DE3729691A1

DE3729691A1 - Verfahren zur unterstuetzung von "fitness-training" mittels musik sowie vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3729691A1
Application number: DE19873729691
Authority: DE
Inventors: Frank L Dr Mertesdorf
Original assignee: Mertesdorf frank L drrerpol
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1989-03-23
Also published as: DE3722468A1; DE3807241A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung von Fitness-Training, bei dem die ausübende Person Bewe gungszyklen periodisch wiederholt, mittels Abspielens von Musik, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Beim Fitness-Training werden rhythmische Bewegungen u. a. von den Armen und/oder Beinen durchgeführt z. B. unter Verwendung von Fahrrad-Ergometern oder Trimmfahrrädern mit Arm- und/oder Beinbetätigungseinrichtungen, beim Lauftraining und Trimmtrab sowie beim Training mit Ruder geräten und dergleichen.

Die genannten Geräte sowie das Laufen sind zum Training der Ausdauerfitness geeignet, die ein wichtiges Mittel zur Erhaltung des psychophysischen Wohlbefindens und zur Gesunderhaltung des Herz- und Kreislaufsystems ist. Gute Trainingswirkungen sind bei einer Belastung erreichbar, die zu einer Herzfrequenz von ca. 70-80% der indi viduellen maximalen Herzfrequenz über eine Zeit zwischen ca. 20 bis 40 Minuten führt. Mit solchen Trainingsformen oft verbundene Empfindungen der Anstrengung und/oder Langeweile führen jedoch dazu, daß ein derartiges Training häufig wenig beliebt ist.

Die Wahrnehmung unangenehmer Empfindungen kann beim Trai ning im Takt von rhythmischer Musik vermindert werden. Dabei wird das Tempo jedes Bewegungszyklus des Trainie renden dem Tempo der Musik so angepaßt, daß ein Bewe gungszyklus von einer bestimmten Zahl von Schlagzeiten der Musik begleitet wird. Bei einem Fitnesstraining nach Musikbegleitung mit vorgegebenem Tempo muß der Trainie rende einen Teil seiner Aufmerksamkeit auf die Einhaltung des Taktes wenden und bei Abweichungen seinen Bewegungs rhythmus immer wieder anpassen, damit der trainingser leichternde Schrittmachereffekt der Musik und die ver minderte Wahrnehmung unangenehmer Empfindungen voll zur Wirkung kommen.

Das Training nach rhythmischer Musik wurde in den letzten Jahren bei der unter dem Namen "Aerobics" bekannten Gym nastik mit Musik mit Erfolg zur Trainingsmotivierung benutzt. Dabei hat der Übende die Gelegenheit, trotz des vorgegebenen Musiktempos durch Variation der Intensität der einzelnen Bewegungen den Energieeinsatz seinem momentanen Befinden und Leistungsvermögen fort laufend anzupassen. Eine individuelle Variation des Energieeinsatzes bei Trimmfahrrädern ist bei einge stellter Belastung durch Änderung der Zahl der Pe dalumdrehungen pro Zeiteinheit möglich. Bei Geräten mit der Möglichkeit einer von der Umdrehungszahl unab hängigen Belastungseinstellung führen Änderungen der Umdrehungszahl zwar nicht zu Änderungen des erforder lichen Krafteinsatzes, können aber als Abwechslung empfunden werden. In jedem Falle führen Änderungen des Tempos der Bewegungszyklen bei trainingsbegleitender Musik mit festeingestelltem Tempo dazu, daß man aus dem Takt kommt.

Die Erfindung soll bei einem Verfahren und einer Vor richtung der eingangs genannten Art die Aufgabe lösen, die motivationsfördernde Wirkung der Musik dadurch zu verbessern, daß eine besondere Konzentration zur An passung des Bewegungsrhythmus an die Schlagzeiten der Musik nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens er findungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) die Musik von und mit den Bewegungszyklen syn chronisiert wird und
b) eine Schlagzeit und/oder ein Taktschlag der Musik jeweils an einer vorbestimmten Stelle innerhalb jedes Bewegungszyklus zumindest eines Körperteils der ausübenden Person einsetzen.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist die abzuspielende Musik digital gespeichert, weil hierbei die Synchronisation - mit bevorzugter Tonhöhenunabhängig keit von den Änderungen des Bewegungstempos der ausüben den Person - besonders einfach ist.

Hinsichtlich einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.

