WO2022008146A1 - Verfahren zum bestimmen eines tragezustands eines ohrhörers und ohrhörersystem - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines tragezustands eines ohrhörers und ohrhörersystem Download PDF

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WO2022008146A1
WO2022008146A1 PCT/EP2021/065221 EP2021065221W WO2022008146A1 WO 2022008146 A1 WO2022008146 A1 WO 2022008146A1 EP 2021065221 W EP2021065221 W EP 2021065221W WO 2022008146 A1 WO2022008146 A1 WO 2022008146A1
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WO
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segment
earphone
time
acceleration
course
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PCT/EP2021/065221
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French (fr)
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Bharath Kataveranahalli Ranganathappa
Hanna Becker
Rui Zhang
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1008—Earpieces of the supra-aural or circum-aural type
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2460/00—Details of hearing devices, i.e. of ear- or headphones covered by H04R1/10 or H04R5/033 but not provided for in any of their subgroups, or of hearing aids covered by H04R25/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2460/03—Aspects of the reduction of energy consumption in hearing devices

Definitions

  • Earphones worn on the head allow the user convenient access to a wide range of audio content, such as playback of music, podcasts or telephone calls.
  • audio content such as playback of music, podcasts or telephone calls.
  • interactive audio content is also offered for playback with headphones, whereby the content is adapted to the orientation of the user's head. This requires determining the orientation of the user's head, which is typically done using inertial measurement systems integrated into the earphone.
  • earphones often have a function of detecting a wearing state.
  • the earphones typically have separate sensors that can be used to detect whether the earphones are being worn on the ear or not.
  • the detection of the wearing status enables, for example, the device to be switched on and off automatically, which means that power consumption can be kept low.
  • a method for detecting the wearing status of earphones is based on detecting a contact between the earphone and the ear, which can be determined using pressure, temperature, distance or various biological sensors. Such methods are described, for example, in US 2007/0274530 A1, US 2009/0154720 A1, US 2014/0016803 A1, US 9998817 B, US 10045111 B and KR 20140079214 A. In other methods, a distance measurement is carried out between the device and the ear, which is carried out using optical, distance or proximity sensors. Such methods are disclosed, for example, in CN 108600886 A, CN 109257674 A, US 10 306350 B, US 2015/0281421 A1 and US 2017/0244821 A1.
  • a method for determining a wearing state of an earphone comprises the following steps:
  • history segments from the time history of the acceleration data, the history segments being formed by a first section and a second section immediately following this in terms of time, and the first section and the second section each being formed by the history of the acceleration data between two successive zero crossings of the time course of the acceleration data are defined;
  • an earphone system comprises an earphone with an audio module, which is set up to output an audio signal, and a sensor device with an acceleration sensor, which is set up to detect an acceleration of the earphone, and a processor device, which is set up to use the earphone to carry out a To cause method according to any one of the preceding claims.
  • One idea on which the invention is based is to detect whether an earphone is worn on the ear or not on the ear by analyzing an acceleration signal from an acceleration sensor of the earphone.
  • a movement of the earphone that corresponds to "putting it in the ear” or bringing the earphone closer to the ear, or a movement corresponding to "taking it out of the ear” or moving it away is detected based on a time profile of the acceleration signal of the earphone from the ear corresponds.
  • Bringing the earphone up to the ear and removing the earphone from the ear can be divided into four phases, for example. It is assumed that when the earphone is brought to the ear, the user first grabs the earphone, which leads to vibrations in the acceleration signal. In a second phase, the user lifts the earphone, which results in a strong acceleration in the direction of the ear, which is typically in the opposite direction to the direction of gravitational acceleration. In a third phase, the earphone is slowly brought to the ear, and due to the reduction in the speed of the movement, an acceleration can be detected which is directed in the opposite direction to the acceleration in the second phase and thus in the direction of gravitational acceleration.
  • a fourth phase the earphone is put in the ear or placed over the ear, what can in turn be detected as vibrations in the acceleration signal.
  • the process of removing the earphone from the ear can be described in an analogous manner.
  • a first phase in which the earphone is detached from the ear, this leads to vibrations in the acceleration signal.
  • the earphone is removed from the ear, which is recognizable as a strong acceleration in the acceleration signal, with the acceleration typically being directed essentially along the direction of gravitational acceleration.
  • the movement slows down, resulting in a negative acceleration in the opposite direction in the acceleration signal.
  • the earphone is discarded, placed in a pocket, or otherwise stowed away, typically causing vibration as the earphone stabilizes in the new position.
  • the second and the third phase are to be determined on the basis of the time profile of the acceleration signal.
  • an amount of the acceleration data is determined and the amount of the gravitational acceleration is subtracted from the amount of the acceleration data.
  • a positive or negative acceleration signal is determined, depending on the direction of acceleration.
  • the direction of gravity is downward (toward the center of the earth)
  • one actual gravity measured by the accelerometer at rest is the positive reaction force exerted upward (away from the center of the earth): +9.81m/s2. Therefore, the magnitude of the acceleration data, which includes acceleration upwards (away from the center of the earth), will have a positive sign after subtracting the measured acceleration of gravity.
  • the magnitude of the acceleration data containing downward acceleration will have a negative sign after subtracting the measured gravitational force.
  • the time course can be divided into sections, one section being defined by the course of the signal between two successive zero crossings. Two consecutive sections form a curve segment of the acceleration signal. If a segment has a first section in time, in which the signal curve is positive, and a second section in time, in which the signal curve is negative, this means that only one Acceleration against the direction of gravitational acceleration and then an acceleration in the direction of gravitational acceleration has occurred. If the acceleration signal in this segment has a specific, characteristic curve, it can be concluded that the earphone is moving towards the ear.
  • a segment has a first section in time, in which the signal curve is negative, and a second section in time, in which the signal curve is positive, and this segment has a specific, characteristic curve, a movement of the earphone away from the ear can be indicated getting closed.
  • a characteristic course can correspond in particular to a transient, sinusoidal course of the course segment of the acceleration signal, which deviates by more than a threshold value from the course of the preceding and following course segment.
  • a sum of the integrals of the sections of the segment can deviate by more than a limit value from the sum of the integrals of the preceding and/or the following segment.
  • An advantage of the invention lies in the fact that only one acceleration sensor is required for detecting the wearing state due to the evaluation of the acceleration signal. Since acceleration sensors are often used in earphones anyway, e.g. to determine the orientation of the earphones, the wearing status can be determined with a minimal number of components and with little space required for the sensors.
  • acceleration sensors consume less energy than other sensors, which advantageously reduces the energy requirements of the earphone.
  • an acceleration sensor is not dependent on a specific arrangement within the earphone, as would be the case, for example, with contact sensors or the like.
  • the first characteristic curve is determined if the curve segment meets one or more of the following conditions: an amount of a maximum and an amount of a minimum of
  • Segments each exceed a predetermined threshold; a time integral of the first portion of the segment and a time integral of the second portion of the segment each exceed a predetermined threshold; a duration of the segment exceeds a predetermined one
  • a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of the segment is greater than a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of a temporally immediately preceding segment and a temporally immediately following segment; a sum of the integrals of the first and second portions of the segment is greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately preceding segment in time and greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately subsequent segment in time;
  • the absolute values of the maximum and minimum of the segment are not significantly smaller than in the case of a segment immediately preceding in time and in the case of a segment immediately following in time.
