JP2008513102A - Biofeedback method and biofeedback system, golf swing tempo measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴルフスイングのテンポ測定システム等として、ゴルフスイング等の動きやテンポに対応した音響によるバイオフィードバックを供する装置に関する。 The present invention relates to a device for providing biofeedback by sound corresponding to movement and tempo of a golf swing or the like as a tempo measurement system or the like of a golf swing.
ゴルフ、テニス、フィッシング、ボーリング、野球等のいずれのスポーツを行う場合でも、同じスイングを繰り返すためには、一定のテンポで、長尺物等をスイングすることが重要となる。そして、試合(ゲーム)における一定の状況下でいったん正しいスイングを得ると、同じ状況で、そのスイングを繰り返すことができるはずである。ここで、一定のテンポとは、そのスイング中の速度変化が、スイングを何回おこなっても繰り返されることをいう。 In order to repeat the same swing in any sport such as golf, tennis, fishing, bowling, and baseball, it is important to swing a long object at a constant tempo. Once a correct swing is obtained under a certain situation in a game (game), the swing should be able to be repeated in the same situation. Here, the constant tempo means that the speed change during the swing is repeated no matter how many times the swing is performed.
また、長尺物等のスイングにおいて競技者が、所定のテンポの感覚を得ることは、各種スポーツにおいては一般にきわめて困難である。速い、遅いと感じる競技者の感覚は、ムードや、アドレナリンのレベルなどによって、日々に、そして、時々刻々と変わるためである。また、映像機器を用いた場合であっても、一貫した動きを得ることはさらに複雑となる。というのは、概して競技者は、より集中すべきポイントから注意をそらすことになるからである。さらに、トレーニングは、一般に、競技者本人より、その回りの人が感触や目で見て感じるものに重点が置かれていて、一方、それらの人が、競技者に対して、スイング速度やテンポを伝えることはほとんど困難である。従って、スイングの動きに干渉することなく、競技者にテンポを定量的に感得させる方法は競技者のトレーニング・運動を効果的に助長する。 In addition, it is generally very difficult for athletes to obtain a sense of a predetermined tempo in a swing such as a long object in various sports. This is because the sensation of the athlete who feels fast and slow changes daily and from moment to moment depending on the mood and adrenaline level. Even when using video equipment, it is more complicated to obtain consistent movement. This is because the competitor will generally distract from the point that should be more focused. In addition, training is generally more focused on what the person around it feels and feels than the athlete himself, while these people give the athlete a swing speed and tempo. It is almost difficult to convey. Therefore, a method for allowing the athlete to quantitatively sense the tempo without interfering with the swing movement effectively promotes the athlete's training and exercise.
また、テンポを競技者に感じさせる自然な方法は音や音楽を通して行うことであり、これによって、競技者はスイングに集中することができる。全ての文化において普遍的な音楽を競技者が絶え間なく聴く機会を与えることにより、競技者は音響的感覚に基づいたテンポに対応したタイミングに感覚的に慣れることになる。 Also, the natural way to make the athlete feel the tempo is through sound and music, which allows the athlete to concentrate on the swing. By giving the athlete a constant opportunity to listen to universal music in all cultures, the athlete becomes sensually accustomed to the timing corresponding to the tempo based on the acoustic sense.
また、ゴルフスイングにおける競技者の瞬間的動きは、競技者の意識的な制御より速く生じ、制御速度及びテンポは確実で再生可能なスイングの動きを得るためには、きわめて重要である。さらに、筋肉の活動を無意識に調整する筋肉の記憶は、正しいテンポの繰り返し行う練習によって学ぶことができる。従って、音響による方法は競技者の注意をそらすことなくスイングテンポ情報を無意識的に競技者に与えることができる優れたメカニズムである。 Also, the player's instantaneous movement in the golf swing occurs faster than the player's conscious control, and the control speed and tempo are extremely important to obtain a reliable and reproducible swing movement. Furthermore, muscle memory that unconsciously adjusts muscle activity can be learned through repeated exercises at the correct tempo. Therefore, the acoustic method is an excellent mechanism that can give the player unintentionally swing tempo information without diverting the player's attention.
ここで、ゴルフスイングのテンポとは、ゴルフクラブがバックスイングとフォロースルーとの間でボールを叩きながら描く円状軌跡を通過する際の、ゴルフスイングの速度変化である。ゴルフスイングは、円軌跡による動きによって支配されている為、ゴルフスイングはクラブの角速度の時間的履歴又はテンポを示す。さらに、円運動内で動く物体の求心加速度は、物体の角速度の関数であるため、ゴルフクラブの近傍に設けた加速度計は、テンポを示す信号を出すことになる。 Here, the tempo of the golf swing is a change in the speed of the golf swing when the golf club passes through a circular trajectory drawn while hitting the ball between the back swing and the follow-through. Since the golf swing is dominated by the movement of the circular locus, the golf swing shows a temporal history or tempo of the angular velocity of the club. Further, since the centripetal acceleration of the object moving within the circular motion is a function of the angular velocity of the object, the accelerometer provided in the vicinity of the golf club outputs a signal indicating the tempo.
そして、スイングしているゴルフクラブ上の特定点における求心加速度は、その点に設けた加速度計によって測定することができ、検出軸はシャフトの軸線と同一である。一般に、この求心加速度acはac=ω2rの関係式を用いてゴルフクラブの角速度の二乗として、瞬間的に測定することができる。ここで、ωは角速度であり、rは加速度計が動く際の有効半径である。 The centripetal acceleration at a specific point on the swinging golf club can be measured by an accelerometer provided at that point, and the detection axis is the same as the axis of the shaft. Generally, this centripetal acceleration a c can be instantaneously measured as the square of the angular velocity of the golf club using the relational expression of a c = ω 2 r. Here, ω is an angular velocity, and r is an effective radius when the accelerometer moves.
