DE60125782T2

DE60125782T2 - Ohrschutz mit verifikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE60125782T2
Application number: DE60125782T
Authority: DE
Inventors: Jarle Svean; Svein Sorsdal; Kr. O . Odd PETTERSEN; E. Georg OTTESEN; Sverre Stensby
Original assignee: Nacre AS
Current assignee: Honeywell Hearing Technologies AS
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: WO2002017838A1; EP1313419A1; NO20004374L; ES2279829T3; US6567524B1; NO312570B1; CA2418027A1; ATE349991T1; DK1313419T3; AU2001288147A1; EP1313419B1; CA2418027C; NO20004374D0; DE60125782D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gehörschutzohrstöpsel mit Verifikationsvorrichtung.
Es gibt viele Lösungen für Gehörschutz und Audiokommunikation in lauten Umgebungen basierend auf Ohrstöpseln und Ohrenschützern mit Kopfhörern (Lautsprechern), Galgenmikrofonen, Wangenknochenmikrofonen, oder Kehlkopfmikrofonen. Alle diese Lösungen haben eine oder mehrere der folgenden unerwünschten Eigenschaften:

– schwer und unhandlich.
– unbequem.
– schlechte Qualität von Tonaufnahmen und
– Wiederherstellung.
– schlechte Lärmdämpfung.
– Dämpfen sowohl erwünschter als auch unerwünschter Töne. Es wird hier ein Ohrendgerät beschrieben, das keine dieser Mängel aufweist und ein leichter, vollständig im Ohr aufgenommener intelligenter Gehörschutz mit drahtloser Kommunikation ist. Die Lärmdämpfung wird automatisch an die Lärmbedingungen und Kommunikationsmodi angepasst. Die Vorrichtung schützt daher gleichzeitig das Gehör und schafft verbesserte Kommunikationsfähigkeiten in verschiedenen Lärmumgebungen. Sie ist für dauerhafte Verwendung während des Arbeitstags oder anderen Zeitspannen vorgesehen, wenn Gehörschutz und/oder Sprachkommunikation erforderlich sind. Es wird hier weiter eine Vorrichtung zum Nutzen des Sprachlauts beschrieben, der im Ohr einer die erfindungsgemäßen Gehörschutz-Kommunikationsohrstöpsel tragenden Person erzeugt wird. Moderne Vorrichtungen, die zum Aufnehmen von Sprache von einer Person in einer sehr lauten Umgebung vorgesehen sind, stellen eine technische Herausforderung dar und nehmen mehrere Formen an. Übliche Typen umfassen:
– Ein Mikrofon in dichter Nähe zum Mund, das an einem Mikrofongalgen getragen wird. Das Mikrofon ist mit einer Charakteristik hergestellt, die das nahe Feld vom Mund hervorhebt. Dieser Typ wird manchmal als "lärmaufhebend" bezeichnet.
– Ein Vibrationsaufnehmer in Kontakt mit dem Kehlkopf, der die Vibrationen des Stimmbands aufnimmt.
– Ein Vibrationsaufnehmer in Kontakt mit der Wand des Meatus, des äußeren Gehörgangs, der die Vibrationen des Gewebes im Kopf aufnimmt.
– Ein ähnlicher Aufnehmer in Kontakt mit dem Wangenknochen.

Diese Vorrichtungstypen sind entweder ziemlich empfindlich für die Sprache überdeckenden akustischen Lärm, oder bestimmte Sprachlaute werden schlecht übertragen, insbesondere die für gute Verständlichkeit benötigten Mitlaute hoher Frequenz.
Hohen Lärmpegeln ausgesetzte Personen müssen nach Vorgabe von Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften Gehörschützer tragen. Die Schützer nehmen die Form entweder von Verschließkapseln, die das Ohr umschließen, oder Ohrstöpseln an, die den Gehörgang verschließen. Der letztere Typ von Schützern wird oft aufgrund seiner kleinen Größe und relativ guten Bequemlichkeit bevorzugt.
Es wird hier ein Ohrstöpsel mit zwei erwünschten Eigenschaften beschrieben:

– Der Hohlraum, der in dem inneren Teil des Gehörgangs durch den Ohrstöpsel verschlossen wird, ist relativ frei von äußerem Lärm, dies ist der Zweck des Ohrstöpsels beim Schützen des Gehörs.
– Das Tonfeld in dem Hohlraum, das durch die eigene Stimme der Personen erzeugt wird, enthält alle zum Rekonstruieren der Sprache mit guter Verständlichkeit benötigten Frequenzkomponenten.

Durch Verwendung eines Mikrofons zum Aufnehmen des akustischen Tonfelds im inneren Teil des Gehörgangs und Verarbeiten des Mikrofonsignals wird ein Sprachsignal hoher Qualität und niedriger Lärmüberdeckung erzeugt.
Es wird hier ein System zum Verstärken des Gefühls eines Benutzers von Natürlichkeit der eigenen Stimme des Benutzers bei Verwendung eines wie oben beschriebenen Gehörschutz-Kommunikationsanschlusses beschrieben.
Bei Verwendung gewöhnlicher Ohrstöpsel oder Ohrenschützer empfindet der Benutzer seine eigene Stimme gewöhn lich als verzerrt, ein Merkmal, das die Bequemlichkeit des Tragens von Gehörschützern reduziert. Gewöhnliche Gehörschutzer verändern den normalen Tonübertragungsweg vom Mund zu den Trommelfellen. Somit wird die Hörrückkopplung von der eigenen Stimme des Benutzers beeinflusst, was zu einer unbeabsichtigten Änderung in der Sprachausgabe führt. Eine normale Reaktion besteht darin, den eigenen Sprachpegel beim Verwenden von Kopfhörern oder Ohrstöpseln zu erhöhen.
Dieses Problem kann durch Filtern und Mischen in der eigenen Sprache des Benutzers, die entweder durch das äußere oder das innere Mikrofon an einem Ohr aufgenommen wird, und Wiedergeben des Signals an dem Lautsprecher in dem anderen Ohr gelöst werden. Es ist weiter möglich, das Signal durch den Lautsprecher in demselben Ohr wiederzugeben, in welchen Fall Rückkopplungsaufhebung angewendet werden muss. Somit wird die Stimme des Benutzers als natürlicher sowohl in Bezug zu dem Frequenzansprechverhalten als auch dem Sprachpegel empfunden. Dieses Merkmal wird das Ausmaß von Annahme zur dauerhaften Benutzung der Gehörschützer während des gesamten Arbeitstags erhöhen. Das eigene Sprachsignal wird in solcher Weise hinzugefügt und wiedergegeben, dass die lärmsenkende Eigenschaft des Gehörschützers aufrechterhalten wird.
Es wird hier weiter ein programmierbares Messgerät von persönlichen Lärmbelastungsdosen beschrieben, das die wahre Belastung im Ohr des Benutzers misst und das Hörschadenrisiko berechnet.
Moderne Messgeräte von Lärmbelastungsdosen, auch als Dosimeter bezeichnet, bestehen gewöhnlich aus einem Mikrofon und einer kleinen Elektronikeinheit, die am Körper befestigt oder in einer Tasche getragen werden kann. Das Mikrofon kann an der Elektronikeinheit angebracht werden, oder es kann am Kragen oder an der Schulter befestigt werden. ANSI S1.25 spezifiziert Dosimeter.
Moderne Dosimeter weisen mehrere Mängel auf:

– Dosimeter messen nicht den Lärm, der tatsächlich das Hörorgan beeinflusst (z. B. wenn der Benutzer einen Gehörschützer, Helm, etc. trägt). Selbst wenn das Ohr nicht bedeckt ist, können die Messungen durch Körperabschirmung beeinflusst werden.
– Dosimeter sind anfällig für unbeabsichtigte oder beabsichtigte Fehler, die Messwerte beeinflussen können, wie zum Beispiel Träger, die auf Dosimetermikrofone tippen oder in diese singen, oder durch von Wind erzeugten Lärm.
– Dosimeter sind ungenau, wenn Impuls- oder Stoßlärm vorliegt.

