AT520900B1 - Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Kommunikationssystem für einen menschlichen oder tierischen Benutzer mit einem vom Benutzer zu tragenden Träger, insbesondere einem Helm, und einer Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, drahtlos übertragene Drahtlos-Signale zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln und/oder elektrische Signale in Drahtlos-Signale umzuwandeln und drahtlos abzusenden, wobei - zumindest ein am Träger angeordneter und mit der Drahtlos- Signalübertragungsvorrichtung (3) signaltechnisch verbundener Knochenleitungs-Übertrager (4), welcher dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale in durch Knochen des Benutzers zu übertragenden Körperschall umzuwandeln, und/oder - zumindest ein am Träger angeordnetes und mit der Drahtlos- Signalübertragungsvorrichtung (3) signaltechnisch verbundenes Knochenleitungs-Mikrofon (5), welches dazu ausgebildet ist, vom Benutzer erzeugten und durch Knochen des Benutzers übertragenen Körperschall in die elektrischen Signale umzuwandeln. vorgesehen sind.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem für einen menschlichen oder tierischen Benutzer mit einem vom Benutzer zu tragenden Träger, insbesondere einem Helm, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Kommunikationssysteme des Standes der Technik umfassen Lautsprecher und Mikrofone, die Schallwellen erzeugen oder Schallwellen auffangen und in elektrische Signale umwandeln. Die Übertragung der Schallwellen geschieht dabei durch die Luft. Beispielsweise bei einem Kopfhörer werden die Schallwellen im Kopfhörer erzeugt, durch den Gehörgang zum Trommelfell transportiert und dann vom Innenohr zum Gehirn übertragen.

[0003] Nachteilig daran ist, dass die Übertragung durch die Luft störanfällig ist. Das gilt insbesondere dann, wenn viele und/oder laute Hintergrundgeräusche auftreten. Dies führt zu einem Hintergrundrauschen, wodurch die zu übertragende Sprache oder andere Geräusche oder Töne, wie beispielsweise Musik, schwer zu verstehen sind.

[0004] Knochenleitungs-Übertrager sind beispielsweise aus der CN 206650830 U, der KR 101773357 B1 und der KR 20140060092 A bekannt.

[0005] Ein am Kehlkopf angeordnetes Knochenleitungs-Mikrofon ist aus der KR 20170033750 A bekannt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kommunikationssystem bereitzustellen, das auch bei erhöhter Hintergrundgeräuschkulisse eine akzeptable Übertragung von Sprache und anderen Geräuschen bietet.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0008] Diesbezüglich ist zumindest ein am Träger angeordnetes und mit der Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung signaltechnisch verbundenes Knochenleitungs-Mikrofon vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, vom Benutzer erzeugten und durch Knochen des Benutzers übertragenen Körperschall in die elektrischen Signale umzuwandeln.

[0009] Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass eine besonders gute Rauschunterdrückung möglich ist, wenn das zumindest eine Knochenleitungs-Mikrofon erfindungsgemäß am Hinterkopf und/oder am Nacken des Benutzers angeordnet ist.

[0010] Die Übertragung direkt auf den Knochen des Benutzers hat mehrere Vorteile. Zum einen wird der direkte Kontakt zum Knochen ausgenutzt, sodass die Hintergrundgeräusche, die bei der Übertragung durch die Luft auftreten, den durch den Knochen geleiteten Körperschall nicht stören. Die Knochenleitung ermöglicht außerdem ein störungsfreies Hören, da der Körperschall über den Schädelknochen des Benutzers direkt ins Innenohr übertragen wird. Auch Benutzer, die an gewissen Hörschwächen leiden, können auf diese Art und Weise das Kommunikationssystem nutzen.

[0011] Es ist zu bemerken, dass im Rahmen der Erfindung der Ausdruck „elektrische Signale“ auch elektronische Signale, sowohl digitaler als auch analoger Natur, umfasst.

[0012] Mehrere erfindungsgemäße Kommunikationssysteme können über die Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtungen zusammen ein Drahtlos-Kommunikationsnetz für mehr als einen Benutzer bilden, mittels welchem Drahtlos-Kommunikationsnetz Sprache und andere Geräusche in eine oder mehrere Richtungen übertragen werden können.

[0013] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0014] Es kann zumindest ein am Träger angeordneter und mit der Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung signaltechnisch verbundener Knochenleitungs-Übertrager (auch genannt Knochenleitungs-Transducer), welcher dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale in durch /9

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Knochen des Benutzers zu übertragenden Körperschall umzuwandeln, vorgesehen sein.

