FR2963689A1

FR2963689A1 - Digital music listening device for use at time of sporting practice i.e. race, has audio headset/ear-phones reproducing selected bit of music from music file database, and accelerometer capturing movement signal of runner

Info

Publication number: FR2963689A1
Application number: FR1003267A
Authority: FR
Inventors: Michael Stephen Herve; Adrien Victor Andre Charruel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-10

Abstract

The device has an audio headset or ear-phones (8) reproducing a selected bit of music (7) from a music file database (6). An accelerometer (1) captures movement signal of a runner (9) and a sound restitution system, where calculation of running stride tempo (3) is carried by digital signal processing after conversion of the signal of the accelerometer using an analog-to-digital converter (2). A running tempo value block (4) stores multiple running tempo values.

Description

L'invention ci-dessous concerne de façon générale l'écoute de la musique par des lecteurs portatifs de musique à support numérique, type lecteur MP3 ou analogue, lors de la pratique sportive. En particulier l'invention peut être avantageusement utilisée lors de l'écoute de musique lors de la course à pied. La pratique peut être effectuée en extérieur comme en intérieur sur des tapis roulants. The invention below relates generally to listening to music by portable digital music players, type MP3 player or the like, during sports practice. In particular the invention can be advantageously used when listening to music during the run. The practice can be performed outdoors and indoors on treadmills.

L'invention concerne donc deux domaines, le domaine sportif, et le domaine de l'écoute de morceaux musicaux numériques à l'aide d'un lecteur adéquat. Lors de la pratique sportive, en particulier de la course à pied, il existe de nombreux systèmes électroniques permettant au coureur de connaître en temps réel sa vitesse, la distance qu'il a parcourue. Il existe également des systèmes permettant de connaître les battements du rythme cardiaque afin de ne pas courir de risque d'effort dangereux. Ces systèmes peuvent être réalisés à partir d'un capteur externe et l'affichage est transmis sur la montre du coureur via une transmission sans-fil. Lors de la pratique de la course à pied, le coureur và poser le pied sur le sol à intervalles régulier, c'est ce que l'on appelle communément la foulée. La foulée dépend de nombreux paramètres du coureur, sa physionomie : sa taille, son poids, la longueur des jambes, de sa vitesse de course, de l'environnement de course : en descente, en côte, sur du plat). La foulée dépend donc du coureur mais également des conditions extérieures. Cependant, il n'est pas restrictif de considérer que dans un temps relativement faible, la foulée va être périodique. C'est-à-dire que le temps entre deux impulsions successives du pied du coureur sur le sol de course va être constant à un écart près. Ce temps peut être mesuré par différents moyens. L'impact du pied sur le sol se caractérise par un choc au niveau du pied, selon le principe physique de l'action et de la réaction. Le pied arrive sur le sol avec une vitesse non nul, le percute, la vitesse du pied lors du contact ponctuel est nul, puis, après rebond, le pied reprend de la vitesse et ainsi de suite. La variation de la vitesse est l'accélération. L'un des moyens qui peut être utilisé est de -2- placer un accéléromètre sur l'une des chaussures du coureur par exemple. Un accéléromètre est un composant électronique qui permet de mesurer des accélérations très fines. Il existe des accéléromètres mesurant les variations dans une direction de l'espace donné, dans deux directions, ou dans trois directions. L'accélération est maximale au niveau du pied de la chaussure, mais elle est ressentie dans tout le corps, ainsi l'accéléromètre peut être placé à n'importe quel endroit du corps, la variation de vitesse sera mesurable. De la même manière qu'il existe une variation de vitesse au niveau de l'impact (du pied), dû au choc, il existe également une variation de vitesse des jambes, où la vitesse devient nulle lorsque l'extension du pied est maximale. Le même mécanisme existe pour les bras. Lors de la pratique de la course à pied, les bras et les jambes du coureur sont en général synchronisés. La périodicité des valeurs d'accélération mesurées, quel que soit le point de fixation du capteur sur l'accéléromètre, et quelle que soit la direction choisie, est généralement identique. The invention thus relates to two fields, the sports field, and the field of listening to digital musical pieces using a suitable reader. During sports, especially running, there are many electronic systems allowing the rider to know in real time his speed, the distance he has traveled. There are also systems to know the heartbeat rate so as not to run the risk of dangerous effort. These systems can be made from an external sensor and the display is transmitted on the rider's watch via a wireless transmission. During the practice of running, the runner will step on the ground at regular intervals, this is commonly known as the stride. The stride depends on many parameters of the runner, its physiognomy: its size, its weight, the length of the legs, its running speed, the race environment: downhill, uphill, on flat). The stride therefore depends on the rider but also on the outside conditions. However, it is not restrictive to consider that in a relatively short time, the stride will be periodic. That is to say that the time between two successive pulses of the runner's foot on the race floor will be constant to a difference. This time can be measured by various means. The impact of the foot on the ground is characterized by a shock in the foot, according to the physical principle of action and reaction. The foot arrives on the ground with a non-zero speed, the impact, the speed of the foot during the point contact is zero, then, after rebound, the foot picks up speed and so on. The variation of the speed is the acceleration. One of the ways that can be used is to place an accelerometer on one of the runner's shoes, for example. An accelerometer is an electronic component that can measure very fine accelerations. There are accelerometers measuring variations in one direction of the given space, in two directions, or in three directions. The acceleration is maximum at the foot of the shoe, but it is felt throughout the body, so the accelerometer can be placed anywhere on the body, the speed variation will be measurable. In the same way that there is a variation in speed at the level of the impact (of the foot), due to the shock, there is also a variation of speed of the legs, where the speed becomes null when the extension of the foot is maximum . The same mechanism exists for the arms. When practicing running, the runner's arms and legs are usually synchronized. The periodicity of the acceleration values measured, regardless of the attachment point of the sensor on the accelerometer, and regardless of the direction chosen, is generally identical.

