AT18531U1 - Vorrichtung und verfahren zur ausgabe eines akustischen signals basierend auf physiologischen daten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Ausgabe eines akustischen Signals dar, welches aus speziell gefertigten akustischen Signalabfolgen aufgebaut ist und wobei der Aufbau des akustischen Signals auf physiologischen Daten beruht, umfassend die Verfahrensschritte: ausgewählte physiologische Daten einer Person, wie insbesondere das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer oder Bewegungen der Hände, werden kontinuierlich mittels zumindest einem Sensor erfasst; der Verlauf vorgegebener Parameter der physiologischen Daten und die zeitlichen Trends aller Parameter werden diskretisiert, quantisiert und kategorisiert; den so erhaltenen Kategorien der Parameter werden akustische Signalabfolgen zugeordnet, die akustischen Signalabfolgen werden entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten zu einem finalen akustischen Signal kombiniert und ausgegeben, wobei die Kombination und Ausgabe der akustischen Signalabfolgen zu einer akustischen Gesamtsequenz nach einer Verknüpfungslogik erfolgt, welche den musikalischen Gesetzmäßigkeiten der europäischen und/oder außereuropäischen Kunstmusik wie der Abfolge von Tonarten und den darin festgesetzten Tonstufen, Abfolge von melodischen und harmonischen Fortschreitungen, Abfolge von musikalischen Formteilen und Abfolge von Klangfarben, Rhythmen und Tempi folgt, wobei diese Regeln und Gesetzmäßigkeiten in einer Datenbank vorrätig gehalten werden, und das finale akustische Signal wird zu einem hoch ästhetischen Klangbild geformt, das in seinem zeitlichen Verlauf jedes Mal neu entsteht. Ebenso wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt.

Description

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Beschreibung

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR AUSGABE EINES AKUSTISCHEN SIGNALS BASIEREND AUF PHYSIOLOGISCHEN DATEN

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausgabe eines akustischen Signals, welches aus akustischen Signalabfolgen aufgebaut ist und wobei der Aufbau des akustischen Signals auf physiologischen Daten beruht.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Es ist bekannt, dass Musik in besonderer Weise mit Personen in Resonanz gebracht werden kann, wenn sie mit physiologischen Parametern des Menschen wie beispielsweise der Atemoder Herzfrequenz (Puls) abgestimmt ist.

[0003] EP2113194A1 beschreibt eine Vorrichtung zur akustischen und visuellen Darstellung von physiologischen Daten wie Puls, Hautleitwerte oder Gehirnströme, zur Beeinflussung der Herzoder Atemfrequenz.

[0004] Die Umsetzung physiologischer Parameter von einer elektrischen Schaltung, wodurch ein Ton und ein Rhythmus erzeugt werden, ist in der US6662032 beschrieben.

[0005] In der EP0432152 werden Elektroenzephalogrammdaten in Musik umgesetzt, wobei im EEG-spezifischen Bereich die Gehirnaktivität nur schwer aktiv beeinflusst werden und dieses Biofeedbackverfahren daher sehr ermüdend und langwierig sein kann.

[0006] US7177672B2 beschreibt ebenfalls Vorrichtungen zur Messung und Speicherung der Herzschlagintervalle und der Kodierung in Musik, wobei der Rhythmus der Musik mit den gespeicherten Herzschlagintervallen gekoppelt ist.

[0007] US2020214615A1 beschreibt ein System das eine patientenspezifische Audiodatei an einen Patienten zur Therapie oder Rehabilitation überträgt, während der Patient eine Übung durchführt, wobei die Audiodatei mehrere ganze Musiktitel umfasst, gleichzeitig mit einer zweiten Audiodatei mit einer motivierenden Botschaft, und wobei ferner das Tempo des Titels oder die Auswahl der Titel auf der Grundlage von Daten geändert wird, die von Sensoren empfangen werden.

[0008] EP0301790A2 beschreibt ein Verfahren, in dem Signale mittels aufgesetzten, oder implantierten Elektroden erfasst und in digitale Daten umgewandelt werden. Über einen MIDI Code werden dann Musikstücke oder Videos generiert.

[0009] EP1128358A1 beschreibt Verfahren zur Generierung von Audioprogrammen basierend auf den Vorlieben des Nutzers.

[0010] WO2019231835A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Generierung einer Melodie, in der die Emotionen eines Benutzers oder Daten aus deren Umgebung dazu verwendet werden, um eine Melodie aus einer Vielzahl von Melodien auszuwählen, die der jeweiligen Situation der Person entspricht. Die Ermittlung der Emotion als Parameter für die Auswahl der Melodie erfolgt durch die Messung des Gesichtsausdrucks oder Körperhaltung, oder durch Messung von Herzschlag, Puls oder Blutdruck.

[0011] US2010192754A beschreibt ein Gerät und ein Verfahren zur Generierung von Musik Files, wobei ein Biosignal des Benutzers erfasst wird und das Biosignal zu einer Musik-Kompositions-Information angepasst wird. Das Biosignal wird ausschließlich mittels Elektrokardiogrammund Photoplethysmographie Signalen ermittelt, sobald der Befehl zur Generierung eines Musikfiles kommt.

[0012] US2016098980A1 beschreibt ein musikerzeugendes System, wobei physiologische und Umgebungsparameter eines Benutzers herangezogen werden.

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[0013] US2009256801A1 beschreibt ein System, in dem Gesten eines Benutzers erfasst und diese Daten verwendet werden, um Töne eines Instruments zu erzeugen.

[0014] US5471009A beschreibt ein Gerät zur Erzeugung von Geräuschen.

[0015] JP4496993B2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, um Klänge zu erzeugen, die den Zustand eines sich bewegenden Körpers widerspiegeln.

[0016] Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Verfügung zu stellen, womit die Resonanzbildung zwischen Personen und Musik optimiert und die Physiologie durch Musik moduliert und getriggert werden kann.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0017] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem der Verfahren der eingangs genannten Art

gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Bereitstellen ausgewählter, kontinuierlich sensorermittelter, physiologischer Daten einer Person, wie insbesondere das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer,

- der Verlauf vorgegebener Parameter der physiologischen Daten, ausgewählt aus dem Verhältnis von Ein- und Ausatmung, Atemfrequenz, Atemhub, spezifische Bewegungen der Finger, Hände und/oder Arme und die zeitlichen Trends aller Parameter wird diskretisiert, quantisiert und kategorisiert,

- den so erhaltenen Kategorien der Parameter werden speziell gefertigte akustische Signalabfolgen zugeordnet,

- die akustischen Signalabfolgen werden entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten in Echtzeit zu einem finalen akustischen Signal kombiniert und ausgegeben, wobei

- die Kombination und Ausgabe der akustischen Signalabfolgen nach spezifischen Regeln erfolgt, welche sich aus den Gesetzmäßigkeiten der europäischen und/oder außereuropäischen Kunstmusik ableiten.

[0018] Gemäß einer Ausführungsform wird das finale akustische Signal zu einem hoch ästhetischen Klangbild geformt, das in seinem zeitlichen Verlauf jedes Mal neu entsteht. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei physiologischen Daten mit einem periodischen Verlauf die Periodendauer als Parameter herangezogen.

[0019] Im Speziellen wird der Amplitudenverlauf der physiologischen Daten als Parameter herangezogen.

