DE102020208283A1 - Method for calibrating an orientation sensor device of an earphone and earphone system - Google Patents

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Abstract

Zum Kalibrieren einer Orientierungssensoreinrichtung eines Ohrhörers, welcher von einem Benutzer am Kopf getragen wird, werden Beschleunigungssignale in einem ersten Bezugssystem erfasst und ein erster Kalibrationszustand, in welchem eine Vertikalachse eines kopffesten zweiten Bezugsystems im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung ausgerichtet ist, detektiert. Anhand der erfassten Beschleunigungssignale werden ein erster Drehwinkel des ersten Bezugssystems um eine erste Horizontalachse des ersten Bezugssystems und ein zweiter Drehwinkel des ersten Bezugssystems um eine zweite Horizontalachse des ersten Bezugssystems ermittelt und die Beschleunigungssignale werden gemäß den ermittelten Drehwinkeln vorkalibriert. Ein zweiter Kalibrationszustand wird detektiert, in welchem für einen vorbestimmten Zeitraum eine Beschleunigung des Ohrhörers in einer Horizontalebene des zweiten Bezugssystems erfolgt, eine Bewegungsrichtung des Ohrhörers in Bezug auf das erste Bezugssystem anhand der vorkalibrierten Beschleunigungssignale ermittelt wird und ein dritter Drehwinkel des ersten Bezugsystems um die Vertikalachse des ersten Bezugsystems anhand der ermittelten Bewegungsrichtung bestimmt wird. Abschließend werden die Beschleunigungssignale gemäß dem dritten Drehwinkel kalibriert.To calibrate an orientation sensor device of an earphone worn by a user on the head, acceleration signals are detected in a first reference system and a first calibration state, in which a vertical axis of a second reference system fixed to the head is aligned essentially parallel to the direction of gravitational acceleration, is detected. A first angle of rotation of the first reference system about a first horizontal axis of the first reference system and a second angle of rotation of the first reference system about a second horizontal axis of the first reference system are determined based on the detected acceleration signals, and the acceleration signals are precalibrated according to the determined angles of rotation. A second calibration state is detected, in which the earphone is accelerated in a horizontal plane of the second reference system for a predetermined period of time, a direction of movement of the earphone in relation to the first reference system is determined using the precalibrated acceleration signals, and a third angle of rotation of the first reference system around the vertical axis of the first reference system is determined based on the determined direction of movement. Finally, the acceleration signals are calibrated according to the third rotation angle.

Description

Stand der TechnikState of the art

Am Kopf getragene Ohrhörer erlauben dem Nutzer bequemen Zugang zu vielfältigen Audioinhalten. Dies umfasst nicht nur einfache Audioinhalte, wie z.B. Musik oder die Wiedergabe von Telefongesprächen, sondern auch interaktive Audioinhalte, die an die Orientierung des Kopfes des Nutzers angepasst werden.Earphones worn on the head allow the user easy access to a wide range of audio content. This includes not only simple audio content, such as music or the playback of phone calls, but also interactive audio content that is adapted to the orientation of the user's head.

Um eine Orientierung des Kopfes des Nutzers zu bestimmen, werden häufig Inertialmesssysteme in Ohrhörer integriert. Die Orientierung des Kopfes kann jedoch nicht unmittelbar aus einer von dem Inertialmesssystem ermittelten Orientierung des Sensors abgelesen werden, da ein Sensorkoordinatensystem, in welchem die Orientierung erfasst wird, im Allgemeinen nicht mit einem Kopfkoordinatensystem übereinstimmt. Deshalb ist es notwendig, die Ausrichtung des Ohrhörers im Kopfkoordinatensystem zu bestimmen und die Sensororientierung in Kopfkoordinaten zu transformieren. Hierzu ist es erforderlich, die Ausrichtung des Ohrhörers zu ermitteln und zu kalibrieren.In order to determine the orientation of the head of the user, inertial measurement systems are often integrated into earphones. However, the orientation of the head cannot be read off directly from an orientation of the sensor determined by the inertial measuring system, since a sensor coordinate system in which the orientation is detected generally does not match a head coordinate system. It is therefore necessary to determine the orientation of the earphone in the head coordinate system and to transform the sensor orientation into head coordinates. To do this, it is necessary to determine and calibrate the orientation of the earphones.

In der US 10 277 973 B2 wird ein Verfahren zur Kalibration des Orientierungssensors eines Ohrhörers beschrieben, bei welchem in einem Ruhezustand, in welchem der Kopf des Nutzers in einer neutralen, aufrechten Position ist, mittels des Sensors Beschleunigungssignale für drei Raumrichtungen ermittelt werden, und basierend darauf eine Transformationsmatrix zur Transformation der vom Sensor in einem sensorfesten Bezugssystem ermittelten Orientierung in ein kopffestes Koordinatensystem.In the US 10 277 973 B2 a method for calibrating the orientation sensor of an earphone is described, in which, in a state of rest, in which the user's head is in a neutral, upright position, acceleration signals for three spatial directions are determined by means of the sensor, and based on this, a transformation matrix for transforming the from Orientation in a fixed head coordinate system determined by the sensor in a fixed reference system.

Ähnliche Verfahren werden in der US 2012/0114132 A1 und der US 9 950 239 B1 beschrieben.Similar procedures are used in the US 2012/0114132 A1 and the US 9 950 239 B1 described.

Die beschriebenen Verfahren erlauben eine relativ genaue Bestimmung eines Nickwinkels und eines Rollwinkels des Kopfes, da ein Beschleunigungssignal während des Ruhezustands im Wesentlichen der Erdbeschleunigung entspricht.The methods described allow a relatively precise determination of a pitch angle and a roll angle of the head, since an acceleration signal during the idle state essentially corresponds to the acceleration due to gravity.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Ohrhörersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The invention relates to a method with the features of claim 1 and an earphone system with the features of claim 9.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Kalibrieren einer Orientierungssensoreinrichtung eines Ohrhörers, welcher von einem Benutzer am Kopf getragen wird, vorgesehen.According to a first aspect of the invention, a method for calibrating an orientation sensor device of an earphone that is worn by a user on the head is provided.

In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Erfassen von Beschleunigungssignalen in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Raumrichtung eines in Bezug auf den Ohrhörer ortsfesten ersten Bezugssystems mittels der Orientierungssensoreinrichtung, wobei die Raumrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Die Orientierungssensoreinrichtung kann insbesondere einen Dreiachsen-Beschleunigungssensor umfassen, welcher Beschleunigungen entlang der jeweiligen Raumrichtung erfasst und entsprechende Beschleunigungsdaten ausgibt.In a first method step, acceleration signals are recorded in a first, a second and a third spatial direction of a first reference system that is stationary with respect to the earphone by means of the orientation sensor device, the spatial directions being perpendicular to one another. The orientation sensor device can in particular comprise a three-axis acceleration sensor which detects accelerations along the respective spatial direction and outputs corresponding acceleration data.

Weiterhin erfolgt ein Detektieren eines ersten Kalibrationszustands, in welchem eine Vertikalachse eines in Bezug auf den Kopf des Benutzers ortsfesten zweiten Bezugsystems im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung ausgerichtet ist. Das zweite Bezugssystem ist ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit einer Vertikalachse, einer senkrecht auf diese stehenden ersten Horizontalachse und einer senkrecht auf die Vertikalachse und senkrecht auf die erste Horizontalachse stehenden zweiten Horizontalachse. Das zweite Bezugssystem ist ortsfest in Bezug auf den Kopf des Benutzers, wobei die erste Horizontalachse in Richtung von Ohr zu Ohr verläuft, die zweite Horizontalachse vom Zentrum des Kopfs in Richtung der Nase zeigt und die Vertikalachse bei aufrechter Haltung des Kopfs im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung verläuft. In einem Zustand, in welchem der Ohrhörer am Kopf getragen wird, z.B. ins Ohr eingesteckt ist oder mit einem Bügel an Ohr gehalten wird, stimmt die Orientierung der Raumrichtungen des ersten Bezugssystems typischerweise nicht mit der Orientierung der Achsen des zweiten Bezugssystems überein. Wenn der Kopf des Benutzers in einem statischen, unbeschleunigten Zustand in einer aufrechten Haltung ist, stimmt die Vertikalachse des zweiten Bezugssystems in etwa mit der Erdbeschleunigungsrichtung überein.Furthermore, a first calibration state is detected, in which a vertical axis of a second reference system, which is stationary with respect to the head of the user, is oriented essentially parallel to the direction of gravitational acceleration. The second reference system is a right-angled coordinate system with a vertical axis, a first horizontal axis perpendicular to this and a second horizontal axis perpendicular to the vertical axis and perpendicular to the first horizontal axis. The second reference system is stationary in relation to the head of the user, the first horizontal axis running in the direction from ear to ear, the second horizontal axis pointing from the center of the head in the direction of the nose and the vertical axis, when the head is held upright, essentially parallel to the direction of acceleration due to gravity runs. In a state in which the earphone is worn on the head, e.g. plugged into the ear or held to the ear with a bracket, the orientation of the spatial directions of the first reference system typically does not match the orientation of the axes of the second reference system. If the head of the user is in an upright posture in a static, non-accelerated state, the vertical axis of the second frame of reference roughly coincides with the direction of the gravitational acceleration.

