DE112016000751B4 - System und verfahren zur aktiven frühwarnsteuerung für einen helm - Google Patents

System und verfahren zur aktiven frühwarnsteuerung für einen helm Download PDF

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Abstract

Eine aktive Frühwarnsteuerung umfassend:einen Helm mit einer festen Schale, wobei die Schale konfiguriert ist, um ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich zu trennen;mindestens eine Audio-Signalleitung, dazu ausgebildet, um mindestens ein wiederzugebendes Audiosignal zu empfangen und mit dem mindestens einen wiederzugebenden Audiosignal in dem Schaleninneren einen Wiedergabeschall zu erzeugen; undein Signalmuster-Erfassungsmodul, dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Schallsignal, darstellend mindestens ein in der Umgebung der Schale auftretendes bestimmtes Schallmuster, zu empfangen und mindestens ein Umgebungsschallsignal, charakteristisch für den in der Umgebung der Schale auftretenden Schall, zu verarbeiten, um das mindestens eine bestimmte Schallsignal zu erfassen, wobeidie mindestens eine Audio-Signalleitung ferner dazu ausgebildet ist, um die Erzeugung des Wiedergabeschalls auszusetzen, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster durch das Signalmuster-Erfassungsmodul erfasst wird, wobei:das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner mindestens ein Autokorrelationsmodul umfasst, dass dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und eine Autokorrelationsfunktion an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal auszuführen, um erste korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal abzuleiten;das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster basierend auf den ersten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen;das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner mindestens ein Kreuzkorrelationsmodul umfasst, das dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Referenzschallsignal, charakteristisch für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, zu empfangen; das mindestens eine Umgebungsschallsignal oder die ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales zu empfangen; und eine Kreuzkorrelationsfunktion an dem mindestens einen bestimmten Referenzschallsignal und an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales auszuführen, um zweite korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales abzuleiten;das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster, basierend auf den zweiten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen; und.das System ferner einen Signalsynthesizer umfasst, der dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine bestimmte Referenzschallsignal, stellvertretend für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, in Abhängigkeit von durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten ersten Steuerdaten zu synthetisieren.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet der Technik.
  • Die Offenbarung bezieht sich auf ein System und eine Methode (im Allgemeinen als ein „System“ bezeichnet) für eine aktive Frühwarnsteuerung in einem Helm.
  • 2. Stand der Technik.
  • Die Fähigkeit eines Motorradfahrers, beim Fahren zu hören, ist ein entscheidender Sicherheitsfaktor im modernen Umfeld. Leider kann das Hörvermögen eines Motorradfahrers durch Lärm, wie z. B. unter anderem durch Motorgeräusche, Windgeräusche und durch die Konstruktion des Helms verursachte Geräusche, beeinträchtigt werden. Hohe Geräuschpegel, wie die von Motorradfahrern empfundenen, können Müdigkeit fördern, Reaktionszeiten negativ beeinflussen und die Aufmerksamkeit beeinträchtigen, wodurch die Sicherheit der Motorradfahrer und der Personen um sie herum deutlich reduziert wird. Ferner kann eine hohe Geräuschbelastung über längere Zeiträume langfristige Folgen für das Hörvermögen eines Motorradfahrers haben. Bei Geschwindigkeiten auf der Autobahn können Geräuschpegel problemlos 100 dB(A) sogar beim Tragen eines traditionellen Helms überschreiten. Dies ist insbesondere sowohl für Gewohnheitsmotorradfahrer als auch für berufsbedingte Motorradfahrer, wie z. B. Polizeibeamte, aber auch für Piloten, Angehörige der Streitkräfte und Motorsportbegeisterte, die einen Helm tragen, problematisch.
  • Für die Bekämpfung der Geräusche verwenden einige Motorradhelme schalldämpfendes Material um den Bereich um die Ohren. Andere Motorradfahrer verwenden möglicherweise Ohrstöpsel zur Dämpfung von Geräuschen und Vermeidung einer Lärmschwerhörigkeit. Eine andere Möglichkeit zur Dämpfung von Geräuschen sind integrierte aktive Geräuschminderungssysteme. In jedem Fall kann die Geräuschdämpfung in bestimmten Situationen zu stark sein, z. B. kann sie erwünschten Schall dämpfen oder minderen, wie z. B. bis zu einem bestimmten Grad das eigene Motorrad des Motorradfahrers oder andere Fahrzeuge, Sirenen, Hupen oder andere Warnsignale um ihn oder sie herum. Oder die Geräuschdämpfung kann zu schwach für unerwünschten Schall in anderen Situationen sein, z. B. wenn der Schall des eigenen Motorrads des Motorradfahrers oder ein anderes Geräusch zu laut ist. Die Situation kann sogar noch komplizierter werden, wenn der Motorradfahrer Musik hört, was in einigen Situationen erwünschter Schall ist, aber bei wichtigerem erwünschten Schall wie z. B. bei durch andere Fahrzeuge erzeugtem Schall, Sirenen, Hupen und anderen Warnsignalen, die um den Motorradfahrer herum auftreten, nicht erwünscht sein kann.
  • Die Veröffentlichung US2014/0112498A1 offenbart ein Verfahren zum intelligenten Steuern der Lautstärke eines Geräts mittels Mikrofonen. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines von den Mikrofonen aufgenommenen externen Schalles, das Extrahieren von Inhaltsinformationen des externen Schalles, und das Entscheiden anhand der Inhaltsinformationen, ob eine vorgespeicherte Schallvorlagendatenbank einen Schall enthält, der mit den Inhaltsinformationen übereinstimmt, und umfasst ferner die Erzeugung eines ersten bestimmenden Ergebnisses. Wenn das erste bestimmende Ergebnis Ja ist, umfasst das Verfahren das Anpassen der Lautstärke eines ausgegebenen Schalles oder das Erzeugen eines Aufforderungstons, das Ausschalten eines ausgegebenen Schalles und das Ausgeben des Aufforderungsschalles.
  • Die Veröffentlichung US2001/0046304A1 offenbart Techniken, bei denen manuelle und automatische Mechanismen das Ändern des Ausmaßes der von Ohrhörern bereitgestellten Schallisolation erlauben. Töne in der Umgebung, auf die der Benutzer aufmerksam gemacht werden möchte, können als Schallauswahlmerkmale gespeichert werden. In Reaktion auf die Korrelation der gespeicherten Schallauswahlmerkmale mit Geräuschen in der Umgebung verringert ein Ohrhörer die akustische Isolation, indem Signale von einem oder mehreren externen Mikrofonen an die Audiokonvertierungselemente in den Ohrhörern gekoppelt werden. Alternativ kann die Vorrichtung auf zu blockierende Geräusche reagieren, indem die akustische Isolation erhöht wird.
  • Die Veröffentlichung US2014/0044269A1 offenbart Techniken, bei denen Umgebungsschall überwacht und mit einem voreingestellten Satz von Schalleigenschaften verglichen wird, um wichtige oder kritische Hintergrundgeräusche zu erkennen. Wenn ein kritischer Hintergrundschall erkannt wird, wird entweder ein Benachrichtigungssignal oder ein Teil des Umgebungshintergrunds in einen Audiostream mit eingeflochten, um so einen Benutzer vor einem wichtigen Schall oder Ereignis, das in seiner unmittelbaren Umgebung auftritt, zu warnen.
