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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen
mit Infraschallfrequenzen.
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Unter
Infraschall werden akustische Signale verstanden, deren Frequenzen
unterhalb der Hörgrenze
des menschlichen Gehörs
liegen.
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Stand der Technik
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Es
sind Compact Discs (CD) bekannt, welche beim Abspielen auf einem
handelsüblichen CD-Player
Signale zu erzeugen, die den Gehirnwellenmustern des Menschen ähnlich sind.
Dies wird unter anderem zur Linderung von Schlafstörungen eingesetzt.
Die erzeugten Signale dienen der Stimulation des menschlichen Gehirns.
Die CDs sind für
die Heimanwendung gut geeignet. Signale, die auf der CD gespeichert
sind, sind digitale Musikkompositionen, die angepasste Frequenzmuster
verwenden. Die wirksamen Infraschallwellen werden durch Superposition
leicht zueinander verstimmter, gleicher Musiksignale erzeugt. Eine
Gehirnwellenfrequenz von beispielsweise 14 Hz wird erzeugt, indem – vereinfacht
ausgedrückt – Musik
mit einer Frequenz von 1000 Hz und 1014 Hz abgespielt wird.
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Während der
Schlafphase kehren bestimmte Gehirnwellenmuster in zyklischer Reihenfolge
wieder. Der Zeitraum dazwischen wird als Schlafzyklus bezeichnet.
Er umfasst nach dem Wachzustand die sogenannte Alpha-Phase, die
Theta Phase, die Theta-Delta-Phase
und die Delta-Phase. Die Delta-Phase ist eine Tiefschlafphase. Vor
der Wiederholung des Zyklus tritt der Schlafende in einen REM-Schlaf. Ähnliche
Zyklen sind auch bei anderen Tätigkeiten bekannt.
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Die
bekannten CDs erzeugen überlagerte Frequenzen
mit denen die Gehirnwellen stimuliert werden können. Ein Nachteil der Speicherung
von Signalen auf einer CD ist, dass die auf der CD gespeicherten
Signale nur eine zeitlich begrenzte Abspieldauer erlauben. Der Schlafzyklus
eines Menschen dauert 90 Minuten, die maximale Spieldauer einer CD
nur 80 Minuten. Auch ist die CD lediglich für die Verwendung zur Schlafunterstützung geeignet.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die zur Stimulierung des Gehirnwellenmusters
in einer Vielzahl von Verwendungen geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst mit
einer Vorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen mit Infraschallfrequenzen
im Bereich unterhalb von 20 Hz, enthaltend
- (a)
Mittel zum Erzeugen von Trägersignalen
im Bereich hörbarer
Frequenzen, wobei mit den Trägersignalen
ein Modulationssignal erzeugbar ist, welches ein Modulationsmuster
aufweist, mit dem das Hirnwellenmuster eines Menschen stimulierbar
ist,
- (b) einen Speicher zum Speichern geeigneter Trägersignale
in Form von Audiodateien, wobei der Speicher eine Speicherkapazität hat, die
für mehrere
Audiodateien für
verschiedene Verwendungszwecke ausreichend ist,
- (c) Auswahl- und Eingabemittel zur Auswahl eines ausgewählten Verwendungszwecks
und zur Eingabe von Werten für
Parameter, die für
den ausgewählten
Verwendungszweck erforderlich sind, und
- (d) einen Prozessor zum Berechnen des zeitlichen Verlaufs des
Modulationssignals aus den Werten für die Parameter für den ausgewählten Verwendungszweck.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist einer
der Verwendungszwecke eine schlafbezogene Verwendung. Dabei sind
Mittel zum zyklisch wiederholten Abspielen des modulierte Signals
vorgesehen, wobei eine mit den Zyklen des Gehirnwellenmusters synchronisierte
Abspieldauer mit dem Prozessor ermittelbar ist. Es sind ferner Mittel
zur Steuerung der Abspieldauer vorgesehen.
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Mit
einer solchen Vorrichtung ist es möglich, den Schlaf oder andere
Tätigkeiten
zeitlich unbegrenzt durch Infraschallsignale zu unterstützen. Die Signale
können
optimal an das Gehirnwellenmuster angepasst werden. Die Abspieldauer
wird mit dem zugrundeliegenden Schlafzyklus synchronisiert, so dass
die Vorrichtung auch dazu verwendet werden kann, den Aufwachvorgang
zu erleichtern. Die erzeugten Signale werden zu einem Zeitpunkt
unterbrochen, zu dem das Gehirn für das Aufwachen empfänglich ist.