"Digitale Speicherung" von Musik ist im wesentlichen die Speicherung vor allem von Tonhöhe, Anschlagsdynamik, Tonlänge von Notenwerten und oft von weiteren Merkmalen wie After-Touch und Modulation in digitaler Form. Eine Temposteuerung durch taktbezogene Clock-Codes ist hier ohne Tonhöhenveränderung möglich. Auf Compact-Disk (CD) und dem Digital-Audio-Tape (DAT) werden dagegen ein Abbild des analogen Mischsignals von Musik in digitaler Form durch Digitalisierung mit einer hohen Abtastfrequenz festgehalten. Eine Veränderung des Abspieltempos ver ändert dabei auch die Tonhöhe. Hier ebenfalls verwendete Clocksignale stünden nur bei absolut gleichbleibendem Tempo der Aufnahme in einer festen Relation zu den Schlagzeilen des Musikstücks. In diesem Falle könnte auch das Tempo der Schlagzeiten gesteuert werden, allerdings nicht mit Konstanz der Tonhöhe. Compact-Disks oder Digital-Audio-Tapes würden insbesondere dann für die unten beschriebene Temposteuerung verwendbar, wenn takt bezogene Clock-Signale mitgespeichert wären.

Im Sinne der Erfindung wird unter "Fitnesstraining" jede Art von sportlicher und/oder gymnastischer Übung verstanden, die geeignet ist, das körperliche Wohlbefinden, die Leistungsfähigkeit und/oder die Gesundheit der übenden Person zu erhalten oder zu ver bessern. Unter "Musik" wird jede Art von Tonwiedergabe verstanden, in der rhythmische Lautkombinationen abge geben werden. Dies ist u. a. bei reinen Rhythmusgeräten, aber auch bei melodiösen Musikstücken der Fall. Die "Zählzeit" oder "Schlagzeit" ist die metrische Unter einheit eines Taktes. Ihre Zeitdauer wird als Bruchteil einer ganzen Note angegeben. Das Tempo der Musik ist die Geschwindigkeit der Schlagzeiten. Es wird durch die Zahl der Metronomschläge pro Minute angegeben. Dabei hat die Zeit vom Beginn eines bis zum Beginn des nächsten Metronomschlages üblicherweise die Länge einer Viertel note. Als "Taktschlag" wird im Sinne der Erfindung ein betont hörbares Ereignis verstanden, das vorzugsweise am Beginn einer Zählzeit (= Schlagzeit) eintritt; dieses Er eignis kann aber auch zeitverzögert eintreten.

Änderungen der Frequenz, mit der die Bewegungszyklen periodisch wiederholt werden - also Änderungen des Be wegungstempos - sind möglich, ohne aus dem Takt zu kommen, da sich das Tempo der Musik dem Bewegungstempo anpaßt. Um zu erreichen, daß dabei eine Information über das Bewegungstempo, die bei einem Training nach vorgege benem Tempo von Musik vorhanden ist, erhalten bleibt, kann z. B. die Möglichkeit von visuellen Anzeigen der Momentan- und Gesamtleistung und der Differenz zu einer voreingestellten Solleistung genutzt werden, die die ausübende Person regelmäßig nach Bedarf kontrollieren kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine trainingsgerechte Synchronisation der Musik sowie ein angenehmes Musikempfinden gewährlei sten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile bzw. Ver fahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formgestal tung, Materialauswahl und technischen Konzeption bzw. Verfahrensbedingungen keinen besonderen Ausnahmebedin gungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet be kannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegen standes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäß verwendbarer Geräte dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Trimmfahrrad mit trainierender Person und Impulsgebern;

Fig. 2 eine laufende Person mit Impulsgebern, Sendern und Empfängern;

Fig. 3 eine Synchronisations-/Abspiel-Einheit als Blockschaltbild sowie

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Bewegungsrichtungs erkennung - schematisch.

Das in Fig. 1 dargestellte Trimmfahrrad hat eine Fußbetätigungseinrichtung 1 und mit deren Zahnrad (Antriebsrad) 1 A exzentrisch verbundene vor- und zurückbewegbare Griffstangen 10, die ein bei 8 mecha nisch gebremstes Schwungrad 7 als Energieaufnahmeeinheit antreiben (DE-OS 27 42 719). Die Verwendung eines solchen Gerätes ist wegen der Möglichkeit der koordinierten rhythmischen Bewegung von Armen und Beinen für ein durch den Rhythmus von Musik unterstütztes Training besonders geeignet.