  • the second characteristic profile is determined if the profile segment meets one or more of the following conditions: an amount of a maximum and an amount of a minimum of
  • Segments each exceed a predetermined threshold; a time integral of the first portion of the segment and a time integral of the second portion of the segment each exceed a predetermined threshold; a duration of the segment exceeds a predetermined one
  • a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of the segment is greater than a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of a temporally immediately preceding segment and a temporally immediately following segment; a sum of the integrals of the first and second portions of the segment is greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately preceding segment in time and greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately subsequent segment in time;
  • the absolute values of the maximum and minimum of the segment are not significantly smaller than in the case of a segment immediately preceding in time and in the case of a segment immediately following in time.
  • the above-mentioned conditions for the first and the second characteristic profile offer the advantage that they can be determined easily in terms of computation and, at the same time, a reliable distinction can be made between the profile segment which represents “leading to the ear” or “leading away from the ear”. , allow.
  • the computing power of the processor device of the earphone can advantageously be reduced, which leads to space advantages and at the same time to a further reduction in the energy requirement.
  • the determination of the course over time also includes low-pass filtering of the acquired acceleration data.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter can be chosen to be less than 2 Hertz in order to suppress high-frequency sensor noise.
  • the earphones are operated in a first operating mode, in which an audio module of the earphones is activated to output audio signals when the first wearing state is determined, and the earphones are operated in a second operating mode, in which a Energy consumption of the earphone compared to the first mode of operation is reduced when the second wearing condition is determined.
  • the audio module can be switched over from a stereo output to a mono output in the second wearing state, ie in a state removed from the ear. It is also conceivable that the audio module is switched off completely.
  • the acceleration sensor is a three-axis acceleration sensor which is set up to detect accelerations in three mutually perpendicular spatial directions. In this way, additional functions of the earphone can advantageously be implemented, for example the processor device can be set up to determine an orientation of the head based on the acceleration signal of the three-axis acceleration sensor.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an earphone system according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for determining a wearing state of an earphone according to an embodiment of the invention.
  • the earphone 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.
  • the earphone 1 can have an audio module 2 and an orientation sensor device 3 .
  • the processor device 110 can be integrated into the earphone 1 .
  • the audio module 2 can in particular have a loudspeaker which is set up to output an audio signal.
  • the audio module 2 can also have a microphone (not shown), which is set up to record acoustic signals.
  • the orientation sensor device 3 can in particular have an acceleration sensor 30 .
  • a yaw rate sensor 31 and, likewise optionally, a magnetic sensor 32 can also be provided, as is shown by way of example in FIG. 1 .
  • the orientation sensor device 3 can have an inertial measurement unit, IMU for short, for example.
  • the processor device 110 can be part of the orientation sensor device 3 .
  • the optional magnetic sensor 32 is preferably connected to the IMU or the processor device 110 .
  • the acceleration sensor 30 can have a first sensor element 30x, which detects an acceleration along a first spatial direction, a second sensor element 30y, which detects an acceleration along the second spatial direction, and a third sensor element 30z, which detects an acceleration detected along a third spatial direction.
  • Acceleration sensor 30 can thus be implemented, for example, as a three-axis acceleration sensor that is set up to detect accelerations in three mutually perpendicular spatial directions and to output corresponding acceleration signals.
  • 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, a second sensor element 31y, which detects a yaw rate about the second spatial direction or axis, and a third Have sensor element 31z, which has a rotation rate about the third spatial direction or axis recorded.
  • the yaw rate sensor 31 is set up to detect a yaw rate of the first reference system RF1 in relation to each of the three spatial directions x′, y′, z′ and to output corresponding yaw rate signals.
  • 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'.
  • 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 direction signals. A type of digital compass is thus implemented, as a result of which the alignment of the earphone 1 relative to the magnetic north pole can be determined.
  • the processor device 110 can generally have a processor and a data memory.
  • the processor device 110 can be implemented as a microprocessor.
  • the processor device 110 is connected to the orientation sensor device 3 in a signal-conducting manner and can in particular be set up to process the signals output by the orientation sensor device 3, in particular according to a method described below.
  • the earphone 1 can also have an energy storage device for storing electrical energy, e.g. a rechargeable battery, to which the sensor device 3 and the processor device 110 are connected
  • FIG. 2 shows an example of a profile of an acceleration signal S, which is detected using acceleration sensor 30, over time T.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for determining a wearing state of an earphone 1.
  • FIG. This method M can be implemented, for example, using the earphone system 100 shown in FIG. 1 , with the processor device 110 and the acceleration sensor 30 executing the steps described below.
  • acceleration data are recorded by means of the acceleration sensor 30 integrated in the earphone 1 .
  • the acceleration data represents an acceleration to which the earphone 1 is subjected.
  • the acceleration data can be present, for example, as a vector which contains an acceleration for three mutually perpendicular spatial directions.
  • a time profile of the acceleration data is determined.
  • a magnitude of the acceleration data can be determined and the magnitude of the gravitational acceleration can be subtracted from the magnitude of the acceleration data. Accelerations against the direction of gravity or away from the center of the earth are given a positive sign and accelerations in the direction of gravity or in the direction of the center of the earth are given a negative sign. The reason for this is that the acceleration sensor 30 in the idle state measures the reaction force directed against the force of gravity, which has a positive sign or the value +9.81 m/s 2 .
  • the recorded acceleration data can also be low-pass filtered, for example with a cut-off frequency of the low-pass filter of less than 2 Hz, in order to suppress high-frequency sensor noise. In this way, for example, the curve shown as an example in FIG. 2 can be determined.
  • the acceleration data can be stored temporarily in a data memory of processor device 110 for a specific period of time, for example.
  • the absolute value of the acceleration data S over time T is thus shown in FIG. 2 . Since the acceleration sensor 30 at rest measures the reaction force directed against gravity, which has a positive sign or the value +9.81 m/s 2 , the abscissa formed by the time axis T corresponds to the value of the gravitational acceleration is measured by the acceleration sensor 30 when the acceleration sensor 30 is at rest. In the case of accelerations “upwards” or away from the center of the earth or against the direction of gravity, the absolute value of the acceleration data S shown in FIG. 2 therefore has a positive sign. Correspondingly, the magnitude of the acceleration data points “down” or “up” during acceleration. a negative amount in the direction of the center of the earth or against the direction of gravity.
  • curve segments VS1, VS2, VS3, VS4 are determined from the time curve of the acceleration data.
  • the zero crossings of the time profile of the acceleration data can be determined for this purpose.
  • the time profile of the acceleration data is divided into individual sections All, A12, A21, A22, A31, A32, A41, A42.
  • Each course segment VS1, VS2, VS3, VS4 is defined by two sections All, A12, A21, A22, A31, A32, A41, A42, which follow one another in direct time.
  • the course segment VS1 is defined by the first section A11 and the second section A12.
  • the course segment VS2 temporally following the course segment VS1 is defined by the first section A21 and the second section A22, with the first section A21 of the course segment VS2 corresponding to the second section A12 of the course segment VS1.