しかし、先行技術において、重力の影響で測定に誤差が出ることが判明した。所望の求心加速度に紛れ込む誤差信号は、シャフトの軸線に沿って異なった位置に設置された2つの加速度計を用いて差動測定を行うことにより低減又は除去することができる。即ち、各加速度計は同一の重力加速度を検出するが、求心加速度はゴルフクラブの動きの有効半径に基づいて測定される。 However, in the prior art, it has been found that there is an error in measurement due to the influence of gravity. The error signal that blends into the desired centripetal acceleration can be reduced or eliminated by performing differential measurements using two accelerometers located at different locations along the shaft axis. That is, each accelerometer detects the same gravitational acceleration, but the centripetal acceleration is measured based on the effective radius of the golf club motion.
しかし、ゴルフクラブに取りつけた加速度計及び音響フィードバックを用いることによって十分な利点を得ることは努力なしにはかなり困難である。例えば、米国特許No.6,261,102(特許文献1)は、加速度計の出力をバイオフィードバック用音響信号に変換する技術を開示している。加速度計の軸線をゴルフクラブの軸線と一致させることにより、加速度計は求心加速度を測定し、測定値に基づいて、ゴルフクラブの角速度の二乗を決定する。次に、ゴルフクラブの角速度の二乗に比例する信号は周波数に変換され、音響信号として使用者に供される。しかし、重力作用に対する補償が十分なされていないため、感受性が不十分であり、ゴルフスイングにおける大きな速度変化によって、不快な“金切り(チャープ)”音(chirp like sound)が生じがちである。 However, obtaining sufficient benefits by using accelerometers and acoustic feedback attached to a golf club is rather difficult without effort. For example, US Pat. No. 6,261,102 (Patent Document 1) discloses a technique for converting the output of an accelerometer into an acoustic signal for biofeedback. By aligning the axis of the accelerometer with the axis of the golf club, the accelerometer measures centripetal acceleration and determines the square of the angular velocity of the golf club based on the measured value. Next, a signal proportional to the square of the angular velocity of the golf club is converted to a frequency and provided to the user as an acoustic signal. However, due to insufficient compensation for the gravitational action, the sensitivity is insufficient and large speed changes in the golf swing tend to produce an unpleasant “chirp like sound”.
他の二つの先行技術をなす特許も、同様な問題点を有する。具体的には、コバヤシ(Kobayashi)に付与された米国特許No.5,233,544(特許文献2)は、ゴルフクラブシャフトに沿って多くの加速度計を取り付けたものであるが、音質に問題が生じる可能性を認識しておらず、また、本発明が提供する複数の音調の使用についても何ら開示しておらず又示唆してもいない。さらに、Kobayashiは角速度の二乗の信号よりも角速度そのものを用いるので、角速度の二乗の信号による良好な感度を与えることができない。 The other two prior art patents have similar problems. Specifically, US Patent No. 5,233,544 (Patent Document 2) granted to Kobayashi has many accelerometers attached along the golf club shaft, but may cause problems in sound quality. And does not disclose or suggest any use of multiple tones provided by the present invention. Furthermore, Kobayashi uses the angular velocity itself rather than the square signal of the angular velocity, so it cannot give good sensitivity by the square signal of the angular velocity.
また、キム(Kim)に付与された米国特許No.5,694,340(特許文献3)は、同様に加速度信号を展開する多数の加速度計の使用を開示するが、重力によってもたらされる有害な作用をなくすことができる多数の加速度計を用いることによる利益を何ら開示しておらず又示唆してもいない。しかもKimは多数の周波数を用いているものの、これらの周波数は3つの軸を識別するために用いられ、金切り音(chirp sound)を除去したり、音声の音質を改善したりするために用いられていない。
従って、この技術分野において、さらなる改良が求められている。特に、運動用具の一つ、例えば、ゴルフクラブ(特に限定するものでないが)において、ゴルフクラブの軸線に沿って生じる重力のような直線加速度(回転運動によらない)の効果を除去する、又は、低減でき、かつ、感度を高めると共に音響効果を高め音調要素と振幅がテンポを示すべく変化する快適な音を作成する二乗の角速度を用いるバイオフィードバックシステムを提供することが望ましい。よって、本発明は、ここで説明された目的や利点を実現することで、前述の欠点を克服するものである。 Therefore, further improvements are required in this technical field. In particular, in one of the exercise equipment, such as a golf club (but not specifically limited), eliminates the effect of linear acceleration (not due to rotational movement) such as gravity that occurs along the axis of the golf club, or It would be desirable to provide a biofeedback system that uses a squared angular velocity that can be reduced and that enhances sensitivity and enhances sound effects, creating a pleasant sound with tone elements and amplitude changing to indicate tempo. Thus, the present invention overcomes the aforementioned drawbacks by realizing the objects and advantages described herein.
すなわち、本発明は、従来技術における感度不足を解決することを目的とする。
また、本発明は、重心の影響を相殺することによって、より改善されたスイングテンポの表示するための装置を提供することを目的とする。
That is, an object of the present invention is to solve the lack of sensitivity in the prior art.
Another object of the present invention is to provide an apparatus for displaying a swing tempo that is improved by canceling the influence of the center of gravity.
また、本発明は、角速度の二乗に関連した信号を用いてテンポの変化の測定感度を向上することを目的とする。 Another object of the present invention is to improve the measurement sensitivity of tempo changes using a signal related to the square of the angular velocity.
また、本発明は、さらに、耳に心地よい音調要素や振幅を用いた改良型音響フィードバックを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide improved acoustic feedback using tone elements and amplitudes that are comfortable to the ear.
また、本発明は、さらに、測定信号や測定信号から得られた情報やコマンドを後に行うプレイバックや解析のために記憶するシステムを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a system for storing a measurement signal and information and commands obtained from the measurement signal for later playback and analysis.
また、本発明は、さらに、バイオフィードバック信号を搬送する無線リンクを用いる改良型音響フィードバック方法を提供することを目的とする。 It is a further object of the present invention to provide an improved acoustic feedback method using a radio link carrying a biofeedback signal.
