DE102017003049A1

DE102017003049A1 - Device for promoting movement by selecting and playing back audio files as a function of the movement

Info

Publication number: DE102017003049A1
Application number: DE102017003049.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-09-27

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zur bewegungsabhängigen Wiedergabe von Audiodateien mit einem Beschleunigungssensor (2), der in Abhängigkeit seiner Bewegung Beschleunigungssignale (3) bereitstellt, einer Speichereinheit (13), auf der wenigstens eine Audiodatei gespeichert ist, einer mit dem Beschleunigungssensor (2) verbundenen Logikeinheit (4) zum zeitaufgelösten Empfang der Beschleunigungssignale (3) und einer Wiedergabeeinheit (7), die mit der Speichereinheit (13) und der Logikeinheit (4) verbunden und zur Wiedergabe einer von der Logikeinheit (4) in Abhängigkeit der Beschleunigungssignale (3) ausgewählten Audiodatei eingerichtet ist, bereitzustellen, die ihren Nutzer nachhaltig und über einen längeren Zeitraum hinweg zu einer die Gesundheit fördernden Bewegung motiviert, wird vorgeschlagen, dass die Logikeinheit (4) eine Signalformanalyseeinheit aufweist, die aus den Beschleunigungssignalen (3) die Richtung, Frequenz und Intensität der Bewegung ermittelt und in Abhängigkeit der ermittelten Richtung, Frequenz und Intensität die Bewegung einer zuvor festgelegten Bewegungskategorie zuordnet, wobei die Logikeinheit (4) eine dieser Bewegungskategorie ebenfalls zugeordnete Audiodatei zur Wiedergabe durch die Wiedergabeeinheit (7) bestimmt.

To a device (1) for the movement-dependent reproduction of audio files with an acceleration sensor (2) which provides acceleration signals (3) depending on its movement, a memory unit (13) on which at least one audio file is stored, one with the acceleration sensor (2). connected logic unit (4) for time-resolved reception of the acceleration signals (3) and a playback unit (7) connected to the memory unit (13) and the logic unit (4) and for reproducing one of the logic unit (4) in response to the acceleration signals (3 It is proposed that the logic unit (4) has a waveform analysis unit which uses the acceleration signals (3) to determine the direction, frequency, of the audio signal that is sustainably and over a longer period of time and intensity of movement determined and depending on the e Directed direction, frequency and intensity assigns the movement of a predetermined category of movement, wherein the logic unit (4) determines a movement of this category also associated audio file for playback by the playback unit (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur bewegungsabhängigen Wiedergabe von Audiodateien mit einem Beschleunigungssensor, der in Abhängigkeit seiner Bewegung Beschleunigungssignale bereitstellt, einer Speichereinheit, auf der wenigstens eine Audiodatei gespeichert ist, einer mit dem Beschleunigungssensor verbundenen Logikeinheit zum zeitaufgelösten Empfang der Beschleunigungssignale und einer Wiedergabeeinheit, die mit der Speichereinheit und der Logikeinheit verbunden und zur Wiedergabe einer von der Logikeinheit in Abhängigkeit der Beschleunigungssignale ausgewählten Audiodatei eingerichtet ist.The invention relates to a device for the motion-dependent reproduction of audio files with an acceleration sensor which provides acceleration signals in response to its movement, a memory unit, on which at least one audio file is stored, a connected to the acceleration sensor logic unit for the time-resolved reception of the acceleration signals and a playback unit with the memory unit and the logic unit is connected and adapted to reproduce an audio file selected by the logic unit in response to the acceleration signals.

Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 1 850 318 B1 bereits bekannt. Dort ist eine Vorrichtung mit einem Beschleunigungssensor offenbart, der ausgangsseitig Beschleunigungssignale bereitstellt. Die Beschleunigungssignale umfassen drei Einzelsignale, die der Beschleunigung des Beschleunigungssensors in den drei Raumrichtungen x, y und z entsprechen. Die Beschleunigungssignale werden einer Logikeinheit zugeführt, die aus den Einzelsignalen den Betrag eines resultierenden Beschleunigungsvektors berechnet. Aus diesem Betrag wird die Frequenz der Bewegung ermittelt, auf deren Grundlage wiederum die Anzahl und Art von musikalischen Instrumenten festgelegt wird, die dann von der Vorrichtung wieder gegeben werden. Der Nutzer kann somit die wiedergegebene Musik durch seine Bewegung berührungslos komponieren. Hierzu braucht er nur seine den Beschleunigungssensor haltende Hand unterschiedlich schnell hin und her zu bewegen.Such a device is from the EP 1 850 318 B1 already known. There, a device with an acceleration sensor is disclosed which provides acceleration signals on the output side. The acceleration signals comprise three individual signals which correspond to the acceleration of the acceleration sensor in the three spatial directions x, y and z. The acceleration signals are fed to a logic unit which calculates the magnitude of a resulting acceleration vector from the individual signals. From this amount, the frequency of the movement is determined, based on which in turn the number and type of musical instruments is set, which are then given by the device again. The user can thus composing the reproduced music by his movement contactless. All he has to do is to move his hand holding the accelerometer back and forth at different speeds.

Aus der CN 103544972A ist ein Verfahren bekannt geworden, mit dem Audiodateien in Abhängigkeit der Frequenz einer Bewegung eines Beschleunigungssensors ausgewählt werden. Hierzu wird jeder Audiodatei ein Beats-Per-Minute-(BPM)-Parameter zugeordnet, der Auskunft über den Takt und insbesondere über die Bassfolge der zugeordneten Audiodatei gibt. Aus den Beschleunigungssignalen eines Beschleunigungssensors wird eine Taktfrequenz abgeleitet und anschließend eine Audiodatei so ausgewählt, dass die ermittelte Taktfrequenz mit dem Beats-Per-Minute-Parameter der ausgewählten Audiodatei im Wesentlichen übereinstimmt. Die Rhythmik der Bewegung bestimmt so die Bassfolge des wiedergegebenen Musikstücks.From the CN 103544972A For example, a method has been known with which audio files are selected as a function of the frequency of a movement of an acceleration sensor. Each audio file is assigned a beats-per-minute (BPM) parameter, which provides information about the beat and, in particular, about the bass sequence of the assigned audio file. From the acceleration signals of an acceleration sensor, a clock frequency is derived, and then an audio file is selected such that the determined clock frequency substantially matches the beats-per-minute parameter of the selected audio file. The rhythm of the movement thus determines the bass sequence of the reproduced piece of music.