Wenn das Vorliegen des ersten Kalibrationszustands detektiert wird, erfolgt anhand der erfassten Beschleunigungssignale ein Ermitteln eines ersten Drehwinkels und eines zweiten Drehwinkels des ersten Bezugssystems relativ zum zweiten Bezugssystem, wobei der erste Drehwinkel derart bestimmt wird, dass die zweite Raumrichtung nach einer Drehung des ersten Bezugssystems um den ersten Drehwinkel um die erste Raumrichtung in einer Horizontalebene liegt, welche durch die erste Horizontalachse und die zweite Horizontalachse des zweiten Bezugsystems definiert ist, und wobei der zweite Drehwinkel derart bestimmt wird, dass die erste Raumrichtung nach einer Drehung des ersten Bezugssystems um den zweiten Drehwinkel um die zweite Raumrichtung in der Horizontalebene des zweiten Bezugsystems liegt. In dem ersten Kalibrationszustand werden durch die Orientierungssensoreinrichtung die Anteile der Erdbeschleunigung entlang der jeweiligen Raumrichtung des ersten Bezugssystems erfasst. Unter der Annahme, dass die Vertikalachse des zweiten Bezugssystems im ersten Kalibrationszustand parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung ausgerichtet ist, können ein erster und ein zweiter Drehwinkel ermittelt werden, um das erste Bezugssystem derart zu drehen, dass eine Vertikalrichtung des ersten Bezugssystems mit der Vertikalachse des zweiten Bezugssystems übereinstimmt bzw. die erste Raumrichtung des ersten Bezugsystems und die zweite Raumrichtung des ersten Bezugssystems in einer Ebene liegen, die durch die erste und die zweite Horizontalachse des zweiten Bezugssystems definiert ist. Der erste Drehwinkel oder Nickwinkel beschreibt eine Drehung um die erste Raumrichtung oder Horizontalachse des ersten Bezugsystems. Der zweite Drehwinkel oder Rollwinkel beschreibt eine Drehung um die zweite Raumrichtung oder Horizontalachse des ersten Bezugsystems.If the presence of the first calibration state is detected, a first angle of rotation and a second angle of rotation of the first reference system relative to the second reference system are determined on the basis of the detected acceleration signals, the first rotation angle being determined in such a way that the second spatial direction after a rotation of the first reference system by the first angle of rotation about the first spatial direction lies in a horizontal plane which is defined by the first horizontal axis and the second horizontal axis of the second reference system, and wherein the second angle of rotation is determined such that the first spatial direction after a rotation of the first reference system by the second angle of rotation lies around the second spatial direction in the horizontal plane of the second reference system. In the first calibration state, the components of the acceleration due to gravity are ent by the orientation sensor device long recorded the respective spatial direction of the first reference system. Assuming that the vertical axis of the second reference system is aligned parallel to the direction of gravitational acceleration in the first calibration state, a first and a second angle of rotation can be determined in order to rotate the first reference system in such a way that a vertical direction of the first reference system coincides with the vertical axis of the second reference system or the first spatial direction of the first reference system and the second spatial direction of the first reference system lie in a plane which is defined by the first and the second horizontal axis of the second reference system. The first angle of rotation or pitch angle describes a rotation about the first spatial direction or horizontal axis of the first reference system. The second angle of rotation or roll angle describes a rotation around the second spatial direction or horizontal axis of the first reference system.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Vorkalibrieren der erfassten Beschleunigungssignale gemäß den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln. In diesem Schritt werden die im ersten Bezugssystem erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem umgerechnet bzw. um die ermittelten ersten und zweiten Drehwinkel gedreht.In a further step, the detected acceleration signals are pre-calibrated according to the determined first and second angles of rotation. In this step, the acceleration signals recorded in the first reference system are converted into the second reference system or rotated by the determined first and second angles of rotation.

Weiterhin erfolgt ein Detektieren eines zweiten Kalibrationszustands, in welchem für einen vorbestimmten Zeitraum eine Beschleunigung des Ohrhörers in der durch die erste und die zweite Horizontalachse des zweiten Bezugssystems definierten Horizontalebene erfolgt. Demnach wird ein Übergang von einem statischen oder quasi-statischen Zustand, z.B. einem Ruhezustand des Benutzers, in einen beschleunigten Zustand detektiert, z.B. wenn der Benutzer losgeht und einige Schritte nach vorne macht, nachdem er vorher an einer Stelle gestanden hat. Der zweite Kalibrationszustand beruht auf der Annahme, dass der Benutzer beim Gehen geradeaus blickt, so dass die zweite Horizontalachse des zweiten Bezugssystems im Wesentlichen parallel zur Beschleunigungsrichtung ist.A second calibration state is also detected, in which the earphone is accelerated in the horizontal plane defined by the first and second horizontal axes of the second reference system for a predetermined period of time. Accordingly, a transition from a static or quasi-static state, e.g. a resting state of the user, to an accelerated state is detected, e.g. when the user starts walking and takes a few steps forward after having previously stood in one place. The second calibration state is based on the assumption that the user looks straight ahead while walking, so that the second horizontal axis of the second reference system is essentially parallel to the direction of acceleration.

Wenn der zweite Kalibrationszustand detektiert wird, erfolgt ein Ermitteln einer Bewegungsrichtung des Ohrhörers in Bezug auf das erste Bezugssystem anhand der erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale. Da die von der Orientierungssensoreinrichtung erfassten Signale bereits um den ersten und den zweiten Drehwinkel kompensiert sind, wird im zweiten Kalibrationszustand eine Beschleunigung in einer durch zwei Raumrichtungen des ersten Bezugssystems definierten Ebene erfasst.If the second calibration state is detected, a direction of movement of the earphone is determined in relation to the first reference system on the basis of the recorded pre-calibrated acceleration signals. Since the signals detected by the orientation sensor device are already compensated for by the first and the second angle of rotation, an acceleration is detected in a plane defined by two spatial directions of the first reference system in the second calibration state.

Weiterhin erfolgt ein Ermitteln eines dritten Drehwinkels des ersten Bezugsystems relativ zum zweiten Bezugssystem um die dritte Raumrichtung oder Vertikalachse des ersten Bezugssystems, , anhand der ermittelten Bewegungsrichtung. Nach dem Vorkalibrieren stimmt die dritte Raumrichtung oder Vertikalachse des ersten Bezugssystems mit der Vertikalachse des zweiten Bezugssystems überein. Aufgrund der Annahme, dass im zweiten Kalibrationszustand die zweite Horizontalachse des zweiten Bezugssystems im Wesentlichen parallel zur Beschleunigungsrichtung ist, kann anhand der im ersten Bezugssystem erfassten Bewegungsrichtung ein dritter Drehwinkel oder Gierwinkel erfasst werden, um den das erste Bezugssystem um die Vertikalachse des ersten Bezugssystems gedreht werden muss, damit die erste und die zweite Raumrichtung des ersten Bezugssystems mit den Horizontalachsen des zweiten Bezugssystems übereinstimmen.Furthermore, a third angle of rotation of the first reference system relative to the second reference system about the third spatial direction or vertical axis of the first reference system is determined on the basis of the determined direction of movement. After the pre-calibration, the third spatial direction or vertical axis of the first reference system coincides with the vertical axis of the second reference system. Based on the assumption that in the second calibration state the second horizontal axis of the second reference system is essentially parallel to the direction of acceleration, a third angle of rotation or yaw angle can be recorded based on the direction of movement recorded in the first reference system, by which the first reference system is rotated about the vertical axis of the first reference system must, so that the first and the second spatial direction of the first reference system coincide with the horizontal axes of the second reference system.

Abschließend erfolgt ein Kalibrieren der erfassten Beschleunigungssignale gemäß dem dritten Drehwinkel. In diesem Schritt werden die im ersten Bezugssystem erfassten, vorkalibriertenBeschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem umgerechnet bzw. um den ermittelten dritten Drehwinkel gedreht.Finally, the detected acceleration signals are calibrated according to the third angle of rotation. In this step, the pre-calibrated acceleration signals recorded in the first reference system are converted into the second reference system or rotated by the determined third angle of rotation.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Ohrhörersystem vorgesehen. Das Ohrhörersystem umfasst einen Ohrhörer mit einem Audiomodul, das zur Ausgabe eines Audiosignals eingerichtet ist, und einer Orientierungssensoreinrichtung mit einem Dreiachsen-Beschleunigungssensor, welcher dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen eines ersten Bezugsystems zu erfassen. Der Ohrhörer kann dabei insbesondere zum teilweisen Einführen in den Gehörgang eingerichtet sein, z.B. als sogenannter In-Ear-Ohrhörer. Auch ist denkbar, dass der Ohrhörer als sogenannter On-Ear- oder Over-Ear-Ohrhörer realisiert ist, der am Ohr gehalten wird.According to a second aspect of the invention, an earphone system is provided. The earphone system comprises an earphone with an audio module that is set up to output an audio signal, and an orientation sensor device with a three-axis acceleration sensor that is set up to detect accelerations in three mutually perpendicular spatial directions of a first reference system. The earphone can in particular be set up for partial insertion into the auditory canal, e.g. as a so-called in-ear earphone. It is also conceivable that the earphone is implemented as a so-called on-ear or over-ear earphone that is held on the ear.

Das Ohrhörersystem weist ferner eine Prozessoreinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, den Ohrhörer zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zu veranlassen. Die Prozessoreinrichtung kann insbesondere in den Ohrhörer integriert sein.The earphone system also has a processor device which is set up to cause the earphone to carry out a method according to the first aspect of the invention. The processor device can in particular be integrated into the earphone.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, in einer ersten Abfolge von Kalibrationsschritten einen Nickwinkel und einen Rollwinklel zu ermitteln, um den das Bezugsystem des Ohrhörers relativ zum kopffesten Bezugssystem gedreht ist, die durch Beschleunigungssignale repräsentierte, erfasste Orientierung um den Nick- und den Rollwinkel zu kompensieren und in einer zweiten Abfolge von Kalibrationsschritten einen Gierwinkel, um den das Bezugsystem des Ohrhörers relativ zum kopffesten Bezugssystem gedreht ist, zu ermitteln und das erfasste Sensorsignal mit dem Gierwinkel abschließend zu kalibrieren. Die erste Abfolge von Kalibrationsschritten wird in einem ersten Kalibrationszustand vorgenommen, in welchem der Nutzer entweder in Ruhe ist oder geht, wobei der Nutzer in jedem Fall den Kopf aufrecht hält und geradeaus blickt, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Vertikalrichtung des kopffesten Bezugssystems mit der Erdbeschleunigungsrichtung übereinstimmt. Die zweite Abfolge von Kalibrationsschritten wird in einem zweiten Kalibrationszustand durchgeführt, in welchem der Nutzer geradeaus blickt und beschleunigt, also entweder aus dem Gehen abbremst oder beginnt geradeaus zu gehen, nachdem er ruhig gestanden hat, so dass eine Beschleunigungsrichtung im Wesentlichen mit einer der Horizontalachsen des kopffesten Bezugssystems übereinstimmt.One idea on which the invention is based is to determine, in a first sequence of calibration steps, a pitch angle and a roll angle by which the reference system of the earphone is rotated relative to the reference system fixed to the head, the orientation detected by the acceleration signals around the pitch and roll angle compensate and in a second sequence of calibration steps to determine a yaw angle by which the reference system of the earphone is rotated relative to the reference system fixed on the head and finally to calibrate the detected sensor signal with the yaw angle. The first sequence of calibration steps is carried out in a first calibration state in which the user is either at rest or walking, with the user always holding their head upright and looking straight ahead, so that it can be assumed that the vertical direction of the reference system fixed on the head coincides with the direction of gravitational acceleration. The second sequence of calibration steps is carried out in a second calibration state in which the user looks straight ahead and accelerates, i.e. either decelerates from walking or starts walking straight after standing still, so that a direction of acceleration essentially coincides with one of the horizontal axes of the head-fixed reference system coincides.