一般に、本発明は、長尺部材を具備し、かかる長尺部材のスイングテンポを示す合成音声をフィードバックするバイオフィードバックシステムを提供する。
本発明の好ましい実施態様としてのバイオフィードバックシステムは、長尺部材の長方向に沿った、複数の位置において、加速度を測定するように配置された複数の加速度測定装置と、測定された信号を処理し、重力の影響を低減するとともに、角速度のべき乗に相関した複数のビット情報を含むデジタル数データを形成する第1のマイクロコントローラと、複数のビット情報を含むデジタル数データと、かかるデジタル数データを受信し、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ含む複数の群に関連付けるとともに、当該音調成分および当該振幅値に対応したコマンドを形成するための第2のマイクロコントローラと、かかるコマンドに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、かかる音響信号を出力する手段と、を含むものである。
In general, the present invention provides a biofeedback system that includes a long member and that feeds back synthesized speech indicating the swing tempo of the long member.
A biofeedback system as a preferred embodiment of the present invention includes a plurality of acceleration measuring devices arranged to measure acceleration at a plurality of positions along the length of a long member, and processes the measured signals. A first microcontroller for reducing the influence of gravity and forming digital number data including a plurality of bit information correlated to a power of an angular velocity; a digital number data including a plurality of bit information; and the digital number data Are associated with a plurality of groups each including a tone component and an amplitude value corresponding to the bit information, and a second microcontroller for forming a command corresponding to the tone component and the amplitude value, and the command A synthesizer that responds and creates an acoustic signal and means for outputting the acoustic signal; Is Dressings.
また、本発明の好ましい実施態様に係る方法は、長尺部材の長方向かつ異なった位置において、長尺部材の加速度を示す複数の加速度信号を生成するステップと、加速度信号を処理し、加速度信号における重力の影響を低減するステップと、加速度信号が処理され、かつ、角速度のべき乗に相関した複数のビット情報をそれぞれ含んだ、一連のデジタルサンプルを形成するステップと、群固有のデジタル値に対応した音響成分および振幅値を有する、各群のうち、デジタルサンプルにおける複数のビット情報に対応した群を決定するステップと、群における音調成分および振幅値を表す合成音を形成するためのコマンドを生成するステップと、合成音をフィードバックするステップと、を含む。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of generating a plurality of acceleration signals indicating the acceleration of a long member at a different position in the longitudinal direction of the long member, processing the acceleration signal, Corresponding to group-specific digital values, reducing the effects of gravity on the surface, forming a series of digital samples, each of which contains acceleration information and a plurality of bit information correlated to the power of the angular velocity Determining a group corresponding to a plurality of bit information in the digital sample, and generating a command for forming a synthesized sound representing the tone component and the amplitude value in the group. And a step of feeding back the synthesized sound.
また、本発明の別の実施態様に係るシステムは、長尺部材の運動状態に対応したデジタル信号を抽出するための、前記長尺部材に連結された複数のセンサーと、デジタル信号を処理して、重力の影響を低減し、角速度のべき乗に相関したマルチビットデジタル数のデータを生成するとともに、マルチビットデジタル数のデータを、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ含む複数の群に関連付ける手段と、コマンドに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、音響信号を出力する手段と、を含む。 In addition, a system according to another embodiment of the present invention includes a plurality of sensors coupled to the long member for extracting a digital signal corresponding to the movement state of the long member, and processing the digital signal. Reduces the influence of gravity and generates multi-bit digital number data correlated to the power of angular velocity, and multi-bit digital number data into multiple groups each containing tonal components and amplitude values corresponding to bit information Means for associating; synthesizer for generating an acoustic signal in response to the command; and means for outputting the acoustic signal.
また、本発明の他の実施態様に係る方法は、長尺部材の運動状態に対応したデジタル信号を抽出するために、長尺部材の長手方向に沿って取り付けられた複数のセンサーを取りつけるステップと、デジタル信号を処理して、重力の影響を除去又し、長尺部材に沿った少なくとも2か所において、角速度のべき乗に相関したマルチビットデジタル数のデータを生成するとともに、マルチビットデジタル数のデータを、マルチビットデジタル信号の情報に対応した音調成分および振幅をそれぞれ有する複数の群にマッピングするステップと、群固有のビット値に対応した音調成分および振幅値を有する音響信号を合成するステップと、音響信号を出力するステップと、を含む According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of attaching a plurality of sensors attached along a longitudinal direction of a long member in order to extract a digital signal corresponding to a motion state of the long member. The digital signal is processed to remove the effects of gravity and to generate multi-bit digital number data correlated to the power of the angular velocity in at least two locations along the elongate member, and Mapping data to a plurality of groups each having a tone component and amplitude corresponding to information of the multi-bit digital signal; and synthesizing an acoustic signal having a tone component and amplitude corresponding to the group-specific bit value; Outputting an acoustic signal.
また、本発明の他の実施態様に係るシステムは、長尺部材の運動特性を音声に変換するバイオフィードバックシステムであって、マルチビットデジタル数のデータとして、運動パラメータを捕捉するために、長尺部材の長手方向に沿って配置された複数のセンサーと、マルチビットデジタル数のデータを、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する複数の群に、それぞれマッピングする処理装置と、マッピングされたマルチビットデジタル数のデータに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、前記音響信号を出力する手段と、を含む。 A system according to another embodiment of the present invention is a biofeedback system for converting a motion characteristic of a long member into a voice, and the long length is used to capture a motion parameter as multi-bit digital number data. A plurality of sensors arranged along the longitudinal direction of the member, a processing device for mapping multi-bit digital number data to a plurality of groups each having tone components and amplitude values corresponding to bit information, and mapped A synthesizer for generating an acoustic signal in response to the multi-bit digital number data, and means for outputting the acoustic signal.
また、このシステムに関連する方法は、マルチビットデジタル数のデータとして運動パラメータを補足するために、長尺部材の長手方向に沿って配置された複数のセンサーを配置するステップと、マルチビットデジタル数のデータを、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する複数の群に、それぞれマッピングするステップと、マルチビットデジタル数のデータに応答し、音響信号を作成して、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する音響信号を生成するステップと、音響信号を出力するステップと、を含む The method associated with the system also includes the step of positioning a plurality of sensors arranged along the longitudinal direction of the elongate member to supplement the motion parameters as multi-bit digital number data; Are mapped to a plurality of groups each having a tone component and an amplitude value corresponding to bit information, and an acoustic signal is created in response to the data of the multi-bit digital number to correspond to the bit information. Generating an acoustic signal having a tone component and an amplitude value, respectively, and outputting the acoustic signal
さらに、具体的な実施態様としては、長尺部材がゴルフクラブである。 Further, as a specific embodiment, the long member is a golf club.