In den letzten 30 Minuten vor dem gewünschten Weckzeitpunkt werden
Frequenzen erzeugt, wie sie üblicherweise
im Wachzustand gemessen werden. Dies ermöglicht ein Aufwachen aus einem
weniger tiefen Schlaf in einen leicht angeregten Wachzustand.
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Wenn
eine ausreichende Speicherkapazität zum Speichern der Signale
zur Verfügung
steht, ist auch eine höhere
Auflösung
möglich.
Die Erhöhung von
der für
CDs üblichen
16-bit-Technologie auf eine 24-bit Quantisierung bewirkt eine zusätzliche,
signifikante Verbesserung der Ergebnisse.
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Die
Auswahl- und Eingabemittel zur Auswahl eines ausgewählten Verwendungszwecks
und zur Eingabe von Werten für
Parameter, die für
den ausgewählten
Verwendungszweck erforderlich sind, können mittels eines Touchscreens
verwirklicht werden. Das hat den Vorteil der leichteren Bedienbarkeit, der
leichteren Reinigung, sowie der leichteren Anpassung an weitere
oder geänderte
Menüstrukturen, durch
Update der Firmware.
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Neben
der Lautstärke
kann auch eine Weckzeit als Parameter eingestellt werden. Insbesondere kann
das Auswahl- und Eingabemittel zum Auswählen der Verwendung dienen.
So kann die Vorrichtung für
die Verwendung als Einschlafhilfe, Wecker, Powernapping und/oder
Lernunterstützung
eingestellt werden.
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Sofern
nicht alle Audiodateien bereits im Speicher vorliegen, kann die
jeweilige Anwendung durch wechselbare Speichermedien ausgetauscht werden.
Die Vorrichtung passt dann die erforderliche Menüstruktur an diese Verwendung
an.
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Vorteilhafterweise
ist an der Vorrichtung ein Zeitgeber vorgesehen. Die Vorrichtung
kann Mittel zum Ändern
des Modulationssignals und des Trägersignals derart aufweisen,
dass ein Wachzustand bewirkt wird. Zusätzlich kann zu einem definierten
Zeitpunkt ein Wecksignal erzeugt werden. Ein Beispiel für einen
Zeitgeber ist eine eingebaute Weckuhr. Eine Person aus der Tiefschlafphase
zu wecken ist ein nachvollziehbar ungünstigerer Zeitpunkt als aus einer
Leichtschlaf- oder REM-Phase. Daher berechnet der Prozessor entsprechend
dem gewählten Weckzeitpunkt
die einzelnen Schlafphasen. Zum optimalen Zeitpunkt wird der Frequenzverlauf
nur noch aufsteigend bis hin zur Beta- bzw. Wachphase gesteuert.
Wenn ein Mensch zu diesem Zeitpunkt aufwacht, befindet er sich bereits
in einem frischen und leicht angeregten Zustand. Entsprechend wird
ein Weckzeitpunkt berechnet, der einerseits dem ausgewählten Weckzeitpunkt
möglichst
nahe ist und andererseits bezüglich
des Zyklus optimiert ist. Dadurch wird der Mensch nicht nur beim
Schlafen, sondern auch beim Aufwachen unterstützt, was einen angenehmen Start
in den Tag ermöglicht.
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Die
Vorrichtung eignet sich in Verbindung mit den jeweiligen Programmmodulen
zur Verbesserung und/oder Unterstützung des menschlichen Schlafes, zur
Linderung von Schmerzempfinden, zur Unterstützung von Powernapping und
als Konzentrations- und/oder
Lernhilfe. Im Gegensatz zu den bekannten CDs ermöglicht die unbegrenzte Abspieldauer
die optimale Anpassung an zeitlich unbegrenzte Gegebenheiten. Eine
störende
Unterbrechung tritt nicht mehr auf. Die jeweils angepasste Menüstruktur
erleichtert den Umgang.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Ein
Ausführungsbeispiel
ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch ein Gerät
zur Stimulierung von Gehirnwellen.
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2 zeigt
schematisch die Gehirnwellen eines Menschen während der verschiedenen Schlafphasen
eines Schlafzyklus.
