本发明涉及歌唱声学与声学测量，特别涉及一种歌唱声部判定的检测系统与方法。
背景技术：
1、在声乐教学实践中，教师们通常采用综合听辨法(包括音域、音质与音色等)，抑或辅以声学、光电仪器与影像技术等科学鉴定手段对初学者进行声部判定。即便如此，声部判定失误的情况仍频频出现，致使学生喉部肌肉紧张，甚至会声带小结(主要由用声不当或用声过度引起)。
2、从声学原理看，歌唱时，若声带保持稳态振动，同一声带匹配不同腔体，可模仿出美声、民族或民歌等不同唱法的音色。声部归属的判定，依据是声带的峰值频率带宽，而发声位置和腔体的多样性，恰恰是声部判定的干扰项。
3、从振动原理来看，声带作为人体歌唱系统的核心声学构件，为声音产生的振动体，即声源；声带振动时，声带周边的肌肉及声带本身均需放松自然，不能有喉部紧张、声带闭合不全等问题；声带的声学特性犹如弦线，有其固有频率，包括其基频和谐频(基频的整数倍)。
4、此前判定歌唱声部的方法有三，一是基于听觉经验的教师们听到的歌声，实际上主要声带振动和腔体共鸣耦合后的结果；二是采用声学仪器测量获取的歌手共振峰，本质上也是基于声带振动和腔体共鸣的耦合；三是通过光电仪器与影像技术，虽可检测到声带的形态特征(如厚薄、长度和颜色等)，以及其振动特性(如频率、振幅、相位、阻尼等)，更为重要的是，由于在操作过程中需让被测者固定某种姿势以便将内窥仪器深入其喉咙，故此时的歌唱状态并不自然，且难以发出全部音域的声音。质言之，前两种方法皆有腔体等因素的干扰，教师听到的声音和声学仪器获取的歌手共振峰，均是由声带和腔体、发声位置等因素共同作用的结果。事实上，第三种方法即便可将声带振动与腔体共鸣等多个因素解混，但其测量方法具有侵入性和干扰性，已然影响了声带的振动条件和振动状态，且不能全音域发声，测量结果的有效性、科学性显然受限。
5、从国家知识产权局公布的现有专利数据来看，有关测量声带振动的专利申请有：中国发明专利cn200910021447.6《一种声带振动力学特性的检测系统与检测方法》、cn201210278461.6《一种利用自然声道超声波导效应的声带振动无损测量方法》、cn201710673954.4《一种基于深度学习的声带振动模式分类方法与系统》、cn201310134285.3《基于电阻抗分析的声带检测装置和信号检测方法》、cn201810762197.4《一种基于机器学习的声带振动特性分析方法与系统》、cn202111524676.7《获取声带医学检测图像信息的方法与系统》、cn201210310811.2《声带的电声门图测量方法及其装置》、cn201220430883.6《声带的电声门图测量装置》、cn91108961.6《声门动态图像分析仪》、cn201310676227.3《一种电声门图同步的超声喉动态镜系统及其控制方法》、cn201210036608.0《一种模拟声带振动仿生装置》、cn201110448314.4《一种模拟人体声带振动装置及其实现方法》等，上述专利申请或采用接触式测量方法，或采用非接触式检测法，抑或采用模拟等方法对声带的振动特性进行检测。
6、有关共振峰领域的专利申请，主要以语音共振峰的测量为主，如cn202210492452.0《一种基于挑选峰的连续语音共振峰提取方法》、cn202110273503.6《语音共振峰的确定方法、装置、电子设备及可读存储介质》、cn201280076334.6《共振峰依赖的语音信号增强》、cn202310882736.5《语音识别模型训练方法、语音识别方法、装置和设备》、cn201310087410.x《一种多普勒超声拾音分析处理方法及装置》、cn200810224789.3《基于音频频谱特征分析的演唱音色纯净度的客观评测方法》、cn202110063440.3《基于深度学习的语音共振峰增强方法》、cn201910687899.5《一种语音信号共振峰特征提取方法》、cn202010104431.x《一种语音识别中的共振峰去混响方法》、cn202210658975.x《一种用于语音识别的共振峰特征提取方法》、cn201810696459.8《一种基于共振峰的语音情感识别方法》等，以上专利申请大多使用麦克风或其他音频输入设备来收集语音信号，然后进行傅里叶变换与频谱分析，从而分析语音共振峰特征。与声部判定的技术需求相比，依然存在腔体共鸣和声带振动的解混问题。