以下、具体例として、長尺部材の一つであるゴルフクラブを例にとって、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, as a specific example, an embodiment of the present invention will be described by taking a golf club which is one of long members as an example.
ここで、各図は本発明の全ての特徴を示すものではなく、また、図面中、同様な又は同一の構成要素は同一の符号で示される。 Here, the drawings do not show all the features of the present invention, and in the drawings, similar or identical components are denoted by the same reference numerals.
先ず、図1および図2を参照して本発明を説明する。図中、数字100は本発明に係るバイオフィードバックシステムを示し、数字200は本発明に係るゴルフクラブを示す。また、本発明は、ゴルフクラブ200と共に、音響によるバイオフィードバック装置に係るものである。バイオフィードバックシステム100は、好ましくは、演算処理装置300と、モニタ250と、を具備する。本実施例では、演算処理装置300と、モニタ250は相互に無線で接続されており、又、ゴルフクラブ200と無線で接続することもできる。
First, the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, numeral 100 indicates a biofeedback system according to the present invention, and numeral 200 indicates a golf club according to the present invention. The present invention also relates to an acoustic biofeedback device together with the
ゴルフクラブ200は、長尺部材215からなり、長尺部材215は少なくとも1つのシャフトで構成され、さらに長尺部材215にクラブヘッド230を取り付けることもできる。第1の加速度計220と、第2の加速度計225が長尺部材215に取り付けられている。長尺部材215をスイングすると、加速度計220、225は、長尺部材215の軸線に沿って加速度をモニタする。
The
好ましくは、部材215の内部には、それぞれ加速度計220、225に協動可能に接続された2つのA/Dコンバータ254、255と、これらのコンバータ254、255に接続されたマイクロプロセッサ260と、マイクロコントローラ260の出力端に接続された無線式送受信機265と、を具備する回路245を装着されている。マイクロプロセッサ260は、加速度計220、225のデジタル化された出力の差を計算し、その情報を、アンテナ235を介して、演算処理装置300に伝送する。具体的には、クラブヘッドに設けられる加速度計も、長尺部材の長方向に沿って設けられた加速度計とみなされる。
Preferably, within
また、演算処理装置300は、アンテナ315を介して伝送されたデータを受信し、以下に説明する信号を音響的に組み込んだ後、バイオフィードバック音響信号としてスピーカ355又はモニタ250に公知の方式で出力する。モニタ250は、イヤホン252と小型携帯受信機256を含めてもよい。他の実施例では、一体型受信機と、ヘッドセットを使用者が身に着けてもよい。
The
一般的背景技術を、図3を参照して説明すると、スイング分析パラメータが全体として205で示されており、測定軸をゴルフクラブ200の軸と等しくする加速度計220、225を取り付けたゴルフクラブ200が示されている。腕105と、手首110を有するプレーヤー(図示しない)は、ボール140を打つため、ヘッド230を有するクラブ200を、手首110回りに角速度ω rad/sで円運動135を描くようにスイングする。
The general background art will be described with reference to FIG. 3. A
ここで、スイングするクラブ上の特定の点における求心加速度は、同特定点に設けられかつ検出軸を長尺部材の軸線と等しくした加速度計を用いて測定することができる。一般に、この求心加速度acは、ac=ω2rの関係式を用いてクラブの角速度を瞬間的に測定するため使用される。ここで、ωはクラブヘッドの角速度(ヘッド部あるいはヘッド近傍の加速度計を想定した)であり、rは加速度計が移動する有効半径である。 Here, the centripetal acceleration at a specific point on the swinging club can be measured using an accelerometer provided at the specific point and having a detection axis equal to the axis of the long member. Generally, this centripetal acceleration a c is used to instantaneously measure the angular velocity of the club using a relational expression of a c = ω 2 r. Here, ω is an angular velocity of the club head (assuming an accelerometer near the head or the head), and r is an effective radius at which the accelerometer moves.
この加速度の大きさの最大値を推定するためには、プレーヤーがクラブヘッド速度を100mph程度でスイングできるということが留意されている。クラブヘッドが移動する円運動を形成する典型的な半径は5フィート(1.5m)程度であるが、加速度計は通常約4.5フィート(1.35m)の位置にある。このことから、求心加速度の最大測定値は1200m/s2程度となる。一般に、重力加速度 9.8m/s2により標準化すれば、約120gとなる。これは測定に必要なダイナミックレンジを画定する手段として有用である。 In order to estimate the maximum value of the acceleration, it is noted that the player can swing at a club head speed of about 100 mph. The typical radius that forms the circular motion that the club head moves is on the order of 5 feet (1.5 m), but the accelerometer is usually at a position of about 4.5 feet (1.35 m). From this, the maximum measured value of the centripetal acceleration is about 1200 m / s 2 . Generally, when standardized by gravitational acceleration of 9.8 m / s 2 , it becomes about 120 g. This is useful as a means of defining the dynamic range required for measurement.
測定誤差は、重力の影響によるものである。加速度計は、検出軸に沿って受ける全ての加速度を測定する。地球の引力は等加速度9.8m/s2であり、1gで表され、地球の中心に向かって働く。重力加速度の方向は、矢印「g」で表され、本発明においては垂直方向と定義される。 The measurement error is due to the influence of gravity. The accelerometer measures all accelerations received along the detection axis. The earth's attractive force is 9.8 m / s 2 with a constant acceleration, expressed in 1 g, and works toward the center of the earth. The direction of gravitational acceleration is represented by an arrow “g” and is defined as a vertical direction in the present invention.