Ein Vorteil der Erfindung liegt somit darin, dass eine Kalibration in Bezug auf alle drei Richtungen bzw. in Bezug auf alle drei Drehwinkel mit hoher Genauigkeit und auf effiziente Weise erfolgen kann.One advantage of the invention is therefore that a calibration can be carried out in relation to all three directions or in relation to all three angles of rotation with high accuracy and in an efficient manner.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Detektieren des ersten Kalibrationszustands basierend auf einem ersten Triggersignal erfolgt. Beispielsweise kann dem Benutzer über den Audioausgang des Ohrhörers die Anweisung gegeben werden, sich hinzustellen und den Kopf aufrecht zu halten und geradeaus zu blicken, wobei nach der Ausgabe dieser Anweisung, optional mit einer gewissen Zeitverzögerung, mittels der Prozessoreinrichtung ein Signal erzeugt werden kann, welches das Vorliegen des ersten Kalibrationszustands anzeigt, so dass in der Folge die weiteren Schritte zum Ermitteln der ersten und zweiten Drehwinkel und der Vorkalibration durchgeführt werden. Dadurch wird das Kalibrationsverfahren weiter vereinfacht.According to some embodiments it can be provided that the detection of the first calibration state takes place based on a first trigger signal. For example, the user can be given the instruction via the audio output of the earphone to stand up, keep his head upright and look straight ahead, after which this instruction can be generated by the processor device, optionally with a certain time delay, which indicates the presence of the first calibration state, so that the further steps for determining the first and second angles of rotation and the pre-calibration are carried out as a result. This further simplifies the calibration process.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Detektieren des ersten Kalibrationszustands ein Erkennen eines statischen Zustands des Kopfes des Benutzers basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst. Wenn der Benutzer sich in einem statischen Zustand befindet, wird durch die Orientierungssensoreinrichtung im Wesentlichen die Erdbeschleunigung erfasst, so dass durch Auswertung der Beschleunigungssignale auf einen statischen Zustand geschlossen werden kann. According to some embodiments, it can be provided that the detection of the first calibration state comprises a detection of a static state of the head of the user based on the detected acceleration signals. If the user is in a static state, the orientation sensor device essentially detects the acceleration due to gravity, so that a static state can be inferred by evaluating the acceleration signals.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Erkennen des statischen Zustands des Kopfes ein Ermitteln von Absolutwerten von Differenzen zwischen aktuell erfassten Beschleunigungssignalen und einer vorbestimmten Anzahl vorhergehend erfasster Beschleunigungssignale, ein Vergleichen der Absolutwerte der Differenzen mit einem ersten Schwellwert, ein Ermitteln einer Norm der aktuell erfassten Beschleunigungssignale, ein Ermitteln einer Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung und ein Vergleichen der Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung mit einem zweiten Schwellwert erfolgt, und wobei ein statischer Zustand des Kopfes erkannt wird, wenn die Absolutwerte der Differenzen den ersten Schwellwert nicht überschreiten und wenn die Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung den zweiten Schwellwert nicht überschreitet.According to some embodiments, it can be provided that the detection of the static state of the head includes determining absolute values of differences between currently recorded acceleration signals and a predetermined number of previously recorded acceleration signals, comparing the absolute values of the differences with a first threshold value, determining a standard of the current detected acceleration signals, a determination of a deviation of the norm from the acceleration due to gravity and a comparison of the deviation of the norm from the acceleration due to gravity with a second threshold value takes place, and a static state of the head is recognized if the absolute values of the differences do not exceed the first threshold value and if the deviation of the norm from the acceleration due to gravity does not exceed the second threshold value.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Detektieren des ersten Kalibrationszustands ein Erkennen eines Zustands des Gehens des Benutzers basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst. Dies kann beispielsweise anhand eines zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungssignale ermittelt werden, indem die Beschleunigungssignale auf das Vorliegen typischer Verlaufsmuster untersucht werden.According to some embodiments, it can be provided that the detection of the first calibration state includes a recognition of a walking state of the user based on the detected acceleration signals. This can be determined, for example, on the basis of a time profile of the acceleration signals by examining the acceleration signals for the presence of typical profile patterns.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Detektieren des zweiten Kalibrationszustands basierend auf einem zweiten Triggersignal erfolgt. Beispielsweise kann dem Benutzer über den Audioausgang des Ohrhörers die Anweisung gegeben werden, sich hinzustellen und den Kopf aufrecht zu halten, geradeaus zu blicken und dann eine bestimmte Anzahl, z.B. fünf Schritte geradeaus zu gehen. Nach der Ausgabe dieser Anweisung, optional mit einer gewissen Zeitverzögerung und/oder nach erfolgreichem Abschluss des ersten Kalibrationsschritts, kann mittels der Prozessoreinrichtung ein Signal erzeugt werden, welches das Vorliegen des zweiten Kalibrationszustands anzeigt, so dass in der Folge die weiteren Schritte zum Ermitteln des dritten Drehwinkels und der abschließenden Kalibration durchgeführt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nach Ausgabe des ersten Trigersignals der erste Kalibtrationszustand erfasst und die zugehörigen Vorkalibrationsschritte ausgeführt werden und, sobald dieser Vorgang erfolgreich abgeschlossen wurde, automatisch der zweite Kalibtrationszustand angenommen wird. Somit kann beispielsweise lediglich die Erzeugung eines ersten Triggersignals erfolgen und/oder das zweite Triggersignal wird automatisch erzeugt, wenn der erste Kalibrationsschritt erfolgreich abgeschlossen wurde. Somit wird das Kalibrationsverfahren weiter vereinfacht.According to some embodiments it can be provided that the detection of the second calibration state takes place based on a second trigger signal. For example, the user can be instructed via the audio output of the earphone to stand up and keep their head up, look straight ahead and then walk a certain number of steps, e.g. five steps straight ahead. After this instruction has been issued, optionally with a certain time delay and / or after the first calibration step has been successfully completed, the processor device can generate a signal that indicates the presence of the second calibration state, so that the further steps for determining the third Angle of rotation and the final calibration. For example, it can be provided that after the output of the first trigger signal, the first calibration state is detected and the associated pre-calibration steps are carried out and, as soon as this process has been successfully completed, the second calibration state is automatically assumed. Thus, for example, only a first trigger signal can be generated and / or the second trigger signal is generated automatically when the first calibration step has been successfully completed. The calibration process is thus further simplified.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Detektieren des zweiten Kalibrationszustands ein Erkennen eines Übergangs aus einem statischen Zustand in einen bewegten Zustand basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst. Demnach ist auch denkbar, dass das Detektieren eines zweiten Kalibrationszustands anhand der Auswertung der von der Orientierungssensoreinrichtung erfassten Beschleunigungssignale erfolgt. Anhand der Beschleunigungssignale können Bewegungsänderungen ermittelt werden. Die Bewegungsrichtung kann beispielsweise dann zuverlässig ermittelt werden, wenn eine Beschleunigung ohne Richtungsänderung vorliegt. Wie bereits erläutert, kann dies der Fall sein, wenn ein Übergang von einem statischen Zustand zu einer kontinuierlichen Bewegung stattfindet, z. B. wenn der Nutzer ein paar Schritte geradeaus nach vorne macht, nachdem er vorher an einer Stelle gestanden hat. Um das Detektieren eines zweiten Kalibrationszustands anhand der Auswertung der von der Orientierungssensoreinrichtung erfassten Beschleunigungssignale zu detektieren, erfolgt somit zunächst das Detektieren eines statischen Zustands. Dies kann beispielsweise in gleicher Weise erfolgen, wie dies für die Detektion des ersten Kalibrationszustands beschrieben wurde. Beispielsweise kann dies anhand einer ermittelten Linearbeschleunigung erfolgen, die sich aus der Differenz des gemessenen 3-Achsen-Beschleunigungssignals und der nick- und rollkompensierten Erdbeschleunigung ergibt. Liegt die Norm der Linearbeschleunigung in der Ebene der ersten und zweiten Raumrichtung des ersten Bezugssystems für eine gewisse Zeit unterhalb eines Schwellwerts, handelt es sich um einen statischen Zustand, anderenfalls liegt eine Bewegung vor. Für einen kalibrationsgeeigneten Zustand kann es optional erforderlich sein, dass sowohl der statische Zustand als auch die darauffolgende Bewegung jeweils eine gewisse Mindestdauer überschreiten.According to some embodiments, it can be provided that the detection of the second calibration state includes a recognition of a transition from a static state to a moving state based on the detected acceleration signals. Accordingly, it is also conceivable that the detection of a second calibration state on the basis of the evaluation of the orientation Rungssensoreinrichtung detected acceleration signals takes place. Changes in movement can be determined on the basis of the acceleration signals. The direction of movement can then be reliably determined, for example, when there is an acceleration without a change in direction. As already explained, this can be the case when there is a transition from a static state to a continuous movement, e.g. B. if the user takes a few steps straight ahead after having previously stood in one place. In order to detect the detection of a second calibration state on the basis of the evaluation of the acceleration signals detected by the orientation sensor device, a static state is thus initially detected. This can take place, for example, in the same way as was described for the detection of the first calibration state. For example, this can be done on the basis of a determined linear acceleration that results from the difference between the measured 3-axis acceleration signal and the pitch and roll compensated acceleration due to gravity. If the norm of the linear acceleration in the plane of the first and second spatial direction of the first reference system is below a threshold value for a certain time, it is a static state, otherwise there is movement. For a state suitable for calibration, it may optionally be necessary that both the static state and the subsequent movement each exceed a certain minimum duration.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Bewegungsrichtung erfolgt, indem innerhalb des vorbestimmten Zeitraums die erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale einmal zeitlich integriert werden, um eine Bewegungsgeschwindigkeit zu ermitteln, und zweimal zeitlich integriert werden, um eine zurückgelegte Strecke zu ermitteln, wobei die Bewegungsrichtung anhand der zurückgelegten Strecke ermittelt wird.According to some embodiments, it can be provided that the direction of movement is determined by integrating the recorded pre-calibrated acceleration signals once in time within the predetermined period of time in order to determine a movement speed and integrating them twice over time in order to determine a distance covered, the direction of movement is determined based on the distance traveled.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Vorkalibrieren ein Ermitteln einer ersten Abbildungsvorschrift für die im ersten Bezugssystem erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem basierend auf den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln und das Anwenden dieser Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale umfasst, und wobei das Kalibrieren ein Ermitteln einer zweiten Abbildungsvorschrift für die im ersten Bezugssystem erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem basierend auf den ermittelten ersten, zweiten und dritten Drehwinkeln und das Anwenden dieser zweiten Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale umfasst. Die Abbildungsvorschriften können beispielsweise Rotationsmatrizen oder Orientierungsquaternionen sein.According to some embodiments, it can be provided that the pre-calibration includes determining a first mapping rule for the acceleration signals detected in the first reference system into the second reference system based on the determined first and second angles of rotation and applying this mapping rule to the acceleration signals, and the calibration includes determining comprises a second mapping rule for the acceleration signals detected in the first reference system into the second reference system based on the determined first, second and third angles of rotation and the application of this second mapping rule to the acceleration signals. The mapping rules can be, for example, rotation matrices or orientation quaternions.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Orientierungssensoreinrichtung einen Drehratensensor, welcher dazu eingerichtet ist, eine Drehrate des ersten Bezugsystems in Bezug jede der drei Raumrichtung zu erfassen, und optional zusätzlich einen Magnetsensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Orientierung des Ohrhörers relativ zum Erdmagnetfeld zu erfassen. Die Orientierungssensoreinrichtung kann somit eine Inertialmesseinheit, kurz IMU, aufweisen. Der Drehratensensor erfasst die jeweiligen Drehraten und gibt entsprechende Drehratensignale aus. Diese können beispielsweise ergänzend zur Detektion eines statischen Zustands des Kopfes genutzt werden, z.B. um den ersten und/oder den zweiten Kalibrationszustand zu detektieren. Der optionale Magnetsensor kann signaltechnisch mit der IMU, insbesondere mit einem Prozessor der IMU, verbunden sein, z.B. an diese angeschlossen sein. Um Störungen des Magnetfelds zu Minimieren, wird der Magnetsensor vorzugsweise so platziert, dass die IMU und andere Bauteile des Ohrhörersystems das Magnetfeld so wenig wie möglich beeinflussen.According to some embodiments it can be provided that the orientation sensor device has a rotation rate sensor which is set up to detect a rotation rate of the first reference system in relation to each of the three spatial directions, and optionally additionally has a magnetic sensor which is set up to orientate the earphone relative to the To capture earth's magnetic field. The orientation sensor device can thus have an inertial measuring unit, or IMU for short. The yaw rate sensor detects the respective yaw rates and outputs corresponding yaw rate signals. These can, for example, be used in addition to the detection of a static state of the head, e.g. to detect the first and / or the second calibration state. The optional magnetic sensor can be signal-connected to the IMU, in particular to a processor of the IMU, e.g. connected to it. In order to minimize disturbances to the magnetic field, the magnetic sensor is preferably placed in such a way that the IMU and other components of the earphone system influence the magnetic field as little as possible.