Im Ausführungsbeispiel wird jedes Vorwärtsdrücken einer Griffstange und gleichzeitiges Herabdrücken des gleich seitigen Fußpedals sowie das gleichzeitige Heranziehen der Griffstange und Heraufbewegen des Fußpedals der an deren Seite in der Anfangsphase dieses Bewegungs- Teilabschnittes eines Bewegungszyklus vom Einsetzen des Taktschlags einer Schlagzeit von der Länge einer Vier telnote begleitet. Dadurch wird die zunehmende Kontrak tion der für diese Bewegung benutzten Muskelgruppen durch das simultane Einsetzen eines Taktschlages der Rhythmus begleitung der Musik psychisch unterstützt. Diese unter stützende Wirkung des Einsetzens eines Taktschlages ist nicht auf die Anfangsphase der zunehmenden Muskelkontrak tionen beschränkt. Sie kann - mit individuellen Unter schieden - auch in einer späteren Phase der Kontraktion gegeben sein.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Griffstangen 10 mit in der Höhe und Entfernung vom Körper individuell einstellbaren Griffen 35 zu versehen. Die ebenfalls ein stellbare Schrägstellung der Griffe 35 in bezug auf die Horizontale - etwa 30-40 Grad - soll eine mittlere Po sition zwischen Pronation und Supination des Unterarmes erlauben. Es ist eine Einstellung zu empfehlen, die auch bei Streckung eines Armes während des Vorwärtsdrückens einer Griffstange eine relativ aufrechte Haltung des Oberkörpers (etwa 15-20 Grad von der Senkrechten nach vorne) erlaubt. Dadurch kann die relativ statische Mus kelarbeit der Arme beim Abstützen des Gewichtes des vor geneigten Oberkörpers, die bei Griffstangenbetätigung überwiegend in Beugestellung der Arme erfolgt, stark re duziert werden. Statische Muskelarbeit führt wegen der damit verbundenen kontinuierlichen Muskelkontraktion schon bei geringen Belastungen zur Muskelermüdung.

Eine weitere Verbesserung für die Griffstangenbetätigung kann durch Rückverlagerung des Drehpunktes 36 der Griff stangen 10 weiter zum Übenden hin erreicht werden; dies ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Diese Drehpunkt- Rückverlagerung erlaubt eine von der Waagerechten etwas abwärts gerichtete Vorwärtsbewegung der Arme, die meist angenehmer empfunden wird. Die beschriebene Ver stellbarkeit der Griffstangen und Rückverlagerung des Drehpunktes der Griffstangen sind Verbesserungen, die auch bei Benutzung eines Trimmfahrrades mit koordiniert zu den Pedalen bewegbaren Griffstangen ohne Musik nütz lich sind.

Zur Synchronisation der Musik ist eine Tretfrequenz von ca. 50 bis 80 Umdrehungen pro Minute zu empfehlen. Dieser Frequenzbereich ist für die meisten Personen relativ angenehm und erlaubt es gleichzeitig, den Muskel kontraktionsphasen jedes Beines und Armes bei einer Pedalumdrehung eine Schlagzeit mit der Länge einer Viertelnote zuzuordnen. Damit wird ein bei rhyth mischer Musik übliches Tempo von 100 bis 160 Metronom schlägen (bzw. Viertelnoten) pro Minute erreicht.

Die Synchronisation des Beginns der Schlagzeiten der Musik, der in unserem Falle mit dem Beginn der Takt schläge übereinstimmt, von und mit den Anfangsphasen zunehmender Muskelkontraktion wurde durch (sogenannte externe) Synchronisation des Abspieltempos der digital gespeicherten Musik realisiert. Zum Abspielen der digital gespeicherten Musik wird die in Fig. 3 schematisch dar gestellte Synchronisations- und Abspieleinheit verwendet; sie besteht aus einem Personalcomputer 20 mit Sequenzer- Software zur digitalen Speicherung und Wiedergabe von Musik (z. B. Sequencer Plus mk III, Fa. Voyetra Technolo gies, USA), einer intelligenten MIDI-Schnittstelle (MIDI = Musical Instruments Digital Interface) 21, wie beschrie ben in S. Philipp, MIDI-Kompendium 2, Fränkisch-Crumbach 1986, mit 5-Volt-Clock-Eingang 21 A zur externen Tempo steuerung der Musikwiedergabe (z. B. OP 4001, Fa. Voyetra Technologies, USA) sowie einem midi-fähigen Keyboard 25 zur Tonerzeugung. Man kann zum Abspielen digital gespei cherter Musik anstelle des Keyboards auch einen Computer mit integrierten Tongeneratoren benutzen.