図3に示すように、重力加速度gの方向に対するゴルフクラブ200の方向性は、クラブヘッド230が軌跡135に沿って移動するに従って変わる。この方向性の変化は、重力加速度に係る時間的に変化する誤差信号の原因となり、加速度計225および220の出力に現れる。
As shown in FIG. 3, the directivity of the
したがって、誤差信号は、所望の求心加速度信号に加味され得るものであり、r1およびr2にそれぞれ位置する加速度計220および225からのデータを使用して示差測定を行うことにより除去される。当業者が認識するように、各加速度計は同一の重力加速度を検出するが、運動の有効半径に従う求心加速度の大きさは検出できない。このことを要約すると、
Thus, the error signal can be added to the desired centripetal acceleration signal and is eliminated by making a differential measurement using data from
ここで、a1は加速度計220で測定された加速度である。
Here, a 1 is the acceleration measured by the
ここで、a2は加速度計225で測定された加速度である。g・rは長尺部材の軸線に沿った重力加速度の大きさを表している。式(1)と式(2)の差を取れば、以下のようになる。
Here, a2 is the acceleration measured by the
この差はω2(角速度の二乗)に比例するが、重力加速度に依存しない値となる。ここで、(r2−r1)は定数である。 This difference is proportional to ω 2 (square of angular velocity), but is a value that does not depend on the gravitational acceleration. Here, (r 2 −r 1 ) is a constant.
式(3)より、二つの加速度計を最大限離れた位置に置くことにより、発生信号が最適化されることは明らかである。これにより、一方の加速度計をグリップ端の近傍に、他方の加速度計をヘッド端近傍に置くことが望ましく、この状態がこの好適な実施例で説明されている。 From equation (3), it is clear that the generated signal is optimized by placing the two accelerometers as far apart as possible. Thus, it is desirable to place one accelerometer in the vicinity of the grip end and the other accelerometer in the vicinity of the head end, and this condition is illustrated in this preferred embodiment.
ω2、すなわち、角速度の二乗信号の代表的なプロットを図4に示す。図4の信号の平方根、すなわち、角速度ωの関係を図5に示す。図4および図5により、角速度の二乗信号であるω2信号を用いれば、感度を向上でき、スイング速度の変化に対して出力レベル大きく変化させられることが理解できる。また、ω2は、クラブの機械的回転エネルギーの尺度ともなるものである。 A representative plot of ω 2 , the square signal of angular velocity, is shown in FIG. FIG. 5 shows the relationship between the square root of the signal in FIG. 4, that is, the angular velocity ω. 4 and 5, it can be understood that if the ω 2 signal, which is a square signal of the angular velocity, is used, the sensitivity can be improved and the output level can be greatly changed with respect to the change of the swing velocity. Also, ω 2 is a measure of the mechanical rotational energy of the club.
本発明は、ω2信号を、略瞬時加速度差値の12ビットのデジタルで表されたビットをマッピングあるいは関連付けることによって、ビット群の間隔に組み込んで各群に独自の音響を与えるシステムである。すなわち、一つまたは複数の機器が和音や音符の音を出すようにしたものである。各群に独自の音を与え、その群内のビット値の関数として各音の大きさを変化させて、バイオフィードバック音響信号に情報を加え、スイングテンポの違いを認識できるようにしている。全体的な効果として、和音の調和関係を維持し、周波数チャープを避けながら、音調要素と、振幅値を変化させることができる。 The present invention is an omega 2 signals, a system for providing the bit mapping or to associate represented by 12-bit digital substantially instantaneous acceleration difference value, a unique sound in each group incorporated into the interval of the bit group. That is, one or a plurality of devices make chords and note sounds. Each group is given its own sound, the magnitude of each sound is changed as a function of the bit value in the group, and information is added to the biofeedback acoustic signal so that the difference in swing tempo can be recognized. As an overall effect, it is possible to change the tone element and the amplitude value while maintaining the harmony relationship of chords and avoiding frequency chirp.
また、本発明の好適な実施例では、選択された群に対しユニークな音を発生させるために、MIDIウェーブテーブル生成装置を使用している。 Also, the preferred embodiment of the present invention uses a MIDI wavetable generator to generate a unique sound for the selected group.
図1および図2を再び参照して説明する。加速度計225は、クラブヘッド230近傍に位置しているため、二つの求心加速度のうちより高い加速度を読み込む。加速度計のアナログ出力はA/Dコンバータ254、255に送られ、そこでデジタルデータストリームに変換されて、シリアルリンク262を介してマイクロプロセッサ260に送られ処理される。本好適な実施例には、加速度計のアナログ出力をデジタルデータストリームに変換してマイクロプロセッサ260に送るためのマイクロチップ MCP3210 12ピットA/Dコンバータを含むが、好ましくは、マイクロチップ 8ビットマイクロコントローラ PIC16F873Aである。
Description will be made with reference to FIGS. 1 and 2 again. Since the
また、マイクロプロセッサ260は、加速度計の読みを減算し、その結果の12ビットNRZデータをフォーマット化して送受信機265から演算処理装置300に伝送する。他の実施例では、減算は演算処理装置300で行われる。
Further, the
また、送受信機265は、好ましくは、マイクロプロセッサ260からのNRZシリアルデータ受信し、そのデータを同期マンチェスターコーディングに再フォーマット化して915MHzでアンテナ235に送るように構成された、チップコン社製のCC1000送受信機である。初期化値は、データ書式や周波数選択を含み、マイクロプロセッサ260にあるフラッシュメモリに格納され、シリアルリンク266により送受信機265に送られる。マイクロコントローラ260からの加速度データは、シリアルリンク264により送受信機265に送られる。
Also, the