Den eingangs genannten Vorrichtungen haftet der Nachteil an, dass die Auswahl der Audiodatei allein auf der Grundlage einer ermittelten Bewegungsfrequenz erfolgt. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass die Anpassung der Wiedergabe an die Bewegungsfrequenz allein den Nutzer nicht nachhaltig genug zur Bewegung anregt.The above-mentioned devices have the disadvantage that the selection of the audio file takes place solely on the basis of a determined movement frequency. However, experience has shown that adjusting playback to the rate of motion alone does not encourage the user to move in a sustainable manner.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, dass der Nutzer nachhaltig und über einen längeren Zeitraum hinweg zu einer seine Gesundheit fördernden Bewegung motiviert wird.The object of the invention is therefore to develop a device of the type mentioned in that the user is motivated sustainable and over a longer period of time to a health promoting movement.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Logikeinheit eine Signalformanalyseeinheit aufweist, die aus den Beschleunigungssignalen die Richtung, Frequenz und Intensität der Bewegung ermittelt und in Abhängigkeit der ermittelten Richtung, Frequenz und Intensität die Bewegung einer zuvor festgelegten Bewegungskategorie zuordnet, wobei die Logikeinheit eine dieser Bewegungskategorie ebenfalls zugeordnete Audiodatei zur Wiedergabe durch die Wiedergabeeinheit bestimmt.The invention achieves this object by virtue of the fact that the logic unit has a waveform analysis unit which determines the direction, frequency and intensity of the movement from the acceleration signals and assigns the movement to a previously determined category of movement as a function of the determined direction, frequency and intensity, the logic unit having one of these Movement category also assigned audio file intended for playback by the playback unit.

Erfindungsgemäß werden die Beschleunigungssignale sowohl hinsichtlich der Richtung als auch hinsichtlich der Frequenz und Rhythmik der Bewegung analysiert. Hierzu verfügt die Logikeinheit, die aus Hard- und Softwarekomponenten besteht, über eine Signalformanalyseeinheit als Programmmodul. Die Signalformanalyseeinheit wertet die empfangenen Beschleunigungssignale aus und ordnet die von ihr analysierte Bewegung einer zuvor festgelegten Kategorie zu, die hier als Bewegungskategorie bezeichnet ist. Die Anzahl und Art der zuvor festgelegten Bewegungskategorien ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Eine Bewegungskategorie ist zweckmäßigerweise mit wenigstens zwei Analysebereichen verknüpft. Stellt die Signalformanalyseeinheit fest, dass zwei der drei oben genannten Analyseparameter also Frequenz, Rhythmik oder Intensität jeweils in einen zuvor festgelegten Parameterbereich fällt, ordnet sie der Bewegung den sich aus der Kombination der besagten Parameterbereiche ergebenden Bewegungskategorie zu. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind drei bis zehn Bewegungskategorien vorgesehen.According to the invention, the acceleration signals are analyzed both in terms of direction and in terms of the frequency and rhythm of the movement. For this purpose, the logic unit, which consists of hardware and software components, via a waveform analysis unit as a program module. The waveform analysis unit evaluates the received acceleration signals and assigns the motion it analyzes to a predetermined category, referred to herein as a motion category. The number and type of the previously determined categories of movement is fundamentally arbitrary within the scope of the invention. A movement category is expediently linked to at least two analysis areas. If the waveform analysis unit determines that two of the three above-mentioned analysis parameters, ie frequency, rhythmicity or intensity, each fall within a predetermined parameter range, it assigns to the motion the motion category resulting from the combination of said parameter ranges. In a preferred embodiment of the invention, three to ten categories of movement are provided.

Eine Bewegungskategorie kann beispielsweise einer kontinuierlichen Bewegung in einer Richtung ohne Rhythmik oder mit anderen Worten Frequenz entsprechen. Eine solche Bewegung hätte kleine Beschleunigungssignale mit sehr geringer Frequenz zur Folge. Die Bewegung fällt dann in diese beiden Analysebereiche, die in Zusammenschau auf eine langsame kontinuierliche Bewegung schließen lassen. Abweichend davon kann aufgrund der Analyse der drei Parameter auch auf eine Bewegung „Springen“, „Drehen“, „Laufen“, „Hopsen“ oder dergleichen geschlossen werden.For example, a movement category may correspond to a continuous movement in a direction without rhythm or, in other words, frequency. Such a movement would result in small acceleration signals with very low frequency. The movement then falls into these two areas of analysis, which, taken together, suggest a slow, continuous movement. Deviating from this, due to the analysis of the three parameters, it is also possible to conclude a movement "jumping", "turning", "running", "hoping" or the like.

Erfindungsgemäß wird die Bewegungskategorie aus den Beschleunigungssignalen ermittelt, wobei die besagten drei Parameter gemeinsam dieser Analyse zugrunde gelegt werden. Anschließend wird eine Audiodatei bestimmt, die dieser Bewegungskategorie oder Bewegungsart zuvor zugeordnet wurde. Die Art der Zuordnung ist im Rahmen der Erfindung beliebig. Die Zuordnung kann beispielsweise über eine Zuordnungstabelle erfolgen. Im Rahmen der Erfindung kann einer Bewegungsart „Laufen“ beispielsweise eine Audiodatei zugeordnet werden, welche aus der Tonaufnahme eines galoppierenden Pferdes gewonnen wurde.According to the invention, the movement category is determined from the acceleration signals, the said three parameters being used together as a basis for this analysis. Afterwards, an audio file will be determined, which precedes this motion category or movement type was assigned. The type of assignment is arbitrary within the scope of the invention. The assignment can be made for example via an assignment table. In the context of the invention, a movement type "running" can for example be assigned to an audio file which was obtained from the sound recording of a galloping horse.

Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich Rhythmik oder Frequenz der ausgewählten Audiodatei an eine aus der Bewegung ermittelten Frequenz anzupassen. So kann beispielsweise der Galopp eines bei der Wiedergabe zu hörenden Pferdes je nach Geschwindigkeit der eigenen Bewegung langsamer oder schneller wiedergegeben werden. Einer Drehbewegung kann beispielsweise ein klassisches Musikstück zugeordnet sein.Moreover, within the scope of the invention it is also possible to adapt the rhythm or frequency of the selected audio file to a frequency determined from the movement. For example, the gallop of a horse to hear during playback can be played back slower or faster depending on the speed of your own movement. A rotary movement, for example, be associated with a classical piece of music.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem einzigen Gehäuse integriert sein. Abweichend davon besteht die Vorrichtung aus mehreren unabhängig voneinander ausgestalteten Komponenten, die mechanisch nicht miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise der in einem eigenen Sensorgehäuse angeordnete Beschleunigungssensor mit Hilfe eines am Sensorgehäuse angebrachten Befestigungsmittels, z.B. ein lösbar verschließbares Band, am Körper eines Nutzers befestigt werden, wobei die Beschleunigungssignale über eine drahtlose Kommunikationsverbindung an eine Empfangseinheit der Logikeinheit übertragen werden, die wiederum ihr eigenes Gehäuse aufweist, das mit dem Sensorgehäuse mechanisch nicht verbunden ist.The device according to the invention can be integrated in a single housing. Deviating from this, the device consists of several independently designed components that are not mechanically connected to each other. For example, the acceleration sensor disposed in a separate sensor housing may be secured by means of a fastener attached to the sensor housing, e.g. a releasably closable strap are attached to the body of a user, wherein the acceleration signals are transmitted via a wireless communication link to a receiving unit of the logic unit, which in turn has its own housing, which is not mechanically connected to the sensor housing.

Die Logikeinheit umfasst bevorzugt einen Mikrocontroller als Hardwarekomponente und Softwarekomponenten, mit andern Worten Computerprogramme, die beispielsweise in einem Programmspeicher des Mikrocontrollers abgelegt sind.The logic unit preferably comprises a microcontroller as a hardware component and software components, in other words computer programs that are stored, for example, in a program memory of the microcontroller.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung umfassen die Beschleunigungssignale mehrere und insbesondere drei Beschleunigungssignale (a_x, a_y, a_z), die jeweils einer Beschleunigung in einer Raumrichtung x, y, z entsprechen. Die Raumrichtungen spannen miteinander jeweils einen rechten Winkel auf, so dass ein orthogonales Koordinatensystem definiert ist, mit dem die Richtung der Beschleunigung beschrieben werden kann.According to a preferred variant of the invention, the acceleration signals comprise a plurality and in particular three acceleration signals (a _x , a _y , a _z ) which respectively correspond to an acceleration in a spatial direction x, y, z. The spatial directions span each other at a right angle, so that an orthogonal coordinate system is defined, with which the direction of the acceleration can be described.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Beschleunigungssignale im Rahmen der Erfindung weniger als drei Einzelbeschleunigungssignale, beispielsweise nur zwei Einzelbeschleunigungssignale, umfassen. Beschleunigungssensoren, die am Markt erhältlich sind, stellen jedoch ausgangsseitig der Regel drei Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y und a_z bereit.In principle, however, it is also possible for the acceleration signals within the scope of the invention to comprise less than three individual acceleration signals, for example only two individual acceleration signals. Acceleration sensors that are available on the market, however, provide on the output side typically three single acceleration signals a _x , a _y and a _z .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung analysiert die Logikeinheit die Summe der Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y und a_z in Abhängigkeit der Zeit unter Gewinnung der Kategorie. So wird beispielsweise die Bewegungskategorie „Springen“ ermittelt, wenn die Summe die Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y und a_z, über ein zuvor festgelegtes Zeitintervall hinweg einen zuvor festgelegten unteren Grenzwert periodisch unterschreitet und einen ebenfalls zuvor festgelegten oberen Grenzwert periodisch überschreitet.According to a preferred embodiment of the invention, the logic unit analyzes the sum of the individual acceleration signals a _x , a _y and a _z as a function of time while obtaining the category. Thus, for example, the movement category "jumping" is determined when the sum of the individual acceleration signals a _x , a _y and a _z , over a predetermined time interval periodically below a predetermined lower limit and periodically exceeds a predetermined upper limit.

Abweichend davon wird auf die Bewegungskategorien „Drehen“ geschlossen, wenn die Summe der Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y und a_z über ein zuvor festgelegtes Zeitintervall hinweg periodisch schwankend einen oberen Grenzwert dauerhaft überschreitet. Der Bewegungskategorie „Drehen“ ist nun wenigstens eine andere Audiodatei zugeordnet als der Bewegungskategorie „Springen“.Deviating from this, the movement categories "turning" are concluded when the sum of the individual acceleration signals a _x , a _y and a _z over a predetermined time interval periodically fluctuates continuously exceeds an upper limit. The movement category "Rotate" is now assigned at least one other audio file than the movement category "Jumping".

Triebfeder und Ausgangspunkt der Erfindung ist die Förderung und/oder Wiederherstellung der Gesundheit des Nutzers der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Bewegung. Bewegungsmangel, insbesondere in Kombination mit anderen gesundheitsschädlichen Verhaltensweisen, kann die Ursache für viele Krankheiten sein. Die Untermalung bestimmter Bewegungen mit passenden Geräuschen soll zur Motivation der Bewegung führen und somit die Gesundheit des Nutzers fördern.Driving force and starting point of the invention is the promotion and / or restoration of the health of the user of the device according to the invention by movement. Lack of exercise, especially in combination with other harmful behaviors, can be the cause of many illnesses. The underpinning of certain movements with matching sounds should lead to the motivation of the movement and thus promote the health of the user.

