Bei der Arbeit in einer technischen Arbeitsumgebung wie beispielsweise einem Operationssaal besteht ein Problem darin, dass viele beteiligte Personen und Vorrichtungen koordiniert werden müssen und Informationen zwischen den beteiligten Menschen und Vorrichtungen ausgetauscht, bewertet, und Handlungsentscheidungen getroffen werden müssen.

Diese Aufgabe wird heutzutage zum großen Teil noch großteils ohne maschinelle Unterstützung von den beteiligten Personen mittels Sprachkommunikation bewältigt.

Für die Optimierung der Kommunikation der beteiligten Personen schlägt die DE 10 2015 205 463 A1 vor, mittels eines Mischers und an diesen angeschlossenen Gegensprecheinheiten eine programmgesteuerte Audioumgebung auszubilden, mittels der beispielsweise Signalgruppen gebildet werden können. Eine Matrix legt fest, welche Teilnehmer in welcher Richtung miteinander kommunizieren können. So lassen sich beispielsweise Hierarchie-Ebenen in der Matrix abbilden.

Daneben sind überlappende Gruppen vorgesehen. Schwellwerte werden offenbart, ab denen eine Information weitergeleitet bzw. nicht weitergeleitet wird. Auch direktionale Informationen werden gemessen und zur Steuerung der Audio-Ausgabe verwendet.

Allerdings ist die Matrix, die in der DE 10 2015205463 A1 die Kommunikation steuert, im Wesentlichen statisch. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung aus der DE 10 2015 205 463 A1 so weiterzubilden, dass sie eine größere Flexibilität aufweist.

Gemäß einem Aspekt umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Bildung einer computergestützten Kommunikationsumgebung für eine technische Arbeitsumgebung, aufweisend:

Eine Mischvorrichtung, an die eine Vielzahl von Vorrichtungen angeschlossen sind, wobei die Vielzahl von Vorrichtungen umfassen: eine Mehrzahl von Gegensprecheinrichtungen mit einem Mikrofon und einem Audioausgang, die jeweils einer Person in der technischen Arbeitsumgebung, vorzugsweise einem chirurgischen Operationsraum, zugeordnet sind; wobei die Mischvorrichtung mit der Mehrzahl an Gegensprecheinrichtungen für jedes Paar von zwei an die Mischvorrichtung angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen steuert, ob und in welche Richtung ein Fluss von Informationen zwischen den beiden angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen ermöglicht wird; wobei zur Steuerung des Informationsflusses eine Steuermatrix vorgesehen ist, die für jedes Paar der an die Mischvorrichtung angeschlossenen Vorrichtungen einen Matrixeintrag aufweist, der den Informationsfluss definiert, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: ein Messmikrofon zur Messung des Umgebungsschalls, das den Schallpegel im Raum misst; und wobei die Mischvorrichtung aufweist: ein computerimplementiertes, von der Mischvorrichtung ausgeführtes Steuerprogram, das die Matrixeinträge abhängig von den von den angeschlossenen Vorrichtungen an die Mischvorrichtung gelieferten Daten dynamisch an die momentane Situation in der technischen Arbeitsumgebung anpasst, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Gate für jedes der Mikrofone der Gegensprecheinrichtungen, das den an einem der Mikrofone der Gegensprecheinrichtungen eintretenden Schall zur Weitergabe an die Audioausgänge anderen Gegensprecheinrichtungen verstärken oder unterdrücken kann; wobei das Steuerprogramm so ausgestaltet ist, dass die Verstärkung oder Unterdrückung des an einem Mikrofon eintretenden und an die Audioausgänge der anderen Gegensprecheinrichtungen auszugebenden Schalles durch das Gate abhängig von der Analyse des durch das Messmikrofon gemessenen Umgebungsschalls dynamisch angepasst wird

Auf diese Weise kann die Vorrichtung dynamisch auf sich ändernde Situationen in der technischen Arbeitsumgebung reagieren und den Signalfluss entsprechend anpassen. Insbesondere kann eine Audioumgebung erzeugt werden, in der einem Benutzer über seinen Audioausgang eine dynamisch angepasste und optimierte Audioumgebung zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel steuert die Mischvorrichtung das Gate an mindestens einer der Gegensprecheinrichtungen so, dass es den eingehenden Schall ab einem gewissen Mindestschallpegel an Audioausgänge der anderen Gegensprecheinrichtungen weiterleitet, wobei der Mindestschallpegel abhängig vom durch das Messmikrofon gemessenen Schallpegel des Raumes angepasst wird.

Durch diese dynamische Anpassung kann ein hinreichender Signalabstand der Sprache eines Benutzers zum Umgebungsschall sichergestellt werden, was eine Verbesserung der Kommunikationsqualität ermöglicht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Sprache eines Benutzers dann in seinen eigenen Audioausgang eingespielt, wenn sie den Mindestschallpegel aufweist und an Audioausgänge der anderen Benutzer weitergeleitet wird.

Auf diese Weise bemerkt der Benutzer, wenn sein Mikrofon „stummgeschaltet“ ist und spricht dann gegebenenfalls lauter, um den dynamisch angepassten Mindestschallpegel zu erreichen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Mischvorrichtung ferner auf: eine Analysevorrichtung zur spektralen Analyse des an dem Messmikrofon eingehenden Schalls, wobei die Mischvorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Erkennen eines vorbestimmten spektralen Musters durch das Gate einer Gegensprecheinrichtung eine oder mehrere Spektralkomponenten, die dem erkannten spektralen Muster entsprechen, verstärkt oder unterdrückt werden.

