WO2023083523A1 - Headphone comprising a magnetic field sensor apparatus for a brain-machine interface - Google Patents

Headphone comprising a magnetic field sensor apparatus for a brain-machine interface Download PDF

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WO2023083523A1
WO2023083523A1 PCT/EP2022/076821 EP2022076821W WO2023083523A1 WO 2023083523 A1 WO2023083523 A1 WO 2023083523A1 EP 2022076821 W EP2022076821 W EP 2022076821W WO 2023083523 A1 WO2023083523 A1 WO 2023083523A1
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headphones
sensor
magnetic field
nitrogen
evaluation unit
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PCT/EP2022/076821
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German (de)
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Inventor
Tino Fuchs
Robert Roelver
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication

Definitions

  • the present invention relates to a headphone comprising a magnetic field sensor device for a brain-machine interface, wherein the magnetic field sensor device is a gradiometer with at least two magnetic field sensors arranged at mutually spaced positions, wherein when the headphone is worn by a person, a first magnetic field sensor has a smaller distance to the person's brain as a second magnetic field sensor.
  • the invention also relates to a method for controlling the function of headphones, an audio playback device or a smartphone.
  • Wireless in-ear headphones are known in the consumer sector.
  • a major disadvantage of wireless in-ear headphones is the fact that manual interaction of the user with the headphones or the playback device is necessary to change the volume, pause playback and perform other functions of an audio playback device.
  • the user has to unlock a smartphone and then touch the corresponding symbols on the touch display in order to control audio playback. Or a function is triggered by tapping or touching the in-ear headphones with your finger.
  • a touch display cannot be operated.
  • WO 2008/004194 A1 discloses a device that can be arranged on a head for measuring the magnetic brain reaction to auditory stimuli.
  • the device includes a first housing adapted to be attached to the head at the right auditory cortex.
  • the first housing includes a set of optically pumped magnetometers to measure the brain's magnetic response to auditory stimuli.
  • the device also includes an output interface for transmitting the measurement data to an external device.
  • US 2020/0334559 A1 discloses a magnetic field measuring system with a first and a second magnetic field sensor, which are arranged in a wearable article, wherein the wearable article is configured for placement on a user's head.
  • the first magnetic sensor is arranged closer to the user's head than the second magnetic field sensor.
  • US 2017/202518 A1 discloses a method for generating a brain-machine interface, brain signals being received by at least one sensor, noise being filtered out of the received signals, the filtered data being classified into predetermined classes of brain states. The method further includes executing a command corresponding to the sensed brain state.
  • the present invention is based on the object of providing a headphone that allows a user of the headphone to interact significantly more effectively, for example with an audio playback device or a smartphone, and can be used in such a way that optimum ease of use is achieved while at the same time protecting the privacy of the user is made possible.
  • a headphone comprising a magnetic field sensor device for a brain-machine interface, wherein the magnetic field sensor device Gradiometer with at least two magnetic field sensors arranged at mutually spaced positions, wherein when the headphone is worn by a person, a first magnetic field sensor has a smaller distance to the person's brain than a second magnetic field sensor, wherein it is further provided that the magnetic field sensors nitrogen fault sensors are.
  • magnetoencephalogram signals of a person can be measured without contact, and their conscious control intention, such as for the functions louder/quieter, next track/previous track, stop and start playback, for an audio playback device and/or for a smartphone or smartwatch, are recognized and transmitted to the playback device or smartphone.
  • the magnetic field sensor device can be designed as an active (endogenous), reactive (exogenous) or passive magnetic field sensor device.
  • the magnetic field sensor device comprises a first magnetic field sensor and a second magnetic field sensor, the first magnetic field sensor being at a smaller distance from the person's brain than a second magnetic field sensor.
  • background fields such as the natural earth's magnetic field with strengths of approx. 50 pT or magnetic interference fields from vehicles, which are approx. 1 nT to 10 nT, can be eliminated.
  • the magnetic field sensors are nitrogen defect sensors.
  • Nitrogen vacancy sensors are based on the measurement of a fluorescence spectrum of nitrogen centers in a diamond.
  • the magnetic field sensitivity is defined by the minimum resolvable frequency shift and can reach up to 1 pT. Since the nitrogen vacancy center in single-crystal diamond has four ways of arranging itself in the crystal lattice, when a directed magnetic field is present, the nitrogen vacancy centers present in the crystal react differently to the external magnetic field, depending on their position in the crystal. As a result, in the maximum case, four pairs of fluorescence minima associated with one another can appear in the spectrum, from the shape and position of which the magnitude and direction of the magnetic field can be clearly determined.
  • nitrogen defect sensors have a sensitivity of 1 pT at a sampling rate of 1 Hz.
  • nitrogen defect sensors can be miniaturized and are therefore particularly suitable for use in headphones.
  • each nitrogen vacancy sensor comprises a diamond, optical filters and photodetectors, and more preferably a microwave resonator and/or a light source, in particular a laser.
  • the microwave resonator and/or the light source can also be located at a distance from the nitrogen vacancy sensors.
  • the headphones are preferably over-ear headphones or in-ear headphones or on-ear headphones. More preferably, it can be provided that the first nitrogen vacancy sensor is at a distance of 0.5 cm to 2 cm, preferably 1 cm to 1.5 cm, from the second nitrogen vacancy sensor.
  • Magnetic field measurements of the brain activity are carried out simultaneously by means of the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor. It can be assumed that the strength of the background field or interference field, such as the earth's magnetic field or interference fields from motor vehicles, etc., are the same at the two positions of the nitrogen vacancy sensors, while the magnetic field generated by the brain shows a clear difference or gradient between the two Positions of the nitrogen vacancy sensors.
  • the background field or interference field such as the earth's magnetic field or interference fields from motor vehicles, etc.
  • the at least two nitrogen defect sensors are designed to measure a magnetic field at the spaced-apart positions and to generate a measurement signal.
  • an evaluation unit can be provided, with the evaluation unit preferably being integrated into the headphones, with the evaluation unit also preferably being designed to determine a differential signal of the measurement signals of the at least two nitrogen defect sensors.
  • the evaluation unit can be integrated into the headphones, but can also be integrated into a playback device or smartphone, for example.
  • the evaluation unit is also preferably designed to determine a differential signal of the measurement signals of the at least two nitrogen defect sensors.
  • the measurement signal Bi BGehim.i + Bextem of the first nitrogen vacancy sensor is proportional to the sum of the magnetic field BGehim.i generated by the brain at the position of the first nitrogen vacancy sensor and the external interference fields Bextem.
  • the measurement signal B2 BGehim,2 + B ex tem of the second nitrogen defect sensor is proportional to the sum of the magnetic field BGehim,2 generated by the brain at the position of the second nitrogen defect sensor and the external interference fields B ex tem.
  • the magnetic field BGehim,2 at the position of the second nitrogen vacancy sensor, which is further away from the person's brain, is significantly smaller than the magnetic field BGehim,i at the position of the first nitrogen vacancy sensor, which is arranged closer to the person's brain, so that BGehim,2 ⁇ 0
  • the evaluation unit is designed to filter the measurement signals and/or the differential signal with a high-pass filter and/or low-pass filter.
  • the evaluation unit is designed to evaluate the measurement signals and/or the differential signal, in particular a signal curve, using a pattern recognition method.
  • the evaluation unit is designed to assign the measurement signals and/or the difference signal, in particular in the pattern recognition method, to a function of the headphones and to carry out the function.