Diese Probleme können durch Verwendung eines Mikrofons gelöst werden, das den Ton am Trommelfell misst und Analyseverfahren einsetzt, die sowohl stationären als auch impulsmäßigen Ton berücksichtigen. Wenn das Dosimeter Teil eines Kommunikationsanschlusses ist, enthält dieser externe Geräusche, eingehende Kommunikationssignale sowie mögliche Fehlfunktion der Ausrüstung.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Verifizieren in situ zu schaffen, dass ein Gehörschützer richtig verwendet wird.
Moderne Gehörschützer nehmen die Form entweder von Verschließschalen, die das Ohr umschließen, oder Ohrstöpseln an, die den Gehörgang verschließen. Für beide Typen ist es von kritischer Wichtigkeit, Leckage von Lärmtönen durch oder um die verschließenden oder blockierenden Teile der Gehörschützer zu vermeiden.
Erfahrung zeigt, dass mehrere Faktoren das Verschließen eines Gehörschützers beeinträchtigen und deshalb die Gefahr von Hörschaden erhöhen. Diese Faktoren umfassen:

– Ungleichmäßige Oberflächen, denen das Verschließmaterial nicht richtig folgen kann. Beispiele sind mit Ohrkapseln verwendete Brillen, und Ohrstöpsel, die durch Personen mit unregelmäßig geformten Gehörgängen verwendet werden.
– Falsche Platzierung des Gehörschützers. Der Benutzer benötigt Erfahrung und Geduld, um einen Gehörschützer richtig eingesetzt zu bekommen. In Fällen, in denen der Benutzer einen Helm oder eine Kappe trägt, kann der Gehörschützer versehentlich während Gebrauch aus der richtigen Position heraus verschoben werden.
– Altern der Materialien in der Dichtung kann die Elastizität der Dichtung reduzieren und dadurch Undichtigkeit um die Dichtung herum zulassen.

Die Folge von Undichtigkeit ist reduzierte Dämpfung von potentiell gefährlichem Lärm. Idealerweise sollte die Undichtigkeit vor Lärmbelastung erkannt und behoben werden. Die Undichtigkeit muss nicht deutlich hörbar sein. Dementsprechend können Lärmsituationen intermittierende oder impulsmäßige Komponenten aufweisen, die das Gehör beinahe sofort be schädigen können, wenn ein Gehörschützer ohne Wissen des Benutzers gestört ist oder nicht richtig funktioniert.
Die Erfindung löst diese Probleme durch eine akustische Messung in situ, die analysiert und dem Benutzer in hörbarer Form oder externer Ausrüstung mittels Kommunikationssignalen gemeldet wird. Die für die Messung benötigten Vorrichtungen sind ein integrierter Teil des Gehörschützers. Verifikation kann durch den Benutzer zu jeder Zeit aktiviert werden oder durchgehend laufen, wenn die Anwendung kritisch ist. Wahlweise kann Verifikation durch andere Personen (oder Vorrichtungen) als den Benutzer aktiviert werden, z. B. zum Verifizieren der Gehörschützerfunktion, bevor Zutritt zu einem lauten Bereich erlaubt wird.
Die oben genannten Probleme werden durch die Erfindung gemäß den anliegenden Patentansprüchen gelöst.
US 5317273 zeigt eine Vorrichtung zum Messen von Lärmdämpfung eines Gehörschützers unter Verwendung interner und externer Mikrofone.
US 5426719 zeigt ein Kommunikationssystem, das in Ohrenschützer zum Gebrauch in gefährlichen Lärmumgebungen eingebaut ist.
US 5757930 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Ausführen einer Bewertung der tatsächlichen Dämpfung, die durch eine Gehörschutzvorrichtung geliefert wird. Das System weist einen Verschließabschnitt, ein in dem Gehörgang befestigtes Mikrofon zum Messen des Tons, und elektronische Kopplungsmittel zum elektronischen Koppeln des Mikrofons an ein Tonmessmittel auf.
Die Erfindung soll im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei die Zeichnungen die Erfindung beispielsweise veranschaulichen.
1 ist ein vereinfachter vertikaler Schnitt entlang der zentralen Achse des Gehörgangs des äußeren Ohrs eines aufrechtstehenden Menschen, wobei ein eingeführtes Ohrendgerät auch im vertikalen Schnitt entlang der Achse gezeigt ist, die lokal mit der Gehörgangachse zusammenfällt.
2 ist ein elektrischer Schaltplan, der die funktionalen Komponenten und Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten zeigt.
3 ist eine Darstellung eines beschriebenen Verfahrens, welche zeigt, dass Spektralanalyse von im Ohr aufgenommenem Ton mit Spektralanalyse von durch ein Mikrofon in einem Standardabstand, z. B. von 1 Meter, unter ansonsten ruhigen Bedingungen verglichen wird.
4 ist eine Darstellung von Sprachlautanalyse und nach Tonquellenklassifikation mit Filterung, die gemäß der Tonquellenklassifikation ausgeführt wird.
5 ist eine Darstellung eines anderen Verfahrens, das eine Analyse von nahe dem Ohr aufgenommenem Ton darstellt, die mit einer Analyse von Ton verglichen wird, der durch ein im Gehörgang angeordnetes Mikrofon aufgenommen wird.
6 stellt einen vereinfachten Schnitt durch das rechte und linke Ohr eines Menschen mit Ohrendgeräten dar, die für verbesserte natürliche Toneigenschaften dargestellt sind.
7 stellt ein Prozessdiagramm dar, das Lärmdosismessung darstellt, wobei hier eine A-Bewertung mit gesammelten Lärmdosismessungen und auch mit C-Bewertung für Spitzenlärmwertregistrierung dargestellt ist.
8 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, die ein Verarbeitungsschema für Online-Verifikation von Gehörschützerleistung darstellt.
9 Stellt ein elektrisches Analogiediagramm des akustischen Phänomens dar, auf dem eine Ausführungsform für Online-Verifikation von Gehörschützerleistung basiert.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Es wird hier ein vollständiger, ganz im Ohr enthaltener Gehörschützer und Kommunikationsanschluss mit starker passiver Tondämpfung, starker aktiver Tondämpfung, hochqualitativer Tonwiederherstellung, hochqualitativer Tonaufnahme, niedrigem Gewicht und bequemen Sitz beschrieben.
Ein Beispiel dieses Gehörschützers ist in 1 dargestellt und schafft einen allgemeinen physikalischen Afbau eines vollständigen, ganz im Ohr enthaltenen Gehörschützers und Kommunikationsanschlusses, der als eine Kombination aus passiver Abdichtung, Charakteristiken und Platzierung von elektroakustischen Wandlern sowie Akustikfiltern, elektrischem Schaltsystem und einem Entlüftungssystem für Druckausgleich betrachtet wird.
Das Ohrendherät weist einen äußeren Abschnitt 1 auf, der derart angeordnet ist, dass er angrenzend an den nach außen weisenden Teil des Verschließabschnitts 2 sitzt, und ein Teil des einwärts weisenden Teils des äußeren Abschnitts 1 ist ausgebildet, um mit der Ohrmuschel rund um den äußeren Abschnitt des Gehörgangs 3 zusammenzupassen.
Der physikalische Aufbau, der durch ein Beispiel des Gehörschützers dargestellt wird, ermöglicht einige oder alle der folgenden Funktionen:

– Äußere Töne werden durch eine Kombination aus passiver und aktiver Lärmkontrolle gedämpft. Die passive Dämpfung wird mittels eines Ohrstöpsels 1, 2 mit einem Verschließsystem 2 erhalten, das in den äußeren Teil des Gehörgangs oder Meatus 3 eingeführt wird. Die aktive Lärmsteuerung wird durch Verwendung von einem oder zwei Mikrofonen M1, M2 und eines Lautsprechers SG zusammen mit elektronischen Schaltungen in einer Elektronikeinheit 11 erreicht, die in dem Ohrstöpselsystem angebracht ist. Die Algorithmen für Lärmsteuerung sind an sich bekannt und sollen hier nicht detailliert beschrieben werden, sie können jedoch aktive Lärmauslöschung durch Rückkopplung akustischer Signale einschließen, die durch mindestens eins der Mikrofone (M1, M2) durch den Tongenerator (SG) umgewandelt werden.
– Wiederherstellung gewünschter Töne (äußere Töne und Signale für das Kommunikationssystem) am Trommelfell oder Tympanum 4 wird durch Verwenden derselben Mikrofone M1, M2 und des Lautsprechers SG und der Elektronikeinheit 11 erreicht. Wiederum sind die Algorithmen zum Erhalten derselben an sich bekannt und sollen hier nicht detailliert beschrieben werden, sie können jedoch Verstärkung durch das Mikrofon (M1) umgewandelter, ausgewählter Frequenzen und Erzeugen eines entsprechenden akustischen Signals durch den Tongenerator (SG) einschließen. Die Frequenzen können zum Beispiel innerhalb des normalen Bereiches der menschlichen Stimme liegen.
– Aufnehmen der Stimme des Benutzers wird durch ein Mikrofon M2 mit Zugang zu dem geschlossenen Raum im Gehörgang 3 ausgeführt. Dieses Signal wird mittels analoger oder digitaler Elektronik in der Elektronikeinheit 11 verarbeitet, um es äußerst natürlich und verständlich entweder für den Benutzer selbst oder seine Kommunikationspartner oder beide Teile zu gestalten. Dieses Signal hat hohe Qualität und ist gut für Sprachsteuerung und Spracherkennung geeignet.
– Online-Steuerung und Verifikation der Gehörschützerleistung wird durch Einbringen eines akustischen Messsignals, vorzugsweise durch den Tongenerator oder Lautsprecher SG in den Gehörgang, und Analysieren des durch das Mikrofon M2 aufgenommenen Signals erhalten, das Zugang zu dem akustischen Signal im Gehörgang 3 hat.
– Messung von Lärmbelastungsdosis am Trommelfell 4 und Online-Berechnung ausgeführt durch elektronische Schaltungen, und Warnen bezüglich Hörschadengefahr entweder durch hörbare oder andere Warnsignale, entweder an den Benutzer des Gehörschutzes oder anderes relevantes Personal.
– Ausgleich von Druck zwischen den beiden Seiten des Ohrstöpselsystems wird durch Verwenden einer sehr dünnen Leitung T3, T4 oder eines Ventils erhalten, das statische Druckunterschiede ausgleicht, während starke Niederfrequenztondämpfung beibehalten wird. Ein Sicherheitsventil V zum Handhaben von sehr schneller Druckabnahme kann in das Druckausgleichssystem T3, T4 eingebaut sein.

1 stellt einen Ohrstöpsel mit einem Hauptabschnitt 1 dar, der zwei Mikrofone M1 und M2 und einen Tongenerator SG enthält. Der Hauptabschnitt ist in einer solchen Weise entworfen, die für bequeme und sichere Platzierung in der Ohrmuschel (dem schalenförmigen Hohlraum am Eingang des Gehörgangs) sorgt. Dies kann durch Verwendung individuell geformter Ohrstücke, die durch das Außenohr an richtiger Stelle gehalten werden, oder durch eine flexible Umgebung erreicht werden, die gegen die Struktur des Außenohrs presst. Ein Verschließabschnitt 2 ist an dem Hauptabschnitt befestigt. Der verschließabschnitt kann ein integrierter Teil des Ohrstöpsels sein, oder er kann austauschbar sein. Der Toneingang des Mikrofons M1 ist an die Außenseite des Ohrstöpsels angeschlossen und nimmt die externen Töne auf. Das Mikrofon M2 ist mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3 mittels eines akustischen Übertragungskanals T1 verbunden. Der akustische Übertragungskanal kann wahlweise zusätzliche akustische Filterelemente enthalten. Ein Ausgang S_SG des Tongenerators SG ist offen in den inneren Teil des Gehörgangs 3 mittels eines akustischen Übertragungskanals T2 zwischen dem Tongenerator SG und dem einwärts weisenden Teil des Verschließabschnitts 2. Der akustische Übertragungskanal T2 kann wahlweise zusätzliche akustische Filterelemente enthalten.
Wenn kleinere Mikrofone M2 und Tongeneratoren SG zur Verfügung stehen, wird es möglich sein, das Mikrofon M2 und den Tongenerator SG an dem innersten Teil des Verschließabschnitts anzubringen. Dann besteht keine Notwendigkeit für die Übertragungskanäle T1 und T2.
Die beiden Mikrofone und der Tongenerator sind an eine Elektronikeinheit 11 angeschlossen, die an andere Ausrüstung durch eine Verbindungsschnittstelle 13 angeschlossen sein kann, welche digitale oder analoge Signale, oder beide, und wahlweise Energie übertragen kann.
Elektronik und eine Stromversorgung 12, z. B. eine Batterie, können in den Hauptabschnitt 1 oder in einen getrennten Abschnitt eingeschlossen werden.
Die Mikrofone M1, M2 können Standardminiatur-Elektromikrofone wie die in Hörgeräten Verwendeten sein. In letzter Zeit entwickelte Siliziummikrofone können auch verwendet werden.
Der Tongenerator SG kann in einer bevorzugten Ausführungsform auf dem elektromagnetischen oder elektrodynamischen Prinzip basieren, wie Tongeneratoren, die in Hörgeräten Anwendung finden.
Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zufolge ist ein Sicherheitsventil V in die die Kanäle T3 und T4 aufweisende Entlüftungsleitung eingebaut. Das Ventil V ist so angeordnet, dass es sich öffnet, wenn der statische Druck im inneren Teil des Gehörgangs 3 den Außendruck um eine vorbestimmte Größe übersteigt, wodurch Druckausgleich während sehr schneller Druckabnahme zugelassen wird. Solche Druckabnahme kann für militärisches oder Zivilpersonal auftreten, die sehr schnellen Abfall von Außenluftdruck erfahren. Eine solche Druckabnahme kann auch für Fallschirmspringer, Taucher und dergleichen auftreten. Druckausgleich zum langsamen Variieren von Druckänderungen wird durch Verwendung einer engen Belüftung T4 erhalten, die das Ventil V umgehen kann. Eine richtige Konfiguration dieser Belüftung T4 ermöglicht statischen Druckausgleich ohne den Verlust von Niederfrequenzlärmdämpfung.
Der Hauptabschnitt des Ohrstöpsels kann aus Standardpolymermaterialien hergestellt werden, die für gewöhnliche Hörgeräte verwendet werden. Der Verschließteil kann aus einem elastischen, sich langsam wieder ausdehnenden, formhaltenden Polymerschaumstoff wie PVC, PUR oder anderen Materialien bestehen, die für Ohrstöpsel geeignet sind.
Für einige Anwendungen (weniger extreme Lärmpegel) kann der Ohrstöpsel in einem Stück 1, 2 geformt werden, das den Hauptabschnitt 1 und den Verschließabschnitt 2 kombiniert. Das Material für dieses Design kann ein typisches Material sein, das für passive Ohrstöpsel verwendet wird (Elacin, Acryl).
Es ist weiter möglich, den Ohrstöpsel in einem Stück herzustellen, das den Hauptabschnitt 1 und den Verschließabschnitt 2 aufweist, die alle aus einem oben genannten Polymerschaumstoff bestehen; in diesem Fall müssen jedoch die Kanäle T1, T2, T3, T4 aus einem Wandmaterial hergestellt werden, das Zusammenfallen der Kanäle T1, T2, T3, T4 verhindert, wenn der Verschließabschnitt 2 in den Gehörgang 3 eingeführt wird.
Alle die oben genannten Merkmale können durch ein elektrisches Schaltsystem erhalten werden, das durch das Blockdiagramm in 2 dargestellt ist.
Das Mikrofon M1 nimmt den Umgebungston auf. Ein Signal von dem Mikrofon M1 wird in E1 verstärkt und in einem Analog-Digital-Wandler E2 abgetastet und digitalisiert und einer Verarbeitungseinheit E3 zugeführt, die ein Digitalsignalprozessor (DSP), ein Mikroprozessor (pP) oder eine Kombination aus beiden sein kann. Ein Signal 51 von dem Mikrofon M2, das den Ton im Gehörgang 3 zwischen dem Isolierabschnitt 2 und dem Trommelfell 4 aufnimmt, wird in dem Verstärker E4 verstärkt und in dem Analog-Digital-Wandler E5 abgetastet und digitalisiert und der Verarbeitungseinheit E3 zugeführt.
Ein gewünschtes Digitalsignal DS wird in der Verarbeitungseinheit E3 erzeugt. Dieses Signal DS wird in analoge Form in dem Digital-Analog-Wandler E7 umgewandelt und dem analogen Ausgangsverstärker E6 zugeführt, der den Lautsprecher SG ansteuert. Das durch den Lautsprecher SG erzeugte Tonsignal wird dem Trommelfell 4 über den Kanal T2 in den Gehörgang 3 wie oben beschrieben zugeführt.
Die Verarbeitungseinheit E3 ist an Speicherelemente RAM (Random access memory, Direktzugriffsspeicher) E8, ROM (read only memory, Festwertspeicher) E9, und EEPROM (electrically erasable programmable read only memory, elektrisch löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher) E10 angeschlossen. Die Speicher E8, E9 und E10 werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Speichern von Computerprogrammen, Filterkoeffizienten, Analysedaten und anderen relevanten Daten verwendet.
Das elektrische Schaltsystem 11 kann an andere elektrische Einheiten durch eine bidirektionale digitale Schnittstelle E12 angeschlossen werden. Die Kommunikation mit anderen elektrischen Einheiten kann über ein Kabel oder drahtlos durch eine digitale Funkverbindung ausgeführt werden. Der Bluetooth-Standard für digitalen Nahbereichsfunk (Spezifikation des Bluetooth-Systems, Version 1.0 B, 01 Dez. 1999, Telefonaktiebolaget LM Ericsson) ist ein möglicher Kandidat für drahtlose Kommunikation für diese digitale Schnittstelle E12.
Signale, die durch diese Schnittstelle übertragen werden können, sind:

– Programmcode für die Verarbeitungseinheit E3
– Analysedaten von der Verarbeitungseinheit E3
– Synchronisationsdaten, wenn zwei Ohranschlüsse 1, 2 in einer Zweiohrbetriebsart verwendet werden
– digitalisierte Audiosignale in beide Richtungen zu und von einem Ohranschluss 1, 2.
– Steuersignale zum Steuern des Betriebs des Ohranschlusses.
– digitale Messsignale zur Diagnose der Ohranschlussleistung.

Ein manuelles Steuersignal kann in E11 erzeugt und der Verarbeitungseinheit E3 zugeführt werden. Das Steuersignal kann durch Betätigen von Tasten, Schaltern, etc. erzeugt werden und kann zum Ein- und Ausschalten der Einheit, zum Ändern der Betriebsart, etc. verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann ein vorgegebenes Sprachsignal Steuersignale an die Verarbeitungseinheit E3 bilden.
Das elektrische Schaltsystem wird durch die Stromversorgung 12a gespeist, die eine Primär- oder wiederaufladbare Batterie angeordnet in dem Ohrstöpsel oder in einer getrennten Einheit sein kann, oder es kann über einen Anschluss an andere Ausrüstung, z. B. ein Kommunikationsfunkgerät gespeist werden.
Der Ohranschluss kann als ein "Sprachaufnehmer im Ohr" verwendet werden. Der Ton der eigenen Sprache einer Person, wie er im Gehörgang gehört wird, ist nicht identisch mit dem Ton der Sprache derselben Person, wie er durch einen externen Zuhörer gehört wird. Der vorliegende Ohranschluss behebt dieses Problem. Das in 3 dargestellte Mikrofon M2 nimmt den Ton im inneren Teil des Gehörgangs 3 auf, der durch einen Verschließabschnitt 2 in einer Gehörschutz-Kommunikationsvorrichtung des Ohrstöpseltyps verschlossen ist. Das Signal wird durch den in 2 dargestellten Verstärker E4 verstärkt, durch den A/D-Wandler E5 von analog in digital umgewandelt und in der Digitalsignalverarbeitungs-(DSP) oder Mikrocomputereinheit E3 verarbeitet. Die Verarbeitung kann als eine signalabhängige Filterung betrachtet werden, die sowohl die Sprachsignaleigenschaften als auch berechnete Schätzungen der Position von Tonerzeugung für die verschiedenen Sprachlaute berücksichtigt. Dadurch kann die Sprachverständlichkeit und Natürlichkeit verbessert werden.
Die 1 und 3 zeigen Beispiele von Gehörschutzvorrichtungen, bei denen das Mikrofon M2 in einen Gehörschutz-Kommunikationsohrstöpsel integriert ist. Der akustische Übertragungskanal T1 schließt das Mikrofon M2 an den inneren Teil des Gehörgangs 3 an. Das Mikrofon M2 nimmt das Tonfeld auf, das durch die eigene Stimme der Person erzeugt wird. Das Signal kann im Verstärker E4 verstärkt, im A/D- Wandler E5 von analog in digital umgewandelt werden, und in der Digitalsignalverarbeitungs-(DSP) oder Mikrocomputereinheit E3 verarbeitet werden. Ein verarbeitetes Signal von E3 kann in digitaler Form durch eine digitale Schnittstelle E12 zu anderen elektrischen Einheiten übertragen werden. In einem alternativen Beispiel kann das verarbeitete Signal von E3 von digital in analog umgewandelt und in analoger Form zu anderen elektrischen Einheiten übertragen werden.
4 stellt eine mögliche Signalverarbeitungsanordnung dar. Sie stellt ein Beispiel des Typs von signalabhängiger Filterung dar, die an dem Signal von dem Mikrofon M2 angewendet werden kann, um eine gute Rekonstruktion des Sprachsignals zu erhalten, wobei es sogar in extrem lauten Umgebungen äußerst verständlich gestaltet wird.
Nach Verstärkung in E4 und Umwandlung von analog in digital, E5 wird das Signal des Mikrofons M2 in. der DCP/uP-Verarbeitungseinheit E3 analysiert. Die durch Block 21 in 4 dargestellte Analyse kann eine kurzzeitige Schätzung der spektralen Leistung in dem Mikrofonsignal, eine kurzzeitige Autokorrelationsschätzung des Mikrofonsignals oder eine Kombination aus beiden aufweisen. Basierend auf diesen Schätzungen kann eine laufende Klassifikation mit durch Block 22 dargestellter entsprechender Entscheidung in der Verarbeitungseinheit E3 für die Auswahl des am stärksten geeigneten Aufbereitungsfilters für das Signal von dem Mikrofon M2 ausgeführt werden. In dem in 4 gezeigten Beispiel kann die Auswahl zwischen z. B. drei Filtern H1(f), H2(f) und H3(f) getroffen werden, die durch Blöcke 23, 24 und 25 dargestellt und für vokallaute, Nasallaute bzw. Reiblaute passend sind. Das verarbeitete Signal liegt an dem Ausgang 26 des Blocks 22 vor. Es können auch andere Tonklassifikationen Anwendung fin den, die komplexere Subunterteilungen zwischen Tonklassifikationen und entsprechenden Tonfiltern und Analysealgorithmen verwenden. Der Auswahlalgorithmus kann schrittweise Übergänge zwischen den Filterausgaben aufweisen, um hörbare Artefakte zu vermeiden. Filterung und Auswahl wird in der Verarbeitungseinheit E3 gleichzeitig mit der Tonanalyse und Klassifikation ausgeführt.
Die Grundlage für die Filtercharakteristiken und die entsprechende Analyse und Klassifikation in der Verarbeitungseinheit E3 können von einem Versuch der in 3 gezeigten Form abgeleitet werden. Ein Ohrstöpsel mit einem Mikrofon M2 mit den gleichen Eigenschaften wie das für die Sprachaufnahme Verwendete wird zum Aufnehmen der Sprache einer Testperson von dem im oberen Teil von 3 dargestellten Gehörgang 3 verwendet. Gleichzeitig wird die Sprache durch ein hochqualitatives Mikrofon M3 vor der Person in einem Nennabstand von 1 Meter unter nachhallfreien Bedingungen aufgenommen. Schätzungen der spektralen Leistungsdichten können für die beiden Signale durch die Analysen berechnet werden, die durch Blöcke 27 bzw. 28 dargestellt sind, und die entsprechenden Pegel L1(f) und L2(f) werden in einem Komparator 29 verglichen. Die Ausgabe von dem Komparator ist durch die Übertragungsfunktion H(f) dargestellt. Die Analysen können kurzzeitige Spektralschätzungen sein, z. B. 1/9 Oktavspektren im Frequenzbereich 100 Hz bis 14000 Hz. Die Testsequenzen, die die Person äußert, können Sprachlaute aufweisen, die ungefähr 1 Sekunde konstant gehalten werden. Für gesprochene Laute kann die Testperson die Tonlage während der Analysezeitspanne variieren lassen. Die Übertragungsfunktionen der in Verbindung mit 4 beschriebenen Filter können auf Diagrammen von H(f), den Spektraldichtepegeln des freien Feldmikrofons M3 subtrahiert von den entsprechenden Pegeln des im Ohr enthaltenen Mikrofons M2 basieren.