Auf diese Weise können dynamisch an den Umgebungsschall angepasst unerwünschte Signale unterdrück bzw. erwünschte Signale verstärkt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Mischvorrichtung ferner auf:

Eine Einrichtung zum Einspielen des von einem Messmikrofon aufgenommenen Umgebungsschalls in den Audioausgang einer oder mehrerer der Gegensprecheinrichtungen. Auf diese Weise kann der Benutzer in der geschützten Audioumgebung auf Wunsch bzw. falls notwendig den realen Umgebungsschal wahrnehmen und aus der geschützten Umgebung heraustreten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schallpegel, mit dem der Umgebungssignal in den Audioausgang eingespielt wird, dynamisch angepasst in Reaktion auf eine Anforderung des Benutzers oder ein von einer Analyseeinrichtung der Mischvorrichtung erkanntes externes Triggersignal.

Dies ermöglicht eine adaptiv angepasste Einspielung der natürlichen Audioumgebung in Reaktion auf einen Wunsch des Benutzers oder ein externes Signal als auslösendes Ereignis.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist für einen oder mehrere Benutzer eine individuelle Hörkorrekturkurve in der Vorrichtung abgelegt ist.

Auf diese Weise kann die Vorrichtung ein benutzerspezifisches Hörgerät zusätzlich zu ihrer sonstigen Funktionalität implementieren.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die technische Arbeitsumgebung eines der Folgenden: einen chirurgischen Operationsraum; einen Produktionsraum einer industriellen Fertigung; ein Labor zur wissenschaftlichen oder industriellen Analyse von chemischen oder physikalischen Prozessen oder Stoffen, einen Kontrollraum zur Überwachung oder Steuerung eines industriellen Produktionsprozesses, ein Großraumbüro, eine Konferenzumgebung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dann, wenn die in der Mischvorrichtung von angeschlossenen Vorrichtungen eingehenden Signale ein Triggersignal anzeigen, eine Änderung der Matrixdaten vorgenommen. Dadurch kann eine dynamisch adaptierbare Vorrichtung geschaffen werden, die sich an wechselnden Gegebenheiten anpasst.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerprogramm Informationen über den zeitlichen Ablauf der Operation im OP-Raum und auf Grundlage dieser Informationen wird dann, wenn ein Eingangssignal der Sensordaten ein Triggerereignis anzeigt, das ein Eintreten eines Ereignisses im zeitlichen Ablauf der Operation darstellt, die Steuermatrix angepasst.

Die Abbildung des Ablaufplanes der Operation ermöglicht eine dynamische Anpassung der Steuermatrix an die jeweilige Situation im OP, abhängig vom Fortschritt der Operation, und es kann automatisch entsprechend dem Ablauf der OP reagiert werden.

Auf Grundlage dieser Informationen kann so, wenn die in der Mischvorrichtung von angeschlossenen Vorrichtungen eingehenden Signale das Erreichen eines bestimmten Punkts im zeitlichen Ablauf anzeigen, eine Änderung der Matrixdaten vorgenommen werden.

So kann beispielsweise eine Signalisierung eines bestimmten OP-Schrittes, etwa die Anforderung des Tackers, signalisieren, dass die OP bald vorbei ist und durch Anpassung der Matrixelemente beispielsweise die Anforderung von Personal der Lagerungshilfe auslösen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel dient als Triggersignal eines der Folgenden:

Das Erreichen eines Signalwerts in einem oder mehreren Sensordaten, die das Erreichen eines bestimmten Punkts im zeitlichen Ablauf anzeigen; das Erreichen eines Schwellwerts in einem oder mehreren Sensordaten; die Detektion eines Schlüsselworts oder Schlüsselsignals in einem erfassten akustischen Signal; eine Eingabe des Benutzers zum Lernen einer neuen Situation. Auf diese Weise können verschiedene Anpassungen der Steuermatrix und damit der Funktionalität der Vorrichtung an sich ändernde äußere Gegebenheiten implementiert werden.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerprogram ganz oder teilweise mittels eines neuronalen Netzes implementiert, das als Eingang die Signale von der Mehrzahl von Sensoren erhält und als Ausgang die Steuermatrix liefert. Das neuronale Netz wird dabei vorzugsweise mittels von Daten aus echten Operationssituationen trainiert und passt sich so immer weiter den Bedürfnissen der Benutzer und an neue Situationen an.

In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Eingangssignale der Steuermatrix Sprachsignale, die mittels Spracherkennung erfasst und auf Schlüsselbegriffe untersucht werden, wobei ein Schlüsselbegriff ein Triggersignal darstellt.

Auf diese Weise kann eine Anpassung der Steuermatrix mittels Sprachsteuerung implementiert werden.