好適な実施例に適した加速度計の選択は、以下のように進められる。上述のように、円運動を定義する代表的半径を約5フィート、クラブヘッド速度を約100mph台とし、加速度計を長尺部材215のグリップ端より約4.5フィートに取り付けることによって、加速度計225による加速度は約1200m/s2あるいは約120gとなる。従って、好適な加速度計は、アナログ装置ADXL193(AD22282)等のgレンジが120g台を有するものである。特に速いスイングをするゴルファーに対する他の実施例では、加速度計はADXL193(AD22282)等のgレンジが250gを有するものが用いられ、比較的遅いスイングのゴルファーに対する第3の実施例では、加速度計は、ADXL78(AD22280)等のgレンジが50gを有するものを用いてもよい。他の実施例では、加速度計220は、グリップ222に近いため加速度計225よりも低い等級となり、従って、加速度計225よりも低い求心加速度となる。この最後の実施例に対しては、加速度計220の出力は、好ましくは、式(3)を得るために式(1)と(2)の減算が容易になるように増減される。
The selection of a suitable accelerometer for the preferred embodiment proceeds as follows. As described above, the accelerometer is mounted at about 4.5 feet from the grip end of the
あるいは、前述のようなタイプの加速度計を複数備えて、クラブ200に取り付けたスイッチ(図示しない)により選択できるようにしてもよい。これにより、同じクラブを異なるスイング速度の複数のゴルファーが使用できるようになり、また、同一のゴルファーが、それぞれ大きく異なる複数のスイング速度で使用することも可能となる。他の実施例では、加速度計の選択は、送受信機265と送受信機330間を無線リンクにより行ってもよい。
Alternatively, a plurality of accelerometers of the type described above may be provided so that they can be selected by a switch (not shown) attached to the
図6は、演算処理装置300内の回路のブロック図である。送受信機265と、アンテナ235により送信された12ビットのデータは、アンテナ315により受信され、送受信機330によりNRZコードに復調されてNRZシリアルストリームを介してマイクロコントローラ335に送られる。シリアルバス332と334は、ブロック330と335間の通信に使用され、シリアルバス337は、ブロック335と340間の通信に使用され、バス342は、ブロック340と345間の通信に使用される。
FIG. 6 is a block diagram of a circuit in the
また、マイクロコントローラ335は、好ましくはPIC16F837Aであり、12ビットのデジタルデータストリームを受信し、その12ビット加速度信号のビットを6群にマッピングする。群1〜4は9ビット、群5は8ビット、群6は7ビットを含む。好適な実施例において各群で定義されたビットを表1に示す。
The
各群のビットはワードとして取り扱われ、マイクロコントローラ335はこのワードの数値を計算する。例えば、ワードb8−b0が000001010の場合は、ワードの値は10となる。
0でないワードの値を持つ群については、マイクロコントローラ335は、好ましくは、MIDIコマンドをシンセサイザー340に伝送し、特定の群の発信音をONし、ONされた群のワード値に比例した値と等しいONされた群の信服を指令する。これにより発生したMIDIコマンドはシンセサイザー340と連続的に交信する。シンセサイザー340は、以下に詳細に説明するように、NIDIコマンドを解釈し、これをバイオフィードバック信号値に変換する。好適な実施例では、General MIDI規格対応のCRYSTALシングルチップウェーブテーブルミュージックシンセサイザーCS9236を用いている。他の実施例では音調群が予め記録されており、この音調群をメモリーから呼び出しれ組み合わせることによって、シンセサイザーバイオフィードバック信号を形成する。
Each group of bits is treated as a word, and the
For groups with non-zero word values, the
また、好適な実施例では、シンセサイザー340はマイクロコントローラ335によりプログラムされ、各群を特定のMIDIチャンネルと関連付ける。各MIDIチャンネルは、好適な実施例における特定の和音を出すようにプログラムされ、音楽的には第5音として知られている二つの音符と、根音とその完全5度の音程を含む。基本周波数f0の第5音を用いた場合、関連する第5音の周波数は1.5f0である。他の和音関係は、図6のパネルコントロール370によりスイッチを操作して選択可能である。さらに他の実施例では、異なった和音関係を有する一連の音程を用いてもよく、また、和音関係のない一連の音程を用いてもよい。すべての群に好適な楽器はロックオルガンであるが、すべての群に対する他の楽器あるいは各群に対する異なった楽器がパネルコントロール370により選択可能である。
Also in the preferred embodiment,
好適な実施例の音程群関係あるいは音調構成を表2に示す。ここで、C4は中央C(約261.6Hz)、C3はオクターブ下(約130.8Hz)、C5はオクターブ上(約523.2Hz)等を示す。 Table 2 shows the pitch group relationship or tone structure of the preferred embodiment. Here, C4 indicates the center C (about 261.6 Hz), C3 indicates the lower octave (approximately 130.8 Hz), C5 indicates the upper octave (approximately 523.2 Hz), and the like.
各MIDIチャンネルの音の振幅値(ボリューム値)は、対応する群のビット値により決められる。例えば、群1では、ボリューム値は12ビット完全信号のビットb8−b0により定義される。ここで、b0は最小桁ビットである。ビットb8−b0のワード値が0と127の間の場合、出力ボリューム値はワード値に比例して決められる。ワード値が128から255の間の場合には、出力ボリューム値は127に比例した値に限定される。ワード値が256から511の間の場合には、出力ボリューム値は、(511−群内ビットのワード値)/2と等しく決められる。これにより群1の波形、例えば、ボリューム値が最大値127まで角加速度の二乗で増加し、127で留まり、次に負の勾配となり、角加速度がさらに増加しながら0に戻るような波形ができる。この振幅値特性を図7に示す。
The amplitude value (volume value) of the sound of each MIDI channel is determined by the bit value of the corresponding group. For example, in group 1, the volume value is defined by bits b 8 -b 0 of the 12-bit complete signal. Here, b 0 is the least significant bit. When the word value of bits b 8 -b 0 is between 0 and 127, the output volume value is determined in proportion to the word value. When the word value is between 128 and 255, the output volume value is limited to a value proportional to 127. When the word value is between 256 and 511, the output volume value is determined to be equal to (511−word value of intra-group bit) / 2. As a result, a waveform of group 1, for example, a waveform in which the volume value increases to the
この基本的なプロセスはすべての群について同じである。1から4の各群は9ビットで定義され、振幅値は各々図7に示す振幅値曲線に合致している。群5は8ビットで、群6は7ビットで定義され、これらの振幅値特性はそれぞれ127まで達し、逆方向ではないが負の勾配となる。すべての群の音の高さとボリューム値の編成結果を図8に示す。正味効果はボリューム値変化と音調成分であり、それには和音関係が維持できて周波数チャープを回避できるフォーマットでの信号増加を伴う。表2は特定のチャンネルに関係するそれぞれの和音を示す一方で、他の実施例では、1つまたは複数のチャンネルにおける複数の和音を提供する。
This basic process is the same for all groups. Each group of 1 to 4 is defined by 9 bits, and the amplitude value is matched with the amplitude value curve shown in FIG.