Die im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung offenbarten Merkmale und Vorteile sind auch für den zweiten Aspekt der Erfindung offenbart und umgekehrt.The features and advantages disclosed in connection with the first aspect of the invention are also disclosed for the second aspect of the invention and vice versa.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Blockdarstellung eines Ohrhörersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine schematische Seitenansicht eines Kopfes eines Benutzers, welcher einen Ohrhörer eines Ohrhörersystems im Ohr trägt;
  • 3 eine Draufsicht auf den Kopf des Benutzers; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibration einer Orientierungssensoreinrichtung eines Ohrhörers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
  • 1 a schematic block diagram of an earphone system according to an embodiment of the invention;
  • 2 a schematic side view of a head of a user who wears an earphone of an earphone system in the ear;
  • 3 a top view of the user's head; and
  • 4th a flowchart of a method for calibrating an orientation sensor device of an earphone according to an embodiment of the invention.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally equivalent components, unless stated otherwise.

1 zeigt beispielhaft eine schematische Blockdarstellung eines Ohrhörersystems 100. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann das Ohrhörersystem 100 zumindest einen Ohrhörer 1 und eine Prozessoreinrichtung 110 aufweisen. Das Ohrhörersystem 100 kann beispielsweise auch mehr als einen Ohrhörer 1 aufweisen, z.B. einen ersten und einen zweiten Ohrhörer 1. Der Ohrhörer 1 kann allgemein als In-Ear-Ohrhörer realisiert sein, welcher zum teilweisen Einführen in den Gehörgang eingerichtet ist. Alternativ ist denkbar, dass der Ohrhörer als On-Ear-Ohrhörer oder Over-Ear-Ohrhörer realisiert ist, welcher am oder über das Ohr 212 getragen wird. 1 shows an example of a schematic block diagram of an earphone system 100. As in FIG 1 Shown by way of example, the earphone system 100 can have at least one earphone 1 and a processor device 110. The earphone sys The system 100 can for example also have more than one earphone 1, for example a first and a second earphone 1. The earphone 1 can generally be implemented as an in-ear earphone, which is set up for partial insertion into the auditory canal. Alternatively, it is conceivable that the earphone is implemented as an on-ear earphone or over-ear earphone, which is worn on or over the ear 212.

Wie in 1 schematisch dargestellt, kann der Ohrhörer 1 ein Audiomodul 2 und eine Orientierungssensoreinrichtung 3 aufweisen. Wie in 1 ebenfalls beispielhaft gezeigt ist, kann die Prozessoreinrichtung 110 in den Ohrhörer 1 integriert sein.As in 1 Shown schematically, the earphone 1 can have an audio module 2 and an orientation sensor device 3. As in 1 Also shown by way of example, the processor device 110 can be integrated into the earphone 1.

Das Audiomodul 2 kann insbesondere einen Lautsprecher aufweisen, welcher zur Ausgabe eines Audiosignals eingerichtet ist. Optional kann das Audiomodul 2 auch ein Mikrophon (nicht gezeigt) aufweisen, welches zum Erfassen von akustischen Signalen eingerichtet ist.The audio module 2 can in particular have a loudspeaker which is set up to output an audio signal. Optionally, the audio module 2 can also have a microphone (not shown) which is set up to detect acoustic signals.

Die Orientierungssensoreinrichtung 3 kann insbesondere einen Beschleunigungssensor 30 aufweisen. Optional kann zusätzlich ein Drehratensensor 31 und, ebenfalls optional, ein Magnetsensor 32 vorgesehen sein, wie dies in 1 beispielhaft gezeigt ist. Demnach kann die Orientierungssensoreinrichtung 3 beispielsweise als Inertialmesseinheit, kurz IMU, realisiert sein. Die Prozessoreinrichtung 110 kann auch Teil der Orientierungssensoreinrichtung 3 sein.The orientation sensor device 3 can in particular have an acceleration sensor 30. Optionally, a rotation rate sensor 31 and, likewise optionally, a magnetic sensor 32 can also be provided, as shown in FIG 1 is shown by way of example. Accordingly, the orientation sensor device 3 can be implemented, for example, as an inertial measuring unit, or IMU for short. The processor device 110 can also be part of the orientation sensor device 3.

2 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht eines Kopfs 210 eines Nutzers 200, welcher den Ohrhörer 1 im Ohr 212 trägt. Wie in 2 beispielhaft dargestellt ist, kann ein ohrhörerfestes erstes Bezugssystem RF1 definiert werden. Das erste Bezugssystem RF1 kann beispielsweise ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung oder Horizontalachse x', einer zweiten Raumrichtung oder Horizontalachse y' und einer dritten Raumrichtung oder Vertikalachse z' sein. Wie in 1 schematisch gezeigt, kann der Beschleunigungssensor 30 ein erstes Sensorelement 30x, welches eine Beschleunigung entlang der ersten Raumrichtung x' erfasst, ein zweites Sensorelement 30y, welches eine Beschleunigung entlang der zweiten Raumrichtung y' erfasst, und ein drittes Sensorelement 30z aufweisen, welches eine Beschleunigung entlang der dritten Raumrichtung z' erfasst. Allgemein kann der Beschleunigungssensor 30 dazu eingerichtet sein, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen x'; y'; z' eines ersten Bezugsystems RF1 zu erfassen und entsprechende Beschleunigungssignale auszugeben. 2 FIG. 10 shows, by way of example, a side view of a head 210 of a user 200 who is wearing the earphone 1 in the ear 212. As in 2 is shown by way of example, a first reference system RF1 fixed to the earphone can be defined. The first reference system RF1 can be, for example, a right-angled coordinate system with a first spatial direction or horizontal axis x ', a second spatial direction or horizontal axis y' and a third spatial direction or vertical axis z '. As in 1 Shown schematically, the acceleration sensor 30 can have a first sensor element 30x, which detects an acceleration along the first spatial direction x ', a second sensor element 30y, which detects an acceleration along the second spatial direction y', and a third sensor element 30z, which detects an acceleration along the third spatial direction z 'recorded. In general, the acceleration sensor 30 can be set up to measure accelerations in three spatial directions x '; y '; z 'of a first reference system RF1 and output corresponding acceleration signals.

