WO2013014210A1 - Verfahren zum erzeugen eines akustischen signals zum stimulieren von gehirnwellen - Google Patents

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WO2013014210A1
WO2013014210A1 PCT/EP2012/064635 EP2012064635W WO2013014210A1 WO 2013014210 A1 WO2013014210 A1 WO 2013014210A1 EP 2012064635 W EP2012064635 W EP 2012064635W WO 2013014210 A1 WO2013014210 A1 WO 2013014210A1
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hertz
basic
frequency
acoustic signal
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Christian ZIMMERLI
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Infrasonics
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for generating an acoustic signal for stimulating brain waves, a computer-readable storage medium, a program element and an acoustic signal.
  • the activity of the human brain is characterized, among other things, by electrical potentials that can be measured, for example, by means of an electroencephalogram (EEG).
  • EEG electroencephalogram
  • the amplitude of these electrical potentials usually oscillates in a cyclic fashion, and the associated vibrations are superimposed in different frequency ranges, typically between 0 hertz and 50 hertz (Hz). These vibrations are referred to in the literature as "brain waves”.
  • the brain waves of a person are detectable in all frequency ranges and can, depending on the mood of the person or their state of activity, dominate in a specific frequency range.
  • sleep is characterized by the dominance of brainwaves in the frequency range between 0.6 hertz and 4 hertz (so-called “delta waves” which are typical of deep sleep) or between 4 hertz and 8 hertz (so-called "deep sleep”).
  • delta waves which are typical of deep sleep
  • Theta waves which are typical for light sleep as well Are asleep).
  • alpha waves represent a relaxed wakefulness of the person - so-called “beta waves”, which are assigned a frequency range from 13 hertz to 30 hertz. correspond to a vigilant, active state.
  • beta waves represent a relaxed wakefulness of the person - so-called “beta waves”
  • gamma waves that occur in situations of severe vigilance and / or concentration or agitation of a person.
  • the brainwaves of a person may be stimulated by external sensory influences, which may be, for example, of an optical nature (ambient light and / or ambient colors, rhythmic flashes) or acoustic nature (certain stimuli or a specially designed tone sequence).
  • external sensory influences which may be, for example, of an optical nature (ambient light and / or ambient colors, rhythmic flashes) or acoustic nature (certain stimuli or a specially designed tone sequence).
  • acoustic stimulation is based on so-called “binaural pulsations” (English, "binaural beats").
  • the binaural pulsations are "generated" in the brain of the person by the acoustic signals with slightly different frequency (difference usually up to 40 hertz) are supplied to the left and right ear of the person concerned, so that in the nucleus olivaris superior of the person a superposition
  • the frequency of the volume or amplitude modulation of the pulsating sound corresponds approximately to the difference of the frequencies of the two acoustic signals, the left and right ear of the person
  • the mental state of the person can be influenced by the binaural pulsations. For example, by stimulating brain waves in the delta and theta frequency range (up to 8 hertz), sleep is favored, while stimulation in the beta frequency range (13 hertz to 30 hertz) leads to increased concentration.
  • DE 10 2008 014 208 A1 describes a device based on the findings presented above for stimulating brain waves of a person in order to influence the sleep behavior of the person.
  • the device has two loudspeakers which are set up to supply a carrier signal or a modulation signal which has a slightly different frequency than the carrier signal to the left ear or the right ear of the person.
  • the superimposition of the carrier signal and the modulation signal in the person's head stimulates binaural pulsations with frequencies below 14 hertz, which in turn stimulate the person's delta waves, theta waves or alpha waves.
  • this device has the disadvantage that large-sized loudspeakers must be present in order to generate the carrier signal and the modulation signal which is necessary for the infrasound-based binaural waves (especially in a range of 2 hertz to 6 hertz). It is known in the art that such a carrier and modulation signal can typically be generated by aircraft turbines or industrial plants. It is therefore an object of the present invention to provide a simple, integrated into everyday life stimulation of the brain waves of a person in a defined frequency range.
  • This object is achieved by a method for generating an acoustic signal for stimulating brain waves based on a basic acoustic signal, an apparatus for generating an acoustic signal for stimulating brain waves based on an acoustic basic signal, a computer-readable storage medium and a program element according to the independent claims provided.
  • a method of generating an acoustic signal for stimulating brainwaves based on a fundamental acoustic signal the method providing the fundamental signal, changing a pitch of the fundamental signal by a frequency value that is at most or less than (approximately) 50 Hertz, and adding the basic signal and the pitch-increased basic signal to produce the acoustic signal comprises.
  • an apparatus for generating an acoustic signal for stimulating brain waves based on a fundamental acoustic signal comprising a pitch changing unit for changing a pitch of the fundamental signal by a frequency value that is at most (about) 50 Hertz. and an adder for adding the basic signal and the pitch-increased fundamental signal to produce the acoustic signal.
  • a computer-readable storage medium wherein in the computer-readable storage medium is a program for generating an acoustic signal for stimulating brainwaves based on a fundamental acoustic signal, which program, when executed by a processor, executes or controls a method of generating an acoustic signal to stimulate brainwaves based on a fundamental acoustic signal described above.
  • a program element for generating an acoustic signal for stimulating brain waves is provided based on a basic acoustic signal, which program element, when executed by a processor, comprises a method for generating an acoustic signal for stimulating Brain waves based on a basic acoustic signal, which is described above, executes or controls.
  • an acoustic signal produced by the method described above for generating an acoustic signal for stimulating brainwaves is provided.
  • acoustic signal may in particular designate a sound signal which may propagate at a frequency or (different) frequencies of a frequency mixture
  • the frequency or the frequencies of the acoustic signal may be constant in time or may change with time.
  • pitch of an acoustic signal may in particular denote a frequency or frequencies of a frequency mixture which is or are associated with the pitch of the acoustic signal.
  • pitch change of an acoustic signal by a frequency value may in particular designate a shift of the frequency (s) of the signal by the frequency value (constant over time for all frequencies)
  • cent may be defined in accordance with the standard DIN 13320, as it is known on the filing date of the present application.
  • generating an acoustic signal may in particular designate a generation of the (actually existing) acoustic signal, which may be measurable.
  • stimulating brainwaves may refer to stimulating brainwaves, which may be perceived differently depending on the recipient, in which case the recipient of the stimulation may be a person or any mammal, in particular the stimulated brainwaves may have a dominant frequency or a dominant one Have frequency range.
  • a person's brainwave may be stimulated by exposing the person to an acoustic signal that may be generated by adding two acoustic signals.
  • a first signal to be added corresponds to a basic signal changed by the pitch change
  • the second signal to be added corresponds to the basic signal.
  • a frequency difference between a frequency of the fundamental signal and a frequency of the changed fundamental signal is at most about 50 hertz, so that the addition of the fundamental signal and the changed fundamental signal can produce a beat signal whose amplitude is approximately (in first order mathematically in first order approximation) with the frequency difference between the frequency of the fundamental signal and the frequency of the changed fundamental signal.
  • the amplitude modulation (one envelope) of the beat signal may be associated with a volume modulation of the generated acoustic signal. Consequently, an actual audible acoustic signal can be generated whose volume - similar to the subjectively perceptible binaural pulsations - can modulate with a difference frequency of the original signals.
  • the frequency value may be a non-zero value.
  • the frequency value may be at least about 0.1 hertz or less.
  • the method can be implemented, in particular, by providing the basic acoustic signal as an analog basic signal and, as described above, by processing the pitch of the analog basic signal and adding the analog basic signal and the pitch-changed analog basic signal. Thereafter, the acoustic signal to a receiver, so the person or another mammal, supplied and the receiver can be sonicated with the generated signal by the generated analog acoustic signal can be output to the receiver.
  • the signal output can be effected by means of an output unit of the device or by means of a separate output device.
  • the output unit or the output device may be, for example, a speaker or a headphone. It is also possible for the basic acoustic signal to be provided as a digital basic signal and processed as described above.
  • a corresponding digital-to-analog signal conversion of the generated acoustic signal by means of a digital-to-analog converter before the converted analog signal can be supplied to the receiver.
  • the digital-to-analog converter can be integrated in the output unit or the output device or be provided in the signal processing direction in front of the output unit or the output device, for example in a circuit of the device.
  • the basic acoustic signal can also be provided as an analog basic signal and converted by means of an analog-to-digital converter into a digital basic signal before the digital basic signal as described above can be processed.
  • the analog-to-digital signal conversion can also be performed at a suitable location during signal processing. Further digital-to-analog signal conversion may, for example, be performed during or after the signal processing described above before the signal can be supplied to the receiver.
  • This type of person's brain wave stimulation can be a novel, unprecedented approach, although there have been several scientific studies in the field for about 60 years.
  • the stimulation of the brain waves can be carried out particularly accurately because instead of the binaural pulsations perceived in the person's head, which can occur due to the "imaginary" superposition of two acoustic signals, an actual beat signal can be generated which has an exactly definable and adjustable amplitude modulation frequency can.
  • the stimulation of the brain waves can be carried out particularly easily, since conventional signal processing methods, such as a pitch change of the basic acoustic signal or an addition of two acoustic signals, can be used to generate the acoustic signal that can be supplied to the person.
  • conventional signal processing methods such as a pitch change of the basic acoustic signal or an addition of two acoustic signals, can be used to generate the acoustic signal that can be supplied to the person.
  • the stimulation of the brain waves can be carried out particularly easily, since the method can be executed using any basic acoustic signal. Further, it may not be necessary to provide another basic acoustic signal to generate a suitable beat signal.
  • the stimulation of the brain waves can be carried out particularly efficiently, since few steps may be necessary for generating the acoustic signal.
  • the device may be designed to be particularly inexpensive, since a few components may be necessary for carrying out the method.
  • the stimulation of the brain waves can be carried out directly without the use of further aids and / or without a caregiver, for example a doctor, because the method has few steps and a corresponding device can be constructively simple in design and easy to operate for a layman can.
  • the method may further comprise frequency filtering the pitch-changed or fundamental signal before adding.
  • the acoustic signal resulting from the addition may correspond to the fundamental signal for the filtered frequency (s) and to the unfiltered frequency (s) the above-described beat signal. This measure can cause a signal processing overhead in the addition can be reduced, since the signal addition can be performed only for the unfiltered (s) of the fundamental acoustic signal.
  • the resulting acoustic signal may be compatible with a sound sense of the person, as such a frequency or those frequencies can be filtered, which can generate a dissonant acoustic signal in the addition of the person.
