DE102019001966A1

DE102019001966A1 - Vorrichtung, System und Verfahren zur Audiosignalverarbeitung

Info

Publication number: DE102019001966A1
Application number: DE102019001966.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Brodersen; Jens Reermann; Achim Volmer
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: DE102019001966B4; US20200302909A1; US11107454B2; CN111724760A; CN111724760B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, aufweisend ein Korrekturmikrofon (110), ein Referenzmikrofon (120), eine Klassifikationseinheit (130), eine Active Noise Cancellation (ANC-) Einheit (140) und einen ersten Lautsprecher (150). Das Korrekturmikrofon (110) ist in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein Ohr eines Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereichs (114) angeordnet und ausgebildet, akustische Signale in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich (114) aufzunehmen und als Korrektursignal (118) weiterzuleiten. Das Referenzmikrofon (120) ist angeordnet und ausgebildet, Umgebungsgeräusche (124) aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung (100) aufzunehmen und als Referenzsignal (128) weiterzuleiten. Die Klassifikationseinheit (130) ist dazu ausgebildet, das Referenzsignal (128) zu empfangen und das Referenzsignal (128) entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse aufzuteilen und ein klassifiziertes Signal (134) auszugeben. Die ANC-Einheit (140) ist dazu ausgebildet, das Korrektursignal (118) zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal (134) zu verarbeiten und ein entsprechendes Audiosignal (144) auszugeben. Der erste Lautsprecher (150) ist ausgebildet, das Audiosignal (144) zu empfangen und eine entsprechende akustische Signalausgabe (154) bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung und ein System zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung mit der Vorrichtung zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung.
Die Kommunikation von Einsatzkräften spielt eine zentrale Rolle im Bereich des Katastrophenschutzes, insbesondere bei der Arbeit von Feuerwehrleuten. Oftmals sind die Gebiete, in denen ein solcher Einsatz durchgeführt wird, jedoch stark lärmbelastet, beispielsweise durch die Umgebungsgeräusche von Sirenen, Fahrzeugen oder Belüftungssystemen. Hierdurch wird die notwendige Kommunikation von Einsatzkräften stark erschwert.
Es ist bekannt, insbesondere im Bereich der Feuerwehrtätigkeit, eine Sprachkommunikation durch zusätzliches elektrisches Kommunikationsequipment, wie beispielsweise Kopfhörer oder Headset, sicherzustellen. Hierbei kann das elektrische Kommunikationsequipment dazu ausgebildet sein, Signale von einem Mikrofon zu empfangen und diese Signale derart geräuschabhängig zu verarbeiten, dass Sprachanteile innerhalb dieser Signale verstärkt, und Rauschanteile gedämpft werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Audiosignalverarbeitung für Menschen in lärmexponierter Umgebung, insbesondere für Feuerwehrleute während eines Einsatzes, bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung mit einem Korrekturmikrofon, einem Referenzmikrofon, einer Klassifikationseinheit, einer Active Noise Cancellation (ANC-) Einheit und einem ersten Lautsprecher vorgeschlagen.
Das Korrekturmikrofon ist in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein Ohr eines Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereichs angeordnet und ausgebildet, akustische Signale in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich aufzunehmen und als Korrektursignal weiterzuleiten.
Das Referenzmikrofon ist angeordnet und ausgebildet Umgebungsgeräusche aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung aufzunehmen und als Referenzsignal weiterzuleiten. Korrekturmikrofon und Referenzmikrofon sind als zwei unterschiedliche Mikrofone ausgebildet, die erfindungsgemäß unterschiedlich ausgerichtet sind, wobei das Korrekturmikrofon zu dem für das Ohr des Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereich hin ausgerichtet ist und das Referenzmikrofon von dem Träger der Vorrichtung weg weisend zur Umgebung des Trägers der Vorrichtung hin ausgerichtet ist.
Die Klassifikationseinheit ist dazu ausgebildet, das Referenzsignal zu empfangen und das Referenzsignal entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse aufzuteilen und ein klassifiziertes Signal auszugeben.
Die ANC-Einheit ist dazu ausgebildet, das Korrektursignal zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal zu verarbeiten und ein entsprechendes Audiosignal auszugeben.
Der erste Lautsprecher ist ausgebildet, das Audiosignal zu empfangen und eine entsprechende akustische Signalausgabe bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine reine Verarbeitung von elektronisch übertragenen Kommunikationssignalen, wie sie in bekannten Kommunikationssystemen genutzt wird, nicht in Situationen hilft, in denen direkt neben einer Einsatzkraft ein lautes Geräusch ertönt. Weiterhin wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass ein reiner Gehörschutz eine Einsatzkraft daran hindern kann, wichtige akustische Signale in seiner Umgebung wahrzunehmen, wie beispielsweise Sprache von umstehenden Personen, Fahrzeug- oder Feuergeräusche. Basierend auf dieser Erkenntnis, löst die Erfindung die gestellte Aufgabe durch eine Kombination aus Geräuschklassifikation und anschließender klassifikationsabhängiger Verarbeitung durch eine ANC-Einheit.
Vorteilhaft können hierdurch die für eine Einsatzkraft relevanten Signale derart klassifiziert werden, dass sie nicht verändert, verstärkt, oder zumindest nur schwach gedämpft werden. Wohingegen reine Störgeräusche durch die mittels ANC-Einheit realisierte aktive Rauschunterdrückung komplett unterdrückt oder zumindest stark gedämpft werden können. Hierdurch bleiben relevante Signale für die Einsatzkraft wahrnehmbar und dennoch ist ein gewisses Maß an Gehörschutz gewährleistet.
Weiterhin vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die einfache Integrierbarkeit in bestehende Kommunikationsvorrichtungen. So kann die Signalverarbeitung bei geeigneter Anpassung durch bestehende Kommunikationsvorrichtungen ausgeführt werden, sodass lediglich die einfach realisierbare Verwendung eines Referenzmikrofons oder einer Anzahl von Referenzmikrofonen in solchen bestehenden Vorrichtungen umgesetzt werden muss.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt weiterhin vorteilhaft unterschiedliche Anwendungen, da verschiedene Klassen, insbesondere verschiedene Arten von Klassen, denkbar sind. Außerdem können auch unterschiedliche Einstellungen der ANC-Einheit erfindungsgemäß realisiert sein. Daher ist auch eine individualisierte Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass durch die Verarbeitung des Korrektursignals mittels der ANC-Einheit eine allgemeine Geräuschbelastung eines Trägers der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich reduziert werden kann. So kann eine der Klassen zu dämpfende Geräusche umfassen, die durch eine aktive Rauschunterdrückung im Rahmen der akustischen Signalausgabe stark gedämpft durch den Träger der erfindungsgemäßen Vorrichtung wahrgenommen werden.
Die erfindungsgemäße Unterteilung in Klassifikationseinheit und ANC-Einheit, als unterschiedliche elektrische Komponenten innerhalb der Vorrichtung, kann auch als funktionelle Unterteilung innerhalb eines einzigen Prozessors, insbesondere innerhalb einer einzigen elektronischen Komponente, realisiert sein.