Zur externen Temposteuerung sind auf einer Seite des Schwungrades 7 zwölf als Impulsgeber dienende Magnete 5 in gleichen Abständen voneinander auf einem Kreisumfang 78 des Schwungrades 7 befestigt. Ein an derselben Seite des Schwungrades 7 wie die Magnete 5 in einer dem Kreis umfang 78 entsprechenden Position angeordneter Sensor 6 gibt die von den vorbeibewegten Magneten 5 erzeugten Impulse über eine Leitung 12 A an die Synchronisations- und Abspieleinheit weiter. Zwischen dem mit den Griff stangen 10 und den Fußpedalen 1 B der Fußbetätigungs einrichtung 1 verbundenen Zahnrad 1 A und dem am Schwungrad 7 befestigten Zahnrad 7 A besteht eine ge nau vierfache Übersetzung 4. Das bedeutet, daß der Sensor 6 bei einer halben Umdrehung des Zahnrades 1 A, die dem Herabdrücken eines Fußpedals 18 bzw. dem Vorwärts drücken der gleichseitigen Griffstange 10 entspricht, 24 Magnetimpulse aufnimmt. Der Sensor 6 erzeugt - unter Ver wendung einer nicht näher angegebenen Schaltung und Spannungsversorgung - mit einer in der Zeichnung nicht eigens dargestellten, da an sich bekannten Batterie für jeden magnetisierten Impuls einen elektrischen 5-Volt- Rechteckimpuls 12 und leitet ihn zum 5-Volt-Clock- Eingang 21 A der MIDI-Schnittstelle 21 des Personal computers 20. Das Sequenzerprogramm und die digital ge speicherte Musik werden geladen und das Programm wird auf "externe" Synchronisation mit 24 Clockimpulsen je Viertelnote eingestellt, damit jede halbe Pedalumdrehung von einer Schlagzeit mit der Länge einer Viertelnote begleitet werden kann. Dabei wird mit jedem elektrischen Impuls 1/24 der Noten einer Schlagzeit - einschließlich der zugehörigen Pausen - abgespielt. Enthält eine Schlag zeit von der Länge einer Viertelnote z. B. einen Ton und eine Pause von je einer Achtelnote Länge, so wird der Ton nach Beginn mit einem bestimmten Clock-Impuls während der folgenden Impulse fortgesetzt und endet mit dem dreizehnten Impuls.

Der erste Rechteckimpuls 12 veranlaßt einen in die MIDI- Schnittstelle integrierten Mikroprozessor einen MIDI-Start-Code (= FA(H)) und einen ersten MIDI-Timing Clock-Code (= F8(H)) zu generieren. Für jeden folgenden Impuls wird nur ein Timing Clock-Code generiert. Zur Zeit sind nach dem MIDI-Standard vierundzwanzig Timing Clock- Codes je Viertelnote festgelegt.

Es ist jetzt noch ein Punkt in der Anfangsphase des Herabdrückens eines Beines bzw. des Vorwärtsbewegens eines Armes mit dem Einsetzen der Schlagzeit zu koordi nieren. Dazu wird der erste Impuls des Schwungrades 7 zum Start des Abspielens der Noten der ersten Schlagzeit so ausgewählt, daß der erste Taktschlag etwa 40 bis 50 Grad nach dem oberen Extrempunkt bei Vorwärtsdrehung eines Fußpedals 18 einsetzt. Dies wird z. B. durch Verwendung eines Magneten 2 als Impulsgeber auf dem mit den Fußpe dalen verbundenen Zahnrad 1 A und eines zugehörigen orts festen Sensors 3 erreicht. Sensor 3 und Magnet 2 sind so positioniert, daß der Sensor 3 nach Drücken einer Start taste 9, die über eine Leitung 13 ein Relais 22 schließt (Fig. 3), einen ersten Impuls über eine Leitung 11 und 11 A weiterleitet, wenn das rechte Fußpedal einen bestimm ten Punkt in seinem Bewegungszyklus erreicht hat. Dieser Impuls schaltet ein Relais 23, das einen Kontakt 23 A der Leitung 12 A zur Temposteuerung schließt. Nach der Weiter leitung des ersten Impulses der Magnete 5 über die Leitung 12 A beginnt das Abspielen der ersten Schlagzeit. Der Start des Abspielens kann durch Verlagerung des Magneten 2 etwas verschoben werden, damit der Taktschlag einer Schlagzeit möglichst genau mit der gewünschten Phase der Muskelkontraktion zusammentrifft. Um den gün stigen Effekt zu verstärken, ist es vorteilhaft, eine Rhythmusbegleitung mit ausgeprägten Taktschlägen zu wählen. Bei ausschließender Vorwärtsdrehung der Fuß pedale ist eine Taktverschiebung in der Regel ausge schlossen, auch wenn das Bewegungstempo stark verändert wird.

Zur Korrektur einer denkbaren Taktverschiebung, z. B. wegen Rückwärtstretens, könnte ein Mikroprozessor 24 die Konstanz der Relation der von Sensor 3 und 6 ausgesandten Impulse sowie dieser Impulse zu dem MIDI-Signal zur Temposteuerung berechnen und bei Abweichungen zur Wieder herstellung des Verhältnisses von 1 : 48 Impulsen je Pedalumdrehung entsprechend viele Korrekturimpulse er zeugen oder es werden entsprechend viele Impulse unter drückt.

Ein zweiter Prozessor 26 berechnet aus den Zeitdifferen zen der bei jeder Umdrehung von Sensor 3 weitergeleiteten Impulse die momentane und durchschnittliche Umdrehungs zahl pro Minute und gibt auf einem Bildschirm 26 A die positive oder negative Differenz der Gesamtzahl an Umdrehungen zu einer voreingestellten Sollzahl pro Zeiteinheit fortlaufend in grafischer Form an (DE-OS 27 53 041).