  • Die Veröffentlichung US2007/0189544A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Ausgangssignals eines Mediaplayers, umfassend das Erfassen eines Umgebungsaudiosignals; Verarbeiten des Umgebungsaudiosignals, um zu bestimmen, ob eine oder mehrere charakteristische Formen innerhalb des Umgebungsaudiosignals vorhanden sind; und Reduzieren eines Ausgangssignals des Mediaplayers von einer ersten Lautstärke auf eine zweite Lautstärke, wenn die eine oder die mehreren charakteristischen Formen in dem Umgebungsaudiosignal vorhanden sind. Die charakteristischen Formen können beispielsweise ein Name oder eine persönliche Kennung eines Benutzers des Mediaplayers, die Stimme eines Benutzers des Mediaplayers oder ein Alarm oder eine Sirene sein.
  • Die Veröffentlichung US2008/0167867A1 offenbart ein Verfahren zum Ändern von Einstellungen an einem tragbaren elektronischen Gerät basierend auf Umgebungsgeräuschen. Das Verfahren umfasst das Erfassen von Umgebungsgeräuschen mit mindestens einem Sensor; Erkennen eines bestimmten Geräusches unter den Umgebungsgeräuschen durch den mindestens einen Sensor durch Anpassen des spezifischen Geräusches an eines von mehreren Referenzgeräuschen; und Ändern der Einstellungen des tragbaren Geräts von einer ersten Einstellung zu einer zweiten Einstellung, wenn das spezifische Geräusch mit einem der mehreren Referenzgeräuschen übereinstimmt.
  • Die Veröffentlichung JPH02-274007A offenbart ein Verfahren, bei dem eine Stimme außerhalb eines Automobils von einem Mikrofon erfasst wird, und eine in der erfassten Stimme enthaltene vorgeschriebene Bandkomponente mittels eines Filters extrahiert wird. Anschließend wird ein Alarmton von der Außenseite eines Autos identifiziert, indem Merkmale eines von dem Filter ausgegebenen Tonsignals und eines in einem Speicher im Voraus gespeicherten Alarmtons verglichen werden, und es wird, wenn der Alarmton eines Autos identifiziert wird, die Lautstärke des Audiogerätes eliminiert oder gedämpft. Auf diese Weise kann ein Fahrer die Erzeugung eines Alarmtons sicher erkennen, selbst wenn ein Audiosignal mit einer großen Lautstärke wiedergegeben wird.
  • Die Veröffentlichung JPH03-6797A offenbart einen Alarmton-Detektor mit einem Bandpassfilter, einer Schmalband-Frequenzkomponenten-Erfassungsschaltung, einer Wellenformformungsschaltung und einer Überwachungsschaltung zum Überwachen, ob die Impulsbreite oder Periode eines Eingangssignals in einem vorbestimmten Bereich enthalten ist oder nicht. Ein außerhalb eines Fahrzeugs erzeugter Ton wird detektiert, wenn eine vorgeschriebene Frequenzkomponente in dem Ton enthalten ist, und wenn die fortgesetzte Zeit oder Periode der vorgeschriebenen Frequenzkomponente innerhalb des zuvor eingestellten Bereichs enthalten ist, und es wird dann ein Alarmtonerkennungssignal ausgegeben.
  • Die Veröffentlichung JPH07-95681A offenbart ein Verfahren, bei dem ein mittels eines Tonsammelmittels erfasster Schall um einen geeigneten Pegel verstärkt und ein charakteristischer Wert durch ein Extraktionsmittel extrahiert wird, und bei dem ein Unterscheidungsmittel das Merkmal mit einem Bedingungswert vergleicht, der in einem Bedingungsspeichermittel gespeichert ist. Wenn der Bedingungswert erfüllt ist, wird er als ein Ton erkannt, der eine Gefahr anzeigt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, gibt ein Signalsteuermittel einen Ton über ein Tonwiedergabemittel an einen Zuhörer aus.
  • Die Veröffentlichung JPH01- 93797A offenbart eine Schallwellenerkennungsvorrichtung mit einem Frequenzanalysemittel, einer Amplitudenformanalysemittel und einem Frequenzanalysemittel. Das Frequenzanalysemittel analysiert die Frequenz eines von einem Mikrofon eingegebenen Schallwellensignals, und das Amplitudenformanalysemittel und das Frequenzanalysemittel analysieren Amplitudenform und Periode basierend auf dem Frequenzanalyseergebnis und aus einem Speichermittel ausgelesenen Referenzdaten. Ein Beurteilungsmittel beurteilt anhand der jeweiligen Analyseergebnisse und der Referenzdaten, ob ein zu erkennender Ton im Eingangston enthalten ist oder nicht.
  • Aufgabe ist es, eine aktive Frühwarnsteuerung für einen Helm mit höherer Genauigkeit bereitzustellen.
  • ÜBERSICHT
  • Ein Frühwarnsystem umfasst einen Helm mit einer festen Schale, die konfiguriert ist, um ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich zu trennen. Das System umfasst ferner mindestens eine Audio-Signalleitung, dazu ausgebildet, um mindestens ein wiederzugebendes Audiosignal zu empfangen und mit dem mindestens einen wiederzugebenden Audiosignal in dem Schaleninneren einen Wiedergabeschall zu erzeugen, und ein Signalmuster-Erfassungsmodul, dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Schallsignal, das mindestens ein in der Schalenumgebung auftretendes bestimmtes Schallmuster repräsentiert, zu empfangen und mindestens ein Umgebungsschallsignal, charakteristisch für in der Umgebung der Helmschale auftretenden Schall, zu verarbeiten, um das mindestens eine bestimmte Schallsignal zu erfassen. Die mindestens eine Audio-Signalleitung ist ferner dazu ausgebildet, um die Erzeugung des Wiedergabeschalles auszusetzen, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster durch das Signalmuster-Erfassungsmodul erfasst wird. Das Signalmuster-Erfassungsmodul umfasst ferner mindestens ein Autokorrelationsmodul, dass dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und eine Autokorrelationsfunktion an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal auszuführen, um erste korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal abzuleiten. Das Signalmuster-Erfassungsmodul ist ferner dazu ausgebildet, um das bestimmte Schallmuster basierend auf den ersten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen. Das Signalmuster-Erfassungsmodul umfasst ferner mindestens ein Kreuzkorrelationsmodul, dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Referenzschallsignal, charakteristisch für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, zu empfangen; mindestens das Umgebungsschallsignal oder die ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales zu empfangen; und eine Kreuzkorrelationsfunktion an dem mindestens einen bestimmten Referenzschallsignal und an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales auszuführen, um zweite korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales abzuleiten. Das Signalmuster-Erfassungsmodul ist ferner dazu ausgebildet, um das bestimmte Schallmuster, basierend auf den zweiten korrelierten Signalkomponenten, zu erkennen. Das System umfasst ferner einen Signalsynthesizer, der dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine bestimmte Referenzschallsignal, stellvertretend für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, in Abhängigkeit von durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten ersten Steuerdaten zu synthetisieren.