[0020] In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Zuordnung der akustischen Signalabfolgen zu den Kategorien gemäß der Bildungsvorschrift, sodass zumindest vier Teilabschnitte eines gesamten vorab festgelegten Zeitverlaufs von etwa 10 bis 20 Minuten unter Berücksichtigung des Setzens von Stimuli in Richtung von physiologisch normvarianten Ziel- und Sollwerten und unter Berücksichtigung musikalischer Regeln derart mit dem jeweiligen physiologischen Zustand korrelierten akustischen Signalfolgen ausgefüllt werden, dass sich ein kontinuierlicher und jeweils neuartiger akustischer Gesamteindruck ergibt.

[0021] Günstig ist es, wenn eine Speichereinheit mit einer Datenbank enthaltend eine Vielzahl nach Regeln der europäischen und außereuropäischen Kunstmusik speziell vorgefertigter akustischer Signale und/oder Signalabfolgen verwendet wird.

[0022] Für das erfindungsgemäß verwendete Verfahren können die physiologischen Daten zusätzlich die Atemfrequenz und/oder den Atemhub umfassen.

[0023] Umfasst ist auch, dass der Sensor ein Atemsensor, eine Kamera, und/oder ein Bewegungssensor ist.

[0024] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Bewegungssensor ein 3D- Infrarot-Gestencontroller oder eine Kamera.

[0025] In einer weiteren günstigen Ausführungsform wird zusätzlich ein weiterer Sensor, bei-

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spielsweise zur Aufnahme der Herzfrequenz verwendet.

[0026] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die akustischen Signale und Signalabfolgen zu einer Vielzahl von verschiedenen Sequenzen verbindbar, die das akustische Gesamtsignal bilden.

[0027] In einer weiteren Ausführungsform weisen die Sequenzen eine Variation hinsichtlich der Signalabfolgen, der Tonfolgedichte, der Tonhöhe, der Stimmenzahl, der Lautstärke, der Artikulation, der Klangfarbe, des Tempos und/oder des Rhythmus auf.

[0028] Insbesondere weisen die akustischen Signale und Signalabfolgen eine Variation hinsichtlich ihrer Klangattribute, insbesondere Klangfarbe, Tonhöhe, Artikulation und/oder Lautstärke auf.

[0029] In einer weiteren Ausführungsform umfassen die physiologischen Daten Bewegungen einer oder beider Hände und/oder Arme, insbesondere die Geschwindigkeit und den Grad der Vollendung dieser Bewegungen.

[0030] Im Speziellen weist jede der akustischen Signalabfolgen eine Länge von etwa 0,5 bis 70 Sekunden auf.

[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der akustischen Signalabfolgen zur akustischen Gesamtsequenz nach einer Verknüpfungslogik erfolgt, die musikalischen Gesetzmäßigkeiten wie der Abfolge von Tonarten und den darin festgesetzten Tonstufen, der Abfolge von melodischen und harmonischen Fortschreitungen, der Abfolge von musikalischen Formteilen und der Abfolge von Klangfarben, Rhythmen und Tempi folgt.

[0032] Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst mit einer Vorrichtung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung zumindest folgendes enthält:

- zumindest einen Sensor zur kontinuierlichen Erfassung ausgewählter physiologischer Daten einer Person, wie insbesondere dem Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer oder Bewegungen der Hände,

- Mittel zur Diskretisierung, Quantisierung und Kategorisierung des Verlaufs vorgegebener Parameter der physiologischen Daten,

- Mittel zur Zuordnung akustischer Signalabfolgen zu den Kategorien, und

- Mittel zur Kombination der akustischen Signalabfolgen entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal und zur Ausgabe des Signals.

[0033] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch verwendet werden für die musiktherapeutische Anwendung bei Patienten zur (Re)Ökonomisierung der Atmung oder zum Auslösen positiver Effekte der neuronalen Plastizität. Die Vorrichtung kann verwendet werden zum Wiederherstellen des natürlichen Atemrhythmus, insbesondere nach maschineller Beatmung bzw. für eine verbesserte Motorik nach/bei einer neurologischen Erkrankung oder einem Trauma. Einsatzbereiche der Vorrichtung sind beispielsweise auch in der Intensivmedizin, der Atemtherapie, der Rehakbilitation etc., beispielsweise der Rehabilitation der Hände nach Schlaganfällen, bei Parkinson und dem Training von Handbewegungen, z.B. der Koordination im Allgemeinen.

[0034] Es ist weiter vorteilhaft, wenn die akustischen Signale und/oder Signalabfolgen in einer Datenbank gespeichert sind und in zumindest 4 Kategorien eingeteilt sind:

a) Kategorie 1 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:1 entsprechen;

b) Kategorie 2 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:2 entsprechen;

c) Kategorie 3 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:3 entsprechen;

d) Kategorie 4 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die bestimmten Gesten der Finger, Hände und Arme entsprechen.

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[0035] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Kategorien 1 bis 3 in die Abschnitte „INTRO“, „STIM1“, „STIM2“, „END“ unterteilt und Kategorie 4 ist einem oder mehreren Abschnitten zugeordnet, die bevorzugt nach Fingern, Händen und Armen benannt sind.

[0036] Gemäß einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Regeln der musikalischen Verknüpfungslogik für die einzelnen akustischen Signale und/oder Signalabfolgen sowie für die Abfolge der einzelnen Zeitabschnitte in einer Datenbank gespeichert.

[0037] Vorteilhaft ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Zuordnung physiologischer Daten zu mindestens einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge und zur Erstellung einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen, umfassend die Schritte:

a. Bereitstellen einer Datenbank umfassend eine Vielzahl speziell gefertigter akustischer Signale und/oder Signalabfolgen;

b. Ermittlung bzw. Bereitstellung physiologischer Daten mittels Kamera, Atem- oder Bewegungssensor, wobei die physiologischen Daten mindestens das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer umfassen;

Cc. Auswerten der physiologischen Daten;

d. Zuordnen der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge; und

e. Erstellung und Ausgabe einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen.

[0038] Insbesondere dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von musikalischer Resonanz mit Atemmustern, einschließlich der Atemfrequenz und/oder des Verhältnisses von Einund Ausatmungsdauer und/oder zur Bildung von musikalischer Resonanz mit Finger-, Hand- oder Armbewegungen.

[0039] Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Modulation des Atemmusters einer Person, umfassend die Schritte:

a. Bereitstellen einer Datenbank, einer Bibliothek mit einer Vielzahl von musikalischen Teilstücken, umfassend eine Vielzahl akustischer Signale und/oder Signalabfolgen;

b. Bereitstellung physiologischer Daten der Person, insbesondere mittels Atemsensor, und optional zusätzlichem Bewegungssensor oder Kamera, wobei die physiologischen Daten mindestens das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer und optional die Atemfrequenz und/oder den Atemhub sowie spezifische Gesten der Finger, Hände bzw. Arme umfassen;

Cc. Auswerten der physiologischen Daten;

d. Zuordnen der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge;

e. Erstellung einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen; und

f. Ausgabe der in Echtzeit modulierten Klangabfolge an die Person zur Resonanzbildung mit dem Atemmuster.

[0040] Insbesondere umfasst die Modulation des Atemmusters die Verlängerung der Ausatmung im Verhältnis zur Einatmung.

[0041] Die Erfindung dient unter anderem Personen, die maschinell beatmet oder von der maschinellen Beatmung entwöhnt werden.

