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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Gehörschutzvorrichtung, insbesondere Kopfhörer zum Gehörschutz.
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Hintergrund
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Gehörschützer zur Geräuschdämpfung für die Anwendung in geräuschintensiven Umgebungen, wie Baustellen, Flughäfen oder Produktionsstätten sind bekannt. Die Gehörschützer haben die Ausgestaltung eines Over-Ear-Kopfhörers und dämpfen bzw. unterdrücken Umgebungsgeräusche auf verschiedene Weise. Geräusche werden beispielsweise durch das Material der Ohrmuscheln passiv gedämpft.
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Des Weiteren sind Kopfhörer mit aktiver Geräuschunterdrückung (Active-Noise-Cancelling, ANC) bekannt. ANC ist insbesondere dazu geeignet, niederfrequente Geräusche zu filtern.
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Derartige Gehörschützer und Kopfhörer haben unter Anderem den Nachteil, dass sprachliche Interaktionen beeinträchtigt werden. Auch das Wahrnehmen relevanter Geräusche, bzw. akustischer Signale, insbesondere Warnsignale, kann beeinträchtigt sein.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diese Nachteile zumindest abzumildern.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist eine Gehörschutzvorrichtung, insbesondere Kopfhörer zum Gehörschutz geschaffen, umfassend mindestens ein Mikrofon zum Empfang eines externen akustischen Eingangssignals, wobei das externe akustische Eingangssignal mindestens ein Nutzsignal und ein Störsignal umfasst; eine Detektionsvorrichtung zur Detektion des akustischen Nutzsignals; und eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals auf Grundlage das detektierten Nutzsignals; einen oder mehrere Lautsprecher zur Erzeugung eines akustischen Ausgangssignals auf Grundlage des Steuersignals, wodurch ein für einen Träger der Gehörschutzvorrichtung hörbares akustisches Signal bereitgestellt wird, das durch das Nutzsignal gebildet wird oder dieses umfasst.
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Bei dem Nutzsignal handelt es sich um ein erstes akustisches Signal, welches für den Träger der Gehörschutzvorrichtung bestimmt ist, also wahrgenommen werden soll. Bei dem Störsignal handelt es sich um ein zweites akustisches Signal, welches das Nutzsignal überlagert und dessen Wahrnehmung erschwert.
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Die Gehörschutzvorrichtung kann den Aufbau oder Ausgestaltung eines Over-Ear-Kopfhörer haben. Derartige Over-Ear-Kopfhörer umfassen zwei Ohrmuscheln, die die Ohren des Benutzers komplett abdecken, und die über einen verstellbaren Bügel miteinander verbunden sind. Die Ohrmuscheln weisen jeweils eine Polsterung auf, die im Betriebszustand um das jeweilige Ohr herum am Kopf des Trägers anliegt und einerseits den Tragekomfort erhöht und andererseits eine passive Dämpfung von Umgebungsgeräuschen bewirkt. Im Inneren der Ohrmuscheln ist jeweils ein zum Ohr gerichteter Lautsprecher angeordnet, der Schallwellen erzeugt. Der Aufbau eines solchen Over-Ear-Kopfhörers ist an sich bekannt und deshalb nicht weiter erläutert.
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Alternativ kann die Gehörschutzvorrichtung auch in Form eines „On-Ear“ oder „In-Ear“ Kopfhörers ausgebildet sein. Auch derartige Kopfhörerformen sind an sich bekannt und deshalb nicht weiter erläutert.
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Die Gehörschutzvorrichtung in Form eines Over-Ear-Kopfhörers eignet sich in vorteilhafter Weise für die Anwendung in geräuschintensiven Umgebungen, z.B. auf Baustellen oder Flughäfen. In diesen Umgebungen können mittels der erfindungsgemäßen Gehörschutzvorrichtung relevante akustische Signale, insbesondere Sprachsignale, vom Träger wahrgenommen werden. Mittels des Mikrophons wird das gesamte akustische Spektrum der Umgebung des Trägers detektiert. In diesem akustischen Spektrum, dem externen akustischen Eingangssignal, können verschiedene Signalanteile erkannt und voneinander unterschieden werden. Insbesondere kann ein Nutzsignal oder Nutzsignalanteil von einem Störsignal bzw. Störsignalanteil unterschieden werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Charakteristik eines Nutzsignals gespeichert ist. Die Charakteristik kann durch die Werte und/oder den Werteverlauf bestimmter Parameter wie z.B. Amplituden oder Frequenzen gebildet sein. Die Charakteristik des empfangenen Signals kann mit der gespeicherten Charakteristik verglichen werden. Entspricht ein Anteil des empfangenen akustischen Signals der gespeicherten Charakteristik, so wird dieser Anteil als Nutzsignal erkannt. Analog können auf diese Weise Störsignale erkannt werden.