  • Ein Frühwarnverfahren für einen Helm mit einer festen Schale, die ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich trennt, umfasst: Empfang von mindestens einem wiederzugebendem Audiosignal, Erzeugung eines Wiedergabeschalls in dem Schaleninneren aus dem mindestens einen wiederzugebendem Audiosignal, und Empfang und Verarbeitung von mindestens einem Umgebungsschallsignal, charakteristisch für den in der Umgebung der Helmschale auftretenden Schall, um mindestens ein bestimmtes Schallsignal zu erfassen. Die Erzeugung des Wiedergabeschalls wird ausgesetzt, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster erfasst wird. Die Signalmuster-Erfassung umfasst ferner mindestens eine Autokorrelationsprozedur, die dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und eine Autokorrelationsfunktion an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal auszuführen, um die ersten korrelierten Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal abzuleiten, und ist ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster basierend auf den ersten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen. Die Signalmuster-Erfassung umfasst ferner mindestens eine Kreuzkorrelationsprozedur, die dazu ausgebildet ist, um mindestens ein bestimmtes Referenzschallsignal, charakteristisch für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, zu empfangen; das mindestens eine Umgebungsschallsignal oder die ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales zu empfangen; sowie dazu ausgebildet ist, um eine Kreuzkorrelationsfunktion an dem mindestens einen bestimmten Referenzschallsignal und an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales auszuführen, um zweite korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales abzuleiten. Die Signalmuster-Erfassung basiert dabei auf den zweiten korrelierten Signalkomponenten. Das Verfahren umfasst ferner das Synthetisieren des mindestens einen bestimmten Referenzschallsignals, stellvertretend für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, in Abhängigkeit von den durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten ersten Steuerdaten.
  • Ein Computerprogramm ist dazu ausgebildet, um in Verbindung mit geeigneter Hardware und einem Helm mit einer festen Schale, die ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich trennt, das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen.
  • Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann nach Prüfung der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibungen aufgezeigt oder daraus ersichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass alle in diese Beschreibung aufgenommenen zusätzlichen Systeme, Methoden, Merkmale und Vorteile im Geltungsbereich der Erfindung liegen und durch die folgenden Ansprüche geschützt werden.
  • Figurenliste
  • Das System kann durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, stattdessen liegt die Betonung auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den verschiedenen Ansichten der Figuren gleiche Bezugszeichen übereinstimmende Teile.
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Motorradhelms mit einem aktiven Lärmschutzsystem.
    • 2 ist ein Signalflussplan eines beispielhaften aktiven Lärmschutzes, der bei dem in 1 gezeigten Helm anwendbar ist.
    • 3 ist ein Signalflussplan eines Kanals des in 2 gezeigten aktiven Lärmschutzes.
    • 4 ist ein Signalflussplan eines ersten beispielhaften aktiven Lärmschutzprozessors, der bei dem in 3 gezeigten aktiven Lärmschutzprozessor anwendbar ist.
    • 5 ist ein Signalflussplan eines zweiten beispielhaften aktiven Lärmschutzprozessors, der bei dem in 3 gezeigten aktiven Lärmschutzprozessor anwendbar ist.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Mikrofon-Lautsprecher-Kombination zur Verwendung in dem Helm wie in 1 gezeigt.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Wangenteils zur Verwendung in dem Helm wie in 1 gezeigt, wobei das Wangenteil die Mikrofon-Lautsprecher-Kombination gemäß 6 enthält;
    • 8 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte aktive Lärmschutzmethode darstellt, die bei dem in 2 gezeigte aktive Lärmschutzsystem anwendbar ist.
    • 9 ist ein Ablaufplan, der eine beispielhafte Frühwarnmethode für einen Helm darstellt.
    • 10 ist ein Ablaufplan, der eine automatische Lärmschutzmethode für einen Helm darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der folgenden Beschreibung betreffen alle gezeigten Beispiele einen Motorradfahrer, der ein Motorrad fährt, sind aber auch auf alle anderen Fahrer anwendbar, die einen Helm tragen und eine Art von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug fahren. Geräusche (Lärm) beziehen sich hierin auf irgendeinen unerwünschten Schall. Geräusche, die einen Motorradfahrer beeinflussen, können viele Quellen haben, wie z. B. Motorgeräusche, Straßengeräusche, Windgeräusche und andere Geräusche im Fahrzeug. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs sind Windgeräusche typischerweise die auffälligsten Geräusche. Allen von einem Motorradfahrer empfundenen Geräuscharten sind Vibrationen, die bis zum Ohr des Motorradfahrers gelangen, gemeinsam. Teilweise kann ein Helm die empfundene Geräuschamplitude durch die Übertragung von Vibrationen aus der Umgebung unmittelbar zu den Ohren des Motorradfahrers erhöhen. Wenn ein Motorradfahrer schneller fährt, erzeugt zum Beispiel der Wind, der auf die Schale seines Helms trifft, wiederum mehr Vibrationen, die der Motorradfahrer als Geräusch wahrnimmt. Dieser Effekt nimmt mit Erhöhung der Geschwindigkeits dramatisch zu.
  • Ein gängiger Helm kann mehrere Schichten, einschließlich einer Schale, einer stoßdämpfenden Schicht und einer Komfortschicht, umfassen. Eine Helm-Schale ist die äußerste Schicht und ist typischerweise aus widerstandsfähigen, wasserbeständigen Materialien, wie Kunststoff- und Faserverbundstoffen, hergestellt. Die Schale trennt (in gewissem Umfang) ein Schaleninneres von einer Schalenumgebung. Eine stoßdämpfende Schicht des Helms, die seine primäre Sicherheitsschicht ist, kann aus einem festen, aber stoßdämpfenden Material, wie z. B. Polystyrolschaum, hergestellt sein. Wenn auch nicht typisch, kann eine schwer entflammbare Schicht des Helms mitintegriert und aus geschlossenzelligem Material, wie z. B. Vinyl-Nitril, hergestellt sein, das sowohl schwer entflammbar als auch wasserbeständig ist. Ferner kann diese Schicht schall- und wärmedämmende Eigenschaften haben und alternativ als eine akustische Schicht bezeichnet werden. Schließlich kann die Komfortschicht eines Helms aus weichem Material hergestellt sein, das für eine Berührung mit der Haut des Motorradfahrers bestimmt ist, wie z. B. Baumwolle oder andere Mischgewebe, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Es kann auch weitere Schichten geben und einige der zuvor erwähnten Schichten können weggelassen oder kombiniert werden.