[0042] Weiter umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Koordinierung von Musik mit Handbewegungen einer Person, umfassend die Schritte:

a. Bereitstellen einer Datenbank umfassend eine Vielzahl akustischer Signale und/oder Signalabfolgen;

b. Ermittlung bzw. Bereitstellung physiologischer Daten der Person mittels Bewegungssensor

und optional zusätzlichem Atemsensor, wobei die physiologischen Daten mindestens Bewegungen einer oder beider Hände und/oder Arme umfassen, insbesondere umfassend die Geschwindigkeit und den Grad der Vollendung dieser Bewegungen sowie ergänzend mindestens das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer, die Atemfrequenz und/oder den Atemhub;

Cc. Auswerten der physiologischen Daten;

d. Zuordnen der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge;

e. Erstellung einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen; und

f. Ausgabe der in Echtzeit modulierten Klangabfolge an die Person.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN [0043] Figur 1: Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung

[0044] Figur 2: Schematische Darstellung. Musikalische „Bausteine“ bzw. „Moleküle, (auch „Phrasen“ genannt), werden auf Basis physiologischer Daten aus einem Pool solcher „Moleküle“ ausgewählt und nach bestimmten musikalischen Regeln adaptiert aneinandergereiht, sodass ein durchgehender musikalischer Fluss entsteht, der resonanzbildende Wirkmuster aufweist.

[0045] Figur 3: Schematische Darstellung. Musikalische „Bausteine“ bzw. „Moleküle“, auch „Phrasen“ genannt, werden auf Basis gestengesteuerter Befehle ausgewählt und nach bestimmten musikalischen Regeln adaptiert aneinandergereiht, sodass ein durchgehender musikalischer Fluss entsteht, der resonanzbildende Wirkmuster aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0046] Bei der Erfindung handelt es sich um eine, unter Einsatz von künstlicher Intelligenz (Kl), d.h. in einem selbstlernenden und selbstoptimierenden Computerprogramm realisierte digitale Lösung aus dem Bereich der Computermusik, bei der unter Verwendung von zumindest einem Sensor, wie z.B. von Kameras, Atem- oder Bewegungssensoren, speziell komponierte und in ihren Parametern auf den Bestimmungszweck der Resonanzbildung mit physiologischen Daten im Detail abgestimmte funktionelle Musik in ihrem horizontalen wie vertikalen strukturellen Verlauf in Echtzeit generiert und hervorgebracht wird. Dem technischen Stand von MIDI (Musical Instrument Digital Interface) entsprechend, kann diese Musik dabei zudem in Tempo, Lautstärke, Artikulation und Klangfarbe auf Basis der Sensordaten synchron zum physiologischen Geschehen adaptiert werden. Das System kann dabei zum unmittelbaren, aktiven Akt des Musizierens im Zusammenspiel von bis zu zwei Personen verwendet werden.

[0047] Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist der ästhetische, funktionell-kompositorische Aspekt und damit die sensorgesteuerte Generierung von „horizontalem“ musikalischem Verlauf (d.h. in der Zeitachse wie daraus resultierend musikalischer Form) in Echtzeit. Zu diesem Zweck hält das System keine kompletten Musikstücke im Format .mid (MIDI) vor, sondern musikalische Teilstücke, Signalabfolgen, oder „Phrasen“ genannt, die auf Basis der Sensordaten zu einem Gesamtwerk (akustisches Signal) zusammengefügt werden, des Weiteren übernimmt die Kl selbstlernend direkt die Erzeugung der Musik (finales akustisches Signal, im Gesamten auch „Adaptomorphe Musik“).

[0048] Der Begriff „Adaptive Musik“ bezeichnet Musik für und im Computerspiel (Game-Music), die in jeder Hinsicht flexibel sein muss, da nicht im Vorhinein bekannt ist, wie lange sich eine Person in einer bestimmten Spielsituation aufhält. Dies ist vom erfindungsgemäßen Begriff „adaptomorph“ zu unterscheiden, der die Gesamtformgebung mit der Silbe „morph“ unterstreicht.

[0049] Funktionelle Musik bezeichnet Musik, die durch außermusikalische Einflüsse bestimmt

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und solchermaßen für spezielle Einsatzzwecke gedacht ist/erstellt wird. Der Vorgang der Schöpfung solcher Musik wird als funktionelle Komposition/funktionelles Komponieren bezeichnet.

[0050] Unter dem Begriff MIDI ist eine digitale Schnittstelle für Musikinstrumente („musical instrument digital interface“) zu verstehen. Es ist ein Datenübertragungsprotokoll, das u.a. die Kommunikation zwischen einem (Personal)- Computer und verschiedenen Instrumenten ermöglicht. MIDI ist der Industriestandard für den Austausch von musikalischen Steuerinformationen und Daten zwischen elektronischen Musikinstrumenten.

[0051] Das MIDI-Protokoll wird derzeit von vielen Soundkarten in Personal Computern unterstützt. Somit stellt das MIDI-Protokoll keine Audiosignale bereit, sondern besteht aus Befehlen zur Ansteuerung von Instrumenten oder der Soundkarte. Der entsprechende Befehl, der übermittelt wird, kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass dieser etwa "Note-on" heißt (schalte Note an), "gib die Anschlagstärke an" ("velocity“) und "Note-off" (schalte Note aus) heißt. Diese Steuerbefehle werden an einen Klangerzeuger, beispielsweise eine Soundkarte, einen Synthesizer, Sampler, oder eine entsprechend aufbereitete Klangbibliothek, die aus unterschiedlichen Instrumentenklängen besteht, gesendet.

[0052] Daneben können in der Kombination von Atem- und Bewegungssensor besonders effektive Einsatzmöglichkeiten entstehen, die auch das Musizieren zu zweit einschließen. Somit kann bei jeder Sitzung ein neuer, ästhetisch anspruchsvoller, musikalischer (Gesamt- )Verlauf (das Klangbild) generiert werden. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein digitales System zur funktionellen Komposition und zugleich ein digitales Musikinstrument.

[0053] Der Begriff „akustisches Signal“ bezieht sich gemäß der Erfindung auf eine akustische Entität (Musikstück), das aus mehreren akustischen Signalabfolgen zusammengesetzt ist. Ein akustisches Signal wird bestimmt durch das Ergebnis der Kategorisierung der Parameter physiologischer Daten wie das Verhältnis von Ein- und Ausatmung, Atemfrequenz, Atemhub oder spezifische Bewegungen der Finger, Hände und Arme und deren zeitlichen Trends, wobei die einzelnen Kategorien der Parameter ausgewählten akustischen Signalabfolgen zugeordnet werden.

[0054] Unter „Diskretisierung“ und „Quantisierung“ im Zusammenhang mit der Erfindung wird die Umwandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal verstanden, wobei zu definierten Zeitpunkten eine Abtastung erfolgt und die Abtastwerte als Zahlenwerte dargestellt werden. Digitale Werte sind üblicherweise als Binärzahlen kodiert. Ihre Quantisierung wird somit in Bits angegeben. Die von den Sensoren gelieferten Daten werden numerisch erfasst und statistisch insbesondere hinsichtlich ihrer Trends über bestimmte Zeiträume ausgewertet. Zudem erfolgt eine Skalierung auf den im MIDI-Protokoll verankerten numerischen Wertebereich (0-127).