7、综上所述，声带振动及歌唱声部判定在歌唱声学、发声生理与临床检查研究中均有重要意义，但此前采用的方法均不能真实反映被测者自然歌唱状态下声带的振动特性，其准确性、科学性和无损性也明显不足，故难以胜任歌唱声部的精准判定。
8、鉴于声带位于人体之内带来的测量不便，以及声带的振动需要自然放松，喉部的肌肉也不能紧张，不能有任何外界影响或干预，亟待发明一种更安全、更高效、更科学、更精准的歌唱声部判定的检测系统与方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于弥补现有检测技术的不足，提供一种歌唱声部判定的检测系统和方法。本发明可精准测定声带稳态振动的全频域参数，科学分离声带本体振动与腔体共鸣，依据声带的峰值频带特性判定歌唱声部归属。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明提供的一种歌唱声部判定的检测系统，所述检测系统包括测振系统、数据采集系统与数据管理系统。
4、所述测振系统主要包括激光扫描头(内置高精度干涉仪、一对将激光束偏转到需要测试的位置高速摆镜和用于可视化的高清彩色摄像机，发射的激光为波长为632.8nm的he-ne激光)，形貌扫描单元(将形貌数据导入至振动分析软件中，作为测量结点)，光学测量系统(由光电信号转换器、光信号放大器、光电信号处理器组成，主要用于将频率信号转换为物体振动的速度和位移信号)。需说明的是，测振系统采用激光多普勒原理测量声带振动时频率、振幅等参数的变化，具有精度高、动态响应快、测量范围大、非接触性测量、抗电磁干扰、对横向振动干扰不敏感等优点。
5、所述数据采集系统指前端(内置数据采集和信号发生器模块)。其将从激光扫描头输入的原始多普勒信号经过内部速度解码器(覆盖了频率从0至100khz的整个动态范围)进行解调后，再通过数字接口输入至pc(数据管理系统)，得到声带的稳态振动信号，包括其速度和位移等信息。
6、所述数据管理系统由同步采集控制模块、数据采集模块、成像显示模块、数据储存模块、数据处理模块、声学参数提取模块等组成。同步采集控制模块与数据采集模块用于采集并记录歌唱时声带振动的实时数据，成像显示模块对声带振动的过程进行实时成像与监控，数据储存模块将采集到的数据保存到计算机硬盘，数据处理模块与声学参数提取模块对保存的数据进行fft等处理，以及对所得频域图中的相关振动参数进行提取。
7、所述激光扫描头置于被测者正前方1-3米处，优选2.5米处；激光扫描设备带宽上限为8khz，最大振动速度不低于500mm/s(峰值)。
8、本发明提供的一种歌唱声部判定的方法，步骤包括：首先，由被检测者唱出以开口音“啊”为唱名的音阶；其次，由高精度激光扫描头输出激光，对准并照射到待测声带外表面并聚焦，然后开始扫描测量；再次，声带振动的光学信号输入至数据采集系统内，由解码器解调出声带振动引起测量光多普勒的频率移动(f＝2v/λ)信息，再由信号处理器将频率信号转换为声带振动的速度和位移信号；复次，经过数据管理系统形成实时的时域图与频谱图；最后，经分析得出结论，即确定声带本体振动峰值的频率范围，并将其作为歌唱声部判定的理论依据。
9、与现有技术相比，本发明的有益效果：
10、(1)本发明通过对歌唱时声带的稳态振动测量，避免了以往使用歌手共振峰来判定歌唱声部的方法，即将声带振动与腔体共鸣等因素有效解混。
11、(2)本发明通过激光多普勒原理对歌唱时的声带振动情况进行实时、非侵入的高效测量，为歌唱声部的判定提供了科学的新方法。
12、总之，本发明采用了先进的多普勒频移信号技术和定量分析，保持了声带的自然振动状态，实现了无接触(无损)、精准、高效测量，获取了其全频段的声带振动频谱图。
1.一种歌唱声部判定的检测系统，其特征在于，包括测振系统、数据采集系统与数据管理系统；
2.一种歌唱声部判定的方法，其特征在于，步骤包括：
3.如权利要求2所述的一种歌唱声部判定的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的激光扫描头置于被测者正前方2.5米处。