  • the course segment VS3 is defined by the first section A31 and the second section A32.
  • the course segment VS4 temporally following the course segment VS3 is defined by the first section A41 and the second section A42, with the first section A41 of the course segment VS4 corresponding to the second section A32 of the course segment VS3.
  • Each course segment VS1, VS2, VS3, VS4 is thus formed by a first section All, A21, A31, A41 and a second section A12, A22, A32, A42 immediately following this, and the first section All, A21, A31, A41 and the second section A12, A22, A32, A42 are each defined by the curve of the acceleration data between two consecutive zero crossings of the time curve of the acceleration data.
  • a first wearing state of the earphone 1 is determined, in which the earphone 1 is worn on the ear.
  • a second wearing state of the earphone 1 is determined M5, in which the earphone 1 is not worn on the ear.
  • the wearing state of the earphone 1 is determined based on an evaluation of the time curve of the acceleration data or the curve segments VS1, VS2, VS3, VS4 in steps M45 and M55.
  • the approach of the earphone 1 to the ear and the removal of the earphone 1 from the ear can basically be divided into four phases. It is assumed that when the earphone 1 is brought to the ear, the user first grasps the earphone, which leads to vibrations in the acceleration signal. This can be seen in FIG.
  • a second phase the user lifts the earphone 1, which results in a strong acceleration in the direction of the ear, which is typically in the opposite direction to the direction of gravitational acceleration or is directed away from the center of the earth or “upwards”. This can be seen in section A31 in FIG.
  • a third phase the earphone is slowly brought to the ear, whereby due to the reduction in the speed of the movement, an acceleration can be detected that is opposite to the acceleration in the second phase and thus in the direction of gravitational acceleration or towards the center of the earth or "downwards", such as this is the case in Fig. 2 in section A32.
  • a fourth phase the earphone is inserted into the ear 1 or placed over the ear, which in turn can be detected as vibrations in the acceleration signal, as can be seen in FIG. 2 in section A42 and the following sections.
  • the process of moving the earphone 1 away from the ear can be recognized from the course of the acceleration data shown as an example in FIG.
  • a first phase in which the earphone 1 is detached from the ear, vibrations occur in the acceleration signal, as can be seen in segment VS10 in FIG.
  • a second phase the earphone 1 is removed from the ear, which can be seen as a strong acceleration in the acceleration signal (section All in Fig.
  • the acceleration typically being directed essentially along the direction of gravitational acceleration or towards the center of the earth or "down".
  • the movement slows down, resulting in a negative acceleration in the opposite direction or an acceleration away from the center of the earth or "up” in the acceleration signal, as can be seen in FIG. 2 by the section A12 of the course segment VS1.
  • the earphone 1 is put down, put in a pocket or stowed away in some other way, vibrations usually occurring as the earphone stabilizes in the new position.
  • the amount of the acceleration signal corresponds to the acceleration due to gravity. As can be seen from the curve shown as an example in Fig.
  • the magnitude of the acceleration signal oscillates when the earphone 1 is brought closer to the ear (curve segment VS3 in Fig. 2) and when the earphone 1 is moved away from the ear (curve segment VS1 in Fig. 2) around the magnitude of the acceleration due to gravity, so that the signal resembles one period of a sine signal.
  • the wearing state can thus be determined by determining a characteristic course of a course segment in the form of a transient, sine-like signal that clearly stands out from the preceding and following acceleration signals.
  • a curve segment VS1, VS2, VS3, VS4 with a first characteristic curve or a second characteristic curve is thus determined from the time curve of the acceleration signal.
  • Determining a course segment VS1, VS2, VS3, VS4 with a first characteristic course or a second characteristic course can, for example, integrate the individual sections All, A12, A21, A22, A31, A32 over time and/or determine the maxima and minima of the amounts of sections All, A12, A21, A22, A31, A32 and/or determining a time duration of sections All, A12, A21, A22, A31, A32.
  • a course segment with a first or a second characteristic course can be detected if one or more of the following conditions are met: a magnitude of a maximum and a magnitude of a minimum of
  • Segments each exceed a predetermined threshold; a time integral of the first portion of the segment and a time integral of the second portion of the segment each exceed a predetermined threshold; a duration of the segment exceeds a predetermined one
  • a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of the segment is greater than a sum of the magnitudes of the maximum and minimum of one chronologically immediately preceding and a chronologically immediately following segment; a sum of the integrals of the first and second portions of the segment is greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately preceding segment in time and greater than a sum of the integrals of a first and a second portion of an immediately subsequent segment in time;
  • the absolute values of the maximum and minimum of the segment are not significantly smaller than in the case of a segment immediately preceding in time and in the case of a segment immediately following in time.
  • step M45 The existence of one or more of these conditions is checked in step M45. If one or more of these conditions are not met, returns the process returns to step M1 as shown in Fig. 3 by the symbol . If one or more of these conditions are met, step M55 is executed next, as shown by the symbol "+" in FIG. In FIG. 2, for example, the history segments VS1 and VS3 meet one or more of these conditions.
  • step M55 it is checked whether the profile segment VS1, VS2, VS3, VS4, which has the characteristic profile, has a first section A11, A21, A31, A41 with a positive profile and a second section A12, A22, A32 immediately following this , A42 with a negative course.
  • This case corresponds to the course segment VS3 in FIG.
  • the progression segment VS3 represents the earphone 1 being brought up to the ear.
  • step M55 it is also checked whether the history segment VS1, VS2,
  • VS3, VS4, which has the characteristic course has a first section A11, A21, A31, A41 with a negative course and a second section A12, A22, A32, A42 with a positive course which follows this immediately in terms of time.
  • This case corresponds to the course segment VS1 in FIG.
  • the course segment VS1 represents a removal of the earphone 1 from the ear. Accordingly, as indicated by the symbol "#" in FIG. 3 , it is next determined in step M5 that there is a first wearing state of the earphone 1 in which the earphone 1 is worn on the ear.
  • the earphone can optionally be operated in a first operating mode in step M6, in which the audio module 2 of the earphone 1 is activated to output audio signals. This can correspond, for example, to the audio module 2 being switched on automatically.
  • the earphone 1 can be operated in the optional step M7 in a second operating mode, in which energy consumption of the earphone 1 is reduced compared to the first operating mode, if the second wearing state is determined.
  • the audio module and optionally further components of the earphone can be switched off in step M7.