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Das Nutzsignal kann allgemein durch Stimmen, oder durch die Stimmen bestimmter Menschen, oder durch vorbestimmte gesprochene Worte oder Anweisungen oder Sätze, aber auch durch vorbestimmte Warnsignale oder dgl. gebildet sein. Das Störsignal kann beispielsweise durch Maschinengeräusche oder dgl. gebildet sein.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Steuersignal für einen Lautsprecher in Inneren der Gehörschutzvorrichtung zu erzeugen, welches das Nutzsignal mitberücksichtigt. Der Lautsprecher stellt auf Grundlage des Steuersignals ein für den Träger der Gehörschutzvorrichtung hörbares akustisches Signal bereit. Insbesondere kann das Nutzsignal in dem akustischen hörbaren Signal enthalten sein. Dadurch wird erreicht, dass aus dem akustischen Eingangssignal, also aus dem gesamten akustischen Spektrum, Nutzsignale oder Nutzsignalanteile bestimmt und an den Träger übermittelt, also für den Träger wiedergegeben, werden. Dadurch wird verhindert, dass relevante Nutzsignale oder Nutzsignalanteile aus der Umgebung des Trägers, wie zum Beispiel Anweisungen oder Warnungen, von Gehörschutzvorrichtung gedämpft und nicht oder nur schlecht durch den Träger wahrnehmbar sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung entspricht das akustische Ausgangssignal dem Nutzsignal. Dadurch kann erreicht werden, dass möglichst nur oder zumindest vordringlich das Nutzsignal, also ein gewünschtes Signal, in der Gehörschutzvorrichtung wiedergegeben wird. Die Gehörschutzvorrichtung kann hierbei um eine umfassende passive Dämpfung verfügen, so dass fast das gesamte akustische Spektrum getilgt wird. Im Extremfall kann der Träger also akustisch komplett von der Außenwelt abgeschottet sein. Nur die detektierten Nutzsignale werden für den Träger wiedergegeben.
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In einer Ausgestaltung kann die Detektion des Nutzsignals auch die Erzeugung eines „künstlichen“ akustischen Signals bewirken. Wird beispielsweise ein Warnsignal (das Nutzsignal) detektiert, so kann die Signalverarbeitungseinrichtung den oder die Lautsprecher so steuern, das ein für den Träger anders klingendes (und beispielsweise besser hörbares) akustisches Warnsignal erzeugt und abgespielt wird. Mit anderen Worten wird bei Detektion eines ersten akustischen Signals ein zweites akustisches Signal für den Träger erzeugt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das akustische Ausgangssignal durch ein Signal gebildet oder weist einen Signalanteil auf, der die entgegengesetzte Polarität des Störsignals aufweist. Auf diese Weise kann das Störsignal herausgefiltert oder in der Wahrnehmung gedämpft werden, während das Nutzsignal „durchgelassen“ wird. Mit anderen Worten wird eine aktive Dämpfung des Störsignals bereitgestellt, so dass die Gehörschutzvorrichtung keine umfassende passive Dämpfung benötigt.
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In einer Ausgestaltung ist die Detektionsvorrichtung zur Detektion des akustischen Störsignals eingerichtet, und die Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung des Steuersignals auf Grundlage das detektierten Störsignals. Durch die Detektionsvorrichtung kann das Störsignal gleichermaßen wie das Nutzsignal detektiert werden und bei der Erstellung des Steuersignals mitberücksichtigt werden. Dabei kann das Störsignal durch die Signalverarbeitungseinrichtung invertiert werden. Somit umfasst das akustische Ausgangssignal mindestens einen Anteil, der dem invertierten Störsignal entspricht. Insbesondere weist dieser Anteil die invertierte Polarität des Störsignals auf und stellt eine Art Gegensignal dar. Dadurch wird ein akustisches Ausgangssignal erzeugt, welches das Nutzsignal an den Träger weiterleitet oder durchlässt, das Störsignal aber nach dem Prinzip der aktiven Geräuschdämpfung herausfiltert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gehörschutzvorrichtung eine Empfangsvorrichtung zum Empfang eines elektromagnetischen Eingangssignals. Das elektromagnetische Eingangssignal wird beispielsweise durch ein Bluetooth oder WLAN-Signal gebildet und kann beispielsweise Musik darstellen. In dieser Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, das Steuersignal für den Lautsprecher auch auf Grundlage des elektromagnetischen Eingangssignals zu erzeugen. Auf diese Weise sind für den Träger der Gehörschutzvorrichtung sowohl das Nutzsignal des empfangenen akustischen Signals als auch durch das elektromagnetische Eingangssignal dargestellte Tonsignale hörbar. So kann der Benutzer beispielsweise Musik hören, während gewünschte akustische Nutzsignale aus der Umgebung weiterhin hörbar bleiben.