Wie in 1 ferner gezeigt ist, kann der optionale Drehratensensor 31 ein erstes Sensorelement 31x, welches eine Drehrate um die erste Raumrichtung bzw. Achse x' erfasst, ein zweites Sensorelement 31y, welches eine Drehrate um die zweite Raumrichtung oder Achse y' erfasst, und ein drittes Sensorelement 31z aufweisen, welches eine Drehrate um die dritte Raumrichtung oder Achse z' erfasst. Allgemein ist der Drehratensensor 31 dazu eingerichtet, eine Drehrate des ersten Bezugsystems RF1 in Bezug auf jede der drei Raumrichtung x', y', z' zu erfassen und entsprechende Drehratensignale auszugeben.As in 1 Also shown, the optional yaw rate sensor 31 can have a first sensor element 31x, which detects a yaw rate about the first spatial direction or axis x ', a second sensor element 31y, which detects a yaw rate about the second spatial direction or axis y', and a third sensor element 31z, which detects a rate of rotation about the third spatial direction or axis z '. In general, the rotation rate sensor 31 is set up to detect a rotation rate of the first reference system RF1 in relation to each of the three spatial directions x ', y', z 'and to output corresponding rotation rate signals.

Der optionale Magnetsensor 32 kann ein erstes Sensorelement 32x, welches ein Magnetfeld entlang der ersten Raumrichtung bzw. Achse x' erfasst, ein zweites Sensorelement 32y, welches ein Magnetfeld entlang der zweiten Raumrichtung oder Achse y' erfasst, und ein drittes Sensorelement 32z aufweisen, welches ein Magnetfeld entlang der dirtten Raumrichtung oder Achse z' erfasst. Allgemein ist der Magnetsensor 32 dazu eingerichtet, eine Orientierung des Ohrhörers 1 relativ zum Erdmagnetfeld zu erfassen und entsprechende Richtungssignale auszugeben. Damit wird eine Art digitaler Kompass realisiert, wodurch die Ausrichtung des Ohrhörers 1 relativ des magnetischen Nordpols ermittelt werden kann.The optional magnetic sensor 32 can have a first sensor element 32x, which detects a magnetic field along the first spatial direction or axis x ', a second sensor element 32y, which detects a magnetic field along the second spatial direction or axis y', and a third sensor element 32z, which a magnetic field is detected along the third spatial direction or axis z '. In general, the magnetic sensor 32 is set up to detect an orientation of the earphone 1 relative to the earth's magnetic field and to output corresponding directional signals. A type of digital compass is thus implemented, as a result of which the orientation of the earphone 1 relative to the magnetic north pole can be determined.

Die Prozessoreinrichtung 110 kann allgemein einen Prozessor und einen Datenspeicher aufweisen. Beispielsweise kann die Prozessoreinrichtung 110 als Mikroprozessor realisiert sein. Die Prozessoreinrichtung 110 ist mit der Orientierungssensoreinrichtung 3 signalleitend verbunden und kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die von der Orientierungssensoreinrichtung 3 ausgegebenen Signale zu verarbeiten, insbesondere gemäß einem im Folgenden beschriebenen Verfahren.The processor device 110 can generally have a processor and a data memory. For example, the processor device 110 can be implemented as a microprocessor. The processor device 110 is connected in a signal-conducting manner to the orientation sensor device 3 and can in particular be set up to process the signals output by the orientation sensor device 3, in particular in accordance with a method described below.

Wie in den 2 und 3 erkennbar ist, stimmt die Orientierung der Raumrichtungen x', y', z' des ersten Bezugssystems RF1, in einem Zustand, in welchem der Ohrhörer 1 am Kopf 210 getragen wird, z.B. ins Ohr 212 eingesteckt ist, typischerweise nicht mit den Achsen x, y, z eines kopffesten zweiten Bezugssystem RF2 überein. Wie in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt ist, kann das zweite Bezugssystem RF2 ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit einer Vertikalachse z, einer senkrecht auf diese stehenden ersten Horizontalachse x und einer senkrecht auf die Vertikalachse z und senkrecht auf die erste Horizontalachse x stehenden zweiten Horizontalachse y sein. Das zweite Bezugssystem RF2 ist ortsfest in Bezug auf den Kopf 210 des Benutzers 200, wobei die erste Horizontalachse x in Richtung von Ohr 212 zu Ohr 212 verläuft, die zweite Horizontalachse y vom Zentrum des Kopfs 210 in Richtung der Nase 214 zeigt und die Vertikalachse z bei aufrechter Haltung des Kopf 210 im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung G verläuft. Um z.B. die Audioinhalte, die durch das Audiomodul 2 ausgegeben werden, an die Orientierung des Kopfes 210 des Benutzers anzupassen, ist es notwendig die Orientierung des Kopfes 210 zu ermitteln. Mithilfe der Orientierungssensoreinrichtung 3 des Ohrhörers 1 ist dies möglich, wenn eine Transformation der mittels der Orientierungssensoreinrichtung 3 erfassten Signale von dem ersten Bezugssystem RF1 in das zweite Bezugssystem RF2 erfolgt.As in the 2 and 3 can be seen, the orientation of the spatial directions x ', y', z 'of the first reference system RF1 is correct in a state in which the earphone 1 is worn on the head 210, e.g. is plugged into the ear 212, typically not with the axes x, y, z of a head-fixed second reference system RF2 match. As in the 2 and 3 As shown by way of example, the second reference system RF2 can be a right-angled coordinate system with a vertical axis z, a first horizontal axis x perpendicular to this and a second horizontal axis y perpendicular to the vertical axis z and perpendicular to the first horizontal axis x. The second reference system RF2 is stationary with respect to the head 210 of the user 200, the first horizontal axis x running in the direction from ear 212 to ear 212, the second horizontal axis y pointing from the center of the head 210 in the direction of the nose 214 and the vertical axis z runs essentially parallel to the direction of acceleration G when the head 210 is held upright. For example, in order to read the audio content through audio module 2 are output to adapt to the orientation of the head 210 of the user, it is necessary to determine the orientation of the head 210. This is possible with the aid of the orientation sensor device 3 of the earphone 1 if the signals detected by the orientation sensor device 3 are transformed from the first reference system RF1 into the second reference system RF2.

4 zeigt schematisch den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens M zum Kalibrieren der Orientierungssensoreinrichtung 3. 4th schematically shows the sequence of an exemplary method M for calibrating the orientation sensor device 3.

In Schritt M1 werden die Beschleunigungen entlang der Raumrichtungen x', y', z' im ersten Bezugssystem RF1 mittels der Orientierungssensoreinrichtung 3 erfasst und entsprechende Beschleunigungssignale an die Prozessoreinrichtung 110 ausgegeben.In step M1, the accelerations along the spatial directions x ', y', z 'in the first reference system RF1 are detected by means of the orientation sensor device 3 and corresponding acceleration signals are output to the processor device 110.

In einem weiteren Schritt M2 erfolgt ein Detektieren M2 eines ersten Kalibrationszustands. Ein erster Kalibrationszustand liegt vor, wenn die Vertikalachse z des zweiten Bezugsystems RF2 im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung G ausgerichtet ist, wie dies in den 2 und 3 beispielhaft gezeigt ist. Der erste Kalibrationszustand kann beispielsweise basierend auf einem ersten Triggersignal detektiert werden. Beispielsweise kann mittels des Audiomoduls 2 eine Anweisung an den Benutzer 200 ausgegeben werden, ruhig zu stehen, den Kopf aufrecht zu halten und geradeaus zu blicken. Nach der Ausgabe dieser Anweisung, optional nach Ablauf einer gewissen Zeitverzögerung, kann mittels der Prozessoreinrichtung 110 ein Signal erzeugt werden, welches das Vorliegen des ersten Kalibrationszustands anzeigt.In a further step M2, a first calibration state is detected M2. A first calibration state is present when the vertical axis z of the second reference system RF2 is aligned essentially parallel to the direction of acceleration of gravity G, as shown in FIG 2 and 3 is shown by way of example. The first calibration state can be detected based on a first trigger signal, for example. For example, the audio module 2 can be used to output an instruction to the user 200 to stand still, keep your head upright and look straight ahead. After this instruction has been output, optionally after a certain time delay has elapsed, the processor device 110 can generate a signal which indicates the presence of the first calibration state.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Detektieren M2 des ersten Kalibrationszustands ein Erkennen eines Zustands der Ruhe des Kopfes 210 des Benutzers 200 oder ein Zustand des Gehens des Benutzers 200 basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfassen. Hierbei wird insbesondere überprüft, ob sich der Kopf 210 des Benutzers 200 in einem Zustand der Ruhe bzw. quasi-statischen befindet oder ob sich der Benutzer 200 in einem Zustand des Gehens befindet. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass der Nutzer in einem quasi-statischen, im Wesentlichen nicht oder kaum beschleunigten Zustandwährend des Gehens oder während er stillsteht, den Kopf 210 aufrecht hält, so dass die Vertikalachse z des zweiten Bezugsystems RF2 im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung G ausgerichtet ist. Insbesondere können die erfassten Beschleunigungsdaten, welche in einem statischen Zustand, abgesehen von Signalrauschen und unvermeidbaren kleinen Bewegungen des Kopfes 210, ausschließlich Anteile der Erdbeschleunigung repräsentieren, analysiert werden. Beispielsweise können Absolutwerte von Differenzen zwischen aktuell erfassten Beschleunigungssignalen und einer vorbestimmten Anzahl vorhergehend erfasster Beschleunigungssignale ermittelt werden. Diese Absolutwerte der Differenzen können mit einem ersten Schwellwert verglichen werden. Ferner kann ein Ermitteln einer Norm der aktuell erfassten Beschleunigungssignale, ein Ermitteln einer Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung und ein Vergleichen der Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung mit einem zweiten Schwellwert erfolgen. In diesem Fall wird ein statischer Zustand des Kopfes 210 dann erkannt, wenn die Absolutwerte der Differenzen den ersten Schwellwert nicht überschreiten und wenn die Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung den zweiten Schwellwert nicht überschreitet. Ein Gehen kann beispielsweise anhand eines bestimmten Musters der Beschleunigungssignale und, optional, anhand eines bestimmten Musters der Drehratensignale erkannt werden.As an alternative or in addition to this, the detection M2 of the first calibration state can comprise a recognition of a state of rest of the head 210 of the user 200 or a state of the walking of the user 200 based on the detected acceleration signals. In particular, it is checked whether the head 210 of the user 200 is in a state of rest or quasi-static or whether the user 200 is in a state of walking. This is based on the assumption that the user holds the head 210 upright in a quasi-static, essentially not or hardly accelerated state while walking or while standing still, so that the vertical axis z of the second reference system RF2 is essentially parallel to the gravitational acceleration direction G. is aligned. In particular, the acquired acceleration data, which in a static state, apart from signal noise and unavoidable small movements of the head 210, exclusively represent portions of the acceleration due to gravity, can be analyzed. For example, absolute values of differences between currently detected acceleration signals and a predetermined number of previously detected acceleration signals can be determined. These absolute values of the differences can be compared with a first threshold value. Furthermore, a norm of the currently detected acceleration signals can be determined, a deviation of the norm from the acceleration due to gravity and a comparison of the deviation of the norm from the acceleration due to gravity with a second threshold value can take place. In this case, a static state of the head 210 is recognized when the absolute values of the differences do not exceed the first threshold value and when the deviation of the norm from the acceleration due to gravity does not exceed the second threshold value. Walking can be recognized, for example, on the basis of a specific pattern of the acceleration signals and, optionally, on the basis of a specific pattern of the yaw rate signals.