Abstract

In einem Verfahren zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers werden Beschleunigungsdaten mittels eines Beschleunigungssensors des Ohrhörers erfasst, ein zeitlicher Verlaufs der Beschleunigungsdaten ermittelt und Verlaufssegmente aus dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigungsdaten ermittelt. Die Verlaufssegmente sind jeweils durch einen ersten Abschnitt und einen zeitlich unmittelbar auf diesen folgenden zweiten Abschnitt gebildet und der erste und der zweite Abschnitt sind jeweils durch den Verlauf der Beschleunigungsdaten zwischen zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten definiert. Ferner erfolgt ein Bestimmen eines ersten Tragezustands des Ohrhörers, in welchem der Ohrhörer am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment mit einem ersten Abschnitt mit positivem Verlauf und einem zweiten Abschnitt mit negativem Verlauf ermittelt wird und wenn für das Verlaufssegment ein erster charakteristischer Verlauf ermittelt wird, und ein Bestimmen eines zweiten Tragezustands des Ohrhörers, in welchem der Ohrhörer nicht am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment mit einem ersten Abschnitt mit negativem Verlauf und einem zweiten Abschnitt mit positivem Verlauf ermittelt wird und wenn für das Verlaufssegment ein zweiter charakteristischer Verlauf ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers und
Ohrhörersystem
Stand der Technik
Am Kopf getragene Ohrhörer erlauben dem Nutzer bequemen Zugang zu vielfältigen Audioinhalten, wie z.B. eine Wiedergabe von Musik, Podcasts oder Telefongesprächen. Teils werden auch interaktive Audioinhalte zur Wiedergabe mit Kopfhörern angeboten, wobei die Inhalte an die Orientierung des Kopfes des Nutzers angepasst werden. Dies erfordert, die Orientierung des Kopfes des Nutzers zu bestimmen, was typischerweise mittels in den Ohrhörer integrierter Inertialmesssysteme erfolgt.
Ferner weisen Ohrhörer häufig eine Funktion zur Erkennung eines Tragezustands auf. Hierzu weisen die Ohrhörer typischerweise gesonderte Sensoren auf, mit denen erkannt werden kann, ob der Ohrhörer am Ohr getragen wird oder nicht. Die Erkennung des Tragezustands ermöglicht z.B. ein automatisches An- und Ausschalten des Geräts, wodurch der Stromverbrauch geringgehalten werden kann.
Ein Verfahren zur Erkennung des Tragezustands von Ohrhörern beruht auf einer Detektion eines Kontakts zwischen Ohrhörer und Ohr, welcher mit Hilfe von Druck-, Temperatur-, Abstands- oder verschiedener biologischer Sensoren ermittelt werden kann. Derartige Verfahren sind z.B. in US 2007/0274530 Al, US 2009/0154720 Al, US 2014/0016803 Al, US 9 998817 B, US 10045 111 B und KR 20140079214 A beschrieben. In anderen Verfahren erfolgt eine Abstandsmessung zwischen Gerät und Ohr, die durch optische, Abstands- oder Annäherungssensoren durchgeführt werden wird. Derartige Verfahren sind z.B. in CN 108600886 A, CN 109257674 A, US 10 306350 B, US 2015/0281421 Al und US 2017/0244821 Al offenbart.
Verfahren zur Bestimmung des Tragezustands von Ohrhörern, welche die voranstehend genannten Detektionsverfahren kombinieren, werden in US 2016/0205475 Al, CN 108769853 A, US 2015/0078573 Al und CN 105491469 A offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Ohrhörersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgesehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers die folgenden Schritte:
Erfassen von Beschleunigungsdaten des Ohrhörers mittels eines in den Ohrhörer integrierten Beschleunigungssensors;
Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten, wobei von einem Betrag der Beschleunigungsdaten der Betrag der Erdbeschleunigung subtrahiert wird;
Ermitteln von Verlaufssegmenten aus dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigungsdaten, wobei die Verlaufssegmente jeweils durch einen ersten Abschnitt und einen zeitlich unmittelbar auf diesen folgenden zweiten Abschnitt gebildet sind, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils durch den Verlauf der Beschleunigungsdaten zwischen zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten definiert sind;
Bestimmen eines ersten Tragezustands des Ohrhörers, in welchem der Ohrhörer am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment mit einem ersten Abschnitt mit positivem Verlauf und einem zweiten Abschnitt mit negativem Verlauf ermittelt wird und wenn für das Verlaufssegment ein erster charakteristischer Verlauf ermittelt wird; und Bestimmen eines zweiten Tragezustands des Ohrhörers, in welchem der Ohrhörer nicht am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment mit einem ersten Abschnitt mit negativem Verlauf und einem zweiten Abschnitt mit positivem Verlauf ermittelt wird und wenn für das Verlaufssegment ein zweiter charakteristischer Verlauf ermittelt wird.
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 Sensoreinrichtung mit einem Beschleunigungssensor, welcher dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Ohrhörers zu erfassen, und eine Prozessoreinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den Ohrhörer zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche zu veranlassen.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, einen Tragezustand eines Ohrhörers am Ohr oder nicht am Ohr zu detektieren, indem ein Beschleunigungssignal eines Beschleunigungssensors des Ohrhörers analysiert wird. Insbesondere wird anhand eines zeitlichen Verlaufs des Beschleunigungssignals eine Bewegung des Ohrhörers detektiert, welche einem „Ins-Ohr- Stecken“ bzw. einem Heranführen des Ohrhörers an das Ohr entspricht, oder eine Bewegung, welche einem „Aus dem Ohr Nehmen“ bzw. einem Wegführen des Ohrhörers von dem Ohr entspricht.
Das Heranführen des Ohrhörers an das Ohr und das Wegführen des Ohrhörers von dem Ohr kann beispielsweise in vier Phasen unterteilt werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Nutzer beim Heranführen des Ohrhörers an das Ohr den Ohrhörer zunächst greift, was zu Vibrationen im Beschleunigungssignal führt. In einer zweiten Phase hebt der Nutzer den Ohrhörer hoch, was in einer starken Beschleunigung in Richtung Ohr resultiert, die typischerweise der Richtung der Erdbeschleunigungsrichtung entgegengesetzt ist. In einer dritten Phase wird der Ohrhörer langsam zum Ohr geführt, wobei auf Grund der Geschwindigkeitsverringerung der Bewegung eine Beschleunigung detektierbar ist, die in die entgegengesetzte Richtung zur Beschleunigung in der zweiten Phase und damit in Erdbeschleunigungsrichtung gerichtet ist. In einer vierten Phase wird der Ohrhörer ins Ohr gesteckt oder über das Ohr gesetzt, was wiederum als Vibrationen im Beschleunigungssignal detektierbar ist. In analoger Weise kann der Vorgang des Wegführens des Ohrhörers von dem Ohr beschrieben werden. In einer ersten Phase, in welcher der Ohrhörer vom Ohr gelöst wird, führt zu Vibrationen im Beschleunigungssignal. In einer zweiten Phase wird der Ohrhörer vom Ohr entfernt, was als starke Beschleunigung im Beschleunigungssignal erkennbar ist, wobei die Beschleunigung typischerweise im Wesentlichen entlang der Erdbeschleunigungsrichtung gerichtet ist. In einer dritten Phase verlangsamt sich die Bewegung, wodurch eine negative Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung im Beschleunigungssignal vorliegt. Abschließend wird der Ohrhörer abgelegt, in eine Tasche gesteckt oder in anderer Weise verstaut, wobei üblicherweise Vibrationen bei der Stabilisierung des Ohrhörers in der neuen Position entstehen.