  • an intention to control a person wearing the headphones can be determined by means of the evaluation unit, in particular by means of the pattern recognition method, and the function corresponding to the intention to control can be executed.
  • the control intention or the function corresponding to the control intention can be, for example, changing the volume, starting or ending audio playback, etc.
  • the brain activity representing the control intention generates a magnetic field, which is measured by the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor of the magnetic field sensor device and converted into measurement signals. After possibly generating a difference signal and/or filtering the measurement signals and/or the difference signal, the measurement signals and/or the difference signal can be assigned to a function, for example the headphones and/or a playback device, using the pattern recognition method.
  • the artificial neural network in particular the deep one, has been trained beforehand on brain signals with known control intentions.
  • the control intention or the function is carried out.
  • the headphones have an earphone, with the first nitrogen deficiency sensor and/or the second nitrogen deficiency sensor being arranged in the earphone, and/or that the headphones have an earpiece, with the first nitrogen deficiency sensor and/or the second nitrogen vacancy sensor is arranged in the earpiece, and/or that the headphones have a bracket, the first nitrogen vacancy sensor and/or the second nitrogen vacancy sensor being arranged in the bracket.
  • In-ear headphones have so-called earphones, which are at least partially positioned in a person's auditory canal.
  • the first and/or the second nitrogen defect sensor can be arranged in the earphone.
  • An earpiece is usually provided in the case of over-ear or on-ear headphones.
  • the first nitrogen defect sensor and/or the second nitrogen defect sensor can be arranged in the earpiece.
  • on-ear or over-ear headphones usually have a bracket. It can therefore be provided that the first nitrogen defect sensor and/or the second nitrogen defect sensor is arranged in the bracket.
  • mixed forms can also be provided, with a first nitrogen defect sensor being arranged in an earpiece, for example, and with a second nitrogen defect sensor being arranged in a bracket.
  • first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor are arranged in the same earpiece, or that the first nitrogen vacancy sensor is arranged in a first earpiece and that the second nitrogen vacancy sensor is arranged in a second earpiece.
  • first nitrogen vacancy sensor is arranged in a first earpiece and that the second nitrogen vacancy sensor is arranged in the bracket, or that the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor are arranged in the bracket.
  • a further solution to the problem on which the invention is based is a method for controlling the function of a headphone, an audio playback device or a smartphone using a headphone as described above, comprising the steps:
  • the step of determining a differential signal from the first measurement signal and the second measurement signal and assigning the differential signal to a function of the headphones, an audio playback device or a smartphone is preferably provided.
  • FIG. 2 shows over-ear headphones with a magnetic field sensor device
  • FIG. 3 shows a flowchart for a method for controlling the function of headphones, an audio playback device or a smartphone.
  • Fig. 1 shows a headphone 100, which is designed as an in-ear headphone 10 and two earphones 11, 12 includes.
  • a magnetic field sensor device 13 for a brain-machine interface arranged.
  • the magnetic field sensor device 13 is designed in the form of a gradiometer and has two magnetic field sensors 14a, 14b arranged at positions spaced apart from one another.
  • the magnetic field sensors 14a, 14b are constructed as nitrogen defect sensors 15a, 15b.
  • the first nitrogen defect sensor 15a to be arranged in a first earphone 11 and for the second nitrogen defect sensor 15b to be arranged in a second earphone 12 .
  • the nitrogen defect sensors 15a, 15b each have a diamond (not shown in detail), optical filters and photodetectors.
  • a laser 16 and a microwave resonator 17 are also provided.
  • the two nitrogen defect sensors 15a, 15b are exposed to light from the laser 16 and microwaves from the microwave resonator 17 using appropriate guide means 20.
  • the first nitrogen vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged at a distance of approximately 0.5 cm to 2 cm from one another. When the earphone 11 is worn by a person, the first nitrogen vacancy sensor 15a is closer to the person's brain than the second nitrogen vacancy sensor 15b.
  • the headphones 100 are connected to a playback device (not shown), such as a smartphone or a smartwatch, via radio contact, such as Bluetooth.
  • the two nitrogen defect sensors 15a, 15b each measure a magnetic field at the spaced positions and generate measurement signals.
  • the measurement signals are transmitted via cable 18 to an evaluation unit 19, which generates a difference signal from the measurement signals in order to eliminate background fields.
  • the measurement signals or the difference signal are also filtered by the evaluation unit 19 with a high-pass filter or low-pass filter.
  • the evaluation unit 19 carries out a pattern recognition method using an artificial neural network which it executes, which assigns the measurement signals and/or the difference signal to a control intention or a function of the playback device. If a function or an intention to control is recognized, the evaluation unit 19 is also designed to carry out the function.
  • the control intent may be to increase or decrease the volume decrease, select the next track or the previous track, or stop or start playback.
  • FIG. 2 shows headphones 100 in the form of over-ear headphones 21, which have two earpieces 22, 23 and a bracket 24.
  • components identical to or corresponding to the components of the headphone 100 of FIG. 1 are identified by the same reference symbols.
  • the first nitrogen vacancy sensor 15a is disposed in a first earpiece 22 and a second nitrogen vacancy sensor 15b is disposed in the yoke 24.
  • the evaluation unit 19 is located in the second earpiece 23.
  • first nitrogen defect sensor 15a is arranged in the first earpiece 22 and that the second nitrogen defect sensor 15b is arranged in the second earpiece 23, or that the first nitrogen - Vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged in the first earpiece 22, or that the first nitrogen vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged in the bracket 24.
  • Fig. 3 shows a flowchart for a method 200 for controlling the function of a headphone, an audio playback device or a smartphone using a headphone 100 according to the invention.
  • a magnetic field is measured at the position of the first nitrogen vacancy sensor 15a, and it a first measurement signal is generated by means of the first nitrogen defect sensor 15a.
  • the magnetic field at the position of the second nitrogen vacancy sensor 15b is measured at the same time, and a second measurement signal is generated by means of the second nitrogen vacancy sensor 15a.
  • the first measurement signal and the second measurement signal and/or a differential signal from the first measurement signal and the second measurement signal are assigned to a function of the headphones 100, an audio playback device or a smartphone.
  • the function is executed in a third method step S3.

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Abstract

To provide a headphone that facilitates distinctly more effective interaction by a user of the headphone, for example with an audio reproduction device or a smartphone, and can be used in such a way that it facilitates optimum operating convenience while simultaneously maintaining the privacy of the user, a headphone (100) comprising a magnetic field sensor apparatus (13) for a brain-machine interface is proposed, wherein the magnetic field sensor apparatus (13) is a gradiometer having at least two magnetic field sensors (14a, 14b) arranged at positions that are spaced apart from one another, wherein, when the headphone is worn by a person, a first magnetic field sensor (14a) is at a shorter distance from the brain of the person than a second magnetic field sensor (14b), and wherein the magnetic field sensors (14a, 14b) are nitrogen vacancy sensors (15a, 15b).

Description

Robert Bosch GmbH, Stuttgart Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Kopfhörer umfassend eine Magnetfeldsensorvorrichtung für eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle Headphones comprising a magnetic field sensor device for a brain-machine interface
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kopfhörer umfassend eine Magnetfeldsensorvorrichtung für eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung ein Gradiometer mit mindestens zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren ist, wobei, wenn der Kopfhörer von einer Person getragen wird, ein erster Magnetfeldsensor einen geringeren Abstand zu dem Gehirn der Person aufweist als ein zweiter Magnetfeldsensor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Funktionssteuerung eines Kopfhörers, eines Audio-Wiedergabegeräts oder eines Smartphones. The present invention relates to a headphone comprising a magnetic field sensor device for a brain-machine interface, wherein the magnetic field sensor device is a gradiometer with at least two magnetic field sensors arranged at mutually spaced positions, wherein when the headphone is worn by a person, a first magnetic field sensor has a smaller distance to the person's brain as a second magnetic field sensor. The invention also relates to a method for controlling the function of headphones, an audio playback device or a smartphone.