In einem Ausführungsbeispiel identifizieren die angeschlossenen Sensoren, insbesondere mittels Barcode oder QR-Code, die Funktion eines Benutzers innerhalb einer Benutzergruppe und basierend auf der Funktion dem Benutzer werden nur diejenigen Daten von der Mischvorrichtung an den Benutzer übermittelt, die gemäß seiner Funktion und einem Hierarchie- oder Funktionsplan relevant sind.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das kreisrunde Element in der Mitte von Fig. 1 ist dabei eine Mischvorrichtung, an die Gegensprecheinrichtungen (nicht gezeigt) einer Mehrzahl von Benutzern A, B, C, ... n angeschlossen sind.

Die Mischvorrichtung steuert für jeweilige Paare der angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen dahingehend, ob und in welche Richtung ein Fluss von Informationen zwischen den beiden angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen ermöglicht wird. Dafür ist zur Steuerung des Informationsflusses eine Steuermatrix vorgesehen, in Fig. 1 bezeichnet als SOTOS-Matrix, die für jedes Paar der an die Mischvorrichtung angeschlossenen Vorrichtungen einen Matrixeintrag aufweist, der den Informationsfluss definiert.

Die Vorrichtung weist ferner ein nicht gezeigtes ein Messmikrofon zur Messung des Umgebungsschalls, das den Schallpegel im Raum misst, auf.

Die Mischvorrichtung erhält gemäß einem Ausführungsbeispiel Sensordaten, beispielsweise über den Zustand des OP-Raums (Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit, ggf. die Raumgeometrie gemessen mittels z. b. LIDAR), aber insbesondere auch die Eingangssignale der Mikrofone der Gegensprecheinrichtungen und des Messmikrofons.

Die Mischvorrichtung kann beispielsweise aktive und/oder passive Filter oder mittels Kl implementierte Filter umfassen. Die Eingangssignale werden von dem Mischer mittels der Steuermatrix verarbeitet und als Resultat werden Ausgangssignale ausgegeben, z. B. als Sprachsignale wie durch die Steuermatrix als gesteuerter Signalfluss vorgegeben an die Benutzer über die Gegensprecheinrichtungen ausgegeben, aber gemäß Ausführungsbeispielen beispielsweise auch als Alarmsignale, als Musik, etc.,. Weitere Elemente wie die SOTOS-DB, ein Extender, oder ein OP-Protokoll können vorgesehen sein und werden später beschrieben.

Bei den Gegensprecheinrichtungen handelt es sich vorzugsweise um eine Kombination aus einem möglichst schalldichten Kopfhörer (over-the-ear oder in-ear), der den Träger möglichst gut von Umgebungsgeräuschen abschirmt. Ein solcher Kopfhörer wird vorzugsweise kombiniert mit einem Mikrofon zu einem Headset, wobei das Mikrofon vorzugsweise ein Richtmikrofon ist, dessen Richtcharakteristik auf den Benutzer ausgerichtet ist. So lässt sich für den Benutzer ein „geschützter Audio- Erfahrungsraum“ ausbilden, der jedem Benutzer nur diejenigen Audiosignale zukommen lässt, die gemäß Steuerung durch die Mischvorrichtung für ihn vorgesehen sind. Die Gegensprecheinrichtungen, je eine für einen Benutzer im OP-Raum, sind wie erwähnt an die Mischvorrichtung angeschlossen. Die Mischvorrichtung steuert dann ob und in welche Richtung ein Fluss von Informationen zwischen einem Paar von angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen ermöglicht wird. Dabei ist zur Steuerung des Informationsflusses eine Steuermatrix vorgesehen (SOTOS-Matrix in Fig. 1 ), die für jedes Paar der an die Mischvorrichtung angeschlossenen Gegensprecheinrichtungen einen Matrixeintrag aufweist, der den Informationsfluss definiert.

Die Vorrichtung weist ferner ein Messmikrofon zur Messung des Umgebungsschalls auf, das den Schallpegel im Raum misst. Die Mischvorrichtung wiederum weist ein computerimplementiertes, von der Mischvorrichtung ausgeführtes Steuerprogram auf, das die Matrixeinträge abhängig von den von den angeschlossenen Vorrichtungen an die Mischvorrichtung gelieferten Daten dynamisch an die momentane Situation in der technischen Arbeitsumgebung anpasst. Das Messmikrofon ist dabei vorzugsweise zentral im Raum (z. B. an der Decke) angeordnet und ist sensitiv auch für Infraschall (<10 Hz) und Supraschall (> 20kHz), um Störgeräusche in diesem Frequenzbereich erfassen zu können.

Zur Anpassung des Informationsflusses über die Anpassung der Matrixeinträge ist ein Gate für jedes der Mikrofone der Gegensprecheinrichtungen vorgesehen, das den dem Mikrofon der Gegensprecheinrichtungen eintretenden Schall zur Weitergabe an die Audioausgänge anderen Gegensprecheinrichtungen verstärken oder unterdrücken kann. Dabei ist das Steuerprogramm so ausgestaltet, dass die Verstärkung oder Unterdrückung des an einem Mikrofon eintretenden und an die Audioausgänge der anderen Gegensprecheinrichtungen auszugebenden Schalles durch das Gate abhängig von der Analyse des durch das Messmikrofon gemessenen Umgebungsschalls dynamisch angepasst wird.

Auf diese Weise kann dynamisch auf eine Änderung des Umgebungsschalls reagiert werden.