  • the frequency filtering of the basic signal may be performed before a pitch change of the basic signal, so that a signal processing overhead in the Pitch change can be significantly reduced because the filtered frequency signal has a lower complexity and in particular may include a lower frequency bandwidth.
  • the frequency filtering of the fundamental signal after the pitch change of the fundamental signal may allow the acoustic signal to have maximum amplitude modulation in the filtered frequency range, depending on the fundamental signal used, whereby personal perception of the acoustic signal can be improved.
  • the frequency filtering may include passing a frequency range of the pitch-changed or fundamental signal to be changed.
  • the frequency range may include a single frequency or a plurality of frequencies that may form a contiguous or non-contiguous interval.
  • the plurality of frequencies may correspond to a narrow frequency range or another frequency range.
  • This type of frequency filtering is a particularly simple and conventionally known frequency filtering, so that known technical mechanisms for frequency filtering can be used and a development effort for the frequency filtering can be low.
  • a signal processing component which may be associated with this type of frequency filtering may comprise or be a bandpass filter.
  • the frequency range may include frequencies between at least (about) 100 hertz and at most (about) 600 hertz, in particular frequencies between at least (about) 150 hertz and at most (about) 550 hertz, more particularly frequencies between at least (about) 200 hertz and at most (about ) Have 500 hertz.
  • the frequency range may include frequencies between greater than (about) 100 hertz and less than (about) 600 hertz, in particular frequencies between greater than (about) 150 hertz and less than (approximately) 550 hertz, more particularly frequencies between greater than (approx. about 200 hertz and less than (about) 500 hertz.
  • These frequency ranges can be about the frequency ranges of spoken speech or music in the fundamental range, so that the generated acoustic signal for stimulating brainwaves, similar to the subjectively perceptible "binaural pulsations", may have a similar pitch as the speech or music, giving the person who is the acoustic Can not be disturbed by unknown sounds, this effect can be amplified the smaller the interval is centered around 350 hertz.
  • the frequency range may include frequencies between at least (about) 400 hertz and at most (about) 1100 hertz, in particular a frequency range of at least (about) 450 hertz and at most (about) 1050 hertz, more particularly frequency ranges between at least (about) 500 hertz and at most ( about) 1000 hertz.
  • the frequency range may include frequencies between greater than (about) 400 hertz and less than (about) 1100 hertz, in particular a frequency range greater than (about) 450 hertz and less than (approximately) 1050 hertz, more particularly frequency ranges greater than have (about) 500 hertz and less than (about) 1000 hertz.
  • these frequency ranges correspond to those frequency ranges whose volume can preferably be perceived by the person.
  • the basic signal and the pitch-changed basic signal can be added weighted, so that, for example, a volume adjustment of both signals can take place during the adding, so that the acoustic signal for the unfiltered frequencies can be in the range of the greatest sensitivity of the person.
  • the weighted addition of the fundamental signal and the modified and frequency-filtered fundamental signal can also compensate for a volume loss of the changed and frequency-filtered fundamental signal due to the frequency filtering.
  • the corresponding weighting or Multiplication factors of the basic signal and the changed basic signal can either be fixed or dynamically selected.
  • a portion of the fundamental signal in the acoustic signal may be at least or greater than about 35 percent to at most or less than about 45 percent, and a portion of the altered fundamental signal in the acoustic signal may be at least or greater than about 55 percent to at most or less than about 65 percent Be percent.
  • the basic signal (not changed) can be delayed before adding so that the delayed basic signal and the pitch-changed and frequency-filtered basic signal can be synchronized with one another.
  • the term "synchronized” may mean that the delayed fundamental signal and the modified and frequency-filtered fundamental signal have an identical phase relationship,
  • a duration of the delay may correspond to a processing time of the changed and frequency-shifted fundamental signal, in other words, the term "synchronized” be that the delayed basic signal and the pitch-changed and frequency-filtered signal, so the two channels of the basic acoustic signal can be resynchronized, so that the two signals can be clocked as the phases of the two signals were prior to signal processing relative to each other ,
  • the basic signal and the generated acoustic signal can have a same phase, since an addition of equal signal components of the basic signal and the changed basic signal can be made possible.
  • the generated acoustic signal in the region of the unfiltered frequency (s) may represent a non-"distorted" beat signal, which can significantly enhance pacing
  • the basic signal changed or to be changed in pitch can be delayed prior to adding so that the basic signal and the pitch-variable, frequency-filtered delayed basic signal can be synchronized with one another.
  • Changing the pitch of the fundamental signal may include or increasing the pitch of the fundamental signal by the frequency value, so that an intuitively particularly simple mathematical instruction, namely, adding the frequency (s) of the fundamental signal and the frequency value may be used to generate the acoustic signal to create.
  • changing the pitch of the basic signal may decrease the pitch of the fundamental signal by the frequency value, whereby the changed fundamental signal may also be formed.
  • the frequency value may be between at least (about) 0.1 Hertz and at most (about) 4 Hertz, between at least (about) 4 Hertz and at most (about) 8 Hertz, between at least (about) 8 Hertz and at most (about) 13 Hertz; between at least (about) 13 hertz and at most (about) 30 hertz, or between at least (about) 30 hertz and at most (about) 50 hertz, so that stimulation of the brain waves in delta, theta, alpha, beta or Gamma range can be generated.
  • the frequency value may be between more than (about) 0.1 Hertz and less than (about) 4 Hertz, between more than (about) 4 Hertz and less than (about) 8 Hertz, between more than (about) 8 Hertz and less than (about) 13 hertz, between more than (about) 13 hertz and less than (about) 30 hertz, or between more than (about) 30 hertz and less than (about) 50 hertz.
  • the frequency value can be fixed, so that, depending on the desired frequency (s) of the brain waves to be stimulated and / or depending on the desired effect to be stimulated (for example, sleep, relaxation, meditation or concentration increase, which correspond to the above-mentioned frequency ranges) corresponding "binaural pulsations" generated and the brain waves with the same frequency as the "binaural pulsations" can be stimulated.
  • the frequency value can be arbitrarily selected, so that any desired influencing of the brain activity of the person can take place.
  • the basic signal can be monophonic.
  • the term "monophonic" may refer to such a signal which can be generated by means of a single sound source and / or output by means of a single loudspeaker channel
  • a monophonic fundamental signal can be processed particularly simply by the method described above since such a fundamental signal consists of a sound wave
  • an amplitude modulated beat signal can be generated which can be understood as a monaural signal to effect brain wave stimulation.
  • the monophonic basic signal can comprise spoken speech and / or music.
  • This type of basic signal can be generated particularly easily and create a familiar environment for the person during the stimulation of the brain waves
  • the method may further provide a further basic acoustic signal, changing a pitch of the further basic signal by a further frequency value which may be at most (about) 50 Hertz, and adding the further basic signal and the pitch-shifted further basic signal to another acoustic signal to generate, wherein the further basic acoustic signal can be monophonic.
  • two monophonic basic signals can be processed separately, but in a similar manner, so that two monophonic acoustic signals can be generated and (in particular synchronized and / or spatially separated) can be supplied to the left and right ear of a person.
  • signals with a monaural and / or binaural component can be generated, so that the effectiveness of stimulating the brain waves can be increased.
  • the frequency value and the further frequency value can be identical, so that the acoustic and the further acoustic signal can have an identical frequency or identical frequencies.
  • the acoustic signal and the further acoustic signal can be supplied spatially separated (for example by means of headphones) to the left and right ear of the person. Consequently, the generated acoustic signal and the further acoustic signal together can form a monaural signal to stimulate the brain waves.
  • the acoustic signal and the further acoustic signal may have a frequency difference or frequency differences, which may be or may be at most (about) 50 Hertz, so that the acoustic signal and the further acoustic signal form a binaural signal to the brain waves in the desired frequency range to stimulate.
  • binaural pulsations may be stimulated at a different frequency in the subject's brain when the auditory signal and the further audible signal are heard separately.
  • the measures, technical effects and advantages described above and below with reference to the basic acoustic signal and / or the acoustic signal can also apply to the further basic acoustic signal and / or the further acoustic signal.
  • the fundamental signal can be formed stereophonically and / or (with) incoherence parts).
  • stereophonically acoustic signal may designate such a sound wave which may have two sound components which can be generated by means of two separate sound sources and / or output by means of two separate loudspeaker channels
  • incoherent signal can in particular be a sound wave with two sound components denote whose phase relationship may be temporally variable.
  • stimulation of the brainwaves can be performed using a complex fundamental signal to produce a binaural signal.
  • the method may be performed based on a variety of basic signals.
  • a temporal adaptation of the person to the generated signal can be avoided, as can occur with a monophonic signal, so that the person exposed to the acoustic signal does not receive the acoustic signal as a constant noise, for example as a buzzer , can perceive.
  • the fundamental signal and / or the further basic signal may comprise music (for example of the jazz type), so that the stimulation of a person's brain waves can be effected particularly easily by means of conventional entertainment music. Furthermore, the stimulation of the brain waves can be done using music without actual knowledge of the person and / or integrated in the person's daily routine.
  • a dynamic beat signal can be generated by means of music, so that a temporal adaptation of the person to the beat signal, which can be avoided, for example, at a static (ie a propagation frequency) acoustic signal with an amplitude modulation frequency of below about 50 Hertz.
  • music may represent one embodiment of a stereophonic signal.
  • the basic signal and / or the further basic signal can have spoken speech, so that the stimulation of the brain waves of a person can be effected by a familiar sound environment.
  • the spoken language may represent one embodiment of a stereophonic signal.
  • the basic signal and / or the further basic signal can have any desired acoustic signal, for example a sequence of tones which can not represent music.
  • the method may further provide a further basic acoustic signal, changing a pitch of the further basic signal by a further frequency value which may be at most or less than (about) 50 Hertz, and adding the further basic signal and the other fundamental signal changed in pitch to produce a further acoustic signal have, wherein the basic acoustic signal and the further fundamental acoustic signal can be formed stereophonic. In this way, two binaural signals can be generated.
  • the frequency value by which the basic signal and the further basic signal can be changed can be the same or different.
  • the measures, technical effects and advantages described above and below with reference to the basic acoustic signal and / or the acoustic signal can also apply to the further basic acoustic signal and / or the further acoustic signal.
  • the basic signal can be designed as a surround signal.
  • the term "surround signal" may refer to a six-channel acoustic signal, and the channels of the surround signal may be processed by the method described above so that the generated acoustic signal corresponding to the six channels may have six binaural signal portions
  • the multi-channel basic signal can be combined with another acoustic multichannel basic signal, as described above in connection with the monophonic and stereophonic fundamental signal,
  • a selection of the channels can be made, which can be processed by means of the described method a multi-channel basic signal can in particular enable a three-dimensional reproduction of the generated acoustic signal, the For example, in the automotive industry in high-quality motor vehicles is used.