Stand der Technik State of the art
Im Consumer-Bereich sind drahtlose In-Ear-Kopfhörer bekannt. Ein wesentlicher Nachteil von drahtlosen In-Ear-Kopfhörern ist der Umstand, dass für die Änderung der Lautstärke, das Anhalten der Wiedergabe und die Ausführung weiterer Funktionen eines Audio-Wiedergabegerätes eine händische Interaktion des Nutzers mit dem Kopfhörer oder dem Wiedergabegerät notwendig ist. So ist zum Beispiel bekannt, dass der Nutzer ein Smartphone entsperren und anschließend auf dem Touchdisplay entsprechende Symbole berühren muss, um eine Audiowiedergabe zu steuern. Oder es wird durch Klopfen oder Berühren mit dem Finger an die In-Ear-Kopfhörer eine Funktion ausgelöst. In vielen Fällen ist eine solche Interaktion nicht oder nur eingeschränkt möglich. Im Winter zum Beispiel, wenn Handschuhe getragen werden, kann ein Touchdisplay nicht bedient werden. Im öffentlichen Raum, wie zum Beispiel in Bussen oder U- Bahnen, bevorzugen es Personen meist, dass das Smartphone beziehungsweise dessen Inhalte nicht Dritten angezeigt werden. Das Klopfen per Finger an die drahtlosen Kopfhörer ist hier zwar etwas vorteilhafter, stellt aber prinzipbedingt nur wenige vordefinierte Befehle bereit. Aus der WO 2008/004194 Al ist eine an einem Kopf anordbare Vorrichtung zur Messung der magnetischen Gehirnreaktion auf auditorische Reize bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Gehäuse, das so angepasst ist, dass es am Kopf am rechten auditorischen Kortex angebracht werden kann. Das erste Gehäuse umfasst einen Satz optisch gepumpter Magnetometer zur Messung der magnetischen Gehirnreaktion auf auditorische Reize. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Ausgabeschnittstelle zum Übertragen der Messdaten an ein externes Gerät. Wireless in-ear headphones are known in the consumer sector. A major disadvantage of wireless in-ear headphones is the fact that manual interaction of the user with the headphones or the playback device is necessary to change the volume, pause playback and perform other functions of an audio playback device. For example, it is known that the user has to unlock a smartphone and then touch the corresponding symbols on the touch display in order to control audio playback. Or a function is triggered by tapping or touching the in-ear headphones with your finger. In many cases, such an interaction is not possible or only possible to a limited extent. In winter, for example, when gloves are worn, a touch display cannot be operated. In public spaces, such as in buses or subways, people usually prefer that the smartphone or its content is not displayed to third parties. Tapping the wireless headphones with your finger is a bit more advantageous here, but due to the principle it only provides a few predefined commands. WO 2008/004194 A1 discloses a device that can be arranged on a head for measuring the magnetic brain reaction to auditory stimuli. The device includes a first housing adapted to be attached to the head at the right auditory cortex. The first housing includes a set of optically pumped magnetometers to measure the brain's magnetic response to auditory stimuli. The device also includes an output interface for transmitting the measurement data to an external device.
Die US 2020/0334559 Al offenbart ein Magnetfeldmesssystem mit einem ersten und einem zweiten Magnetfeldsensor, welcher in einem tragbaren Artikel angeordnet sind, wobei der tragbare Artikel zur Platzierung auf einem Kopf eines Benutzers konfiguriert ist. Der erste magnetische Sensor ist dabei näher an dem Kopf des Benutzers angeordnet als der zweite magnetische Magnetfeldsensor. US 2020/0334559 A1 discloses a magnetic field measuring system with a first and a second magnetic field sensor, which are arranged in a wearable article, wherein the wearable article is configured for placement on a user's head. The first magnetic sensor is arranged closer to the user's head than the second magnetic field sensor.
Die US 2017/202518 Al offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Gehirn- Maschine-Schnittstelle, wobei Gehirnsignale von mindestens einem Sensor empfangen werden, wobei das Rauschen aus den empfangenen Signalen herausgefiltert wird, wobei die gefilterten Daten in vorbestimmten Klassen von Gehirnzuständen klassifiziert werden. Ferner umfasst das Verfahren das Ausführen eines Befehls, der dem erfassten Gehirnzustand entspricht. US 2017/202518 A1 discloses a method for generating a brain-machine interface, brain signals being received by at least one sensor, noise being filtered out of the received signals, the filtered data being classified into predetermined classes of brain states. The method further includes executing a command corresponding to the sensed brain state.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kopfhörer bereitzustellen, der eine deutlich effektivere Interaktion eines Nutzers des Kopfhörers, beispielsweise mit einem Audio-Wiedergabegerät oder einem Smartphone, ermöglicht und derart genutzt werden kann, dass ein optimaler Bedienkomfort bei gleichzeitiger Wahrung der Privatsphäre des Nutzers ermöglicht wird. The present invention is based on the object of providing a headphone that allows a user of the headphone to interact significantly more effectively, for example with an audio playback device or a smartphone, and can be used in such a way that optimum ease of use is achieved while at the same time protecting the privacy of the user is made possible.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Kopfhörer umfassend eine Magnetfeldsensorvorrichtung für eine Gehirn-Maschine- Schnittstelle vorgeschlagen, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung ein Gradiometer mit mindestens zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren ist, wobei, wenn der Kopfhörer von einer Person getragen wird, ein erster Magnetfeldsensor einen geringeren Abstand zu dem Gehirn der Person aufweist als ein zweiter Magnetfeldsensor, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Magnetfeldsensoren Stickstoff- Fehlstellensensoren sind. To solve the problem underlying the invention, a headphone is proposed comprising a magnetic field sensor device for a brain-machine interface, wherein the magnetic field sensor device Gradiometer with at least two magnetic field sensors arranged at mutually spaced positions, wherein when the headphone is worn by a person, a first magnetic field sensor has a smaller distance to the person's brain than a second magnetic field sensor, wherein it is further provided that the magnetic field sensors nitrogen fault sensors are.
Mittels der Stickstoff- Fehlstellensensoren der Magnetfeldsensorvorrichtung können Magnetenzephalogramm-Signale (MEG-Signale) einer Person berührungslos gemessen werden, und es kann deren bewusste Steuerungsabsicht, wie beispielsweise für die Funktionen lauter/leiser, nächster Titel/vorangegangener Titel, Stopp und Start der Wiedergabe, für ein Audio- Wiedergabegerät und/oder für ein Smartphone oder eine Smartwatch, erkannt werden und an das Wiedergabegerät oder Smartphone übertragen werden. Die Magnetfeldsensorvorrichtung kann dabei als aktive (endogene), reaktive (exogene) oder passive Magnetfeldsensorvorrichtung ausgestaltet sein. Using the nitrogen vacancy sensors of the magnetic field sensor device, magnetoencephalogram signals (MEG signals) of a person can be measured without contact, and their conscious control intention, such as for the functions louder/quieter, next track/previous track, stop and start playback, for an audio playback device and/or for a smartphone or smartwatch, are recognized and transmitted to the playback device or smartphone. The magnetic field sensor device can be designed as an active (endogenous), reactive (exogenous) or passive magnetic field sensor device.