Erfindungsgemäß sollen insbesondere die zweite und die dritte Phase anhand des zeitlichen Verlaufs des Beschleunigungssignals ermittelt werden. Hierzu wird ein Betrag der Beschleunigungsdaten ermittelt und der Betrag der Erdbeschleunigung vom Betrag der Beschleunigungsdaten subtrahiert. Dadurch wird ein je nach Beschleunigungsrichtung positives oder negatives Beschleunigungssignal ermittelt. Obwohl die Richtung der Schwerkraft nach unten (in Richtung Erdmittelpunkt) zeigt, ist eine von dem Beschleunigungssensor im Ruhezustand tatsächlich gemessene Schwerkraft die nach oben (vom Erdmittelpunkt weg) ausgeübte, positive Reaktionskraft: +9,81m/s2. Daher wird der Betrag der Beschleunigungsdaten, welche eine Beschleunigung nach oben (vom Erdmittelpunkt weg) enthält, nach Subtraktion der gemessenen Erdbeschleunigung ein positives Vorzeichen haben. Analog wird der Betrag der Beschleunigungsdaten, welche eine Beschleunigung nach unten (in Richtung des Erdmittelpunkts) enthalten, nach Subtraktion der gemessenen Gravitationskraft ein negatives Vorzeichen haben. Durch Ermitteln von Nulldurchgängen des Beschleunigungssignals kann der zeitliche Verlauf in Abschnitte eingeteilt werden, wobei ein Abschnitt durch den Verlauf des Signals zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen definiert ist. Zwei aufeinander folgende Abschnitte bilden ein Verlaufssegment des Beschleunigungssignals. Wenn ein Segment einen zeitlich ersten Abschnitt aufweist, in dem der Signalverlauf positiv ist, und einen zeitlich zweiten Abschnitt, in dem der Signalverlauf negativ ist, bedeutet dies, dass erst eine Beschleunigung entgegen der Erdbeschleunigungsrichtung und dann eine Beschleunigung in Erdbeschleunigungsrichtung aufgetreten ist. Wenn das Beschleunigungssignal in diesem Segment einen bestimmten, charakteristischen Verlauf aufweist, kann auf eine Bewegung des Ohrhörers zum Ohr geschlossen werden. Analog kann, wenn ein Segment einen zeitlich ersten Abschnitt aufweist, in dem der Signalverlauf negativ ist, und einen zeitlich zweiten Abschnitt, in dem der Signalverlauf positiv ist, und dieses Segment einen bestimmten, charakteristischen Verlauf aufweist, auf eine Bewegung des Ohrhörers weg vom Ohr geschlossen werden.
Ein charakteristischer Verlauf kann insbesondere einem transienten, sinusähnlichen Verlauf des Verlaufssegments des Beschleunigungssignals entsprechen, der um mehr als einen Schwellwert von dem Verlauf des vorhergehenden und nachfolgenden Verlaufssegments abweicht. Beispielsweise kann eine Summe der Integrale der Abschnitte des Segments um mehr als einen Grenzwert von der Summe der Integrale des vorhergehenden und/oder des nachfolgenden Segments abweichen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die Auswertung des Beschleunigungssignals lediglich ein Beschleunigungssensor zur Erfassung des Tragezustands notwendig ist. Da Beschleunigungssensoren ohnehin häufig in Ohrhörern zum Einsatz kommen, z.B. um eine Orientierung des Ohrhörers zu ermitteln, kann der Tragezustand mit einer minimalen Anzahl an Komponenten und mit geringem Platzbedarf für die Sensorik ermittelt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Beschleunigungssensoren im Vergleich zu anderen Sensoren einen geringen Energieverbrauch aufweisen, was vorteilhaft den Energiebedarf des Ohrhörers verringert. Ferner ist ein Beschleunigungssensor nicht auf eine bestimmte Anordnung innerhalb des Ohrhörers angewiesen, wie dies z.B. bei Kontaktsensoren oder dergleichen der Fall wäre.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der erste charakteristische Verlauf ermittelt wird, wenn das Verlaufssegment eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: ein Betrag eines Maximums und ein Betrag eines Minimums des
Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; ein zeitliches Integral des ersten Abschnitts des Segments und ein zeitliches Integral des zweiten Abschnitts des Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; eine Zeitdauer des Segments überschreitet einen vorbestimmten
Schwellwert; eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum des Segments ist größer als eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden und eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments; eine Summe der Integrale des ersten und des zweiten Abschnitts des Segments ist größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segments und größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments;
Die Beträge von Maximum und Minimum des Segments sind nicht deutlich kleiner als bei einem zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segment und bei einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segment.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der zweite charakteristische Verlauf ermittelt wird, wenn das Verlaufssegment eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: ein Betrag eines Maximums und ein Betrag eines Minimums des
Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; ein zeitliches Integral des ersten Abschnitts des Segments und ein zeitliches Integral des zweiten Abschnitts des Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; eine Zeitdauer des Segments überschreitet einen vorbestimmten
Schwellwert; eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum des Segments ist größer als eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden und eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments; eine Summe der Integrale des ersten und des zweiten Abschnitts des Segments ist größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segments und größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments;
Die Beträge von Maximum und Minimum des Segments sind nicht deutlich kleiner als bei einem zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segment und bei einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segment.
Die voranstehend genannten Bedingungen für den ersten und den zweiten charakteristischen Verlauf bieten den Vorteil, dass sie sich rechentechnisch einfach ermitteln lassen und gleichzeitig zuverlässig eine Unterscheidung des Verlaufssegments, welches ein „Zum-Ohr- Führen“ oder ein „Vom-Ohr- Wegführen“ repräsentiert, erlauben. Durch die rechentechnisch einfache Ermittlung kann die Rechenleistung der Prozessoreinrichtung des Ohrhörers vorteilhaft verringert werden, was zu Bauraumvorteilen und gleichzeitig zur weiteren Verkleinerung des Energiebedarfs führt.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln des zeitlichen Verlauf zusätzlich ein Tiefpassfiltern der erfassten Beschleunigungsdaten umfasst. Beispielsweise kann die Grenzfrequenz des Tiefpasses kleiner als 2 Hertz gewählt werden, um hochfrequentes Sensorrauschen zu unterdrücken.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass ein Betreiben des Ohrhörers in einem ersten Betriebsmodus, in welchem ein Audiomodul des Ohrhörers zur Ausgabe von Audiosignalen aktiviert ist, wenn der erste Tragezustand bestimmt wird, und Betreiben des Ohrhörers in einem zweiten Betriebsmodus erfolgt, in welchem ein Energieverbrauch des Ohrhörers gegenüber dem ersten Betriebsmodus reduziert ist, wenn der zweite Tragezustand bestimmt wird. Beispielsweise kann das Audiomodul im zweiten Tragezustand, also in einem vom Ohr entfernten Zustand, von einer Stereoausgabe in eine Monoausgabe umgeschaltet werden. Auch ist denkbar, dass das Audiomodul ganz abgeschaltet wird. Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungssensor ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor ist, welcher dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen zu erfassen. Auf diese Weise können vorteilhaft weitere Funktionen des Ohrhörers realisiert werden, z.B. kann die Prozessoreinrichtung dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Beschleunigungssignal des Dreiachsen-Beschleunigungssensors eine Orientierung des Kopfes zu ermitteln.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Ohrhörersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf eines Beschleunigungssignals, das mittels eines Beschleunigungssensors eines Ohrhörers erfasst wird; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine schematische Blockdarstellung eines Ohrhörersystems 100. Wie in Fig. 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 getragen wird. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, kann der Ohrhörer 1 ein Audiomodul 2 und eine Orientierungssensoreinrichtung 3 aufweisen. Wie in Fig. 1 ebenfalls beispielhaft gezeigt ist, kann die Prozessoreinrichtung 110 in den Ohrhörer 1 integriert sein.