So ist beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Mischvorrichtung das Mikrofon-Gate an mindestens einer der Gegensprecheinrichtungen so steuert, dass es den eingehenden Schall erst ab einem gewissen Mindestschallpegel an Audioausgänge der anderen Gegensprecheinrichtungen weiterleitet. Dabei wird der Mindestschallpegel abhängig vom durch das Messmikrofon gemessenen Schallpegel des Raumes angepasst. Erhöht sich beispielsweise der Umgebungsschallpegel, so wird der Mindestschallpegel am Mikrofon der Gegensprecheinrichtung erhöht, und erst ab einer höheren Sprech lautstärke wird die Sprache des Benutzers an die Audioausgänge der anderen Benutzerweitergeleitet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die weitergeleiteten Audioinformationen bzw. die weitergeleitete Sprache einen Mindest- Signalabstand zum Umgebungsschall einhalten, was die Qualität der Kommunikation verbessert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei die Sprache eines Benutzers dann in seinen eigenen Audioausgang eingespielt, wenn sie den Mindestschallpegel aufweist und an Audioausgänge der anderen Benutzer weitergeleitet wird. Auf diese Weise erhält der Benutzer Feedback dahingehend, ob seine Sprache den Mindestschallpegel erfüllt, um weitergeleitet zu werden. Er kann dann abhängig vom Feedback gegebenenfalls lauter sprechen, um sicherzustellen, dass er den Mindestschallpegel erreicht und ihn die anderen Benutzer hören. Erst wenn er den Mindestschallpegel erreicht, wird seine Sprache weitergeleitet, darunter ist sein Mikrofon „stummgeschaltet“, so dass seine Sprache nicht für andere Benutzer hörbar ist. Insbesondere in Umgebungen mit variablem Umgebungsschall oder mobilem, ortsveränderlichem Benutzer kann auf diese Weise eine hohe Kommunikationsqualität sichergestellt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann als „Gate“ im Sinne eines herkömmlichen „Noisegates“ fungieren, das komplett den am Mikrofon eingehenden Schall an den Audioausgang von einer oder mehreren der anderen Gegensprecheinrichtungen durchlässt oder komplett blockiert. D. h. das Gate ist entweder „on“ oder „off“, je nach gemessenem Umgebungsschall bzw. Umgebungsschalldruck, der durch das Messmikrofon gemessen wird.

Neben einem reinen „on“ oder „off“ kann das Gate in einem Ausführungsbeispiel abhängig von der Eingangssignalstäke am Messmikrofon oder dem Mikrofon der Gegensprecheinrichtung das Eingangssignal verstärken oder unterdrücken, ggf. auch in einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Verstärkung/Unterdrückung und Eingangssignalstärke. Dadurch kann der Dynamikumfang des Eingangssignals vergrößert werden (Enhancer-Funktion) oder verringert werden (Compressor- Funktion). Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Gate auch eine Begrenzer- Funktion ausführen (Limiter-Funktion), die den Ausgang auf eine maximale Signalstärke begrenzt. Zusätzlich oder alternativ kann das Ausgangs-Audiosignal auf eine bestimmte Mindestsignalstärke geregelt werden, um eine gute Hörbarkeit zu gewährleisten. Durch Kombination von einer oder mehreren derartigen Gate- Funktionalitäten lässt sich die Sprachqualität an den Audioausgängen optimal anpassen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung eine Analysevorrichtung zur spektralen Analyse des an dem Messmikrofon eingehenden Schalls. Die Mischvorrichtung ist dabei derart ausgebildet ist, dass bei Erkennen eines vorbestimmten spektralen Musters durch das Gate einer Gegensprecheinrichtung eine oder mehrere Spektralkomponenten, die dem erkannten spektralen Muster entsprechen, verstärkt oder unterdrückt werden.

Auf diese Weise unerwünschte Geräusche mittels dynamischer Anpassung der Steuermatrix unterdrückt werden. So hat beispielsweise das Geräusch beim Öffnen einer sterilen Verpackung einen charakteristischen Spektralanteil oberhalb von 22 kHz. Das entsprechende Muster ist gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Mischvorrichtung abgelegt. Detektiert die Spektralanalysevorrichtung im Schall des Messmikrofons ein derart unerwünschtes Signal, so kann das Gate des Mikrofons der Gegensprecheinrichtung entweder die unerwünschte Signalkomponente unterdrücken bzw. herausfiltern. Alternativ kann sie das Mikrofon der Gegensprecheinrichtung komplett stummschalten, falls eine spektrale Unterdrückung nicht hinreichend wirkungsvoll möglich ist. Nachdem das unerwünschte Geräusch endet, kann die Unterdrückung bzw. Stummschaltung wieder aufgehoben werden.

Neben einer kompletten Unterdrückung des unerwünschten Geräuschs kann auch stattdessen eine nur teilweise Unterdrückung erfolgen. Beispielsweise hat eine Säge im chirurgischen OP-Raum ein charakteristisches Frequenzspektrum im Bereich 5-8 kHz. Wird dieser Spektrumsanteil im Eingangsschall detektiert, so kann die Steuermatrix so angepasst werden, dass die Frequenzanteile des Sägegeräusches im Rahmen einer Equalizer-Steuerung etwas unterdrückt bzw. abgeschwächt werden. Dadurch verringert sich der störende Effekt des Geräuschs, er ist aber immer noch wahrnehmbar.