Bei erneuter Betätigung der auch als Stop-Taste dienen den Start-Taste 9 öffnet der folgende Impuls des Sensors 3 die Kontakte der Relais 22 und 23 gleichzeitig. Mit der Unterbrechung der Rechteckimpulse 12 durch einen Impuls des Sensors 3 - also an der Startposition - ist gewährleistet, daß das Abspielen des Musikprogramms am Ende einer Viertelnote angehalten wird. Die mit dem letzten Impuls abgespielten Noten werden jedoch weiter generiert; sie sind also weiterhin hörbar.

Eine Fortsetzung des Abspielens der Musik mit Beginn der nächsten Schlagzeit ist durch erneute Betätigung der Start-Taste möglich.

Wenn die Musik abgeschaltet und an der Stop-Stelle oder einer anderen Position fortgesetzt werden soll, ist, wie weiter unten im Detail beschrieben, die Verwendung eines Song-Position-Pointers (SPP) und eine erfindungsgemäße Synchronisation mit Unterstützung des Mikroprozessors 24 erforderlich.

In der Bundesrepublik angebotene Trimmfahrräder sind aus Sicherheitsgründen im allgemeinen mit Freilauf des Schwungrades versehen (DIN 32 392). In Nordamerika ist dies z. B. nicht üblich. Die vorstehend beschriebene Synchronisation durch auf dem Schwungrad angebrachte Impulsgeber ist bei Freilauf des Schwungrades weniger gut geeignet. Bei jeder Verzögerung der Umdrehungen der Pedale gegenüber denen des Schwungrades würden sich nämlich Verschiebungen des Beginns der Schlagzeiten in bezug zu der vorher festgelegten Phasen des Bewegungs zyklus ergeben. In diesem Falle sollten die Synchronisa tionsimpulse von Impulsgebern ausgelöst werden, die vorzugsweise auf einem Kreisumfang des fest mit der Pedalumdrehung verbundenen Zahnrades 1 A angeordnet sind.

Bei Verwendung eines Freilaufes können außerdem Stillstand, zufälliges Rückwärtsdrehen oder geringfügige Vor- und Rückbewegungen der Pedale durch die Entkopplung vom Drehmoment des Schwungrades - auch aus dem Vorwärts treten mit höherer Frequenz heraus - relativ leicht vor kommen. Jede Rückwärtsbewegung würde - auch bei Impuls gebern auf Zahnrad 1 A - zu einer Taktverschiebung führen. Für diesen Fall ist eine Vorrichtung zur Erkennung von bei Rückwärtsbewegung abgegebenen Impulsen und zur Korrektur vor der Weitergabe zur Synchronisationseinheit oder zum automatischen Neustart mit dem nächsten Takt oder der nächsten Viertelnote vorgesehen; dies kann auch für Trimmfahrräder ohne Freilauf sinnvoll sein.

Zur Tretrichtungserkennung kann man - wie in Fig. 4 dar gestellt - auf zwei Kreisumfängen 27 A und 27 B des Zahn rades 1 A je 12 Impulsgeber 28 A und 28 B im gleichen seit lichen Abstand voneinander derart verteilen, daß daraus zwei um 90 Grad versetzte Rechteckimpulsfolgen 30 mit einem Impuls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1 abgeleitet werden können. Die Auswertung der steigenden und fallenden Flan ken beider Impulsfolgen 30 ermöglicht die Registrierung von 48 drehrichtungsunabhängigen Impulsen 31 je Pedal umdrehung und die gleichzeitige Ermittlung der Dreh richtung 32 durch den Mikroprozessor 24. Der Prozessor leitet für jeden während Vorwärtsdrehung registrierten Impuls einen MIDI-Timing Clock-Code (= F8(H)) zur Tempo steuerung weiter. Bei Registrierung von Impulsen während Rückwärtsdrehung der Pedale wird ein Timing Clock-Code erst wieder nach Abwarten einer entsprechenden, vorzugs weise um n × 48 verminderten Anzahl von Impulsen während des Vorwärtsdrehens weitergeleitet.

Es können auch elektromagnetische Impulsgeber oder solche mit optischer Abtastung und einer Impulsscheibe verwendet werden, bei denen Ausgänge für um 90 Grad phasenver schobene Rechtecksignale, achtundvierzig drehrichtungs unabhängige Impulse je Pedalumdrehung, ein Drehrichtungs signal sowie je Umdrehung ein Referenzsignal mit wähl barer Impulslage vorhanden sind (Hersteller sind z. B. die Fa. Hohner-Elektrotechnik KG, 7200 Tuttlingen, siehe Prospekt "Meßwertgeber", Ausgabe 1987 und die Fa. TWK- Elektronik GmbH, 4000 Düsseldorf, siehe Datenblatt 13900A). Die Pedalumdrehung kann mit einer 1 : 1-Über setzung auf die Welle eines solchen Impulsgebers übertragen werden.