[0055] Der Begriff „akustische Signalabfolge“ bezieht sich auf kurze, aneinandergereihte akustische Sequenzen von etwa 0,5 bis 70 Sekunden.

[0056] Der Begriff „Klangbild“ beschreibt die Gesamtheit des jeweils Erklingenden, einschließlich aller dabei imponierenden sinnlichen Eindrücke wie Tonfolgedichte, Ambitus, Musikstil oder Klangfarbe, etc.

[0057] Der Begriff „physiologische Daten“ bezieht sich auf das Ergebnis von physiologischen Messungen wie Dauer der Ein- und Ausatmung, Atemfrequenz, Atemhub oder spezifische Bewegungen der Finger, Hände und Arme, die durch entsprechende Sensoren ermittelt werden können.

[0058] Sensoren sind Instrumente, die physiologische Parameter (Signale) erfassen und sie in elektrische bzw. digitale Signale umwandeln. Nicht limitierende Beispiele für Atemsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie etwa Atemfühler, Thermal Atemsensoren, Atemsensoren mit Druck-Transducer zur Erzeugung einer Ausgangsstromspannung, die in Relation zum Luftdruck steht, Atemsensoren bei denen der Atemfluss durch einen Piezosensor aufgenommen wird und Atemsensoren, bei denen die Atemaktivität durch Zugkräfte auf einen Fühler (Brustgurt) bestimmt wird.

[0059] Relevant für die vorliegende Erfindung ist, dass kein Biofeedback-System verwendet wird,

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d.h. das finale Signal ist nicht durchgehend 1:1 zur Atmung synchronisiert.

[0060] Nicht einschränkende Beispiele für Bewegungssensoren sind Leap Motion Bewegungssensoren, 3-D Gestencontroller, beispielsweise basierend auf GestIC-Technologie, 3D Infrarot Gestencontroller oder Bewegungserkennung via Kamera.

[0061] Die Herzfrequenz ist die Anzahl der Herzschläge pro Minute. Die Herzschlagfrequenz oder Herzfrequenz wird häufig mit dem Puls gleichgesetzt. Eine Messung kann beispielsweise durch ein Elektrokardiogramm (EKG) erfolgen.

[0062] Der Begriff „Parameter“ physiologischer Daten umfasst messbare körpereigene Signale, die mit psychischen, mentalen oder Organfunktionen zusammenhängen. Diese Signale werden durch Sensoren erfasst und numerisch und methodisch analysiert, diskretisiert, parametrisiert und kategorisiert.

[0063] Der Begriff „Atemhub“ bezieht sich auf das Volumen der pro Atemzug eingeatmeten Luft. [0064] Die Atemfrequenz beschreibt die Anzahl der Atemzüge pro Minute.

[0065] „Echtzeit“ gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Generierung des akustischen Signals innerhalb weniger Sekunden.

[0066] Der Begriff „Bildungsvorschrift“ bezieht sich zunächst auf die spezifische Struktur der für die Datenbank komponierten musikalischen Teilstücke, sodann auf Regeln, welche Zusammenhänge zwischen den physiologischen Daten und der Auswahl und Beschaffenheit der musikalischen Teilstücke herstellen und andererseits auf musiktheoretische Regeln, welche die Abfolge der Teilstücke auf rein musikalischem Sektor bestimmen.

[0067] Die Regeln welche sich aus den Gesetzmäßigkeiten der europäischen und/oder außereuropäischen Kunstmusik ableiten sind beispielsweise die Abfolge bestimmter Tonstufen oder Intervalle.

[0068] Die hier beschriebene „Datenbank“ umfasst eine Vielzahl von speziell gefertigten musikalischen Teilstücken, die sich stilistisch an europäischer und außereuropäischer Kunstmusik orientieren, aus denen das akustische Signal gebildet werden kann. Diese Teilstücke können im Format .mid (MIDI) vorrätig gehalten sein (POOL MUSIK, (11)). Die Länge dieser Teilstücke kann 0,5 bis 70 Sekunden betragen. Zudem existiert eine weitere „Datenbank“ mit einer Vielzahl an musikalischen Regeln zur Verknüpfung der Teilstücke (POOL LOGIK, (9)).

[0069] Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren enthaltend zumindest einen Sensor wie etwa einen Atemsensor, einen Gestencontroller oder eine Kamera zur kontinuierlichen Erfassung ausgewählter physiologischer Daten, wie etwa das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer oder Bewegungen der Hände, Mittel zur Diskretisierung, Quantisierung und Kategorisierung des Verlaufs vorgegebener Parameter der physiologischen Daten (STAT-Modul, (3)), Mittel zur Zuordnung akustischer Signalabfolgen zu den Kategorien (SELEKTOR, (8)) und Mittel zur Kombination der akustischen Signalabfolgen entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal und zur Ausgabe des Signals, welches zu einem finalen Klangbild geformt wird (INTEGRATOR, (10)).

Die Vorrichtung kann beispielsweise folgende Elemente umfassen:

Einen Atem- oder Bewegungssensor

Einen handelsüblichen Computer mit folgenden Programmelementen (1) bis (13) GUI (1):

Graphisches Interface, mit Eingabefeld, zur Kommunikation mit dem Anwender

Sensor (DATA INPUT) (2): als Schnittstelle zum Atemsensor, Bewegungssensor, etc. STAT

MODUL (3): zur Übernahme der Sensordaten und deren statistischer Auswertung

BRIDGE MODUL (4): zur Umwandlung der statistischen Daten in MIDI Befehle

POOL GESTEN (PG, (5)): als Ergänzung zum Bridge Modul, Identifizierung der spezifischen

Geste

MIDI MATRIX (6): zur Zuordnungseinstellung in Bezug auf die MIDI Befehle

MODULATOR (7): zur Adaption der MIDI Befehle

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SELEKTOR (8): auf Basis der Sensordaten bzw. deren statistischer Auswertung trifft der SELEKTOR die Entscheidung, welches Musikteilstück ausgewählt und abgespielt wird. Die Regeln für die Auswahl der Teilstücke wie für deren Kombinierbarkeit werden im Zuge des kompositorischen Prozesses definiert. Der SELEKTOR greift im Sinne eines Expertensystems auf diese Regeln zu, das im POOL LOGIK (9) realisiert ist.

POOL LOGIK (9): enthält die musikalischen Regeln, auf die der SELEKTOR (8) zugreift INTEGRATOR (10): zur Sicherstellung des entsprechenden Gesamtablaufes auch hinsichtlich des Tempos und weiterer musikalischer Parameter

POOL MUSIK (11): Datenbank enthaltend speziell gefertigte musikalische Teilstücke PLAYER (12): zur Erzeugung eines MIDI-Datenstroms

VSTi (13): Virtual Studio Technology Instrument. VST ist eine Programmierschnittstelle und darin Industriestandard für Audio PlugIns, etabliert 1996 von der Firma Steinberg Media Technologies. VSTis sind virtuelle Instrumente im Rahmen dieser Schnittstelle. Beispielsweise kann als VSTi der Industriestandard N! Kontakt 6 sowie die Engine (2.7) von Best Service verwendet werden, im Prinzip kann aber jedes VSTi, das windowslauffähig ist, Verwendung finden. Die Klänge, die im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen, werden speziell für das jeweilige VSTi erstellt/programmiert („Sounds“/„Presets“). Die Klangprogrammierung ist integraler Teil der erfindungsspezifischen Komposition.