Wie in 4 schematisch gezeigt, erfolgt in einem weiteren Schritt M3 anhand der erfassten Beschleunigungssignale ein Ermitteln M3, eines ersten Drehwinkels w1 und eines zweiten Drehwinkels w2 des ersten Bezugssystems RF1 relativ zu dem zweiten Bezugssystems RF2. Der erste Drehwinkel w1 kann auch als Nickwinkel und der zweite Drehwinkel w2 kann auch als Rollwinkel bezeichnet werden.Der erste Drehwinkel w1 ist ein Winkel, um den das erste Bezugsystem RF1 um seine erste Horizontalachse x' gedreht werden muss, damit nach dieser Drehung die zweite Horizontalachs y' des ersten Bezugssystems RF1 in einer Horizontalebene liegt, welche durch die erste Horizontalachse x und die zweite Horizontalachse y des zweiten Bezugsystems RF2 definiert ist. Der zweite Drehwinkel w2 ist ein Winkel, um den das erste Bezugsystem RF1 um seine zweite Horizontalachse y' gedreht werden muss, damit nach dieser Drehung die erste Horizontalachse x' des ersten Bezugssystems RF1 in der Horizontalebene des zweiten Bezugssystems RF1 liegt. In 2 sind der erste und der zweite Drehwinkel w1, w2 symbolisch dargestellt.As in 4th As shown schematically, in a further step M3 a determination of M3, a first angle of rotation w1 and a second angle of rotation w2 of the first reference system RF1 relative to the second reference system RF2 takes place on the basis of the detected acceleration signals. The first angle of rotation w1 can also be referred to as the pitch angle and the second angle of rotation w2 can also be referred to as the roll angle. The first angle of rotation w1 is an angle by which the first reference system RF1 must be rotated about its first horizontal axis x ', so that after this rotation the second Horizontal axis y 'of the first reference system RF1 lies in a horizontal plane which is defined by the first horizontal axis x and the second horizontal axis y of the second reference system RF2. The second angle of rotation w2 is an angle by which the first reference system RF1 must be rotated about its second horizontal axis y 'so that after this rotation the first horizontal axis x' of the first reference system RF1 lies in the horizontal plane of the second reference system RF1. In 2 the first and the second angle of rotation w1, w2 are shown symbolically.

Die Schritte M1-M3 können optional mehrfach ausführt werden, um die Genauigkeit der ermittelten Drehwinkel w1, w2 zu überprüfen und eventuelle Ausreißer festzustellen. Wird beispielsweise in Schritt M2 ein kalibrationsgeeigneter, statischer Zustand detektiert, können die Beschleunigungssignale über die Dauer des kalibrationsgeeigneten Zustands oder bis zu einer maximalen Dauer gemittelt werden. Aus den gemittelten Beschleunigungssignalen werden dann in Schritt M3 Nick- und Rollwinkel w1, w2 ermittelt. Optional kann vorgesehen sein, dass der erste Kalibrationszustand eine Mindestdauer überschreiten muss, damit die ermittelten Winkel w1, w2, wie nachfolgend beschrieben, weiterverwendet werden. Ist dies nicht der Fall, wird zum Schritt M1 zurückgekehrt. Optional können die Schritte M1-M3 auch mehrfach durchgeführt werden, wobei die jeweils ermittelten Winkel w1, w2 mit den zuletzt ermittelten Winkeln w1, w2 verglichen werden. Beispielsweise kann überprüft werden, ob eine Abweichung der Winkel w1, w2 unterhalb eines Schwellwerts liegt. Ferner können die gemittelten Beschleunigungssignale mehrerer Zyklen, in denen der erste Kalibrationszustand vorliegt, gefiltert werden z.B. mit Hilfe eines exponentiellen Smoothing-Filters, um die Drehwinkel w1, w2 noch genauer zu bestimmen.Steps M1-M3 can optionally be carried out several times in order to check the accuracy of the determined angles of rotation w1, w2 and to identify any outliers. If, for example, a static state suitable for calibration is detected in step M2, the acceleration signals can be averaged over the duration of the state suitable for calibration or up to a maximum duration. From the averaged acceleration signals, pitch and roll angles w1, w2 are then determined in step M3. It can optionally be provided that the first calibration state must exceed a minimum duration so that the determined angles w1, w2, as described below, can continue to be used. If this is not the case, the Returned to step M1. Optionally, steps M1-M3 can also be carried out several times, with the angles w1, w2 determined in each case being compared with the angles w1, w2 determined last. For example, it can be checked whether a deviation in the angles w1, w2 is below a threshold value. Furthermore, the averaged acceleration signals of several cycles in which the first calibration state is present can be filtered, for example with the aid of an exponential smoothing filter, in order to determine the angles of rotation w1, w2 even more precisely.

In Schritt M4 erfolgt ein Vorkalibrieren M4 der erfassten Beschleunigungssignale gemäß den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln w1, w2. Beispielsweise kann eine erste Abbildungsvorschrift, z.B. eine Rotationsmatrix, für die im ersten Bezugssystem RF1 erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem RF2 basierend auf den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln w1, w2 ermittelt werden, wobei die erste Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale angewendet wird. Wie dies in 2 schematisch angedeutet ist, wird dadurch das erste Bezugssystem RF1 derart um die erste Horizontalachse x' des ersten Bezugssystems RF1 und derart um die zweite Horizontalachse y' des ersten Bezugssystems RF1 gedreht, dass die dritte Raumrichtung bzw. die Vertikalachse z' des ersten Bezugssystems RF1 parallel zur Vertikalachse z des zweiten Bezugssystems RF2 ist bzw. die Horizonatalachsen x', y' des ersten Bezugssystems RF1 in der Horizontalebene des zweiten Bezugssystems RF2 liegen, welche durch die Horizonatalachsen x, y des zweiten Bezugssystems RF2 definiert ist.In step M4, the detected acceleration signals are pre-calibrated M4 in accordance with the determined first and second angles of rotation w1, w2. For example, a first mapping rule, e.g. a rotation matrix, can be determined for the acceleration signals recorded in the first reference system RF1 in the second reference system RF2 based on the determined first and second rotation angles w1, w2, the first mapping rule being applied to the acceleration signals. Like this in 2 is indicated schematically, the first reference system RF1 is rotated around the first horizontal axis x 'of the first reference system RF1 and around the second horizontal axis y' of the first reference system RF1 in such a way that the third spatial direction or the vertical axis z 'of the first reference system RF1 is parallel to the vertical axis z of the second reference system RF2 or the horizontal axes x ', y' of the first reference system RF1 lie in the horizontal plane of the second reference system RF2, which is defined by the horizontal axes x, y of the second reference system RF2.

Wie in 4 beispielhaft gezeigt ist, wird in einem weiteren Schritt M5 ein zweiter Kalibrationszustand detektiert. In dem zweiten Kalibrationszustand erfolgt für einen vorbestimmten Zeitraum eine Beschleunigung des Ohrhörers 1 bzw. des Kopfes 210 des Benutzers 200 entlang der Horizontalebene des zweiten Bezugssystems RF2. Der zweite Kalibrationszustand entspricht somit einem Übergang zwischen einem statischen Zustand des Benutzers in einen beschleunigten Zustand. Beispielsweise kann der Benutzer 200 zunächst still stehen und dann einige Schritte nach vorne machen. Die Annahme, die dem zweiten Kalibrationszustand zugrunde liegt, ist, dass, wenn der Benutzer 200 geradeaus geht, eine Beschleunigung, die durch den Beschleunigungssensor 30 erfasst wird, im Wesentlichen entlang der zweiten Horizontalachse y des zweiten Bezugssystems RF2 erfolgt.As in 4th is shown by way of example, a second calibration state is detected in a further step M5. In the second calibration state, the earphone 1 or the head 210 of the user 200 is accelerated for a predetermined period of time along the horizontal plane of the second reference system RF2. The second calibration state thus corresponds to a transition between a static state of the user in an accelerated state. For example, the user 200 can initially stand still and then take a few steps forward. The assumption on which the second calibration state is based is that, when the user 200 walks straight ahead, an acceleration, which is detected by the acceleration sensor 30, occurs essentially along the second horizontal axis y of the second reference system RF2.

Ähnlich wie für den ersten Kalibrationszustand beschrieben, kann das Detektieren M5 des zweiten Kalibrationszustands basierend auf einem zweiten Triggersignal erfolgen. Beispielsweise kann dem Benutzer 200 über das Audiomodul 2 des Ohrhörers 1 die Anweisung gegeben werden, sich hinzustellen und den Kopf aufrecht zu halten, geradeaus zu blicken und dann eine bestimmte Anzahl an Schritten, z.B. fünf Schritte geradeaus zu gehen. Nach der Ausgabe dieser Anweisung, optional mit einer gewissen Zeitverzögerung, kann mittels der Prozessoreinrichtung 110 ein Signal erzeugt werden kann, welches das Vorliegen des zweiten Kalibrationszustands anzeigt.In a manner similar to that described for the first calibration state, the detection M5 of the second calibration state can take place based on a second trigger signal. For example, the user 200 can be instructed via the audio module 2 of the earphone 1 to stand up and keep the head upright, look straight ahead and then walk a certain number of steps, for example five steps straight ahead. After this instruction has been output, optionally with a certain time delay, the processor device 110 can generate a signal which indicates the presence of the second calibration state.