  • the method may be used in the automotive industry to increase the concentration of the driver of a car by stimulating beta brainwaves.
  • the method may be used in the field of training a person's memory ability by stimulating brainwaves having a frequency range of about 13 hertz to about 30 hertz by hearing the generated acoustic signal. Brainwaves in this frequency range may correspond to beta waves and be associated with high attention and concentration of the person. Exercising the memory ability of the person may be associated with a performance enhancement of the person's brain.
  • the generated signal may include music that may be played to the person during a training phase of the brain.
  • simple intelligence and memory tests have been performed which demonstrate that a person's brain performance can be achieved when the person is exposed to music.
  • the method may be used in the field of training the concentration ability of a person suffering from Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) by stimulating brain waves having a frequency range of about 13 hertz to about 30 hertz by hearing the generated acoustic signal.
  • ADHD Attention Deficit Hyperactivity Disorder
  • the apparatus for generating an acoustic signal for stimulating brain waves will be described. These embodiments also apply to the respective methods, the computer-readable storage medium concerned, the relevant program element and the relevant acoustic signal.
  • the (devices of) the device can be realized by suitable components of a circuit or a plurality of circuits. Such components may include, for example, capacitors, capacitors, logic elements, transistors, etc., and / or may be integrated with a processor of a computer.
  • the device may be configured to carry out the method described above.
  • the device can be designed as a digital signal processor (DSP) or as a digital sound processor (SPU).
  • DSP digital signal processor
  • SPU digital sound processor
  • the computer-readable storage medium can be designed as a volatile memory, as a non-volatile memory, as a CD, as a DVD, as a USB stick, as a floppy disk or as a hard disk.
  • the program element may be stored in a computer-readable storage medium as described above.
  • the program element may be identical to or part of a software routine, source code, or executable code.
  • acoustic signal can be stored on a computer-readable storage medium and / or as a program element.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for generating an acoustic signal for stimulating brainwaves based on a fundamental acoustic signal in accordance with an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a block diagram illustrating a method for generating two acoustic signals for stimulating brain waves based on two basic acoustic signals according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an apparatus 100 for generating an acoustic signal 102 for stimulating beta brain waves of a person similar to binaural pulsations according to an embodiment of the invention.
  • the person will hear the audible signal 102 by means of both ears 106, 108 of the person 104.
  • the device 100 will be used to wake the person 104 from a state of drowsiness during a car drive since the stimulated beta brainwaves are to be associated with increased attention of the person.
  • the device 100 is integrated in a car radio of a motor vehicle in which the person is located.
  • the device 100 has a first and second signal processing branch 110, 112 of a circuit of the device 100, which are connected to one another by means of an adding unit 114.
  • the adding unit 114 is configured to add the signals provided by the first and second signal processing branches 110, 112 in a weighted manner and to output a corresponding output hopping signal.
  • the weighting is fixed by the adding unit 114, so that 40 percent of the basic signal (multiplication factor 0.4 for the amplitude of the basic signal 115) and 60 percent of the changed basic signal (multiplication factor 0.6 for the amplitude of the changed basic signal 115) are added.
  • the first and second signal processing branches 110, 112 are supplied with the basic signal 115, which comprises music in the form of radio pop songs.
  • the basic signal 115 is shown schematically in FIG. 1 as a section of staves with tones.
  • the fundamental signal 115 has a frequency mixture with frequencies between at least about 20 hertz and at most about 20 kilohertz, and is formed stereophonically with two incoherent fundamental signal components which have a time-varying phase relationship.
  • the first signal processing branch 110 has a pitch-increasing unit 116 and a downstream band-pass filter unit 118.
  • the pitch increasing unit 116 is thereto arranged to increase the incoming fundamental signal 115 of the first signal processing branch 110 in pitch by a constant frequency value of 17 Hertz
  • the band pass filter unit 118 is adapted to filter an output signal of the pitch increasing unit 116 such that only signal components with frequencies within a frequency range of at least 300 hertz to at most 500 hertz and passed to the adder 114.
  • the frequency value of 17 Hertz is fixed by the pitch increase unit 1 16.
  • the transmitted cut-off frequencies of 300 hertz and 500 hertz can not be filtered and thus not passed to adder 114.
  • the second signal processing branch 112 has a delay unit 120 which is set up to delay the incoming basic signal 115 such that the delayed basic signal 115 and the basic signal 115 provided by the first signal processing branch 110, which is pitch-raised and frequency-filtered, are synchronized with one another for the fundamental signal 115 and the generated acoustic signal 102 to have an equal phase relationship of the different signal components.
  • the device 100 likewise has a loudspeaker 122, which is connected on the output side of the device 100 to the adding unit 114 and is adapted to output the acoustic signal 102, which corresponds to the output signal of the adding unit 114.
  • the frequency value may be arbitrarily selected by the pitch increasing unit 116, and the frequency range of the bandpass filter unit 118 by the bandpass filter unit 118 and the signal weighting of the adding unit 114 by the adder 114 may be dynamically adjusted depending on the frequency value. It is also possible that the selection of the frequency value, the adjustment of the frequency range and the adjustment of the signal weighting by a control unit, such as a processor, are controllable.
  • the basic acoustic signal 115 is supplied to the first and second signal processing branches 110, 112.
  • Each tone of the fundamental acoustic signal 115 is increased in the first signal processing branch 110 by the pitch increase unit 116 by the frequency value of 17 Hertz, so that the increased base signal 115 has a frequency mixture of frequencies between at least 37 hertz and at most 20.017 kilohertz.
  • the pitch-increased basic signal 115 is filtered by the bandpass filter unit 118 such that the bandpass filter unit 118 outputs a signal within a frequency range of at least 300 Hertz and at most 500 Hertz.
  • the bandpass filter unit 118 cuts the fundamental signal 115 in the frequency ranges below 300 hertz and above 500 hertz.
  • the basic signal 115 fed to the second signal processing branch 112 is delayed in its phase by means of the delay unit 120, so that the basic signal 115 output by the delay unit 120 and the basic signal 115 output by the bandpass filter unit 118 are synchronized.
  • the output signal of the delay unit 120 and the output signal of the bandpass filter unit 118 are fed to the adder unit 1 14, which forms the sum of both signals weighted and frequency-wise and outputs a corresponding beat signal to the loudspeakers 122, which is the acoustic signal 102 to the left and right ears 106. 108 of the person 104 is supplied.
  • a beat signal is formed in the range of at least 300 hertz to at most 500 hertz, which (for each frequency of the fundamental signal 115) is at the center frequency of the frequency of the delayed fundamental signal 115 and the frequency of the pitch-increased and frequency-filtered fundamental signal 115 oscillates and its amplitude approximates (for each frequency of the fundamental signal 115) the difference of the frequency of the delayed fundamental signal 115 and the frequency Frequency of the pitch-increased and frequency-filtered fundamental signal 115 changes.
  • the weighting of the fundamental signal 115 and the pitch-increased and frequency-filtered fundamental signal 115 causes the acoustic signal 102 to have a beat in the region of maximum sensitivity of the subject 104.
  • the frequency-filtered signal In a range between at least 20 hertz to less than 300 hertz and in a range of greater than 500 hertz and at most 20 kilohertz, no addition occurs since the frequency-filtered signal only includes the frequency range of at least 300 hertz to at most 500 hertz.
  • the delayed basic signal 115 corresponds to the acoustic signal 102.
  • the amplitude modulation of the acoustic signal 102 corresponds to the audible "binaural pulsations" heard by the person 104 and stimulates the production of the beta brain waves of the person 104.
  • FIG. 2 shows a further device 200 for generating first and second acoustic signals 202a, b for stimulating beta brainwaves of the person 104 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the device 20 also serves to increase the concentration of the person 104 and is integrated in a car radio.
  • the device 200 is similar to the device 100, but has two identical device sections 230a, b, each identical to the device 100. Therefore, each device section 230a, b has a first and second signal processing branch 110a, b, 112a, b, which are coupled by means of an adding unit 114a, b to a first and second loudspeaker 122a, b, respectively, via which the first and second acoustic signal 202a, respectively b is output and the left ear 106 of the person 104 and the right ear 108 of the person 104 is supplied.
  • the speakers 122a, b may be integrated in a headphone.
  • the device 200 operates on a first monophonic ground signal 215a supplied to the device section 230a and on another monophonic ground signal 215b supplied to the device section 230b.
  • the basic signals 215a, b are identical in terms of their tone sequence (and thus with respect to their frequency composition) and are phase-synchronized.
  • the basic signal 215a, b is formed as a spoken language of an audio book.
  • Operation of device 200 is similar in operation to device 100 with respect to the operation of device sections 230a, b.
  • the output acoustic signals 202a, b are beat signals in the range of the frequencies passed by bandpass filter unit 118, as weighted by the one described in FIG Addition of the pitch-raised and frequency-filtered fundamental signal 215a, b in the first signal processing branch 110a, b and the delayed basic signal 215a, b are formed in the second signal processing branch 112a, b and their amplitude approximately equal to the frequency difference between the frequency of the delayed basic signal 215a, b and the frequency of the pitch-increased and frequency-filtered fundamental signal 215a, b modulated. Since the acoustic signals 202a, b are supplied separately to the left and right ears 106, 108 of the person 104, identical binaural beta waves are stimulated in the head of the person 104.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals (102) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal (115). Um eine einfache, in den Alltag integrierbare Stimulation von Gehirnwellen einer Person in einem definierten Frequenzbereich zu ermöglichen, weist das Verfahren Bereitstellen des Grundsignals (115), Ändern einer Tonhöhe des Grundsignals (115) um einen Frequenzwert, der höchstens 50 Hertz beträgt, und Addieren des Grundsignals (115) und des in der Tonhöhe geänderten Grundsignals (115), um das akustische Signal (102) zu erzeugen, auf. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung (100) zum Erzeugen eines akustischen Signals (102) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal (115), ein computerlesbares Speichermedium, ein Programm-Element und akustisches Signal.

Description

Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen, ein computerlesbares Speichermedium, ein Programm-Element und ein akustisches Signal.