Ein Lautsprecher (14), beispielsweise ein handelsüblicher Lautsprecher oder Kopfhörer/Stöpselhörer/Noise-Cancelling Kopfhörer.

Anwendung findet die Erfindung auch im Bereich der Computermusik.

Die Erfindung dient der atemgestützten Steuerung von MIDI-fähigen Geräten oder der musikalischen Komposition, Improvisation und Interpretation.

Beispiel: Ein digitales Musikinstrument soll über die Atmung in seinem Klangverhalten beeinflusst werden, wobei sowohl die Ein- wie auch die Ausatmung als Steuersignale verwendet werden sollen.

Die Erfindung kann auch der Unterhaltung und Entspannung dienen. Beispiel: Eine Person möchte abends zur Entspannung vor dem Einschlafen ruhige Musik genießen und sucht bei jedem Hörerlebnis größtmögliche musikalische Vielfalt bei identer musikalischer Charakteristik.

[0070] Die Erfindung dient auch der bewegungsgestützten Steuerung von MIDI-fähigen Geräten oder der musikalischen Komposition, Improvisation bzw. Interpretation.

[0071] Beispiel: Während einer Performance soll das Bühnenlicht durch bestimmte Gesten gesteuert werden.

[0072] Die Erfindung kann auch der Unterhaltung und Entspannung mehrerer Personen dienen. Beispiel: Ältere Personen musizieren mit Kindern spielerisch im Duo. Wer sich die Bewegungsfolgen, die zur richtigen Musikwiedergabe führen, rascher merkt, hat gewonnen (Music-Movement-Memory).

[0073] Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dem Einsatz in der Musiktherapie in all ihren Erscheinungsformen und ermöglicht durch den kombinierten Einsatz von atem- und bewegungsrelevanten Komponenten durch Entrainment einen sehr hohen Wirkungsgrad.

[0074] Beispiel: Studierende der Musiktherapie bereiten sich durch Einsatz des Systems auf ihre berufliche Laufbahn im Bereich Intensivmedizin und Neurorehakbilitation vor.

[0075] Die Erfindung dient dem Einsatz im Bereich der musikalischen Komposition, Improvisation und Interpretation und ermöglicht durch den kombinierten Einsatz von atem- und bewegungsrelevanten Komponenten einen sehr natürlichen künstlerischen Prozess.

[0076] Beispiel: Bei einer Bühnenperformance werden Licht- und Toneffekte durch bestimmte Gesten der Hand ausgelöst, die in ihrer Intensität durch die bewusst gelenkte Atmung der steuernden Person moduliert werden.

[0077] Pädagogik [0078] Die Erfindung dient der Ausbildung von MusikerInnen und TherapeutInnen und ermöglicht

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durch den kombinierten Einsatz von atem- und bewegungsrelevanten Komponenten eine abwechslungsreiche, mehrschichtige Aufgabenstellung.

[0079] Beispiel: Studierende im Fach Dirigieren haben Probleme mit der richtigen Atmung beim Auftakt. Dazu wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geübt - die dirigentischen Gesten der Hand werden jedoch nur dann vom System als Trigger zugelassen, wenn zuvor richtig eingeatmet wurde.

[0080] Das erfindungsgemäße System kann auch der Unterhaltung und Entspannung dienen und durch den kombinierten Einsatz atem- und bewegungsrelevanter Parameter einen entsprechenden Abwechslungsreichtum bieten.

[0081] Beispiel: Zwecks Zeitvertreibs kreiert eine Person spielerisch Musik mit dem System durch Gesten, dazu parallel wird die Raumbeleuchtung durch die Atemaktivität moduliert. Das Ziel ist es, den Fluss der Musik und den Wechsel des Farblichtes in ein bestimmtes Verhältnis zu setzen.

BEISPIELE

[0082] Die hier beschriebenen Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung und sind nicht als Einschränkungen derselben zu verstehen. Es wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Viele Änderungen und Variationen können an den hierin beschriebenen und abgebildeten Techniken vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist es zu verstehen, dass die Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken.

[0083] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für Einsatzbereiche, in denen Drahtlosverbindungen aus Sicherheitsgründen nicht möglich sind, beispielsweise auf Intensivstationen, auf mobilen Endgeräten wie beispielsweise Windows-Tablets ausgeführt werden. Des Weiteren ist eine serverbasierte Version möglich, sodass beliebige Endgeräte benützt werden können.

[0084] Beispielhafte Hardawarekomponenten können sein:

[0085] 1 Atemsensor (Bluetooth) | 1-2 Bewegungssensor(en) (leap motion oder Webcam) | 1 USB-Bluetooth Audiosplitter (alternativ y-Kabel) | 2 Bluetooth Kopfhörer (alternativ kabelgebundene Verbindung zu den Kopfhörern oder ein Lautsprecher-System)

[0086] In Figur 1 erden die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt

[0087] Die Daten der Sensoren werden über DATA INPUT (2) in die Software übernommen, verschiedentlich statistisch ausgewertet unter Zuhilfenahme des STAT- Moduls (3) bzw. als spezifische Geste identifiziert, PG = POOL GESTEN (5) und in MIDI-Befehle gewandelt (BRIDGE Modul, (4)). Die gesamte Kommunikation mit den AnwenderlInnen erfolgt über ein grafisches Interface, GUI (1).

[0088] Die MIDI MATRIX (6) ermöglicht Zuordnungseinstellungen in Bezug auf die ausgegebenen MIDI-Befehle (insbesondere MIDI CC-Daten), die vom MODULATOR (7) musikalisch sinnstiftend weiter adaptiert werden können, ehe sie zusammen mit den zentralen Sequenzer-Daten (Note on/off Befehle etc.) vom PLAYER (12) über virtuelle MIDI-Kabel an das VSTi (13)-Softwareinstrument weitergeleitet werden, welches schließlich den Audiodatenstrom erzeugt, der von der Abhöre, dem LAUTSPRECHER (14) wiedergegeben wird.

[0089] Als wesentliches Element der Erfindung wird die Musik speziell für die Anwendung komponiert, die Kompositionen, d.h. die finalen akustischen Signale, unterliegen dem Urheberrecht. Realisiert werden jedoch nicht komplette („fertige“) Musikstücke, sondern musikalische Teilstück, die sogenannten Signalabfolgen, oder Phrasen, die miteinander nach bestimmten Regeln, die sich sowohl aus physiologischen, d.h. Sensordaten wie musikalischen Gesetzmäßigkeiten ergeben, kombiniert bzw. aneinandergereiht werden können, um die fertige Komposition, das finale akustische Signal, zu formen. Dabei kann auch Musik unterschiedlicher Kulturkreise berücksichtigt werden. Für eine besondere Ausführungsform der Erfindung wird die Musik, d.h. die musikalischen Teilstücke zudem so aufbereitet, dass sowohl einhändige, zweihändige und sequentielle