Vorteilhafterweise modelliert die Logikeinheit eine Lautstärkeführungsgröße V in Abhängigkeit des Betrages der Einzelbeschleunigungssignale, wobei die Wiedergabeeinheit zum Einstellen der Lautstärke der Wiedergabe in Abhängigkeit der Führungsgröße eingerichtet ist. Mit anderen Worten wird durch die Lautstärkeführungsgröße die Lautstärke der Wiedergabe bestimmt. Hierbei ist es zweckmäßig, die Lautstärkeführungsgröße aus dem Betrag des Beschleunigungsvektors zu ermitteln. So werden beispielsweise die Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y und a_z einzeln quadriert und aus der Summe der Quadrate der Einzelbeschleunigungssignale die Quadratwurzel gezogen, wobei die besagte Wurzel proportional zur Lautstärkeführungsgröße V gesetzt wird, so dass durch Multiplikation mit einer vorbestimmten Konstanten die Lautstärkeführungsgröße V ermittelt werden kann.Advantageously, the logic unit models a volume control variable V as a function of the magnitude of the individual acceleration signals, wherein the playback unit is set up to adjust the volume of the playback as a function of the reference variable. In other words, the volume control determines the volume of the playback. It is expedient here to determine the volume control variable from the magnitude of the acceleration vector. For example, the individual acceleration signals a _x , a _y and a _{z are} individually squared and the square root is drawn from the sum of the squares of the individual acceleration signals, the said root being set proportional to the volume command V, so that the volume command V is determined by multiplication by a predetermined constant can be.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist die Logikeinheit eine Glättungseinheit auf, die zum Glätten der Modulation der Lautstärkeführungsgröße V eingerichtet ist. Bei sehr schnellen Bewegungen kommt es zu hohen Beschleunigungen und somit zu einer sich schnell ändernden Lautstärkeführungsgröße. Dies kann vom Anwender als störend empfunden werden. Aus diesem Grunde wird die Modulation der Lautstärkeführungsgröße mit Hilfe einer grundsätzlich beliebigen Glättungsmethode geglättet. Bevorzugt wird eine exponentielle Glättung mit einem Glättungsfaktor k durchgeführt.According to an expedient further development, the logic unit has a smoothing unit, which is set up to smooth out the modulation of the volume control variable V. With very fast movements it comes to high accelerations and thus to a rapidly changing volume control. This can be perceived as disturbing by the user. For this reason, the modulation of the Volume control is smoothed using a basically arbitrary smoothing method. Preferably, an exponential smoothing is performed with a smoothing factor k.

Gemäß einer bevorzugten Variante werden die bei ihrer Erzeugung analogen Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y, a_z unter Gewinnung von zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbeschleunigungswerten a_nx, a_ny, a_nz abgetastet und aus den Einzelbeschleunigungswerten a_nx, a_ny, a_nz zeitlich aufeinanderfolgende Lautstärkeführungswerte V_n ermittelt, wobei die Glättungseinheit als Glättung der Modulation der Führungsgröße die Lautstärkeführungswerte V_n gemäß der Gleichung V_n = k * V_n + (1-k) * V_n-1 mit 0≤k≤1 bestimmt. Auf diese Weise wird eine zu schnelle Modulation der Lautstärkeführungsgröße bei großen Beschleunigungen des Beschleunigungssensors vermieden.According to a preferred variant, the individual acceleration signals a _x , a _y , a _z which are analogous to their generation are sampled to obtain temporally successive individual _{acceleration values} a _nx , _ay , a _nz and from the individual _{acceleration values} a _nx , a _ny , a _nz temporally successive volume control values V _n , where the smoothing unit determines, as a smoothing of the modulation of the command variable, the volume guide values V _n according to the equation V _n = k * V _n + (1-k) * V _n-1 with 0≤k≤1. In this way, too rapid a modulation of the volume control variable is avoided at high accelerations of the acceleration sensor.

Eine solche Wertung ist jedoch nicht immer sinnvoll. So kann bei bestimmten Bewegungsmustern eine sehr schnelle Modulation wieder zweckmäßig sein. Daher wird gemäß einer weiteren Variante der Erfindung die Glättung nur dann durchgeführt, wenn der jeweils aktuell ermittelte Lautstärkeführungswert V_n kleiner ist als der jeweils vorauseilende Lautstärkeführungswert V_n-1. However, such a rating is not always meaningful. For example, very fast modulation may be useful again for certain motion patterns. Therefore, according to a further variant of the invention, the smoothing is performed only when the respectively currently determined volume guide value V _{n is} smaller than the respectively leading volume guide value V _n-1.

Gemäß einer hiervon abweichenden Variante der Erfindung wird jedoch die Lautstärkeführungsgröße aus nur einem einzigen Einzelbeschleunigungssignal a_x oder einer Kombination von zwei oder mehr Beschleunigungssignalen ermittelt. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Einzelbeschleunigungssignale auch durch andere hier nicht explizit benannte mathematische Kombinationen miteinander verknüpft werden können, um aus dieser Verknüpfung die Lautstärkeführungsgröße V_n zu ermitteln.According to a different variant of the invention, however, the volume control variable is determined from only a single single acceleration signal a _x or a combination of two or more acceleration signals. In this context, it should be noted that the individual acceleration signals can also be linked to one another by other mathematical combinations not explicitly mentioned here in order to determine the volume control variable V _n from this link.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 eine Darstellung der Summe der Einzelbeschleunigungssignale bei der Bewegungsart „Springen“,
3 die Summe der Einzelbeschleunigungssignale bei der Bewegungsart „Drehen um die eigene Achse“ und
4 das Glättungsverfahren zur Ermittlung der Lautstärkeführungsgröße schematisch verdeutlichen.