Zur manuellen oder automatischen Fortsetzung des Abspielens zu Beginn jedes beliebigen Taktes oder jeder Viertelnote eines Musikstücks nach einem Stop oder bei Synchronisationsverschiebungen kann man den Song- Position-Pointer (SPP) des MIDI-Standards (= F2(H)) be nutzen, der von unfangreicheren Sequenzerprogrammen meist unterstützt wird. Dadurch kann man jedes Viertel einer Viertelnote vom Beginn eines Musikstücks bis zur maximalen Anzahl von zwei Datenbytes zu je 7 Bit anspre chen.

Für eine manuelle oder automatische Fortsetzung des Abspielens mit demjenigen Takt, in dem die Stopstelle liegt oder bei Synchronisationsverschiebungen ist es erforderlich, daß der Prozessor 24 die Position des Musikstückes durch vorangehende Addition aller Pedal umdrehungsimpulse der Sensoren errechnet hat. Zur Fort setzung des Abspielens wird ein SPP-Code mit zwei Datenbytes, die den Beginn der nächsten Viertelnote oder des nächsten Taktes des Musikstückes bezeichnen, vom Prozessor 24 über eine MIDI-Schnittstelle dem auf externe Steuerung durch SPP und MIDI-Timing-Clock und Chase Mode eingestellten Sequenzerprogramms automatisch zugeführt werden. Der Mikroprozessor gibt sofort nach Eintreffen des ersten Impulses von Sensor 3 den Song-Position- Pointer-Code (= F2), die Datenbytes und den MIDI- Continue-Code (= (FB-H)) über die MIDI-Schnittstelle 21 an das Sequenzerprogramm weiter. Für jeden danach vom Prozessor errechneten Impulscode aus den Impulsen der Sensoren 29 A und 29 B wird - zur Temposteuerung - ein MIDI-Clock-Code an den Eingang "MIDI In" weiter geleitet.

Die dargestellten Möglichkeiten der Temposteuerung von Musik mit einem Trimmfahrrad sind generell bei Ergome tern auch mit frequenzunabhängiger Belastungseinstellung anwendbar. Eine Verwendung letzterer mit einer Vorrich tung zur Temposteuerung von Musik für die Rehabilitation von Herzgeschädigten ist vorteilhaft, weil eine Tempo beschleunigung Abwechslung ohne Gefährdung durch zu hohe Herzbelastung bringt.

Für das zweite Beispiel zur Steuerung des Musiktempos gemäß Fig. 2 durch die Beinbewegungen beim Lauftraining wird ein Training auf der Laufbahn eines Sportplatzes beschrieben, bei der von allen Punkten eine telemetrische Übertragung von Signalen zum Standort der Synchronisa tions-/Abspieleinheit leicht möglich ist.

Beim Bewegungszyklus eines Beines beim Lauftraining ist keine feste Beziehung der Bewegungsabschnitte zu einer starren Größe wie einer Pedalumdrehung beim Trimmfahrrad herstellbar. Die Schrittlänge kann jederzeit unvorherseh bar verändert werden. Man kann sich aber zur Temposteu erung von Musik auf die Registrierung einiger charakteri stischer Punkte des Bewegungszyklus der Beine beschränken und diese zur Schätzung der jeweils folgenden Zeitab schnitte eines Bewegungszyklus verwenden. Durch zwei Mikroaufnehmer 14 kann z. B. das rhythmische Beugen und Strecken jedes Oberschenkels in der Hüfte registriert und über einen Sensor 15 zu einem Empfänger 18 übertragen werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Syn chronisations- und Abspieleinheit gemäß Fig. 3 grundsätz lich verwendbar. Mit dem Mikroprozessor 24 kann die Ex tremposition im Bewegungszyklus jedes Oberschenkels beim Übergang vom Beugen zum Strecken und die Zeitdiffe renz zu der jeweils vorangehenden entsprechenden Extrem position des jeweils anderen Oberschenkels als Basis für die Schätzung der Zeitdifferenz zur nächsten ent sprechenden Extremposition dieses Beines ermittelt werden. Bei Benutzung der vorstehend und mit Fig. 3 beschriebenen Synchronisations- und Abspieleinheit digital gespeicherter Musik müssen sofort nach Ermittlung einer Extremposition als Signal für das Einsetzen eines Taktschlages 24 Impulse auf die geschätzte Zeitdifferenz bis zur nächsten entsprechenden Extremposition des ande ren Beines, das den folgenden Taktschlag auslösen soll, verteilt werden. Um mögliche Verkürzungen der Zeitdiffe renz durch Erhöhung der Tretfrequenz des anderen Beines aufzufangen, wird der Schätzwert um 20% reduziert. Für jeden Rechteckimpuls steht dann 1/24 der reduzierten geschätzten Zeitdifferenz zur Verfügung. Das Weiterleiten der Impulse an die Synchronisationseinheit kann um einen bestimmten Prozentsatz der Zeitdifferenz verzögert wer den, wenn der Taktschlag eher in der Mitte zwischen dem Maximum des Anhebens des Oberschenkels und Bodenkontakt einsetzen soll. Vor Absenden der Impulse soll geprüft werden, ob die Weiterleitung der vorangehenden Impuls serie beendet ist. Falls dies wegen einer gegenüber der Schätzung mehr als 20prozentigen Beschleunigung des gerade vorwärts bewegten Beines nicht der Fall ist, kann die folgende Impulsserie erst nach Beendigung der ent sprechend (evtl. auf die maximal mögliche Frequenz) be schleunigten Weiterleitung der vorangehenden Serie - ebenfalls entsprechend der Verzögerung beschleunigt - abgesandt werden oder muß ausfallen. Die Feststellung einer Extremposition und die erforderlichen Berech nungen, Kontrollen und Vorbereitungen zum Start einer Impulsserie sollten nur einige Millisekunden bean spruchen, damit der Taktschlag, wenn es gewünscht wird, schon kurz nach dieser Extremposition einsetzen kann. Die durch den Laufrhythmus synchronisierte Musik kann mit einem an den Tonausgang 25 A des Keyboards 25 angeschlos senen Sender 19 zu einem vom Läufer tragbaren Empfänger 16 mit Kopfhörer 17 übertragen werden.