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In einer Ausgestaltung ist das Nutzsignal in dem elektromagnetischen Eingangssignal enthalten. Somit ist es möglich, akustische Warnsignale beispielsweise per WLAN oder Bluetooth an die Gehörschutzvorrichtung zu übertragen und für den Träger hörbar wiederzugeben, ohne dass die (aktive oder passive) Dämpfung von Umgebungsgeräuschen unterbrochen oder vermindert werden muss. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung von elektromagnetischen Signalgebern, die z.B. zur Warnung ein elektromagnetisches Signal erzeugen, das durch die Gehörschutzvorrichtung empfangen und zur Erzeugung eines akustischen Signals für den Benutzer verarbeitet wird. In einem Anwendungsbeispiel kann eine im Betrieb für umstehende Benutzer gefährliche Maschine einen elektrischen Warntrigger aussenden. Dieser wird in Form eines elektromagnetischen Signals an die Gehörschutzvorrichtung übertragen. In der Gehörschutzvorrichtung wird darauf ein für den Träger hörbares akustisches Signal erzeugt. Vorzugsweise ist die Lautstärke des akustischen Signals proportional zur Priorität der Warnung bzw. Nähe der Maschine, d.h. mit relativ hoher Laustärke, falls die Maschine relativ nah ist, und mit relativ geringer Lautstärke, falls die Maschine relativ weit entfernt ist. Eine weitere mögliche Anwendung umfasst die Erzeugung eines elektromagnetischen Warnsignals durch ein Fahrzeug, welches sich auf Kollisionskurs befindet.
In einer Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, das Steuersignal so zu erzeugen, dass die dem Nutzsignal und dem elektromagnetischen Eingangssignal entsprechenden Anteile des akustischen Ausgangssignal relativ zueinander gewichtet oder priorisiert sind, und insbesondere so, dass der dem elektromagnetischen Eingangssignal entsprechende Anteil des akustischen Ausgangssignals in Reaktion auf eine Detektion des Nutzsignals, und/oder während einer Detektion des Nutzsignals, abgeschwächt, unterdrückt oder nicht erzeugt wird. Hört der Benutzer beispielsweise Musik (über das empfangene elektromagnetische Eingangssignal), während ein Warnsignal ertönt, welches das Nutzsignal darstellt, so wird die Wiedergabelautstärke der Musik in Reaktion auf die Detektion des Warnsignals reduziert oder auf Null gesetzt. Dies kann für die Dauer des Warnsignals erfolgen, oder aber die Wiedergabe der Musik wird komplett gestoppt, wodurch eine zusätzliche Warnwirkung erzielt wird. Somit wird sichergestellt, dass der Benutzer durch Wiedergabe von Musik oder dgl. nicht daran gehindert wird, das Warnsignal zu hören.
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In einer Ausgestaltung ist die Gehörschutzvorrichtung dazu eingerichtet, Informationen über einen Ursprung des Nutzsignals zu empfangen und/oder zu speichern, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Steuersignal abhängig von den Informationen über den Ursprung des Nutzsignals zu erzeugen, wobei die Informationen über den Ursprung des Nutzsignals insbesondere einen Ort und/oder eine Klassifikation des Ursprungs angeben.
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In dieser Ausgestaltung ist es möglich, detektierte Nutzsignale zu filtern, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Ursprungsort. In einer beispielhaften Anwendung können identische Warnsignale von verschieden entfernten Quellen stammen, z.B. von Maschinen in einer Fabrik, die unterschiedlich weit vom Träger der Gehörschutzvorrichtung entfernt sind. In dieser Anwendung kann vorgesehen sein, dass der Benutzer nur Warnsignale hört, die in seiner unmittelbaren Umgebung erzeugt werden (z.B. in einem Umkreis von 10m).
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In einer Ausgestaltung werden detektierte Nutzsignale abhängig von der Art des Ursprungs gefiltert. Als Art des Ursprungs sind unterschiedliche Signalquellen zu verstehen, z.B. Arbeitsmaschinen, Fahrzeuge oder Menschen. Weiterhin ist es möglich, Stimmen zu identifizieren (z.B. die Stimme eines Vorgesetzten) und davon abhängig zu filtern.
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Zu diesem Zweck ist die Signalverarbeitungseinrichtung in einer Ausgestaltung dazu eingerichtet, eine Entfernung des Ursprungs des Nutzsignals zu bestimmen, insbesondere anhand einer Stärke oder Amplitude des empfangenen akustischen Signals, und die Erzeugung des Steuersignals abhängig von der Entfernung durchzuführen, wobei insbesondere eine Wiedergabe des Nutzsignals für den Träger von der Entfernung abhängig gemacht wird.
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Analog kann eine Wiedergabe des detektierten Nutzsignals abhängig von einer Klassifikation oder Gruppenzugehörigkeit erfolgen. Beispielsweise kann die Gehörschutzvorrichtung dazu eingerichtet sein, menschliche Stimmen generell als Nutzsignal zu detektieren, aber nur bestimmte Stimmen an den Träger der Gehörschutzvorrichtung weiterzuleiten. Zu diesem Zweck können Stimmen (beispielsweise anhand vorab gemessener Parameter) klassifiziert werden. Im einfachsten Fall können die Stimmen zwei Gruppen zugeordnet werden, nämlich einer ersten Gruppe, deren Stimmen an den Benutzer weitergeleitet werden, und einer zweiten Gruppe, deren Stimmen analog zu Störsignalen behandelt und nicht wiedergegeben werden.