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Folgen von einer und zwei Personen möglich sind. Die resultierenden musikalischen Teilstücke, die Signalabfolgen, werden im POOL MUSIK (11) im Format .mid (MIDI) vorrätig gehalten. Ein wesentliches Element ist der SELEKTOR (8), welcher auf Basis der Sensordaten bzw. deren statistischer Auswertung die Entscheidung trifft, welches Musikteilstück, d.h. welche Signalabfolge ausgewählt und abgespielt wird. Der SELEKTOR (8) ist integraler Teil des kompositorischen Gesamtkonzeptes der Erfindung. Die Regeln für die Auswahl der Teilstücke, der Signalabfolgen, wie für deren Kombinierbarkeit werden im Zuge des kompositorischen Prozesses definiert. Der SELEKTOR (8) greift im Sinne eines Expertensystems auf diese Regeln zu, das im POOL LOGIK (9) realisiert ist. Der INTEGRATOR (10) stellt schließlich den ästhetisch ansprechenden Gesamtablauf auch hinsichtlich des Tempos und weiterer musikalischer Parameter sicher. Das eigentliche Abspielen/Generieren der MIDI-Daten erfolgt wie bereits im vorherigen Absatz beschrieben durch den MIDI-Sequenzer PLAYER (12). Die Klangfarben/Klänge („Sounds“/“Presets“), die das VST-Instrument für die Wiedergabe verwendet, werden im Zuge des Kompositionsprozesses speziell erstelll/programmiert und sind integraler Bestandteil der Komposition. Diese werden direkt im VST-Instrument als „Presets“ im Rahmen einer Klangbibliothek vorrätig gehalten.

[0090] Das Programmelement der künstlichen Intelligenz ist in die Bereiche SELEKTOR (8), [POOL LOGIK (9), POOL MUSIK (11) und POOL GESTEN (65) integriert und erfüllt folgende Aufgaben: 1) Überwachung und Optimierung der Anwendung pro Person -> Verbesserung des Ergebnisses für ein und dieselbe Person durch Selbstlernen während wiederholter Sitzungen 2) Überwachung und Optimierung der Anwendung pro Einsatzzweck -> Verbesserung des Ergebnisses für ein bestimmtes Zustandsbild durch Selbstlernen, abgeleitet aus einer Gruppe von Personen während wiederholter Sitzungen 3) Überwachung und Optimierung der Anwendung im kreativen Sinn und Verbesserung des Ergebnisses im Sinne der kreativen Neuheit durch Selbstlernen, abgeleitet aus der Gesamtheit der Sitzungen. Die im POOL Musik vorgehaltenen akustischen Signalabfolgen werden dabei nach und nach durch völlige Neu- und Eigenkreationen der Kl ersetzt, sodass schlussendlich das System völlig selbständig neu kreiert und musiziert, ohne vorgefertigte Teilstücke zusammenzusetzen. Die Musik wird von der Kl somit ab einem bestimmten Zeitpunkt de novo generiert, womit ab diesem Zeitpunkt der POOL Logik (9) und der POOL Musik (11) nur mehr der Erweiterung des Systems dienen. 4) Optimierung der Gestenerkennung, z.B. Verbesserung des Ergebnisses durch Selbstlernen, sowohl für eine Person wie auch zugleich die Gesamtheit der Personen wie deren spezifischen Verhaltens- und Zustandsmuster.

[0091] Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiels ist wie folgt:

[0092] Die vom Atemsensor kommenden Daten werden in Bezug auf die Parameter Atemfrequenz, Atemhub und Verhältnis von Einatmung:Ausatmung (I:E) analysiert. Je nach Wert von I:E wählt der SELEKTOR (8) eine Phrase aus, die im POOL MUSIK (11) kategorisiert für die l:E Verhältnisse 1:1, 1:2 und 1:3 in Form der Kategorien „EQUAL“, „LONGER“ und „OPTIMUM“ vorliegen. Pro Sitzung sieht das System rund 10 Minuten vor. Diese Dauer von 600s wird im (annähernd) goldenen Schnitt berechnet in die Abschnitte „INTRO“ (96s), „STIM1“ (228s), „STIM2“ (144s) und „END“ (132s) unterteilt. Im Bereich „INTRO“ sind akustischen Signalabfolgen aus den Kategorien „EQUAL“ und „LONGER*“ verfügbar, in den Bereichen „STIM1“ und „STIM2“ aus allen drei Kategorien, im Schlussteil „END“ stehen jedoch nur mehr die Kategorien „LONGER“ und „OPTIMUM“ zu Verfügung. Auf diese Weise und den im Folgenden beschriebenen Ablauf wird während der Sitzungszeit ein musikalischer Trend hin zu 1:3 generiert, welcher zugleich das Sitzungsziel - eine Verlängerung der Ausatmung, die eine Resonanzbildung zwischen Musik und Physiologie repräsentiert - realisiert.

[0093] Ablauf:

Phase 1: Es werden Files aus dem Ordner „INTRO“ gewählt, die einem I:E von 1:1, bzw. 1:2 im Wechsel entsprechen. Die Aufmerksamkeit wird auf den Melodiebau hingelenkt: Es soll erkenntlich werden, dass melodisches Geschehen die Atmung codiert.

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Phase 2 Unterabschnitt 1: Es werden Files aus dem Ordner „STIM1“ gewählt, die einem I:E von 1:2 entsprechen. Folgt die Person „spielerisch“, oder befindet sie sich bereits am Beginn der Phase 2 auf diesem Niveau, werden Files aus dem Ordner „STIM1“ gewählt, die 1:3 entsprechen. Bleibt es bei einem 1:2 Verhältnis, werden als Stimulation einzelne 1:3 Files „eingestreut“.

Phase 2 Unterabschnitt 2: Es werden Files aus dem Ordner „STIM2“ gewählt, die einem I:E von 1:3 entsprechen. Ergeben die Sensordaten, dass die Person nicht folgt/folgen kann, wird auf Einzelfiles aus „STIM2“ mit dem Verhältnis 1:2 zurückgeschaltet und hernach sofort wieder auf 1:3 erhöht.

Phase 3: Es werden Files aus dem Ordner „END“ gewählt, die wechselnd einem Verhältnis von 1:2 bzw. 1:3 entsprechen, je nach Sensordaten (mit Fokus auf 1:3).

[0094] Die ermittelte Atemfrequenz geht direkt in die Tempoinformation der Musik, der Atemhub in die Klangfarbeninformation (Filter, LFO, ...) ein, wobei die Zuordnungen variabel sind und über eine Matrix, MIDI-MATRIX (6) gewählt werden. Das musikalische Herzstück liegt dabei in der Codierung von Atemaktivität im Sinne funktioneller musikalischer Gestaltung. Die physiologischen Werte werden dazu in die musikalischen Parameter Tonfolgedichte und Tonhöhe (Ambitus) umgesetzt („Ambitus-Spannung“ und „melismatische Aktivität“). Das Verfahren kann auch „adaptomorphe Musik“ bzw. „adaptomorphe Komposition“ genannt werden. Die Gesamtdauer von 10 Minuten ist flexibel und richtet sich nach den Tempomodifikationen, die während der Sitzungsdauer erforderlich waren. Das System spielt dabei die jeweils letzte akustische Signalabfolge im Abschnitt „END“ bis zur letzten „Note off“ Information, sodass das Stück nicht abbricht.

SCHUTZMECHANISMUS

[0095] Wird eine Atemfrequenz von unter 6/min oder über 35/min erhoben, schaltet das System ab.

