Brevet FR2963689A1 — publié le 20120210

L'invention ci-dessous concerne de façon générale l'écoute de la musique par des lecteurs portatifs de musique à support numérique, type lecteur MP3 ou analogue, lors de la pratique sportive. En particulier l'invention peut être avantageusement utilisée lors de l'écoute de musique lors de la course à pied. La pratique peut être effectuée en extérieur comme en intérieur sur des tapis roulants. L'invention concerne donc deux domaines, le domaine sportif, et le domaine de l'écoute de morceaux musicaux numériques à l'aide d'un lecteur adéquat. Lors de la pratique sportive, en particulier de la course à pied, il existe de nombreux systèmes électroniques permettant au coureur de connaître en temps réel sa vitesse, la distance qu'il a parcourue. Il existe également des systèmes permettant de connaître les battements du rythme cardiaque afin de ne pas courir de risque d'effort dangereux. Ces systèmes peuvent être réalisés à partir d'un capteur externe et l'affichage est transmis sur la montre du coureur via une transmission sans-fil. Lors de la pratique de la course à pied, le coureur và poser le pied sur le sol à intervalles régulier, c'est ce que l'on appelle communément la foulée. La foulée dépend de nombreux paramètres du coureur, sa physionomie : sa taille, son poids, la longueur des jambes, de sa vitesse de course, de l'environnement de course : en descente, en côte, sur du plat). La foulée dépend donc du coureur mais également des conditions extérieures. Cependant, il n'est pas restrictif de considérer que dans un temps relativement faible, la foulée va être périodique. C'est-à-dire que le temps entre deux impulsions successives du pied du coureur sur le sol de course va être constant à un écart près. Ce temps peut être mesuré par différents moyens. L'impact du pied sur le sol se caractérise par un choc au niveau du pied, selon le principe physique de l'action et de la réaction. Le pied arrive sur le sol avec une vitesse non nul, le percute, la vitesse du pied lors du contact ponctuel est nul, puis, après rebond, le pied reprend de la vitesse et ainsi de suite. La variation de la vitesse est l'accélération. L'un des moyens qui peut être utilisé est de -2- placer un accéléromètre sur l'une des chaussures du coureur par exemple. Un accéléromètre est un composant électronique qui permet de mesurer des accélérations très fines. Il existe des accéléromètres mesurant les variations dans une direction de l'espace donné, dans deux directions, ou dans trois directions. L'accélération est maximale au niveau du pied de la chaussure, mais elle est ressentie dans tout le corps, ainsi l'accéléromètre peut être placé à n'importe quel endroit du corps, la variation de vitesse sera mesurable. De la même manière qu'il existe une variation de vitesse au niveau de l'impact (du pied), dû au choc, il existe également une variation de vitesse des jambes, où la vitesse devient nulle lorsque l'extension du pied est maximale. Le même mécanisme existe pour les bras. Lors de la pratique de la course à pied, les bras et les jambes du coureur sont en général synchronisés. La périodicité des valeurs d'accélération mesurées, quel que soit le point de fixation du capteur sur l'accéléromètre, et quelle que soit la direction choisie, est généralement identique. L'écoute de musique lors de la pratique sportive est fréquente chez les coureurs. Depuis l'apparition de la musique sur des supports numériques, les lecteurs musicaux qui en permettent l'écoute ont une taille peu encombrante, ne gênant donc pas le coureur dans son effort. Bien que fréquente, il a été prouvé que cette utilisation peut être dangereuse. La musique peut en effet empêcher la personne de faire attention aux indicateurs de danger. L'effet euphorisant qu'apporte la musique annihile tout ou partie des signaux qui sont envoyés par le cerveau au corps pour réguler l'effort. La musique agit comme un élément perturbateur sur le fonctionnement du corps du coureur et les conséquences peuvent être plus ou moins graves en fonction de l'état du