Ein einfachstes Beispiel kann das System in 4 auf einen einzigen zeitinvarianten Filter reduzieren. Die Analyse und Auswahlverarbeitung kann dann weggelassen werden. Die Übertragungsfunktion des einzelnen Filters basiert weiterhin auf Diagrammen von Spektraldichtepegeln des freien Feldmikrofons, subtrahiert von den entsprechenden Pegeln des im Ohr enthaltenen Mikrofons, das in Verbindung mit 3 beschrieben ist. Die Übertragungsfunktion kann eine Kombination der Ergebnisse für die verschiedenen Sprachlaute, gewichtet gemäß ihrer Wichtigkeit für die Verständlichkeit und Natürlichkeit der verarbeiteten Sprache sein.
Ein anderes Beispiel wird am besten unter dem Ausdruck "Natürliche eigene Sprache" verstanden werden, der anzeigt, dass eine Person, die einen Ohranschluss trägt, ihre eigene Stimme als natürlich wahrnimmt, während der Gehörgang durch einen Ohrstöpsel blockiert ist.
Das innere Mikrofon M2 oder das äußere Mikrofon M1, oder eine Kombination aus den beiden, nimmt das Tonsignal auf, das das Sprachsignal des Benutzers darstellt. Das Signal wird verstärkt, von analog in digital umgewandelt und in dem Digitalsignalprozessor E3 analysiert. Basierend auf den vorhergehend gemessenen Übertragungsfunktionen von der Sprache des Benutzers an das Mikrofon M2 (und/oder M1) kann das Mikrofonsignal gefiltert werden, um die Natürlichkeit der Sprache des Benutzers wiederzuerlangen. Das Signal wird dann von digital in analog umgewandelt, verstärkt und an einem internen Lautsprecher SG wiedergegeben. Der interne Lautsprecher SG kann in einem ähnlichen Ohrendgerät 1, 2 in dem anderen Ohr des Benutzers angeordnet sein, um lokale Rückkopplung in dem Ohrstöpsel zu verhindern. In einer akustisch anspruchsvolleren Anordnung kann der Lautsprecher SG angeordnet in demselben Gehörgang 3, in dem sich das innere Aufnahmemikrofon M2 befindet, verwendet werden, was Rückkopplungsaufhebung erfordert. Das gewünschte Signal an den Lautsprecher SG im anderen Ohr kann über elektrische Leiter außerhalb des Kopfes des Trägers oder über Funksignale übertragen werden.
6 zeigt ein Beispiel einer Gehörschutzvorrichtung, bei der das Merkmal natürlicher eigener Sprache in zwei aktive Gehörschutz-Kommunikationsohrstöpsel integriert ist. Jeder Ohrstöpsel kann einen Hauptabschnitt 1, der zwei Mikrofone enthält, ein äußeres Mikrofon M1 und ein inneres Mikrofon M2, sowie einen Tongenerator SG aufweisen. Der rechte und linke Ohrstöpsel sind allgemein symmetrisch, ansonsten identisch für beide Ohren. Der Abschnitt 2 ist der akustische Verschluss des Gehörschutzes. Ein akustischer Übertragungskanal T1 verbindet das Mikrofon M2 mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Das Mikrofon M2 nimmt den Ton vom Gehörgang 3 auf. Wenn der Benutzer spricht und der Gehörgang verschlossen ist, ist das Signal hauptsächlich das eigene Sprachsignal des Benutzers. Dieses Signal wird gefiltert und an dem Lautsprecher SG am anderen Ohr wiedergegeben. Ein akustischer Übertragungskanal T2 verbindet den Tongenerator SG mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Ein Blockdiagramm des Elektroniksystems ist in 2 gezeigt.
4 zeigt ein Beispiel des Typs von signalabhängiger Filterung, die an dem Mikrofonsignal angewendet werden kann, um eine gute Rekonstruktion der Sprache zu erhalten.
Nach Verstärkung in E4 und Umwandlung von analog in digital, E5, wird das Signal des Mikrofons in der DSP/uP-Verarbeitungseinheit E3 analysiert. Die durch den Block 21 in 4 dargestellte Analyse kann eine kurzzeitige Schätzung der spektralen Leistung im Mikrofonsignal, eine kurzzeitige Autokorrelationsschätzung des Mikrofonsignals oder eine Kombination aus beiden aufweisen. Basierend auf diesen Schätzungen kann eine laufende Klassifikation mit entsprechender Entscheidung, dargestellt durch Block 22, in der Verarbeitungseinheit E3 für die Auswahl des am meisten geeigneten Aufbereitungsfilters für das Signal von dem Mikrofon M2 ausgeführt werden. In dem in 4 gezeigten Beispiel kann die Auswahl zwischen z. B. drei Filtern H1(f), H2(f) und H3(f) getroffen werden, die durch Block 23, 24 und 25 dargestellt und für Vokallaute, Nasallaute bzw. Reiblaute passend sind. Das verarbeitete Signal liegt am Ausgang 26 des Blocks 22 vor. Andere Tonklassifikationen unter Verwendung komplexerer Subunterteilungen zwischen Tonklassifikationen und entsprechenden Tonfiltern und Analysealgorithmen können angewendet werden. Der Auswahlalgorithmus kann schrittweise Übergänge zwischen den Filterausgaben aufweisen, um hörbare Artefakte zu vermeiden. Filterung und Auswahl werden in der Verarbeitungseinheit E3 gleichzeitig mit der Tonanalyse und Klassifikation ausgeführt.
Die Grundlage für die Filtercharakteristiken und die entsprechende Analyse und Klassifikation in der Verarbeitungseinheit E3 können von einem Versuch der in 5 gezeigten Form abgeleitet werden. Ein Ohrstöpsel mit einem Mikrofon M2 mit allgemein den gleichen Eigenschaften wie dem für die Sprachaufnahme Verwendeten wird zum Aufnehmen der Sprache einer Testperson von dem im oberen Teil von 5 dargestellten Gehörgang 3 verwendet. Gleichzeitig wird die Sprache durch ein hochqualitatives Mikrofon M4 nahe dem Ohr der Person unter nachhallfreien Bedingungen aufgezeichnet. Schätzungen der spektralen Leistungsdichten können für die beiden Signale durch die durch Block 37 bzw. 38 dargestellten Analysen berechnet werden, und die entsprechenden Pegel L1(f) und L2(f) werden in dem Komparator 39 verglichen. Die Ausgabe von dem Komparator wird durch die Übertragungsfunktion H(f) dargestellt. Die Analysen können kurzzeitige Spektralschätzungen z. B. 1/9 Oktavspektren in dem Frequenzbereich 100 Hz bis 14000 Hz sein. Die Testsequenzen, die die Person äußert, können Sprachlaute aufweisen, die ungefähr 1 Sekunde lang konstant gehalten werden. Für gesprochene Laute kann die Person die Tonhöhe während der Analysezeitspanne variieren lassen. Die Übertragungsfunktionen der in Verbindung mit 4 beschriebenen Filter können auf Diagrammen von H(f) basieren, den Spektraldichtepegeln des freien Feldmikrofons (M4) subtrahiert von den entsprechenden Pegeln des im Ohr enthaltenen Mikrofons M2.
Ein einfachstes Beispiel kann das System in 4 auf einen einzelnen zeitinvarianten Filter reduzieren. Die Analyse und Auswahlverarbeitung können dann weggelassen werden. Die Übertragungsfunktion des einzelnen Filters basiert weiterhin auf Diagrammen der Spektraldichtepegel des freien Feldmikrophons, subtrahiert von den entsprechenden Pegeln des im Ohr enthaltenen Mikrofons, das in Verbindung mit 5 beschrieben ist. Die Übertragungsfunktion kann eine Kombination der Ergebnisse für verschiedene Sprachlaute sein, die gemäß ihrer Wichtigkeit für die Natürlichkeit der verarbeiteten Sprache gewichtet werden.