Das Aufteilen in Klassen durch die Klassifikationseinheit basiert auf einem Verfahren zur Mustererkennung, welches Spektrum und Amplitude des empfangenen Referenzsignals auswertet. Grundsätzlich sind aus anderen technischen Bereichen hierfür geeignete Verfahren zur Mustererkennung bekannt, wie beispielsweise die Anwendung neuronaler Netze oder einer Support Vektor Machine oder eines Codebuches. Eine konkrete Umsetzung eines solchen Verfahrens zur Mustererkennung ist, wie einleitend geschildert, im Bereich der akustischen Signalverarbeitung bereits bekannt, sodass auf eine detaillierte Beschreibung dieses Verfahrens im Folgenden verzichtet wird.
Das klassifizierte Signal umfasst eine eindeutige Zuordnung der Signalanteile des Referenzsignals zu der mindestens einen ersten Klasse und der zweiten Klasse. Hierdurch kann die ANC-Einheit die entsprechenden Signalanteile abhängig von der zugeordneten Klasse unterschiedlich verarbeiten.
Das klassifizierte Signal kann dabei ein einziges Signal sein, welches das Referenzsignal zusammen mit der aktuellen Information darüber umfasst, Signalanteile welcher Klasse aktuell vorliegen. Das klassifizierte Signal kann jedoch auch durch eine Kombination von Signalen gebildet sein. Insbesondere kann das klassifizierte Signal das Referenzsignal und zugleich ein Zuordnungssignal umfassen, welches mit dem Referenzsignal zeitlich synchronisiert ist und die Zuordnung zu der für die aktuellen Signalanteile vorliegenden Klasse aufweist.
Die Funktionsweise der ANC-Einheit ist grundsätzlich im Zusammenhang mit einer aktiven Unterdrückung sämtlicher Umgebungsgeräusche bekannt, sodass hierauf im Folgenden nicht im Detail eingegangen wird.
Die akustischen Signale in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich umfassen typischerweise auch zumindest teilweise die Umgebungsgeräusche. Die Umgebungsgeräusche umfassen vorzugsweise nicht oder zumindest nicht maßgeblich Teile der akustischen Signalausgabe durch den ersten Lautsprecher.
Als Umgebungsgeräusche werden im Rahmen dieser Erfindung alle akustischen Phänomene aus der Umgebung des Nutzers der Vorrichtung verstanden, also insbesondere auch verschiedene Arten von akustischen Signalen oder Geräuschen. Als Geräusch wird typischerweise ein breitbandiges akustisches Phänomen bezeichnet, wohingegen ein akustisches Signal typischerweise ein tonales, akustisches Phänomen mit mindestens einem prägenden Spektralbereich bezeichnet. Eine derartige, den Konventionen des Fachgebiets folgende Unterscheidung ist im Rahmen dieser Erfindung jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Akustische Phänomene, die typischerweise Geräusche darstellen, können im Folgenden auch als Signale oder akustische Signale bezeichnet sein und umgekehrt.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, weist die Vorrichtung weiterhin einen Signalverstärker auf, der dazu ausgebildet ist, das Korrektursignal, das Referenzsignal und/oder das Audiosignal zu verstärken. Ein Signalverstärker, der dazu ausgebildet ist, das Korrektursignal zu verstärken, ermöglicht vorteilhaft eine besonders präzise Klassifikation der Signalanteile des Referenzsignals durch die Klassifikationseinheit. Ein Signalverstärker, der dazu ausgebildet ist, das Audiosignal zu verstärken, ermöglicht vorteilhaft eine gezielte Verstärkung der relevanten Signalanteile, also derjenigen Signalanteile, die im Rahmen der akustischen Signalausgabe dem Nutzer der Vorrichtung gut hörbar ausgegeben werden sollen. Der Signalverstärker bildet einen funktionellen Bestandteil der Vorrichtung, der auch in einer gemeinsamen, elektronischen Komponente mit der ANC-Einheit und/oder der Klassifizierungseinheit ausgebildet sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Klassifikationseinheit ausgebildet, das Referenzsignal in Signalanteile von mehr als zwei Klassen auszugeben. Eine Vielzahl von Klassen ermöglicht vorteilhaft eine gezielte Steuerung einer Signalanteil-Ausgabe innerhalb der akustischen Signalausgabe von einzelnen Signal- und/oder Geräuschgruppen. So können Sprachanteile oder Fahrzeuggeräusche innerhalb des Referenzsignals anders verarbeitet werden, als Sirenensignale oder Feuergeräusche. Weiterhin ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von Klassen eine besonders individualisierte Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für verschiedene Nutzergruppen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Klassen mindestens eine der folgenden Signal- und/oder Geräuschgruppen: Sirenensignale, Fahrzeuggeräusche, Sprachsignale, Pumpengeräusche, Belüftungsgeräusche, Feuergeräusche. Die Signal- und/oder Geräuschgruppen im Rahmen dieser Ausführungsform sind besonders vorteilhaft für die Verwendung im Rahmen der Arbeit von Feuerwehrleuten. In einer besonders vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform ist die Klassifikationseinheit weiterhin ausgebildet, das Referenzsignal in Signalanteile von mehr als zwei Klassen auszugeben. In dieser bevorzugten Variante können den unterschiedlichen Signal- und/oder Geräuschgruppen zuzuordnende Geräusche besonders vorteilhaft unterschiedlich verarbeitet werden. So können Sirenengeräusche stark gedämpft werden, wohingegen Sprachsignale verstärkt ausgegeben werden können. Pumpengeräusche und Belüftungsgeräusche bilden, genauso wie Feuergeräusche, üblicherweise Störgeräusche bei der Arbeit von Feuerwehrleuten, sodass deren starke Dämpfung im Rahmen von deren aktiver Unterdrückung durch die ANC-Einheit die allgemeine Geräuschbelastung im Einsatz erheblich reduziert und eine Kommunikation über die gezielte Verstärkung von Sprache verbessert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die ANC-Einheit dazu ausgebildet, das Audiosignal derart basierend auf dem klassifizierten Signal zu bestimmen, dass die auf dem Audiosignal basierende akustische Signalausgabe geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche, die Signalanteilen des Referenzsignals aus mindestens einer Klasse entsprechen, destruktiv zu interferieren. Die ANC-Einheit ermöglicht im Rahmen dieser Ausführungsform eine besonders effektive Rauschunterdrückung.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die ANC-Einheit weiterhin dazu ausgebildet, das Referenzsignal und das Korrektursignal zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal zu verarbeiten und ein entsprechendes Audiosignal auszugeben. Hierdurch stehen der ANC-Einheit vorteilhaft besonders viele Signalinformationen bezüglich der vorliegenden Umgebungsgeräusche zur Verfügung, um ein entsprechend geeignetes Audiosignal zur aktiven Schallunterdrückung durch den ersten Lautsprecher bereitzustellen. Für sämtliche im Folgenden vorgestellte Ausführungsformen ist grundsätzlich eine Variante vorteilhaft, in der die ANC-Einheit weiterhin dazu ausgebildet, das Referenzsignal und das Korrektursignal zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal zu verarbeiten und ein entsprechendes Audiosignal auszugeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die ANC-Einheit dazu ausgebildet, den Klassen des klassifizierten Signals eine entsprechende Signal- und/oder Geräuschgruppe zuzuordnen und basierend auf dem mindestens einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zugeordneten Signalanteil des klassifizierten Signals das Korrektursignal, insbesondere das Korrektursignal und das Referenzsignal, derart zu verarbeiten, dass die auf dem Audiosignal basierende akustische Signalausgabe geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche, die Signalanteilen des Referenzsignals aus der mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe entsprechen, derart zu interferieren, dass Umgebungsgeräusche dieser mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe in dem für das Ohr des Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereich mit einer vordefinierten Amplitude wahrnehmbar sind. Hierdurch kann vorteilhaft für vordefinierte Signal- und/oder Geräuschgruppen eine vordefinierte Amplitude festgelegt werden. So können Sprachanteile innerhalb des Referenzsignals unabhängig von ihrer ursprünglichen Amplitude auf die vordefinierte Amplitude verstärkt werden, während Sirenensignale aus Gründen der Sicherheit nicht komplett unterdrückt, sondern lediglich auf eine sehr geringe vordefinierte Amplitude gedämpft werden. Eine Verwendung unterschiedlicher vordefinierte Amplituden für Töne aus unterschiedlichen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppen kann vorteilhaft eine Priorisierung bestimmter Signalanteile durch den Nutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen. Besonders wichtige Signalanteile werden dabei verstärkt, während störender Umgebungsgeräusche durch die Verarbeitung mittels ANC-Einheit aktiv unterdrückt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung, weist die Vorrichtung weiterhin einen zweiten Lautsprecher und ein zusätzliches Korrekturmikrofon auf, wobei der zweite Lautsprecher ausgebildet ist, das Audiosignal oder ein zusätzliches Audiosignal zu empfangen und eine entsprechende zusätzliche akustische Signalausgabe bereitzustellen. Das zusätzliche Korrekturmikrofon ist im Rahmen dieser Ausführungsform in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein weiteres Ohr des Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereichs angeordnet und ausgebildet, akustische Signale in dem für das weitere Ohr vorgesehenen Bereich aufzunehmen und als zusätzliches Korrektursignal weiterzuleiten. Die ANC-Einheit ist im Rahmen dieser Ausführungsform weiterhin ausgebildet, das zusätzliche Korrektursignal zu empfangen, und Korrektursignal und zusätzliches Korrektursignal basierend auf dem klassifizierten Signal zu verarbeiten. Die ANC-Einheit gibt in dieser Ausführungsform vorzugsweise das Audiosignal und das zusätzliche Audiosignal aus. Hierdurch kann im Rahmen der durch die beiden Lautsprecher ausgegebenen akustischen Signale eine Richtungsabhängigkeit der Umgebungsgeräusche berücksichtigt werden. Unter dem Ohr und dem weiteren Ohr sind im Rahmen dieser Ausführungsform das linke und rechte Ohr des Trägers der Vorrichtung zu verstehen. Das Audiosignal, das dem zweiten Lautsprecher zugeführt wird, kann sich von dem Audiosignal, das dem ersten Lautsprecher zugeführt wird unterscheiden. Insbesondere kann in dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft für beide Ohren des Trägers der Vorrichtung eine vorteilhafte erfindungsgemäße akustische Signalausgabe erfolgen. Insbesondere die vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Rahmen eines Gehörsschutzes, wird im Rahmen dieser Ausführungsform durch die Verwendung zweier Lautsprecher und zweier Korrekturmikrofone besonders effektiv möglich.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens ein zusätzliches Referenzmikrofon auf, welches angeordnet und ausgebildet ist, Umgebungsgeräusche aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung aufzunehmen und als zusätzliches Referenzsignal weiterzuleiten. Die Klassifikationseinheit ist im Rahmen dieser Ausführungsform ausgebildet, das klassifizierte Signal basierend auf dem Referenzsignal und auf dem zusätzlichen Referenzsignal auszugeben. Die Verwendung mehrerer Referenzmikrofone im Rahmen dieser Ausführungsform ermöglicht eine besonders genaue Erfassung der Umgebungsgeräusche und mithin eine besonders effiziente Rauschunterdrückung im Rahmen der akustischen Signalausgabe. Vorzugsweise ermöglicht die Verwendung einer Mehrzahl von Referenzmikrofonen eine richtungsabhängige Aufnahme und Verarbeitung der Umgebungsgeräusche. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung mehr als zwei Referenzmikrofone auf. In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist eine relative Position von Referenzmikrofon und zusätzlichem Referenzmikrofon, oder von einer Vielzahl von Referenzmikrofonen, vorbestimmt. Die Verarbeitung von Signalen durch die Klassifikationseinheit und/oder die ANC-Einheit können auf einer solchen vorbestimmten relativen Position zwischen Referenzmikrofonen basieren.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist zwischen dem Korrekturmikrofon und der Klassifikationseinheit eine Vorverarbeitungseinheit angeordnet. Die Vorverarbeitungseinheit ist beispielsweise ausgebildet, das Korrektursignal zu verstärken. Weiterhin ist die Vorverarbeitungseinheit beispielsweise dazu ausgebildet, Signalanteile außerhalb eines vorbestimmten Spektralbereichs herauszufiltern.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist zwischen der ANC-Einheit und dem ersten Lautsprecher eine Restverarbeitungseinheit angeordnet. Die Restverarbeitung ist beispielsweise dazu ausgebildet, das Audiosignals zumindest teilweise zu verstärken und ein verstärktes Audiosignal an den ersten Lautsprecher auszugeben. Weiterhin ist die Restverarbeitungseinheit in einer Ausführungsform dazu ausgebildet, Signalanteile außerhalb eines vorbestimmten Spektralbereichs herauszufiltern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die ANC-Einheit weiterhin dazu ausgebildet, das Audiosignal und ein zusätzliche Audiosignal bereitzustellen. Hierdurch kann, beispielsweise optional, ein weiteres Audiosignal für einen zweiten Lautsprecher bereitgestellt werden, wobei vorteilhaft eine Position des zweiten Lautsprechers relativ zum ersten Lautsprecher berücksichtigt werden kann. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die, beispielsweise optional, einen Anschluss des zweiten Lautsprechers erlaubt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine Mikrofonhalterung auf, die das Korrekturmikrofon und den ersten Lautsprecher derart fest miteinander verbindet, dass sich eine relative Position von Korrekturmikrofon und erstem Lautsprecher zueinander nicht verändern kann. In dieser Ausführungsform wird vorteilhaft sichergestellt, dass das Korrekturmikrofon immer einen durch seine Richtcharakteristik und eine Richtcharakteristik des ersten Lautsprechers vorgegebenen in etwa gleichen Anteil an der akustischen Ausgabe des Audiosignals empfängt und erfindungsgemäß weiterverarbeitet. Dadurch ermöglicht die Mikrofonhalterung vorteilhaft eine gleichbleibende Qualität der Signalverarbeitung durch die Vorrichtung, auch im Falle einer Bewegung oder einer starken physischen Beanspruchung der Vorrichtung.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung gemäß mindestens einer der vorhergehenden Ausführungsformen in einem Headset integriert. Vorzugsweise ist hierbei ein Ohr passiv vor Lärm geschützt, während an dem anderen Ohr erfindungsgemäß das Korrekturmikrofon angeordnet ist.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein System zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung vorgeschlagen, welches eine Vorrichtung gemäß mindestens einer der vorgehenden Ausführungsformen, sowie eine Atemschutzmaske und/oder einen Helm umfasst, wobei der erste Lautsprecher derart angeordnet ist, dass die akustische Signalausgabe in einem für ein Ohr eines Trägers der Atemschutzmaske und/oder des Helms vorgesehenen Bereich erfolgt, und wobei das Korrekturmikrofon in unmittelbarer Nachbarschaft des für das Ohr vorgesehenen Bereichs angeordnet ist.
