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Die Erfindung betrifft einen Schutzhelm sowie eine Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung.
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Es sind verschiedene Arten von Schutzhelmen, wie beispielsweise Motorradhelme, Fahrradhelme, Helme, die von Piloten getragen werden, Schutzhelme, die auf Baustellen getragen werden, und Schutzhelme für Panzerfahrer bekannt. Diese Helme haben insbesondere die Aufgabe, die Köpfe ihrer Träger vor Stößen und Unfällen zu schützen. Im Regelfall werden solche Helme in einer Umgebung eingesetzt, in der neben einer erhöhten Stoßgefahr auch ein erhöhter Lärm oder Störschall vorhanden ist. In solchen Umgebungen stellt eine Störschallunterdrückung, insbesondere zum Schutz eines Helmträgers vor Störschall, und auch das störungsfreie Verwenden von Kommunikationsmitteln, insbesondere von Kommunikationsmitteln zum Hören oder zum Sprechen, eine technische Herausforderung dar.
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US 6 683 965 B1 zeigt einen Kopfhörer zur Geräuschreduktion innerhalb des Ohres. An dem Hörer befindet sich ein Kissen mit einem Hohlraum, das in dem Ohr eines Nutzers angeordnet wird. In dem Hohlraum befinden sich ein Lautsprecher und ein Mikrofon, das an dem Lautsprecher angebracht ist. Diese Kopfhörerkonstruktion wird dann zur Geräuschreduktion verwendet.
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JP 2000 - 54 219 A zeigt einen Helm mit einem stoßdämpfendem Material und einem elektroakustischen Wandler.
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, einen Schutzhelm vorzusehen, der neben seiner Schutzfunktion auch Kommunikationsfunktionen, wie beispielsweise Hören eines Schallsignals eines Lautsprechers, aufweist.
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Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen, mit der ein zeitveränderlicher Störschall unterdrückt werden kann.
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Diese Aufgaben werden durch einen Schutzhelm gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Somit wird ein Schutzhelm mit einer Helmaußenschale, stoßdämpfendem Material und einem elektro-akustischen Wandler zur Abgabe eines Schallsignals vorgesehen. Das stoßdämpfende Material hat eine Außenseite und ist innerhalb der Helmaußenschale mit der Außenseite benachbart zur Helmaußenschale angeordnet. Der elektro-akustische Wandler ist dabei an der Außenseite des stoßdämpfenden Materials angeordnet. Der Schutzheim weist ein erstes Mikrofon zur Aufnahme eines Referenzschalls auf. Das erste Mikrofon kann insbesondere der Aufnahme eines Störschalls dienen. Es ist beispielsweise innerhalb des Schutzhelms angeordnet. Das erste Mikrofon ist an einer Innenseite des stoßdämpfenden Materials an einer Stelle angeordnet, die beim Tragen des Helms im Wesentlichen an einem Ohreingang anliegt.
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Ferner ist wenigstens ein akustischer Kanal in stoßdämpfendem Material zum akustischen Verbinden des elektro-akustischen Wandlers in einem Innenbereich des Ohrpolsters vorgesehen.
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Der Schutzhelm dient insbesondere zur Stoßdämpfung.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Schutzhelm ein zweites Mikrofon zur Aufnahme eines Sprachsignals auf. Das zweite Mikrofon ist beispielsweise so angeordnet, dass es, wenn der Schutzhelm getragen wird, benachbart zu dem Mund des Trägers liegt. Ein solcher Schutzhelm weist demnach auch die Funktionalität eines Headsets auf.
