EP0238937B1 - Speech and hearing device for breathing apparatuses - Google Patents
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- B63C11/02—Divers' equipment
- B63C11/26—Communication means, e.g. means for signalling the presence of divers
Description
Die Erfindung betrifft eine Sprech- und Höreinrichtung für Atemgeräte mit einer Störgeräuschunterdrückungseinrichtung, bei denen der Geräteträger an eine von der Umgebung unabhängige Atemgasversorgung angeschlossen ist.The invention relates to a speaking and listening device for breathing devices with a noise suppression device, in which the device wearer is connected to a breathing gas supply that is independent of the environment.
Derartige Sprech- und Höreinrichtungen werden insbesondere bei Tauchern, bei Piloten oder bei Personen, die bei einem Rettungseinsatz Atemschutzgeräte benötigen, eingesetzt. Bei derartigen Einsätzen ist es häufig notwendig, daß beispielsweise mehrere Taucher unter Wasser sich miteinander verständigen können und diese gemeinsam an eine Überwachungsstation angeschlossen sind, von der aus eine überwachende Person sowohl mit jedem einzelnen Taucher als auch mit allen gemeinsam in Konferenzschaltung sprechen kann. Dabei erweist es sich als nachteilig, daß das Atemgeräusch des einen Tauchers die Sprachkommunikation mit einem anderen Taucher oder die gemeinsame Sprechverbindung zu der Überwachungsstation erheblich stört, so daß es zu Verständigungsschwierigkeiten kommt (DE-Z: Drägerheft, Nr. 244, September/ Oktober 1961, Seite 5403).Such speaking and listening devices are used in particular by divers, pilots or people who need breathing apparatus during a rescue operation. In such operations, it is often necessary that, for example, several divers can communicate with each other under water and that these are jointly connected to a monitoring station from which a monitoring person can speak to each individual diver as well as to everyone in conference call. It proves to be disadvantageous that the breathing noise of one diver significantly interferes with the voice communication with another diver or the common speech connection to the monitoring station, so that communication difficulties arise (DE-Z: Dräger review, No. 244, September / October 1961 , Page 5403).
Wenn alle Tauchermikrophone eingeschaltet sind und die überwachende Person an der Zentralstelle die Atemgeräusche aller Taucher gleichzeitig hört, ist eine Verständigung der Taucher untereinander und mit der Überwachungsperson erschwert oder gar nicht möglich. Insbesondere wenn die Tauchermikrophone in der Atemmaske oder im Taucherhelm angebracht sind, werden die Atemgeräusche übermäßig laut wiedergegeben. Wenn die betreffende Person auch noch körperliche Arbeitsleistung erbringen muß, werden die Atemzüge heftiger und schneller, so daß ein Gespräch zwischen zwei Teilnehmern durch die gleichzeitig hörbaren Atemgeräusche gestört wird.If all diving microphones are switched on and the supervising person at the central station hears the breathing noises of all divers at the same time, it is difficult or impossible for the divers to communicate with each other and with the monitoring person. Especially when the diving microphones are attached to the breathing mask or helmet, the breathing sounds are reproduced excessively loud. If the person in question also has to perform physical work, the breaths become violent and faster, so that a conversation between two participants is disturbed by the breathing sounds that can be heard at the same time.
Ublicherweise werden auch elektrische Filter in den Sprechkreis eingeschaltet, die das schmalbandige Sprachsignal aus dem breitbandigen rauschähnlichen Atemgeräuschsignal herausfiltern sollen, weil innerhalb der Filterbandbreite der Energieanteil des Sprachsignals wesentlich höher ist. Nachteilig für diese Filterschaltungen ist es, daß durch akustische Resonanzen im Masken- bzw. Helmbereich des Geräteträgers auch das Atemgeräusch in seiner Bandbreite konzentriert wird. Dadurch ist die Rauschenergie innerhalb der Filterbandbreite so groß, daß keine befriedigende Atemgeräuschunterdrückung eintritt.Usually, electrical filters are also switched into the speech circuit, which are to filter out the narrowband speech signal from the broadband noise-like breathing noise signal, because the energy portion of the speech signal is significantly higher within the filter bandwidth. It is disadvantageous for these filter circuits that the range of breath noise is also concentrated by acoustic resonances in the mask or helmet area of the device wearer. As a result, the noise energy within the filter bandwidth is so large that there is no satisfactory suppression of breathing noise.
Weiterhin sind die Filter auf bestimmte Atemgasgemische und Tauchtiefendrücke ausgelegt, so daß ihr Einsatzbereich auf die vorgegebenen Einsatzbedingungen beschränkt ist.Furthermore, the filters are designed for certain breathing gas mixtures and diving depth pressures, so that their area of application is limited to the specified operating conditions.
