WO2010020201A1 - Verfahren zur sensitiven erfassung breitbandiger schallereignisse - Google Patents

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Jens Hansen
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Kottke, Ulrich
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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B21/00—Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/009—Teaching or communicating with deaf persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F11/00—Methods or devices for treatment of the ears or hearing sense; Non-electric hearing aids; Methods or devices for enabling ear patients to achieve auditory perception through physiological senses other than hearing sense; Protective devices for the ears, carried on the body or in the hand
    • A61F11/04—Methods or devices for enabling ear patients to achieve auditory perception through physiological senses other than hearing sense, e.g. through the touch sense
    • A61F11/045—Methods or devices for enabling ear patients to achieve auditory perception through physiological senses other than hearing sense, e.g. through the touch sense using mechanical stimulation of nerves

Definitions

  • the invention relates to increasing the perception of acoustic signals, in particular of music, by preferably derived from this vibrations and transmitted to the skin.
  • WO 2006/092136 A2 a method and a device are known for the sensitive detection of sound events to achieve emotional or sensory states of the living skin.
  • the sound event is decomposed into a plurality of spectral regions, and from the signals representing these regions, control voltages are determined for a particular selection of given transducers acting on and / or in the living skin. The selection and the assignment to the control voltages is dependent on a signal analysis based on the signals representing the spectral ranges.
  • Object of the present invention is to achieve that even music content above the tactile frequency range, ie above about 600 hertz detected.
  • the spectral focuses of numerous rhythmic elements with sibilant-like characters Although their broad spectrum also stands out in the tactile frequency range, but it is too weak to be felt significantly. This is related to the fact that the differentiation ability of the skin in the lower frequency range is higher than in the upper frequency range.
  • the inventive method for the sensitive detection of broadband sound events provides that the sound event is recorded and audible by the natural hearing of a person and at the same time the sound event is transmitted in this person via an electronic signal recording and signal processing circuit as control voltages to a predetermined selection of donors so that these donors on and / or in the living skin make a vibration and / or other form of skin irritation.
  • the sound event is divided into a plurality of spectral regions and from the signals representing these areas, the control voltages is formed, the level of one or more spectral ranges in the tactile frequency range depending on the level of one or more spectral ranges above the tactile ' spectral range can be changed, and the or these areas are then used to control vibrators.
  • the level detection in the non-tactile range should be broadband, for example from 2 kHz.
  • the dependence of the level of the lower spectral portion on the level of the upper spectral range is preferably such that suddenly occurring voltage peaks of the upper range are transmitted to the latter from a certain minimum value by boosting the gain of the lower spectral portion.
  • the minimum value is such that only striking, rhythm-shaping, impulsive sound events, not but smaller or slow level fluctuations are detected.
  • the perceived perception correlates perfectly with the auditory impression, since the amplified spectral section is part of the heard signal and thus does not represent an external signal.
  • the gain increase can be done in one or more stages, also other donors can be switched on.
  • FIG. 1 A circuit embodiment is shown in FIG. 1
  • the music signal is supplied in parallel to a detection circuit 1 for broadband voltage overshoots and a drive circuit 2 for vibration generator 12.
  • the detection circuit consists of the series connection of a multi-pole high-pass filter 3, an amplifier 4 and a rectifier circuit 5 with a downstream low-pass filter 6 for smoothing.
  • the amplified and rectified signal filtered via these components is supplied to a comparator 9, to the reference input of which the mean value of the signal formed by means of a low-pass filter 7 is fed. With the dimensioning of the low-pass filter 7, it is determined from which edge steepness a voltage overshoot is to be detected.
  • the drive circuit 2 for vibration generator 12 consists of one or more selection filters 10 with a center frequency at about 500 Hz and a bandwidth of about 200 Hz. And from a downstream controllable amplifier 11, whose control input is connected to the output signal of the comparator 9.

Abstract

Die Erfindung betrifft die Steigerung der Wahrnehmung von akustischen Signalen, insbesondere von Musik, indem aus dieser vorzugsweise Vibrationen abgeleitet und auf die Haut übertragen werden. Dabei wird der Pegel einer oder mehrerer Spektralbereiche im fühlbaren Frequenzbereich in Abhängigkeit des Pegels einer oder mehrerer Spektralbereiche oberhalb des fühlbaren Spektralbereiches verändert. Verwendet wird eine Erkennungsschaltung (1) für breitbandige Spannungsüberhöhungen und eine Ansteuerschaltung (2) für Geber (12).