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Beispielsweise kann eine vordefinierte Kommunikationsgruppe von Arbeitern gebildet sein, die mit einer Maschine zusammenarbeiten (z.B. Bauarbeiter, die auf einer Baustelle mit einem Bagger Baggerarbeiten durchführen). Die Gruppenmitglieder können untereinander kommunizieren, wobei die Gehörschutzvorrichtung die einzelnen Stimmen der Gruppenmitglieder anhand der jeweiligen Signalcharakteristik als Nutzsignal erkennt und entsprechend an den Träger übermittelt, sofern dieser auch Gruppenmitglied ist. Auch Warnsignale, die der Maschine erzeugt werden, können an die Gruppenmitglieder übermittelt werden. Sprachsignale von Mitgliedern anderer Gruppen werden nicht an den Träger übermittelt. Dadurch kann die Aufnahme irrelevanter Informationen durch den Träger vermindert werden. Dies kann dazu beitragen, Stress und damit zusammenhängende Fehler zu reduzieren. Umgekehrt werden Mitglieder anderer Gruppen als der eines bestimmten Trägers nicht gestört oder belastet. Die Festlegung der Kommunikationsgruppen kann anhand vorbestimmbarer Kriterien erfolgen. Die Kriterien können auch veränderbar sein. Beispielsweise kann eine Kommunikationsgruppe durch diejenigen Arbeiter gebildet sein, die sich innerhalb eines gewissen Bereiches, z.B. innerhalb einer bestimmten Entfernung zu dem de Bagger, aufhalten.
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In einer Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, einen Inhalt des detektierten Nutzsignals zu erkennen, und die Erzeugung des Steuersignals abhängig von einem erkannten Inhalt durchzuführen, wobei insbesondere eine Wiedergabe des Nutzsignals für den Träger von einem erkannten Inhalt abhängig gemacht wird.
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Beispielsweise können die Signalcharakteristiken vorbestimmter Warnungen (z.B. ein gerufenes „Achtung!“), Warnsignale (z.B. das Signal einer Sirene) oder Ereignisse (z.B. ein Knall) gespeichert und zu deren Erkennung verwendet werden. Die zur Erkennung verwendeten Signalcharakteristiken können Signalflanken, Amplitudenverläufe, und/oder Frequenzspektren umfassen.
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In einer Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, einen Signalverbesserungsalgorithmus auf das Nutzsignal anzuwenden, z.B. zur akustischen Kompression oder Entzerrung von Sprachsignalen, und/oder um die Sprachverständlichkeit zu erhöhen. Dies kann auch abhängig von der Klassifizierung des Signals oder Signalinhalts erfolgen.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Gehörschutzvorrichtung Mittel zur Bestimmung einer Blickrichtung des Trägers oder einer Orientierung der Gehörschutzvorrichtung, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein empfangenes Nutzsignale abhängig von der Blickrichtung oder Orientierung und dem Ursprung des Nutzsignals wiederzugeben und/oder relativ zu anderen empfangenen Nutzsignalen zu priorisieren. Dazu können beispielsweise an der Gehörschutzvorrichtung mehrere Sensoren oder Empfänger angeordnet sein (z.B. an den beiden Ohrmuscheln), die ein Signal von einem externen Sender empfängt. Beispielsweise kann der externe Sender durch einen WLAN-Router gebildet sein. Somit kann die Blickrichtung oder Orientierung anhand der relativen Abstände der Sensoren oder Empfänger von dem externen Sender bestimmt werden.
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In dieser Ausgestaltung ist eine Gruppenzugehörigkeit zu einer Kommunikationsgruppe durch eine Blickrichtung des Trägers definierbar, also anhand einer räumlichen Orientierung der Gehörschutzvorrichtung. Dadurch wird gezieltes Hinhören ermöglicht.