また、処理装置300はフラッシュメモリ365を備え、これに音響効果を組み込んだデータ(MIDIコマンドおよび12ビット加速度データの形式)を格納する。MIDIコマンドは好ましくは練習中のプレイバックに使用するが、12ビット加速度データは処理装置300の代わりにパソコンと併せて使用するか、あるいは他の音響や音響効果の実験に使用することもできる。
Further, the
また、情報は処理装置300からデータポート375を介してダウンロードできるが、他の実施例では、メモリーカードによって取り出すことも可能である。同様に、プレーヤーの自由選択で、他の音響効果仕組みを処理装置300へデータポート375を介してアップロードし、コントロールパネル370から選択することが可能である。
Information can also be downloaded from the
また、シンセサイザー340の出力は、音響効果の組み込まれた角速度二乗信号を表すデジタルデータストリームであり、クラブの回転機械エネルギーの大きさである。この信号は、アナログ値への変換のためにD/Aコンバータ345に送られる。このアナログ値は、オーディオアンプ360とスピーカ355へ送られる。D/Aコンバータ345からのアナログ信号は、アンテナ320を有する無線送信機350へ随意接続するコネクタ(図示なし)のところでも利用可能である。無線送信機350は、電波を介しての送信に使用するが、他の実施例では赤外線信号が使用される。
Also, the output of the
本発明のさらなる特徴として、図4の一般形を有するゴルフスイング曲線を重ね合わせることが可能であることが挙げられる。したがって、それらを互いに比較して、一人のユーザーあるいは様々なユーザーの間で繰り返されるスイングのスイングテンポを目に見える形で表示(および比較)することが可能である。このような情報は、その後、後で再び見ることができるように格納でき、また、例えば家庭内のユーザーに目に見える形で連絡することが可能である。このようにして、ユーザーは、例えば本発明のゴルフクラブ200を使用しているプロゴルファーのゴルフスイングを分析することができる。
従って、本発明は、従来技術にはない多くの利点を備えている。例えば、本発明は、音響効果を組み込んだ角速度二乗値を用いた音響フィードバックや、重力加速度の角速度二乗値の補正を備え、またスイング速度を表すため、掃引周波数よりもむしろ、変化する音調成分や振幅値を使用するものである。
A further feature of the present invention is that golf swing curves having the general shape of FIG. 4 can be superimposed. Therefore, they can be compared with each other to visually display (and compare) the swing tempo of a swing repeated between one user or various users. Such information can then be stored so that it can be viewed again later, and for example, a user in the home can be visibly contacted. In this way, the user can analyze the golf swing of a professional golfer who uses the
Thus, the present invention has many advantages over the prior art. For example, the present invention includes acoustic feedback using an angular velocity square value that incorporates an acoustic effect, correction of the angular velocity square value of gravitational acceleration, and represents a swing speed. The amplitude value is used.
本発明を、その好適な実施例を参照して特に説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲および精神を逸脱することなく形態や細部を変更させることができるということは明らかである。例えば、以上説明した方法や機能を遂行するために、マイクロプロセッサが所定の速さを求められる場合等は、マイクロプロセッサ機能として、一つのユニットにすべてまとめて提供することもできる。従って、以上説明したような構成要素の配置は典型的なものであり、これに限定されるものではない。 Although the invention has been particularly described with reference to preferred embodiments thereof, it is obvious that those skilled in the art can make changes in form and detail without departing from the scope and spirit of the invention. is there. For example, when the microprocessor is required to have a predetermined speed in order to perform the methods and functions described above, all the functions can be provided as a single unit in the form of a microprocessor function. Therefore, the arrangement of the components as described above is typical and is not limited to this.
同様に、角速度べき乗するべき数について、上記した説明では、すべて、実質的に2として述べられているが、誰かがこの量をわずかでも変えた場合であっても、請求範囲はそれほど限定的ではない。従って、ここでは、少なくとも大体(好ましくは正確にであるが)2と記載している。さらに、長尺部材の長手方向に沿って置かれた加速度計は、その長尺部材における部材内部または部材上に取り付けることができ、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれることは明らかである。 Similarly, in the above description of the number to be a power of angular velocity, all of the above description has been described as substantially 2, but even if someone changes this amount slightly, the claim is not so limited. Absent. Accordingly, it is described here as at least about 2 (preferably but precisely). Further, an accelerometer placed along the longitudinal direction of the elongate member can be mounted within or on the elongate member, all of which are within the scope of the claims of the present invention. is there.
最後に、同様に、センサーを、例えば長尺部材の壁面上等に物理的に取り付けない、すなわち、所定距離だけ離して分離させて取り付けるようにすることもできる。この場合、特許請求の範囲は、長尺部材の加速度は、長尺部材から物理的に分離された一つあるいは複数のセンサーにより測定される実施例を包含するものである。 Finally, similarly, the sensor may not be physically attached, for example, on the wall surface of the long member, that is, it may be attached separately by a predetermined distance. In this case, the claims include embodiments in which the acceleration of the elongated member is measured by one or more sensors physically separated from the elongated member.
Claims (12)
前記長尺部材の長手方向に沿った複数の位置において、加速度を測定するように配置された複数の加速度測定装置と、
測定された前記加速度の信号を処理して、重力の影響を低減させるとともに、角速度のべき乗数に相関したデジタル数データを形成するための第1のマイクロコントローラと、
複数のビット情報を含む前記デジタル数データと、
前記デジタル数データを受信し、前記ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ含む複数の群に関連付けるとともに、当該音調成分および当該振幅値に対応したコマンドを形成するための第2のマイクロコントローラと、
前記コマンドに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、
前記音響信号を出力する手段と、を含むバイオフィードバックシステム。 A biofeedback system comprising a long member and feeding back synthesized speech indicating the swing tempo of the long member,
A plurality of acceleration measuring devices arranged to measure acceleration at a plurality of positions along the longitudinal direction of the elongate member;
A first microcontroller for processing the measured acceleration signal to reduce the influence of gravity and to form digital number data correlated to a power of angular velocity;
The digital number data including a plurality of bit information;
A second microcontroller for receiving the digital number data and associating with a plurality of groups each including a tone component and an amplitude value corresponding to the bit information, and forming a command corresponding to the tone component and the amplitude value When,
A synthesizer for generating an acoustic signal in response to the command;
A biofeedback system comprising: means for outputting the acoustic signal.