  • Helme können Ohrmuscheln umfassen, die in die festen Teile des Helms geformt sein können, wie z. B. der Schaumstoffschicht. Die Ohrmuscheln können statisch sein und lediglich Platz für die Ohren des Motorradfahrers und/oder Lautsprecher bieten, damit ein Motorradfahrer Musik hören oder über ein elektronisches Kommunikationssystem kommunizieren kann. In einigen Fällen können die Ohrmuscheln an der Schale des Helms so befestigt sein, dass sie beweglich sind und Motorradfahrern einen besseren Komfort bieten. Ohrmuscheln können entweder aus einem festen Material geformt sein, das schwingungsmäßig mit der Schale des Helms gekoppelt ist, oder die Ohrmuschel ist direkt mit der Schale des Helms verbunden. In beiden Fällen werden leicht Schwingungen von Wind und anderen Geräuschquellen von der Schale des Helms zur Ohrmuschel und dann zu den Ohren des Motorradfahrers übertragen. Diese Schwingungskopplung erzeugt wiederum störende Geräusche für den Motorradfahrer.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Motorradhelms 100. Der Helm 100 umfasst eine Außenschale 101, eine akustische Schicht 102, eine Schaumstoffschicht 103 und eine Komfortschicht 104. Die akustische Schicht 102 (in Verbindung mit der Schaumstoffschicht 103 und/oder der Komfortschicht 104) kann dazu ausgelegt sein, ein passives Geräuschdämpfungssystem zu bilden. Der Helm 100 umfasst ferner Ohrmuscheln 105 und 106, die an j eder Innenseite des Helms 100 befestigt sind, wo die Ohren eines Nutzers sind, wenn der Helm 100 durch den Nutzer getragen wird. Allerdings ist in 1 nur eine Ohrmuschel 105 sichtbar. Jedoch gibt es eine identische Ohrmuschel 106, gezeigt in gestrichelten Linien, auf der gegenüberliegenden Seite des Helms 100. Die Ohrmuschel 105 ist (und so auch Ohrmuschel 106) von der Schale 101 des Helms 100 durch einen Isolationsadapter 107 getrennt. Der Isolationsadapter 107 kann aus stoßdämpfendem Material hergestellt sein. Das stoßdämpfende Material kann die Schalenschwingungen daran hindern, die Ohren des Nutzers zu erreichen, und kann somit die Wahrnehmung des Nutzers dieser Schwingungen als Geräusche reduzieren. Somit können die an die Ohrmuschel 105 übertragenen Geräusche passiv reduziert werden, wenn die Ohrmuschel 105 an etwas anderes als die Schale 101 des Helms befestigt und von den festen Materialien, die Schwingungen leicht übertragen, entkoppelt wird.
  • Jede Ohrmuschel 105, 106 kann teilweise zum Beispiel einen Lautsprecher 108, 109 oder eine andere Art von Audio-Treiber oder elektroakustischen Wandler oder eine Gruppe von Lautsprechern, integriert in die Ohrmuschel 105, 106, aufnehmen. Außerdem kann der Helm 100 einen oder mehrere akustische Sensoren umfassen, wie z. B. Mikrofon-Arrays 110 und 111 mit jeweils einer Vielzahl an z. B. vier einzelnen Mikrofonen, die in einem Kreis um die Ohrmuscheln 105 und 106 im Schaleninneren angeordnet sein können. Die Anordnung einer Vielzahl an Mikrofonen in der Nähe der (z. B. um die) Ohrmuscheln oder Lautsprecher ermöglicht die akustische Anpassung an unterschiedliche Ohrstellungen, wie z. B. bei unterschiedlichen Personen, die den Helm tragen. Die Mikrofon-Arrays 110 und 111 erfassen Geräusche und reduzieren Geräusche aktiv zusammen mit den Lautsprechern 108 und 109 und dem Audiosignalprozessor 112 an den Positionen der Mikrofon-Arrays 110 und 111, z. B. in jeder Ohrmuschel 105 und 106. Die Lautsprecher 108 und 109 und die Mikrofon-Arrays 110 und 111 sind an einen (analogen und/oder digitalen) Audiosignalprozessor 112 angeschlossen, der eine aktive Geräuschdämpfungsfunktion umfassen kann. Auf diese Weise können die Vorteile einer passiven Geräuschdämpfung (wie oben erwähnt) und einer aktiven Geräuschdämpfung kombiniert werden. Der Audiosignalprozessor 112 kann teilweise oder vollständig in der Schale 101 befestigt (d. h. in der Innenschale) und von der Schale 101 durch Schwingungsdämpfungsmaterial schwingungsmäßig getrennt sein.
  • Alternativ wird der Audiosignalprozessor 112 vollständig außerhalb des Helms 100 angeordnet und die Lautsprecher 108, 109 und die Mikrofon-Arrays 110, 111 werden über eine Draht- oder Drahtlosverbindung mit dem Audiosignalprozessor 112 verbunden. Des Weiteren kann der Audiosignalprozessor 112 - unabhängig vom Ort der Anordnung - über eine Draht- oder Drahtlosverbindung mit einem Audiosignal-Bussystem und/oder ein Daten-Bussystem (beide in 1 gezeigt) verbunden werden. Der Audiosignalprozessor 112 kann ferner mit mindestens einem (weiteren) akustischen oder nicht-akustischen Sensor verbunden werden, wie z. B. Beschleunigungssensoren 113 und 114, die mit (der Innen- oder Außenseite) der Schale 101 mechanisch gekoppelt sind und auf gegenüberliegenden Seiten von Helm 100 angeordnet sein können. Außerdem oder alternativ zu den nicht-akustischen Sensoren (Beschleunigungssensoren 113 und 114) kann mindestens ein akustischer Sensor, z. B. akustischer Sensor 115, akustisch mit einer Außenfläche der Schale 101 gekoppelt werden (z. B. auf die Schalenumgebung gerichtet).
  • 2 ist ein Signalflussplan des zuvor in Verbindung mit dem Helm 100, der in 1 gezeigt ist, beschriebenen Systems. Die Mikrofon-Arrays 110 und 111 liefern an den Signalprozessor 112 elektrische Signale, die den durch die Mikrofon-Arrays 110 und 111 an ihren jeweiligen Positionen erfassten Klang darstellen. Die Beschleunigungssensoren 113 und 114 (und/oder akustischer Sensor 115) liefern an den Audiosignalprozessor 112 elektrische Signale, die die durch die Beschleunigungssensoren 113 und 114 an ihren jeweiligen Stellungen erfassten Schwingungen der Schale 101 darstellen. Der Audiosignalprozessor 112 verarbeitet die Signale von den Mikrofonen 110, 111 und Beschleunigungssensoren 113, 114 und erzeugt aus ihnen Signale, die an die Lautsprecher 108 und 109 geliefert werden. Der Audiosignalprozessor 112 kann zusätzlich Daten- und/oder Audiosignale über Datenbus 201 und/oder Audiosignalbus 202 senden oder empfangen. Zum Beispiel können über Datenbus 201 oder Audiosignalbus 202 gesendete Audiosignale verwendet werden, um Musik oder Sprache im Schaleninneren wiederzugeben.
  • 3 zeigt einen ANC-Kanal 300 für den zuvor in Verbindung mit 2 bezeichneten Audiosignalprozessor 112. Der andere Kanal (nicht dargestellt) kann auf identische Weise umgesetzt und an den jeweils anderen Lautsprecher, die Mikrofone oder den Beschleunigungssensor angeschlossen werden, jedoch empfängt und sendet er ähnliche Arten von Signalen. ANC-Kanal 300 umfasst einen ANC-Prozessor 301, der ein Filter-Eingangssignal von einem einzelnen Mikrofon, einem Mikrofon-Array oder von einem einer Vielzahl von Mikrofonen oder einem Mikrofon-Array nachgeschalteten Kombinierer 302 empfängt. Der Kombinierer 302 kann ein Summierer sein, der die Signale von einer Vielzahl, z. B. einem Array von Mikrofonen, wie etwa Mikrofon-Arrays 110 und 111 in der in 1 gezeigten Anordnung kombiniert (aufsummiert). Der Kombinierer 302 kann, wie oben erwähnt, ein einfacher Summierer oder eine andere Art von Summierer sein, z. B. ein Summierer mit Gewichtung und/oder Filter, ein Multiplexer, ein (intelligenter) Schalter usw.