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In einer Ausgestaltung ist die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, das Steuersignal derart zu erzeugen, dass eine Lautstärke oder Amplitude des hörbaren akustischen Signals von der bestimmten Entfernung vom Ursprung des Nutzsignals oder der jeweiligen Nutzsignale abhängt. Das Nutzsignal kann also in unterschiedlichen Lautstärken gemäß der Entfernung der Signalquelle wiedergegeben werden. Insbesondere kann eine kontinuierliche Bestimmung der Entfernung dazu verwendet werden, eine Signallautstärke anzupassen, wenn sich beispielsweise ein Arbeiter von einer Geräusch- oder Signalquelle wegbewegt. Dadurch wird ein realistisches Geräuschempfinden vermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die räumliche Darstellung oder Wiedergabe des akustischen Signals abhängig von einer Priorität des Nutzsignals gesteuert. Beispielsweise kann ein zentral oder nah erscheinendes akustisches Signal erzeugt werden, wenn das Nutzsignal eine relativ hohe Priorität hat. Umgekehrt kann ein entfernt erscheinendes akustisches Signal erzeugt werden, wenn das Nutzsignal eine relativ niedrige Priorität hat.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Detektionseinrichtung dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Nutzsignalen zu detektieren und diesen unterschiedliche Prioritäten zuzuweisen, und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit von den Prioritäten zu erzeugen, so dass die Amplitude oder Lautstärke der über das hörbare akustische Signal wiedergegebenen Nutzsignale jeweils von der zugewiesenen Priorität abhängig ist. Insbesondere kann die Erzeugung des hörbaren akustischen Signals durch den Lautsprecher das Verstärken des Nutzsignal mit einer relativ höheren Priorität und/oder das Herabsetzen eines anderen Nutzsignals mit einer relativ niedrigeren Priorität umfassen, so dass das Nutzsignal mit der höheren Priorität in dem hörbaren akustischen Signal im Vordergrund steht. Auf diese Weise kann eine „smart ducking“-Funktion implementiert werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Detektionsvorrichtung zur Detektion von Transienten in dem akustischen Eingangssignal eingerichtet, und zur zumindest vorübergehenden Deaktivierung des Mikrofons in Reaktion auf die Detektion eines Transienten. Dadurch kann auf Transienten unmittelbar reagiert werden, so dass diese nicht erst weiterverarbeitet und gegebenenfalls anschließend gedämpft werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gehörschutzvorrichtung dazu eingerichtet ist, Sprachbefehle des Benutzers zu erkennen und in Reaktion darauf eine Wiedergabe eines in dem empfangenen elektromagnetischen Eingangssignals enthaltenen akustischen Signals zu steuern. Beispielsweise kann das empfangene elektromagnetische Eingangssignals einen Audiostream enthalten, wobei dessen Wiedergabe über den (die) Lautsprecher auf Grundlage von Sprachbefehlen erfolgt, wobei die Sprachbefehle durch das Mikrophon empfangen und durch die Detektionsvorrichtung verarbeitet werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Detektionseinrichtung dazu eingerichtet, ein empfangenes akustisches Signal mit vorbestimmten Signaleigenschaften als Not-Stopp-Signal zu detektieren und eine Deaktivierung der Gehörschutzvorrichtung zu veranlassen, und/oder wobei die Gehörschutzvorrichtung eine Not-Stopp-Betätigungseinrichtung umfasst, deren Betätigung eine Deaktivierung der Gehörschutzvorrichtung veranlasst. Dadurch ist eine Sprachsteuerung zum Abschalten der Gehörschutzvorrichtung im Notfall implementiert. Damit wird die Gehörschutzvorrichtung nach dem Abschalten auf seine passive Dämpfungsfunktion reduziert. Eine aktive Dämpfung und eine selektive Signalauswahl findet dann nicht mehr statt. Alternativ kann die Gehörschutzvorrichtung mittels des Not-Stopp-Knopfes manuell abgeschaltet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Not-Stopp-Betätigungseinrichtung nicht an der Gehörschutzvorrichtung, sondern einem externen Gegenstand vorgesehen, wobei eine Betätigung des Not-Stopps die Erzeugung und Übertragung eines Signals an die Gehörschutzvorrichtung bewirkt. Die Gehörschutzvorrichtung ist dazu ausgebildet, in Reaktion auf den Empfang eines derartigen Not-Stopp-Signals eine Deaktivierung der Gehörschutzvorrichtung durchzuführen. Beispielsweise kann eine solche Not-Stopp-Betätigungseinrichtung an einer Maschine in der Umgebung oder an einem Funkgerät eines Vorgesetzten vorgesehen sein.
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In einer Ausgestaltung ist die Gehörschutzvorrichtung dazu eingerichtet, über das Mikrofon ein Sprachsignal des Trägers zu empfangen und das Sprachsignal über die Sendevorrichtung an eine zweite Gehörschutzvorrichtung zu übertragen, wobei die Gehörschutzvorrichtung vorzugsweise außerdem eine Speichervorrichtung zur Speicherung des empfangenen Sprachsignals umfasst. Auf diese Weise kann ein erster Benutzer mit einem zweiten Benutzer kommunizieren. Der zweite Benutzer kann das Sprachsignal des ersten Benutzers mittels einer erfindungsgemäßen Gehörschutzvorrichtung empfangen und wiedergeben lassen. Auf diese Weise ist eine Kommunikation ungehindert von einer (aktiven oder passiven) Dämpfung von Umgebungsgeräuschen möglich.
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Auch in dieser Ausgestaltung kann bei der Wiedergabe des Sprachsignals eine Laustärke (laut/leise) und/oder räumliche Wirkung (zentral/entfernt) erzeugt werden, die dem Ursprung des Sprachsignals entspricht, also z.B. der Entfernung oder Orientierung eines Kommunikationspartners.