Die Aktivität des menschlichen Gehirns zeichnet sich unter anderem durch elektrische Potenziale aus, die beispielsweise mittels eines Elektroenzephalogramms (EEG) gemessen werden können. Die Amplitude dieser elektrischen Potenziale schwingt üblicherweise in einer zyklischen Art, und die zugeordneten Schwingungen überlagern sich in unterschiedlichen Frequenzbereichen, die in der Regel zwischen 0 Hertz und 50 Hertz (Hz) umfassen. Diese Schwingungen werden in der Literatur als„Gehirnwellen" bezeichnet.
Die Gehirnwellen einer Person sind in allen Frequenzbereichen feststellbar und können, abhängig von der Stimmung der Person oder ihres Aktivitätszustandes, in einem spezifischen Frequenzbereich dominieren. Beispielsweise zeichnet sich der Schlaf bei einer gesunden Person durch die Dominanz von Gehirnwellen im Frequenzbereich zwischen 0,6 Hertz und 4 Hertz (sogenannte„Delta- Wellen", die typisch für den Tiefschlaf sind) oder zwischen 4 Hertz und 8 Hertz (so genannte„Theta- Wellen", die typisch für den leichten Schlaf sowie die Einschlafphase sind) aus. Bei einer Dominanz von Gehirnwellen in einem Frequenzbereich zwischen 8 Hertz und 13 Hertz wird von„Alpha- Wellen" gesprochen, die einem entspannten Wachzustand der Person darstellen. Sogenannte„Beta- Wellen", die einen Frequenzbereich von 13 Hertz bis 30 Hertz zugeordnet sind, entsprechen einem wachsamen, aktiven Zustand. Bei Frequenzen oberhalb von 30 Hertz spricht man von„Gamma- Wellen", die in Situationen von starker Vigilanz und/oder Konzentration oder Aufregung einer Person auftreten.
Die Gehirnwellen einer Person können durch äußere Sinneseinflüsse stimuliert werden, die beispielsweise optischer Natur (Umgebungslicht und/oder Umgebungsfarben, rhythmische Blitze) oder akustischer Natur (bestimmte Reize oder eine speziell gestaltete Tonfolge) sein können. Eine Möglichkeit der akustischen Stimulation basiert auf sogenannten„binauralen Pulsationen" (engl, „binaural beats"). Die binauralen Pulsationen werden im Gehirn der Person„erzeugt", indem dem linken und rechten Ohr der betreffenden Person akustische Signale mit geringfügig unterschiedlicher Frequenz (Unterschied in der Regel bis zu 40 Hertz) zugeführt werden, so dass im Nucleus olivaris superior der Person eine Überlagerung der beiden akustischen Signale (ähnlich einer Schwebung zweier Schallwellen) auftritt und dadurch ein pulsierender Ton subjektiv erzeugt wird. Die Frequenz der Lautstärken- oder Amplitudenmodulation des pulsierenden Tons entspricht näherungsweise der Differenz der Frequenzen der beiden akustischen Signale, die dem linken und rechten Ohr der Person zugeführt werden. Dieses Phänomen wurde erstmals im Jahr 1841 in Grundzügen beschrieben (siehe Dove„Über die Combination der Eindrücke beider Ohren und beider Augen zu einem Eindruck", Königliche Preußische Akademie der Wissenschaften zu Berlin) und im Jahr 1971 in einem wissenschaftlichen Artikel ausführlich dargelegt (siehe Gerald Oster, "Auditory beats in the brain", Scientific American).
Die stimulierende Wirkung der binauralen Pulsationen in Bezug auf Gehirnwellen wurde in verschiedenen wissenschaftlichen Studien (vor allem in den 1990er und 2000er Jahren) belegt. So kann man beispielsweise Gehirnwellen im Frequenzbereich um 6 Hertz verstärken, indem man dem linken und rechten Ohr des Subjekts akustische Signale zuführt, die unter sich eine Frequenzverschiebung von 6 Hertz aufweisen.
Ferner ist es allgemein anerkannt, dass der Gemütszustand der Person mittels der binauralen Pulsationen beeinflusst werden kann. Beispielsweise wird durch Stimulation der Gehirnwellen im Delta- und Theta-Frequenzbereich (bis 8 Hertz) der Schlaf begünstigt, während eine Stimulation im Beta-Frequenzbereich (13 Hertz bis 30 Hertz) zu erhöhter Konzentration führt.
DE 10 2008 014 208 AI beschreibt eine auf den oben dargestellten Erkenntnissen basierende Vorrichtung zum Stimulieren von Gehirnwellen einer Person, um das Schlafverhalten der Person zu beeinflussen. Dazu weist die Vorrichtung zwei Lautsprecher auf, die dazu eingerichtet sind, ein Trägersignal beziehungsweise ein Modulationssignal, das eine geringfügige unterschiedliche Frequenz als das Trägersignal aufweist, dem linken Ohr beziehungsweise dem rechten Ohr der Person zuzuführen. Durch die Überlagerung des Trägersignals und des Modulationssignals im Kopf der Person werden binaurale Pulsationen mit Frequenzen unterhalb von 14 Hertz stimuliert, die wiederum sogenannte Delta- Wellen, Theta- Wellen oder Alpha- Wellen der Person stimulieren.
Diese Vorrichtung weist allerdings den Nachteil auf, dass großdimensionierte Lautsprecher vorhanden sein müssen, um das Trägersignal und das Modulationssignal zu erzeugen, das für die Infraschall-basierten binauralen Wellen (vor allem in einem Bereich von 2 Hertz bis 6 Hertz) notwendig ist. Aus der Praxis ist bekannt, dass ein solches Träger- und Modulationssignal typischerweise von Flugzeugturbinen oder industriellen Anlagen erzeugt werden können. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, in den Alltag integrierbare Stimulation der Gehirnwellen einer Person in einem definierten Frequenzbereich bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal, ein computerlesbares Speichermedium und ein Programm-Element gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
Gemäß einem exemplarischen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal bereitgestellt, wobei das Verfahren Bereitstellen des Grundsignals, Ändern einer Tonhöhe des Grundsignals um einen Frequenzwert, der höchstens oder weniger als (etwa) 50 Hertz beträgt, und Addieren des Grundsignals und des in der Tonhöhe erhöhten Grundsignals, um das akustische Signal zu erzeugen, aufweist.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Tonhöhenänderungseinheit zum Ändern einer Tonhöhe des Grundsignals um einen Frequenzwert, der höchstens (etwa) 50 Hertz beträgt, und eine Addiervorrichtung zum Addieren des Grundsignals und des in der Tonhöhe erhöhten Grundsignals aufweist, um das akustische Signal zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, wobei in dem computerlesbaren Speichermedium ein Programm zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal, das oben beschrieben ist, ausführt oder steuert.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Aspekt der Erfindung wird ein Programm-Element zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal bereitgestellt, welches Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal, das oben beschrieben ist, ausführt oder steuert.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Aspekt der Erfindung wird ein akustisches Signal, das durch das oben beschriebene Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen hergestellt ist, bereitgestellt.
Der Begriff„akustisches Signal" kann insbesondere ein Schallsignal bezeichnen, das sich mit einer Frequenz oder (unterschiedlichen) Frequenzen eines Frequenzgemisches ausbreiten kann. Die Frequenz oder die Frequenzen des akustischen Signals können zeitlich konstant sein oder können sich zeitlich verändern.
Der Begriff „Tonhöhe" eines akustischen Signals kann insbesondere eine Frequenz oder Frequenzen eines Frequenzgemisches bezeichnen, die der Tonhöhe des akustischen Signals zugeordnet ist oder sind.
Der Begriff „Tonhöhenänderung eines akustischen Signals um einen Frequenzwert" kann insbesondere eine Verschiebung der Frequenz(en) des Signals um den (für alle Frequenzen zeitlich konstanten) Frequenzwert bezeichnen. Insbesondere kann der Frequenzwert einer Tonhöhenänderung, die in „Cent" gemessen werden kann, zugeordnet sein. Die Einheit „Cent" kann gemäß der Norm DIN 13320, wie sie am Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung bekannt ist, definiert sein.
Der Begriff „Erzeugen eines akustischen Signals" kann insbesondere ein Generieren des (tatsächlich existenten) akustischen Signals bezeichnen, das messbar sein kann.
Der Begriff „Stimulieren von Gehirnwellen" kann insbesondere ein Anregen von Gehirnwellen bezeichnen, welches Empfänger-abhängig unterschiedlich wahrgenommen werden kann. Hierbei kann der Empfänger der Stimulation eine Person oder auch ein beliebiges Säugetier sein. Insbesondere können die stimulierten Gehirnwellen eine dominante Frequenz oder einen dominanten Frequenzbereich aufweisen.
Gemäß den exemplarischen Aspekten der vorliegenden Erfindung können Gehirnwellen einer Person stimuliert werden, indem die Person einem akustischen Signal ausgesetzt wird, das durch Addition zweier akustischer Signale erzeugt werden kann. Ein erstes, zu addierendes Signal entspricht einem durch die Tonhöhenänderung geänderten Grundsignal, und das zweite, zu addierende Signal entspricht dem Grundsignal. Eine Frequenzdifferenz zwischen einer Frequenz des Grundsignals und einer Frequenz des geänderten Grundsignals ist höchstens etwa 50 Hertz, so dass die Addition des Grundsignals und des geänderten Grundsignals ein Schwebungssignal erzeugen kann, dessen Amplitude näherungsweise (insbesondere in mathematischer Hinsicht in Näherung erster Ordnung) mit der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des Grundsignals und der Frequenz des geänderten Grundsignals modulieren kann. Die Amplitudenmodulation (einer Einhüllenden) des Schwebungssignals kann einer Lautstärkenmodulation des erzeugten akustischen Signals zugeordnet sein. Folglich kann ein tatsächlich hörbares akustisches Signal erzeugt werden, dessen Lautstärke - ähnlich wie die subjektiv wahrnehmbaren binauralen Pulsationen - mit einer Differenzfrequenz der ursprünglichen Signale modulieren kann. Dadurch können die Gehirnwellen der Person in den Frequenzbereichen, die in etwa der oben beschriebenen Frequenzdifferenz entsprechen, als „Resonanzeffekt" stimuliert oder unterstützt werden. Dabei kann sogenanntes „Brainwave entrainment" (Engl., Anleitung der Gehirnwellen) stattfinden.
Um das Schwebungssignal zu erzeugen, kann der Frequenzwert einen von Null verschiedenen Wert betragen. Beispielsweise kann der Frequenzwert zumindest etwa 0,1 Hertz oder weniger betragen.