  • Des Weiteren liefert der ANC-Prozessor 301, der ein festes Filter oder ein adaptives Filter umfassen kann, ein Filter-Ausgangssignal an Lautsprecher 108 (oder 109). Der Lautsprecher 108 (oder 109), das Array von Mikrofonen 110 (oder 111), einschließlich des Kombinierers 302 und des ANC-Prozessors 301, kann eine ANC-Rückkopplungsstruktur oder ein Teil einer kombinierten Mit-/Rückkopplungsstruktur sein, in der der elektrische Pfad zwischen dem Mikrofon-Array 110 (oder 111) und dem Lautsprecher 108 (oder 109), einschließlich des ANC-Prozessors 301, das Signal vom Mikrofon-Array 110 (oder 111) filtert, bevor es an den Lautsprecher 108 (oder 109) gesendet wird, sodass der durch den Lautsprecher 108 (oder 109) erzeugte und an das Mikrofon-Array 110 (oder 111) über den akustischen Pfad zwischen dem Lautsprecher 108 (oder 109) und dem Mikrofon-Array 110 (oder 111) übertragene Schall den Schall aus anderen Quellen an der Position des Mikrofon-Arrays 110 (oder 111) dämpft oder mindert.
  • Zusätzlich zur Geräuschdämpfungsstruktur kann der ANC-Kanal 300 einen Korrelator 303 umfassen (der eine Kreuzkorrelations- oder/oder Autokorrelationsfunktion durchführt), der mindestens eines von einem Signal vom Beschleunigungssensor 113 (oder 114) und einem Signal für die technischen Daten des Motorrads, wie z. B. die Umdrehungen pro Minute (U/min) seines Motors, empfängt. Das Signal, das Charakteristika des Motorrads repräsentiert, kann über einen verdrahteten oder drahtlosen Datenbus 310 gesendet werden und kann U/min-Daten entsprechend den Umdrehungen pro Minute (U/min) des Motors umfassen. Diese U/min-Daten können durch einen Motor-Sound-Synthesizer 304 in ein elektrisches Audiosignal umgewandelt werden, mit dem das durch das Motorrad (z. B. seinen Motor) beim Betrieb mit einer bestimmten Umdrehung pro Minute erzeugte Audiosignal dargestellt wird. Alternativ kann das elektrische Audiosignal, welches das durch den Motor beim Betrieb bei einer bestimmten Umdrehung pro Minute erzeugte akustische Audiosignal repräsentiert, durch ein anderes Mikrofon (nicht dargestellt) erzeugt werden, das den ursprünglichen Motorschall in unmittelbarer Nähe des Motors aufnimmt, und kann über den Datenbus 310 an den Korrelator 303 übertragen werden.
  • Korrelator 303 kann das im Wesentlichen harmonische Signal des Motor-Sound-Synthesizers 304 mit einem Signal des Beschleunigungssensors 113 (oder 114) kreuzkorrelieren, das ein Signal mit harmonischen Signalkomponenten und nicht harmonischen Komponenten ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Autokorrelationsfunktion auf das Signal vom Sensor 113 (oder 114) angewendet werden, z. B. vor der Ausführung der Kreuzkorrelationsfunktion. Der Beschleunigungssensor 113 (oder 114) in Verbindung mit der Außenschale bildet nicht nur einen Schwingungsaufnehmer, sondern auch eine Art Mikrofon, das die Umgebungsgeräusche in der Nähe des Helms 100 und die durch den oder auf dem Helm 100 erzeugten Umgebungsschall aufnimmt. Der Beschleunigungssensor 113 (oder 114) in Verbindung mit der Außenschale ist weniger empfindlich gegenüber direkten Windgeräuschen, die bei einer Verwendung traditioneller Mikrofone falsche Messungen des tatsächlichen Umgebungsschalles verursachen können.
  • Der Korrelator 303 gibt Signale aus, die harmonisch sind oder mit dem harmonischen Motorschall korrelieren (als korrelierte Komponenten bezeichnet), und nicht-harmonische Signale oder Signale, die nicht mit harmonischem Motorschall korrelieren (als unkorrelierte Komponenten bezeichnet). Die korrelierten Komponenten entsprechend harmonischem Motorschall, die im Signal des Beschleunigungssensors 113 (oder 114) enthalten sind. Diese Motorschallkomponente kann auf gedämpfte und/oder gefilterte Weise durch ein Verstärker-/Filtermodul 305 zu dem an den Lautsprecher 108 (oder 109) durch den ANC-Prozessor 301 gelieferte Signal hinzugefügt werden, sodass es dem Nutzer, der den Helm 100 trägt, auf hörbare, aber angenehme Weise dargestellt wird. Das Verstärker-/Filtermodul 305 umfasst unterschiedliche Betriebsarten, die über ein Signal gesteuert werden können, das dem Nutzer ermöglicht, den ihm dargebotenen Schall einzustellen. Optional kann die unkorrelierte Komponente des Signals von Beschleunigungssensor 113 (oder 114), das im Signal des Beschleunigungssensors 113 (oder 114) enthaltene Geräusche umfasst, an den ANC-Prozessor 301 geliefert werden, um eine Mitkopplungsstruktur oder eine kombinierte Rück-/Mitkopplungsstruktur, wie im Folgenden näher erläutert, umzusetzen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Signal, das den Motorschall darstellt, kann ein Signal, das die anderen erwünschten harmonischen Komponenten mit spezifischen Frequenzeigenschaften von Fahrzeugen, anderen Motorrädern, Hupen oder Sirenen darstellt, die Grundlage für die Korrelationsfunktion bilden. Dieses Signal kann durch einen spezifischen Warnsignal-Synthesizer 306, der unterschiedliche Betriebsarten zur Adressierung unterschiedlicher Schallsituationen umfassen kann, wie z. B. Warnsignale in unterschiedlichen Ländern usw., erzeugt werden und kann durch ein Signal MOD2, das dem Nutzer ermöglicht, das von ihm gewünschte, zu hörende Warnsignal zu wählen, eingestellt werden. Signal MOD1 ermöglicht wiederum, den für den Nutzer hörbaren Schall einzustellen. Zusätzlich oder alternativ können unterschiedliche Steuersignale in einem Speicher gespeichert oder über eine Draht- oder Drahtlosverbindung gesendet werden, je nachdem, in welcher Position sich der Helm gerade befindet. Die Position kann z. B. durch ein Global Positioning System (GPS) 307 bestimmt werden und die Position wird verwendet, um die gewünschten harmonischen Komponenten für eine bestimmte Position zu wählen, die aus dem durch den Beschleunigungssensor 113 (oder Beschleunigungssensor 114 oder Mikrofon 115) gelieferten Signal gefiltert wird, z. B. für die jeweilige Position typische Warnsignale, möglicherweise in Verbindung mit den jeweiligen Steuerdaten, die als Signal MOD2 von einem Datenspeicher 309 oder über einen Datenbus 308 geliefert werden.