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3 zeigt
ein Auswahlmenü für verschiedene
Verwendungen des Geräts
zur Stimulierung von Gehirnwellen.
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4 zeigt
ein Menü zur
Eingabe von Parameter im Menüpunkt „Entspannung”.
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5 zeigt
ein Menü zur
Eingabe von Parameter im Menüpunkt „Schlaf”.
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6 ist
ein Blockschaltbild mit den Komponenten des Geräts aus 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gerät zur Erzeugung von Infraschallwellen
dargestellt. Das Gerät 10 weist
ein Gehäuse 12 mit
einem Anschluss 14 für
einen üblichen
Stromversorgung auf. In einem nicht-dargestellten, alternativen
Ausführungsbeispiel
weist das Gerät
eine Batterie oder Akkumulator als Stromversorgung auf.
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Über Anschlüsse 16 können zwei
Lautsprecherboxen 20 und 22 an das Gerät angeschlossen werden.
Es ist ferner eine Buchse 18 an dem Gerät 10 vorgesehen, über welches
Kopfhörer
anschließbar
sind.
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In
dem Gehäuse 12 des
Geräts 10 ist
ein Prozessor (Central Processing Unit) 1, ein Arbeitsspeicher
(Random Access Memory) 2, ein nicht-flüchtiger Speicher für eine Betriebssystemsoftware
(Flash Speicher) 3 und ein Wechselspeicher für Audiodateien 24 vorgesehen.
Dies ist in 6 dargestellt. Der Prozessor
hat Zugriff auf die drei Speicher 2, 3 und 24.
Der Wechselspeicher 24 ist in Form von SD-Karten ausgebildet.
In einem nicht-dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel ist der Wechselspeicher
als Memory-Stick ausgebildet. Auf dem Wechselspeicher sind Audiodateien
mit Trägersignalen
im Bereich hörbarer
Frequenzen, d. h. im Bereich von ca. 20 Hz bis 20.000 Hz, gespeichert.
Für den Wechselspeicher 24 ist
eine Ausleseeinheit vorgesehen. Der Wechselspeicher ist in einem
Einschub einsteckbar.
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Das
Gerät 10 verfügt über eine
digitale Audioausgabeeinheit. Diese ist mit einer 24-Bit-Digital-Analog-Wandlergruppe 5 versehen.
Die Digital-Analog-Wandlergruppe steuert eine handelsübliche,
dem Fachmann wohl bekannte Stereoanlage oder Aktivboxen 20, 22,
wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel
(1) vorgesehen sind. Hierfür ist ein sogenannter „line-Out”-Anschluss 18 vorgesehen.
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Das
Signal setzt sich aus einem Trägersignal und
einem Modulationssignal zusammen. Als Trägersignal ist speziell komponierte
Musik geeignet, die sich als besonders ausgleichend erwiesen hat.
Modulationssignal und Trägersignal
sind gegeneinander jeweils so verstimmt, dass der Infraschallsignal
entsprechend der Vorgabe entsteht. In den Lautsprechern werden die
aufbereiteten Signale in Schallwellen umgewandelt. Dies ist anhand
des folgenden Beispiels ausführlich
beschrieben.
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Die
Audiodateien zur Verminderung von Ein- und Durchschlafproblemen
sind ausschließlich
mit elektronischer Musik auf der Basis digitaler Technik bespielt.
Dabei wird diese Musik in einem Tonstudio bearbeitet, wobei eine
Stereoaufnahme erreicht wird, bei der eine Frequenzverschiebung
zwischen beiden Stereolautsprechern 20, 22 sichergestellt
wird.
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Das
Wirkprinzip besteht darin, dass die Musiktöne der beiden Stereolautsprecher 20, 22 eine geringfügige Tonverschiebung
von wenigen Hertz aufweisen. Diese Differenz bzw. diese verschiedenen Differenzwerte
zwischen den jeweiligen Tönen,
die von den beiden Stereolautsprechern wiedergegeben werden, entsprechen
in etwa den Gehirnwellenfrequenzen, wie sie charakteristischerweise
in bestimmten Schlafstadien vom Gehirn produziert werden. Bei einer
Musik mit natürlichen
Instrumenten ist eine solche präzise
Verzerrung bzw. Verschiebung der Frequenzhöhen zwischen den beiden Lautsprechern nicht
möglich.