Ein anderes Beispiel einer Gehörschutzvorrichtung wird als "Persönliches Lärmbelastungsdosimeter" bezeichnet. Ähn lich zu den obigen Beispielen nimmt das Mikrofon M2 den Ton im Gehörgang 3 auf. Eins der neuen Merkmale besteht darin, dass diese Lärmbelastung im Gehörgang gemessen wird, selbst während das Ohr bereits lärmgeschützt ist. Das Signal von dem Mikrofon M2 wird verstärkt, von analog in digital umgewandelt und in einer Digitalsignalverarbeitungs-(DSP) oder Mikrocomputereinheit E3 in der gleichen Weise wie oben beschrieben analysiert. Die Analyse deckt sowohl stationären als auch halbstationären Lärm und Impulslärm ab. Das Ergebnis der Analyse wird mit Schadensrisikokriterien verglichen, und der Benutzer erhält ein hörbares oder eine andere Form von Warnsignal, wenn die Überschreitung bestimmter Grenzwerte bevorsteht und Maßnahmen zu treffen sind. Das Warnsignal kann auch zu anderen Parteien, z. B. industriellen Überwachungsvorrichtungen für Gesundheitsvorsorge, übertragen werden. Die Zeitaufzeichnung der Analyse kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem Speicher, z. B. in dem RAM E8 für späteres Auslesen und Verarbeiten gespeichert werden.
1 zeigt eine Gehörschutzvorrichtung mit dem persönlichen Lärmbelastungsdosimeter, das in einen aktiven Gehörschutz-Kommunikationsohrstöpsel integriert ist und einen Hauptabschnitt 1, der zwei Mikrofone, ein äußeres Mikrofon M1 und ein inneres Mikrofon M2 enthält, und einen Tongenerator SG aufweist. Ein Verschließabschnitt 2 ist an dem Hauptabschnitt befestigt. Ein akustischer Übertragungskanal T1 verbindet das Mikrofon M2 mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Das Mikrofon M2 nimmt daher den im Gehörgang 3 vorhandenen Ton direkt außerhalb des Trommelfells (Tympanum) 4 auf. Ein akustischer Übertragungskanal T2 verbindet den Tongenerator SG mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Der Tongenerator SG kann dem Benutzer hörbare Informationen in Form von Warnsignalen oder synthetischer Sprache liefern.
Sowohl die gesamte Elektronik als auch die Batterie ist in dem Hauptabschnitt 1 vorgesehen.
Ein Blockdiagramm einer möglichen Umsetzung dieser Vorrichtung ist in 2 gezeigt. Der Ton wird durch das Mikrofon M2 aufgenommen, verstärkt und von analog in digital umgewandelt, bevor er der Verarbeitungseinheit E3 mit DSP oder uP (oder beiden) als zentrale Verarbeitungseinheiten zugeführt wird. Die Speichereinheiten E8 mit RAM, E9 mit ROM, und E10 mit EEPROM können Programme, Konfigurationsdaten und Analyseergebnisse speichern. Informationen an den Benutzer werden in der zentralen Verarbeitungseinheit E3 erzeugt, von digital in analog umgewandelt, verstärkt, und können als hörbare Informationen über den Lautsprecher SG präsentiert werden. Die digitale Schnittstelle wird zur Programmierung, Steuerung und Auslesen von Ergebnissen verwendet.
Die Signalverarbeitung für die Berechnung von Lärmbelastung ist in dem Ablaufdiagramm in 7 gezeigt. Das Signal vom Mikrofon M2 wird verstärkt, in digitale Form umgewandelt und durch Algorithmen in der Verarbeitungseinheit E3 analysiert. Zuerst wird eine durch den Block 41 dargestellte Angleichung Abtastwert für Abtastwert angewendet, um Ungleichmäßigkeiten in der Mikrofonreaktion, dem Übertragungskanal T1 und die fehlende Gehörgangreaktion aufgrund der Blockierung des Kanals durch den Ohrstöpsel auszugleichen. Die verarbeiteten Abtastwerte können der Erfindung zufolge auf mindestens zwei Arten bewertet werden. Zum Erhalten der stationären oder halbstationären Lärmdosis wird eine A-Bewertung dargestellt durch Block 42 angewendet. Es existieren Normen für diese A-Bewertung: IEC 179, und die Abtastwerte werden quadriert und in Block 43 bzw. 44 gesammelt. Zum Erhalten des Spitzenwerts zum Bewerten von Impulslärm wird eine C-Bewertung dargestellt durch Block 45 gemäß international anerkannter Normen angewendet, auch IEC 179, und der Spitzenwert (ungeachtet des Vorzeichens) wird im Block 46 gespeichert. Die Lärmdosis und Spitzenwerte werden schließlich mit vorgegebenen Grenzwerten in einem durch Block 47 dargestellten Entscheidungsalgorithmus verglichen, so dass eine Warnung gegeben werden kann. Die hörbare Information an den Benutzer kann in Form von Warnsignalen oder synthetischer Sprache geliefert werden. Das Warnsignal kann auch zu anderen Parteien, z. B. industriellen Vorrichtungen zum Überwachen von Gesundheitsvorsorge übertragen werden. Die Zeitaufzeichnung der beiden kann auch in dem Speicher der Verarbeitungseinheit E3 zum späteren Auslesen und Weiterbewertung gespeichert werden.
Zusätzlich zum Gebrauch in passiven Gehörschutzvorrichtungen kann diese Vorrichtung als Gehörschutz verwendet werden, wenn der Anschluss als Kopfhörer gekoppelt an CD-Spieler verwendet wird, zum ähnlichen Überwachen der von den Kopfhörern an das Ohr im Verlauf der Zeit oder bei Spitzenbedingungen übermittelten Lärmdosis.
Eine Ausführungsform der Erfindung, die als "Online-Verifikation/Steuerung von Gehörschützerleistung" bezeichnet wird, nutzt die Tatsache, dass ein Tonfeld, welches lokal in dem Hohlraum nahe dem Trommelfell erzeugt wird, durch Undichtigkeit in dem Gehörschützer beeinflusst wird. Ein kleiner elektroakustischer Wandler (Tonquelle) SG und ein Mikrofon M2 sind in einem Verschließabschnitt 2 angeordnet, der zum Dämpfen von in den Gehörganghohlraum 3 eintretenden Tönen eingerichtet ist. Eine Digitalsignalverarbeitungs-(DSP) oder Mikrocomputereinheit E3 im Hauptabschnitt 1 oder im Verschließabschnitt 2 wird zum Erzeugen eines vorgegebenen Signals ver wendet, das durch den D/A-Wandler von digital in analog umgewandelt, durch den Verstärker E6 verstärkt und an die Tonquelle SG angelegt wird, die ein Tonfeld in dem geschlossenen Teil des Gehörgangs 3 erzeugt. Das Mikrofon M2 nimmt den Ton im Gehörganghohlraum 3 auf. Dieses Signal wird durch den Verstärker E4 verstärkt, durch den A/D-Wandler E5 von analog in digital umgewandelt und in dem Digitalsignalprozessor oder Mikroprozessor E3 analysiert. Das Ergebnis der Analyse wird mit gespeicherten Ergebnissen von vorhergehenden Messungen des gleichen Typs in einer Situation mit guten Verschließbedingungen verglichen. Der Benutzer kann hörbare oder andere mitgeteilte Bestätigung erhalten, wenn die Undichtigkeit annehmbar niedrig ist, oder ein Warnsignal, wenn Undichtigkeit unannehmbar hoch ist. In der gleichen Weise kann ein Signal an andere Instanzen übertragen werden, z. B. eine externe industrielle Gesundheitsüberwachungseinheit, mit Informationen über die Undichtigkeit. Ein Beispiel kann es sein, dass ein Ohranschluss gemäß der Erfindung zum Prüfen hinsichtlich Undichtigkeit in dem Gehörschutz verwendet wird, während der Träger sind an einem Tor befindet, das den Einlass zu einem lärmbelasteten Bereich kontrolliert. Wenn Undichtigkeit auftritt, kann ein Signal von dem Ohrendgerät zu einem entsprechenden Signalempfänger an dem Tor gesendet werden, das Mittel zum Sperren des Tors für Eintritt aufweist, bis der Undichtigkeitszustand behoben und verifiziert ist.