Es ist aber auch denkbar, dass das Detektieren M5 des zweiten Kalibrationszustands ein Erkennen eines Übergangs aus einem statischen Zustand in einen bewegten Zustand basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst, wie dies in 4 schematisch und rein beispielhaft gezeigt ist. Beispielsweise kann in einem Schritt M51 ein statischer Zustand des Kopfes 210 ermittelt werden. Dies kann z.B. anhand der vorkalibrierten Beschleunigungssignale in gleicher Weise erfolgen, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Kalibrationszustand für Schritt M2 beschrieben wurde. Insbesondere kann auch eine Norm des Beschleunigungssignals ermittelt werden, welche in der durch die erste und die zweite Raumrichtung x', y' des ersten Bezugssystems RF1 definierten Ebene erfasst wird, z.B. durch die Sensorelemente 30x und 30y. Wenn diese Norm für einen vorbestimmten Zeitraum kleiner eines Schwellwerts liegt, kann ein statischer Zustand detektiert werden.However, it is also conceivable that the detection M5 of the second calibration state includes a detection of a transition from a static state to a moving state based on the detected acceleration signals, as shown in FIG 4th is shown schematically and purely by way of example. For example, a static state of the head 210 can be determined in a step M51. This can take place, for example, on the basis of the pre-calibrated acceleration signals in the same way as was described in connection with the first calibration state for step M2. In particular, a norm of the acceleration signal can also be determined which is recorded in the plane defined by the first and second spatial directions x ', y' of the first reference system RF1, for example by the sensor elements 30x and 30y. If this norm is less than a threshold value for a predetermined period of time, a static state can be detected.

Der zweite Kalibrationszustand kann ermittelt werden, wenn nach der Detektion des statischen Zustands für eine bestimmte Mindestdauer eine Beschleunigung in der durch die erste und die zweite Raumrichtung x', y' des ersten Bezugssystems RF1 definierten Ebene erfasst wird (Schritt M52).The second calibration state can be determined if, after the detection of the static state, an acceleration in the plane defined by the first and second spatial directions x ', y' of the first reference system RF1 is recorded (step M52).

Wie in 4 ferner gezeigt ist, folgt ein weiterer Schritt M6, in welchem eine Bewegungsrichtung des Ohrhörers 1 in Bezug auf das erste Bezugssystem RF1 anhand der erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale ermittelt wird. Hierbei können beispielsweise in einem Schritt M61 die innerhalb des vorbestimmten Zeitraums erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale einmal zeitlich integriert werden, um eine Bewegungsgeschwindigkeit zu ermitteln, und zweimal zeitlich integriert werden, um eine zurückgelegte Strecke zu ermitteln. In einem optionalen Schritt M62 wird überprüft, ob die Dauer der erfassten Beschleunigung den vorbestimmten Zeitraum erreicht oder ob die ermittelte zurückgelegte Strecke einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Falls nein, wie dies in 4 durch das Symbol „-“ angezeigt ist, wird Schritt M61 widerholt. Falls ja, wie dies in 4 durch das Symbol „+“ angezeigt ist, folgt ein weiterer optionaler Schritt M63.As in 4th Also shown, there follows a further step M6, in which a direction of movement of the earphone 1 in relation to the first reference system RF1 is determined on the basis of the recorded, pre-calibrated acceleration signals. Here, for example, in a step M61, the pre-calibrated acceleration signals detected within the predetermined period of time can be integrated once in order to determine a movement speed and twice in order to determine a distance covered. In an optional step M62, it is checked whether the duration of the detected acceleration reaches the predetermined period of time or whether the distance covered that has been determined exceeds a predetermined threshold value. If not, like this in 4th is indicated by the symbol “-”, step M61 is repeated. If so, how to do this in 4th is indicated by the symbol “+”, a further optional step M63 follows.

Im optionalen Schritt M63 wird festgestellt, ob die erfassten Beschleunigungssignale die Voraussetzungen des zweiten Kalibrationszustands erfüllen. Beispielsweise kann hierbei anhand der Beschleunigungssignale und optional anhand der Drehratensignale ermittelt werden, ob sich die Blickrichtung des Nutzers 200 während des vorbestimmten Zeitraums geändert hat. Ferner kann überprüft werden, ob die Werte der zurückgelegten Strecke und der Bewegungsgeschwindigkeit innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen oder ob erneut ein statischer Zustand erkannt wird, bevor der vorbestimmte Zeitraum erreicht ist. Falls festgestellt wird, dass die erfassten Beschleunigungssignale die Voraussetzungen des zweiten Kalibrationszustands nicht erfüllen, wie in 4 durch das Symbol „-“ gezeigt, kehrt das Verfahren zu Schritt M51 zurück. Andernfalls, wie in 4 durch das Symbol „+“ gezeigt wird in Schritt M64 die Bewegungsrichtung anhand der zurückgelegten Strecke ermittelt.In the optional step M63, it is determined whether the detected acceleration signals meet the requirements of the second calibration state. For example, on the basis of the acceleration signals and optionally on the basis of the yaw rate signals, it can be determined whether the viewing direction of the user 200 has changed during the predetermined period of time. It can also be checked whether the values of the distance covered and the speed of movement are within predetermined limits or whether a static state is recognized again before the predetermined period of time is reached. If it is determined that the detected acceleration signals do not meet the requirements of the second calibration state, as in FIG 4th shown by the symbol “-”, the procedure returns to step M51. Otherwise, as in 4th Shown by the symbol “+”, the direction of movement is determined in step M64 on the basis of the distance covered.

In einem weiteren Schritt M7 wird ein dritter Drehwinkels w3 oder Gierwinkel des ersten Bezugsystems RF1 um die Vertikalachse z des zweiten Bezugsystems RF2 anhand der in Schritt M6 ermittelten Bewegungsrichtung ermittelt. Der Gierwinkel w3 kann im zweiten Kalibrationszustand auf einfache Weise ermittelt werden, da angenommen wird, dass, wenn der Nutzer 200 geradeaus schaut und sich geradeaus bewegt, seine Bewegungsrichtung der Richtung der zweiten Horizontalachse y des zweiten Bezugssystemsystems RF2 entsprechen sollte. Der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung im ersten Bezugssystem RF1 und der zweiten Horizontalachse y des zweiten Bezugssystemsystems RF2 entspricht somit dem Gierwinkel w3, wie dies in 3 schematisch dargestellt ist.In a further step M7, a third angle of rotation w3 or yaw angle of the first reference system RF1 about the vertical axis z of the second reference system RF2 is determined on the basis of the direction of movement determined in step M6. The yaw angle w3 can be determined in a simple manner in the second calibration state, since it is assumed that when the user 200 looks straight ahead and moves straight ahead, his direction of movement should correspond to the direction of the second horizontal axis y of the second reference system RF2. The angle between the direction of movement in the first reference system RF1 and the second horizontal axis y of the second reference system RF2 thus corresponds to the yaw angle w3, as shown in FIG 3 is shown schematically.

In einem abschließenden Schritt erfolgt ein Kalibrieren M8 der erfassten Beschleunigungssignale gemäß dem dritten Drehwinkel w3 oder Gierwinkel. Beispielsweise kann eine zweite Abbildungsvorschrift, z.B. eine Rotationsmatrix, für die im ersten Bezugssystem RF1 erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem RF2 basierend auf den ermittelten ersten, zweiten und dritten Drehwinkeln w1, w2, w3 ermittelt werden, wobei die zweite Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale angewendet wird. Wie dies in den 2 und 3 schematisch angedeutet ist, wird dadurch das erste Bezugssystem RF1 derart um die erste Horizontalachse x' des ersten Bezugssystems RF2 und derart um die zweite Horizontalachse y' des ersten Bezugssystems RF2 gedreht, dass die dritte Raumrichtung z' des ersten Bezugssystems RF1 parallel zur Vertikalachse z des zweiten Bezugssystems RF2 ist, und ferner wird das erste Bezugssystem RF1 nach dem Vorkalibrieren derart um die Vertikalachse z' des ersten Bezugssystems RF1 gedreht, dass die erste Raumrichtung x' des ersten Bezugssystems RF1 parallel zur ersten Horizontalachse x des zweiten Bezugssystems RF2 und die zweite Raumrichtung y' des ersten Bezugssystems RF1 parallel zur zweiten Horizontalachse y des zweiten Bezugssystems RF2 ist.In a final step, the detected acceleration signals are calibrated M8 in accordance with the third angle of rotation w3 or yaw angle. For example, a second mapping rule, e.g. a rotation matrix, can be determined for the acceleration signals recorded in the first reference system RF1 into the second reference system RF2 based on the determined first, second and third angles of rotation w1, w2, w3, the second mapping rule being applied to the acceleration signals . Like this in the 2 and 3 schematically indicated, the first reference system RF1 is rotated about the first horizontal axis x 'of the first reference system RF2 and about the second horizontal axis y' of the first reference system RF2 in such a way that the third spatial direction z 'of the first reference system RF1 is parallel to the vertical axis z of the second reference system RF2, and furthermore, after the pre-calibration, the first reference system RF1 is rotated around the vertical axis z 'of the first reference system RF1 in such a way that the first spatial direction x' of the first reference system RF1 is parallel to the first horizontal axis x of the second reference system RF2 and the second spatial direction y 'of the first reference system RF1 is parallel to the second horizontal axis y of the second reference system RF2.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.Although the present invention has been explained above using exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways. In particular, combinations of the preceding exemplary embodiments are also conceivable.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 10277973 B2 [0003]US 10277973 B2 [0003]
  • US 2012/0114132 A1 [0004]US 2012/0114132 A1 [0004]
  • US 9950239 B1 [0004]US 9950239 B1 [0004]

Claims (10)