Neben der Unterdrückung unerwünschter Geräusche kann die Mischvorrichtung auch zur Verstärkung wichtiger bzw. erwünschter Geräusche, die gut hörbar sein sollen, ausgebildet sein. So hat ein elektronisches Messer (eKnife) im OP-Raum beispielsweise einen charakteristischen Spektralanteil bei 507 Hz. Wird dieser detektiert, so kann er durch die Mischvorrichtung für einzelne Benutzer, z. B: den Chirurgen, gezielt verstärkt werden. Dies kann ggf. einhergehen mit gleichzeitiger leichter Unterdrückung anderer Spektralanteile wie dem von Sprache. Auf diese Weise kann die Wahrnehmbarkeit wichtiger Geräusche für den Benutzer verstärkt werden.

Das Messmikrofon, dessen Signal die dynamische Anpassung der Steuermatrix auslöst, kann dabei ein im Raum befindliches Mikrofon zur Messung des Umgebungsschalls oder auch das Mikrofon der Gegensprecheinrichtung des Benutzers sein. Abhängig von der durchzuführenden Anpassung kann das Messmikrofon unterschiedlich sein. So kann zur Anpassung des Mindestpegels der Gegensprecheinrichtung ein Raummikrofon zur Messung des Umgebungsschalls verwendet werden. Zur Identifikation des Aufreißens einer sterilen Verpackung und nachfolgenden Unterdrückung des Geräuschs oder Stummschaltung des Mikrofons der Gegensprecheinrichtung hingegen kann das Mikrofon einer Gegensprecheinrichtung verwendet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Mischvorrichtung eine Einrichtung zum Einspielen des von einem Messmikrofon aufgenommenen Umgebungsschalls in den Audioausgang einer oder mehrerer der Gegensprecheinrichtungen auf. Der Umgebungsschall kann damit dem Benutzer eingespielt werden, um einen „normalen Außenton“ abzubilden.

Vorzugsweise wird der Schallpegel, mit dem der Umgebungssignal in den Audioausgang eingespielt wird, dynamisch angepasst in Reaktion auf eine Anforderung des Benutzers oder ein von einer Analyseeinrichtung der Mischvorrichtung erkanntes externes Triggersignal. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Benutzer auf Anforderung hin ,(z. B. per Knopfdruck) aus der geschützten Audioumgebung „heraus“, und zwar ohne den Kopfhörer abzunehmen. Als externes Triggersignal kommt beispielsweise ein bestimmtes erkanntes Signal, z. B. ein Alarmsignal, in Frage.

Insgesamt lassen sich über die Mischvorrichtung und die Steuermatrix beliebige gewünschte und dynamisch anpassbare Audio-Umgebungen generieren, die dahingehend definiert sind, wer auf welche Weise was und wen hört.

Bei dem Messmikrofon zur Messung des Umgebungsschalls handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um ein vorzugsweise zentral im Raum, etwa an der Decke, angebrachtes, von den Mikrofonen der Gegensprecheinrichtungen separates Mikrofon. Es kann aber gemäß einem Ausführungsbeispiel zusätzlich dazu oder alternativ dazu das Mikrofon von einer oder mehreren Gegensprecheinrichtungen als Messmikrofon fungieren.

Gemäß einem, Ausführungsbeispiel ist ferner für einen oder mehrere Benutzer eine individuelle Hörkorrekturkurve in der Vorrichtung abgelegt ist. Der Audioausgang an der Gegensprecheinrichtung des Benutzers wird dann von der Mischvorrichtung so angesteuert wird, dass eine Anpassung des an den Benutzer ausgegebenen Audiosignals gemäß der abgelegten Hörkorrekturkurve erfolgt. Auf diese Weise implementiert die Vorrichtung gewissermaßen ein an den jeweiligen Benutzer angepasstes Hörgerät.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele beschrieben, deren Merkmale zusätzlich oder alternative zu den bisher beschriebenen Merkmalen implementiert sein können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann mittels eines Optimiermoduls über Feedback von den Benutzern die Signalverarbeitung und die Steuermatrix optimiert werden. So können beispielsweise bestimmte frequenzabhängige Verstärkungen oder Unterdrückungen modifiziert werden, indem der zugehörige Frequenzgang eines Filters oder Verstärkers eines Gates modifiziert wird.

Mittels der zuvor beschriebenen Mischvorrichtung lassen sich wie zuvor beschrieben mit einem Pool aus vorzugsweise aktiven akustischen Filtern zur Implementierung der Gates genau beschriebene akustische Gegebenheiten abbilden bzw. so verändern, dass unerwünschte Frequenzanteile unterdrückt oder andere (erwünschte oder fehlende) angehoben werden. Der (aktive) Filter passt sich dabei dynamisch der Geräuschcharakteristik an. So können z.B. durch eine FFT Störgeräusche detailliert definiert, erfasst und automatisiert gefiltert werden. Des Weiteren ist als Komponente des aktiven Filters gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Kl-Filter vorgesehen, der mit Hilfe von neuronalen Netzen auf die Bedürfnisse der Teammitglieder reagiert und ein Input für die aktiven Filter liefert. Hier können beispielsweise hörgerechte, sprachverständnisverbessernde Effekte ebenso erzeugt werden wie Effekte eines automatisierten „Hinhörens“, indem Laufzeitunterschiede zwischen verschiedenen Mikrofonierungen im Team verrechnet werden. Der Kl-Filter kann durch eine Art „Potentiometer“ als „Optimizer“ aktiv durch den Nutzer stimuliert werden und/oder durch Erfahrungen der Teammitglieder angelernt werden.