coureur. L'écoute de lecteurs musicaux est d'ailleurs proscrite lors de certaines compétitions de course à pied officielles, autant pour les vertus stimulantes et donc jugées dopantes que pour les dangers que cela présente. L'athlète Jennifer Goebel, vainqueur féminin du marathon Milwaukee's Lakefront (Etats-Unis) en octobre 2009, -3- a été destituée de son titre pour avoir écouté de la musique durant la course. En musique, un morceau est caractérisé par son tempo. Il correspond au mouvement dans lequel il doit être joué (rapidité, rythme, caractère). Une unité de mesure pour exprimer le tempo est le battement par minute (BPM). Cette unité peut également être utilisée pour mesurer le rythme cardiaque, elle correspond au nombre de battements du coeur par minute. Dans la musique classique traditionnelle le tempo est souvent lo indiqué par un terme italien (Lento,...Allegro,...), qui ne représente pas explicitement de valeurs. Dans les morceaux de musique contemporaine, le BPM est parfois indiqué, et il correspond au nombre de « temps fort » en une minute. Il existe différentes méthodes pour détecter en temps réel le 15 BPM. Ces méthodes qui peuvent être complexes sont communément employées dans les consoles de mixages des disk-jockey (personne choisissant les morceaux joués) afin de réaliser un enchaînement de deux morceaux de musique. Le calcul par traitement différé, c'est-à-dire non en temps réel est 20 en général plus aisé puisque l'on connaît l'intégralité du morceau de musique. Le principe de base de l'invention consiste à choisir automatiquement les morceaux de musique dont le tempo (en 25 BPM), préalablement calculé, soit fonction du nombre d'appuis au sol du coureur par minute. Avantageusement, le tempo des morceaux de musique choisis de manière à ce que pourra être un multiple ou un sous-multiple entier du nombre d'appuis au sol du coureur. Dans ce cas le coureur est assuré que la 30 musique qu'il est en train d'écouter est en phase avec son rythme de course, que la musique agit donc comme un divertissement et non comme un effet de stimuli. Plusieurs modes d'écoute sont disponibles. Ainsi par défaut le lecteur musical est sur synchrone. Dans ce mode, les morceaux de 35 musique choisis dans la base des morceaux ont un tempo multiple ou sous multiple du tempo de course. Un mode dit de détente correspond à des morceaux de musique dont le tempo est inférieur au rythme de course, un mode de -4- perfectionnement où le tempo des morceaux de musique choisis est supérieur au rythme de course. Le schéma annexé Figure 1 illustre l'invention. En référence à ce schéma, le dispositif comporte (1) L'élément correspond à un capteur accélérométrique capable de mesurer lo l'accélération suivant au moins un axe. Le capteur utilisé pour l'invention doit avoir une résolution d'au moins 1g. (2) La numérisation du signal provenant de l'accéléromètre permet de réaliser un traitement 15 numérique des données. L'impact du pied sur le sol lors de la pratique de la course à pied, crée une variation importante de l'accélération au niveau de l'accéléromètre (1). Le convertisseur analogique numérique permet de rendre numérique les valeurs 20 analogiques du capteur accélérométrique. (3) Le calcul du temps entre deux pics consécutifs sur l'accéléromètre permet de connaître le tempo de la foulée du coureur. La manière dont est calculé le tempo est le 25 suivant. Le signal d'accéléromètre est échantillonné à la fréquence d'échantillonnage Fs pendant un intervalle de temps suffisamment grand. Nous obtenons un vecteur des échantillons du signal d'accéléromètre [X(n) X(n-1) ... X(n-L+1)], 30 où L représente le nombre d'échantillons dans le vecteur, et où X(n) représente la valeur numérique de l'accéléromètre pour l'échantillon n. Nous supposons que nous puissions trouver le tempo entre deux valeurs seuil, Tempo_min, qui 35 représente le tempo minimal de course et Tempo_max, qui correspond au tempo maximal de course. Nous notons P la précision avec laquelle nous voulons trouver le tempo, le nombre total de -5- Tempos possibles est Nombre