Further expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to like-acting components and wherein

1 An embodiment of the device according to the invention in a schematic representation,
2 a representation of the sum of the individual acceleration signals in the movement type "jumping",
3 the sum of the individual acceleration signals for the "Turn around its own axis" and "Movement in motion" mode
4 illustrate the smoothing method for determining the volume control variable schematically.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen Beschleunigungssensor 2 aufweist, der ausgangsseitig Beschleunigungssignale 3 bereitstellt. Der Beschleunigungssensor 2 ist über eine Kabelverbindung mit einer Logikeinheit 4 verbunden, die Hard- und Softwarekomponenten umfasst. Eine Hardwarekomponente der Logikeinheit 4 ist ein Mikrocontroller 5, der in der in 1 dargestellten Variante der Erfindung über einen Programmspeicher 6 verfügt, auf dem figürlich nicht dargestellte Computerprogramme der Logikeinheit 4 abgespeichert sind. Die Computerprogramme umfassen eine oder mehrere Programmmodule, die eine erfindungsgemäße Wiedergabe einer Audiodatei ermöglichen. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention, which includes an acceleration sensor 2 has, the output side acceleration signals 3 provides. The acceleration sensor 2 is connected via a cable connection to a logic unit 4, which comprises hardware and software components. A hardware component of the logic unit 4 is a microcontroller 5, which is in the in 1 illustrated variant of the invention via a program memory 6 has, on the figuratively not shown computer programs of the logic unit 4 are stored. The computer programs comprise one or more program modules which enable a reproduction of an audio file according to the invention.

Darüber hinaus verfügt die gezeigte Vorrichtung 1 über eine Wiedergabeeinheit 7, die aus einem Audiomodul 8 und wenigstens einem Lautsprecher 9 zusammengesetzt ist. Der oder die Lausprecher 9 sind jeweils über ein Lausprecherkabel 10 mit dem Audiomodul 8 verbunden. Über den Verbindungskanal 11 kommuniziert die Logikeinheit 4 mit dem Audiomodul 8, wodurch eine Steuerung des Audiomoduls 8 durch die Logikeinheit 4 ermöglicht ist. Der Verbindungskanal 11 ist beispielsweise als Kabel ausgeführt. Abweichend hiervon ist der Verbindungskanal 11 eine kabellose Verbindung wie beispielsweise eine so genannte Bluetooth-Verbindung. Schließlich steht das Audiomodul 8 über einen Datenkanal 12 mit einer Speichereinheit 13 in Verbindung, auf der Audiodateien gespeichert sind, die figürlich nicht weiter dargestellt sind. Der Datenkanal 12 kann als Kabelverbindung oder kabellose Verbindung ausgeführt sein. Zur Energieversorgung der Komponenten der Vorrichtung 1 ist ein Energiespeicher 14 vorgesehen, der mit dem Beschleunigungssensor 2, der Logikeinheit 4, dem Datenspeicher 13 und der Wiedergabeeinheit 7 über eine Energieversorgungsleitung 15 verbunden und zur Elektroenergieversorgung der mit ihm verbundenen Komponenten eingerichtet ist. Der Energiespeicher 14 ist vorteilhafterweise durch Anschluss an ein Energieversorgungsnetz wiederaufladbar.In addition, the device shown has 1 via a playback unit 7, which consists of an audio module 8th and at least one speaker 9 is composed. The speaker (s) 9 are each via a Lausprecherkabel 10 connected to the audio module 8. Via the connection channel 11 communicates the logic unit 4 with the audio module 8th , whereby a control of the audio module 8th through the logic unit 4 is possible. The connection channel 11 is for example designed as a cable. Deviating from this is the connection channel 11 a wireless connection such as a so-called Bluetooth connection. Finally, the audio module is 8th via a data channel 12 with a memory unit 13 in connection with which audio files are stored, which are not shown figuratively. The data channel 12 Can be designed as a cable connection or wireless connection. To power the components of the device 1 is an energy storage 14 provided with the acceleration sensor 2 , the logic unit 4 , the data store 13 and the playback unit 7 connected via a power supply line 15 and is set up for electrical power supply of the components connected to it. The energy storage 14 is advantageously rechargeable by connection to a power grid.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher 14 ferner mit einem schematisch verdeutlichten Berührungssensor 16 verbindbar, der in einer Schuhsohle eines Nutzers verbaut und über eine drahtlose Kommunikationsleitung 17 mit der Logikeinheit 4 in Verbindung steht. Der Berührungssensor 16 ist zum Aufnehmen des Druckes vorgesehen, mit dem der Nutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auf dem Boden auftritt. In Abhängigkeit des erfassten Druckes kann beispielsweise die Lautstärke der späteren Wiedergabe zusätzlich beeinflusst werden. Darüber hinaus kann die Logikeinheit 4 das von dem Berührungssensor 16 erhaltene Drucksignal dazu verwenden, um aus einer Gruppe von Audiodateien, die einer gemeinsamen Bewegungskategorie zugeordnet sind, eine bestimmte Audiodatei auszuwählen.In the embodiment shown, the energy storage 14 further with a schematically illustrated touch sensor 16 connectable, which is installed in a shoe sole of a user and via a wireless communication line 17 with the logic unit 4 communicates. The touch sensor 16 is provided for receiving the pressure with which the user of the invention Device 1 occurs on the ground. Depending on the detected pressure, for example, the volume of the later playback can be additionally influenced. In addition, the logic unit 4 that from the touch sensor 16 used to select a particular audio file from a group of audio files that are assigned to a common motion category.