Das Verfahren kann insbesondere umgesetzt werden, indem das akustische Grundsignal als analoges Grundsignal bereitgestellt und wie oben beschrieben durch Änderung der Tonhöhe des analogen Grundsignals und Addition des analogen Grundsignals und des in der Tonhöhe geänderten analogen Grundsignals verarbeitet werden kann. Danach kann das akustische Signal einem Empfänger, also der Person oder einem anderen Säugetier, zugeführt und der Empfänger mit dem erzeugten Signal beschallt werden, indem das erzeugte analoge akustische Signal an den Empfänger ausgegeben werden kann. Die Signalausgabe kann mittels einer Ausgabeeinheit der Vorrichtung erfolgen oder mittels einem separaten Ausgabegerät. Die Ausgabeeinheit bzw. das Ausgabegerät kann beispielsweise ein Lautsprecher oder ein Kopfhörer sein. Es ist auch möglich, dass das akustische Grundsignal als digitales Grundsignal bereitgestellt und wie oben beschrieben verarbeitet werden kann. Dabei kann eine entsprechende Digital- zu-Analog-Signalwandlung des erzeugten akustischen Signals mittels eines Digital-Analog- Wandlers erfolgen, bevor das umgewandelte analoge Signal dem Empfänger zugeführt werden kann. Der Digital-Analog- Wandler kann in der Ausgabeeinheit bzw. dem Ausgabegerät integriert sein oder in Signalverarbeitungsrichtung vor der Ausgabeeinheit bzw. dem Ausgabegerät, beispielsweise in einer Schaltung der Vorrichtung, vorgesehen sein. Das akustische Grundsignal kann auch als analoges Grundsignal bereitgestellt und mittels eines Analog-Digital- Wandlers in ein digitales Grundsignal umgewandelt werden, bevor das digitale Grundsignal wie oben beschrieben verarbeitet werden kann. Die Analog-zu-Digital-Signalkonversion kann auch an geeigneter Stelle während der Signalverarbeitung durchgeführt werden. Eine weitere Digital- zu-Analog- Signalkonversion kann beispielsweise während oder nach der oben beschriebenen Signalverarbeitung durchgeführt werden, bevor das Signal dem Empfänger zugeführt werden kann.
Diese Art der Stimulation von Gehirnwellen einer Person kann einen neuartigen, bisher noch nicht durchgeführten Ansatz darstellen, obwohl verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen in diesem Fachgebiet seit etwa 60 Jahren existieren.
Insbesondere kann die Stimulation der Gehirnwellen besonders genau ausgeführt werden, da anstatt der im Kopf der Person wahrgenommenen binauralen Pulsationen, die durch die „gedachte" Überlagerung zweier akustischer Signale auftreten kann, ein tatsächliches Schwebungssignal erzeugt werden kann, das eine exakt definierbare und einstellbare Amplitudenmodulationsfrequenz aufweisen kann.
Insbesondere kann das Stimulieren der Gehirnwellen besonders einfach ausgeführt werden, da herkömmliche Signalverarbeitungsmethoden, wie beispielsweise eine Tonhöhenänderung des akustischen Grundsignals oder eine Addition zweier akustischer Signale, verwendet werden können, um das akustische Signal zu erzeugen, das der Person zugeführt werden kann.
Insbesondere kann das Stimulieren der Gehirnwellen besonders einfach ausgeführt werden, da das Verfahren unter Verwendung jedes beliebigen akustischen Grundsignals ausführbar sein kann. Ferner muss es nicht erforderlich sein, ein weiteres akustisches Grundsignal bereitzustellen, um ein geeignetes Schwebungssignal zu erzeugen.
Insbesondere kann das Stimulieren der Gehirnwellen besonders effizient durchgeführt werden, da wenige Schritte zum Erzeugen des akustischen Signals notwendig sein können. Insbesondere kann die Vorrichtung besonders kostengünstig ausgebildet sein, da wenige Komponenten zum Durchführen des Verfahrens notwendig sein können.
Insbesondere kann das Stimulieren der Gehirnwellen direkt ohne Verwendung weiterer Hilfsmittel und/oder ohne eine betreuende Person, beispielsweise einem Arzt, ausgeführt werden, da das Verfahren wenige Schritte aufweist und eine entsprechende Vorrichtung konstruktiv einfach ausgestaltet sein kann und auch für einen Laien einfach zu bedienen sein kann.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen des Verfahrens zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten auch für die betreffende Vorrichtung, das betreffende computerlesbare Speichermedium, das betreffende Programm- Element und das betreffende akustische Signal.
Das Verfahren kann ferner Frequenzfiltern des in der Tonhöhe geänderten oder zu ändernden Grundsignals vor dem Addieren aufweisen. Insbesondere kann das akustische Signal, das durch die Addition entsteht, für die gefilterte(n) Frequenz(en) dem Grundsignal entsprechen und für die nicht gefilterte(n) Frequenz(en) das oben beschriebene Schwebungssignal sein. Diese Maßnahme kann bewirken, dass ein Signalverarbeitungsaufwand bei der Addition verringert werden kann, da die Signaladdition nur für die nicht gefilterte(n) Frequenz(en) des akustischen Grundsignals ausgeführt werden kann. Ferner kann das entstehende akustische Signal mit einem Klangempfinden der Person verträglich sein, da eine solche Frequenz oder solche Frequenzen gefiltert werden können, die bei der Addition ein für die Person dissonantes akustisches Signal erzeugen können.
Insbesondere kann das Frequenzfiltern des Grundsignals vor einer Tonhöhenänderung des Grundsignals ausgeführt werden, so dass ein Signalverarbeitungsaufwand bei der Tonhöhenänderung signifikant reduziert werden kann, da das gefilterte Frequenzsignal eine geringere Komplexität aufweisen und insbesondere eine geringere Frequenzbandbreite umfassen kann.
Insbesondere kann das Frequenzfiltern des Grundsignals nach der Tonhöhenänderung des Grundsignals ermöglichen, dass das akustische Signal, je nach verwendetem Grundsignal, eine maximale Amplitudenmodulation in dem gefilterten Frequenzbereich aufweisen kann, wodurch eine Aufnahme des akustischen Signals durch die Person verbessert werden kann.
Das Frequenzfiltern kann Durchlassen eines Frequenzbereichs des in der Tonhöhe geänderten oder zu ändernden Grundsignals aufweisen. Insbesondere kann der Frequenzbereich eine einzige Frequenz oder eine Vielzahl von Frequenzen aufweisen, die ein zusammenhängendes oder nicht zusammenhängendes Intervall bilden können. Die Vielzahl von Frequenzen kann einem engen Frequenzbereich oder einem weiteren Frequenzbereich entsprechen. Diese Art der Frequenzfilterung stellt eine besonders einfache und konventionell bekannte Frequenzfilterung dar, so dass bekannte technische Mechanismen zum Frequenzfiltern verwendet werden können und ein Entwicklungsaufwand für das Frequenzfiltern gering sein kann. Insbesondere kann eine Signalverarbeitungskomponente, die dieser Art der Frequenzfilterung zugeordnet sein kann, ein Bandpassfilter aufweisen oder sein.
Der Frequenzbereich kann Frequenzen zwischen zumindest (etwa) 100 Hertz und höchstens (etwa) 600 Hertz, insbesondere Frequenzen zwischen zumindest (etwa) 150 Hertz und höchstens (etwa) 550 Hertz, weiter insbesondere Frequenzen zwischen zumindest (etwa) 200 Hertz und höchstens (etwa) 500 Hertz aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Frequenzbereich Frequenzen zwischen mehr als (etwa) 100 Hertz und weniger als (etwa) 600 Hertz, insbesondere Frequenzen zwischen mehr als (etwa) 150 Hertz und weniger als (etwa) 550 Hertz, weiter insbesondere Frequenzen zwischen mehr als (etwa) 200 Hertz und weniger als (etwa) 500 Hertz aufweisen. Diese Frequenzbereiche können etwa den Frequenzbereichen von gesprochener Sprache oder Musik im Grundtonbereich entsprechen, so dass das erzeugte akustische Signal zur Stimulation von Gehirnwellen, ähnlich zu den subjektiv wahrnehmbaren„binauralen Pulsationen", eine ähnliche Tonlage wie die Sprache oder die Musik aufweisen kann, wodurch sich die Person, die das akustische Signal hören kann, nicht durch unbekannte Geräusche gestört fühlen kann. Dieser Effekt kann verstärkt werden, je kleiner das Intervall um etwa 350 Hertz zentriert wird.
Der Frequenzbereich kann Frequenzen zwischen zumindest (etwa) 400 Hertz und höchstens (etwa) 1100 Hertz, insbesondere einen Frequenzbereich von zumindest (etwa) 450 Hertz und höchstens (etwa) 1050 Hertz, weiter insbesondere Frequenzbereichen zwischen zumindest (etwa) 500 Hertz und höchstens (etwa) 1000 Hertz aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Frequenzbereich Frequenzen zwischen mehr als (etwa) 400 Hertz und weniger als (etwa) 1100 Hertz, insbesondere einen Frequenzbereich von mehr als (etwa) 450 Hertz und weniger als (etwa) 1050 Hertz, weiter insbesondere Frequenzbereichen zwischen mehr als (etwa) 500 Hertz und weniger als (etwa) 1000 Hertz aufweisen. Diese Frequenzbereiche entsprechen gemäß den Fletcher-Munson- Kurven solchen Frequenzbereichen, deren Lautstärke von der Person bevorzugt wahrgenommen werden können. Je kleiner der durchgelassene Frequenzbereich bezüglich einer Mittenfrequenz von etwa 700 Hertz ist, desto größer kann die Hörempfindlichkeit der Person für das akustische Signal sein.
Das Grundsignal und das in der Tonhöhe geänderte Grundsignal können gewichtet addiert werden, so dass beispielsweise eine Lautstärkenanpassung beider Signale bei dem Addieren erfolgen kann, so dass das akustische Signal für die nicht gefilterten Frequenzen im Bereich der größten Hörempfindlichkeit der Person liegen kann. Die gewichtete Addition des Grundsignals und des geänderten und frequenzgefilterten Grundsignals kann auch einen Lautstärkenverlust des geänderten und frequenzgefilterten Grundsignals aufgrund der Frequenzfilterung kompensieren. Die entsprechenden Gewichtungs- oder Multiplikationsfaktoren des Grundsignals und des geänderten Grundsignals können hierbei entweder fest vorgegeben oder dynamisch gewählt werden.
Insbesondere kann ein Anteil des Grundsignals in dem akustischen Signal zumindest oder mehr als etwa 35 Prozent bis höchstens oder weniger als etwa 45 Prozent und ein Anteil des geänderten Grundsignals in dem akustischen Signal kann zumindest oder mehr als etwa 55 Prozent bis höchstens oder weniger als etwa 65 Prozent sein.