Es ist z.B. aus "Sea Technology", Bd. 21, Nr. 12, Dez. 1980, Seiten 35, 36 bekannt, bei Tauchmaskenmikrophonen eine Unterdrückung des Maskenhintergrundgeräusches durch einen Sprachprozessor zu bewirken.It is e.g. from "Sea Technology", Vol. 21, No. 12, Dec. 1980, pages 35, 36, to suppress mask background noise in diving mask microphones by a speech processor.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Sprech- und Höreinrichtung der genannten Art so weiterzubilden, daß eine von akustischen Signalen unabhängige Unterdrückung, d.h. Dämpfung oder Abschaltung, der Atmungsgeräusche des Geräteträgers verwirklicht wird.The present invention is therefore based on the object of developing a speech and hearing device of the type mentioned in such a way that a suppression independent of acoustic signals, i.e. Damping or shutdown, the breathing noise of the equipment wearer is realized.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß in der Atemgasleitung eine auf den Atemgasstrom reagierende Schaltvorrichtung für die Sprech- und Höreinrichtung zur Unterdrückung der Atemgeräusche vorgesehen ist.The object is achieved in that a switching device that responds to the breathing gas flow is provided in the breathing gas line for the speaking and listening device to suppress breathing noises.
Mit einer derartigen Anordnung der Schaltvorrichtung wird erreicht, daß die Hör- und Sprecheinrichtung stets die Atemgeräusche unterdrückt, wohingegen während des Sprechens eines Geräteträgers die Sprech- und Höreinrichtung voll angeschaltet bleibt, weil der Atemgasstrom während des Sprechens zusammenbricht und die Schaltvorrichtung nicht betätigt. Somit ist die Sprech- und Höreinrichtung unabhängig von der Zusammensetzung des Atemgases einsetzbar, und es werden unmittelbar die störenden Atemgeräusche unterdrückt, ohne daß irgendwelche Schalter manuell betätigt werden müssen.With such an arrangement of the switching device it is achieved that the hearing and speaking device always suppresses the breathing noises, whereas during the speaking of a device wearer the speech and hearing device remains fully switched on because the breathing gas flow collapses during speaking and does not actuate the switching device. Thus, the speaking and listening device can be used regardless of the composition of the breathing gas, and the disturbing breathing noises are immediately suppressed without any switches having to be operated manually.
Die Schaltvorrichtung kann wahlweise in der Einatemleitung oder der Ausatemleitung sowie in beiden Atemgasleitungen, bzw. in einem der Ein- und Ausatmung gemeinsamen Leitungsabschnitt, vorgesehen sein. In vielen Fällen ist es jedoch ausreichend und erweist sich als zweckmäßig, daß die Schaltvorrichtung in den Einatemzweig der Atemgasversorgung eingebaut ist. Somit werden nur die Einatemgeräusche unterdrückt, welche in ihrer Lautstärke größer sind als die Ausatemgeräusche und deshalb die Sprechfrequenzen störender überlagern als die demgegenüber leiseren Ausatemgeräusche. Die miteinander sprechenden Personen können dabei vorteilhafterweise sich gegenseitig überwachen, indem sie die Ausatemgeräusche hören und dadurch Information über den normalen Lebensrhythmus des Geräteträgers erhalten.The switching device can optionally be provided in the inhalation line or the exhalation line and in both breathing gas lines, or in a line section common to the inhalation and exhalation. In many cases, however, it is sufficient and proves to be expedient that the switching device is installed in the inhalation branch of the breathing gas supply. Thus, only the inhalation noises are suppressed, which are greater in volume than the exhalation noises and therefore overlap the speech frequencies more disturbingly than the quieter exhalation noises in contrast. The people speaking to one another can advantageously monitor one another by hearing the exhalation noises and thereby receiving information about the normal rhythm of life of the device wearer.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltvorrichtung aus einem in einer Hülse gleitenden, unter Vorspannkraft gehaltenen Kolben besteht. Er ist der Strömung des Atemgases ausgesetzt, und an seinem Umfang befindet sich zum Schalten der Sprech- und Höreinrichtung ein Betätigungselement. Der in der Hülse befindliche Kolben wird durch den Druck des Ein- oder Ausatemstromes in Richtung des Strömungsweges entgegen der beispielsweise durch eine Feder ausgeübten Vorspannkraft bewegt. Während dieser Bewegung schaltet das Betätigungselement die Kontakte der Schaltvorrichtung des betreffenden Geräteträgers, so daß eine Übertragung der Atemgeräusche zu den mithörenden verbundenen Geräteträgern unterbrochen oder bedämpft ist. Die Durchtrittsöffnung erlaubt ein freies Durchströmen des Atemgases während eines Atemzuges durch die Schaltvorrichtung hindurch. Das Betätigungselement kann an jeder dafür geeigneten Stelle der Schaltvorrichtung angebracht sein. Ein geeigneter Anbringungsort bietet sich an dem Umfang des Kolbens an und kann beispielsweise ein Permanentmagnet sein, der einen entsprechenden REED-Kontakt im Außenbereich der Hülse betätigt.In a further embodiment of the invention it is provided that the switching device consists of a piston sliding in a sleeve and held under pretensioning force. It is exposed to the flow of breathing gas, and an actuating element is located on its periphery for switching the speaking and listening device. The piston located in the sleeve is moved by the pressure of the inhalation or exhalation flow in the direction of the flow path against the biasing force exerted, for example, by a spring. During this movement, the actuating element switches the contacts of the switching device of the device carrier in question, so that a transmission of breathing noises to the listening device carriers connected is interrupted or damped. The passage opening allows the breathing gas to flow freely through the switching device during one breath. The actuating element can be attached at any suitable location on the switching device. A suitable location is on the circumference of the piston and can be, for example, a permanent magnet that actuates a corresponding REED contact in the outer region of the sleeve.