Der Beschleunigungssensor 2 ist mit einem in den Figuren nicht dargestellten Befestigungsmittel ausgerüstet und kann daher schnell und einfach an einem Nutzer oder einem Gegenstand befestigt werden. Der Nutzer soll mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bewegung motiviert werden. Eine Befestigung an einem feststehenden Gegenstand, beispielsweise an einem Gebäude oder dergleichen, könnte zu einer vom Wind abhängigen Wiedergabe führen, wenn dafür gesorgt ist, dass der wetterbedingt herrschende Wind den Beschleunigungssensor bewegt.The acceleration sensor 2 is equipped with a fastening means, not shown in the figures and therefore can be quickly and easily attached to a user or an object. The user should by means of the device according to the invention 1 be motivated to move. Attachment to a fixed object, such as a building or the like, could result in wind-dependent reproduction if the prevailing weather-induced wind moves the acceleration sensor.

Die Beschleunigungssignale 3 des Beschleunigungssensors 2 bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei Einzelbeschleunigungssignalen a_x, a_y und a_z, wobei jedes Einzelbeschleunigungssignal a_x, a_y oder a_z einer vom Beschleunigungssensor 2 erfassten Beschleunigung a in einer Raumrichtung x, y bzw. z entspricht. Dabei spannen die drei Raumrichtungen x, y und z miteinander ein rechtwinkliges oder mit anderen Worten orthogonales Koordinatensystem auf. Die analogen Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y, a_z werden entweder vom Beschleunigungssensor 2 oder einem Analog-Digital-Wandler der Logikeinheit 4 unter Gewinnung von Einzelbeschleunigungswerten abgetastet und anschließend digitalisiert, so dass die Einzelbeschleunigungssignale aus digitalen zeitlich aufeinander folgenden Einzelbeschleunigungswerten a_nx, a_ny und a_nz zusammengesetzt sind.The acceleration signals 3 of the acceleration sensor 2 consist in the embodiment shown of three single acceleration signals a _x , a _y and a _z , wherein each individual acceleration signal a _x , a _y or a _z detected by the acceleration sensor 2 acceleration a in a spatial direction x, y and z corresponds. In this case, the three spatial directions x, y and z span with each other a rectangular or in other words orthogonal coordinate system. The analog single acceleration signals a _x , a _y , a _z are either sampled by the acceleration sensor 2 or an analog-digital converter of the logic unit 4 to obtain individual acceleration values and then digitized, so that the individual acceleration signals from digital temporally successive individual acceleration values a _nx , a _ny and a _nz are composed.

Die Logikeinheit 4 verfügt über eine Signalformanalyseeinheit als Programmmodul, welche die Einzelbeschleunigungssignale bzw. -werte analysiert und als Ergebnis der besagten Analyse die jeweils erfasste Bewegung einer zuvor festgelegten Bewegungskategorie zuordnet. Hierauf wird im Folgenden noch genauer eingegangen. Die Bewegungskategorie dient zur Auswahl einer zur Bewegung passenden Audiodatei, die also den Nutzer motiviert, die Bewegung fortzusetzen oder zu ändern.The logic unit 4 has a waveform analysis unit as a program module which analyzes the individual acceleration signals and, as a result of said analysis, assigns the detected motion to a predetermined motion category. This will be discussed in more detail below. The movement category is used to select an audio file that matches the movement, which motivates the user to continue or change the movement.

Um die zu der Bewegung passende Audiodatei auszuwählen, ist jeder Audiodatei ein Bewegungskategorieparameter zugeordnet. Dieser Bewegungskategorieparameter ist beispielsweise eine numerische Zahl, beispielsweise eine „2“, wobei dem Bewegungskategorieparameter „2“ mittels einer im Programmspeicher 6 abgelegten Zuordnungstabelle die Bewegungskategorie „Tanzen“ zugeordnet ist. Wird nun von der Signalformanalyseeinheit die Bewegungskategorie „Tanzen“ ermittelt, sendet die Logikeinheit 4 dem Audiomodul 8 über den Kommunikationskanal 11 die Anweisung zu, eine Audiodatei mit dem Bewegungskategorieparameter „2“ abzuspielen. Im Rahmen der Erfindung können die Audiodateien mit weiteren Parametern verknüpft sein. Auch können mehrere Audiodateien den gleichen Bewegungskategorieparameter aufweisen. Sind beispielsweise vier Audiodateien einer gemeinsamen Bewegungskategorie zugeordnet, ermittelt die Logikeinheit mit Hilfe eines weiteren Parameters, welche dieser vier Audiodateien schließlich wiedergegeben wird.To select the audio file that matches the motion, each audio file is assigned a motion category parameter. This movement category parameter is, for example, a numerical number, for example a "2", wherein the movement category parameter "2" by means of a program memory 6 assignment category is assigned to the movement category "Dancing". If the movement category "dancing" is now determined by the waveform analysis unit, the logic unit sends 4 the audio module 8th over the communication channel 11 the instruction to play an audio file with motion category parameter "2". In the context of the invention, the audio files can be linked to other parameters. Also, multiple audio files may have the same motion category parameter. If, for example, four audio files are assigned to a common movement category, the logic unit uses another parameter to determine which of these four audio files is finally reproduced.

Darüber hinaus legt die Logikeinheit 4 mit Hilfe einer Lautstärkeführungsgröße V die Lautstärke fest, mit der das Audiomodul 8 die ausgewählte Audiodatei über den Lautsprecher 9 wiedergeben soll. Der Lautsprecher 9 wandelt die von dem Audiomodul 8 über den Verbindungskanal 10 bezogenen Signale in hörbare Schallwellen um.In addition, the logic unit sets 4 using a volume control variable V, the volume at which the audio module 8 the selected audio file via the speaker 9 to play. The speaker 9 converts the from the audio module 8 via the connection channel 10 referenced signals into audible sound waves.