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.
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 Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist. Demnach kann die Orientierungssensoreinrichtung 3 beispielsweise eine Inertialmesseinheit, kurz IMU, aufweisen. Die Prozessoreinrichtung 110 kann Teil der Orientierungssensoreinrichtung 3 sein. Der optionale Magnetsensor 32 wird vorzugsweise an die IMU bzw. die Prozessoreinrichtung 110 angeschlossen.
Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, kann der Beschleunigungssensor 30 ein erstes Sensorelement 30x, welches eine Beschleunigung entlang einer ersten Raumrichtung erfasst, ein zweites Sensorelement 30y, welches eine Beschleunigung entlang der zweiten Raumrichtung erfasst, und ein drittes Sensorelement 30z aufweisen, welches eine Beschleunigung entlang einer dritten Raumrichtung erfasst. Somit kann der Beschleunigungssensor 30 beispielsweise als Dreiachsen-Beschleunigungssensor realisiert sein, der dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen zu erfassen und entsprechende Beschleunigungssignale auszugeben.
Wie in Fig. 1 ferner gezeigt ist, kann der optionale Drehratensensor 31 ein erstes Sensorelement 31x, welches eine Drehrate um die erste Raumrichtung bzw. Achse erfasst, ein zweites Sensorelement 31y, welches eine Drehrate um die zweite Raumrichtung oder Achse erfasst, und ein drittes Sensorelement 31z aufweisen, welches eine Drehrate um die dritte Raumrichtung oder Achse erfasst. Allgemein ist der Drehratensensor 31 dazu eingerichtet, eine Drehrate des ersten Bezugsystems RF1 in Bezug jede der drei Raumrichtung x‘, y‘, z‘ zu erfassen und entsprechende Drehratensignale auszugeben.
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 zum magnetischen Nordpol ermittelt werden kann.
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.
Der Ohrhörer 1 kann ferner eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern elektrischer Energie, z.B. einen Akku aufweisen, mit welchem die Sensoreinrichtung 3 und die Prozessoreinrichtung 110 verbunden sind
Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Verlauf eines Beschleunigungssignals S, das mit dem Beschleunigungssensor 30 erfasst wird, über die Zeit T. In Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers 1 gezeigt. Dieses Verfahren M kann beispielsweise mithilfe des in Fig. 1 gezeigten Ohrhörersystems 100 umgesetzt werden, wobei die Prozessoreinrichtung 110 und der Beschleunigungssensor 30 die nachfolgend beschriebenen Schritte ausführen. Wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt, werden in einem ersten Schritt Ml mittels des in den Ohrhörer 1 integrierten Beschleunigungssensors 30 Beschleunigungsdaten erfasst. Die Beschleunigungsdaten repräsentieren eine Beschleunigung, welcher der Ohrhörer 1 ausgesetzt ist. Die Beschleunigungsdaten können beispielsweise als Vektor vorliegen, in welchem für drei senkrecht aufeinander stehende Raumrichtungen eine Beschleunigung enthalten ist.
In einem weiteren Schritt M2 wird ein zeitlicher Verlauf der Beschleunigungsdaten ermittelt. Insbesondere kann ein Betrag der Beschleunigungsdaten ermittelt und von dem Betrag der Beschleunigungsdaten der Betrag der Erdbeschleunigung subtrahiertwerden. Beschleunigungen entgegen der Schwerkraftrichtung bzw. vom Erdmittelpunkt weg erhalten dadurch ein positives Vorzeichen und Beschleunigungen in Schwerkraftrichtung bzw. in Richtung des Erdmittelpunkts erhalten ein negatives Vorzeichen. Grund hierfür ist, dass der Beschleunigungssensor 30 im Ruhezustand die gegen die Schwerkraft gerichtete Reaktionskraft misst, welche ein positives Vorzeichen bzw. den Wert + 9,81 m/s2 hat. Optional kann zusätzlich ein Tiefpassfiltern der erfassten Beschleunigungsdaten erfolgen, z.B. mit einer Grenzfrequenz des Tiefpasses kleiner als 2 Hz, um hochfrequentes Sensorrauschen zu unterdrücken. Auf diese Weise kann z.B. der in Fig. 2 beispielhaft gezeigte Verlauf ermittelt werden. Die Beschleunigungsdaten können beispielsweise für einen bestimmten Zeitraum in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung 110 temporär gespeichert werden.
In Fig. 2 ist somit der Betrag der Beschleunigungsdaten S über die Zeit T dargestellt. Da der Beschleunigungssensor 30 im Ruhezustand die gegen die Schwerkraft gerichtete Reaktionskraft misst, welche ein positives Vorzeichen bzw. den Wert + 9,81 m/s2 hat, entspricht die Abszisse, welche durch die Zeitachse T gebildet ist, dem Wert der Erdbeschleunigung, der vom Beschleunigungssensor 30 gemessen wird, wenn der Beschleunigungssensor 30 in Ruhe ist. Bei Beschleunigungen „nach oben“ bzw. vom Erdmittelpunkt weg oder entgegen der Schwerkraftrichtung weist der in Fig. 2 dargestellte Betrag der Beschleunigungsdaten S somit ein positives Vorzeichen auf. Entsprechend weist der Betrag der Beschleunigungsdaten bei Beschleunigungen „nach unten“ bzw. in Richtung des Erdmittelpunkts oder entgegen der Schwerkraftrichtung einen negativen Betrag auf.
In einem weiteren Schritt M3 werden Verlaufssegmente VS1, VS2, VS3, VS4 aus dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigungsdaten ermittelt. Insbesondere können hierzu die Nulldurchgänge des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten bestimmt werden. Dadurch wird der zeitliche Verlauf der Beschleunigungsdaten in einzelne Abschnitte All, A12, A21, A22, A31, A32, A41, A42 eingeteilt. Jedes Verlaufssegment VS1, VS2, VS3, VS4 ist durch zwei zeitlich unmittelbar aufeinander folgende Abschnitte All, A12, A21, A22, A31, A32, A41, A42 definiert. In Fig. 2 beispielsweise ist das Verlaufssegment VS1 durch den ersten Abschnitt All und den zweiten Abschnitt A12 definiert. Das zeitlich auf das Verlaufssegment VS1 folgende Verlaufssegment VS2 ist durch den ersten Abschnitt A21 und den zweiten Abschnitt A22 definiert, wobei der erste Abschnitt A21 des Verlaufssegments VS2 dem zweiten Abschnitt A12 des Verlaufssegments VS1 entspricht. In gleicher Weise ist das Verlaufssegment VS3 durch den ersten Abschnitt A31 und den zweiten Abschnitt A32 definiert.