1 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei der die Verifikationsvorrichtung in einen Gehörschutzohrstöpsel integriert ist. Diese Ausführungsform weist einen äußeren Abschnitt 1 auf, der ein Mikrofon M2 und einen Tongenerator SG enthält. Ein innerer Verschließabschnitt 2 ist an dem äußeren Abschnitt befestigt, kann jedoch in einen integrierten äußeren Abschnitt/Verschließabschnitt 1, 2 ausgebil det werden. Ein akustischer Übertragungskanal T2 verbindet den Tongenerator SG mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Der Tongenerator SG erzeugt ein vorgegebenes akustisches Signal, das ein Tonfeld im Gehörgang 3 erzeugt. Ein akustischer Übertragungskanal T1 verbindet das Mikrofon M2 mit dem inneren Teil des Gehörgangs 3. Das Mikrofon M2 nimmt das Tonfeld auf, das durch den Tongenerator SG aufgebaut wird. Die Signalerzeugung und -analyse werden in einer Digitalsignalverarbeitungs-(DSP) oder Mikrocomputereinheit E3 mit geeigneten Verstärkern und Wandlern ausgeführt, wie in den vorhergehenden Absätzen beschrieben ist. Die gesamte Elektronik 11 sowie die Stromversorgung 12 sind im äußeren Abschnitt 1 vorgesehen.
8 stellt eine Signalverarbeitungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. Diese Ausführungsform verwendet ein Signal, das zuverlässige Charakterisierung des Tonfelds im Hohlraum erzeugt, während es vorzugsweise nicht störend für den Benutzer ist. Das Signal kann eine oder mehrere Sinuskomponenten aufweisen, die gleichzeitig oder in Reihenfolge präsentiert werden. Alternativ kann eine Pseudozufallsreihenfolge verwendet werden. In beiden Fällen werden vorzugsweise sowohl die phasengleichen als auch die phasenverschobenen Teile des Tonfelds in dem Verifikationsalgorithmus analysiert und verwendet.
Ein Beispiel der Signalverarbeitung ist in dem Ablaufdiagramm von 8 gezeigt. In dem Beispiel werden zwei reine Töne mit verschiedenen Frequenzen f1 und f2 durch Algorithmen in der Verarbeitungseinheit E3 erzeugt. Die Generatoren sind durch Block 81 bzw. 82 dargestellt. Die Generatoren erzeugen sowohl phasengleiche (sin) als auch phasenverschobene (cos) Komponenten. Die phasengleichen Komponenten werden miteinander in Block 83 addiert, in analoge Form umgewandelt, verstärkt und an den Tongenerator SG angelegt. Das resultierende Tonfeld wird durch das Mikrofon M2 aufgenommen, verstärkt, in digitale Form umgewandelt und durch Algorithmen in der Verarbeitungseinheit E3 für eine Reihe von Detektoren analysiert, die durch Blöcke 84, 85, 86 und 87 dargestellt sind. Die phasengleichen und phasenverschobenen Komponenten des Signals des Mikrofons M2 werden für jede der beiden Frequenzen analysiert. Der Detektoralgorithmus führt Multiplikation von Abtastwert mal Abtastwert der beiden Eingangssignale aus und glättet das Ergebnis mit einem Tiefpassfilter. Die vier Detektorausgaben werden an einen durch den Block 88 dargestellten Entscheidungsalgorithmus angelegt, wo sie mit gespeicherten Werten verglichen werden. Das Entscheidungsergebnis kann ein digitales "go"/"no go" [Freigabe/Sperre] Echtzeitsignal sein, das akzeptable Lärmschutzdämpfung oder unakzeptable Lärmschutzdämpfungsbedingungen anzeigt. Das Ergebnis der Analyse wird mit gespeicherten Ergebnissen von früheren Messungen des gleichen Typs in einer Situation mit guten Verschließbedingungen verglichen.
Die gespeicherten Werte für den Entscheidungsalgorithmus können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auf früheren Laborversuchen basieren, aber Werte für den Entscheidungsalgorithmus können auch bestimmt werden, z. B. Bilden eines Durchschnitts und Setzen einer niedrigeren Akzeptanzgrenze für eine Mehrzweckausführungsform der Erfindung.
Die Zahl und Werte von Frequenzen und die Glättungscharakteristiken der Detektoren werden als Kompromiss zwischen Hörbarkeit und Reaktionszeit gewählt. Wenn eine durchgehend ablaufende Verifikation erforderlich sein sollte, können niedrige Frequenzen, z. B. im Bereich on 10–20 Hz, aus reichend niedriger Pegel zum Vermeiden von Störungen genutzt werden. Die reinen Töne können dann teilweise oder vollständig auditiv durch den Restlärm überdeckt werden, der durch den Gehörschutz übertragen wird.
Das akustische Phänomen, auf dem die Ausführungsform der Erfindung basiert, wird durch das elektrische Analogiediagramm in 9 gezeigt. In dem Diagramm ist der Tongenerator SG durch sein akustisches Thevenin-Äquivalent modelliert, das durch Blöcke 91 und 92 dargestellt ist. Der Tondruck p1 wird durch den Thevenin-Generator 91 erzeugt, was zu einer Volumengeschwindigkeit durch die Thevenin-Impedanz Z1(f) 92 führt. Das Mikrofon M2 wird durch seine akustische Impedanz Z3(f) modelliert, die durch Block 93 dargestellt ist. Der Tondruck p2 am Mikrofoneingang wird in ein elektrisches Signal durch das Mikrofon umgewandelt. Zum Zweck der vorliegenden Darstellung sind alle akustischen Elemente, die dem durch den Tongenerator SG erzeugten Tondruck ausgesetzt sind, außer dem Mikrofon, zusammen in der akustischen Impedanz Z2(f) konzentriert, die durch Block 95 dargestellt ist. Eine Undichtigkeit in dem Gehörschutz kann durch eine Änderung in der variablen akustischen Impedanz Z2(f) modelliert werden. Die Änderung wird gewöhnlich sowohl das frequenzabhängige Modul als auch die frequenzabhängige Phase von Z2(f) beeinflussen. Diese Änderung führt zu einer Änderung in dem Verhältnis zwischen den Tondrucken p2 und p1, die wie in Verbindung mit 8 beschrieben analysiert wird.