Das (nicht geänderte) Grundsignal kann derart vor dem Addieren verzögert werden, dass das verzögerte Grundsignal und das in der Tonhöhe geänderte und frequenzgefilterte Grundsignal zueinander synchronisiert sein können. Der Begriff „synchronisiert" kann insbesondere bedeuten, dass das verzögerte Grundsignal und das geänderte und frequenzgefilterte Grundsignal eine identische Phasenbeziehung aufweisen. Insbesondere kann eine Dauer der Verzögerung einer Bearbeitungszeit des geänderten und frequenzverschobenen Grundsignals entsprechen. Mit anderen Worten kann unter dem Begriff „synchronisiert" verstanden werden, dass das verzögerte Grundsignal und das in der Tonhöhe geänderte und frequenzgefilterte Signal, also die zwei Kanäle des akustischen Grundsignals, resynchronisiert werden können, also dass die beiden Signale so getaktet werden können, wie die Phasen der beiden Signale vor der Signalverarbeitung relativ zueinander waren. Dadurch können das Grundsignal und das erzeugte akustische Signal eine gleiche Phase aufweisen, da eine Addition gleicher Signalanteile des Grundsignals und des geänderten Grundsignals ermöglicht sein kann. Das erzeugte akustische Signal in Bereich der nicht gefilterten Frequenz(en) kann ein nicht „verzerrtes" Schwebungssignal darstellen, wodurch das Stimulieren der Gehirnwellen signifikant verbessert werden kann.
Alternativ kann insbesondere das in der Tonhöhe geänderte oder zu ändernde Grundsignal derart vor dem Addieren verzögert werden, dass das Grundsignal und das in der Tonhöhe geänderte, frequenzgefilterte verzögerte Grundsignal zueinander synchronisiert sein können. Das Ändern der Tonhöhe des Grundsignals kann Erhöhen der Tonhöhe des Grundsignals um den Frequenzwert aufweisen oder sein, so dass eine intuitiv besonders einfache mathematische Anweisung, nämlich ein Addieren der Frequenz(en) des Grundsignals und des Frequenzwerts, verwendet werden kann, um das akustische Signal zu erzeugen.
Alternativ kann insbesondere das Ändern der Tonhöhe des Grundsignals Verringern der Tonhöhe des Grundsignals um den Frequenzwert aufweisen, wodurch ebenfalls das geänderte Grundsignal gebildet werden kann.
Der Frequenzwert kann zwischen zumindest (etwa) 0,1 Hertz und höchstens (etwa) 4 Hertz, zwischen zumindest (etwa) 4 Hertz und höchstens (etwa) 8 Hertz, zwischen zumindest (etwa) 8 Hertz und höchstens (etwa) 13 Hertz, zwischen zumindest (etwa) 13 Hertz und höchstens (etwa) 30 Hertz oder zwischen zumindest (etwa) 30 Hertz und höchstens (etwa) 50 Hertz betragen, so dass eine Stimulation der Gehirnwellen im Delta-, Theta-, Alpha-, Beta- oder Gamma-Bereich erzeugt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann der Frequenzwert kann zwischen mehr als (etwa) 0,1 Hertz und weniger als (etwa) 4 Hertz, zwischen mehr als (etwa) 4 Hertz und weniger als (etwa) 8 Hertz, zwischen mehr als (etwa) 8 Hertz und weniger als (etwa) 13 Hertz, zwischen mehr als (etwa) 13 Hertz und weniger als (etwa) 30 Hertz oder zwischen mehr als (etwa) 30 Hertz und weniger als (etwa) 50 Hertz betragen.
Insbesondere kann der Frequenzwert fest vorgegeben werden, so dass, je nach gewünschter Frequenz(en) der zu stimulierenden Gehirnwellen und/oder je nach gewünschtem zu stimulierenden Effekt (beispielsweise Schlaf, Entspannung, Meditation oder Konzentrationssteigerung, welche den oben genannten Frequenzbereichen entsprechen), die entsprechenden „binauralen Pulsationen" erzeugt und die Gehirnwellen mit der gleichen Frequenz wie die „binauralen Pulsationen" stimuliert werden können. Alternativ kann insbesondere der Frequenzwert beliebig ausgewählt werden, so dass jede gewünschte Beeinflussung der Gehirnaktivität der Person stattfinden kann.
Das Grundsignal kann monophon ausgebildet sein. Der Begriff „monophon" kann insbesondere ein solches Signal bezeichnen, das mittels einer einzigen Schallquelle erzeugt und/oder mittels eines einzigen Lautsprecherkanals ausgegeben werden kann. Ein monophones Grundsignal kann besonders einfach mit dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet werden, da ein solches Grundsignal aus einer Schallwelle mit einem einzigen Schallanteil bestehen kann. Durch Addition des monophonen Grundsignals und des geänderten und optional frequenzgefilterten monophonen Grundsignals kann ein Amplitudenmoduliertes Schwebungssignal erzeugt werden, das als monaurales Signals verstanden werden kann, um eine Gehirnwellenstimulation zu bewirken.
Insbesondere kann das monophone Grundsignal gesprochene Sprache und/oder Musik aufweisen. Diese Art von Grundsignal kann besonders einfach erzeugt werden und eine vertraute Umgebung für die Person während des Stimulierens der Gehirnwellen erzeugen
Das Verfahren kann ferner Bereitstellen eines weiteren akustischen Grundsignals, Ändern einer Tonhöhe des weiteren Grundsignals um einen weiteren Frequenzwert, der höchstens (etwa) 50 Hertz sein kann, und Addieren des weiteren Grundsignals und des in der Tonhöhe geänderten weiteren Grundsignals, um ein weiteres akustisches Signal zu erzeugen, aufweisen, wobei das weitere akustische Grundsignal monophon ausgebildet sein kann. Durch diese Maßnahme können zwei monophone Grundsignale separat, aber auf ähnliche Weise verarbeitet werden, so dass zwei monophone akustische Signale erzeugt und (insbesondere synchronisiert und/oder räumlich getrennt) dem linken und rechten Ohr einer Person zugeführt werden können. Auf diese Weise können Signale mit einem monauralen und/oder binauralen Anteil erzeugt werden, so dass die Effektivität des Stimulierens der Gehirnwellen erhöht werden kann. Insbesondere können der Frequenzwert und der weitere Frequenzwert identisch sein, so dass das akustische und das weitere akustische Signal eine identische Frequenz oder identische Frequenzen aufweisen können. Das akustische Signal und das weitere akustische Signal können (beispielsweise mittels Kopfhörer) räumlich getrennt dem linken und rechten Ohr der Person zugeführt werden. Folglich können das erzeugte akustische Signal und das weitere akustische Signal zusammen ein monaurales Signal bilden, um die Gehirnwellen zu stimulieren.
Insbesondere kann das akustische Signal und das weitere akustische Signal eine Frequenzdifferenz beziehungsweise Frequenzdifferenzen, die insbesondere höchstens (etwa) 50 Hertz sein kann beziehungsweise sein können, aufweisen, so dass das akustische Signal und das weitere akustische Signal ein binaurales Signal bilden, um die Gehirnwellen im gewünschten Frequenzbereich zu stimulieren. Zusätzlich können binaurale Pulsationen mit einer anderen Frequenz im Gehirn der Person stimuliert werden, wenn das akustische Signal und das weitere akustische Signal getrennt gehört werden.
Insbesondere können die oben und im Folgenden mit Bezug auf das akustische Grundsignal und/oder das akustische Signal beschriebenen Maßnahmen, technischen Effekte und Vorteile auch für das weitere akustische Grundsignal und/oder das weitere akustische Signal gelten.
Das Grundsignal kann stereofon und/oder (mit) Inkohärenzen Anteilen) ausgebildet sein. Der Begriff „stereofones akustisches Signal" kann insbesondere eine solche Schallwelle bezeichnen, die zwei Schallanteile aufweisen kann, die mittels zweier getrennter Schallquellen erzeugt und/oder mittels zweier getrennter Lautsprecherkanäle ausgegeben werden können. Insbesondere kann das stereofone Signal eine zeitlich konstante oder zeitlich veränderliche Phasenbeziehung zwischen seinen beiden Signalanteilen aufweisen. Der Begriff „inkohärentes Signal" kann insbesondere eine Schallwelle mit zwei Schallanteilen bezeichnen, deren Phasenbeziehung zeitlich veränderlich sein kann. Folglich kann das Stimulieren der Gehirnwellen unter Verwendung eines komplexen Grundsignals ausgeführt werden, um ein binaurales Signal zu erzeugen. Ferner kann das Verfahren basierend auf verschiedensten Grundsignalen ausgeführt werden. Ferner kann mittels eines stereofonen und/oder inkohärenten Signals eine zeitliche Adaption der Person an das erzeugte Signal vermieden werden, wie sie bei einem monophonen Signal auftreten kann, so dass die dem akustischen Signal ausgesetzte Person das akustische Signal nicht als konstantes Störgeräusch, beispielsweise als Brummton, wahrnehmen kann.
Das Grundsignal und/oder das weitere Grundsignal können Musik (beispielsweise von Typ Jazz) aufweisen, so dass die Stimulierung der Gehirnwellen einer Person besonders einfach mittels herkömmlicher Unterhaltungsmusik bewirkt werden kann. Ferner kann die Stimulierung der Gehirnwellen bei Verwendung von Musik ohne tatsächliche Kenntnis der Person und/oder integriert im Tagesablauf der Person erfolgen. Insbesondere kann mittels Musik ein dynamisches Schwebungssignal erzeugt werden, so dass eine zeitliche Adaption der Person an das Schwebungssignal, die beispielsweise bei einem statischen (also eine Ausbreitungsfrequenz aufweisenden) akustischen Signal mit einer Amplitudenmodulationsfrequenz von unterhalb von etwa 50 Hertz vermieden werden kann. Insbesondere kann Musik eine Ausführungsform eines stereofonen Signals darstellen.
Alternativ oder zusätzlich können insbesondere das Grundsignal und/oder das weitere Grundsignal gesprochene Sprache aufweisen, so dass die Stimulierung der Gehirnwellen einer Person durch eine vertraute Geräuschumgebung bewirkt werden kann. Insbesondere kann die gesprochene Sprache eine Ausführungsform eines stereofonen Signals darstellen.