Erfindungsgemäß umfasst die Magnetfeldsensorvorrichtung einen ersten Magnetfeldsensor und einen zweiten Magnetfeldsensor, wobei der erste Magnetfeldsensor einen geringeren Abstand zu dem Gehirn der Person aufweist als ein zweiter Magnetfeldsensor. Durch die Verwendung von zwei in unterschiedlichen Abständen zu dem Gehirn der Person angeordneten Magnetfeldsensoren können Hintergrundfelder, wie beispielsweise das natürlich Erdmagnetfeld mit Stärken von ca. 50 pT oder magnetische Störfelder von Fahrzeugen, welche etwa 1 nT bis 10 nT betragen, eliminiert werden. According to the invention, the magnetic field sensor device comprises a first magnetic field sensor and a second magnetic field sensor, the first magnetic field sensor being at a smaller distance from the person's brain than a second magnetic field sensor. By using two magnetic field sensors arranged at different distances from the person's brain, background fields such as the natural earth's magnetic field with strengths of approx. 50 pT or magnetic interference fields from vehicles, which are approx. 1 nT to 10 nT, can be eliminated.
Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren Stickstoff- Fehlstellensensoren sind. It is further provided according to the invention that the magnetic field sensors are nitrogen defect sensors.
Stickstoff- Fehlstellensensoren beruhen auf der Messung eines Fluoreszenzspektrums von Stickstoffzentren in einem Diamanten. Das Spektrum eines Diamanten mit Stickstoff- Fehlstellen zeigt bei optischer Anregung eine Fluoreszenz im roten Wellenlängenbereich. Strahlt man neben der optischen Anregung Mikrowellenstrahlung ein, kommt es bei 2,88 GHz zu einem Einbruch der Fluoreszenz, da die Elektronen in diesem Fall vom ms= 0 Niveau des 3A- Zustandes auf das ms= +/-1 Niveau des 3E-Zustands gehoben werden und von dort nichtstrahlend rekombinieren. Bei einem externen Magnetfeld kommt es zur Aufspaltung der ms-Niveaus, das sogenannte Zeeman-Splitting, und es zeigen sich bei Auftragung der Fluoreszenz über die Frequenz der Mikrowellenanregung zwei Dips im Fluoreszenzspektrum, deren Frequenzabstand proportional zur magnetischen Feldstärke ist. Die Magnetfeldsensitivität wird dabei durch die minimal auflösbare Frequenzverschiebung definiert und kann bis 1 pT erreichen. Da das Stickstoff- Fehlstellenzentrum im einkristallinen Diamant vier Möglichkeiten besitzt, sich im Kristallgitter anzuordnen, kommt es bei Anwesenheit eines gerichteten Magnetfeldes dazu, dass die im Kristall vorhandenen Stickstoff- Fehlstellenzentren je nach Lage im Kristall unterschiedlich stark auf das äußere Magnetfeld reagieren. Dadurch können im Maximalfall vier einander zugehörige Paare von Fluoreszenzminima im Spektrum auftauchen, aus deren Form und Lage zueinander Betrag und Richtung des Magnetfeldes eindeutig bestimmbar sind. Nitrogen vacancy sensors are based on the measurement of a fluorescence spectrum of nitrogen centers in a diamond. The spectrum of a diamond with nitrogen vacancies shows fluorescence in the red wavelength range when optically excited. If microwave radiation is irradiated in addition to the optical excitation, the fluorescence collapses at 2.88 GHz, since the electrons in this case are from the m s = 0 level of the 3A be raised to the m s = +/-1 level of the 3E state and recombine non-radiatively from there. An external magnetic field splits the m s levels, the so-called Zeeman splitting, and two dips in the fluorescence spectrum can be seen when the fluorescence is plotted against the frequency of the microwave excitation, the frequency spacing of which is proportional to the magnetic field strength. The magnetic field sensitivity is defined by the minimum resolvable frequency shift and can reach up to 1 pT. Since the nitrogen vacancy center in single-crystal diamond has four ways of arranging itself in the crystal lattice, when a directed magnetic field is present, the nitrogen vacancy centers present in the crystal react differently to the external magnetic field, depending on their position in the crystal. As a result, in the maximum case, four pairs of fluorescence minima associated with one another can appear in the spectrum, from the shape and position of which the magnitude and direction of the magnetic field can be clearly determined.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines Stickstoff- Fehlstellensensors sind dem Fachmann darüber hinaus bekannt. The structure and the mode of operation of a nitrogen defect sensor are also known to those skilled in the art.
Aktuelle Prototypen von Stickstoff- Fehlstellensensoren weisen eine Empfindlichkeit von 1 pT bei einer Abtastrate von 1 Hz auf. Darüber hinaus sind Stickstoff- Fehlstellensensoren miniaturisierbar und deshalb besonders für den Einsatz in einem Kopfhörer geeignet. Current prototype nitrogen vacancy sensors have a sensitivity of 1 pT at a sampling rate of 1 Hz. In addition, nitrogen defect sensors can be miniaturized and are therefore particularly suitable for use in headphones.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass jeder Stickstoff- Fehlstellensensor einen Diamanten, optische Filter und Fotodetektoren, und weiter bevorzugt einen Mikrowellenresonator und/oder eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, umfasst. Provision is preferably made for each nitrogen vacancy sensor to comprise a diamond, optical filters and photodetectors, and more preferably a microwave resonator and/or a light source, in particular a laser.
Der Mikrowellenresonator und/oder die Lichtquelle können jedoch auch beanstandet von den Stickstoff- Fehlstellensensoren angeordnet sein. However, the microwave resonator and/or the light source can also be located at a distance from the nitrogen vacancy sensors.
Ferner bevorzugt ist der Kopfhörer ein Over- Ear- Kopfhörer oder ein In-Ear- Kopfhörer oder ein On- Ear- Kopfhörer. Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor einen Abstand von 0,5 cm bis 2 cm, bevorzugt 1 cm bis 1,5 cm, zu dem zweiten Stickstoff- Fehlstellensensor aufweist. Furthermore, the headphones are preferably over-ear headphones or in-ear headphones or on-ear headphones. More preferably, it can be provided that the first nitrogen vacancy sensor is at a distance of 0.5 cm to 2 cm, preferably 1 cm to 1.5 cm, from the second nitrogen vacancy sensor.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei einem Abstand der Stickstoff- Fehlstellensensoren im Gradiometer von 0,5 cm bis 2 cm ein für die Messung von Biomagnetfeldern idealer Abstand vorliegt. Investigations by the applicant have shown that a distance between the nitrogen defect sensors in the gradiometer of 0.5 cm to 2 cm is an ideal distance for measuring biomagnetic fields.
Mittels des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors und des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors werden gleichzeitig Magnetfeldmessungen der Gehirnaktivität durchgeführt. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die Stärke des Hintergrundfeldes oder Störfeldes, wie beispielsweise das Erdmagnetfeld oder Störfelder von Kraftfahrzeugen etc., an den beiden Positionen der Stickstoff- Fehlstellensensoren gleich sind, während das vom Gehirn erzeugte Magnetfeld einen deutlichen Unterschied beziehungsweise Gradienten zwischen den beiden Positionen der Stickstoff- Fehlstellensensoren aufweist. Magnetic field measurements of the brain activity are carried out simultaneously by means of the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor. It can be assumed that the strength of the background field or interference field, such as the earth's magnetic field or interference fields from motor vehicles, etc., are the same at the two positions of the nitrogen vacancy sensors, while the magnetic field generated by the brain shows a clear difference or gradient between the two Positions of the nitrogen vacancy sensors.
Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens zwei Stickstoff- Fehlstellensensoren ausgebildet sind, ein Magnetfeld an den beabstandeten Positionen zu messen und ein Messsignal zu erzeugen. It is therefore preferably provided that the at least two nitrogen defect sensors are designed to measure a magnetic field at the spaced-apart positions and to generate a measurement signal.
Ferner kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, wobei die Auswerteeinheit bevorzugt in den Kopfhörer integriert ist, wobei die Auswerteeinheit weiter bevorzugt ausgebildet ist, ein Differenzsignal der Messsignale der mindestens zwei Stickstoff- Fehlstellensensoren zu ermitteln. Furthermore, an evaluation unit can be provided, with the evaluation unit preferably being integrated into the headphones, with the evaluation unit also preferably being designed to determine a differential signal of the measurement signals of the at least two nitrogen defect sensors.
Die Auswerteeinheit kann in den Kopfhörer integriert sein, kann jedoch auch beispielsweise in ein Wiedergabegerät oder Smartphone integriert sein. The evaluation unit can be integrated into the headphones, but can also be integrated into a playback device or smartphone, for example.
Die Auswerteeinheit ist ferner bevorzugt dazu ausgebildet, ein Differenzsignal der Messsignale der mindestens zwei Stickstoff- Fehlstellensensoren zu ermitteln. Das Messsignal Bi = BGehim.i + Bextem des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors ist proportional zu der Summe des vom Gehirn erzeugten Magnetfeldes BGehim.i an der Position des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors sowie der äußeren Störfelder Bextem. Das Messsignal B2 = BGehim,2 + Bextem des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors ist proportional zu der Summe des vom Gehirn erzeugten Magnetfeldes BGehim,2 an der Position des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors sowie der äußeren Störfelder Bextem. Durch Differenzbildung Boehim ~ Bi - B2 kann somit das vom Gehirn erzeugte Magnetfeld Boehim, bzw. dessen Gradient, ermittelt werden. Dabei ist das Magnetfeld BGehim,2 an der Position des weiter vom Gehirn der Person entfernten zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors wesentlich kleiner als das Magnetfeld BGehim.i an der Position des näher am Gehirn der Person angeordneten ersten Stickstoff- Fehlstellensensors, so dass BGehim,2 ~ 0. The evaluation unit is also preferably designed to determine a differential signal of the measurement signals of the at least two nitrogen defect sensors. The measurement signal Bi = BGehim.i + Bextem of the first nitrogen vacancy sensor is proportional to the sum of the magnetic field BGehim.i generated by the brain at the position of the first nitrogen vacancy sensor and the external interference fields Bextem. The measurement signal B2 = BGehim,2 + B ex tem of the second nitrogen defect sensor is proportional to the sum of the magnetic field BGehim,2 generated by the brain at the position of the second nitrogen defect sensor and the external interference fields B ex tem. By subtracting Boehim ~ Bi - B2, the magnetic field Boehim generated by the brain, or its gradient, can be determined. The magnetic field BGehim,2 at the position of the second nitrogen vacancy sensor, which is further away from the person's brain, is significantly smaller than the magnetic field BGehim,i at the position of the first nitrogen vacancy sensor, which is arranged closer to the person's brain, so that BGehim,2 ~ 0
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Messignale und/oder das Differenzsignal mit einem Hochpass und/oder Tiefpass zu filtern. With a further advantage, it can be provided that the evaluation unit is designed to filter the measurement signals and/or the differential signal with a high-pass filter and/or low-pass filter.
Durch die Filterung der Messsignale beziehungsweise des Differenzsignals mittels eines Tiefpasses können Rauschanteile mit Frequenzen deutlich oberhalb der Hirnsignalfrequenz eliminiert werden. By filtering the measurement signals or the difference signal using a low-pass filter, noise components with frequencies significantly above the brain signal frequency can be eliminated.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Messsignale und/oder das Differenzsignal, insbesondere einen Signalverlauf, mit einem Mustererkennungsverfahren auszuwerten. Furthermore, it can be provided that the evaluation unit is designed to evaluate the measurement signals and/or the differential signal, in particular a signal curve, using a pattern recognition method.
Dabei ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Messsignale und/oder das Differenzsignal, insbesondere in dem Mustererkennungsverfahren, einer Funktion des Kopfhörers zuzuordnen und die Funktion auszuführen. It is further preferably provided that the evaluation unit is designed to assign the measurement signals and/or the difference signal, in particular in the pattern recognition method, to a function of the headphones and to carry out the function.
Somit kann eine Steuerungsabsicht einer den Kopfhörer tragenden Person, mittels der Auswerteeinheit, insbesondere mittels des Mustererkennungsverfahrens, festgestellt und die der Steuerungsabsicht entsprechende Funktion ausgeführt werden. Die Steuerungsabsicht bzw. die der Steuerungsabsicht entsprechende Funktion kann beispielsweise die Änderung der Lautstärke, der Start oder das Beenden einer Audiowiedergabe, etc. sein. Die die Steuerungsabsicht repräsentierende Gehirnaktivität erzeugt ein Magnetfeld, welches von dem ersten Stickstoff- Fehlstellensensor und dem zweiten Stickstoff- Fehlstellensensor der Magnetfeldsensorvorrichtung gemessen und in Messsignale umgewandelt wird. Nach gegebenenfalls Erzeugung eines Differenzsignals und/oder Filterung der Messsignale und/oder des Differenzsignals können mittels des Mustererkennungsverfahrens die Messsignale und/oder das Differenzsignal einer Funktion, beispielsweise des Kopfhörers und/oder eines Wiedergabegerätes zugeordnet werden. Thus, an intention to control a person wearing the headphones can be determined by means of the evaluation unit, in particular by means of the pattern recognition method, and the function corresponding to the intention to control can be executed. The control intention or the function corresponding to the control intention can be, for example, changing the volume, starting or ending audio playback, etc. The brain activity representing the control intention generates a magnetic field, which is measured by the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor of the magnetic field sensor device and converted into measurement signals. After possibly generating a difference signal and/or filtering the measurement signals and/or the difference signal, the measurement signals and/or the difference signal can be assigned to a function, for example the headphones and/or a playback device, using the pattern recognition method.
Bevorzug ist dabei vorgesehen, dass das Mustererkennungsverfahren mit einem von der Auswerteeinheit ausgeführten künstlichen neuronalen Netz durchgeführt wird. Provision is preferably made for the pattern recognition method to be carried out using an artificial neural network executed by the evaluation unit.
Das, insbesondere tiefe, künstliche neuronale Netz ist dabei zuvor an Gehirnsignalen mit bekannten Steuerungsabsichten trainiert worden. The artificial neural network, in particular the deep one, has been trained beforehand on brain signals with known control intentions.