Das zeitlich auf das Verlaufssegment VS3 folgende Verlaufssegment VS4 ist durch den ersten Abschnitt A41 und den zweiten Abschnitt A42 definiert, wobei der erste Abschnitt A41 des Verlaufssegments VS4 dem zweiten Abschnitt A32 des Verlaufssegments VS3 entspricht. Damit ist jedes Verlaufssegment VS1, VS2, VS3, VS4 jeweils durch einen ersten Abschnitt All, A21, A31, A41 und einen zeitlich unmittelbar auf diesen folgenden zweiten Abschnitt A12, A22, A32, A42 gebildet, und wobei der erste Abschnitt All, A21, A31, A41 und der zweite Abschnitt A12, A22, A32, A42 jeweils durch den Verlauf der Beschleunigungsdaten zwischen zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten definiert sind.
In Schritt M4 erfolgt ein Bestimmen eines ersten Tragezustands des Ohrhörers 1, in welchem der Ohrhörer 1 am Ohr getragen wird. In Schritt M5 erfolgt ein Bestimmen M5 eines zweiten Tragezustands des Ohrhörers 1, in welchem der Ohrhörer 1 nicht am Ohr getragen wird. Die Bestimmung des Tragezustands des Ohrhörers 1 erfolgt anhand einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten bzw. der Verlaufssegmente VS1, VS2, VS3, VS4 in den Schritten M45 und M55. Das Heranführen des Ohrhörers 1 an das Ohr und das Wegführen des Ohrhörers 1 von dem Ohr kann grundsätzlich in vier Phasen unterteilt werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Nutzer beim Heranführen des Ohrhörers 1 an das Ohr den Ohrhörer zunächst greift, was zu Vibrationen im Beschleunigungssignal führt. Dies ist in Fig. 2 beispielsweise anhand des Verlaufssegments VSO sichtbar. In einer zweiten Phase hebt der Nutzer den Ohrhörer 1 hoch, was in einer starken Beschleunigung in Richtung Ohr resultiert, die typischerweise der Richtung der Erdbeschleunigungsrichtung entgegengesetzt ist bzw. vom Erdmittelpunkt weg oder „nach oben“ gerichtet ist. Dies ist in Abschnitt A31 in Fig. 2 zu erkennen. In einer dritten Phase wird der Ohrhörer langsam zum Ohr geführt, wobei auf Grund der Geschwindigkeitsverringerung der Bewegung eine Beschleunigung detektierbar ist, die entgegengesetzt zur Beschleunigung in der zweiten Phase und damit in Erdbeschleunigungsrichtung bzw. in Richtung Erdmittelpunkt oder „nach unten“ gerichtet ist, wie dies in Fig. 2 in Abschnitt A32 der Fall ist. In einer vierten Phase wird der Ohrhörer ins Ohr 1 gesteckt oder über das Ohr gesetzt, was wiederum als Vibrationen im Beschleunigungssignal detektierbar ist, wie dies in Fig. 2 in Abschnitt A42 und den zeitlich folgenden Abschnitten erkennbar ist. In analoger Weise wird der Vorgang des Wegführens des Ohrhörers 1 von dem Ohr an dem in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Verlauf der Beschleunigungsdaten erkennbar. In einer ersten Phase, in welcher der Ohrhörer 1 vom Ohr gelöst wird, treten Vibrationen im Beschleunigungssignal auf, wie dies in Fig. 2 im Segment VS10 erkennbar ist. In einer zweiten Phase wird der Ohrhörer 1 vom Ohr entfernt, was als starke Beschleunigung im Beschleunigungssignal erkennbar ist (Abschnitt All in Fig. 2), wobei die Beschleunigung typischerweise im Wesentlichen entlang der Erdbeschleunigungsrichtung bzw. in Richtung Erdmittelpunkt oder „nach unten“ gerichtet ist. In einer dritten Phase verlangsamt sich die Bewegung, wodurch eine negative Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung bzw. eine Beschleuenigung vom Erdmittelpunkt weg oder „nach oben“ im Beschleunigungssignal vorliegt, wie dies in Fig. 2 durch den Abschnitt A12 des Verlaufssegments VS1 erkennbar ist. Abschließend wird der Ohrhörer 1 abgelegt, in eine Tasche gesteckt oder in anderer Weise verstaut, wobei üblicherweise Vibrationen bei der Stabilisierung des Ohrhörers in der neuen Position entstehen. In einem stationären Zustand des Ohrhörers 1 entspricht der Betrag des Beschleunigungssignals der Erdbeschleunigung. Wie an dem in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Verlauf erkennbar ist, oszilliert der Betrag des Beschleunigungssignals beim Heranführen des Ohrhörers 1 an das Ohr (Verlaufssegment VS3 in Fig. 2) und beim Wegführen des Ohrhörers 1 vom Ohr (Verlaufssegment VS1 in Fig. 2) um den Betrag der Erdbeschleunigung herum, so dass das Signal einer Periode eines Sinussignals ähnelt. Der Tragezustand kann somit durch Ermittlung eines charakteristischen Verlaufs eines Verlaufssegments in Form eines transienten, sinusähnlichen Signals bestimmt werden, das sich deutlich von den vorhergehenden und nachfolgenden Beschleunigungssignalen abhebt.
In Schritt M45 des Verfahrens M wird somit aus dem zeitlichen Verlauf des Beschleunigungssignals ein Verlaufssegment VS1, VS2, VS3, VS4 mit einem ersten charakteristischen Verlauf oder einem zweiten charakteristischen Verlauf ermittelt. Das Ermitteln eines Verlaufssegments VS1, VS2, VS3, VS4 mit einem ersten charakteristischen Verlauf oder einem zweiten charakteristischen Verlauf kann beispielsweise ein zeitliches Integrieren der einzelnen Abschnitte All, A12, A21, A22, A31, A32 und/oder ein Bestimmen der Maxima und Minima der Beträge der Abschnitte All, A12, A21, A22, A31, A32 und/oder ein Ermitteln einer Zeitdauer der Abschnitte All, A12, A21, A22, A31, A32 umfassen. Ein Verlaufssegment mit einem ersten oder einem zweiten charakteristischen Verlauf kann detektiert werden, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind: ein Betrag eines Maximums und ein Betrag eines Minimums des
Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; ein zeitliches Integral des ersten Abschnitts des Segments und ein zeitliches Integral des zweiten Abschnitts des Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; eine Zeitdauer des Segments überschreitet einen vorbestimmten
Schwellwert; eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum des Segments ist größer als eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden und eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments; eine Summe der Integrale des ersten und des zweiten Abschnitts des Segments ist größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segments und größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments;
Die Beträge von Maximum und Minimum des Segments sind nicht deutlich kleiner als bei einem zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segment und bei einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segment.
Das Vorliegen einer oder mehrerer dieser Bedingungen wird in Schritt M45 überprüft. Wenn eine oder mehrere dieser Bedingungen nicht erfüllt sind, kehrt
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das Verfahren zurück zu Schritt Ml, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol gezeigt ist. Wenn eine oder mehrere dieser Bedingungen erfüllt sind, wird als nächstes Schritt M55 ausgeführt, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol „+“ gezeigt ist. In Fig. 2 erfüllen beispielsweise die Verlaufssegmente VS1 und VS3 eine oder mehrere dieser Bedingungen.