前記長尺部材の長手方向かつ異なった位置において、当該長尺部材の加速度を示す複数の加速度信号を生成するステップと、
前記加速度信号を処理し、当該加速度信号における重力の影響を低減するステップと、
前記加速度信号が処理され、かつ、角速度のべき乗に相関した複数のビット情報をそれぞれ含んだ、一連のデジタルサンプルを形成するステップと、
群固有のデジタル値に対応した音響成分および振幅値を有する、各群のうち、前記デジタルサンプルにおける複数のビット情報に対応した群を決定するステップと、
前記群における音調成分および振幅値を表す合成音を形成するためのコマンドを生成するステップと、
前記合成音をフィードバックするステップと、を含むバイオフィードバック方法。 A biofeedback method for feeding back a synthesized sound indicating the swing tempo of a long member,
Generating a plurality of acceleration signals indicating the acceleration of the long member at different positions in the longitudinal direction of the long member;
Processing the acceleration signal to reduce the effect of gravity on the acceleration signal;
Forming a series of digital samples, wherein the acceleration signal is processed and each includes a plurality of bit information correlated to a power of angular velocity;
Determining a group corresponding to a plurality of bit information in the digital sample among each group having an acoustic component and an amplitude value corresponding to a group-specific digital value;
Generating a command for forming a synthesized sound representing a tone component and an amplitude value in the group;
Feeding back the synthesized sound; and a biofeedback method.
前記長尺部材の運動状態に対応したデジタル信号を抽出するための、前記長尺部材に連結された複数のセンサーと、
前記デジタル信号を処理して、重力の影響を低減し、角速度のべき乗に相関したマルチビットデジタル数のデータを生成するとともに、当該マルチビットデジタル数のデータを、前記ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ含む複数の群に関連付ける手段と、
前記コマンドに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、
前記音響信号を出力する手段と、を含むバイオフィードバックシステム。 A biofeedback system comprising a long member and feeding back synthesized speech indicating the swing tempo of the long member,
A plurality of sensors connected to the elongate member for extracting a digital signal corresponding to the motion state of the elongate member;
The digital signal is processed to reduce the influence of gravity and generate multi-bit digital number data correlated with the power of the angular velocity, and the multi-bit digital number data is converted into a tone component corresponding to the bit information and Means for associating with a plurality of groups each containing an amplitude value;
A synthesizer for generating an acoustic signal in response to the command;
A biofeedback system comprising: means for outputting the acoustic signal.
前記長尺部材の運動状態に対応したデジタル信号を抽出するために、当該長尺部材の長手方向に沿って取り付けられた複数のセンサーを取りつけるステップと、
前記デジタル信号を処理して、重力の影響を除去又し、前記長尺部材に沿った少なくとも2か所において、角速度のべき乗に相関したマルチビットデジタル数のデータを生成するとともに、当該マルチビットデジタル数のデータを、前記マルチビットデジタル信号の情報に対応した音調成分および振幅をそれぞれ有する複数の群にマッピングするステップと、
群固有のビット値に対応した音調成分および振幅値を有する音響信号を合成するステップと、
前記音響信号を出力するステップと、を含むバイオフィードバック方法。 A biofeedback method for feeding back audio representing the swing tempo of a long member,
Attaching a plurality of sensors attached along the longitudinal direction of the elongate member to extract a digital signal corresponding to the motion state of the elongate member;
The digital signal is processed to remove the influence of gravity, and at least two locations along the elongated member generate multi-bit digital number data correlated with the power of the angular velocity, and the multi-bit digital Mapping a number of data to a plurality of groups each having a tone component and amplitude corresponding to the information of the multi-bit digital signal;
Synthesizing an acoustic signal having a tone component and an amplitude value corresponding to a group-specific bit value;
Outputting the acoustic signal; and a biofeedback method.
マルチビットデジタル数のデータとして、運動パラメータを捕捉するために、前記長尺部材の長手方向に沿って配置された複数のセンサーと、
前記マルチビットデジタル数のデータを、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する複数の群に、それぞれマッピングする処理装置と、
マッピングされた前記マルチビットデジタル数のデータに応答し、音響信号を作成するシンセサイザーと、
前記音響信号を出力する手段と、を含むバイオフィードバックシステム。 A biofeedback system that converts the motion characteristics of a long member into speech,
A plurality of sensors arranged along the longitudinal direction of the elongate member to capture motion parameters as multi-bit digital number data;
A processor that maps the multi-bit digital number data to a plurality of groups each having a tone component and an amplitude value corresponding to bit information;
A synthesizer that produces an acoustic signal in response to the mapped multi-bit digital number data;
A biofeedback system comprising: means for outputting the acoustic signal.
マルチビットデジタル数のデータとして運動パラメータを補足するために、前記長尺部材の長手方向に沿って配置された複数のセンサーを配置するステップと、
前記マルチビットデジタル数のデータを、ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する複数の群に、それぞれマッピングするステップと、
前記マルチビットデジタル数のデータに応答し、音響信号を作成して、前記ビット情報に対応した音調成分および振幅値をそれぞれ有する音響信号を生成するステップと、
前記音響信号を出力するステップと、を含むバイオフィードバック方法。 A biofeedback method for providing a biofeedback signal to a user using a sensor to capture the motion characteristics of an elongate member,
Disposing a plurality of sensors disposed along the longitudinal direction of the elongate member to supplement motion parameters as multi-bit digital number data;
Mapping the multi-bit digital number data to a plurality of groups each having a tone component and an amplitude value corresponding to bit information;
In response to the multi-bit digital number data, creating an acoustic signal to generate an acoustic signal having a tone component and an amplitude value corresponding to the bit information;
Outputting the acoustic signal; and a biofeedback method.
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