Bei hinreichender Übereinstimmung der Messsignale beziehungsweise der Differenzsignale mit den zuvor trainierten Signalen wird die Steuerungsabsicht oder die Funktion durchgeführt. If the measurement signals or the difference signals correspond sufficiently to the previously trained signals, the control intention or the function is carried out.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Kopfhörer einen Ohrhörer aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem Ohrhörer angeordnet ist, und/oder dass der Kopfhörer eine Hörmuschel aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in der Hörmuschel angeordnet ist, und/oder dass der Kopfhörer einen Bügel aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem Bügel angeordnet ist. With a further advantage, it can be provided that the headphones have an earphone, with the first nitrogen deficiency sensor and/or the second nitrogen deficiency sensor being arranged in the earphone, and/or that the headphones have an earpiece, with the first nitrogen deficiency sensor and/or the second nitrogen vacancy sensor is arranged in the earpiece, and/or that the headphones have a bracket, the first nitrogen vacancy sensor and/or the second nitrogen vacancy sensor being arranged in the bracket.
In- Ear- Kopfhörer weisen sogenannte Ohrhörer auf, welche zumindest teilweise in dem Gehörgang einer Person positioniert werden. Der erste und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor können dabei in dem Ohrhörer angeordnet sein. In-ear headphones have so-called earphones, which are at least partially positioned in a person's auditory canal. The first and/or the second nitrogen defect sensor can be arranged in the earphone.
Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem selben Ohrhörer angeordnet sind. Ebenso ist es möglich, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor in einem ersten Ohrhörer angeordnet ist, und dass der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in einem zweiten Ohrhörer angeordnet ist. Bei einem Over-Ear- oder On- Ear- Kopfhörer ist in der Regel eine Hörmuschel vorgesehen. Dabei kann der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in der Hörmuschel angeordnet sein. On-Ear- oder Over- Ear- Kopfhörer weisen darüber hinaus meist einen Bügel auf. Daher kann vorgesehen sein, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem Bügel angeordnet ist. Insbesondere können auch Mischformen vorgesehen sein, wobei ein erster Stickstoff- Fehlstellensensor beispielsweise in einer Hörmuschel angeordnet ist und wobei ein zweiter Stickstoff- Fehlstellensensor in einem Bügel angeordnet ist. Provision can particularly preferably be made for the first nitrogen defect sensor and the second nitrogen defect sensor to be arranged in the same earphone. It is also possible that the first nitrogen vacancy sensor is arranged in a first earphone and that the second nitrogen vacancy sensor is arranged in a second earphone. An earpiece is usually provided in the case of over-ear or on-ear headphones. The first nitrogen defect sensor and/or the second nitrogen defect sensor can be arranged in the earpiece. In addition, on-ear or over-ear headphones usually have a bracket. It can therefore be provided that the first nitrogen defect sensor and/or the second nitrogen defect sensor is arranged in the bracket. In particular, mixed forms can also be provided, with a first nitrogen defect sensor being arranged in an earpiece, for example, and with a second nitrogen defect sensor being arranged in a bracket.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in der selben Hörmuschel angeordnet sind, oder dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor in einer ersten Hörmuschel angeordnet ist und dass der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in einer zweiten Hörmuschel angeordnet ist. It is preferably provided that the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor are arranged in the same earpiece, or that the first nitrogen vacancy sensor is arranged in a first earpiece and that the second nitrogen vacancy sensor is arranged in a second earpiece.
Ebenso wäre denkbar, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor in einer ersten Hörmuschel angeordnet ist und dass der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem Bügel angeordnet ist, oder dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor in dem Bügel angeordnet sind. It would also be conceivable that the first nitrogen vacancy sensor is arranged in a first earpiece and that the second nitrogen vacancy sensor is arranged in the bracket, or that the first nitrogen vacancy sensor and the second nitrogen vacancy sensor are arranged in the bracket.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Funktionssteuerung eines Kopfhörers, eines Audio- Wiedergabegeräts oder eines Smartphones unter Verwendung eines vorbeschriebenen Kopfhörers, umfassend die Schritte: A further solution to the problem on which the invention is based is a method for controlling the function of a headphone, an audio playback device or a smartphone using a headphone as described above, comprising the steps:
Messen eines Magnetfelds an einer Position des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors und Erzeugen eines ersten Messignals mittels des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors, und measuring a magnetic field at a position of the first nitrogen vacancy sensor and generating a first measurement signal by means of the first nitrogen vacancy sensor, and
Messen des Magnetfelds an einer Position des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors und Erzeugen eines zweiten Messignals mittels des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors, und measuring the magnetic field at a position of the second nitrogen vacancy sensor and generating a second measurement signal by means of the second nitrogen vacancy sensor, and
Zuordnen des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals und/oder eines Differenzsignals aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal zu einer Funktion des Kopfhörers, eines Audio-Wiedergabegeräts oder eines Smartphones, und Ausführen der Funktion. Assigning the first measurement signal and the second measurement signal and/or a differential signal from the first measurement signal and the second Measuring signal to a function of the headphones, an audio playback device or a smartphone, and executing the function.
Bevorzugt ist ferner der Schritt des Ermittelns eines Differenzsignals aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal und das Zuordnen des Differenzsignals zu einer Funktion des Kopfhörers, eines Audio- Wiedergabegeräts oder eines Smartphones vorgesehen. Furthermore, the step of determining a differential signal from the first measurement signal and the second measurement signal and assigning the differential signal to a function of the headphones, an audio playback device or a smartphone is preferably provided.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal und/oder das Differenzsignal mit einem Hochpass und/oder Tiefpass gefiltert wird, und/oder dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal und/oder das Differenzsignal mit einem Mustererkennungsverfahren ausgewertet wird. Provision can also be made for the first measurement signal and the second measurement signal and/or the differential signal to be filtered with a high-pass filter and/or low-pass filter, and/or for the first measurement signal and the second measurement signal and/or the differential signal to be evaluated using a pattern recognition method.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal und/oder das Differenzsignal in dem Mustererkennungsverfahren einer Funktion des Kopfhörers, eines Audio-Wiedergabegeräts oder eines Smartphones zugeordnet wird. Provision is also preferably made for the first measurement signal and the second measurement signal and/or the difference signal to be assigned to a function of the headphones, an audio playback device or a smartphone in the pattern recognition method.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass das Mustererkennungsverfahren die Verwendung eines neuronalen Netzes umfasst. Provision is further preferably made for the pattern recognition method to include the use of a neural network.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen Show it
Fig. 1 einen In-Ear-Kopfhörer mit einer Magnetfeldsensorvorrichtung,1 an in-ear headphone with a magnetic field sensor device,
Fig. 2 einen Over- Ear- Kopfhörer mit einer Magnetfeldsensorvorrichtung, und Fig. 3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Funktionssteuerung eines Kopfhörers, eines Audio-Wiedergabegeräts oder eines Smartphones. 2 shows over-ear headphones with a magnetic field sensor device, and FIG. 3 shows a flowchart for a method for controlling the function of headphones, an audio playback device or a smartphone.
Fig. 1 zeigt einen Kopfhörer 100, welcher als In-Ear-Kopfhörer 10 ausgebildet ist und zwei Ohrhörer 11, 12 umfasst. In einem der Ohrhörer 11 ist eine Magnetfeldsensorvorrichtung 13 für eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle angeordnet. Die Magnetfeldsensorvorrichtung 13 ist in Form eines Gradiometers ausgebildet und weist zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordnete Magnetfeldsensoren 14a, 14b auf. Die Magnetfeldsensoren 14a, 14b sind als Stickstoff- Fehlstellensensoren 15a, 15b ausgebildet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a in einem ersten Ohrhörer 11 angeordnet ist und dass der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b in einem zweiten Ohrhörer 12 angeordnet ist. Fig. 1 shows a headphone 100, which is designed as an in-ear headphone 10 and two earphones 11, 12 includes. In one of the earphones 11 is a magnetic field sensor device 13 for a brain-machine interface arranged. The magnetic field sensor device 13 is designed in the form of a gradiometer and has two magnetic field sensors 14a, 14b arranged at positions spaced apart from one another. The magnetic field sensors 14a, 14b are constructed as nitrogen defect sensors 15a, 15b. In principle, it would also be conceivable for the first nitrogen defect sensor 15a to be arranged in a first earphone 11 and for the second nitrogen defect sensor 15b to be arranged in a second earphone 12 .