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Figurenliste
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Nachfolgend sind anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
- Die 1a ein schematisches Schaubild einer beispielhaften Gehörschutzvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
- Die 1b ein weiteres schematisches Schaubild einer beispielhaften Gehörschutzvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
- Die 2 eine schematische Übersicht über eine möglich virtuelle akustische Umgebung;
- Die 3 eine schematische Übersicht eines Verfahrens zur Geräuschdämpfung;
- Die 4 ein schematisches Übersichtsdiagramm von Funktionalitäten eines beispielhaften Prozessors der Gehörschutzvorrichtung aus den 1a und 1b;
- Die 5 eine beispielhafte Priorisierungsreihenfolge möglicher Signale.
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Figurenbeschreibung
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung betrifft die Erfindung einen Gehörschutz (Over-Ear-Kopfhörer) für die Anwendung in geräuschintensiven Umgebungen, wie Baustellen, Flughäfen oder Produktionsstätten. Der Kopfhörer ist dazu eingerichtet, Umgebungsgeräusche auf verschiedene Weisen zu dämpfen bzw. unterdrücken. Hochfrequente Geräusche werden durch das Material der Kopfhörer passiv gedämpft. Niederfrequenten Geräusche werden durch Active-Noise-cancelling (ANC) unterdrückt. Sogenannte Transienten (Ausschläge/Peaks im Geräuschprofil, wie Schläge/Knalle) werden ebenfalls durch das Kopfhörermaterial passiv gedämpft, wobei zusätzlich am Kopfhörer angebrachte Mikrofone (die zur Weiterleitung relevanter detektierter Geräusche an den Nutzer dienen, s.u.) bei der Detektion des Transienten (bzw. dessen Anstieg im Geräuschprofil) vorübergehend deaktiviert werden.
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Relevante Geräusche, insbesondere Sprachsignale, sollen vom Nutzer dennoch wahrgenommen werden. Hierzu dienen Mikrofone (die auch für ANC verwendet werden) zur Aufnahme von Stimmen, die - nachdem sie als solche identifiziert wurden - für den Nutzer wiedergegeben werden. Die Identifizierung von Stimmen (und Warnsignalen) kann insbesondere durch KI-Algorithmen implementiert sein. Ferner können die Mikrofone an den Kopfhörern dazu dienen, die Stimme des Nutzers aufzunehmen, um sie per Funk an Nutzer anderer Kopfhörer zu senden.
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Der primär zum Gehörschutz dienende Kopfhörer ist zur Wiedergabe von Musik geeignet. Hier können insbesondere Sprachbefehle genutzt werden, um die Musikwiedergabe zu steuern und somit die „Hands-Free“-Eigenschaft des Kopfhörers zu gewährleisten. Um der primären Aufgabe des Kopfhörers gerecht zu werden, wird die Lautstärke der Musikwiedergabe angepasst („smart ducking“), wenn vom Kopfhörer andere, priorisierte Signale empfangen werden. Zu diesen priorisierten Signalen gehören insbesondere per Mikrofon oder Funkempfänger empfangene Sprachsignale oder Warnsignale.
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Das Weiterleiten von externen Sprach- oder Warnsignalen an den Nutzer kann auf solche Signale begrenzt seien, die in einem bestimmten, definierten Bereich entstanden sind. Beispielsweise kann eine „Kommunikationsgruppe“ von Arbeitern definiert sein, die sich in örtlicher Nähe zueinander befinden. Sprachsignale anderer Mitglieder dieser Kommunikationsgruppe werden an den Nutzer der Kopfhörer weitergeleitet. Sprachsignale von Mitgliedern anderer Kommunikationsgruppen werden zwar detektiert, jedoch nicht an den Nutzer weitergeleitet. Ferner werden Warnsignale oder Wartungssignale von Maschinen, die sich in unmittelbarer Nähe der Kommunikationsgruppe befinden, an die Mitglieder dieser Kommunikationsgruppe weitergeleitet, nicht jedoch an Mitglieder örtlich weiter entfernter Kommunikationsgruppe. Dagegen werden von Maschinen erzeugte Warnsignale direkt an die Mitglieder einer bestimmten Kommunikationsgruppe gesendet, anstatt ein solches Signal für alle hörbar (und für Nicht-Betroffene störend) auszusenden. Warnsignale von Maschinen können insbesondere dadurch erzeugt werden, dass an den Maschinen angebrachte Mikrofone Unregelmäßigkeiten im Geräuschprofil der Maschine detektieren, welche als solche interpretiert werden (beispielsweise gestützt von KI-Algorithmen). Darüber hinaus können bestimmte Warnsignale als für Mitglieder aller Kommunikationsgruppe relevant definiert werden. Somit wird gewährleistet, dass der Nutzer der Kopfhörer mit nur für ihn/sie relevanten Informationen versorgt wird.