Bei natürlichen
Instrumenten gibt es ein breites Spektrum an Ober-, Zwischen- und
Untertönen,
die eine Frequenzverschiebung zwischen den beiden Stereolautsprechern
verhindert.
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Die
Differenz zwischen den jeweiligen Tönen, die von den beiden Lautsprechern
präsentiert wird,
ist für
die Wirkung wichtig, da diese das Gehirn zu einer Verarbeitung der
Verzerrung herausfordern soll. Für
die Verarbeitung von solchen Differenzen ist das Gehirn prinzipiell
durch die Fähigkeit
zum Richtungshören
vorbereitet. Beim richtungshören
reagiert das Gehirn auf die minimale zeitliche Verschiebung, mit
der die jeweiligen Töne
beim linken und beim rechten Ohr eintreffen. Das Gehirn ist dadurch
in der Lage, die Richtung zu ermitteln, aus der der jeweilige Ton
kommt. Grundsätzlich
ist die getrennte Tonaufnahme mit beiden Ohren und eine Verarbeitung
der dabei auftretenden Tondifferenzen durch das Gehirn möglich.
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Dadurch,
dass das Gehirn zur Verarbeitung solcher Tondifferenzen angeregt
wird, kommt das Gehirn in einen Zustand, der diesen Frequenzen entspricht.
Ein solcher Zustand ist beispielsweise ein besonders entspannter
Zustand.
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Im
Hinblick auf das Einschlafen und Durchschlafen wird das Auftreten
entsprechender Gehirnwellen, die diesen Zuständen entsprechen, durch die Tonfrequenz-Differenzen
zwischen den beiden Stereolautsprechern gefördert.
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An
der Oberfläche
des Gehäuses 12 ist
ein Touchscreen 26 vorgesehen der über einen eigenen Bus 9 (6)
von dem Prozessor 1 angesteuert wird. An dem Touchscreen 26 werden
verschiedene Menüs
dargestellt. Die Menüs
erlauben verschiedene Einstellmöglichkeiten,
wie Verwendung, Lautstärke, Zeitdauer,
Weckzeit und die Auswahl verschiedener Musikstücke.
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Mit
Einschieben Wechselspeichers 24 in den Einschub können nicht
nur zusätzliche
Audiodateien zur Verfügung
gestellt werden, sondern auch alternative Menüs.
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Die
Signale werden nun über
ein Kabel an die Lautsprecher 20, 22 weitergegeben
und dort in für einen
Menschen 28 hörbare
Schallwellen umgewandelt. Durch die Verwendung von Stereosignalen
entsteht das Modulationssignal als Schwebung. Die erzeugten Schwebungsfrequenzen
liegen im Frequenzbereich der Gehirnwellen des Menschen und stimulieren
das Gehirn des Anwenders.
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Über die
Menüführung können verschiedene Verwendungen
ausgewhält
werden. Es wird die jeweils geeignete Audiodatei abgespielt. Für die Verwendung
beim Schlafen werden beispielsweise Schwebungssignale erzeugt, die
dem Gehirnwellenmuster eines Menschen während der verschiedenen Schlafphasen
angepasst sind.
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Ein
Beispiel für
einen Schlafzyklus ist in 2 dargestellt.
Da sich diese Schlafphasen zyklisch wiederholen, wiederholen sich
die Schwebungssignale ebenfalls zyklisch. Der in 2 dargestellte
Schlafzyklus ist allgemein mit 30 bezeichnet. Er dauert
bei den meisten Menschen ziemlich genau 90 Minuten. In jedem Schlafzyklus 30 treten
mehrere längere
und kürzere
Schlafphasen auf: einem Wachzustand 60 folgt zunächst eine
Einschlafphase 62 entsprechend der sogenannten Alpha-Phase.
Hierauf folgt eine Leichtschlafphase 64, die Theta-Phase. Der
Theta-Phase folgt eine erste Tiefschlafphase 66, die Theta-Delta-Phase.
Darauf folgt eine zweite Tiefschlafphase 68, die auch als
Delta-Phase bezeichnet wird.
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An
die Delta-Phase 68 schließt sich eine erste Tiefschlafphase 70 kürzerer Dauer
an. Die Phase 70 geht in eine Leichtschlafphase 72 von
ebenfalls kürzerer
Dauer über.