Insbesondere können das Grundsignal und/oder das weitere Grundsignal jedes beliebige akustische Signal, beispielsweise eine Folge von Tönen, die nicht Musik darstellen können, aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren ferner Bereitstellen eines weiteren akustischen Grundsignals, Ändern einer Tonhöhe des weiteren Grundsignals um einen weiteren Frequenzwert, der höchstens oder weniger als (etwa) 50 Hertz sein kann, und Addieren des weiteren Grundsignals und des in der Tonhöhe geänderten weiteren Grundsignals, um ein weiteres akustisches Signal zu erzeugen, aufweisen, wobei das akustische Grundsignal und das weitere akustische Grundsignal stereophon ausgebildet sein können. Auf diese Weise können zwei binaurale Signale erzeugt werden. Der Frequenzwert, um den das Grundsignal und das weitere Grundsignal verändert werden können, kann gleich oder unterschiedlich sein.
Insbesondere können die oben und im Folgenden mit Bezug auf das akustische Grundsignal und/oder das akustische Signal beschriebenen Maßnahmen, technischen Effekte und Vorteile auch für das weitere akustische Grundsignal und/oder das weitere akustische Signal gelten.
Das Grundsignal kann als Surround-Signal ausgebildet sein. Der Begriff„Surround-Signal" kann ein akustisches Signal mit sechs Kanälen bezeichnen. Die Kanäle des Surround-Signals können mit dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet werden, so dass das erzeugte akustische Signal entsprechend den sechs Kanälen sechs binaurale Signalanteile aufweisen kann. Insbesondere kann das akustische Grundsignal auch als ein anderes mehrkanaliges (beispielsweise sieben- bis neun-kanaliges) akustisches Grundsignal ausgebildet sein. Insbesondere kann das mehrkanalige Grundsignal mit einem weiteren akustischen mehrkanaligen Grundsignal, wie es oben im Zusammenhang mit dem monophonen und stereophonen Grundsignal beschrieben ist, kombiniert werden, das mittels analoger Verfahrensschritte verarbeitet werden kann. Bei der Signalverarbeitung des mehrkanaligen Grundsignals und des weiteren mehrkanaligen Grundsignals kann insbesondere eine Auswahl der Kanäle getroffen werden, die mittels des beschriebenen Verfahrens verarbeitet werden können. Die Verwendung eines mehrkanaligen Grundsignals kann insbesondere eine dreidimensionale Widergabe des erzeugten akustischen Signals ermöglichen, die beispielsweise bei in der Automobilindustrie bei hochwertigen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt.
Insbesondere kann das Verfahren im Bereich der Automobilindustrie verwendet werden, um die Konzentration des Fahrers eines Wagens durch das Stimulieren der Beta-Gehirnwellen zu erhöhen.
Insbesondere kann das Verfahren im Bereich eines Trainierens der Gedächtnisfähigkeit einer Person verwendet werden, indem Gehirnwellen mit einem Frequenzbereich von etwa 13 Hertz bis etwa 30 Hertz mittels Hören des erzeugten akustischen Signals stimulieret werden. Gehirnwellen in diesem Frequenzbereich können Beta- Wellen entsprechen und einer hohen Aufmerksamkeit und Konzentration der Person zugeordnet sein. Das Trainieren der Gedächtnisfähigkeit der Person kann mit einer Leistungssteigerung des Gehirns der Person verbunden sein. In diesem Zusammenhang kann das erzeugte Signal Musik aufweisen, die der Person während einer Trainingsphase des Gehirns vorgespielt werden kann. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass einfache Intelligenz- und Gedächtnistests durchgeführt wurden, die belegen, dass eine Leistungsfähigkeit des Gehirns einer Person erfolgen kann, wenn die Person Musik ausgesetzt wird.
Insbesondere kann das Verfahren im Bereich eines Trainierens der Konzentrationsfähigkeit einer Person verwendet werden, welche unter Aufmerksamkeitsdefizit / Hyperaktivitätsstörung (ADHS) leidet, indem Gehirnwellen mit einem Frequenzbereich von etwa 13 Hertz bis etwa 30 Hertz mittels Hören des erzeugten akustischen Signals stimulieret werden.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten auch für betreffende Verfahren, das betreffende computerlesbare Speichermedium, das betreffende Programmelement und das betreffende akustische Signal. Insbesondere können die (Einheiten der) Vorrichtung durch geeignete Komponenten einer Schaltung oder einer Vielzahl von Schaltungen realisiert werden. Solche Komponenten können beispielsweise Kondensatoren, Kapazitäten, logische Elemente, Transistoren usw. aufweisen und/oder in einem Prozessor eines Computers integriert sein.
Insbesondere kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Insbesondere kann die Vorrichtung als digitaler Signalprozessor (DSP) oder als digitaler Soundprozessor (SPU) ausgebildet sein.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen des computerlesbaren Speichermediums beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten auch für die betreffende Vorrichtung, das betreffende Verfahren, das betreffende Programm-Element und das betreffende akustische Signal.
Insbesondere kann das computerlesbare Speichermedium als flüchtiger Speicher, als nichtflüchtiger Speicher, als CD, als DVD, als USB Stick, als Diskette oder als Festplatte ausgebildet sein.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen des Programm-Elements beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten auch für die betreffende Vorrichtung, das betreffende Verfahren, das betreffende computerlesbare Speichermedium und das betreffende akustische Signal.
Insbesondere kann das Programm-Element in einem computerlesbaren Speichermedium, wie es oben beschrieben ist, gespeichert sein. Insbesondere kann das Programm-Element identisch mit oder Teil einer Software-Routine, einem Source-Code oder einen ausführbaren Code sein.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen des akustischen Signals beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten auch für die betreffende Vorrichtung, das betreffende Verfahren, das betreffende computerlesbare Speichermedium und das betreffende Programm-Element.
Insbesondere kann akustische Signal auf einem computerlesbaren Speichermedium und/oder als Programm-Element gespeichert sein.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Figur 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen zweier akustischer Signale zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf zwei akustischen Grundsignalen gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder ähnliche Komponenten oder Verfahrensschritte in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen oder mit Bezugszeichen, deren erste Zahl sich unterscheidet. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines akustischen Signal 102 zum Stimulieren von Beta-Gehirnwellen einer Person ähnlich zu binauralen Pulsationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Person hört das akustische Signal 102 mittels beider Ohren 106, 108 der Person 104. Die Vorrichtung 100 wird verwendet werden, die Person 104 während eines Autofahrens aus einem Müdigkeitszustand aufzuwecken, da die stimulierten Beta-Gehirnwellen einer erhöhten Aufmerksamkeit der Person zuzuordnen sind. Dazu ist die Vorrichtung 100 in einem Autoradio eines Kraftfahrzeugs, in dem sich die Person befindet, integriert.
Dazu weist die Vorrichtung 100 einen ersten und zweiten Signalverarbeitungszweig 110, 112 einer Schaltung der Vorrichtung 100 auf, die mittels einer Addiereinheit 114 miteinander verbunden sind. Die Addiereinheit 114 ist dazu eingerichtet, die von dem ersten und zweiten Signalverarbeitungszweig 110, 112 bereitgestellte Signale gewichtet zu addieren und ein entsprechendes Ausgabeschwebungssignal auszugeben. Die Gewichtung ist durch die Addiereinheit 114 fest vorgegeben, so dass 40 Prozent des Grundsignals (Multiplikationsfaktor 0,4 für die Amplitude des Grundsignals 115) und 60 Prozent des geänderten Grundsignals (Multiplikationsfaktor 0,6 für die Amplitude des geänderten Grundsignals 115) addiert werden.
Der erste und zweite Signalverarbeitungszweig 110, 112 werden mit dem Grundsignal 115 beaufschlagt, das Musik in Form von Radio-Pop-Liedern aufweist. Das Grundsignal 115 ist in Fig. 1 schematisch als Ausschnitt von Notenlinien mit Tönen dargestellt. Das Grundsignal 115 weist ein Frequenzgemisch mit Frequenzen zwischen zumindest etwa 20 Hertz und höchstens etwa 20 Kilohertz auf und ist stereofon mit zwei inkohärenten Grundsignalanteilen ausgebildet, die eine zeitlich veränderliche Phasenbeziehung aufweisen.
Der erste Signalverarbeitungszweig 110 weist eine Tonhöhenerhöhungseinheit 116 und eine nachgeschaltete Bandpassfiltereinheit 118 auf. Die Tonhöhenerhöhungseinheit 116 ist dazu eingerichtet, das einkommende Grundsignal 115 des ersten Signalverarbeitungszweigs 110 in der Tonhöhe um einen konstanten Frequenzwert von 17 Hertz zu erhöhen, und die Bandpassfiltereinheit 118 ist dazu eingerichtet, ein Ausgabesignal der Tonhöhenerhöhungseinheit 116 derart zu filtern, dass ausschließlich Signalanteile mit Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs von mindestens 300 Hertz bis höchstens 500 Hertz durchgelassen und an die Addiereinheit 114 übergeben werden. Der Frequenzwert von 17 Hertz ist durch die Tonhöhenerhöhungseinheit 1 16 fest vorgegeben. Alternativ können die durchgelassenen Grenzfrequenzen von 300 Hertz und 500 Hertz nicht gefiltert und somit nicht an die Addiereinheit 114 übergeben werden.
Der zweite Signalverarbeitungszweig 112 weist eine Verzögerungseinheit 120 auf, die dazu eingerichtet ist, das einkommende Grundsignal 115 derart zu verzögern, dass das verzögerte Grundsignal 115 und das vom ersten Signalverarbeitungszweig 110 bereitgestellte Grundsignal 115, das in der Tonhöhe erhöht und frequenzgefiltert ist, zueinander synchronisiert sind, damit das Grundsignal 115 und das erzeugte akustische Signal 102 eine gleiche Phasenbeziehung der unterschiedlichen Signalanteile aufweisen.
Die Vorrichtung 100 weist ebenfalls einen Lautsprecher 122 auf, der ausgangsseitig der Vorrichtung 100 mit der Addiereinheit 114 verbunden und dazu eingerichtet ist, das akustische Signal 102 auszugeben, das dem Ausgabesignal der Addiereinheit 114 entspricht.