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Die Definition einer Kommunikationsgruppe kann über die örtliche Nähe verschiedener Kopfhörer zueinander oder des Kopfhörers zu gewissen Arbeitsbereichen/Maschinen erfolgen. Ferner kann die Zugehörigkeit zu einer Kommunikationsgruppe vordefiniert sein. Die örtliche Nähe kann beispielsweise über Signalstärken zwischen Sendern/Empfängern an Kopfhörern/Maschinen detektiert werden. Die detektierte örtliche Nähe kann darüber hinaus dazu verwendet werden, detektierte Signale in unterschiedlichen Lautstärken wiederzugeben, um ein realistisches Geräuschbild zu erzeugen. Eine Kommunikationsgruppe kann ferner durch die Blickrichtung des Nutzers definiert sein.
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Neben Sprach- und Warnsignalen können selektierte und/oder gedämpfte Umgebungsgeräusche an den Nutzer weitergeleitet werden, um ein angenehmes Tragegefühl des Kopfhörers zu ermöglichen (Beseitigung des „Abschottungsgefühls“). Damit wird - insbesondere mit der Definition von Kommunikationsgruppe - eine „virtuelle Umgebungen“ geschaffen, in der der Nutzer bei einem angenehmen, anpassbaren Geräuschpegel mit für ihn/sie relevanten Informationen versorgt wird. Dies erhöht die Sicherheit des Nutzers bei verbessertem Nutzerempfinden.
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Bestimmte vom Mikrofon des Kopfhörers aufgenommene Sprachsignale können als „Not-Stopp“ interpretiert werden. Ein solches Notstoppsignal kann außerdem über einen physikalischen Knopf am Kopfhörer generiert werden.
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1a zeigt ein schematisches Schaubild eines Kopfhörers 1 nach einer Ausgestaltung der Erfindung. Der Kopfhörer 1 umfasst ein Mikrophon 2 und eine Empfangsvorrichtung 3. Weiterhin umfasst der Kopfhörer 1 eine Detektionsvorrichtung 4, eine Signalverarbeitungsvorrichtung 5 und einen Lautsprecher 6. Das Mikrophon 2 nimmt akustische Signale (Schall) 7 aus einer Umgebung des Kopfhörers auf und wandelt diese in ein erstes elektrisches Eingangssignal 7a um, welches das akustische Signal 7 repräsentiert. Die Empfangsvorrichtung 3 empfängt ein elektromagnetisches Eingangssignal in einem durch die Empfangsvorrichtung 3 detektierbaren elektromagnetischen Frequenzspektrum und wandelt diese in ein zweites elektrisches Eingangssignal 7b um. Das erste elektrische Eingangssignal 7a und das zweite elektrische Eingangssignal 7b umfassen jeweils verschiedene Signalanteile. Die Signalanteile umfassen ein Nutzsignal Sn und ein Störsignal Ss. Die Detektionsvorrichtung 4 bestimmt aus den Eingangssignalen 7a, 7b die Nutz- und Störsignale Sn und Ss. Die Signalverarbeitungseinrichtung 5 erzeugt auf Grundlage des Nutzsignals Sn ein Steuersignal SL zur Steuerung des Lautsprechers 6. Der Lautsprecher 6 erzeugt auf Grundlage des Steuersignals SL ein hörbares akustisches Ausgangssignal S(Ak,Aus). Das akustische Ausgangssignals S(Ak,Aus) umfasst das oder die Nutzsignale. Alternativ wird das akustische Ausgangssignals S(Ak,Aus) aus einem oder mehreren Nutzsignalen Sn/Ss gebildet.
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Die Detektionsvorrichtung 4 umfasst ferner eine Identifikationseinheit 8 und eine Priorisierungslogik 9. Die Identifikationseinheit 8 dient zur Identifikation einer Signalcharakteristik der Nutzsignalanteile Sn in den Eingangssignalen 7a,7b. Die Signalcharakteristik gibt Aufschluss über einen Signalinhalt, also über eine transportierte Information. Die Priorisierungslogik 9 bildet eine Priorisierungsreihenfolge der Nutzsignale gemäß der Signalcharakteristik. Die Priorisierungsreihenfolge wird zusammen mit den Nutzsignalen an die Signalverarbeitungseinrichtung 5 übermittelt und dort zur Erzeugung des Steuersignals SL verwendet.
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1b zeigt ein weiteres schematisches Schaubild eines Kopfhörers 1 gemäß 1. Ein akustisches Eingangssignal AK,EIN und ein elektromagnetisches Eingangssignal EM,Ein werden von dem Mikrophon 2 und der Empfangsvorrichtung aufgenommen und an die Detektionsvorrichtung 4 weitergeleitet. Dort werden die Eingangssignale AK,EIN und EM,EIN von dem ersten elektrischen Eingangssignal 7a und dem zweiten elektrischen Eingangssignal 7b repräsentiert. Die Eingangssignale 7a und 7b weisen Nutzsignale auf (schraffiert dargestellt). Das akustische Ausgangssignal S(AK,Aus) umfasst beide schraffiert dargestellten Nutzsignale, nicht jedoch Störsignalenteile.