Bei dem geschilderten Verfahren entstehen bei gleich mäßigem Laufen minimale Verlängerungen der bei der Rhythmusbegleitung am Ende einer Viertelnote meist vor handenen Pausen und des Abspielens der noch nicht been deten Noten durch den Sicherheitsabzug von 20% der ge schätzten Zeitdifferenzen am Ende jeder Schlagzeit von der Länge einer Viertelnote. Bei einer Tretgeschwindig keit von 80 bis 90 Schritten pro Minute für jedes Bein und einem entsprechenden Musiktempo von 160 bis 180 Metronomschlägen pro Minute liegen sie jedoch im Bereich von 2/10 Sekunden und sind nicht mehr störend. Sie tragen eher noch zur Betonung des Rhythmus bei. Andererseits kann der Sicherheitsabzug bei voraussichtlich gleich mäßigem Lauftempo auch auf einen geringeren Prozentsatz eingestellt werden.

Man kann auch zusätzlich die Zeitdifferenzen zwischen den entgegengesetzten Extrempositionen, nämlich zwischen Strecken und Beugen jedes Beines in der Hüfte oder zwi schen anderen markanten Punkten des Bewegungszyklus er mitteln, die die Zeitdifferenz zwischen den anderen Extrempositionen, d. h. zwischen Beugen und Strecken jedes Beines in einem annähernd konstanten Verhältnis teilen. Wenn man diese zusätzlich zur Schätzung der Länge für und zum Absenden von Synchronisationsimpulsen benutzt, läßt sich die Anpassung des Musiktempos an Änderungen des Bewegungstempos noch etwas verbessern.

Man kann das beschriebene Verfahren z. B. unter Verwendung von Druckaufnehmern in jedem Schuh entsprechend anwenden, wenn man das Einsetzen der Taktschläge mit einem spä teren Abschnitt in der Streckphase jedes Beines syn chronisieren will.

Die Signale der Mikroaufnehmer 14 können auch zuerst zu einem tragbaren Mikroprozessor 14 A weitergeleitet werden, der nach den beschriebenen Berechnungen von Zeitdifferenzen usw. über den Sender 15 Codes für die Synchronisationsgenerierung (Rechteckimpulse 12) - und evtl. zu Kontrollzwecken einen zweiten Code zur Kenn zeichnung des Beginns einer Impulsserie - weiterleitet.

Weitere Miniaturisierung von Abspielgeräten für digital gespeicherte Musik könnte es auch ermöglichen, daß der Läufer ein solches Gerät am Körper trägt und nicht zum Standort der Synchronisations- und Abspieleinheit ent fernungsgebunden ist.

Bei der Synchronisation von Musik durch das Training mit Rudertrimmgeräten besteht das Problem, daß - ähnlich wie beim Laufen die Schrittlänge - der Weg der Vor- und Zurückbewegung etwas variieren kann.

Auch hier kann man charakteristische Punkte, z. B. die Wendepunkte bei der Vor- und Zurückbewegung erfassen, aus der Zeitdifferenz zum vorangehenden Wendepunkt die zu erwartende Zeitdauer bis zum nächsten schätzen und weiter entsprechend dem beschriebenen Beispiel für das Lauftraining verfahren.

Da beim Rudern die übliche Schlagfrequenz nur bei etwa 30 bis 40 Schlägen pro Minute liegt, sollten auf jede Vor- und jede Rückwärtsbewegung 2 Schlagzeiten - bei einer Länge von je einer Viertelnote - verteilt werden, um ein Musiktempo von 120 bis 160 Metronomschlägen pro Minute zu erreichen. Bei stationären Geräten können eine telemetrische Übertragung von Bewegungssignalen und Musik natürlich entfallen.