Verfahren (M) zum Kalibrieren einer Orientierungssensoreinrichtung (3) eines Ohrhörers (1), welcher von einem Benutzer (200) am Kopf (210) getragen wird, umfassend: Erfassen (M1) von Beschleunigungssignalen in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Raumrichtung (x'; y'; z') eines in Bezug auf den Ohrhörer (1) ortsfesten ersten Bezugssystems (RF1) mittels der Orientierungssensoreinrichtung (3), wobei die Raumrichtungen (x'; y'; z') senkrecht aufeinander stehen; Detektieren (M2) eines ersten Kalibrationszustands, in welchem eine Vertikalachse (z) eines in Bezug auf den Kopf (210) des Benutzers (200) ortsfesten zweiten Bezugsystems (RF2) im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigungsrichtung (G) ausgerichtet ist; Ermitteln (M3), anhand der erfassten Beschleunigungssignale, eines ersten Drehwinkels (w1) und eines zweiten Drehwinkels (w2) des ersten Bezugsystems (RF1) relativ zum zweiten Bezugssytem (RF2), wobei der erste Drehwinkel (w1) derart bestimmt wird, dass die zweite Raumrichtung (y') nach einer Drehung des ersten Bezugssystems (RF1) um den ersten Drehwinkel (w1) um die erste Raumrichtung (x') in einer Horizontalebene liegt, welche durch eine erste Horizontalachse (x) und eine zweite Horizontalachse (y) des zweiten Bezugsystems (RF2) definiert ist, und wobei der zweite Drehwinkel (w2) derart bestimmt wird, dass die erste Raumrichtung (x') nach einer Drehung des ersten Bezugssystems (RF1) um den zweiten Drehwinkel (w2) um die zweite Raumrichtung (y') in der Horizontalebene des zweiten Bezugsystems (RF2) liegt; Vorkalibrieren (M4) der erfassten Beschleunigungssignale gemäß den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln (w1; w2); Detektieren (M5) eines zweiten Kalibrationszustands, in welchem für einen vorbestimmten Zeitraum eine Beschleunigung des Ohrhörers (1) in der Horizontalebene erfolgt; Ermitteln (M6) einer Bewegungsrichtung des Ohrhörers (1) in Bezug auf das erste Bezugssystem (RF1) anhand der erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale; Ermitteln (M7) eines dritten Drehwinkels (w3) des ersten Bezugsystems (RF1) relativ zum zweiten Bezugsystem (RF2) um dritte Raumrichtung (z) des ersten Bezugsystems (RF1) anhand der ermittelten Bewegungsrichtung; und Kalibrieren (M8) der erfassten Beschleunigungssignale gemäß dem dritten Drehwinkel (w3).Method (M) for calibrating an orientation sensor device (3) of an earphone (1) which is worn by a user (200) on the head (210), comprising: Detection (M1) of acceleration signals in a first, a second and a third spatial direction (x '; y'; z ') of a first reference system (RF1) which is stationary with respect to the earphone (1) by means of the Orientation sensor device (3), the spatial directions (x '; y'; z ') being perpendicular to one another; Detecting (M2) a first calibration state in which a vertical axis (z) of a second reference system (RF2), which is stationary with respect to the head (210) of the user (200), is oriented essentially parallel to the direction of gravitational acceleration (G); Determine (M3), based on the detected acceleration signals, a first angle of rotation (w1) and a second angle of rotation (w2) of the first reference system (RF1) relative to the second reference system (RF2), the first angle of rotation (w1) being determined in such a way that the second spatial direction (y ') after a rotation of the first reference system (RF1) by the first angle of rotation (w1) about the first spatial direction (x') lies in a horizontal plane which is defined by a first horizontal axis (x) and a second horizontal axis (y) of the second reference system (RF2) is defined, and wherein the second angle of rotation (w2) is determined in such a way that the first spatial direction (x ') after a rotation of the first reference system (RF1) by the second angle of rotation (w2) about the second spatial direction ( y ') lies in the horizontal plane of the second reference system (RF2); Pre-calibrating (M4) the detected acceleration signals according to the determined first and second angles of rotation (w1; w2); Detecting (M5) a second calibration state in which the earphone (1) is accelerated in the horizontal plane for a predetermined period of time; Determining (M6) a direction of movement of the earphone (1) in relation to the first reference system (RF1) on the basis of the recorded pre-calibrated acceleration signals; Determining (M7) a third angle of rotation (w3) of the first reference system (RF1) relative to the second reference system (RF2) about the third spatial direction (z) of the first reference system (RF1) on the basis of the determined direction of movement; and calibrating (M8) the detected acceleration signals according to the third angle of rotation (w3). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren (M2) des ersten Kalibrationszustands basierend auf einem ersten Triggersignal erfolgt.Procedure according to Claim 1 wherein the first calibration state is detected (M2) based on a first trigger signal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektieren (M2) des ersten Kalibrationszustands ein Erkennen eines statischen Zustands des Kopfes (210) des Benutzers (200) basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst.Procedure according to Claim 1 or 2 wherein the detecting (M2) of the first calibration state comprises detecting a static state of the head (210) of the user (200) based on the detected acceleration signals. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erkennen (M2) des statischen Zustands des Kopfes (210) ein Ermitteln von Absolutwerten von Differenzen zwischen aktuell erfassten Beschleunigungssignalen und einer vorbestimmten Anzahl vorhergehend erfasster Beschleunigungssignale, ein Vergleichen der Absolutwerte der Differenzen mit einem ersten Schwellwert, ein Ermitteln einer Norm der aktuell erfassten Beschleunigungssignale, ein Ermitteln einer Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung und ein Vergleichen der Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung mit einem zweiten Schwellwert erfolgt, und wobei ein statischer Zustand des Kopfes (210) erkannt wird, wenn die Absolutwerte der Differenzen den ersten Schwellwert nicht überschreiten und wenn die Abweichung der Norm von der Erdbeschleunigung den zweiten Schwellwert nicht überschreitet.Procedure according to Claim 3 , wherein the recognition (M2) of the static state of the head (210) ascertaining absolute values of differences between currently acquired acceleration signals and a predetermined number of previously acquired acceleration signals, comparing the absolute values of the differences with a first threshold value, ascertaining a norm of the current detected acceleration signals, a determination of a deviation of the norm from the acceleration due to gravity and a comparison of the deviation of the norm from the acceleration due to gravity with a second threshold value takes place, and a static state of the head (210) is recognized if the absolute values of the differences do not exceed the first threshold value and if the deviation of the norm from the acceleration due to gravity does not exceed the second threshold value. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Detektieren (M5) des zweiten Kalibrationszustands basierend auf einem zweiten Triggersignal erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the detection (M5) of the second calibration state takes place based on a second trigger signal. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Detektieren (M5) des zweiten Kalibrationszustands ein Erkennen eines Übergangs aus einem statischen Zustand in einen bewegten Zustand basierend auf den erfassten Beschleunigungssignalen umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the detection (M5) of the second calibration state comprises a detection of a transition from a static state to a moving state based on the detected acceleration signals. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (M6) der Bewegungsrichtung erfolgt, indem innerhalb des vorbestimmten Zeitraums die erfassten vorkalibrierten Beschleunigungssignale einmal zeitlich integriert werden, um eine Bewegungsgeschwindigkeit zu ermitteln, und zweimal zeitlich integriert werden, um eine zurückgelegte Strecke zu ermitteln, wobei die Bewegungsrichtung anhand der zurückgelegten Strecke ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the determination (M6) of the direction of movement takes place by integrating the recorded pre-calibrated acceleration signals once in time within the predetermined period of time in order to determine a movement speed and integrating them twice over time in order to determine a distance covered, whereby the direction of movement is determined based on the distance covered. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Vorkalibrieren (M4) ein Ermitteln einer ersten Abbildungsvorschrift für die im ersten Bezugssystem (RF1) erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem (RF2) basierend auf den ermittelten ersten und zweiten Drehwinkeln (w1; w2) und das Anwenden dieser Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale umfasst, und wobei das Kalibrieren (M8) ein Ermitteln einer zweiten Abbildungsvorschrift für die im ersten Bezugssystem (RF1) erfassten Beschleunigungssignale in das zweite Bezugssystem (RF2) basierend auf den ermittelten ersten, zweiten und dritten Drehwinkeln (w1; w2; w3) und das Anwenden dieser zweiten Abbildungsvorschrift auf die Beschleunigungssignale umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the pre-calibration (M4) includes determining a first mapping rule for the acceleration signals recorded in the first reference system (RF1) into the second reference system (RF2) based on the determined first and second angles of rotation (w1; w2) and the Applying this mapping rule to the acceleration signals, and wherein the calibration (M8) includes determining a second mapping rule for the acceleration signals recorded in the first reference system (RF1) in the second reference system (RF2) based on the determined first, second and third angles of rotation (w1; w2; w3) and the application of this second mapping rule to the acceleration signals. Ohrhörersystem (100), mit: einem Ohrhörer (1) mit einem Audiomodul (2), das zur Ausgabe eines Audiosignals eingerichtet ist, und einer Orientierungssensoreinrichtung (3) mit einem Dreiachsen-Beschleunigungssensor (30), welcher dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen (x'; y'; z') eines ersten Bezugsystems (RF1) zu erfassen; und einer Prozessoreinrichtung (110), welche dazu eingerichtet ist, den Ohrhörer (1) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche zu veranlassen.Earphone system (100), with: an earphone (1) with an audio module (2) which is set up to output an audio signal, and an orientation sensor device (3) with a three-axis acceleration sensor (30) which is set up to detect accelerations in three mutually perpendicular spatial directions (x ' to acquire; y '; z') of a first reference system (RF1); and a processor device (110) which is set up to cause the earphone (1) to carry out a method according to one of the preceding claims. Ohrhörersystem (100) nach Anspruch 10, wobei die Orientierungssensoreinrichtung (3) einen Drehratensensor (31), welcher dazu eingerichtet ist, eine Drehrate des ersten Bezugsystems (RF1) in Bezug jede der drei Raumrichtung (x'; y'; z') zu erfassen, und /optional zusätzlich einen Magnetsensor (32) aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Orientierung des Ohrhörers (1) relativ zum Erdmagnetfeld zu erfassen.Earphone system (100) Claim 10 , wherein the orientation sensor device (3) has a rotation rate sensor (31) which is set up to detect a rotation rate of the first reference system (RF1) in relation to each of the three spatial directions (x ';y'; z '), and / optionally additionally one Has a magnetic sensor (32) which is set up to detect an orientation of the earphone (1) relative to the earth's magnetic field.
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