Auf diese Weise kann nicht nur über die Gegensprecheinrichtungen der akustische Signalfluss zwischen den Benutzern gesteuert werden, vielmehr kann er adaptiv angepasst und verbessert werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel geht eine solche Anpassung der Funktionalität an neue Gegebenheiten mit einer Anpassung oder Änderung der Matrixdaten der Steuermatrix einher. Diese kann erfolgen ausgelöst durch ein „Triggerereignis“, das eine solche Anpassung der Matrixdaten bewirkt. Triggerereignis kann dabei eine Eingabe des Benutzers sein, beispielsweise zum „Lernen“ einer neuen Situation. Ein Triggersignal kann aber auch sein das Erreichen eines Signalwerts in einem oder mehreren Sensordaten oder in einem von dem Messmikrofon erfassten Signal, die das Erreichen eines bestimmten Punkts im zeitlichen Ablauf anzeigen; das Erreichen eines Schwellwerts in einem oder mehreren Sensordaten bzw. im Signal des Messmikrofons; oder die Detektion eines Schlüsselworts oder Schlüsselsignals in einem erfassten akustischen Signal (z. B. resultierend aus Spracherkennung). Auf diese Weise kann dann die Steuermatrix modifiziert und die Funktionalität der Vorrichtung an die neuen Gegebenheiten angepasst werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können als Triggersignal dienen:

Vom Messmikrofon erfasste Schalldaten,

Sensordaten von angeschlossenen Sensoren;

Videodaten oder Bilddaten aus Bilderkennung;

Sprachdaten aus Spracherkennung.

Fig. 1. zeigt wie bereits erwähnt schematisch die Steuermatrix (SOTOS-Matrix) des Steuerprogramms der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In dieser Matrix werden gemäß einem Ausführungsbeispiel die zentralen Steueraufgaben des Systems implementiert, insbesondere wer wen oder was in welcher Form über sein Gegensprecheinrichtung hört. Ein Matrixeintrag definiert dabei beispielsweise die Art und den Umfang in welchem Informationen von einem angeschlossenen Teilnehmer oder einer angeschlossenen Vorrichtung X zu einem weiteren Teilnehmer oder einer angeschlossenen Vorrichtung Y ausgegeben oder weitergeleitet werden. Für jeden angeschlossenen Teilnehmer bzw. für jedes Paar von angeschlossenen Teilnehmern und/oder Vorrichtungen ist ein entsprechender Matrixeintrag vorgesehen. Der Matrixeintrag kann dabei auch komplex sein und einer Verarbeitungsvorschrift entsprechen, nach der Eingangsdaten verarbeitet oder umgewandelt und Ausgangsdaten erzeugt werden. Der Matrixeintrag definiert damit insbesondere, wer wen in welcher Form hört und wie erfasste Schallsignale an die Benutzer über deren jeweilige Audioausgabevorrichtungen weitergeleitet werden.

Einen weiteren Bestandteil des Systems stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel der SOTOS-Extender dar, welcher zu der SOTOS-Matrix zugeschaltet werden kann. Dieser bildet dann eine weitere Steuermatrix, die beispielsweise ein externes Team implementiert. Der SOTOS-Extender stellt damit ein Erweiterungs-System der Vorrichtung dar. Ein Protokoll-Server nimmt gemäß einem Ausführungsbeispiel alle Outputsignale auf, protokolliert sie, monitort das Vorgehen, erzeugt ein Logbuch und verteilt die Information an eine Datenbank (dargestellt als SOTO-DB). Diese hat dann eine Anbindung z.B. an das digitale Krankenhaus (DWH).

Die Eingangssignale der Steuermatrix können dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel sein:

Akustische Inhalte (verbale oder tonale, Geräusche, zeitlich zu beschreibende Tonfolgen oder Geräuschen, Musik verschiedenste Genres, codierte bzw. komprimierte Tonträger), auch elektrische Zustände und Abläufe (z.B. Spannungen, Stromstärken,

Impulse, zeitliche Abläufe, Schalterzustände) oder elektronisch codierte Inhalte (z.B. Programmiersprachen, Hexadezimalcodes, Zeichenfolgen, math. Formeln).

Sprachsignale können dabei beispielsweise mittels Spracherkennung erfasst und auf Schlüsselbegriffe hin untersucht werden, die dann als Triggerereignis dienen können für die Anpassung der Steuermatrix.

Mittels des geschilderten Ausführungsbeispiels kann ein Umfeld im OP-Raum geschaffen werden, das für den Benutzer einen geschützten Erfahrungsraum bereitgestellt. Der geschützte Erfahrungsraum kann erreicht werden, indem (okkludierende) Hörsysteme mittels aktiver und passiver Geräuschunterdrückung von dem lauten, mit akustischen Informationen gefüllten Umfeld abschotten, jeweils implementiert durch die Steuermatrix.

Die aktive Geräuschunterdrückung im System kann statisch, aber auch dynamisch erfolgen, indem die sich ändernde Geräuschsituation in der Arbeitsumgebung durch Algorithmen gesteuert zu einer Änderung der Geräuschfilter führt. Dabei ist dann die sich ändernde Geräuschsituation das „Triggersignal“ zur Anpassung der Steuermatrix.