Als für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet hat sich Musik mit dem sognannten Disco-Rhythmus und jede andere Musik erwiesen, bei der der "Taktschlag" mit dem Beginn der Zählzeit zusammenfällt oder gleich mäßig bzw. periodisch verzögert nach dem Beginn der Zählzeit einsetzt bzw. betont ist. Musikstücke, bei de nen sich das Einsetzen der Taktschläge sehr unregelmäßig verschiebt, erscheinen hingegen weniger zweckmäßig.

Bezugszeichenliste

1 Fußbetätigungseinrichtung
1 A Zahnrad (Antriebsrad)
1 B Fußpedale
2 Magnet
3 Sensor
4 4fache Übersetzung
5 12 Magnete
6 Sensor
7 Schwungrad
7 A Zahnrad
7 B Kreisumfang
8 Bremse
9 Start-Taste
10 Griffstangen
11 Leitung
11 A Leitung
11 B Leitung
12 Rechteckimpulse
12 A Leitung
13 Leitung
14 Mikroaufnehmer
14 A Mikroprozessor
15 Sender
16 Empfänger
17 Kopfhörer
18 Empfänger
19 Sender
20 Personal-Computer
21 MIDI-Schnittstelle
21 A 5-Volt-Clock-Eingang
22 Relais
23 Relais
23 A Kontakt
24 Mikroprozessor
25 Keyboard mit Tongeneratoren
25 A Tonausgang
26 Mikroprozessor
26 A Bildschirm
27 A äußerer Kreisumfang
27 B innerer Kreisumfang
28 A zwölf Impulsgeber
28 B zwölf Impulsgeber
29 A Sensor
29 B Sensor
30 Rechteckimpulsfolgen
31 Impulse
32 Drehrichtung
35 Griffe
35 A Verstellrichtung
35 B Verstellrichtung
35 C Verstellrichtung
36 Drehpunkt
37 Drehpunkt
38 Schwungrad

Claims

1. Verfahren zur Unterstützung von Fitnesstraining, bei dem die ausübende Person Bewegungszyklen periodisch wiederholt, mittels Abspielens von Musik, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Musik von und mit den Bewegungszyklen synchro nisiert wird,
b) ein Taktschlag der Musik jeweils an einer vorbe stimmten Stelle innerhalb jedes Bewegungszyklus zumindest eines Körperteiles der ausübenden Person einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die abzuspielende Musik digital gespeichert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tonhöhen der gespiel ten Musiknoten durch Tempoänderungen der Bewegungen der ausübenden Person nicht verändert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bewegungs zyklus der ausübenden Person in Bewegungsabschnitte zerlegt wird, wobei zu Beginn oder am Ende jedes Be wegungsabschnittes ein Impuls für die Synchronisation gegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß weitere Zwischenimpulse gegeben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der wäh rend eines Bewegungszyklus der ausübenden Person abgegebenen Impulse so festgelegt wird, daß diese Zahl zu einer gewünschten Zahl von Schlagzeiten pro Bewegungszyklus führt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zahl der für das Abspielen einer Schlagzeit erforderlichen Impulse auf einen ersten Zeitabschnitt vorbestimmter Dauer der Schlag zeit gleichmäßig verteilt werden und im restlichen Zeitabschnitt dieser Schlagzeit keine Impulse abge geben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation derart erfolgt, daß die Taktschläge jeweils in der Anfangsphase der Kontraktion zumindest einer am Bewegungszyklus teilnehmenden Muskelgruppe der aus übenden Person einsetzen.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch

a) den Bewegungsphasen der ausübenden Person inner halb eines Bewegungszyklus' entsprechend angeord nete Impulsgeber (2, 5; 14; 28 A, 28 B),
b) eine die Impulse der Impulsgeber weiterverarbei tende Synchronisationseinheit (20, 21; 24) sowie
c) ein von der Synchronisationseinheit gesteuertes Abspielgerät (25) für Musik.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Impulsgeber (5 oder 28 A, 28 B; 2) am Schwungrad (7) oder am Antriebsrad (1 A) eines Trimmgerätes umfangsverteilt angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Trimmgerät von einem Übenden betätigbare Griffstangen (10) mit Griffen (35) auf weist, und daß die Griffe zur Reduktion der statischen Muskelarbeit für die Abstützung des Oberkörpers in mindestens einer Richtung verstellbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet, daß das Trimmgerät von einem Übenden betätigbare Griffstangen aufweist, und daß der Drehpunkt der Griffstangen so angeordnet ist, daß die Arme des Übenden bei Vorwärtsbewegung geringfügig ab wärts bewegt werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zum Erkennen der Bewegungsrichtung des Übenden sowie eine Korrigiereinrichtung derart vorgesehen sind, daß die Korrigiereinrichtung bei Umkehr der Bewegungsrichtung die Synchronisation zwischen Bewegung und Musik wiederherstellt.