L'écoute de musique lors de la pratique sportive est fréquente chez les coureurs. Depuis l'apparition de la musique sur des supports numériques, les lecteurs musicaux qui en permettent l'écoute ont une taille peu encombrante, ne gênant donc pas le coureur dans son effort. Bien que fréquente, il a été prouvé que cette utilisation peut être dangereuse. La musique peut en effet empêcher la personne de faire attention aux indicateurs de danger. L'effet euphorisant qu'apporte la musique annihile tout ou partie des signaux qui sont envoyés par le cerveau au corps pour réguler l'effort. La musique agit comme un élément perturbateur sur le fonctionnement du corps du coureur et les conséquences peuvent être plus ou moins graves en fonction de l'état du coureur. L'écoute de lecteurs musicaux est d'ailleurs proscrite lors de certaines compétitions de course à pied officielles, autant pour les vertus stimulantes et donc jugées dopantes que pour les dangers que cela présente. L'athlète Jennifer Goebel, vainqueur féminin du marathon Milwaukee's Lakefront (Etats-Unis) en octobre 2009, -3- a été destituée de son titre pour avoir écouté de la musique durant la course. En musique, un morceau est caractérisé par son tempo. Il correspond au mouvement dans lequel il doit être joué (rapidité, rythme, caractère). Une unité de mesure pour exprimer le tempo est le battement par minute (BPM). Cette unité peut également être utilisée pour mesurer le rythme cardiaque, elle correspond au nombre de battements du coeur par minute. Dans la musique classique traditionnelle le tempo est souvent lo indiqué par un terme italien (Lento,...Allegro,...), qui ne représente pas explicitement de valeurs. Dans les morceaux de musique contemporaine, le BPM est parfois indiqué, et il correspond au nombre de « temps fort » en une minute. Il existe différentes méthodes pour détecter en temps réel le 15 BPM. Ces méthodes qui peuvent être complexes sont communément employées dans les consoles de mixages des disk-jockey (personne choisissant les morceaux joués) afin de réaliser un enchaînement de deux morceaux de musique. Le calcul par traitement différé, c'est-à-dire non en temps réel est 20 en général plus aisé puisque l'on connaît l'intégralité du morceau de musique. Listening to music during sports is common among runners. Since the appearance of music on digital media, music players that allow listening to a size that is not bulky, does not bother the runner in his effort. Although frequent, it has been proven that this use can be dangerous. Music can prevent the person from paying attention to the danger indicators. The euphoric effect of music annihilates all or some of the signals that are sent by the brain to the body to regulate the effort. The music acts as a disruptive element on the running of the rider's body and the consequences can be more or less serious depending on the rider's condition. Listening to music players is also banned in some official running competitions, both for the stimulating virtues and therefore considered doping for the dangers that this presents. Athlete Jennifer Goebel, female winner of the Milwaukee's Lakefront Marathon (USA) in October 2009, -3- was stripped of her title for listening to music during the race. In music, a song is characterized by its tempo. It corresponds to the movement in which it must be played (speed, rhythm, character). A unit of measure for expressing the tempo is the beat per minute (BPM). This unit can also be used to measure the heart rate, which is the number of beats per minute. In traditional classical music the tempo is often lo indicated by an Italian term (Lento, ... Allegro, ...), which does not explicitly represent values. In contemporary music, the BPM is sometimes indicated, and it corresponds to the number of "highlights" in one minute. There are different methods to detect 15 BPM in real time. These methods, which can be complex, are commonly used in the mixing consoles of the disc jockey (person choosing the pieces played) in order to achieve a sequence of two pieces of music. The calculation by deferred processing, that is to say, not in real time, is generally easier since the entire piece of music is known.