Wie bereits zuvor beschrieben können gemäß einem Ausführungsbeispiel Gates (oder auch Noisegates) das Öffnen und Schließen der im System verwendeten Mikrofone der Gegensprecheinrichtungen regeln. Diese Gates sind dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass neben einer statischen Grundeinstellung durch einen Steueralgorithmus gesteuert die Öffnungsschwellen automatisiert beeinflusst werden.

Die Ansteuerung dieser Gates im System kann so ausgebildet sein, dass die Integration der umgebenden Maschinen dazu führen kann, dass vorhersehend (zeitnah zukünftig aufkommende Lärmqualitäten) die Thresholds bzw. akustische Filter (passager) in Echtzeit angepasst werden. So kann ein Ablaufplan der Operation in dem Steuerprogramm abgebildet werden, wobei ein Signal eines Sensors ein Eintreten eines Ereignisses in diesem Ablaufplan anzeigt. Dies kann dann ein Triggerereignis sein, das z. B. die Schwellwerte der Gates nach oben setzt (was einer Anpassung der Steuermatrix entspricht), weil z. B. ein „lautes Gerät“ gemäß OP-Ablauf eingeschaltet wird. Dies kann hoc reagierend aktuell zu einem dem Menschen angepassten optimierten Lärmschutz führen.

Ein geschützter Erfahrungsraum kann aber auch erreicht werden, indem andere mögliche Sinneswahrnehmungen unterdrückt oder verstärkt werden, um diese individuell mit für den Erfahrungsraum relevanten Informationen nutzen zu können. Sinneswahrnehmungen können dabei neben akustischen auch visuelle und taktile bzw. Vibrationswahrnehmungen sein, hierzu steuern dann die Ausgangssignale der Steuermatrix entsprechende Aktuatoren an.

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung und Steuermatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel weiter im Detail beschrieben.

Fig. 2 veranschaulicht die Funktionsweise der Vorrichtung und der Steuermatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zunächst wird mittels eines Graphical User Interface (GUI) eine Konfiguration des Arbeitsumfeldes vorgenommen und in das Hauptmodul des Steuerprogramms (dargestellt als SOTOS Matrix bzw. Steuermatrix) geladen. Dabei werden das Szenario, die User, mögliche visuelle und akustische Signale sowie die akustischen Filter konfiguriert und an die Arbeitsumgebung angepasst. Das Steuerprogramm mit seiner Steuermatrix übernimmt dann das Informations-Management. Im Einzelnen werden die akustischen Kanäle überwacht und User-spezifisch verwaltet. Es werden sowohl visuelle wie akustische und mechanische Inputs (Alarm/Info) an die entsprechenden Teilnehmer verteilt. Die gesamte akustische Performance wird dabei durch das Kl-Akustikmodul unterstützt, das beispielsweise adaptierbare Filter implementiert. Instantan werden aktive Filter angelernt und so die akustische Arbeitsumgebung der jeweiligen User optimiert. Das System kann dabei auch auf unvorhergesehene Geräusche reagieren (z.B. Knall, Flugzeug etc.) und sie filtern und u.a. einen intelligenten dynamischen, sich der Umgebung automatisiert anpassenden Echtzeit Hörschutz darstellen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Parameter der Steuermatrix bereits entsprechend konfiguriert bzw. „gelernt“ sind, indem die entsprechenden spektralen Muster hinterlegt sind. Damit wird gewährleistet, dass der Stresspegel für den User auf ein mögliches Minimum reduziert wird.

Das Steuerprogramm sieht dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Anbindung an die Außenkommunikation vor. Während der gesamten Arbeitsphase des Systems läuft dabei ein Kl-Modul und ein Protokollmodul. Das Kl-Modul überwacht und lernt (z. B. mittels Feedback durch den Benutzer), und wird somit mit jedem Einsatz auf unvorhergesehene Geräusche immer besser eingestellt. Das Protokollmodul monitort das Geschehen, legt ein Logbuch an und ergänzt die digitale Patientendatenbank.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel repräsentiert bzw. implementiert die Vorrichtung ein möglichst umfassendes digitales Abbild der Arbeitsumgebung des OP-Raums. Dabei wird ein möglichst umfassendes digitales Abbild der Arbeitsumgebung mit Menschen und Maschinen und allen den Arbeitsprozess bestimmenden Umständen und Einflussfaktoren sowie räumlichen Gegebenheiten erfasst und durch selbstlernende Steuerung erstellt. Hierzu umfasst das Steuerprogramm Informationen über den zeitlichen Ablauf der Operation im OP-Raum und auf Grundlage dieser Informationen wird dann, wenn ein Eingangssignal der Sensordaten ein Triggerereignis anzeigt, das ein Eintreten eines Ereignisses im zeitlichen Ablauf der Operation darstellt, die Steuermatrix angepasst.