An diese Phase schließt
sich eine sogenannte Rapid Eye Movement Phase (REM) 74 an,
die wiederum eine längere
Dauer hat. Jeder dieser unterschiedlichen Schlafphasen 28 ist
ein charakteristisches Gehirnwellenmuster zugeordnet.
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Typische
Gehirnwellenmuster sind in den einzelnen Phasen des Schlafzykluses
in 2 dargestellt. Man erkennt, das die Tiefschlafphase 68 beispielsweise
hohe Amplituden bei geringerer Frequenz aufweisen, während der
Wachzustand eher geringe Amplituden aufweist.
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Der
in dem Gerät 10 vorgesehene
Prozessor berechnet aus der eingegebenen Einschlafund Weckzeit die
Anzahl der vollständigen
Schlafzyklen, die vor Erreichen der Weckzeit möglichen sind. Ein integrierter
Wecker bewirkt nun, dass sich vor der eingestellten Weckzeit die
Träger-
und die Modulationssignale ändern.
Der Verlauf der entstehenden Schwebungsfrequenzen ähnelt dem
Verlauf der Gehirnwellen eines Menschen im Wachzustand. Dadurch
wird das Gehirn zum Aufwachen stimuliert. Wenn der Anwender zum
angegebenen Zeitpunkt geweckt wird, erfolgt dies nicht mehr aus
einer ungünstigen
Tiefschlafphase. Zusätzlich
wird das Gehirnwellenmuster im letzten Zyklus vor dem Aufwachen
derart stimuliert, dass es flacher verläuft. Dadurch wird ein sanftes
Aufwachen ebenfalls begünstigt.
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Andere
Audiodateien stimulieren die Gehirnwellen auf andere Weise. So ist über die
Menüsteuerung
eine Auswahl möglich,
die das Powernapping, die Konzentration oder andere Anwendungen
fördert. Zusätzlich zur
Stimulierung der Gehirnwellenmuster ist auch das Abspielen von Lerninhalten
möglich.
Dabei wird die Abspieldauer und der Abspielzeitpunkt der Lerninhalte
so gesteuert, dass dies während
einer Phase erfolgt, in der Lerninhalte besonders gut aufgenommen
werden. Ein Beispiel hierfür
ist die Alpha-Phase
im Schlaf.
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3, 4 und 5 zeigen
beispielhaft die Menüsteuerung
an dem Touchscreen 26. Über Menüpunkte 76, 78, 80 und 82 wird
eine der vier vorgesehenen Verwendungen „Schlaf”, „Entspannung”, „Konzentration” oder „Musik” ausgewählt. Es
ist ferner ein Menüpunkt 84 für eine Standby-Funktion
und zum Ausschalten vorgesehen. Ein Menüpunkt 86 dient zur
Eingabe von Einstellungsparametern.
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4 zeigt
das für
den Menüpunkt 80 vorgesehene
Untermenü.
Hier können
weitere Parameter eingegeben werden. So ist die Intensität, die Abspieldauer,
die Startzeit, ein Weckruf und die Weckzeit einstellbar und mit
einem Punkt „Start” auslösbar.
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5 zeigt
ein typisches Menü für den Menüpunkt 76 in 3.
Das Schlafprogramm kann ebenfalls mit oder ohne Weckruf ausgeführt werden. Weiterhin
werden die Start- und
die Weckzeit eingestellt. Auch diese Einstellungen sind mit einem
Menüpunkt „Start” auslösbar.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel sind
die Bedienmittel als Fernbedienung ausgeführt (nicht dargestellt) und
die Signalausgabe erfolgt über einen
Kopfhörer.
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Es
versteht sich, dass die Signale nicht notwendigerweise in dem Abspielgerät gespeichert
sein müssen,
sondern auch etwa von einem Server in einem Netzwerk geladen werden
können.
Hierfür
ist eine integrierte Netzwerkschnittstelle (NIC) 11 vorgesehen.
Der Anschluss zur Außenwelt
kann drahtgebunden über
einem mit 15 bezeichneten Anschluss erfolgen. Zusätzlich ist
eine Wireless-LAN-Baugruppe 13 für den drahtlosen Kontakt vorgesehen.
Durch die so hergestellte Vernetzbarkeit können über lokale Server oder auch über das
Internet neue Inhalte geladen werden. Auch ein Update der Betriebssystem-Software
ist sowohl über
Netzwerke 11, 15, 13 als auch über den
Wechselspeicher 24 vorgesehen.