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2 zeigt eine schematische Übersicht über eine mögliche virtuelle akustische Umgebung 10. Ein erster Träger 11 des Kopfhörers 1 bildet zusammen mit ersten Gruppenmitgliedern 12 eine erste Kommunikationsgruppe. Die erste Kommunikationsgruppe befindet sich in einer ersten Kontextzone 13. Die erste Kontextzone 13 ist größer als eine erste akustische Distanz 13a, d.h. ein akustisch wahrnehmbarer Bereich des ersten Trägers 11. Auch akustische Ereignisse außerhalb der akustischen Distanz 13a des ersten Trägers 11 werden mittels des Kopfhörers 1 von diesem wahrgenommen. Insbesondere gilt dies für Sprachsignale der ersten Gruppenmitglieder 12 außerhalb der ersten akustischen Distanz 13a. Eine Maschine 14 befindet sich zusammen mit zweiten Gruppenmitgliedern 15 in einer zweiten Kontextzone 16. Die Maschine 14 weist eine zweite akustische Distanz 16a auf, die von der zweiten Kontextzone 16 umfasst ist. Erste Gruppenmitglieder 12 und zweite Gruppenmitglieder 15 kommunizieren kontextzonenübergreifend durch räumliche Orientierung des Kopfhörers 1 entsprechend der dargestellten Orientierungsrichtung (Pfeile). Durch die Orientierungsrichtung des Kopfhörers der Gruppenmitglieder, die kontextzonenübergreifend kommunizieren möchten, ändert sich die Gruppenzugehörigkeit, bzw. eine neue Kommunikationsgruppe wird erstellt. Beispielsweise bilden die beiden Gruppenmitglieder 12,15 die in 2 am Rande der beiden Kontextzonen 13,16 miteinander kommunizieren möchten und sich dazu einander zuwenden, durch die räumliche Orientierung der Kopfhörer 1 eine weitere Kommunikationsgruppe (oval umrandet).
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3 zeigt ein Verfahren zur aktiven Geräuschdämpfung 17. Ein akustisches Event 18 wird durch das Mikrophon 2 aufgezeichnet und in ein elektrisches Signal verwandelt. Mittels aktiver Geräuschdämpfung (ANC) 19 werden unerwünschte Signale oder Signalanteile herausgefiltert. Zugleich werden die Nutzsignale erkannt und durch den Lautsprecher 6 am Ohr eines Nutzers widergegeben.
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4 zeigt ein Übersichtsdiagramm von Funktionalitäten eines Prozessors 20 des Kopfhörers 1 aus den 1a und 1b. der Prozessor 20 ist ein Mikrokontroller MC und umfasst die Detektionsvorrichtung 4 und die Signalverarbeitungseinheit 5 (nicht dargestellt). Der Prozessor 20 ist mit dem Mikrophon 2, der Empfangsvorrichtung 3, einer Batterie 21, dem Lautsprecher 6 und einer Schnittstelle 22 verbunden.
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5 zeigt eine beispielhafte Priorisierungsreihenfolge einiger möglicher Signale. Die Signale sind dabei entweder nach ihrem Ursprung oder ihrem Inhalt (der transportierten Information) benannt. Die Signale sind gemäß einer Priorisierung geordnet. Das Signal mit der höchsten Priorität (z.B. das Signal einer Warnsirene) wird mit Vorrang vor allen anderen Signalen in dem hörbaren akustischen Signal für den Nutzer berücksichtigt. Ein Musikstream ist dabei mit einer relativ geringen Priorität versehen und steht akustisch in dem hörbaren akustischen Signal hinter allen anderen relativ höher priorisierten Signalen zurück.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kopfhörer
- 2
- Mikrophon
- 3
- Empfangsvorrichtung
- 4
- Detektionsvorrichtung
- 5
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 6
- Lautsprecher
- 7
- akustisches Signal, Eingangssignal
- 7a
- erstes elektrisches Eingangssignal
- 7b
- zweites elektrisches Eingangssignal
- 8
- Identifikationseinheit
- 9
- Priorisierungslogik
- 10
- virtuelle Umgebung
- 11
- erster Träger
- 12
- erste Gruppenmitglieder
- 13
- erste Kontextzone
- 13a
- erste akustische Distanz
- 14
- Maschine
- 15
- zweite Gruppenmitglieder
- 16
- zweite Kontextzone
- 16a
- zweite akustische Distanz
- 17
- Verfahren zur aktiven Geräuschdämpfung
- 18
- akustisches Event
- 19
- ANC, Active-Noise-Cancelling
- 20
- Prozessor
- 21
- Batterie
- 22
- Schnittstelle I/O
- Ss
- Störsignal
- Sn
- Nutzsignal
- SL
- Steuersignal für Lautsprecher
- S(Ak,AUS)
- akustisches Ausgangssignal
- Ak,EIN
- akustisches Eingangssignal
- EM,EIN
- elektromagnetisches Eingangssignal