  • Bezug nehmend auf 4 wird in einem ANC-Prozessor 400 mit Rückkopplung, der dazu verwendet werden kann, eine Rückkopplungsstruktur oder einen Teil einer kombinierten Mit-/Rückkopplungsstruktur in einem ANC-Prozessor 301 in der in 3 gezeigten Anordnung zu bilden, ein Störsignal d[n], auch als Geräuschsignal bezeichnet, an eine Hörstelle, z. B. das Ohr des Nutzers, über einen Primärpfad 401 übertragen (ausgesendet). Der Primärpfad 401 hat eine Übertragungscharakteristik von P(z). Zusätzlich wird ein Eingangssignal v[n] von einem Lautsprecher, wie z. B. Lautsprecher 108 (oder 109), an die Hörstelle über einen Sekundärpfad 402 übertragen (ausgesendet). Der Sekundärpfad 402 hat eine Übertragungscharakteristik von S(z). Ein Mikrofon oder ein Array von Mikrofonen, wie z. B. Mikrofon 110 (oder 111), an der Hörstelle empfängt die Signale, die von Lautsprecher 108 (oder 109) und dem Störsignal d[n] ausgehen. Das Mikrofon 110 (oder 111) liefert ein Mikrofon-Ausgangssignal y[n], das die Summe dieser empfangenen Signale darstellt. Das Mikrofon-Ausgangssignal y[n] wird als Filter-Eingangssignal u[n] an ein ANC-Rückkopplungsfilter 403 geliefert, das ein Fehlersignal e[n] an einen Addierer 404 ausgibt. Das ANC-Rückkopplungsfilter 403, das ein adaptives Filter sein kann, hat eine Übertragungscharakteristik von W(z). Der Addierer 404 empfängt auch das gedämpfte oder vorgefilterte korrelierte Signal als Eingangssignal x[n] von Korrelator 303 und liefert ein Ausgangssignal v[n] an den Lautsprecher 108 (oder 109). In Ergänzung oder anstelle des Addierers 404 kann ein Subtrahierer 405 das Eingangssignal x[n] vom Mikrofon-Ausgangssignal y[n] subtrahieren, um das Eingangssignal u[n] des ANC-Rückkopplungsfilters zu bilden. Somit kann der erwünschte korrelierte Schall in die Rückkopplungsschleife entweder über Addierer 404 oder Subtrahierer 405 oder sowohl über Addierer 404 und Subtrahierer 405 eingekoppelt werden. Optional kann das gedämpfte oder vorgefilterte korrelierte Signal, das das Eingangssignal x[n] bildet, durch ein zusätzliches Filter 406 mit einer Übertragungsfunktion H(z), z. B. einer Tiefpassfiltercharakteristik, gefiltert werden, bevor es an den Subtrahierer 405 geliefert wird.
  • Die Signale X(z), Y(Z), V(z), E(z) und U(z) stellen im Spektralbereich (z-Bereich) die (diskreten) Zeitbereichssignale x[n], y[n], v[n], e[n] und u[n] dar, sodass die Differenzialgleichungen, mit denen das in 4 abgebildete System beschrieben wird, folgendermaßen lauten: Y ( z ) = S ( z ) · V ( z ) = S ( z ) · ( E ( z ) + X ( z ) ) ,
    Figure DE112016000751B4_0001
    E ( z ) = W ( z ) · U ( z ) = W ( z ) · ( Y ( z ) H ( z ) · X ( z ) ) ,
    Figure DE112016000751B4_0002
    und unter der Annahme, dass H(z) ≈ S(z), dann E(z) = W(z)·U(z) ≈ W(z)·(Y(z)-S(z)·X(z)).
  • Optional kann ein gewünschtes Signal, wie z. B. Musik oder Sprache, mit dem ANC-Prozessor 400 wiedergegeben werden, z. B. durch Hinzufügen eines gewünschten Signals m[n] von einer Quelle 407 zu den korrelierten Signale, z. B. mittels eines Addierers 408, um das Eingangssignal x[n] zu bilden. Das gewünschte Signal m[n] kann durch einen regelbaren (Soft-) Schalter 409 stummgeschaltet werden, wenn ein Signaldetektor 410 korrelierte Signale detektiert. Wenn zum Beispiel ein Warnsignal, wie z. B. eine Hupe oder eine Sirene durch den ANC-Prozessor 400 reproduziert werden muss, schaltet der Schalter 409 die Musik (z. B. dargestellt durch gewünschtes Signal m[n]) stumm, d. h. schaltet sie aus, solange das Warnsignal vorliegt.
  • 5 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften ANC-Mitkopplungsprozessors 500, der den Filtered-X-Least-Mean-Square-Algorithmus (fxLMS-)Algorithmus) einsetzt und als oder im ANC-Prozessor 301 in 3 verwendet werden kann. In 5 wird der Primärpfad erneut mit P(z) bezeichnet, der Sekundärpfad (oder Vorwärtspfad) erneut mit S(z), die Schätzung des Sekundärpfads mit S(z), die Übertragungsfunktion des adaptiven Filters mitW(z), das Eingangssignal mit x[n], das Ausgangssignal des adaptiven Filters mit y[n], das primäre Rauschsignal mit d[n] und das Fehlersignal mit e[n].
  • Im in 5 gezeigten mitgekoppelten ANC-Prozessor werden die korrelierten Signale von Korrelator 303 und die gedämpften oder vorgefilterten, korrelierten Signale des Verstärker-/Filtermoduls 305 durch einen Addierer 506 addiert, um das Eingangssignal x[n] zu liefern, das an ein adaptives Filter 501 und ein Filter 503 geliefert wird. Das adaptive Filter 501 liefert das Signal y[n] an den Lautsprecher 108/109 und hat die Übertragungsfunktion W(z), die durch ein Least-Mean-Square-Modul (LMS-Modul) 502 gesteuert wird. Das LMS-Modul 502 empfängt das Fehlersignal von Mikrofon 110/111 und ein Signal von Filter 503. Das Signal von Filter 503 stellt das mit einer Übertragungsfunktion gefilterte Eingangssignal x[n] dar, das die Schätzung des Sekundärpfads S(z) ist. Die Zeitbereichssignale x[n], y[n], d[n] und e[n] des Systems in 5 entsprechen den z-Bereich-Signalen X(z), Y(z), D(z) und E(z). Unter der Annahme, dass das adaptive Filter zeitunabhängig ist, können die Signale des Systems in 5 im z-Bereich beschrieben werden als: E ( z ) = P ( z ) · X ( z ) + S ( z ) · Y ( z ) = ( P ( z ) + S ( z ) · W ( z ) ) · X ( z )
    Figure DE112016000751B4_0003
  • Das Ziel des adaptiven Filters 501, also der Übertragungsfunktion W(z), ist es, den Fehler E(z) zu minimieren, der im Idealfall nach Konvergenz der Übertragungsfunktion W(z) gleich Null ist. Wird E(z) = 0 gesetzt in der obigen Gleichung, so ergibt sich das optimale Filter zu: W(z) = - P(z)/S(z).