Description

Verfahren zur sensitiven Erfassung breitbandiger Schallereignisse
Die Erfindung betrifft die Steigerung der Wahrnehmung von akustischen Signalen, insbesondere von Musik, indem aus dieser vorzugsweise Vibrationen abgeleitet und auf die Haut übertragen werden.
Aus der WO 2006/092136 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum sensitiven Erfassen von Schallereignissen zur Erzielung von Gefühls- oder Empfindungszuständen der lebenden Haut. Das Schallereignis wird in mehrere Spektralbereiche zerlegt, und aus den diese Bereiche repräsentierenden Signalen werden Steuerspannungen für eine bestimmte Auswahl von vorgegebenen Gebern ermittelt, die auf und/oder in der lebenden Haut wirken. Die Auswahl und die Zuordnung zu den Steuerspannungen ist abhängig von einer Signalanalyse anhand der die Spektralbereiche repräsentierenden Signale.
Dabei wird nur der fühlbare Frequenzbereich - also jener Bereich, welcher in Vibrationen umgesetzt, spürbare Eindrücke hinterlässt - spektral zerlegt und im wesentlichen der momentan dominante Spektralbereich zur Ansteuerung der Vibrationsgeber verwendet, wobei die Anzahl der Vibrationsgeber von der Frequenzlage diese Spektralbereiches abhängig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu erreichen, dass auch Musikinhalte oberhalb des fühlbaren Frequenzbereiches, also etwa oberhalb von 600 Hertz, erfasst werden. Hier liegen die spektralen Schwerpunkte zahlreicher rhythmischer Elemente mit Zischlaut-ähnlichen Charakteren. Zwar ragt deren breitbanges Spektrum auch in den fühlbaren Frequenzbereich, jedoch ist es dort zu schwach ausgeprägt, um signifikant gespürt zu werden. Das hängt damit zusammen, dass das Differenzierungsvermögen der Haut im unteren Frequenzbereich höher ist als im oberen Frequenzbereich.
Die „Fühlbarmachung" dieser höher frequenten rhythmischen Elemente, die Bestandteil fast jeden Titels der Unterhaltungsmusik sind, würde die Wirkung eines entsprechenden Produktes zur Intensivierung des Musikerlebens beträchtlich steigern.
Eine entscheidende Bedeutung hat dabei die Herstellung der Korrellation von gehörten und gefühlten Wahrnehmungen. Bestünde diese nicht, würden beide Eindrücke als nicht zusammengehörig, als Fremdeindrücke gewertet und eine Steigerung des Musikerlebnisses wäre nicht gegeben.
Das ist auch der Grund dafür, dass zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bekannte Verfahren, bei denen Schallereignisse für Gehörgeschädigte in erlernte sensorische Wahrnehmungsmuster umgesetzt werden, nicht herangezogen werden können.
Solche Lösungen, die inhaltlich definierte akustische Signale sensorisch an gehörlose Personen übermitteln und von diesen verstanden werden durch einen vorangegangenen Lernprozess, sind bekannt aus den US-A-5035242, US-A- 4167189, EP 0766218, US-A-250637 und US-A-4390756.
Gelöst wird die Aufgabe mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruches 1, eine Schaltung beschreibt Anspruch 5, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren zur sensitiven Erfassung breitbandiger Schallereignisse, sieht vor, dass das Schallereignis durch das natürliche Hörorgan einer Person aufgenommen und hörbar gemacht wird und zeitgleich das Schallereignis bei dieser Person über eine elektronische Signalaufnahme- und Signalverarbeitungsschaltung als Steuerspannungen an eine vorbestimmte Auswahl von Gebern übermittelt wird, so dass diese auf und/oder in der lebenden Haut befindlichen Geber eine Vibration und/oder andere Form der Hautreizung vornehmen. Bei der elektronischen Signalverarbeitung wird das Schallereignis in mehrere Spektralbereiche zerlegt und aus dem diese Bereiche repräsentierenden Signalen wird die Steuerspannungen gebildet, wobei der Pegel einer oder mehrerer Spektralbereiche im fühlbaren Frequenzbereich in Abhängigkeit des Pegels einer oder mehrerer Spektralbereiche oberhalb des fühlbaren 'Spektralbereiches geändert werden kann und der bzw. diese Bereiche dann zur Ansteuerung von Vibrationsgebern verwendet werden.
Vorzugsweise wird im fühlbaren Bereich nur ein Spektralabschnitt an der oberen Grenze verwendet, während die Pegelerkennung im nicht fühlbaren Bereich breitbandig, etwa ab 2 KHz, erfolgen sollte.
Die Abhängigkeit des Pegels des unteren Spektralabschnitts von dem Pegel des oberen Spektralbereiches ist vorzugsweise derart, dass plötzlich auftretende Spannungsüberhöhungen des oberen Bereiches ab einem bestimmten Mindestwert durch Verstärkungsanhebung des unteren Spektralabschnitts auf diesen übertragen werden.
Der Mindestwert ist so bemessen, dass nur markante den Rhythmus prägende, impulsartige Schallereignisse, nicht aber kleinere oder langsame Pegelschwankungen erkannt werden .
Die gefühlte Wahrnehmung korrelliert hierbei völlig ausreichend mit dem Höreindruck, da der verstärkte Spektralabschnitt Bestandteil des gehörten Signals ist und somit kein Fremdsignal darstellt.
Die Verstärkungserhöhung kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen, auch können weitere Geber zugeschaltet werden.
Ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt .
Das Musiksignal wird parallel einer Erkennungsschaltung 1 für breitbandige Spannungsüberhöhungen und einer Ansteuerschaltung 2 für Vibrationsgeber 12 zugeführt.
Die Erkennungsschaltung besteht aus der Reihenschaltung von einem mehrpoligen Hochpassfilter 3, einem Verstärker 4 und einer Gleichrichterschaltung 5 mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter 6 zur Glättung. Das über diese Komponenten gefilterte, verstärkte und gleichgerichtete Signal wird einem Komparator 9 zugeführt, auf dessen Referenzeingang der mittels eines Tiefpassfilters 7 gebildete Mittelwert des Signales geführt wird. Mit der Dimensionierung des Tiefpassfilters 7 wird festgelegt, ab welcher Flankensteilheit eine Spannungsüberhöhung erkannt werden soll.
Ebenfalls am Referenzeingang angeschlossen ist ein Spannungsteiler 8, mit welchem festgelegt wird, wie hoch die Spannung über dem Mittelwert liegen soll, um erkannt zu werden . Die Ansteuerungsschaltung 2 für Vibrationsgeber 12 besteht aus einem oder mehreren Selektionsfiltern 10 mit einer Mittenfrequenz etwa bei 500 Hz und einer Bandbreite von ca 200 Hz. sowie aus einem nachgeschalteten steuerbaren Verstarker 11, dessen Steuereingang mit dem Ausgangssignal des Komparators 9 verbunden ist.
Mit dem Verstarkerausgangssignal werden ein oder mehrere Vibrationsgeber 12 angesteuert.
Bezugs zeichenliste
1 Erkennungsschaltung für breitbandige SpannungsÜberhöhungen
2 Ansteuerungsschaltung für die Vibrationsgeber
3 Hochpassfilter
4 Verstärker
5 Gleichrichterschaltung
6 Glättungstiefpassfilter
7 Tiefpassfilter zur Mittelwertbildung
8 Spannungsteiler
9 Komparator
10 Selektionsfilter
11 steuerbarer Verstärker
12 Geber, vorzugsweise Vibrationsgeber