[0015] Der zumindest eine Knochenleitungs-Übertrager kann oberhalb eines Ohrs des Benutzers angeordnet sein. An dieser Stelle ist die Gewebeschicht auf dem Schädelknochen besonders dünn, weshalb die Übertragung des Körperschalls an dieser Stelle besonders gut funktioniert.

[0016] Es können zumindest zwei Knochenleitungs-Übertrager vorgesehen sein, die gegeneinander nach vorne bzw. nach hinten versetzt angeordnet sind. Wenn beispielsweise einer der Transducer nicht perfekt an der Oberfläche des Benutzers aufsitzt, ist zumindest die Wahrscheinlichkeit groß, dass der andere Knochenleitungs-Übertrager korrekt aufsitzt. Unterbrechungen in der Kommunikation können so vermieden werden.

[0017] Einen ähnlichen Vorteil bietet die Maßnahme, dass mehrere Knochenleitungs-Übertrager vorgesehen sind, die vorzugsweise in Bezug auf die Medianebene des Benutzers symmetrisch angeordnet sind.

[0018] Die Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung kann zur Signalübertragung mittels zumindest der folgenden drahtlosen Signalübertragungsstandards ausgebildet sein: Bluetooth, Intercom, Funk- und Radioübertragung, insbesondere frequenzmoduliert, Mobilfunkstandards, Wireless-LAN-Standards.

[0019] Bluetooth ist ein in den 1990er Jahren durch die Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelter Industriestandard gemäß IEEE 802.15.1 für die Datenübertragung zwischen Geräten über kurze Distanz per Funktechnik (WPAN).

[0020] Eine drahtlose Gegensprechanlage (Intercom) ist ein Telekommunikationsgerät, das Sprachkommunikation ermöglicht, ohne dass zwischen den Sprechstellen Kupferleitungen verlegt werden müssen. Ein drahtgebundenes Intercom-System kann drahtlose Elemente enthalten.

[0021] Es gibt viele Arten von drahtlosen Gegensprechanlagen auf dem Markt. Die meisten drahtlosen Intercom-Systeme kommunizieren über Radiowellen unter Verwendung einer der Frequenzen, die von verschiedenen Regierungsbehörden zugeteilt werden. Einige drahtlose Intercom-Systeme kommunizieren mit dem 802.11-Standard. Es gibt auch Systeme, die sich selbst als kabellos bekannt machen, jedoch über die bestehende AC-Verkabelung des Gebäudes kommunizieren.

[0022] Die Frequenzmodulation (FM) ist ein Modulationsverfahren, bei dem die Trägerfrequenz durch das zu übertragende Signal verändert wird.

[0023] Der Träger kann zumindest eines der folgenden sein: Helm, Gesichtsabdeckung, Gehörschutz, Hörsprechgarnitur, Stock, Regenschirm.

[0024] Bei solchen Helmen kann es sich um Bauhelme, Feuerwehrhelme, Fahrradhelme, Skiund Skatinghelme, Helme für den militärischen - polizeilichen und Sicherheitsbereich, Helme für Luft- und Wassersicherheit und dergleichen handeln. Ein Helm im allgemeinen ist eine stabile, schützende Kopfbedeckung gegen mechanische Einwirkungen und somit Teil der Schutzkleidung [0025] Die Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Gesichtsabdeckungen eingesetzt werden. Beispielsweise die Atemschutzmaske (umgangssprachlich Gasmaske, Atemmaske, im militärischen und Zivilschutzbereich CBRN-Schutzmaske bzw. ABC-Schutzmaske, bei der Nationalen Volksarmee Truppenschutzmaske) ist ein Atemanschluss und dient dem Schutz des Trägers vor Atemgiften. Man teilt sie ein in die Vollmasken (genormt nach EN 136) und die Halb- und Viertelmasken (EN 140). Zu den Halbmasken gehören auch die Atemschutzfilter (EN 149). Solche Atemschutzsysteme werden zum Beispiel benötigt im Rettungswesen (Feuerwehr, Technisches Hilfswerk), der Brandermittlung und an Arbeitsplätzen, an welchen Atemgifte (chemische Stoffe, Mikroorganismen, Stäube) auftreten können, z. B. bei Reinigungsarbeiten von Tanks.