ERWEITERUNG UM GESTENGETRIGGERTE PHRASEN

[0096] Durch ein Hinzunehmen des Bewegungssensors kann die adaptomorphe Musik mehrstimmig und rhythmisch-metrisch strukturiert und gesteuert werden, indem die benutzende Person via Gesten Phrasen triggert (siehe unten), womit hoch effektive Entrainment Effekte genützt werden können (Haas, Francois & Distenfeld, S & Axen, K. (1986). Effects of perceived musical rhythm on respiratory pattern. Journal of applied physiology (Bethesda, Md.: 1985). 61. 1185-91. 10.1152/%appl. 1986.61.3.1185.).

[0097] Gemäß einer zweiten Ausführungsform werden die vom Bewegungssensor kommenden Daten analysiert und als spezifische sowie relevante, in Form einer Datenbank vorgehaltener, PG=POOL GESTEN (5), Gesten erkannt. Dabei wird zugleich die Qualität der Ausführung beurteilt, Indem die Geschwindigkeit der Geste und den Grad der Vollendung der Geste ermittelt werden. Zudem wird ermittelt, ob einhändig oder beidhändig agiert wird, welche Hand aktiv ist und ob bei beidhändiger Ausführung simultan oder sequentiell vorgegangen wird. Je nach erfolgreich ausgeführter Geste, wird vom SELEKTOR (8) eine Phrase aus dem POOL MUSIK (11) gewählt und über den weiter oben bereits beschriebenen Weg als hörbares musikalisches Ereignis ausgegeben.

[0098] Eine Trainingsphase umfasst etwa 20 Minuten.

Diese teilt sich in FÜNF PHASEN zu je 4 Minuten Dauer. Sollte die Person eine Phase bereits „spielerisch“ beherrschen, kann diese Phase übersprungen/verkürzt werden, die jeweilige Restdauer wird den nachfolgenden Abschnitten zu gleichen Teilen zugeschlagen, bei weiterem Überspringen/Verkürzen verbleibt die diesbezüglich aufsummierte Restzeit somit zur Gänze bei der letzten Phase (Beispiel I: Phase 1 nur 2 Minuten benötigt, daher erhöht sich die Dauer der nachfolgenden Einheiten auf je 4 Minuten und 30 Sekunden. Beispiel Il: Phase | - IV werden in je 2 Minuten absolviert, daher verbleiben für Phase V 12 Minuten.)

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[0099] PHASE 1: „HEBEN“ Gesten: Flexion und Extension (Ellbogengelenk). Ablauf: Es werden Files aus dem Ordner „HEBEN“ gewählt, die aneinandergereiht durchspielen. Die Distanz zum Gestencontroller wirkt auf diese Files hinsichtlich der Steuerung von KLANGFARBE (TIMBRE) und VIBRATO ein.

[00100] PHASE 2: „DREHEN“ Gesten: Pronation und Supination (Unterarm).Ablauf: Es werden Files aus dem Ordner „DREHEN“ gewählt, die aneinandergereiht durchspielen. Die Abweichung des Drehwinkels der Hand von der Lotrechten auf das Sensorfeld wirkt auf diese Files hinsichtlich der Steuerung von: KLANGFARBE (TIMBRE), PITCH BEND und VIBRATO ein.

[00101] PHASE 3: „FAUST“ Gesten: (großer) Faustschluss (Flexion Fingergelenke bzw. Opposition Daumen). Ablauf: Es werden Files aus dem Ordner „FAUST“ gewählt, die aneinandergereiht durchspielen. Die vollständig geöffnete oder geschlossene Hand (als eindeutige Geste) wirkt auf diese Files hinsichtlich ihrer Auswahl (kategorisiert in den Unterordnern „FOPEN“ und „FCLOSED“) ein und des Weiteren auf die Steuerung von KLANGFARBE (TIMBRE), VIBRATO und LAUSTÄRKE (diesbezüglich gilt als Standard DEFAULT: geschlossene Faust = STILLE - dies kann auch invertiert werden).

[00102] PHASE 4: „KLOPFEN“ Gesten: „Klopfbewegungen“ (Palmarflexion und Dorsalextension im Handgelenk).Ablauf: Es werden Files aus dem Ordner „KLOPFEN“ gewählt, die aneinandergereiht durchspielen. Die Bewegungsrichtung der Hand wirkt auf diese Files hinsichtlich ihres TEMPOS ein. Dazu können einzelne Töne/Sounds durch die entsprechende Klopfbewegung direkt getriggert werden („Schlagzeugfunktion“). Als Triggerpunkt für den Sensor werden ausschließlich die Endpunkte der Palmarflexion verwendet.

[00103] PHASE 5: „FINGER“ Gesten: Zueinanderführen der jeweiligen Fingerkuppen (Fingerschluss) beider Hände in den Kombinationen Daumen-Zeigefinger | Daumen-Mittelfinger | Daumen-Ringfinger | Daumen-Kleiner Finger.

[00104] Ablauf: Es werden Files aus dem Ordner „FINGER“ gewählt. Die Nummerierung der Bewegungen lautet dabei systemintern immer wie folgt: 1 Daumen - Zeigefinger RECHTS | 2 Daumen - Zeigefinger LINKS | 3 Daumen - Mittelfinger RECHTS | 4 Daumen - Mittelfinger LINKS | 5 Daumen - Ringfinger RECHTS | 6 Daumen - Ringfinger LINKS | 7 Daumen - Kleiner Finger RECHTS | 8 Daumen - Kleiner Finger LINKS. Bei jedem erfolgten Fingerschluss (mit Toleranzbreite siehe unten) wird das eineindeutig 1-8 zugeordnete File gestartet. Für die Therapeut/innen stehen Zusatzfiles für den Zweispielermodus zur Verfügung. Diese werden über einen zweiten Controller ausgelöst und sind ebenfalls den einzelnen Fingerschlüssen 1-8 durchnummeriert zugeordnet. In der Gesamtheit entstehen im Zusammenspiel Musikstücke mit Begleitung. Ergänzend können die Files in ihrer Klangfarbe beeinflusst werden. Zusatzfiles ermöglichen Variationsbildung, die Files werden dabei rein algorithmisch getriggert: Jeder zweite Übungsdurchlauf erhält eine Variation. Zusatzfunktion: Die Einzelübungen werden durch Überleitungsfiles, die ebenfalls rein algorithmisch ausgelöst werden, verbunden. Jede Übung läuft fünfmal durch, die Wiederholungen WH können übersprungen werden. Der Gesamtablauf der PHASE 5 kann über ein Eingabefeld am GUI (1) im Tempo stufenlos reguliert werden. Die Realisierung des Fingerschlusses (Toleranzbreite) kann sensorseitig dreistufig in Bezug auf den Triggerpunkt voreingestellt werden: a.) vollkommen, b.) näherungsweise, c.) allfällig erkennbar.

[00105] Durch ein Hinzunehmen des Atemsensors kann die adaptomorphe Musik mehrstimmig

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strukturiert und gesteuert werden, indem die benutzende Person via Atmung Steuerbefehle übermittelt (v.a. MIDI-CC Controller) und damit die Klangfarbe beeinflusst oder Phrasen triggert.

[00106] Die Klangfarbe kann frei gewählt werden, die Stimmung/das Tonsystem kann frei gewählt werden. Im Prinzip kann auch das VSTi Instrument frei gewählt werden.

