏，反过来调节激励声节奏，并通过喇叭或耳机输出具有相同节奏的激励声反馈给使用者，然后使用者跟随这个激励声的节奏进行运动，两者形成互动，实现减轻运动疲劳感的效果。而在运动中，当使用者想改变运动节奏，比如热身慢跑后想加快速度，或者累了想放慢速度，可以随时根据自己需要先改变运动节奏，运动传感器检测到这种运动节奏的变化，立即反馈给主机，通过调整后以新的节奏输出激励声，这样对激励声完全不用使用者自己调节，完全的自适应，既方便使用，又能够使激励声节奏和运动节奏始终保持同步，实现减轻运动疲劳感的效果。而虽然使用者感觉不那么疲劳，但运动时肌肉是得到一样的锻炼，其损耗的能量也是一样的，所以，能够在较轻松的运动中得到一样的锻炼，使运动更容易得到坚持。

附图说明 图1是本发明一种实施例的原理方框图。图2是本发明的具有运动激励功能的手机的原理方框图。图3是本发明另一实施例的原理方框图。

具体实施方式 下面根据附图，对本发明的实施例进行说明。

本发明涉及一种具有输出运动激励声的装置，以及产生这种激励声的方法，能够产生输出具有节奏感的激励声，并使激励声的节奏能够随时跟随使用者的运动节奏并保持准确同步，两者互相反馈和影响，减轻运动的疲劳感。对于本发明的激励声产生装置及其产生方法，可以用同样的实施例进行说明。

图1是本发明一种实施例的原理方框图。本发明的运动激励信号产生装置，包括有电子电路模块和发声器件。电子电路模块能够产生和发出具有明显节奏感的激励声信号，并通过发声器件发出激励声。发声器件可以采用喇叭或耳机，包括无线(蓝牙)耳机。所说的激励声具有明显节奏感，也即激励声的声音响度或音色具有明显的周期性变化，具体的，激励声可以是发出间隔性的“嘣～嘣～嘣～”、或“嗒～嗒～嗒～”、或鼓声“砰～砰～砰～”、或锣声“咚～咚～咚～”、或其他的各种模拟声，甚至可采用电子合成器合成编辑专用的节奏强烈的音乐。在实际产品可提供有多种声音供使用者自己选择。激励声的节奏，或者说激励声的间隔周期，或者说激励声的声音响度或音色周期性变化的周期，是可以由电子电路模块进行调整的。这属于电子领域的普通技术，可以通过调整间隔性输出的脉冲周期来实现，对于激励声采用音乐时也可通过调整数模转换的主频来实现。注意本发明所说的激励声的周期、或脉冲周期、或变化周期，并非指其声音频率所对应的高频声波(在几百赫兹到几千赫兹之间)的振荡周期，而是指激励声的声音响度或音色的周期性变化的周期，比如两个“嘣～嘣”声之间的周期，这种周期一般在0.几秒到1秒之间。

本发明还包括一个运动传感器，运动传感器穿戴于使用者身上的运动部位(手臂、或手腕、或腿部、或脚部这些在运动时发生周期性位置变化的部位)，用于检测使用者的运动变化信号，(所述的运动节奏也相当于周期性运动动作的变化周期)；运动传感器一般常用3D加速度传感器，通过检测运动方向的改变来得到运动节奏变化的信号，目前常见的电子手环计步器便是采用这种传感器。电子电路模块接收运动传感器的输出信号，通过检测输出信号中的脉冲周期来取得使用者的运动节奏(也即运动动作的变化周期)，以此来调整激励声的节奏或者说变化周期，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。调整方法可以是将运动传感器输出信号的脉冲周期直接作为激励声周期，也即是使新输出的激励声的周期等于运动传感器输出信号的脉冲周期，(特殊的也可以使激励声周期等于运动传感器输出脉冲周期的整数分之一，也即使脉冲周期等于激励声周期的整数倍)，该方法可以使激励声节奏最快速的跟随运动节奏的变化，缺点是运动过程的任一个意外动作都将导致激励声节奏出现大的波动。调整方法也可以是取得输出信号的脉冲周期，然后跟一个或多个(n个，n等于自然数，比较合适的是取n等于2至5)当前的激励声的脉冲周期进行数学平均，取得的平均值作为新输出的激励声的脉冲周期，这样的调整方法使激励声节奏比较缓慢的跟随运动节奏的变化，避免激励声节奏的波动过大。另一种调整方法，是检测运动传感器输出信号的脉冲周期，与当前的激励声的周期进行比较，如果运动信号的脉冲周期大于(或小于)激励声的周期，则将两个周期的差值通过一个小于1的系数来调高(或调低)激励声的周期，使激励声的节奏能够跟随运动节奏进行变化但小于其变化幅度，(当系数等于1时，便是上面的第一种调整方法)。