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AT 520 900 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt [0026] Die Atemschutzmaske kann aus Gummi oder Silikon gefertigt sein. Früher kam auch Leder oder Stoff, manchmal auch mit Gummiüberzug, zum Einsatz. Atemschutzmasken können in Verbindung mit Pressluftatmersystemen umluftunabhängig oder mit Atemschutzfiltern umluftabhängig verwendet werden. Bei der umluftabhängigen Version kann der Atemschutzfilter entweder direkt an der Maske angebracht sein oder über einen Schlauch mit ihr verbunden werden. Es können auch mehrere Filter oder ein Gebläse zur Erleichterung angebracht werden. Man unterscheidet dabei zwischen Normaldruckmaske und Überdruckmaske.

[0027] Als Gehörschutz werden alle Arten von Schutzeinrichtungen bzw. Schutzausrüstung bezeichnet, die das Gehör vor zu lauten Geräuschen schützen und Schalltraumata vorbeugen.

[0028] Eine Hörsprechgarnitur (auch Sprechgarnitur, Kopfsprechhörer, Kopfhörersatz oder engl. „headset“) ist eine Kombination aus Kopfhörer und Mikrofon, die ein zweiseitiges Kommunizieren (Hören und Sprechen) ermöglicht.

[0029] Unter Knochenleitungstechnologie kann die (Körper-)Schallleitung zum Innenohr durch die Schädelknochen beispielsweise durch Verwendung von elektromechanischen Wandlern, welche die elektrischen Signale in mechanische Schwingungen umwandeln und den Schall über die Schädelknochen an das Innenohr senden verstanden werden. Ebenso kann ein Knochenleitungs-Mikrofon verwendet werden, um gesprochene Töne über Knochenleitung aufzunehmen. Knochenleitungsübertragung kann sowohl bei Personen mit normalem oder beeinträchtigtem Hörvermögen verwendet werden.

[0030] Knochenleitungs-Übertrager können eine magnetische oder induktive Spule aufweisen, mittels welcher die Vibrationen erzeugt werden, die über menschliche Knochen in das Innenohr übertragen werden und dort durch die anatomischen Gegebenheiten im Innenohr in Klänge umgewandelt werden. Die technisch richtige Bezeichnung ist Transducer, sie werden aber auch als Vibrator oder Lautsprecher (Speaker) bezeichnet.

[0031] Bei einem Knochenleitungs-Mikrofon kann es sich um eine Art Kontaktmikrofon handeln, das Vibrationen direkt vom Kopf bzw. Hals des Trägers absorbiert, und zwar durch einzelne oder doppelte Sensoren, die am Kopf oder Hals getragen werden. Diese Sensoren, genannt Wandler, können Sprache sogar in extrem lauter oder windiger Umgebung, wie auf einem Motorrad oder in einem Nachtclub, aufnehmen. Andere Arten von Mikrofonen funktionieren unter diesen Bedingungen aufgrund von hohen Hintergrundgeräuschen nicht gut. Fortgeschrittene Laryngophone sind in der Lage, Flüstern aufzunehmen und daher gut in einer Umgebung funktionieren, in der Kommunikation mit anderen in einer Entfernung in der Stille erforderlich ist, beispielsweise während verdeckter Militäroperationen. Kehlkopfmikrofone können auch sehr nützlich sein, wenn Helme oder Atemschutz benötigt werden. Viele SCBA-, CABA-, SAR-Atemschutzmasken, PAPR- oder Re-Atmungsmasken des Standes der Technik haben keine Vorkehrungen für ein Mikrofon innerhalb der Maske. Das Kehlkopfmikrofon kann sicher verwendet werden, da es außerhalb der Gesichtsdichtung der Maske positioniert ist und somit weder den durch die Maske gebotenen Atemschutz beeinträchtigt noch gegen die Zulassung und Zertifizierung der Maske verstößt.

[0032] Im Rahmen der erfindungsgemäßen Umwandlung zwischen den elektrischen Signalen und den Drahtlos-Signalen kann eine Leiterplatte (Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung - in Englisch: printed circuit board, PCB) eingesetzt werden, also ist ein Träger für elektronische Bauteile. Leiterplatten können der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung dienen. In die Leiterplatte können Bauteile eingearbeitet werden wie zum Beispiel [0033] - Verstärker (Amplifier) aller Art [0034] - Bluetooth Chips aller Art [0035] - Antennen und Frequenz Modulatoren aller Art [0036] - Router aller Art [0037] - Micro Chips aller Art

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AT 520 900 B1 2020-01-15 österreichisches patentamt [0038] - IC's aller Art [0039] - Ram, Rom, Prom, E-Prom und ähnliche digitale Datenträger [0040] - Micro Prozessoren aller Art [0041] - Batterien und Akkumulatoren (oder kurz Akkus) aller Art [0042] Auch die Software, um all diese Komponenten zu bedienen, ist enthalten.