Le principe de base de l'invention consiste à choisir automatiquement les morceaux de musique dont le tempo (en 25 BPM), préalablement calculé, soit fonction du nombre d'appuis au sol du coureur par minute. Avantageusement, le tempo des morceaux de musique choisis de manière à ce que pourra être un multiple ou un sous-multiple entier du nombre d'appuis au sol du coureur. Dans ce cas le coureur est assuré que la 30 musique qu'il est en train d'écouter est en phase avec son rythme de course, que la musique agit donc comme un divertissement et non comme un effet de stimuli. Plusieurs modes d'écoute sont disponibles. Ainsi par défaut le lecteur musical est sur synchrone. Dans ce mode, les morceaux de 35 musique choisis dans la base des morceaux ont un tempo multiple ou sous multiple du tempo de course. Un mode dit de détente correspond à des morceaux de musique dont le tempo est inférieur au rythme de course, un mode de -4- perfectionnement où le tempo des morceaux de musique choisis est supérieur au rythme de course. The basic principle of the invention is to automatically choose music tracks whose speed (in 25 BPM), previously calculated, is a function of the number of ground support of the runner per minute. Advantageously, the tempo of the pieces of music chosen so that it can be a multiple or an entire sub-multiple of the number of ground support of the runner. In this case, the rider is assured that the music he is listening to is in sync with his racing pace, so the music acts as entertainment and not as a stimulus effect. Several listening modes are available. So by default the music player is synchronous. In this mode, the music pieces selected in the song base have a multiple or sub-multiple tempo of the running tempo. A so-called relaxation mode corresponds to pieces of music whose tempo is lower than the racing rhythm, a mode of perfection where the tempo of the chosen music pieces is greater than the running rhythm.

Le schéma annexé Figure 1 illustre l'invention. En référence à ce schéma, le dispositif comporte The attached diagram Figure 1 illustrates the invention. With reference to this diagram, the device comprises