Die Stickstoff- Fehlstellensensoren 15a, 15b weisen jeweils einen nicht näher dargestellten Diamanten, optische Filter und Photodetektoren auf. Ferner sind ein Laser 16 und ein Mikrowellenresonator 17 vorgesehen. Die beiden Stickstoff- Fehlstellensensoren 15a, 15b werden unter Verwendung entsprechender Leitmittel 20 mit Licht von dem Laser 16 und Mikrowellen von dem Mikrowellenresonator 17 beaufschlagt. Der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b sind in der Anorndung gemäß Fig. 1 in einem Abstand von etwa 0,5 cm bis 2 cm zueinander angeordnet. Wenn der Ohrhörer 11 von einer Person getragen wird, so befindet sich der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a in einem geringeren Abstand zu dem Gehirn der Person als der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b. Der Kopfhörer 100 steht mit einem nicht dargestellten Wiedergabegerät, wie beispielsweise einem Smartphone oder einer Smartwatch, über einen Funkkontakt, wie beispielsweise Bluetooth, in Verbindung. Die beiden Stickstoff- Fehlstellensensoren 15a, 15b messen jeweils ein Magnetfeld an den beabstandeten Positionen und erzeugen Messsignale. Die Messsignale werden über Kabel 18 an eine Auswerteeinheit 19 übertragen, welche aus den Messsignalen ein Differenzsignal erzeugt, um Hintergrundfelder zu eliminieren. Die Messsignale oder das Differenzsignal werden ferner von der Auswerteeinheit 19 mit einem Hochpass oder Tiefpass gefiltert. Ferner führt die Auswerteeinheit 19 mittels eines von ihr ausgeführten künstlichen neuronalen Netzes ein Mustererkennungsverfahren durch, welches die Messsignale und/oder das Differenzsignal einer Steuerungsabsicht beziehungsweise einer Funktion des Wiedergabegerätes zuordnet. Wird eine Funktion oder eine Steuerungsabsicht erkannt, so ist die Auswerteeinheit 19 ferner dazu ausgebildet, die Funktion durchzuführen. Die Steuerungsabsicht kann beispielsweise darin bestehen, die Lautstärke zu erhöhen oder zu verringern, den nächsten Titel oder den vorherigen Titel anzuwählen, oder die Wiedergabe zu stoppen oder zu beginnen. The nitrogen defect sensors 15a, 15b each have a diamond (not shown in detail), optical filters and photodetectors. A laser 16 and a microwave resonator 17 are also provided. The two nitrogen defect sensors 15a, 15b are exposed to light from the laser 16 and microwaves from the microwave resonator 17 using appropriate guide means 20. In the arrangement according to FIG. 1, the first nitrogen vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged at a distance of approximately 0.5 cm to 2 cm from one another. When the earphone 11 is worn by a person, the first nitrogen vacancy sensor 15a is closer to the person's brain than the second nitrogen vacancy sensor 15b. The headphones 100 are connected to a playback device (not shown), such as a smartphone or a smartwatch, via radio contact, such as Bluetooth. The two nitrogen defect sensors 15a, 15b each measure a magnetic field at the spaced positions and generate measurement signals. The measurement signals are transmitted via cable 18 to an evaluation unit 19, which generates a difference signal from the measurement signals in order to eliminate background fields. The measurement signals or the difference signal are also filtered by the evaluation unit 19 with a high-pass filter or low-pass filter. Furthermore, the evaluation unit 19 carries out a pattern recognition method using an artificial neural network which it executes, which assigns the measurement signals and/or the difference signal to a control intention or a function of the playback device. If a function or an intention to control is recognized, the evaluation unit 19 is also designed to carry out the function. For example, the control intent may be to increase or decrease the volume decrease, select the next track or the previous track, or stop or start playback.
Fig. 2 zeigt einen Kopfhörer 100 in Form eines Over- Ear- Kopfhörers 21, welcher zwei Hörmuscheln 22, 23 und einen Bügel 24 aufweist. In Fig. 2 sind zu den Bauteilen des Kopfhörers 100 der Fig. 1 identische oder diesen entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei dem Kopfhörer 100 der Fig. 2 ist der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a in einer ersten Hörmuschel 22 angeordnet, und ein zweiter Stickstoff- Fehlstellensensor 15b ist in dem Bügel 24 angeordnet. Die Auswerteeinheit 19 befindet sich in der zweiten Hörmuschel 23. Ebenso wäre denkbar, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a in der ersten Hörmuschel 22 angeordnet ist und dass der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b in der zweiten Hörmuschel 23 angeordnet ist, oder dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b in der ersten Hörmuschel 22 angeordnet sind, oder dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor 15a und der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor 15b in dem Bügel 24 angeordnet sind. FIG. 2 shows headphones 100 in the form of over-ear headphones 21, which have two earpieces 22, 23 and a bracket 24. In FIG. 2, components identical to or corresponding to the components of the headphone 100 of FIG. 1 are identified by the same reference symbols. In the headphone 100 of FIG. 2, the first nitrogen vacancy sensor 15a is disposed in a first earpiece 22 and a second nitrogen vacancy sensor 15b is disposed in the yoke 24. As shown in FIG. The evaluation unit 19 is located in the second earpiece 23. It would also be conceivable that the first nitrogen defect sensor 15a is arranged in the first earpiece 22 and that the second nitrogen defect sensor 15b is arranged in the second earpiece 23, or that the first nitrogen - Vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged in the first earpiece 22, or that the first nitrogen vacancy sensor 15a and the second nitrogen vacancy sensor 15b are arranged in the bracket 24.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren 200 zur Funktionssteuerung eines Kopfhörers, eines Audio-Wiedergabegeräts oder eines Smartphones unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kopfhörers 100. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Magnetfeld an der Position des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors 15a gemessen, und es wird ein erstes Messignal mittels des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors 15a erzeugt. Ferner wird im ersten Verfahrensschritt S1 zeitgleich das Magnetfeld an der Position des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors 15b gemessen, und es wird ein zweites Messignal mittels des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors 15a erzeugt. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 werden dann das erste Messsignal und das zweite Messsignal und/oder ein Differenzsignal aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal einer Funktion des Kopfhörers 100, eines Audio- Wiedergabegeräts oder eines Smartphones zugeordnet. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird die Funktion ausgeführt. Fig. 3 shows a flowchart for a method 200 for controlling the function of a headphone, an audio playback device or a smartphone using a headphone 100 according to the invention. In a first method step S1, a magnetic field is measured at the position of the first nitrogen vacancy sensor 15a, and it a first measurement signal is generated by means of the first nitrogen defect sensor 15a. Furthermore, in the first method step S1, the magnetic field at the position of the second nitrogen vacancy sensor 15b is measured at the same time, and a second measurement signal is generated by means of the second nitrogen vacancy sensor 15a. In a second method step S2, the first measurement signal and the second measurement signal and/or a differential signal from the first measurement signal and the second measurement signal are assigned to a function of the headphones 100, an audio playback device or a smartphone. The function is executed in a third method step S3.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Kopfhörer (100) umfassend eine Magnetfeldsensorvorrichtung (13) für eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung (13) ein Gradiometer mit mindestens zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren (14a, 14b) ist, wobei, wenn der Kopfhörer von einer Person getragen wird, ein erster Magnetfeldsensor (14a) einen geringeren Abstand zu dem Gehirn der Person aufweist als ein zweiter Magnetfeldsensor (14b), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (14a, 14b) Stickstoff- Fehlstellensensoren (15a, 15b) sind. Headphones (100) comprising a magnetic field sensor device (13) for a brain-machine interface, wherein the magnetic field sensor device (13) is a gradiometer with at least two magnetic field sensors (14a, 14b) arranged at mutually spaced positions, wherein when the headphones of worn by a person, a first magnetic field sensor (14a) is closer to the person's brain than a second magnetic field sensor (14b), characterized in that the magnetic field sensors (14a, 14b) are nitrogen vacancy sensors (15a, 15b).