Claims

Gehörschutzvorrichtung, die einen Verschließabschnitt (2) zum akustischen Verschließen des Gehörgangs (3) eines Menschen aufweist, mit einer inneren Oberfläche, die derart angeordnet ist, dass sie dem Gehörgang (3) des Benutzers zugewandt ist, und aufweist: einen Tongenerator; eine Elektronikeinheit (E3), die angeschlossen ist, um dem Tongenerator ein vorgegebenes Signal zuzuführen; wobei der Tongenerator (SG) einen Tonausgang (S_SG) an der inneren Oberfläche des Verschließabschnitts aufweist, um als Reaktion auf das zugeführte vorgegebene Signal ein resultierendes Tonfeld in dem Gehörgang zu erzeugen; ein inneres Mikrofon (M2) mit einem Toneingang (S2), der derart angeordnet ist, dass er dem Gehörgang (3) zugewandt ist, und zum Messen des resultierenden Tonfeldes in dem Gehörgang (3) angeordnet ist; wobei das innere Mikrofon an die Elektronikeinheit (11, E3) angeschlossen ist, die einen Tonanalysator aufweist, der zum Analysieren von Toncharakteristika des resultierenden Tonfeldes in dem Gehörgang (3) und Erzeugen analysierter Toncharakteristika an das innere Mikrofon (M2) gekoppelt ist; eine Speichereinheit in der Elektronikeinheit (11, E8, E9, E10), die das Speichern gemessener vorgege bener Toncharakteristika einer richtig funktionierenden Gehörschutzvorrichtung ermöglicht; eine Vergleichereinheit in der Elektronikeinheit (11, E3), die angeordnet ist, um die mittels des inneren Mikrofons (M2) analysierten Toncharakteristika mit den gespeicherten gemessenen vorgegebenen Toncharakteristika zu vergleichen; und eine Anzeigeeinheit, die an die Vergleichereinheit (11, E3) angekoppelt ist und aktiviert wird, wenn sich die analysierten Toncharakteristika signifikant von den vorgegebenen Toncharakteristika unterscheiden.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzeigeeinheit angeordnet ist, um ein Warnsignal zu erzeugen.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzeigeeinheit zum Senden des Warnsignals an den Tongenerator (SG) zum Abgeben eines hörbaren Signals (62) an den Gehörgang (3) angeordnet ist.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzeigeeinheit (72) einen Funksender aufweist.
Gehörschutzvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, mit einem Kanal (T1), der durch den Verschließabschnitt (2) zwischen der einwärts weisenden Oberfläche des Verschließabschnitts (2), der zum Verschließen eines Raumabschnitts des Gehörgangs (3) angeordnet ist, und dem Toneingang (S2) des inneren Mikrofons (M2) angeordnet ist.
Gehörschutzvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, mit einem Druckausgleichskanal (T3) für langsamen Luftdurchsatz durch den Verschließabschnitt (2) zu und von dem Gehörgang (3).
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Druckausgleichskanal (T3) ein Druckentlastungsventil (V) aufweist.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 7, mit einem Bypass-Kanal (T4) in dem Druckausgleichskanal (T3).
Gehörschutzvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, mit einem äußeren Abschnitt (1), der derart angeordnet ist, dass er dem nach außen weisenden Abschnitt des Verschließabschnitts (2) benachbart ist, wobei ein Teil des einwärts weisenden Abschnitts des äußeren Abschnitts (1) ausgebildet ist, um mit der Ohrmuschel rund um den äußeren Abschnitt des Gehörgangs (3) zusammenzupassen.
Gehörschutzvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit ein Filtermittel aufweist, das an das innere Mikrofon gekoppelt ist, zum Filtern des Signals von dem inneren Mikrofon, und das Tonerzeugungsmittel ausgebildet ist, um Töne auf der Basis des gefilterten Signals zu erzeugen, wobei das Mittel vorprogrammiert ist, um die Signale auf der Basis der Töne, die in dem Ohr empfangen werden und von der Stimme des Benutzers stammen, in einen Ton umzuwandeln, der durch den Benutzer als seine eigene Stimme erkannt wird.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Tongenerator in einer gesonderten Einheit angeordnet ist, die in dem anderen Ohr des Benutzers angeordnet wird.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Analysemittel, das an das innere Mikrofon (M2) gekoppelt ist, und einem Anzeigemittel, das an das Analysemittel gekoppelt ist, wobei das Analysemittel die empfangenen Töne analysiert und dies mit vorgegebenen Werten für zulässige Lärmpegel vergleicht und das Anzeigemittel aktiviert, wenn die zulässigen Lärmpegel überschritten werden.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronikeinheit (11, E3) ein Filtermittel aufweist, welches an das innere Mikrofon (M2) gekoppelt ist, zum Filtern des Signals von dem inneren Mikrofon (M2), wobei das Filtermittel programmierbar ist, um die Signale auf der Basis der in dem Ohr durch das innere Mikrofon (M2) empfangenen Töne zu Tönen umzuwandeln, die im Wesentlichen die Charakteristika von gesprochenen Tönen des Benutzers der Gehörschutzvorrichtung aufweisen, wie diese außerhalb des Mundes des Benutzers zu hören sind.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 13, mit einer Anschlussschnittstelle (13, E12) zum Übertragen des gefilterten Signals von der Gehörschutzvorrichtung.
Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem äußeren Mikrofon, das von dem inneren Mikrofon akustisch isoliert ist.
Verfahren zum Überwachen der Leistung einer Gehörschutzvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Verschließabschnitt (2) zum Anordnen im Ohr des Benutzers und Definieren eines begrenzten Raumes im Gehörgang (3), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Erzeugen eines Tonfeldes mit vorgegebenen Charakteristika in dem Raum mittels des Tongenerators (SG); – Messen der Charakteristika des resultierenden Tonfeldes mittels des inneren Mikrofons (M2), das zu dem Gehörgang (3) hin gerichtet ist; – Speichern eines Satzes von gemessenen vorgegebenen Charakteristika zum Definieren einer gut funktionierenden Gehörschutzvorrichtung in der Elektronikeinheit (E3); – wiederholtes Vergleichen von gemessenen Charakteristika des resultierenden Tonfeldes mit den gespeicherten Charakteristika, die eine gut funktionierende Gehörschutzvorrichtung definieren, mittels eines Tonanalysators in der Elektronikeinheit; und – bei Erkennen einer signifikanten Abweichung von den gespeicherten Charakteristika, Erzeugen eines Anzeigesignals für die Anzeigeeinheit.