Vorteilhafterweise ist die Durchtrittsöffnung durch ein den Strömungsweg freigebendes Ventilelement abgeschlossen. Eine einfache Ausführungsform dieses Ventilelementes besteht aus einem federbelasteten Tellerventil. Dieses zusätzliche Ventil ist in seinem Öffnungsverhalten so auf die Bewegung des Kolbens abgestimmt, daß es erst dann öffnet, wenn das Betätigungselement die Sprech- und Höreinrichtung geschaltet hat.The passage opening is advantageously through a valve which releases the flow path element completed. A simple embodiment of this valve element consists of a spring-loaded poppet valve. The opening behavior of this additional valve is matched to the movement of the piston in such a way that it only opens when the actuating element has switched the speaking and listening device.
Es ist zweckmäßig, eine die Schaltvorrichtung umgehende Öffnung vorzusehen, damit bei Einbau der Schaltvorrichtung in die Ausatemleitung der gegenüber dem Ausatemgasstrom wesentlich geringere Sprechgasstrom frei durch die Ausatemleitung strömen kann.It is expedient to provide an opening that circumvents the switching device, so that when the switching device is installed in the exhalation line, the speaking gas flow, which is significantly lower than the exhalation gas flow, can flow freely through the exhalation line.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Darstellung im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the schematic representation.
Die einzige Figur zeigt eine Schaltvorrichtung (18), wie sie in den Ausatemzweig einer Atemgasversorgung beispielsweise für Taucher eingesetzt werden kann. Dazu wird die Schaltvorrichtung mit ihrem Einlaßstutzen (9) und Auslaßstutzen (10) in den Ausatemzweig eingesetzt, so daß die Strömungsrichtung des Atemgasstromes durch die Pfeile (16, 17) festgelegt ist. In einer beispielsweise zylindrischen Hülse (1) ist ein Kolben (7) gleitend aufgenommen. Mittels einer Feder (6) wird der Kolben (7) entgegen der Strömungsrichtung (16) an zwei Stütznasen (14) angedrückt. In der der Strömungsrichtung (16) ausgesetzten Stirnfläche des Kolbens (7) befindet sich eine Durchtrittsöffnung (13), welche durch eine Ventilplatte (4) verschlossen ist. Eine Ventilfeder (8), welche sich gegen ein Ventilgehäuse (15) abstützt, belastet die Ventilplatte (4). An der Außenfläche des Kolbens (7), welcher zum Auslaßstutzen (10) hin offen ist, befindet sich ein Permanentmagnet (3), der zum Schalten eines ihm gegenüberliegenden an der Außenfläche der Hülse (1) angeordneten REED-Kontaktes (2) dient. Von dem REED-Kontakt (2) sind zwei Anschlüsse (11, 12) abgeführt, welche zu einer nicht dargestellten Sprech- und Höreinrichtung geführt sind. Dort wird bei entsprechender Betätigung des REED-Kontaktes (2) beispielsweise das ebenfalls nicht dargestellte Sprechmikrophon der Sprech- und Höreinrichtung geschaltet.The single figure shows a switching device (18) as it can be used in the exhalation branch of a breathing gas supply, for example for divers. For this purpose, the switching device with its inlet connection (9) and outlet connection (10) is inserted into the exhalation branch, so that the direction of flow of the respiratory gas flow is defined by the arrows (16, 17). A piston (7) is slidably received in an example cylindrical sleeve (1). The piston (7) is pressed against two flow lugs (14) against the direction of flow (16) by means of a spring (6). In the end face of the piston (7) exposed to the direction of flow (16) there is a passage opening (13) which is closed by a valve plate (4). A valve spring (8), which is supported against a valve housing (15), loads the valve plate (4). On the outer surface of the piston (7), which is open to the outlet port (10), there is a permanent magnet (3) which is used to switch an opposite REED contact (2) arranged on the outer surface of the sleeve (1). Two connections (11, 12) are led away from the REED contact (2), which lead to a speech and hearing device, not shown. When the REED contact (2) is actuated accordingly, the speech microphone of the speech and hearing device, which is also not shown, is switched.