2. Kopfhörer (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stickstoff- Fehlstellensensor (15a, 15b) einen Diamanten, optische Filter und Fotodetektoren, und bevorzugt einen Mikrowellenresonator (17) und/oder eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser (16), umfasst. 2. Headphones (100) according to claim 1, characterized in that each nitrogen vacancy sensor (15a, 15b) comprises a diamond, optical filters and photodetectors, and preferably a microwave resonator (17) and/or a light source, in particular a laser (16) , includes.
3. Kopfhörer (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfhörer ein Over- Ear- Kopfhörer (21) oder ein In- Ear- Kopfhörer (10) oder ein On- Ear- Kopfhörer ist. 3. Headphones (100) according to claim 1 or 2, characterized in that the headphones are over-ear headphones (21) or in-ear headphones (10) or on-ear headphones.
4. Kopfhörer (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stickstoff- Fehlstellensensor (15a) einen Abstand von 0,5 cm bis 2 cm, bevorzugt 1 cm bis 1,5 cm, zu dem zweiten Stickstoff- Fehlstellensensor (15b) aufweist. 4. Headphones (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first nitrogen vacancy sensor (15a) has a distance of 0.5 cm to 2 cm, preferably 1 cm to 1.5 cm, from the second nitrogen vacancy sensor (15b).
5. Kopfhörer (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stickstoff- Fehlstellensensoren (15a, 15b) ausgebildet sind, ein Magnetfeld an den beabstandeten Positionen zu messen und ein Messsignal zu erzeugen. 5. Headphones (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two nitrogen defect sensors (15a, 15b) are designed to measure a magnetic field at the spaced positions and to generate a measurement signal.
6. Kopfhörer (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (19) vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinheit (19) bevorzugt in den Kopfhörer intergiert ist, wobei die Auswerteeinheit (19) weiter bevorzugt ausgebildet ist, ein Differenzsignal der Messsignale der mindestens zwei Stickstoff- Fehlstellensensoren (15a, 15b) zu ermitteln. 6. Headphones (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that an evaluation unit (19) is provided, the evaluation unit (19) preferably being integrated in the headphones, the evaluation unit (19) more preferably being embodied as a differential signal to determine the measurement signals of the at least two nitrogen defect sensors (15a, 15b).
7. Kopfhörer (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (19) ausgebildet ist, die Messignale und/oder das Differenzsignal mit einem Hochpass und/oder Tiefpass zu filtern, und/oder dass die Auswerteeinheit (19) ausgebildet ist, die Messsignale und/oder das Differenzsignal, insbesondere einen Signalverlauf, mit einem Mustererkennungsverfahren auszuwerten, und/oder dass die Auswerteeinheit (19) ausgebildet ist, die Messsignale und/oder das Differenzsignal, insbesondere in dem Mustererkennungsverfahren, einer Funktion des Kopfhörers zuzuordnen und die Funktion auszuführen. 7. Headphones (100) according to claim 6, characterized in that the evaluation unit (19) is designed to filter the measurement signals and/or the differential signal with a high-pass filter and/or low-pass filter, and/or that the evaluation unit (19) is designed to evaluate the measurement signals and/or the difference signal, in particular a signal curve, using a pattern recognition method, and/or that the evaluation unit (19) is designed to assign the measurement signals and/or the difference signal, in particular in the pattern recognition method, to a function of the headphones and to perform function.
8. Kopfhörer (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mustererkennungsverfahren mit einem von der Auswerteeinheit (19) ausgeführten künstlichen neuronalen Netz durchgeführt wird. 8. Headphones (100) according to claim 7, characterized in that the pattern recognition method is carried out with an artificial neural network executed by the evaluation unit (19).
9. Kopfhörer (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfhörer einen Ohrhörer (11, 12) aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor (15a) und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor (15b) in dem Ohrhörer (11, 12) angeordnet ist, und/oder dass der Kopfhörer eine Hörmuschel (22, 23) aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor (15a) und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor (15b) in der Hörmuschel (22, 23) angeordnet ist, und/oder dass der Kopfhörer einen Bügel (24) aufweist, wobei der erste Stickstoff- Fehlstellensensor (15a) und/oder der zweite Stickstoff- Fehlstellensensor (15b) in dem Bügel (24) angeordnet ist. - 14 - 9. Headphones (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the headphones have an earphone (11, 12), the first nitrogen vacancy sensor (15a) and/or the second nitrogen vacancy sensor (15b) in the earphone (11, 12) and/or that the headphones have an earpiece (22, 23), the first nitrogen leakage sensor (15a) and/or the second nitrogen leakage sensor (15b) being located in the earpiece (22, 23 ) is arranged, and/or that the headphones have a bracket (24), the first nitrogen vacancy sensor (15a) and/or the second nitrogen vacancy sensor (15b) being arranged in the bracket (24). - 14 -
10. Verfahren (200) zur Funktionssteuerung eines Kopfhörers, eines Audio- Wiedergabegeräts oder eines Smartphones unter Verwendung eines Kopfhörers (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche umfassend die Schritte: - Messen eines Magnetfelds an einer Position des ersten Stickstoff-10. A method (200) for controlling the function of a headphone, an audio playback device or a smartphone using a headphone (100) according to any one of the preceding claims, comprising the steps of: - measuring a magnetic field at a position of the first nitrogen
Fehlstellensensors (15a) und Erzeugen eines ersten Messignals mittels des ersten Stickstoff- Fehlstellensensors (15a), und Defect sensor (15a) and generating a first measurement signal by means of the first nitrogen defect sensor (15a), and
Messen des Magnetfelds an einer Position des zweiten Stickstoff-Measuring the magnetic field at a position of the second nitrogen
Fehlstellensensors (15b) und Erzeugen eines zweiten Messignals mittels des zweiten Stickstoff- Fehlstellensensors (15b), und Defect sensor (15b) and generating a second measurement signal by means of the second nitrogen defect sensor (15b), and
Zuordnen des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals und/oder eines Differenzsignals aus dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal zu einer Funktion des Kopfhörers (100), eines Audio- Wiedergabegeräts oder eines Smartphones, und - Ausführen der Funktion. Assigning the first measurement signal and the second measurement signal and/or a difference signal from the first measurement signal and the second measurement signal to a function of the headphones (100), an audio playback device or a smartphone, and - executing the function.
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