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Mikrofon-Lautsprecher-Kombination 601, die im in 1 gezeigten Helm anstelle der Ohrmuscheln 105 und 106 verwendet wird. Im Gegensatz zu den Ohrmuscheln 105 und 106 wird die Mikrofon-Lautsprecher-Kombination 601 direkt in der Schale ohne Schallschutzkapselung befestigt. Die Mikrofon-Lautsprecher-Kombination 601 umfasst ein Gehäuse 602 mit einem Lautsprecher 603. Der Lautsprecher 603 ist im Innenraum des Gehäuses 602 angeordnet und hat eine Vorderseite, die eine Öffnung 604 im Gehäuse 602 abdeckt. An der Außenseite der Öffnung 604, d. h. vor dem Lautsprecher 603, kreuzt ein Steg 605 die Öffnung 604. Der Steg 605 trägt ein einzelnes Mikrofon 606, das parallel zum Bereich der Öffnung 604 ausgerichtet ist. Anstelle eines einzelnen Mikrofons kann ein Array von Mikrofonen verwendet werden. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Wangenteils 701 für die Verwendung im Innenraum des in 1 gezeigten Helms. Das Wangenteil 701 kann aus Kunststoff, wie z. B. EPS, hergestellt und mit einem weichen Stoff (nicht dargestellt) bedeckt sein. Die Mikrofon-Lautsprecher-Kombination 601 kann ohne weitere Dämpfungsmaßnahmen an der Position der Ohren eines Helmnutzers in das Wangenteil 701 gepresst werden.
  • 8 zeigt eine beispielhafte aktive Geräuschminderungsmethode für einen Helm, wie es z. B. durch das in den 1 - 7 gezeigte System ausgeführt werden kann. Der Helm hat eine feste Schale, die ein Schaleninneres von einer Schalenumgebung räumlich trennt. In einem Prozess 801 wird mindestens ein gewünschtes Schallsignal, stellvertretend für mindestens ein in der Schalenumgebung auftretendes gewünschtes Schallmuster, empfangen. In einem Prozess 802 wird basierend auf dem mindestens einen gewünschten Audiosignal Antischall erzeugt, der konfiguriert wird, um mit dem im Schall durch Überlagerung auftretenden internen Schall zu interagieren. Der interne Schall umfasst erste interne Schallkomponenten und zweite interne Schallkomponenten; die ersten internen Schallkomponenten entsprechen nicht dem mindestens einen erwünschten Schallmuster und die zweiten internen Schallkomponenten entsprechend dem mindestens einen erwünschten Schallmuster. Der Antischall ist ferner konfiguriert, um die ersten internen Schallkomponenten zu dämpfen und die zweiten internen Schallkomponenten zu verstärken, nicht zu dämpfen oder in geringerem Maße als die ersten internen Schallkomponenten zu dämpfen.
  • 9 zeigt eine beispielhafte Frühwarnmethode für einen Helm mit einer festen Schale, die ein Schaleninneres von einer Schalenumgebung räumlich trennt. In einer Prozedur 901 wird mindestens ein Wiedergabeschallsignal empfangen. In einer Prozedur 902 wird durch die Wiedergabe des mindestens einen Wiedergabeschallsignals in der Innenschale ein entsprechender Klang erzeugt. Eine Prozedur 903 umfasst den Empfang und die Verarbeitung von mindestens einem Umgebungsschallsignal, stellvertretend für den in der Schalenumgebung auftretenden Schall, um das mindestens eine erwünschte Schallsignal zu erfassen. Die Erzeugung des mindestens einen Wiedergabeschalls wird ausgesetzt, wenn das mindestens eine gewünschte Schallmuster erfasst wird (Prozedur 904). Das Frühwarnverfahren kann unabhängig von einem aktiven Geräuschminderungssystem oder einer aktiven Geräuschminderunsmethode durchgeführt werden.
  • Bezug nehmend auf 10 kann eine beispielhafte automatische Schallschutzmethode für einen Helm mit einer festen Schale, die konfiguriert ist, um ein Schaleninneres von einer Schalenumgebung räumlich zu trennen, in Verbindung mit mindestens einem im Schaleninneren angeordneten Lautsprecher die Erzeugung von Antischall im Schaleninneren auf der Grundlage von mindestens einem Eingangssignal umfassen (Prozedur 1001). Der Antischall ist konfiguriert, um im Schalleninneren auftretenden Schall durch destruktive Überlagerung zu dämpfen. Eine Prozedur 1002 umfasst die Bereitstellung von mindestens einem Eingangssignal durch mindestens einem von: Aufnahme von Schall in der Nähe der Lautsprecher im Schaleninneren (Unterprozedur 1003); Aufnahme von Schwingungen der Schale (Unterprozedur 1004); und Aufnahme von Schall in der Nähe der Schalenumgebung (Unterprozedur 1005).
  • Der Helm, das System, die Methode und die Software - wie hierin bezeichnet - ermöglichen die Dämpfung, Reduzierung oder Minderung von nicht-harmonischem Schall, wie z. B. durch Wind oder Regen erzeugte Geräusche. Allerdings werden alle oder ausgewählte harmonische Signale, wie z. B. die Motorengeräusche des Motorrads, Sirenen und Hupen, nur auf ein angenehmes Maß reduziert. Des Weiteren kann Musik stummgeschaltet werden, wenn Warnsignale usw. auftreten, um die volle Aufmerksamkeit des Motorradfahrers auf das Warnsignal zu richten.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass alle zuvor gezeigten Filter feste, gesteuerte oder adaptive Filter sein können, und wie alle übrigen Teile zur Signalverarbeitung in den obigen Beispielen als analoge oder digitale Hardware oder Software ausgeführt werden können. Die Filter können jede beliebige Struktur und von jeder anwendbaren Art sein (z. B. nichtrekursives System, rekursives System). Die Anzahl der verwendeten Lautsprecher, Mikrofone und ANC-Kanäle ist unbegrenzt und sie können in jeder beliebigen Anordnung angeordnet sein (z. B. zwei Gruppen mit jeweils vier Mikrofonen in Verbindung mit zwei ANC-Kanälen, zwei nicht-akustischen Sensoren und zwei Lautsprechern oder zwei Gruppen mit jeweils zwei Mikrofonen in Verbindung mit einem ANC-Kanal pro Mikrofon, einem nicht-akustischen Sensor und zwei Lautsprechern usw.) Die ANC-Kanäle können jede beliebige anwendbare Struktur haben, z. B. eine Rückkopplungs-, Mitkopplungs- oder eine kombinierte Mit-/Rückkopplungsstruktur. Ferner kann anstelle einer Kreuzkorrelationsfunktion am Signal des nicht-akustischen Sensors und des Signals, stellvertretend für den Motor oder die technischen Daten des Motorrads, eine Kreuzkorrelationsfunktion ausschließlich für das Signal des nicht-akustischen Sensors angewendet werden. Anstelle von nicht-akustischen Sensoren können akustische Sensoren verwendet werden. Die hier bezeichneten Helme umfassen alle Arten von Helmen, die auf ähnliche Weise verwendet werden können. Ferner können das zuvor bezeichnete System und die zuvor bezeichneten Methoden für alle Arten von aktiven Lärmschutzsystemen verwendet werden.
  • Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung erläutert wurden, ist es für Durchschnittsfachleute auf diesem Fachgebiet ersichtlich, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Insbesondere erkennen Fachleute die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen. Zwar wurden diese Techniken und Systeme im Zusammenhang bestimmter Ausführungsformen und Beispiele offengelegt, jedoch ist es ersichtlich, dass sich diese Techniken und Systeme über die spezifisch offenbarten Ausführungsformen auf andere Ausführungsformen und/oder Benutzungen und offensichtliche Modifikationen hiervon erstrecken. Dementsprechend darf die Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente als begrenzt betrachtet werden.

Claims (12)

  1. Eine aktive Frühwarnsteuerung umfassend: einen Helm mit einer festen Schale, wobei die Schale konfiguriert ist, um ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich zu trennen; mindestens eine Audio-Signalleitung, dazu ausgebildet, um mindestens ein wiederzugebendes Audiosignal zu empfangen und mit dem mindestens einen wiederzugebenden Audiosignal in dem Schaleninneren einen Wiedergabeschall zu erzeugen; und ein Signalmuster-Erfassungsmodul, dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Schallsignal, darstellend mindestens ein in der Umgebung der Schale auftretendes bestimmtes Schallmuster, zu empfangen und mindestens ein Umgebungsschallsignal, charakteristisch für den in der Umgebung der Schale auftretenden Schall, zu verarbeiten, um das mindestens eine bestimmte Schallsignal zu erfassen, wobei die mindestens eine Audio-Signalleitung ferner dazu ausgebildet ist, um die Erzeugung des Wiedergabeschalls auszusetzen, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster durch das Signalmuster-Erfassungsmodul erfasst wird, wobei: das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner mindestens ein Autokorrelationsmodul umfasst, dass dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und eine Autokorrelationsfunktion an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal auszuführen, um erste korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal abzuleiten; das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster basierend auf den ersten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen; das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner mindestens ein Kreuzkorrelationsmodul umfasst, das dazu ausgebildet, um mindestens ein bestimmtes Referenzschallsignal, charakteristisch für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, zu empfangen; das mindestens eine Umgebungsschallsignal oder die ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales zu empfangen; und eine Kreuzkorrelationsfunktion an dem mindestens einen bestimmten Referenzschallsignal und an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales auszuführen, um zweite korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales abzuleiten; das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster, basierend auf den zweiten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen; und. das System ferner einen Signalsynthesizer umfasst, der dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine bestimmte Referenzschallsignal, stellvertretend für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, in Abhängigkeit von durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten ersten Steuerdaten zu synthetisieren.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Audio-Signalleitung dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und zu verarbeiten und in dem Schaleninneren mit dem verarbeiteten mindestens einen Umgebungsschallsignal ein verstärktes bestimmtes Schallmuster in dem Schaleninneren zu erzeugen, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster durch das Signalmuster-Erfassungsmodul erfasst wird.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Signalmuster-Erfassungsmodul ferner ein Filter umfasst, das dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal oder die ersten oder zweiten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales mit einer Filterkennlinie in Abhängigkeit von durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten zweiten Steuerdaten zu filtern.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens einen der ersten Steuerdaten und zweiten Steuerdaten vom Ort, an dem sich der Helm befindet, abhängen.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Signalmuster-Erfassungsmodul mit mindestens einem akustischen oder nicht-akustischen Umgebungsschallsensor operativ gekoppelt ist, der akustisch oder mechanisch mit der Schale gekoppelt ist, wobei der mindestens eine Umgebungsschallsensor das mindestens eine Umgebungsschallsignal liefert.
  6. System nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Umgebungsschallsensor mindestens eines von einem Beschleunigungssensor oder einem Mikrofon ist, das/der am Helm angebracht oder in der Nähe des Helms angeordnet ist.
  7. Aktives Frühwarnsteuerverfahren für einen Helm mit einer festen Schale, die ein Schaleninneres von einer Umgebung der Schale räumlich trennt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfang von mindestens einem wiederzugebenden Audiosignal; Erzeugung eines Wiedergabeschalls in dem Schaleninneren mit dem mindestens einen wiederzugebenden Audiosignal; und Empfang und Verarbeitung von mindestens einem Umgebungsschallsignal, charakteristisch für den in der Umgebung der Schale auftretenden Schall, um mindestens ein bestimmtes Schallsignal zu erfassen, wobei die Erzeugung des Wiedergabeschalls ausgesetzt wird, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster erfasst wird, wobei: die Signalmuster-Erfassung ferner mindestens eine Autokorrelationsprozedur umfasst, die dazu ausgebildet ist, um das mindestens eine Umgebungsschallsignal zu empfangen und eine Autokorrelationsfunktion an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal auszuführen, um die ersten korrelierten Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal abzuleiten, und die Signalmuster-Erfassung ferner dazu ausgebildet ist, um das bestimmte Schallmuster basierend auf den ersten korrelierten Signalkomponenten zu erkennen; die Signalmuster-Erfassung ferner mindestens eine Kreuzkorrelationsprozedur umfasst, die konfiguriert ist, um mindestens ein bestimmtes Referenzschallsignal, charakteristisch für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, zu empfangen; das mindestens eine Umgebungsschallsignal oder die ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales zu empfangen; und eine Kreuzkorrelationsfunktion an dem mindestens einen bestimmten Referenzschallsignal und an dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales auszuführen, um zweite korrelierte Signalkomponenten aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal oder den ersten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales abzuleiten; die Signalmuster-Erfassung auf den zweiten korrelierten Signalkomponenten basiert; und das Verfahren ferner umfasst das Synthetisieren des mindestens einen bestimmten Referenzschallsignals, stellvertretend für das mindestens eine bestimmte Schallmuster, in Abhängigkeit von den durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten ersten Steuerdaten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Verarbeitung des mindestens einen Umgebungsschallsignales und Erzeugung in dem Schaleninneren aus dem mindestens einen Umgebungsschallsignal ein verarbeitetes bestimmtes Schallmusters in dem Schaleninneren, wenn das mindestens eine bestimmte Schallmuster erfasst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Signalmuster-Erfassung ferner ein Filterverfahren umfasst, das dazu ausgebildet ist, um die ersten oder zweiten korrelierten Signalkomponenten des mindestens einen Umgebungsschallsignales mit einer Filterkennlinie in Abhängigkeit von durch einen Datenspeicher oder über einen Datenbus bereitgestellten zweiten Steuerdaten zu filtern.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens einen der ersten Steuerdaten und zweiten Steuerdaten von dem Ort, an dem sich der Helm befindet, abhängen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei das mindestens eine Umgebungsschallsignal mit mindestens einem akustischen oder nicht-akustischen Umgebungsschallsensor, der akustisch oder mechanisch mit der Schale gekoppelt ist, aufgenommen wird.
  12. Ein Computerprogramm, das konfiguriert ist, um in Verbindung mit geeigneter Hardware ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 auszuführen.
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