In der dargestellten Form befindet sich die Schaltvorrichtung in Ruhestellung, bei welcher beispielsweise der Permanentmagnet (3) den REED-Kontakt (2) geschlossen hält, so daß das Sprechmikrophon zur Übertragung von Sprechsignalen geschaltet ist. Wenn der Geräteträger spricht, wird das Sprechsignal übertragen, und die zum Sprechen notwendige geringe Menge an Ausatemluft von geringer Strömungsgeschwindigkeit tritt über den Einlaßstutzen (9) in die Schaltvorrichtung ein. Wegen der geringen Strömungsgeschwindigkeit wird die Schaltvorrichtung nicht betätigt, sondern die beim Sprechen notwendige Ausatemluft kann über eine Umgehungsöffnung (5) durch die Schalteinrichtung zu dem Auslaßstutzen (10) entweichen. Erst wenn der Geräteträger aufgehört hat zu sprechen und nachdem er eventuell einen Einatemzug gemacht hat, wird die dann über den Einlaßstutzen (9) ausgeatmete Ausatemluft von hoher Strömungsgeschwindigkeit gegen die dem Atemgasstrom ausgesetzte Stirnfläche (19) des Kolbens (7) drücken. Feder (6) und Ventilfeder (8) sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Federkraft der Ventilfeder (8) die Ventilplatte (4) während des Kolbenhubes geschlossen hält, so daß der Kolben (7) entgegen der Federkraft der Feder (6) in Richtung der Pfeile (16, 17) bewegt wird. Dabei entfernt sich der Magnet (3) von dem REED-Kontakt (2) und öffnet diesen, so daß der elektrische Signalkreis des Gerätemikrophons der Sprech- und Höreinrichtung bedämpft oder unterbrochen ist. Somit werden von diesem Zeitpunkt ab keine Sprechsignale und Atemgeräusche mehr übertragen. Am Ende des Kolbenhubes überwindet der Druck der Ausatemströmung die Federkraft der Ventilfeder (8), so daß sich die Ventilplatte (4) von der Durchtrittsöffnung (13) abhebt und einen Durchgang für das Ausatemgas zu dem Auslaßstutzen (10) freigibt. Während des gesamten Ausatemzuges bleibt somit der Kolben (7) in seiner Schaltstellung, während der das Sprechmikrophon bedämpft oder ausgeschaltet bleibt. Die Umgehuns- öffnung (5) ist im Vergleich zu den übrigen Öffnungsquerschnitten so gering dimensioniert, daß der während der Ausatmung ständig durch sie hinwegtretende Atemgasstrom vernachlässigbar ist und keine Auswirkungen auf die Kraftverhältnisse an der Schaltvorrichtung hat.In the form shown, the switching device is in the rest position, in which, for example, the permanent magnet (3) keeps the REED contact (2) closed, so that the speech microphone is switched for the transmission of speech signals. When the device wearer speaks, the speech signal is transmitted and the small amount of exhaled air of low flow velocity necessary for speaking enters the switching device via the inlet connection (9). Because of the low flow rate, the switching device is not actuated, but the exhaled air necessary for speaking can escape through the switching device to the outlet port (10) via a bypass opening (5). Only when the device wearer has stopped speaking and after he has possibly taken an inhalation will the exhaled air exhaled via the inlet connection (9) press against the face (19) of the piston (7) exposed to the respiratory gas flow at a high flow rate. The spring (6) and valve spring (8) are matched to one another in such a way that the spring force of the valve spring (8) keeps the valve plate (4) closed during the piston stroke, so that the piston (7) counteracts the spring force of the spring (6) in the direction the arrows (16, 17) is moved. The magnet (3) moves away from the REED contact (2) and opens it, so that the electrical signal circuit of the device microphone of the speech and hearing device is damped or interrupted. From this point on, speech signals and breathing noises are no longer transmitted. At the end of the piston stroke, the pressure of the exhalation flow overcomes the spring force of the valve spring (8), so that the valve plate (4) lifts up from the passage opening (13) and releases a passage for the exhalation gas to the outlet port (10). During the entire exhalation, the piston (7) remains in its switch position, during which the speech microphone is damped or remains switched off. The bypass opening (5) is dimensioned so small compared to the other opening cross-sections that the breathing gas flow that constantly escapes during exhalation is negligible and has no effect on the force conditions on the switching device.
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