[0043] Die Gehäuse und Art der Verkleidungen, die im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzt werden, können aus allen Kunststoffen, Silikonen, biologischen Verbundstoffen und Chip-Gehäusen in allen Schutzklassen, auch feuer- und explosionsfest bestehen. Gehäuse oder Verkleidungen sind im Rahmen der Erfindung aber nicht absolut notwendig.

[0044] Als biologische Verbundstoffe (auch: Biokunststoff, Bioplastik (engl. bioplastics) oder Bio-basierter Kunststoff („technische Biopolymere“ oder engl. bio-based plastics)) werden Kunststoffe bezeichnet, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden.

[0045] Ein Verbundwerkstoff oder Kompositwerkstoff (englisch composite (material)) ist ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten. Für die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe sind stoffliche Eigenschaften und Geometrie der Komponenten von Bedeutung. Insbesondere spielen oft Größeneffekte eine Rolle. Die Verbindung erfolgt durch Stoff- oder Formschluss oder einer Kombination von beidem. Bei Verpackungen wird daneben der Begriff Verbundstoff für zu diesem Zweck hergestellte Materialien verwendet.

[0046] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen [0047] Fig. 1a und 1b Beispiele für die Anordnung von Knochenleitungs-Übertragern und Knochenleitungs-Mikrofone bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, [0048] Fig. 2a und 2b mögliche Bereiche für die Anordnung des Knochenleitungs-Mikrofons sowie [0049] Fig. 3 schematisch die Elektronik bei einer erfindungsgemäßen Ausführung.

[0050] Die Figuren 1a und 1b stellen die Anordnung der Knochenleitungs-Übertrager 4 und des Knochenleitungs-Mikrofons 5 dar. Dabei ist der Kopf des Benutzers schematisch einmal von links (Figur 1a) und einmal von rechts (Figur 1b) dargestellt. Den Figuren 1a und 1b ist zu entnehmen, dass die Anordnung der Knochenleitungs-Übertrager 4 und des KnochenleitungsMikrofons 5 in Bezug auf die Medianebene des Benutzers symmetrisch angeordnet ist.

[0051] Das zumindest eine Knochenleitungs-Mikrofon 5 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel eine ideale Fläche etwa zwischen 0,5 cm² und 10 cm² einnehmen.

[0052] Die Knochenleitungs-Übertrager 4 sind jeweils paarweise oberhalb des Ohrs des Benutzers angeordnet, weil an diesen Punkten eine besonders gute Übertragung des Körperschalls auf den Schädelknochen des Benutzers möglich ist. Natürlich ist auch jeweils eine einzelne Anordnung - im Gegensatz zu einer paarweisen Anordnung - im Rahmen der Erfindung möglich.

[0053] Eine besonders gute Rauschunterdrückung ist durch die Anordnung des Knochenleitungs-Mikrofons 5 am Hinterkopf des Benutzers möglich.

[0054] In den Figuren 2a und 2b sind mögliche alternative Bereiche für die Anordnung des zumindest einen Knochenleitungs-Mikrofons 5 jeweils als gestrichelt umrandete Flächen dargestellt. Zum einen kann das zumindest eine Knochenleitungsmikrofon 5 erfindungsgemäß am Hinterkopf (Fig. 2a) und zum anderen erfindungsgemäß am Nacken oder (nicht erfindungsgemäß) am Halsbereich (Fig. 2b) angeordnet sein.

[0055] Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Elektronik, die beim erfindungsgemäßen

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Kommunikationssystem zum Einsatz kommen kann. Dabei sind zunächst die Anschlussstellen 16 für die Knochenleitungs-Übertrager 4 und das Knochenleitungs-Mikrofon 5 zu erkennen.

[0056] Weitere in Figur 3 zu erkennende Elemente der Leiterplatte, welche die Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung 3 der Ausführungsform darstellt, sind:

[0057] - Verstärker 7 [0058] - Vorverstärker 8 [0059] - Digital-Sound-Processing-Chip 9 (in diesem Ausführungsbeispiel: Bluetooth) [0060] - Knopf Next-Track oder „Lautstärke erhöhen“10 [0061] - Knopf Previous-Track oder „Lautstärke verringern“ 11 [0062] - Ein-Ausschalter 12 [0063] - Knopf Intercomverbindung 13 [0064] - Anschluss Antenne 14 [0065] - Anschlüsse Batterie 15 [0066] - Anschlüsse 16 für den zumindest einen Knochenleitungs-Übertrager 4 und das zumindest eine Knochenleitungs-Mikrofon 5 [0067] - Mini USB Anschluss 17 [0068] - Bohrlöcher zur mechanischen Befestigung 18 [0069] - Interne Antenne 19 [0070] - Knopf FM Suche 20 [0071] Der Digital-Sound-Processing-Chip 9 korrespondiert mit einem zweiten Transponder 21, welcher für die Intercom Übertragung zuständig ist. Eingearbeitet in diese Chips ist Hardware zur Klangoptimierung. Die Art und Anordnung von diversem Zubehör oder der Peripherie der Leiterplatte kann variieren. Eine mögliche Ausführung ist in Fig. 3 dargestellt.

[0072] Um die Qualität und Reichweite der Funkübertragung zu maximieren, kommt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine besondere Form der internen Antenne 19 zum Einsatz, welche mit dem Transponder 21 verbunden ist.

[0073] Die interne Antenne 19 ist mittels einer wellenförmigen Form auf bestmögliche Übertragungsqualität optimiert.

[0074] Eingearbeitet in die Leiterplatte und die Chips sind Komponenten wie Gain (Eingangsverstärkung), Equalizer, Delay (Laufzeitverzögerung), und Verstärker.

[0075] Als Input werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen Bone Conduction Sensoren eingesetzt, die als Knochenleitungs-Mikrofon 5 dienen. Es können aber auch alternative Mikrofontechnologien verwendet werden. Ebenso haben wir adaptiv bis zu 2x analoge und 6x digitale Anschlüsse. Das Knochenleitungs-Mikrofon 5 ist auf Grund der Rauschunterdrückung auf der hinteren Seite des Kopfes positioniert.

[0076] Als Output werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Bone Conduction Aktoren (Knochenleitungs-Übertrager 4) eingesetzt, die als Vibratoren/Lautsprecher dienen. Die Verwendung von alternativen Lautsprechertechnologien ist nicht ausgeschlossen. Der im Ausführungsbeispiel verwendete Verstärker besitzt zwei Ausgänge: einen Stereo 16-bit ADC; bis zu 48kHz Abtastfrequenz und einen Stereo 16-bit DAC; bis zu 96kHz Abtastfrequenz. In Bezug auf die Anzahl und Anordnung der Knochenleitungs-Mikrofone 5 und der KnochenleitungsÜbertrager 4 wird auf die Figuren 1a, 1b und 2 verwiesen.

Claims (7)

1. Kommunikationssystem für einen menschlichen oder tierischen Benutzer mit einem vom Benutzer zu tragenden Träger, insbesondere einem Helm, und einer Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, drahtlos übertragene Drahtlos-Signale zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln und/oder elektrische Signale in Drahtlos-Signale umzuwandeln und drahtlos abzusenden, wobei zumindest ein am Träger angeordnetes und mit der Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung (3) signaltechnisch verbundenes Knochenleitungs-Mikrofon (5), welches dazu ausgebildet ist, vom Benutzer erzeugten und durch Knochen des Benutzers übertragenen Körperschall in die elektrischen Signale umzuwandeln, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Knochenleitungs-Mikrofon (5) am Hinterkopf und/oder am Nacken des Benutzers angeordnet ist.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein am Träger angeordneter und mit der Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung (3) signaltechnisch verbundener Knochenleitungs-Übertrager (4), welcher dazu ausgebildet ist, die elektrischen Signale in durch Knochen des Benutzers zu übertragenden Körperschall umzuwandeln, vorgesehen ist.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Knochenleitungs-Übertrager (4) oberhalb eines Ohrs des Benutzers angeordnet ist.

4. Kommunikationssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Knochenleitungs-Übertrager (4) vorgesehen sind, die gegeneinander nach vorne beziehungsweise nach hinten versetzt angeordnet sind.

5. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Knochenleitungs-Übertrager (4) vorgesehen sind, die vorzugsweise in Bezug auf die Medianebene des Benutzers symmetrisch angeordnet sind.

6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtlos-Signalübertragungsvorrichtung (3) zur Signalübertragung mittels zumindest eines der folgenden drahtlosen Signalübertragungsstandards ausgebildet ist: Bluetooth, Intercom, Funk- und Radioübertragung, insbesondere frequenzmoduliert, Mobilfunkstandards, Wireless-LAN-Standards.

7. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zumindest eines der folgenden ist: Helm, Gesichtsabdeckung, Gehörschutz, Hörsprechgarnitur, Stock, Regenschirm.