total (Tempo_max-Tempo_min)/P. Nous avons vu précédemment que l'unité du tempo est le BPM. Pour un tempo de course à pied donné, le temps entre deux impacts sur le sol est de 60/Tempo course secondes, soit 60/Tempo_course*Fs échantillons. La valeur d'échantillonnage de l'accéléromètre lors de l'impact est très élevée, alors que pour les moments où il n'y a pas d'impact la valeur est faible. Supposons que l'impact est lieu pour l'échantillon n, le nouvel impact aura lieu à l'échantillon n+ 60/Tempo_course*Fs, et le produit X(n)*X(n+ 60/Tempo_course*Fs) aura une valeur grande. Pour pouvoir trouver cette valeur Tempo_course qui nous est inconnue, nous allons faire le produit du vecteur des échantillons d'accéléromètre, avec le vecteur des échantillons d'accéléromètre décalé de 60/Tempo possible *Fs. Ainsi Nous calculons les Nombre total possibles valeurs : n-L+1 EX(k)*X(k+60/Tempo*Fs) (1) k=n pour chaque tempo_i susceptible d'être le vrai tempo de course. Une fois l'opération réalisée sur les Nombre total valeurs possibles, le tempo retenu est celui pour lequel le résultat de l'opération (1) est le plus élevé. Nous pouvons par exemple prendre une fréquence d'échantillonnage Fs=1000 Hz, et un intervalle de 3 secondes, soit une valeur de L=3000 échantillons, Tempo_min=40, Tempo_max=120 ; 35 (4) Une fois le tempo de la foulée connue (2) le bloc de l'invention (4) va reconnaître dans la 10 15 20 25 30 base de données des tempos des chansons (5), une chanson ayant un tempo égal à celui du tempo du coureur (2). (5) Système de bases de données dans lequel la référence principale est le tempo et créant un lien vers la base de données de musique principale. (6) Système de base de données contenant les fichiers de musique. lo (56) La base de données de musique (6) peut être modifiée par l'utilisateur, la base de données (5) contenant les valeurs de BPM doit être synchronisée avec la base de données de musique principale (6). La synchronisation peut être facile à 15 réaliser, si le fichier numérique contient déjà l'information de BPM. Si ce n'est pas le cas, l'utilisateur peut récupérer l'information au moyen de logiciels dédiés. 20 (7) Lorsqu'une chanson est identifiée comme éligible elle est sélectionnée, puis jouée. (8) L'écoute du morceau de musique choisi est diffusée sur les oreilles du coureur au moyen d'écouteurs intra-auriculaires ou d'un casque. 25 L'invention pourra être facilement intégrée dans les lecteurs 30 de musique. Elle pourra également être avantageusement dans les salles de sport équipées de tapis de course à pied et diffusant de la musique. L'invention peut également être utilisé de manière logicielle, de type application téléchargeable, pour les lecteurs de musique possédant un accéléromètre et permettant le 35 téléchargement d'applications. REVENDICATIONS1. Dispositif d'écoute de musique numérique, caractérisé en ce qu'il comprend le calcul du tempo de foulée de course à pied (3) d'un coureur à pied (9), la création d'une base de données des chansons (3), l'accès à la valeur de tempo des chansons de la base de musique (5), le choix automatique des chansons ayant une valeur de tempo égale ou multiple de la lo valeur du tempo de course à pied (4), et d'un casque audio ou d'écouteurs (8) pour reproduire le morceau de musique choisi (7). 2. Dispositif selon la revendication n°1, caractérisé en ce que le calcul du tempo de foulée de la course à pied (3) soit réalisé à 15 l'aide de l'un procédé de traitement numérique du signal après conversion du signal de l'accéléromètre (1) à l'aide d'un convertisseur analogique numérique (2). 3. Dispositif selon la revendication n°2, caractérisé en ce que le procédé de traitement du signal numérique des signaux de 20 l'accéléromètre (1) comporte les étapes suivantes : Evaluation de la somme produit des échantillons d'accéléromètre et de ces mêmes échantillons décalés d'un nombre correspondant au tempo de course possible, Analyse des différentes valeurs du calcul précédent 25 conservation de la valeur la plus grande. Déduction de la valeur de tempo de course. 30