(1) L'élément correspond à un capteur accélérométrique capable de mesurer lo l'accélération suivant au moins un axe. Le capteur utilisé pour l'invention doit avoir une résolution d'au moins 1g. (2) La numérisation du signal provenant de l'accéléromètre permet de réaliser un traitement 15 numérique des données. L'impact du pied sur le sol lors de la pratique de la course à pied, crée une variation importante de l'accélération au niveau de l'accéléromètre (1). Le convertisseur analogique numérique permet de rendre numérique les valeurs 20 analogiques du capteur accélérométrique. (3) Le calcul du temps entre deux pics consécutifs sur l'accéléromètre permet de connaître le tempo de la foulée du coureur. La manière dont est calculé le tempo est le 25 suivant. Le signal d'accéléromètre est échantillonné à la fréquence d'échantillonnage Fs pendant un intervalle de temps suffisamment grand. Nous obtenons un vecteur des échantillons du signal d'accéléromètre [X(n) X(n-1) ... X(n-L+1)], 30 où L représente le nombre d'échantillons dans le vecteur, et où X(n) représente la valeur numérique de l'accéléromètre pour l'échantillon n. Nous supposons que nous puissions trouver le tempo entre deux valeurs seuil, Tempo_min, qui 35 représente le tempo minimal de course et Tempo_max, qui correspond au tempo maximal de course. Nous notons P la précision avec laquelle nous voulons trouver le tempo, le nombre total de -5- Tempos possibles est Nombre total (Tempo_max-Tempo_min)/P. Nous avons vu précédemment que l'unité du tempo est le BPM. Pour un tempo de course à pied donné, le temps entre deux impacts sur le sol est de 60/Tempo course secondes, soit 60/Tempo_course*Fs échantillons. La valeur d'échantillonnage de l'accéléromètre lors de l'impact est très élevée, alors que pour les moments où il n'y a pas d'impact la valeur est faible. Supposons que l'impact est lieu pour l'échantillon n, le nouvel impact aura lieu à l'échantillon n+ 60/Tempo_course*Fs, et le produit X(n)*X(n+ 60/Tempo_course*Fs) aura une valeur grande. Pour pouvoir trouver cette valeur Tempo_course qui nous est inconnue, nous allons faire le produit du vecteur des échantillons d'accéléromètre, avec le vecteur des échantillons d'accéléromètre décalé de 60/Tempo possible *Fs. Ainsi Nous calculons les Nombre total possibles valeurs : (1) The element corresponds to an accelerometric sensor capable of measuring lo the acceleration along at least one axis. The sensor used for the invention must have a resolution of at least 1 g. (2) Digitizing the signal from the accelerometer enables digital data processing. The impact of the foot on the ground during the practice of running, creates a significant variation in acceleration at the level of the accelerometer (1). The analog-to-digital converter makes the analog values of the accelerometer sensor digital. (3) The calculation of the time between two consecutive peaks on the accelerometer makes it possible to know the tempo of the runner's stride. The way in which the tempo is calculated is the following 25. The accelerometer signal is sampled at the sampling frequency Fs for a sufficiently large time interval. We obtain a vector of accelerometer signal samples [X (n) X (n-1) ... X (n-L + 1)], where L represents the number of samples in the vector, and where X (n) represents the numerical value of the accelerometer for sample n. We assume that we can find the tempo between two threshold values, Tempo_min, which represents the minimum stroke tempo and Tempo_max, which corresponds to the maximum stroke tempo. We note P the accuracy with which we want to find the tempo, the total number of possible -5- Tempos is Total number (Tempo_max-Tempo_min) / P. We have seen previously that the unity of the tempo is the BPM. For a given running tempo, the time between two impacts on the ground is 60 / Tempo stroke seconds, ie 60 / Tempo_course * Fs samples. The sampling value of the accelerometer during the impact is very high, whereas for the moments when there is no impact, the value is low. Suppose the impact is for sample n, the new impact will occur at sample n + 60 / Tempo_course * Fs, and the product X (n) * X (n + 60 / Tempo_course * Fs) will have a large value . To be able to find this value Tempo_course which is unknown to us, we will make the product of the vector of the accelerometer samples, with the vector of accelerometer samples shifted by 60 / Tempo possible * Fs. Thus we calculate the total number possible values:

n-L+1 EX(k)*X(k+60/Tempo*Fs) (1) k=n pour chaque tempo_i susceptible d'être le vrai tempo de course. Une fois l'opération réalisée sur les Nombre total valeurs possibles, le tempo retenu est celui pour lequel le résultat de l'opération (1) est le plus élevé. Nous pouvons par exemple prendre une fréquence d'échantillonnage Fs=1000 Hz, et un intervalle de 3 secondes, soit une valeur de L=3000 échantillons, Tempo_min=40, Tempo_max=120 ; n-L + 1 EX (k) * X (k + 60 / Tempo * Fs) (1) k = n for each tempo_i likely to be the real stroke tempo. Once the operation is performed on the Total number of possible values, the tempo retained is the one for which the result of the operation (1) is the highest. We can for example take a sampling frequency Fs = 1000 Hz, and an interval of 3 seconds, a value of L = 3000 samples, Tempo_min = 40, Tempo_max = 120;

35 (4) Une fois le tempo de la foulée connue (2) le bloc de l'invention (4) va reconnaître dans la 10 15 20 25 30 base de données des tempos des chansons (5), une chanson ayant un tempo égal à celui du tempo du coureur (2). (5) Système de bases de données dans lequel la référence principale est le tempo et créant un lien vers la base de données de musique principale. (6) Système de base de données contenant les fichiers de musique. lo (56) La base de données de musique (6) peut être modifiée par l'utilisateur, la base de données (5) contenant les valeurs de BPM doit être synchronisée avec la base de données de musique principale (6). La synchronisation peut être facile à 15 réaliser, si le fichier numérique contient déjà l'information de BPM. Si ce n'est pas le cas, l'utilisateur peut récupérer l'information au moyen de logiciels dédiés. (4) Once the tempo of the known stride (2) the block of the invention (4) will recognize in the database of the tempos of the songs (5), a song having an equal tempo to that of the runner's tempo (2). (5) Database system in which the main reference is the tempo and creating a link to the main music database. (6) Database system containing the music files. lo (56) The music database (6) can be modified by the user, the database (5) containing the BPM values must be synchronized with the main music database (6). Synchronization can be easy to achieve if the digital file already contains the BPM information. If this is not the case, the user can retrieve the information by means of dedicated software.

20 (7) Lorsqu'une chanson est identifiée comme éligible elle est sélectionnée, puis jouée. (8) L'écoute du morceau de musique choisi est diffusée sur les oreilles du coureur au moyen d'écouteurs intra-auriculaires ou d'un casque.(7) When a song is identified as eligible it is selected and played. (8) Listening to the selected piece of music is played on the runner's ears by means of an in-ear headset or headphones.

25 L'invention pourra être facilement intégrée dans les lecteurs 30 de musique. Elle pourra également être avantageusement dans les salles de sport équipées de tapis de course à pied et diffusant de la musique. L'invention peut également être utilisé de manière logicielle, de type application téléchargeable, pour les lecteurs de musique possédant un accéléromètre et permettant le 35 téléchargement d'applications. The invention can easily be integrated into music players. It can also be advantageously in gyms equipped with treadmills on foot and broadcasting music. The invention may also be used in a software manner, downloadable type of application, for music players with an accelerometer and for downloading applications.

Claims

REVENDICATIONS1. Device for listening to digital music, characterized in that it comprises the calculation of the running pace tempo (3) of a foot runner (9), the creation of a database of songs (3 ), access to the tempo value of songs from the music database (5), automatic selection of songs with a tempo value equal to or multiple of the lo value of the running tempo (4), and headphones or headphones (8) to reproduce the chosen piece of music (7).

2. Device according to claim 1, characterized in that the calculation of the stride tempo of the foot stroke (3) is carried out by means of a digital signal processing method after conversion of the signal. the accelerometer (1) using an analog digital converter (2).

3. Device according to claim 2, characterized in that the method of processing the digital signal signals of the accelerometer (1) comprises the following steps: Evaluation of the sum produced accelerometer samples and these same samples shifted by a number corresponding to the possible stroke tempo, Analysis of the different values of the previous calculation 25 conservation of the largest value. Deduction of the race tempo value. 30