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufnahme von Schallereignissen durch den menschlichen Körper, bei dem
das Schallereignis durch das natürliche Hörorgan einer Person aufgenommen und hörbar gemacht wird und
zeitgleich das Schallereignis bei dieser Person über eine elektronische Signalaufnahme- und Signalverarbeitungsschaltung als Steuerspannungen an eine vorbestimmte Auswahl von Gebern übermittelt wird, so dass diese auf und/oder in der lebenden Haut befindlichen Geber eine Vibration und/oder andere Form der Hautreizung vornehmen,
wobei bei der elektronischen Signalverarbeitung das Schallereignis in mehrere Spektralbereiche zerlegt wird und aus dem diese Bereiche repräsentierenden Signalen die Steuerspannungen gebildet werden
und wobei der Pegel einer oder mehrerer Spektralbereiche im fühlbaren Frequenzbereich in Abhängigkeit des Pegels einer oder mehrerer Spektralbereiche oberhalb des fühlbaren Spektralbereiches geändert wird und dann die diese Bereiche repräsentierenden Signale zur Ansteuerung von Gebern verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
im fühlbaren Bereich nur ein an der oberen Grenze liegender Spektralabschnitt in einem Pegel geändert wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Pegel des Spektralabschnitts im fühlbaren Bereich in Abhängigkeit des Pegels des breitbandigen Spektrums des nicht fühlbaren Bereichs etwa ab 2 KHz geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
bei plötzlich ansteigendem Pegelanstieg des Spektrums im nicht fühlbaren Bereich ab einer bestimmten Anstiegssteilheit und ab einem bestimmten Mindestwert oberhalb der Mittelwertes der im nicht fühlbaren Bereich liegende Spektralabschnitt verstärkt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem neben dem unmittelbaren Hören eines Schallereignisses mit dem Hörorgan das Schallereignis zur Erzielung von Gefühls- oder Empfindungszuständen der lebenden Haut in mehrere Spektralbereiche zerlegt wird, und aus den diese Bereiche repräsentierenden Signalen Steuerspannungen für auf oder in der Haut wirkenden Gebern erzeugt werden, wobei der Pegel einer oder mehrerer Spektralbereiche im fühlbaren Frequenzbereich in Abhängigkeit des Pegels einer oder mehrerer Spektralbereiche oberhalb des fühlbaren Spektralbereiches veränderbar sind, beinhaltend eine Erkennungsschaltung (1) für breitbandige Spannungsüberhöhungen und eine Ansteuerschaltung (2) für Geber (12), wobei die Erkennungsschaltung (1) aus der Reihenschaltung eines Hochpassfilters (3) einer Gleichrichterschaltung (5) und einem Komparator (9) besteht, auf deren Referenzeingang der über einen Tiefpassfilter (7) gebildet Mittelwert des gleichgerichteten Signals geleitet wird und an dem weiterhin ein Spannungsteiler (8) zur Fixierung des Erkennungspegels angeschlossen ist und die Ansteuerschaltung (2) für die Geber (12) mindestens einen Selektionsfilter (10) mit nachgeschaltetem steuerbaren Verstärker (11) umfasst, dessen Steuereingang mit dem Komparatorausgangsignal verbunden ist und mit dessen Ausgangssignal ein oder mehrere Geber (12) angesteuerbar sind.
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