Das System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert die Vorteile der erfindungsgemäßen Audiosignalverarbeitung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit den generellen Vorteilen eine Atemschutzmaske und/oder eines Helms, beispielsweise im Rahmen der Arbeit von Feuerwehrleuten. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems ist die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung besonders vorteilhaft, da Helm und Atemschutzmaske meist zu erschwerten akustischen Bedingungen führen und die Anwendung von klassischen Gehörsschutzmaßnahmen erschweren.
Die Verwendung des Systems innerhalb der Atemschutzmaske ermöglicht vorteilhaft, eine besonders einfache Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer für die Atemschutzmaske vorgesehenen Kommunikationseinrichtung.
Der erste Lautsprecher kann gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem für das Ohr des Trägers vorgesehenen Bereich angeordnet sein. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung in der Bänderung des Helms, insbesondere im Gewebe der Bänderung des Helms, erfolgen. Weiterhin kann dies durch eine Anordnung an eine zum Träger des Helms weisenden Innenseite des Helms erfolgen. Vorzugsweise wird durch die Anordnung des ersten Lautsprechers eine gewisse Variabilität einer Ohrposition innerhalb des Helms ermöglicht und mithin die erfindungsgemäße Nutzung des Systems durch verschiedene Träger mit verschiedenen Kopfformen erlaubt. In einer alternativen oder ergänzenden Variante, ist der erste Lautsprecher entfernt von dem Ohr des Trägers des Helms und/oder der Atemschutzmaske angeordnet, und ist an einem Resonanzkanal angeordnet, sodass die akustische Signalausgabe über den Resonanzkanal zu dem Ohr des Trägers der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist das Referenzmikrofon auf einer von einem Träger der Atemschutzmaske und/oder des Helms weg weisenden Außenfläche der Atemschutzmaske oder des Helms angeordnet. Hierdurch kann vorteilhaft eine Gesamtheit von Umgebungsgeräuschen durch das Referenzmikrofon aufgenommen werden. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist mindestens ein zusätzliches Referenzmikrofon auf der Außenfläche der Atemschutzmaske oder des Helms angeordnet. Dies ermöglicht eine richtungsabhängige Verarbeitung des jeweiligen Referenzsignals durch die Klassifikationseinheit und/oder die ANC-Einheit. In einem vorteilhaften Beispiel dieser Variante ist die Mehrzahl von Referenzmikrofonen in einem festen vorbestimmten Abstand relativ zueinander angeordnet. Beispielsweise ist die Mehrzahl von Referenzmikrofonen in einem Helmband angeordnet, welches an einem üblichen Helm an einer unteren Helmkante angeordnet werden kann.
Die Klassifikationseinheit und/oder die ANC-Einheit sind in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Systems in der Nähe eines für einen Hinterkopf des Trägers des Systems vorgesehenen Bereichs an der Innenseite des Helms angeordnet. Hierdurch kann das erfindungsgemäße System besonders kompakt an einem Helm bereitgestellt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, aufweisend die Schritte

- Aufnehmen von akustischen Signalen in einem für ein Ohr eines Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich und Weiterleiten eines entsprechenden Korrektursignals;
- Aufnehmen von Umgebungsgeräuschen eines Anwenders dieses Verfahrens und Weiterleiten eines entsprechenden Referenzsignals;
- Empfangen des Referenzsignals, Aufteilen des Referenzsignals entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse und Ausgeben eines entsprechenden klassifizierten Signals;
- Empfangen des Korrektursignals, Verarbeiten des Korrektursignals basierend auf dem klassifizierten Signal durch eine bereitgestellte ANC-Einheit und Ausgeben eines entsprechenden Audiosignals; und
- Empfangen des Audiosignals und Bereitstellen einer entsprechenden akustischen Signalausgabe.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die gleichen Verfahrensschritte auf, die innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden. Daher hat dieses Verfahren dieselben Vorteile wie die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Das Aufteilen des Referenzsignals in die mindestens zwei Klassen kann durch eine tatsächliche Veränderung des Referenzsignals, beispielsweise durch ein Hinzufügen einer Klasseninformation erfolgen. Dieses Aufteilen kann jedoch auch alternativ oder ergänzend durch das Bereitstellen eines mit dem Referenzsignal zeitlich synchronisierten Zuordnungssignals realisiert sein, wobei das Zuordnungssignal die dem aktuell im Referenzsignal vorliegenden Signalanteil zugeordnete Klasse anzeigt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, weist das Verfahren weiterhin ein Verstärken des Korrektursignals, des Referenzsignals und/oder des Audiosignals auf.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Referenzsignal in mehr als zwei Klassen aufgeteilt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ein Zuordnen einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zu einer entsprechenden Klasse des klassifizierten Signals und ein Verarbeiten des Korrektursignals basierend auf dem mindestens einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zugeordneten Signalanteil des klassifizierten Signals durch die ANC-Einheit derart, dass die auf dem Audiosignal basierende akustische Signalausgabe geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche, die Signalanteilen des Referenzsignals aus der mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe entsprechen, derart zu interferieren, dass Umgebungsgeräusche dieser mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe in dem für das Ohr des Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich mit einer vordefinierten Amplitude wahrnehmbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf

- Aufnehmen von weiteren akustischen Signalen in einem für ein weiteres Ohr des Anwender dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich und Weiterleiten eines entsprechenden zusätzlichen Korrektursignals;
- Empfangen des zusätzlichen Korrektursignals und Verarbeiten des Korrektursignals und des zusätzlichen Korrektursignals basierend auf dem klassifizierten Signal; und
- Empfangen des Audiosignals und Bereitstellen einer zusätzlichen akustischen Signalausgabe an dem weiteren Ohr des Anwenders dieses Verfahrens.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf

- Aufnehmen von weiteren Umgebungsgeräuschen eines Anwenders dieses Verfahrens und Weiterleiten eines entsprechenden zusätzlichen Referenzsignals; und
- Ausgeben des klassifizierten Signals basierend auf dem Referenzsignal und auf dem zusätzlichen Referenzsignal.

Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:

1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung;
2 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung;
3 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung;
4 eine perspektivische Darstellung eines Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung;
5 eine perspektivische Darstellung eines Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung;
6 eine perspektivische Darstellung eines Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung;
7 eine perspektivische Darstellung eines Systems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung;
8 ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts der Erfindung.

1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung.
Die Vorrichtung 100 zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung umfasst ein Korrekturmikrofon 110, ein Referenzmikrofonen 120, eine Klassifikationseinheit 130, eine ANC-Einheit 140 und einen ersten Lautsprecher 150.