In Schritt M55 wird überprüft, ob das Verlaufssegment VS1, VS2, VS3, VS4, welches den charakteristischen Verlauf aufweist, einen ersten Abschnitt All, A21, A31, A41 mit positivem Verlauf und einen auf diesen zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Abschnitt A12, A22, A32, A42 mit negativem Verlauf aufweist. Dieser Fall entspricht in Fig. 2 dem Verlaufssegment VS3. Wie oben bereits erläutert, repräsentiert das Verlaufssegment VS3 ein Heranführen des Ohrhörers 1 an das Ohr. Dementsprechend, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol „*“ gekennzeichnet ist, wird als nächstes in Schritt M4 bestimmt, dass ein erster Tragezustand des Ohrhörers 1 vorliegt, in welchem der Ohrhörer 1 am Ohr getragen wird.
In Schritt M55 wird außerdem überprüft, ob das Verlaufssegment VS1, VS2,
VS3, VS4, welches den charakteristischen Verlauf aufweist, einen ersten Abschnitt All, A21, A31, A41 mit negativem Verlauf und einen auf diesen zeitlich unmittelbar folgenden zweiten Abschnitt A12, A22, A32, A42 mit positivem Verlauf aufweist. Dieser Fall entspricht in Fig. 2 dem Verlaufssegment VS1. Wie oben bereits erläutert, repräsentiert das Verlaufssegment VS1 ein Wegführen des Ohrhörers 1 vom Ohr. Dementsprechend, wie dies in Fig. 3 durch das Symbol „#“ gekennzeichnet ist, wird als nächstes in Schritt M5 bestimmt, dass ein erster Tragezustand des Ohrhörers 1 vorliegt, in welchem der Ohrhörer 1 am Ohr getragen wird.
Optional kann, wenn der erste Tragezustand bestimmt wird, in Schritt M6 ein Betreiben des Ohrhörers in einem ersten Betriebsmodus erfolgen, in welchem das Audiomodul 2 des Ohrhörers 1 zur Ausgabe von Audiosignalen aktiviert ist. Dies kann beispielsweise einem automatischen Einschalten des Audiomoduls 2 entsprechen. In gleicher Weise kann der Ohrhörer 1 im optionalen Schritt M7 in einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Energieverbrauch des Ohrhörers 1 gegenüber dem ersten Betriebsmodus reduziert ist, betrieben werden, wenn der zweite Tragezustand bestimmt wird. Beispielsweise können in Schritt M7 das Audiomodul und optional weitere Komponenten des Ohrhörers ausgeschaltet werden.
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.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (M) zum Bestimmen eines Tragezustands eines Ohrhörers (1), umfassend:
Erfassen (Ml) von Beschleunigungsdaten des Ohrhörers (1) mittels eines in den Ohrhörer (1) integrierten Beschleunigungssensors (30);
Ermitteln (M2) eines zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten, wobei von einem Betrag der Beschleunigungsdaten der Betrag der Erdbeschleunigung subtrahiert wird;
Ermitteln (M3) von Verlaufssegmenten (VS1, VS2, VS3, VS4) aus dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigungsdaten, wobei die Verlaufssegmente (VS1, VS2,
VS3, VS4) jeweils durch einen ersten Abschnitt (All, A21, A31, A41) und einen zeitlich unmittelbar auf diesen folgenden zweiten Abschnitt (A12, A22, A32, A42) gebildet sind, und wobei der erste Abschnitt (All, A21, A31, A41) und der zweite Abschnitt (A12, A22, A32, A42) jeweils durch den Verlauf der Beschleunigungsdaten zwischen zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigungsdaten definiert sind;
Bestimmen (M4) eines ersten Tragezustands des Ohrhörers (1), in welchem der Ohrhörer (1) am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) mit einem ersten Abschnitt (All, A21, A31, A41) mit positivem Verlauf und einem zweiten Abschnitt (A12, A22, A32, A42) mit negativem Verlauf ermittelt (M55) wird und wenn für das Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) ein erster charakteristischer Verlauf ermittelt (M45) wird; und
Bestimmen (M5) eines zweiten Tragezustands des Ohrhörers (1), in welchem der Ohrhörer (1) nicht am Ohr getragen wird, wenn ein Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) mit einem ersten Abschnitt (All, A21, A31, A41) mit negativem Verlauf und einem zweiten Abschnitt (A12, A22, A32, A42) mit positivem Verlauf ermittelt (M55) wird und wenn für das Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) ein zweiter charakteristischer Verlauf ermittelt (M45) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste charakteristische Verlauf ermittelt wird, wenn das Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: ein Betrag eines Maximums und ein Betrag eines Minimums des
Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; ein zeitliches Integral des ersten Abschnitts des Segments und ein zeitliches Integral des zweiten Abschnitts des Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; eine Zeitdauer des Segments überschreitet einen vorbestimmten
Schwellwert; eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum des Segments ist größer als eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden und eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments; eine Summe der Integrale des ersten und des zweiten Abschnitts des Segments ist größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segments und größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments;
Die Beträge von Maximum und Minimum des Segments sind nicht deutlich kleiner als bei einem zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segment und bei einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segment.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite charakteristische Verlauf ermittelt wird, wenn das Verlaufssegment (VS1, VS2, VS3, VS4) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: ein Betrag eines Maximums und ein Betrag eines Minimums des
Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; ein zeitliches Integral des ersten Abschnitts des Segments und ein zeitliches Integral des zweiten Abschnitts des Segments überschreiten jeweils einen vorbestimmten Schwellwert; eine Zeitdauer des Segments überschreitet einen vorbestimmten
Schwellwert; eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum des Segments ist größer als eine Summe der Beträge von Maximum und Minimum eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden und eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments; eine Summe der Integrale des ersten und des zweiten Abschnitts des Segments ist größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segments und größer als eine Summe der Integrale eines ersten und eines zweiten Abschnitts eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segments;
Die Beträge von Maximum und Minimum des Segments sind nicht deutlich kleiner als bei einem zeitlich unmittelbar vorhergehenden Segment und bei einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Segment.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des zeitlichen Verlaufs zusätzlich ein Tiefpassfiltern der erfassten Beschleunigungsdaten umfasst.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend:
Betreiben (M6) des Ohrhörers (1) in einem ersten Betriebsmodus, in welchem ein Audiomodul (2) des Ohrhörers (1) zur Ausgabe von Audiosignalen aktiviert ist, wenn der erste Tragezustand bestimmt wird;
Betreiben (M7) des Ohrhörers (1) in einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Energieverbrauch des Ohrhörers (1) gegenüber dem ersten Betriebsmodus reduziert ist, wenn der zweite Tragezustand bestimmt wird.
6. Ohrhörersystem (100), mit: einem Ohrhörer (1) mit einem Audiomodul (2), das zur Ausgabe eines Audiosignals eingerichtet ist, und einer Sensoreinrichtung (30) mit einem Beschleunigungssensor (30), welcher dazu eingerichtet ist, eine des Ohrhörers (1) zu erfassen; und einer Prozessoreinrichtung (110), welche dazu eingerichtet ist, den Ohrhörer (1) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche zu veranlassen.
7. Ohrhörersystem (100) nach Anspruch 6, wobei der Beschleunigungssensor (30) ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor ist, welcher dazu eingerichtet ist, Beschleunigungen in drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen zu erfassen.
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