2 zeigt als Beispiel Beschleunigungssignale 3, die entstehen, wenn der Nutzer, an welchem der Beschleunigungssensor 2 befestigt ist, springt. Auf der Abszisse des gezeigten Diagramms ist die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Beschleunigung in Meter pro Sekunde abgetragen. Die durchgezogene Kurve entspricht der Summe der von der Logikeinheit 4 empfangenen Einzelbeschleunigungswerte gemäß a_nx + a_ny + a_nz. Gestrichelt dargestellt sind ein oberer Schwellenwert +th sowie ein unterer Schwellenwert -th. Es ist erkennbar, dass in dem Zeitintervall von sechs bis dreizehn Sekunden die Summe der Einzelbeschleunigungswerte den unteren -th und den oberen Schwellenwert +th periodisch über- bzw. periodisch unterschreitet. 2 shows acceleration signals as an example 3 that arise when the user to whom the accelerometer 2 is attached, jumps. On the abscissa of the diagram shown, the time in seconds and on the ordinate the acceleration in meters per second is removed. The solid curve corresponds to the sum of the logic unit 4 received individual _{acceleration values} according to a _nx + a _ny + a _nz . Dashed lines represent an upper threshold + th and a lower threshold -th. It can be seen that in the time interval of six to thirteen seconds, the sum of the individual acceleration values falls below the lower -th and the upper threshold value + th periodically over or periodically.

Die Signalformanalyseeinheit vergleicht dazu die Summe der Einzelbeschleunigungswerte innerhalb des besagten Zeitintervalls mit den genannten Schwellenwerten. Schließlich ermittelt die Signalformanalyseeinheit für das besagte Zeitintervall die Frequenz der Bewegung. Auf Grund des periodischen Unter- bzw. Überschreitens und der darüber hinaus ermittelten Frequenz, die in einen ebenfalls vorher festgelegten Frequenzbereich fällt, wird der Bewegung die Bewegungskategorie „Springen“ zugeordnet.The waveform analysis unit compares the sum of the individual acceleration values within said time interval with the said threshold values. Finally, the waveform analysis unit determines the frequency of the movement for the said time interval. Due to the periodic undershoot or overshoot and the additionally determined frequency, which falls within a frequency range which is also predetermined, the movement is assigned the movement category "jumping".

3 zeigt beispielhaft mit Hilfe eines Diagramms gemäß 2 eine Signalform der Summe der Einzelbeschleunigungswerte, aus der die Signalformanalyseeinheit die Bewegungskategorie „Drehung um die eigene Achse“ ableitet. Es ist erkennbar, dass hier der obere sowie der untere Schwellenwert +th bzw. -th dauerhaft, und zwar in einem Zeitintervall von etwa acht Sekunden überschritten werden. Nachdem die Bewegungskategorie „Drehung um die eigene Achse“, ermittelt wurde, durchsucht die Logikeinheit 4 die Speichereinheit 11 nach einer Audiodatei, die einen der Bewegungskategorie mit Hilfe einer Zuordnungstabelle zugeordneten Bewegungskategorieparameter aufweist, und bestimmt diese Audiodatei zur Wiedergabe durch die Wiedergabeeinheit 7. 3 shows by way of example with the aid of a diagram according to FIG 2 a waveform of the sum of the individual acceleration values, from which the waveform analysis unit derives the motion category "rotation around its own axis". It can be seen that here the upper and the lower threshold value + th and -th are permanently exceeded, namely in a time interval of about eight seconds. After the motion category "Self-Rotation" has been detected, it searches the logic unit 4 the storage unit 11 for an audio file having a motion category parameter associated with the motion category using a mapping table, and determines that audio file for playback by the rendering unit 7 ,

4 zeigt ein Diagramm, an dem im Folgenden erläutert wird, wie die Logikeinheit 4 aus den empfangenen Beschleunigungssignalen eine Führungsgröße V zum Festlegen der Lautstärke ermittelt, mit welcher die Audiodatei über den Lautsprecher 9 hörbar gemacht werden soll. Hierbei wird von der Überlegung ausgegangen, dass ein Nutzer noch stärker zur Bewegung motiviert wird, wenn die zu seiner Bewegung passende Audiodatei in einer Lautstärke wiedergegeben wird, die sich mit der Intensität seiner Bewegungen ändert. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lautstärke proportional zum Betrag der Beschleunigung der Bewegung moduliert wird. 4 shows a diagram, which will be explained in the following how the logic unit 4 From the received acceleration signals, a reference variable V for determining the volume with which the audio file is transmitted via the loudspeaker is determined 9 should be made audible. This is based on the idea that a user is even more motivated to move if the audio file matching his movement is played at a volume that changes with the intensity of his movements. This is achieved by modulating the volume in proportion to the amount of acceleration of the movement.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Lautstärkeführungsgröße V aus dem Betrag der Beschleunigung gemäß der Gleichung $V \propto \sqrt{a_{x}^{2} + a_{v}^{2} + a_{z}^{2}}$

bestimmt.In the illustrated embodiment of the invention, the volume command V becomes the amount of acceleration according to the equation

V α \sqrt{a_{x}^{2} + a_{v}^{2} + a_{z}^{2}}

certainly.

Bei sehr schnellen Bewegungen kann es jedoch dazu kommen, dass die Lautstärke zu schnell moduliert wird. Dies kann vom Nutzer als störend empfunden werden. Aus diesem Grunde wird die Modulation der Lautstärke in dem gezeigten Beispiel mit Hilfe eines Tiefpasses gedämpft. Hier wird eine exponentielle Glättung mit einem Glättungsfaktor k angewendet. Die ursprünglich erzeugten Einzelbeschleunigungssignale a_x, a_y, a_z sind analog und müssen unter Gewinnung von zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbeschleunigungswerten a_nx, a_ny, a_nz abgetastet und digitalisiert werden. Dies erfolgt hier durch einen A/D-Wandler des Beschleunigungssensors 2, der ausgangsseitig zeitlich aufeinander folgende Einzelbeschleunigungswerte a_nx, a_ny, a_nz bereitstellt, aus denen die Logikeinheit 4 durch Berechnung des Betrages der Beschleunigung gemäß der oben genannten Gleichung zeitlich aufeinander folgende Lautstärkeführungswerte V_n , V_n+1, ... ermittelt. V_n ist die Lautstärkeführungsgröße im Zeitpunkt „n“.With very fast movements, however, it can happen that the volume is modulated too fast. This can be perceived as disturbing by the user. For this reason, the modulation of the volume is attenuated in the example shown by means of a low-pass filter. Here an exponential smoothing with a smoothing factor k is used. The originally generated individual acceleration signals a _x , a _y , a _z are analog and must be sampled and digitized to obtain time-sequential individual _{acceleration values} a _nx , a _ny , a _nz . This is done here by an A / D converter of the acceleration sensor 2 , which provides on the output side temporally successive individual _{acceleration values} a _nx , a _ny , a _nz , from which the logic unit 4 determined by calculating the amount of acceleration according to the above equation temporally successive volume guide values V _n , V _{n + 1,} .... V _n is the volume guide at time "n".