Das Korrekturmikrofon 110 ist in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein Ohr eines Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereichs 114 angeordnet. Es ist dazu ausgebildet, akustische Signale in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich 114 aufzunehmen und als Korrektursignal 118 weiterzuleiten. Das Korrekturmikrofon 110 ist dabei zu dem für das Ohr vorgesehenen Bereich 114 hin ausgerichtet.
Das Referenzmikrofon 120 ist angeordnet und ausgebildet, Umgebungsgeräusche 124 aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung 100 aufzunehmen und als Referenzsignal 128 weiterzuleiten. Es ist dabei zu der Umgebung des Trägers der Vorrichtung 100 hin ausgerichtet. Hierbei unterscheiden sich vorzugsweise die Richtungen, in die das Korrekturmikrofon 110 und das Referenzmikrofonen 120 jeweils ausgerichtet sind.
Die Klassifikationseinheit 130 ist dazu ausgebildet, das Referenzsignal 120 zu empfangen und das Referenzsignal 120 entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse aufzuteilen und ein klassifiziertes Signal 134 auszugeben. In diesem Ausführungsbeispiel basiert die Aufteilung in die erste und zweite Klasse auf einer Signalverarbeitung des Referenzsignals 120 durch eine auf Spektrum und Amplitude des Referenzsignals 120 angewendete Support Vektor Machine. Alternativ oder ergänzend wird in einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ein anderes bekanntes Verfahren zur Mustererkennung verwendet, beispielsweise basierend auf neuronalen Netzen und/oder einem Codebuch.
Die ANC-Einheit 140 ist dazu ausgebildet, das Korrektursignal 118 zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal 134 zu verarbeiten und als ein Audiosignal 144 auszugeben.
Der erste Lautsprecher 150 ist ausgebildet, das Audiosignal 144 zu empfangen und eine entsprechende akustische Signalausgabe 154 bereitzustellen. Der erste Lautsprecher 150 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in unmittelbarer Nachbarschaft des für das Ohr vorgesehenen Bereichs 114 angeordnet. Weiterhin ist der erste Lautsprecher 150 zu diesem Bereich 114 hin ausgerichtet. Das Korrekturmikrofon 110 und der erste Lautsprecher 150 sind vorliegend entfernt voneinander, nämlich in unterschiedlichen Randbereichen des für das Ohr vorgesehenen Bereichs 114 angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass das Korrekturmikrofon 110 lediglich die akustische Signalausgabe 154 des ersten Lautsprechers 150 als akustische Signale aufnimmt und als Korrektursignal 118 weiterleitet. So wird ermöglicht, dass das Korrekturmikrofon 110 neben der akustischen Signalausgabe 154 auch Umgebungsgeräusche 124 als akustische Signale aufnimmt und als Korrektursignal 118 weiterleitet. In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel sind Korrekturmikrofon 110 und erste Lautsprecher 150 benachbart zueinander angeordnet.
Eine durch die ANC-Einheit 140 ermöglichte aktive Rauschunterdrückung, vorliegend genutzt als aktive Lärmunterdrückung, wird in diesem Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die ANC-Einheit 140 dazu ausgebildet ist, das Audiosignal 144 derart basierend auf dem klassifizierten Signal 134 zu bestimmen, dass die dem Audiosignal 144 entsprechende akustische Signalausgabe 154 zumindest mit Teilen der Umgebungsgeräusche 124 destruktiv interferiert. Die Teile der Umgebungsgeräusche 124, mit denen die akustische Signalausgabe 154 destruktiv und differiert, entsprechen dabei den Signalanteilen des Referenzsignals 128 aus mindestens eine Klasse.
Die Vorrichtung 100 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist derart ausgebildet, dass die Klassifikationseinheit 130 und die ANC-Einheit 140 als voneinander getrennte elektronische Bauteile ausgebildet sind. An einem alternativen nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind Klassifikationseinheit und ANC Einheit als Teile einer einzigen Signalverarbeitungseinheit der Vorrichtung ausgebildet.
2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung.
Die Vorrichtung 200 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 durch die im Folgenden beschriebenen Merkmale.
Die ANC-Einheit 240 der Vorrichtung 200 ist weiterhin dazu ausgebildet, das Referenzsignal 128 und das Korrektursignal 218 zu empfangen und basierend auf dem klassifizierten Signal 234 zu verarbeiten. Hierdurch können vorteilhaft besonders viele Signalinformationen, insbesondere bezüglich der Umgebungsgeräusche 124 bei der Verarbeitung durch die ANC-Einheit 240 berücksichtigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das klassifizierte Signal 234 ein in Echtzeit mit dem Referenzsignal 128 zeitlich synchronisiertes Signal, dass die derzeit dem Signalanteil des Referenzsignals 128 zugeordnete Klasse anzeigt. Hierdurch ist das klassifizierte Signal 234 in diesem Ausführungsbeispiel eine reine Steuergröße für die ANC-Einheit 240.
Das Korrektursignal 218 ist im Gegensatz zu dem Korrektursignal 118 aus 1 durch eine Verarbeitung mittels Korrekturmikrofon 110 und darauffolgender Frequenzbandkorrektur durch eine Filtereinheit260 entstanden. Es handelt sich bei dem Korrektursignal 218 mithin um ein verarbeitetes Korrektursignal.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 200 zusätzlich einen Signalverstärker 265, der dazu ausgebildet ist, ein bereitgestelltes Audiosignal 244 zu verstärken, ehe es durch den ersten Lautsprecher 150 empfangen wird.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein alternativer oder ergänzender Signalverstärker zum Verstärken des Referenzsignals und/oder des Korrektursignals ausgebildet.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Filtereinheit dazu ausgebildet, als Hochpassfilter und/oder als Tiefpassfilter zu fungieren. Hierdurch können spektrale Anteile, die für die akustische Ausgabe unbedeutend sind, bereits vor einer unnötigen Weiterverarbeitung herausgefiltert werden.
Die Klassifikationseinheit 230 der Vorrichtung 200 ist weiterhin dazu ausgebildet, das Referenzsignal 128 in Signalanteile von mehr als zwei Klassen auszugeben. Dabei ist die Klassifikationseinheit 230 dazu ausgebildet, Klassen der folgenden Signal- und/oder Geräuschgruppen zu berücksichtigen: Sirenensignale, Fahrzeuggeräusche, Sprachsignale, Pumpengeräusche, Belüftungsgeräusche, Feuergeräusche. In weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die Klassen mindestens eine der angegebenen Signal- und/oder Geräuschgruppen. Basierend auf einer derart durchgeführten Klassifikation durch die Klassifikationseinheit 230, ist die ANC-Einheit 240 dazu ausgebildet, das Audiosignal 244 derart bereitzustellen, dass die akustische Signalausgabe 154 durch den ersten Lautsprecher 150 derart mit den akustischen Signalen in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich interferiert, dass Umgebungsgeräusche einer jeweiligen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe in dem für das Ohr des Trägers der Vorrichtung 200 vorgesehenen Bereich mit einer jeweiligen vordefinierten Amplitude wahrnehmbar sind. Hierdurch wird vorliegend realisiert, dass Sprache in einer Lautstärke wahrgenommen werden kann, die eine Kommunikation mit umstehenden Menschen ermöglicht. Weiterhin werden typische Störgeräusche, wie Pumpengeräusche, Belüftungsgeräusche und Feuergeräusche weitgehend unterdrückt, während Sirenensignale und Fahrzeuggeräusche bei einer mittleren Lautstärke gehalten werden, um eine Lärmbelastung des Trägers der Vorrichtung 200 in einem gesundheitlich unbedenklichen Rahmen zu halten.