Auf diese Weise kennt die Vorrichtung die Zielsetzung des zu steuernden Arbeitsprozesses. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden dabei folgende Parameter als Eingangsparameter für die Steuermatrix verwendet, wobei diese ggf. mittels Sensoren erfasst werden: a) verbale Kommunikationspakete aller Teammitglieder (wer spricht, wie laut, etc.) b) Traffic der Teammitglieder (Barcodes) Erkennen der Teamrollen c) Traffic des Equipments, Geräte, Werkzeuge, d) Parameter der klimatischen Arbeitsumgebung und angrenzender Areale, d. h. z. B. Informationen zu Temperatur, Druck, Druckgradienten zum Umfeld Status Türen (auf zu), Licht, Feuchte e) Status relevanter Technik in der Arbeitsumgebung (Messwerte,

Eistellungen, Zustand, Wartungszeiten, Sicherheit, Laufzeit, Wartungszeit, Interaktionen, ... ) f) Dimension bzw. Status der laufenden Prozeduren und Abläufe

(Timeline, Produktivität, Abhängigkeiten zu anderen Prozessen, Feedback Management, h) Sprachinhalte (Indexwörter zur Ablaufeinschätzung und Steuerung abhängiger Prozesse, Sprachsteuerung Technik, Prozesse, Dokumentationen i) Video und Bilder (Gesichtserkennung, z. B. auch via Barcode), Einschätzung von Situationen, Abläufen um abhängige Prozesse zu erkennen (z. B. Anästhesist betritt den Raum) und zu steuern, Dokumentationen, Videokonferenzen, Video-Calls j) Gesamthierarchie der Prozesse, Personen, übergeordnetes

Management, Ablaufpläne, Materialplanung k) akustischen Feedbacks von Maschinen und Tätigkeiten (Arbeitsgeräusche, Motorgeräusche, Werkzeuggeräusche, Reifengeräusche, Getriebe, Lüfter, l) Gesundheitsdaten der Menschen im Arbeitsumfeld (EKG, Atmung, Körpertemperatur, Blutdruck, SaO2, CO2 Gifte, Farbtemperatur, Körperhaltung, körperliche Belastung, Bewegung)

Das Steuerprogramm der Vorrichtung erfasst, wertet aus, interpretiert, steuert, plant und gibt Feedback an die Benutzer im Arbeitsfeld, steuert Interaktion mit der Technik (z. B. EKG einschalten), Klimaanlage, Türzustände, etc. Das System gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dabei auch Warnen (Alarmsignal), führen (z. B: durch visuelle Informationen), Bestellungen aufgeben (Transportbett anfordern).

Die Vielzahl der Sensoren bzw. Ihrer Daten werden erfasst und durch die Steuermatrix bzw. das Steuerprogramm verarbeitet und dieses produziert dann gemäß dem Steuerprogram Output zur Weitegabe an die Benutzer oder zur Steuerung von Vorrichtungen. So wird dann beispielsweise veranlasst, dass eine Maschine, die heiß läuft, bestimmte Geräusche macht und mehr Strom zieht, langsamer dreht. Oder es wird ein Mensch, der lange keine Pause machte, tachycard ist, schnell atmet und schwer atmet und einen seltenen Lidaschlag hat ist erschöpft und droht Fehler zu machen, gewarnt.

Dies wird ermöglicht durch die Sensordaten und deren Verarbeitung durch das Steuerprogramm und seine adaptierbare Steuermatrix sowie durch die Abbildung des OP-Ablaufs im Steuerprogramm. Beispielsweise zeigt die Anforderung des Tackers im OP, dass die Haut verschlossen ist und die OP gleich fertig ist, was dann abhängige Prozesse auslöst wie etwa, dass Personal der Lagerungshilfe abgerufen wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird auch Zustand des Patienten erfasst, z. B. als digitales Abbild aus vielen Daten, Vitalwerte, Laborwerte, Ifd. Medikamenten-Dosen pro Zeit, Beatmungsparameter, prognostizierte Operations-Dauer, und abhängig von den Sensordaten wird dann entsprechender Output durch die Steuermatrix bzw. das Steuerprogramm erzeigt, das an die Nutzer des OP-Rams weitergegeben wird oder dessen Funktionseinrichtungen steuert.

Neben eine Anwendung auf die technische Arbeitsumgebung eines OP-Raums, die vorstehend beschrieben wurde, kann der beschriebene Ansatz jedoch auch auf andere technische Arbeitsumgebungen angewendet werden. Zu nenne sind hier beispielsweise industrielle Fertigungsumgebungen und Labore. Eine „technische Arbeitsumgebung“ ist dabei eine Umgebung, wo Informationen zwischen einer Vielzahl von Menschen übertragen und kanalisiert werden muss und gleichzeitig eine Mensch- Maschine-Interaktion erfolgt, indem Mess-, Überwachungs-, oder Bearbeitungsvorrichtungen gesteuert oder überwacht werden.

In einer industriellen Fertigungsumgebung umfassen dann die von den Sensorvorrichtungen erfassten und in die Mischvorrichtung eingegebenen Daten dann beispielsweise Akustisches Feedback von Maschinen, insbesondere Arbeitsgeräusche, Motorgeräusche, Werkzeuggeräusche, oder Signale von anderen Sensoren. Bestimmte Schwellwerte können dann wiederum als Triggersignal dienen. So wird beispielsweise eine Palette von einem Sensor überwacht. Ist die Palette an der Maschine laut dem als Triggersignal fingierenden Sensorsignal voll, so wird über die Steuermatrix und entsprechende Ausgabekanäle rechtzeitig eine Neue geordert.