Claims (21)

A hes AT 18 531 U1 2025-09-15 Ss N Ansprüche

1. Verfahren zur Ausgabe eines akustischen Signals, welches aus akustischen Signalabfolgen aufgebaut ist und wobei der Aufbau des akustischen Signals auf physiologischen Daten beruht, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Bereitstellung ausgewählter kontinuierlich sensorermittelter physiologischer Daten einer Person, wie das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer,

- der Verlauf vorgegebener Parameter der physiologischen Daten, bestehend aus dem Verhältnis von Ein- und Ausatmung, Atemfrequenz, spezifische Bewegungen der Finger, Hände und/oder Arme und die zeitlichen Trends aller Parameter wird diskretisiert, quantisiert und kategorisiert,

- den so erhaltenen Kategorien der Parameter werden akustische Signalabfolgen zugeordnet,

- die akustischen Signalabfolgen werden entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten in Echtzeit zu einem finalen akustischen Signal kombiniert und ausgegeben, wobei

- die Kombination und Ausgabe der akustischen Signalabfolgen zu einer akustischen Gesamtsequenz nach einer Verknüpfungslogik erfolgt, welche den musikalischen Gesetzmäßigkeiten der europäischen und/oder außereuropäischen Kunstmusik wie der Abfolge von Tonarten und den darin festgesetzten Tonstufen, Abfolge von melodischen und harmonischen Fortschreitungen, Abfolge von musikalischen Formteilen und Abfolge von Klangfarben, Rhythmen und Tempi folgt, wobei diese Regeln und GesetzmäBigkeiten in einer Datenbank vorrätig gehalten werden, und das finale akustische Signal zu einem hoch ästhetischen Klangbild geformt wird, das in seinem zeitlichen Verlauf jedes Mal neu entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei physiologischen Daten mit einem periodischen Verlauf die Periodendauer als Parameter herangezogen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenverlauf der physiologischen Daten als Parameter herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der akustischen Signalabfolgen zu den Kategorien gemäß einer Bildungsvorschrift so erfolgt, dass zumindest vier Teilabschnitte eines gesamten vorab festgelegten Zeitverlaufs von 10 bis 20 Minuten unter Berücksichtigung des Setzens von Stimuli in Richtung von physiologisch normvarianten Ziel- und Sollwerten und unter Berücksichtigung musikalischer Regeln derart mit dem jeweiligen physiologischen Zustand korrelierten akustischen Signalfolgen ausgefüllt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinheit mit einer Datenbank enthaltend eine Vielzahl speziell erstellter akustischer Signale und/oder Signalabfolgen verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten kontinuierlich sensorermittelter physiologischer Daten einer Person zusätzlich den Atemhub umfassen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung ausgewählter kontinuierlich sensorermittelter physiologischer Daten einer Person durch einen Atemsensor, eine Kamera und/oder einen Bewegungssensor erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung ausgewählter kontinuierlich sensorermittelter physiologischer Daten einer Person durch einen 3D-Infrarot-Gestencontroller erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Sensor zur Aufnahme der Herzfrequenz verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die akusti-

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schen Signale und Signalabfolgen zu einer Vielzahl von verschiedenen Sequenzen verbindbar sind, die das akustische Gesamtsignal bilden.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Signale und Signalabfolgen zu einer Vielzahl von verschiedenen Sequenzen verbindbar sind und die Sequenzen eine Variation hinsichtlich der Signalabfolgen, der Tonfolgedichte, der Tonhöhe, der Stimmenzahl, der Lautstärke, der Artikulation, der Klangfarbe, des Tempos und/oder des Rhythmus aufweisen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Signale und Signalabfolgen zu einer Vielzahl von verschiedenen Sequenzen verbindbar sind und die akustischen Signale und Signalabfolgen eine Variation hinsichtlich ihrer Klangattribute, insbesondere Klangart, Klangfarbe, Tonhöhe, Artikulation und/oder Lautstärke aufweisen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bereitgestellten ausgewählten kontinuierlich sensorermittelter physiologischer Daten einer Person die Bewegungen einer oder beider Hände und/oder Arme umfasst, insbesondere umfassend die Geschwindigkeit dieser Bewegungen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der akustischen Signalabfolgen eine Länge von etwa 0,5 bis 70 Sekunden aufweist.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest folgendes enthält:

- zumindest einen Sensor (2) zur kontinuierlichen Erfassung ausgewählter physiologischer Daten einer Person, wie insbesondere dem Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer oder Bewegungen der Hände,

- STAT-Modul, (3) als Mittel zur Diskretisierung, Quantisierung und Kategorisierung des Verlaufs vorgegebener Parameter der physiologischen Daten,

- SELEKTOR, (8) als Mittel zur Zuordnung akustischer Signalabfolgen zu den Kategorien, und

- INTEGRATOR, (10) als Mittel zur Kombination der akustischen Signalabfolgen entsprechend dem Verlauf der kategorisierten Parameter der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal und zur Ausgabe des Signals.

Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die speziell gefertigten akustischen Signale und/oder Signalabfolgen in einer Datenbank gespeichert sind und in zumindest 4 Kategorien eingeteilt sind: a. Kategorie 1 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:1 entsprechen; b. Kategorie 2 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:2 entsprechen; c. Kategorie 3 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die einem Verhältnis der Dauer von Ein- und Ausatmung von 1:3 entsprechen; d. Kategorie 4 umfassend Signale und/oder Signalabfolgen, die bestimmten Gesten der Finger, Hände und Arme entsprechen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeln der musikalischen Verknüpfungslogik für die einzelnen akustischen Signale und/oder Signalabfolgen sowie für die Abfolge der einzelnen Zeitabschnitte in einer Datenbank gespeichert sind.

Computerimplementiertes Verfahren zur Zuordnung physiologischer Daten zu mindestens einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge und zur Erstellung einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 14, umfassend die Schritte: a. Bereitstellen einer Datenbank umfassend eine Vielzahl akustischer Signale und/oder Signalabfolgen;

b. Ermittlung physiologischer Daten mittels Atemsensor oder Bewegungssensor, wobei die physiologischen Daten mindestens das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer umfassen;

Cc. Auswerten der physiologischen Daten;

d. Zuordnen der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal oder einer akustischen Signalabfolge; und

e. Erstellung und Ausgabe einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen.

19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, zur Modulation der Atemfrequenz und/oder des Verhältnisses von Ein- und Ausatmungsdauer oder zum Training der Koordination von Handbewegungen.

20. Verfahren zur Modulation des Atemmusters einer Person, umfassend die Schritte:

a. Bereitstellen einer Datenbank umfassend eine Vielzahl akustischer Signale und/oder Signalabfolgen;

b. Ermittlung physiologischer Daten der Person mittels Atemsensor und optional zusätzlichem Bewegungssensor, wobei die physiologischen Daten mindestens das Verhältnis von Ein- und Ausatmungsdauer und optional die Atemfrequenz und/oder den Atemhub sowie spezifische Gesten der Finger, Hände bzw. Arme umfassen;

c. Auswerten der physiologischen Daten;

d. Zuordnen der physiologischen Daten zu einem akustischen Signal oder akustischen Signalabfolgen;

e. Erstellung einer Klangabfolge zusammengesetzt aus mindestens zwei akustischen Signalen; und

f. Ausgabe der Klangabfolge an der Person zur Verbesserung des Atemmusters.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Modulation des Atemmusters die Verlängerung der Ausatmung im Verhältnis zur Einatmung umfasst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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