3 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 300 unterscheidet sich von den Vorrichtungen 100 und 200 durch die im Folgenden beschriebenen Merkmale.
Die Vorrichtung 300 umfasst neben dem Referenzmikrofon 320 zwei zusätzliche Referenzmikrofonen 322, 324. Diese drei Referenzmikrofone sind in drei unterschiedliche Richtungen relativ zum Träger der Vorrichtung 300 ausgerichtet. Weiterhin sind die Referenzmikrofonen ausgebildet, Umgebungsgeräusche aus der Umgebung des Trägers der Vorrichtung aufzunehmen und weiterzuleiten. Hierbei leiten das Referenzmikrofonen 320 das Referenzsignal 328 und die zusätzlichen Referenzmikrofonen 322, 324 ein jeweiliges zusätzliches Referenzsignal 329', 329" weiter. Die erfindungsgemäße Klassifikationseinheit 330 ist hierbei dazu ausgebildet, das klassifizierte Signal 334 basierend auf dem Referenzsignal 328 und auf den beiden zusätzlichen Referenzsignalen 329', 329" auszugeben.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 300 einen zweiten Lautsprecher 370 und ein zusätzliches Korrekturmikrofon 380. Der zweite Lautsprecher 370 ist dazu ausgebildet, ein durch die ANC-Einheit 340 ausgegebenes zusätzliches Audiosignal 346 zu empfangen und eine entsprechende zusätzliche akustische Signalausgabe 374 bereitzustellen. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht das zusätzliche Audiosignal dem Audiosignal. Das zusätzliche Korrekturmikrofon 380 ist in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein weiteres Ohr des Trägers der Vorrichtung 300 vorgesehenen Bereich 314 angeordnet und dazu ausgebildet, akustische Signale in dem für das weitere Ohr vorgesehenen Bereich 314 aufzunehmen und als zusätzliches Korrektursignal 384 weiterzuleiten.
Die ANC-Einheit 340 ist hierbei dazu ausgebildet, das zusätzliche Korrektursignal 384 zu empfangen und Korrektursignal 118 und zusätzliches Korrektursignal 384 basierend auf dem klassifizierten Signal 334 zu verarbeiten. Als Ergebnis dieser Verarbeitung werden das Audiosignal 144 und das zusätzliche Audiosignal 346 ausgegeben. Audiosignal 144 und zusätzliches Audiosignal 346 sind dabei derart ausgebildet, dass die aktiver Rauschunterdrückung in dem jeweiligen für ein Ohr des Trägers der Vorrichtung 300 vorgesehenen Bereich 114, 314 abhängig von der Position dieses jeweiligen Bereichs relativ zu einer Geräuschrichtung eines zu einer unterdrückten Klasse gehörigen Signals oder Geräuschs ist. Die Geräuschrichtung wird dabei durch eine bekannte Ausrichtung der drei Referenzmikrofonen 320, 322, 324 bestimmt. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird das gleiche Audiosignal an Korrekturmikrofon und zusätzliches Korrekturmikrofon geleitet.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Systems 400 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung.
Das erfindungsgemäße System 400 umfasst die in 1 dargestellte Vorrichtung 100, mit dem einzigen Unterschied, dass Klassifizierungseinheit und ANC-Einheit in einer gemeinsamen Signalverarbeitungseinheit 410 verwirklicht sind. Die Funktionsweise sämtlicher Komponenten erfolgte wie im Rahmen von 1 besch rieben.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System 400 einen Helm 420, wobei der erste Lautsprecher 150 so angeordnet ist, dass die akustische Signalausgabe in dem für das Ohr eines Trägers des Helms 420 vorgesehenen Bereich erfolgt. Weiterhin ist das Korrekturmikrofon 110 in unmittelbarer Nachbarschaft des für das Ohr vorgesehenen Bereichs angeordnet. Hierbei ist das Korrekturmikrofon 110 über eine Mikrofonhalterung 425 an dem ersten Lautsprecher 150 befestigt, wodurch eine vorbestimmte relative Position von Korrekturmikrofon 110 und erstem Lautsprecher 150 auch im Falle einer Bewegung des Systems 400 oder unter Einwirkung einer physischen Belastung beibehalten werden kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anordnung von Korrekturmikrofon 110 und erstem Lautsprecher 150 in einem Gewebe einer Bänderung 430 des Helms 420.
Das Referenzmikrofon 120 ist an einer Außenseite des Helms 420 angeordnet. Es ist dabei zu einer von dem Träger des Systems 400 weg weisenden Richtung hin ausgerichtet. Hierdurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass die von dem Referenzmikrofon 120 aufgenommenen Umgebungsgeräusche 124 nicht zu einem maßgeblichen Teil durch die akustische Signalausgabe des ersten Lautsprechers 150 gebildet werden.
Um einen Lärmschutz sicherzustellen, würde ein Träger des Systems 400 in dem Ohr, dass nicht an dem Korrekturmikrofon 110 liegt, einen bekannten passiven Gehörschutz tragen.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Lautsprecher des Systems nicht in unmittelbarer Nachbarschaft des für das Ohr vorgesehenen Bereichs angeordnet, sondern in einem anderen Bereich des Helmes, wobei die akustische Signalausgabe über einen Resonanzraum zu dem Träger des Systems, insbesondere zu mindestens einem Ohr des Trägers des Systems, geleitet wird.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Systems 500 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung.
Im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten System 400, umfasst das System 500 die in 3 gezeigte Vorrichtung 300.
Klassifizierungseinheit und ANC-Einheit sind hierbei in einem nicht gezeigten Gehäuse in einem aus Sicht des Trägers hinteren innenliegenden Bereich des Helmes angeordnet.
Die Referenzmikrofonen 320, 322, 324 sind an unterschiedlichen Positionen an einer Außenseite des Helms 420 derart angeordnet, dass sie in unterschiedliche Richtungen hin ausgerichtet sind. Hierdurch können Umgebungsgeräusche aus verschiedenen Richtungen besonders gut aufgenommen werden.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems ist eine Mehrzahl von Referenzmikrofonen an einem Helmband angeordnet, welches an einer unteren Kante eines Helmes, insbesondere eines Halbschalenhelmes, angeordnet werden kann. Hierdurch ist das erfindungsgemäße System vorteilhaft besonders einfach an bestehende Helme anordnenbar.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Systems 600 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung.