Alternativ kann der Frequenzwert beliebig durch die Tonhöhenerhöhungseinheit 116 ausgewählt und der Frequenzbereich der Bandpassfiltereinheit 118 durch die Bandpassfiltereinheit 118 sowie die Signalgewichtung der Addiereinheit 114 durch die Addiereinheit 114 dynamisch in Abhängigkeit des Frequenzwerts angepasst werden. Es ist ebenfalls möglich, dass die Auswahl des Frequenzwerts, die Anpassung des Frequenzbereichs und die Anpassung der Signalgewichtung durch eine Steuereinheit, beispielsweise einen Prozessor, steuerbar sind. Im Betrieb der Vorrichtung 100 wird als akustisches Grundsignal 115 dem ersten und zweiten Signalverarbeitungszweig 110, 112 zugeführt. Jeder Ton des akustischen Grundsignals 115 wird im ersten Signalverarbeitungszweig 110 mittels der Tonhöhenerhöhungseinheit 116 um den Frequenzwert von 17 Hertz erhöht, so dass das erhöhte Grundsignal 115 ein Frequenzgemisch von Frequenzen zwischen zumindest 37 Hertz und höchstens 20,017 Kilohertz aufweist. Danach wird das in der Tonhöhe erhöhte Grundsignal 115 mittels der Bandpassfiltereinheit 118 derart gefiltert, dass die Bandpassfiltereinheit 118 ein Signal innerhalb eines Frequenzbereichs zwischen mindestens 300 Hertz und höchstens 500 Hertz ausgibt. Zu diesem Zweck schneidet die Bandpassfiltereinheit 118 das Grundsignal 115 in den Frequenzbereichen unterhalb von 300 Hertz und oberhalb von 500 Hertz ab.
Das dem zweiten Signalverarbeitungszweig 112 zugeführte Grundsignal 115 wird mittels der Verzögerungseinheit 120 in seiner Phase verzögert, so dass das von der Verzögerungseinheit 120 ausgegebene Grundsignal 115 und das von der Bandpassfiltereinheit 118 ausgegebene Grundsignal 115 synchronisiert sind. Das Ausgabesignal der Verzögerungseinheit 120 und das Ausgabesignal der Bandpassfiltereinheit 118 werden der Addiereinheit 1 14 zugeführt, die gewichtete und frequenzweise die Summe beider Signale bildet und ein entsprechendes Schwebungssignal an die Lautsprecher 122 ausgibt, das als das akustisches Signal 102 dem linken und rechten Ohr 106, 108 der Person 104 zugeführt wird.
Durch die frequenzweise Addition des verzögerten Grundsignals 115 und des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 115 wird im Bereich von zumindest 300 Hertz bis höchstens 500 Hertz ein Schwebungssignal gebildet, das (für jede Frequenz des Grundsignals 115) mit der Mittenfrequenz der Frequenz des verzögerten Grundsignals 115 und der Frequenz des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 115 schwingt und dessen Amplitude sich (für jede Frequenz des Grundsignals 115) näherungsweise mit der Differenz der Frequenz des verzögerten Grundsignals 115 und der Frequenz des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 115 ändert. Die Gewichtung des Grundsignals 115 und des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 115 bewirkt, dass das akustische Signal 102 eine Schwebung im Bereich der größten Hörempfindlichkeit der Person 104 aufweist.
In einem Bereich zwischen zumindest 20 Hertz bis kleiner als 300 Hertz und in einem Bereich von größer als 500 Hertz und höchstens 20 Kilohertz erfolgt keine Addition, da das frequenzgefilterte Signal lediglich den Frequenzbereich von zumindest 300 Hertz bis höchstens 500 Hertz beinhaltet. In diesen zwei genannten Frequenzbereichen entspricht das verzögerte Grundsignal 115 dem akustischen Signal 102.
Die Amplitudenmodulation des akustischen Signals 102 entspricht den hörbaren„binauralen Pulsationen", die von der Person 104 gehört werden und die Erzeugung der Beta- Gehirnwellen der Person 104 stimulieren.
Figur 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 200 zum Erzeugen eines ersten und zweiten akustischen Signals 202a, b zum Stimulieren von Beta-Gehirnwellen der Person 104 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 20 dient ebenfalls zur Konzentrationserhöhung der Person 104 und ist in einem Autoradio integriert.
Die Vorrichtung 200 ist ähnlich zur Vorrichtung 100 ausgebildet, weist allerdings zwei identische, jeweils identisch zu der Vorrichtung 100 ausgebildete Vorrichtungsabschnitte 230a, b auf. Daher weist jeder Vorrichtungsabschnitt 230a, b einen ersten und zweiten Signalverarbeitungszweig 110a, b, 112a, b auf, die mittels einer Addiereinheit 114a, b an einen ersten beziehungsweise zweiten Lautsprecher 122a, b gekoppelt sind, über den das erste beziehungsweise zweite akustische Signal 202a, b ausgegeben und dem linken Ohr 106 der Person 104 beziehungsweise dem rechten Ohr 108 der Person 104 zugeführt wird. Um eine Überlagerung des ersten und zweiten akustischen Signals 202a, b entlang des Luftwegs zwischen dem ersten und zweiten Lautsprecher 122a, b und den beiden Ohren der Person 104 zu verhindern, können die Lautsprecher 122a, b in einem Kopfhörer integriert sein.
Die Vorrichtung 200 arbeitet auf einem ersten monophonen Grundsignal 215a, das dem Vorrichtungsabschnitt 230a zugeführt wird, und auf einem weiteren monophonen Grundsignal 215b, das dem Vorrichtungsabschnitt 230b zugeführt wird. Die Grundsignale 215a, b sind bezüglich ihrer Tonfolge (und somit bezüglich ihrer Frequenzzusammensetzung) identisch und phasensynchron ausgebildet. Das Grundsignal 215a, b ist als gesprochene Sprache eines Hörbuchs ausgebildet.
Ein Betrieb der Vorrichtung 200 ist bezüglich der Funktion der Vorrichtungsabschnitte 230a, b ähnlich zu einem Betrieb der Vorrichtung 100. Die ausgegebenen akustischen Signale 202a, b sind im Bereich der von der Bandpassfiltereinheit 118 durchgelassenen Frequenzen Schwebungssignale, die durch die in Fig. 1 beschriebene gewichtete Addition des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 215a, b im ersten Signalverarbeitungszweig 110a, b und des verzögerten Grundsignals 215a, b im zweiten Signalverarbeitungszweig 112a, b gebildet werden und deren Amplitude näherungsweise mit der Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des verzögerten Grundsignals 215a, b und der Frequenz des in der Tonhöhe erhöhten und frequenzgefilterten Grundsignals 215a, b moduliert. Da die akustischen Signale 202a, b getrennt dem linken und rechten Ohr 106, 108 der Person 104 zugeführt werden, werden identische binaurale Beta- Wellen im Kopf der Person 104 stimuliert.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die Verwendung des Artikels„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausfuhrungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a, b) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal (115, 215a, b), wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen des Grundsignals (115, 215a, b),
Ändern einer Tonhöhe des Grundsignals (115, 215a, b) um einen Frequenzwert, der höchstens 50 Hertz beträgt, und
Addieren des Grundsignals (115, 215a, b) und des in der Tonhöhe geänderten Grundsignals (115, 215a, b), um das akustische Signal (102, 202a, b) zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Frequenzfiltern des in der Tonhöhe geänderten oder zu ändernden Grundsignals (115,
215a, b) vor dem Addieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Frequenzfiltern Durchlassen eines Frequenzbereichs des in der Tonhöhe geänderten oder zu ändernden Grundsignals (115, 215a, b) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Frequenzbereich Frequenzen zwischen zumindest 100 Hertz und höchstens 600 Hertz, insbesondere Frequenzen zwischen zumindest 150 Hertz und höchstens 550 Hertz, weiter insbesondere Frequenzen zwischen zumindest 200 Hertz und höchstens 500 Hertz aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Frequenzbereich Frequenzen zwischen zumindest 400 Hertz und höchstens 1100 Hertz, insbesondere Frequenzen zwischen zumindest 450 Hertz und höchstens 1050 Hertz, weiter insbesondere Frequenzen zwischen zumindest 500 Hertz und höchstens 1000 Hertz aufweist.
ID 40204 / AH:KV
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Grundsignal (115, 215a, b) und das in der Tonhöhe geänderte Grundsignal (115, 215 a, b) gewichtet addiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Grundsignal (115, 215a, b) derart vor dem Addieren verzögert wird, dass das verzögerte Grundsignal (115, 215a, b) und das in der Tonhöhe geänderte und frequenzgefilterte Grundsignal (115, 215a, b) synchronisiert sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ändern der Tonhöhe des Grundsignals (115, 215a, b) Erhöhen der Tonhöhe des Grundsignals (115, 215a, b) um den Frequenzwert aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Frequenzwert zwischen zumindest 0,1 Hertz und höchstens 4 Hertz, zwischen zumindest 4 Hertz und höchstens 8 Hertz, zwischen zumindest 8 Hertz und höchstens 13 Hertz, zwischen zumindest 13 Hertz und höchstens 30 Hertz oder zwischen zumindest 30 Hertz und höchstens 50 Hertz beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grundsignal (115, 215a, b) monophon ausgebildet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Bereitstellen eines weiteren akustischen Grundsignals (215a, b),
Ändern einer Tonhöhe des weiteren Grundsignals (215 a, b) um einen weiteren Frequenzwert, der höchstens 50 Hertz beträgt, und
Addieren des weiteren Grundsignals (215 a, b) und des in der Tonhöhe erhöhten weiteren Grundsignals (215 a, b), um ein weiteres akustisches Signal (215 a, b) zu erzeugen, wobei das weitere Grundsignal (215a, b) monophon ausgebildet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Grundsignal (115) stereofon und/oder inkohärent ausgebildet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Grundsignal (115, 215a, b) und/oder das weitere Grundsignal (115, 215a, b) Musik aufweist.
14. Vorrichtung (100, 200) zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a, b) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal (115, 215a, b), wobei die Vorrichtung (100, 200) aufweist:
eine Tonhöhenänderungseinheit (116) zum Ändern einer Tonhöhe des Grundsignals (115, 215 a, b) um einen Frequenzwert, der höchstens 50 Hertz beträgt, und
eine Addiereinheit (114) zum Addieren des Grundsignals (115, 215 a, b) und des in der Tonhöhe geänderten Grundsignals (115, 215a, b), um das akustische Signal (102, 202a, b) zu erzeugen.
15. Computerlesbares Speichermedium, wobei in dem computerlesbaren Speichermedium ein Programm zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a, b) zum Stimulieren von Gehirnwellen gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a, b) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführt oder steuert.
16. Programm-Element zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a, b) zum Stimulieren von Gehirnwellen, welches Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals (102, 202a b) zum Stimulieren von Gehirnwellen basierend auf einem akustischen Grundsignal nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführt oder steuert.
17. Akustisches Signal, das durch ein Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Signals zum Stimulieren von Gehirnwellen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.
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