作为改进还可在两个激励声之间插入1至3个辅助声，辅助声的声响比激励声小，节奏同步跟随激励声，所以不会影响激励声的节奏感，但可产生更强烈的音乐节拍的效果。比如在激励声“嘣～嘣”之间加入两个“嚓～嚓～”的辅助声，形成“嘣～嚓～嚓～嘣～”的效果。

本发明既可以是做成一个独立的装置，如电子手环，也可以跟手机结合在一起。所以，本发明同时公开一种具有运动激励功能的手机，这里所说的手机是指目前常见的采用智能电路通过运行软件来实现多种功能的智能手机。其原理方框图如图2，手机(相当于本发明的装置)的电子电路模块和发声器件(喇叭或耳机)能够通过运行程序来产生和发出具有明显节奏感(也即声音响度或音色具有明显的周期性变化)的激励声，且这种激励声的节奏(也即声音响度或音色周期性变化的周期)是可调整的；还包括一个运动传感器，运动传感器穿戴于使用者身上的运动部位(手臂、或手腕、或腿部、或脚部等)，用于检测使用者的运动节奏，(相当于周期性运动动作的变化周期)；手机的电子电路模块接收运动传感器的信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

本发明还可以跟鞋子结合在一起，成为具有运动激励功能的鞋子，包括鞋子，其特征在于：鞋子上带有电子电路模块和发声器件(喇叭或耳机)，电子电路模块和发声器件能够产生和发出具有明显节奏感(也即声音响度或音色具有明显的周期性变化)的激励声，且这种激励声的节奏(也即声音响度或音色周期性变化的周期)是可调整的；还包括一个运动传感器，运动传感器内置于鞋子上或穿戴于使用者身上的运动部位(手臂、或手腕、或腿部、或脚部等)，用于检测使用者的运动节奏，(相当于周期性运动动作的变化周期)；电子电路模块接收运动传感器的信号，取得使用者的运动节奏，以此来调整激励声的节奏，(也即以运动动作的变化周期来调整激励声的变化周期)，使激励声的节奏能够跟随运动动作的节奏，(也即使激励声的变化周期跟随运动动作的变化周期)。

根据本发明的装置(也即主机)的不同，运动传感器可以是内置安装在主机里面，也可以作为一个外置部件，与主机进行信号连接。比如，当主机做成电子手环、或设置在鞋子里面时，运动传感器可以内置安装在主机内部，直接检测使用者的手部或脚部的运动变化来取得运动节奏。而当主机设计为独立装置并戴在使用者腰带上，或与手机结合在一起时，这时不容易直接检测到手部或脚部的运动变化，则可将运动传感器作为外置部件，比如设计为电子手环，然后与主机之间采用有线或无线方式进行信号连接，合适的是采用蓝牙技术进行连接，由外置的电子手环的运动传感器检测使用者的运动信号，然后将信号传送给主机。

根据主机的不同，发声器件也有不同方式，当主机做成电子手环、或设置在鞋子里面时，发声器件可采用蓝牙耳机。而当主机采用独立外壳并戴在使用者腰带上，或者跟手机结合在一起时，发声器件可以采用耳机包括无线耳机(蓝牙耳机)，也可以直接采用喇叭。

作为一种实用的方案，本发明的装置可以做成是一个电子手环(手镯)，电子手环包括有电子电路模块，运动传感器内置安装在电子手环内部，激励声发声器件采用蓝牙耳机，跟电子手环的电子电路模块进行信号连接。这样在快跑、慢走时使用起来非常方便。

当本发明与手机结合在一起时，所述的电子电路模块，利用手机原有的硬件电路，通过运行程序来实现所述的各种功能。目前的手机具有强大的硬件资源和开放性软件环境，该领域技术人员根据本发明的工作原理和要求便可编写实现这些功能所需要的程序。

本发明作为独立装置时，所述的电子电路模块可以采用单片机MCU或其他集成电路来实现，如图1，这是电子领域的常规技术，该领域技术人员根据本发明的工作原理和要求便能设计实现这些功能的硬件电路和程序。如果电子电路模块采用分立的电路来实现，则其原理方框图如图3，电子电路模块包括有信号接收电路、脉冲周期调整电路和激励声产生电路；信号接收电路连接运动传感器，用于接收运动传感器的输出信号，检出脉冲信号并输出到脉冲周期调整电路；脉冲周期调整电路接收脉冲信号，取得其脉冲周期，运算得到新的激励声脉冲周期，再输出到激励声产生电路，对激励声的脉冲周期进行调整；激励声产生电路用于产生具有节奏性变化的声音信号，其输出连接发声器件，通过发声器件发出激励声。