Das erfindungsgemäße System 600 weist die in 3 dargestellte Vorrichtung 300 auf, sowie eine Atemschutzmaske 610, wobei der erste Lautsprecher 150 und der zweite Lautsprecher 370 derart an einem Maskenkörper 615 oder einer Bänderung 618 der Atemschutzmaske 610 angeordnet sind, dass die akustische Signalausgabe und die zusätzliche akustische Signalausgabe jeweils in einem für das Ohr des Trägers der Atemschutzmaske vorgesehenen Bereich erfolgen. Das Korrekturmikrofon 110 und das zusätzliche Korrekturmikrofon 380 sind jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft zu diesem Bereich angeordnet. Hierbei sind das Korrekturmikrofon 110 und das zusätzliche Korrekturmikrofon 380 an einem jeweiligen Gehäuse des ersten und zweiten Lautsprechers 150, 370 unter Berücksichtigung der Richtcharakteristik der Mikrophone 110, 380 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den beiden Mikrofonen 110, 380 vorteilhaft um Kugelmikrofone. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen werden Mikrofone mit anderer Richtcharakteristik genutzt.
Die drei Referenzmikrofonen 320, 322, 324 sind in einem Anschlussstück 620 der Atemschutzmaske 610 zum Anschluss eines Gasfilters oder eines Pressluftatmers integriert.
Innerhalb einer Atemschutzmaske kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft in bestehende Elektronik bekannter Kommunikationssysteme für Atemschutzmasken integriert werden.
7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Systems 700 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der Erfindung.
Das erfindungsgemäße System 700 umfasst, wie bereits das in 6 gezeigte System 600, eine Atemschutzmaske 710. Eine darin integrierte erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zwei Referenzmikrofonen 720, 724, die an einer Außenseite der Atemschutzmaske 720 in verschiedene Richtungen weisend angeordnet sind. Korrekturmikrofon 730 und zusätzliches Korrekturmikrofon 734 sind zusammen mit dem ersten und zweiten Lautsprecher 740, 744 in einem jeweiligen separaten Ohrteil 750, 754, welches jeweils an der Atemschutzmaske 710 befestigt ist, integriert. Korrekturmikrofon 730 und zusätzliches Korrekturmikrofon 734 sind dabei zu dem jeweiligen Lautsprecher 740, 744 hin ausgerichtet.
Das erfindungsgemäße System 700 ermöglicht durch die beweglichen separaten Ohrteile 750, 754 besonders vorteilhaft eine individuelle Anpassung einer Position von Korrekturmikrofon und Lautsprecher an eine vorliegende individuelle Kopfform des Trägers der Atemschutzmaske.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren 800 zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, weist dabei in chronologischer Abfolge die folgenden Schritte auf.
Ein erster Schritt 810 umfasst ein Aufnehmen von akustischen Signalen in einem für ein Ohr eines Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich und ein Weiterleiten eines entsprechenden Korrektursignals.
Ein darauffolgender Schritt 820 umfasst ein Aufnehmen von Umgebungsgeräuschen eines Anwenders dieses Verfahrens und ein Weiterleiten eines entsprechenden Referenzsignals.
Ein nächster Schritt 830 umfasst ein Empfangen des Referenzsignals, ein Aufteilen des Referenzsignals entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse und ein Ausgeben eines entsprechenden klassifizierten Signals.
Ein darauffolgender Schritt 840 umfasst ein Empfangen des Korrektursignals, ein Verarbeiten des Korrektursignals basierend auf dem klassifizierten Signal durch eine bereitgestellte ANC-Einheit und ein Ausgeben eines entsprechenden Audiosignals.
Ein letzter Schritt 850 umfasst ein Empfangen des Audiosignals und ein Bereitstellen einer entsprechenden akustischen Signalausgabe.
Das erfindungsgemäße Verfahren 800 wird in schneller zeitlicher Abfolge wiederholt, wobei Schritte zeitgleich oder nahezu zeitgleich erfolgen können. So beruht die aktive Rauschunterdrückung durch die bereitgestellte ANC-Einheit darauf, dass die akustische Signalausgabe ständig an ein aktuelles Umgebungsgeräusch angepasst wird, um dadurch die erwünschte teilweise destruktive Interferenz zwischen akustischer Signalausgabe und aktuellen Umgebungsgeräuschen sicherzustellen.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: erfindungsgemäße Vorrichtung
110, 730: Korrekturmikrofon
114, 314: für Ohr eines Trägers vorgesehener Bereich
118: Korrektursignal
120, 320, 720: Referenzmikrofon
124: Umgebungsgeräusche
128, 328: Referenzsignal
130, 230, 330: Klassifizierungseinheit
134, 234: klassifiziertes Signal
140,240,340: ANC-Einheit
144,244: Audiosignal
150, 740: erster Lautsprecher
154: akustische Signalausgabe
218: verstärktes Korrektursignal
260: Filtereinheit
265: Signalverstärker
322, 324, 724: zusätzliches Referenzmikrofon
329', 329": zusätzliches Referenzsignal
346: zusätzliches Audiosignal
370, 744: zweiter Lautsprecher
374: zusätzliche akustische Signalausgabe
380, 734: zusätzliches Korrekturmikrofon
384: zusätzliches Korrektursignal
400, 500, 600, 700: erfindungsgemäßes System
410: gemeinsame Signalverarbeitungseinheit
420: Helm
425: Mikrofonhalterung
430: Bänderung des Helms
610, 710: Atemschutzmaske
615: Maskenkörper
618: Bänderung der Atemschutzmaske
620: Anschlussstück
750: erstes Ohrteil
754: zweites Ohrteil
800: erfindungsgemäßes Verfahren
810, 820, 830, 840, 850: Verfahrensschritte

Claims

Vorrichtung (100) zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, aufweisend: - ein Korrekturmikrofon (110), welches in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein Ohr eines Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereichs (114) angeordnet ist, und ausgebildet ist, akustische Signale in dem für das Ohr vorgesehenen Bereich (114) aufzunehmen und als Korrektursignal (118) weiterzuleiten; - ein Referenzmikrofon (120), welches angeordnet und ausgebildet ist, Umgebungsgeräusche (124) aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung (100) aufzunehmen und als Referenzsignal (128) weiterzuleiten; - eine Klassifikationseinheit (130), die dazu ausgebildet ist, das Referenzsignal (128) zu empfangen und das Referenzsignal (128) entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse aufzuteilen und ein klassifiziertes Signal (134) auszugeben; - eine Active Noise Cancellation (ANC-) Einheit (140), die dazu ausgebildet ist, das Korrektursignal (118) zu empfangen, basierend auf dem klassifizierten Signal (134) zu verarbeiten und ein entsprechendes Audiosignal (144) auszugeben; - einen ersten Lautsprecher (150), der ausgebildet ist, das Audiosignal (144) zu empfangen und eine entsprechende akustische Signalausgabe (154) bereitzustellen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) weiterhin einen Signalverstärker (265) aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Korrektursignal (118), das Referenzsignal (128) und/oder das Audiosignal (144) zu verstärken.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Klassifikationseinheit (130) ausgebildet ist, das Referenzsignal (128) in Signalanteile von mehr als zwei Klassen auszugeben.
Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klassen mindestens eine der folgenden Signal- und/oder Geräuschgruppen umfassen: Sirenensignale, Fahrzeuggeräusche, Sprachsignale, Pumpengeräusche, Belüftungsgeräusche, Feuergeräusche.
Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ANC-Einheit (140) dazu ausgebildet ist, das Audiosignal (144) derart basierend auf dem klassifizierten Signal (134) zu bestimmen, dass die auf dem Audiosignal (144) basierende akustische Signalausgabe (154) geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche, die Signalanteilen des Referenzsignals (128) aus mindestens einer Klasse entsprechen, destruktiv zu interferieren.
Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ANC-Einheit (140) dazu ausgebildet ist, den Klassen des klassifizierten Signals (134) eine entsprechende Signal- und/oder Geräuschgruppe zuzuordnen und basierend auf dem mindestens einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zugeordneten Signalanteil des klassifizierten Signals (134) das Korrektursignal (118) derart zu verarbeiten, dass die auf dem Audiosignal (144) basierende akustische Signalausgabe (154) geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche (124), die Signalanteilen des Referenzsignals (128) aus der mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe entsprechen, derart zu interferieren, dass Umgebungsgeräusche (124) dieser mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe in dem für das Ohr des Trägers der Vorrichtung vorgesehenen Bereich (114) mit einer vordefinierten Amplitude wahrnehmbar sind.
Vorrichtung (300) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (300) weiterhin einen zweiten Lautsprecher (370) und ein zusätzliches Korrekturmikrofon (380) aufweist, wobei der zweite Lautsprecher (370) ausgebildet ist, das Audiosignal (144) oder ein zusätzliches durch die ANC-Einheit (340) ausgegebenes Audiosignal (346) zu empfangen und eine entsprechende zusätzliche akustische Signalausgabe (374) bereitzustellen, wobei das zusätzliche Korrekturmikrofon (380) in einer unmittelbaren Nachbarschaft eines für ein weiteres Ohr des Trägers der Vorrichtung (300) vorgesehenen Bereichs (314) angeordnet ist, und ausgebildet ist, akustische Signale in dem für das weitere Ohr vorgesehenen Bereich (314) aufzunehmen und als zusätzliches Korrektursignal (384) weiterzuleiten, und wobei die ANC-Einheit (340) weiterhin ausgebildet ist, das zusätzliche Korrektursignal (384) zu empfangen, und Korrektursignal (118) und zusätzliches Korrektursignal (384) basierend auf dem klassifizierten Signal (134) zu verarbeiten.
Vorrichtung (300) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (300) mindestens ein zusätzliches Referenzmikrofon (322) aufweist, welches angeordnet und ausgebildet ist, Umgebungsgeräusche (124) aus einer Umgebung des Trägers der Vorrichtung (300) aufzunehmen und als zusätzliches Referenzsignal (329') weiterzuleiten, und wobei die Klassifikationseinheit (330) ausgebildet ist, das klassifizierte Signal (134) basierend auf dem Referenzsignal (328) und auf dem zusätzlichen Referenzsignal (329') auszugeben.
Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) weiterhin eine Mikrofonhalterung (425) aufweist, die das Korrekturmikrofon (110) und den ersten Lautsprecher (150) derart fest miteinander verbindet, dass sich eine relative Position von Korrekturmikrofon (110) und erstem Lautsprecher (150) zueinander nicht verändern kann.
System (400) zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, aufweisend - eine Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der vorgehenden Ansprüche; - eine Atemschutzmaske (610) und/oder einen Helm (420), wobei der erste Lautsprecher (150) derart angeordnet ist, dass die akustische Signalausgabe (154) in einem für ein Ohr eines Trägers der Atemschutzmaske (610) und/oder des Helms (420) vorgesehenen Bereich (114) erfolgt, und wobei das Korrekturmikrofon (110) in unmittelbarer Nachbarschaft des für das Ohr vorgesehenen Bereichs (114) angeordnet ist.
System (400) gemäß Anspruch 10, wobei das Referenzmikrofon (120) auf einer von einem Träger der Atemschutzmaske (610) und/oder des Helms (420) weg weisenden Außenfläche der Atemschutzmaske (610) oder des Helms (420) angeordnet ist.
Verfahren (800) zur geräuschabhängigen Audiosignalverarbeitung, aufweisend die Schritte (810, 820, 830, 840, 850) - Aufnehmen von akustischen Signalen in einem für ein Ohr eines Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich (114) und Weiterleiten eines entsprechenden Korrektursignals (118); - Aufnehmen von Umgebungsgeräuschen (124) eines Anwenders dieses Verfahrens und Weiterleiten eines entsprechenden Referenzsignals (128); - Empfangen des Referenzsignals (128), Aufteilen des Referenzsignals (128) entsprechend seines Spektrums und seiner Amplitude in Signalanteile mindestens einer ersten Klasse und einer zweiten Klasse und Ausgeben eines entsprechenden klassifizierten Signals (134); - Empfangen des Korrektursignals (118), Verarbeiten des Korrektursignals (118) basierend auf dem klassifizierten Signal (134) durch eine bereitgestellte ANC-Einheit (140) und Ausgeben eines entsprechenden Audiosignals (144); und - Empfangen des Audiosignals (144) und Bereitstellen einer entsprechenden akustischen Signalausgabe (154).
Verfahren (800) gemäß Anspruch 12, weiterhin aufweisend den Schritt - Verstärken des Korrektursignals (118), des Referenzsignals (128) und/oder des Audiosignals (144).
Verfahren (800) gemäß Anspruch 12 oder 13, weiterhin aufweisend - Zuordnen einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zu einer entsprechenden Klasse des klassifizierten Signals (134) und Verarbeiten des Korrektursignals (118) basierend auf dem mindestens einer vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe zugeordneten Signalanteil des klassifizierten Signals (134) durch die ANC-Einheit (140) derart, dass die auf dem Audiosignal (144) basierende akustische Signalausgabe (154) geeignet ist, mit Teilen der Umgebungsgeräusche (124), die Signalanteilen des Referenzsignals (128) aus der mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe entsprechen, derart zu interferieren, dass Umgebungsgeräusche (124) dieser mindestens einen vordefinierten Signal- und/oder Geräuschgruppe in dem für das Ohr des Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich (114) mit einer vordefinierten Amplitude wahrnehmbar sind.
Verfahren (800) gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin aufweisend die Schritte - Aufnehmen von weiteren akustischen Signalen in einem für ein weiteres Ohr des Anwender dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich (314) und Weiterleiten eines entsprechenden zusätzlichen Korrektursignals (380); - Empfangen des zusätzlichen Korrektursignals (380) und Verarbeiten des Korrektursignals (118) und des zusätzlichen Korrektursignals (380) basierend auf dem klassifizierten Signal (134); - Empfangen des Audiosignals (144) und Bereitstellen einer zusätzlichen akustischen Signalausgabe (374) in dem für das weitere Ohr des Anwenders dieses Verfahrens vorgesehenen Bereich (314).
Verfahren (800) gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, weiterhin aufweisend die Schritte - Aufnehmen von weiteren Umgebungsgeräuschen (124) eines Anwenders dieses Verfahrens und Weiterleiten eines entsprechenden zusätzlichen Referenzsignals (329'); - Ausgeben des klassifizierten Signals (134) basierend auf dem Referenzsignal (128) und auf dem zusätzlichen Referenzsignal (329').