Die Glättung der Lautstärkeführungswerte V_n wird nach folgender Formel durchgeführt: $V_{n} = k V + (1 - k) V_{n - 1}$

mit 0 ≤ k ≤ 1The smoothing of the volume control values V _n is carried out according to the following formula:

V_{n} = k V + (1 - k) V_{n - 1}

with 0 ≤ k ≤ 1

Wird diese Glättung jedoch fortwährend angewandt, kann es bei bestimmten Bewegungen dazu kommen, dass die Variation der Lautstärke zu träge für die jeweils durchgeführte Bewegung ist. Um dem abzuhelfen, wird gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel vor Anwendung der Glättung abgefragt, ob der aktuelle Wert der Lautstärkeführungsgröße V_n größer ist als der jeweils zeitlich unmittelbar vorauseilende Wert der Lautstärkeführungsgröße V_n-1. Ist dies der Fall, wird die Lautstärkeführungsgröße nicht geglättet. Andernfalls wird die Glättung durchgeführt.However, if this smoothing is applied continuously, certain movements may cause the volume variation to be too slow for the movement being performed. In order to remedy this, according to the exemplary embodiment shown, it is queried before application of the smoothing whether the current value of the volume control variable V _{n is} greater than the respectively temporally immediately preceding value of the volume control variable V _n-1. If this is the case, the volume control will not be smoothed. Otherwise, the smoothing is performed.

Die oben beschriebene Glättung ist in 4 verdeutlicht. Auf der Abszisse des dort gezeigten Diagramms ist wieder die Zeit jedoch in willkürlichen Einheiten (a.u.) verdeutlicht. Auf der Ordinate des Diagramms ist die Beschleunigung in willkürlichen Einheiten abgetragen. Die durchgezogene Kurve entspricht der Führungsgröße V, die aus dem Betrag des Beschleunigungsvektors gemäß der oben dargestellten Gleichung berechnet wurde. Gestrichelt dargestellt ist die sich mit Hilfe der oben beschriebenen Dämpfung ergebende Führungsgröße V_n.The smoothing described above is in 4 clarified. On the abscissa of the diagram shown there, the time is again in arbitrary units (au) illustrated. On the ordinate of the diagram, the acceleration is plotted in arbitrary units. The solid curve corresponds to the reference variable V, which was calculated from the magnitude of the acceleration vector according to the equation presented above. Shown dashed is the resulting with the help of the above-described attenuation V _n .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1850318 B1 [0002]
CN 103544972 A [0003]

Claims

Device for motion-dependent reproduction of audio files with - an acceleration sensor (2) which provides acceleration signals (3) in response to its movement, - a memory unit (13) on which at least one audio file is stored, - a logic unit connected to the acceleration sensor (2) (4) for time-resolved reception of the acceleration signals (3) and - a playback unit (7) connected to the memory unit (13) and the logic unit (4) and for reproducing one of the logic unit (4) in response to the acceleration signals (3) selected audio file is set up, characterized in that the logic unit (4) comprises a waveform analysis unit which determines the direction, frequency and intensity of the movement from the acceleration signals (3) and the movement of a previously determined movement category depending on the determined direction, frequency and intensity assigns, wherein the logic unit (4) ei ne of this movement category also assigned audio file for playback by the playback unit (7) determined.

Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the acceleration signals (3) comprise a plurality of individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ), each corresponding to an acceleration in a spatial direction (x, y, z).

Device (1) according to Claim 2 characterized in that the waveform analysis unit analyzes the sum of the individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ) as a function of time to obtain the motion category.

Device (1) according to Claim 3 , characterized in that the movement category "jumping" is determined when the sum of the individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ) over a predetermined time interval across a previously set lower limit (-th) periodically below and a previously predetermined exceeds the upper limit (+ th) periodically.

Device (1) according to Claim 3 , characterized in that the movement category "turning" is determined when the sum of the individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ) over a predetermined period of time periodically fluctuating continuously exceeds an upper limit (+ th).

Device (1) according to one of Claims 2 to 5 , characterized in that the logic unit (4) modulates a volume control variable V as a function of the sum of the individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ), the playback unit (7) for adjusting the volume of the playback as a function of the volume control variable V is set up.

Device (1) according to Claim 6 characterized in that the logic unit (4) comprises a smoothing unit arranged to smooth the modulation of the volume control variable V.

Device (1) according to a Claim 7 , characterized in that the individual acceleration signals (a _x , a _y , a _z ) are sampled to obtain temporally successive individual _acceleration values (a _nx , a _ny , a _nz ) and from the individual acceleration values (a _nx , a _ny , a _nz ) temporally successive volume command values V _n are determined, the smoothing unit as a smoothing of the modulation of the reference variable volume command values V _n according to the equation V _n = k * V * V _n-1 determined _n + (1-k) with 0≤k≤1 ,

Device (1) according to a Claim 8 , characterized in that the smoothing is performed only when the respectively currently determined volume guide value V _{n is} smaller than the temporally each immediately leading volume management value V _n-1.

Device (1) according to one of Claims 2 to 5 , characterized in that the volume control variable V from a single acceleration signal (a _x ) or the combination of two single acceleration signals (a _x , a _y ) is determined.