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Die Befestigung des ersten Mikrofons an dem stoßdämpfenden Material hat den Vorteil, dass im Falle eines Stoßes, der auf den Schutzhelm einwirkt, ein Bewegen des Mikrofons von der Innenseite in Richtung der Helmaußenschale erreicht wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Mikrofon an der Innenseite des stoßdämpfenden Materials an einer Stelle angeordnet, die beim Tragen des Schutzhelms an einem Ohreingang anliegt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das stoßdämpfende Material hinter dem ersten Mikrofon geschwächt. Alternativ zu der Schwächung kann das Material auch hinter dem ersten Mikrofon eine Bohrung aufweisen. Die Schwächung bzw. die Bohrung dient dazu, dass das stoßdämpfende Material im Falle eines Stoßes, der auf den Schutzhelm einwirkt, das Mikrofon aufnehmen zu können. Verletzungen am Kopf, die durch das Mikrofon verursacht werden, können so vermieden werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet wenigstens ein akustischer Kanal durch das stoßdämpfende Material den elektro-akustischen Wandler und einen Innenbereich des Schutzhelms akustisch. Der wenigstens eine akustische Kanal dient dazu, den Schall, den der elektro-akustische Wandler abgibt, durch das stoßdämpfende Material in einen Innenbereich des Helms zu transportieren. Bevorzugt soll der Schall so transportiert werden, dass er beim Tragen des Schutzhelms zu dem Ohr des Trägers geleitet wird. Die Kanäle können so ausgebildet sein, dass ein Volumen zwischen dem Ohr und dem Schallwandler minimiert wird. Als Medium, das sich in dem wenigstens einen akustischen Kanal befindet, wird bevorzugt Luft oder ein Medium mit geringer Schalldämpfung bevorzugt. Der wenigstens eine akustische Kanal wird in das stoßdämpfende Material eingebracht. Das verbleibende stoßdämpfende Material wirkt weiterhin stoßdämpfend zwischen Ohr bzw. Kopf und Helmschale.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung berührt der elektro-akustische Wandler die Helmaußenschale nicht. Dadurch, dass der elektro-akustische Wandler die Helmaußenschale nicht berührt, ist der elektro-akustische Wandler von der Helmaußenschale akustisch entkoppelt. Das heißt beispielsweise, dass der Schall, den der elektro-akustische Wandler abgibt, von der Helmaußenschale abgeschirmt wird und demnach nicht oder nur erschwert nach außen dringen kann. Der Schall kann insbesondere von dem Wandler über akustische Kanäle zu einem Ohr gelangen. Auf diese Weise wird der überwiegende Teil der Schallleistung zum Ohr abgeführt und nur ein möglichst geringer Teil der Schallleistung wird abgestrahlt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Schutzhelm wenigstens ein Ohrpolster auf, das ausgebildet ist, ein Ohr akustisch abzudichten. Ein solches Ohrpolster vermindert zum einen den Störschall, der von außen an das Ohr gelangt, wenn der Schutzhelm getragen wird. Weiterhin wird durch ein entsprechendes Ohrpolster vermieden, dass ein zu großer Schallanteil, der von dem elektro-akustischen Wandler durch das Ohrpolster zu dem Ohr gelangt, den Bereich des Ohres verlässt. Dieses akustische Abdichten wird beispielsweise dadurch erreicht, dass am Rand des Ohrpolsters eine Gummischicht angebracht ist, die beim Tragen des Schutzhelms um das Ohr herum an dem Kopf des Trägers anliegt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet wenigstens ein akustischer Kanal den elektro-akustischen Wandler und einen Innenbereich des Ohrpolsters akustisch. Die akustische Verbindung bedeutet beispielsweise, dass Schall von dem elektro-akustischen Wandler über den akustischen Kanal in den Innenbereich des Ohrpolsters gelangen kann. Beim Tragen des Schutzhelms ist ein Volumen zwischen dem elektro-akustischen Wandler und einem Ohreingang beschränkt. Durch die Beschränkung dieses Volumens wird eine effiziente Übertragung von dem Schall, den der elektro-akustische Wandler abgibt, zu dem Ohreingang erreicht.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung mit einem elektro-akustischen Wandler zur Abgabe eines Kompensationsschalls und ein erstes Mikrofon zur Messung eines Referenzschalls auf. Der elektro-akustische Wandler ist dabei entfernt von dem ersten Mikrofon angeordnet.
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Die Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung weist ferner eine Signalverarbeitungseinheit auf, die ausgebildet ist, den elektro-akustischen Wandler so zu steuern, dass ein Störschall an der Stelle des ersten Mikrofons kompensiert wird. Der Störschall ist im Allgemeinen zeitveränderlich und entsteht entfernt von dem ersten Mikrofon. Das erste Mikrofon nimmt den Störschall an einem bestimmten Ort in einer bestimmten Umgebung auf. Dieser aufgenommene Störschall wird als Referenzschall bezeichnet. Aufgabe einer aktiven Störschallunterdrückung ist es nun, den elektro-akustischen Wandler so anzusteuern, dass er einen Kompensationsschall abgibt, der den Störschall an dem Ort des ersten Mikrofons möglichst kompensiert. Insbesondere ist die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet, auf Basis des vom ersten Mikrofon aufgenommenen Referenzschalls den elektro-akustischen Wandler entsprechend der genannten Vorgabe anzusteuern.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Hörer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung. Insbesondere bei einem Hörer ist es möglich, die Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung so anzuordnen, dass das Mikrofon möglichst nah zu einem Ohr liegt, während der elektro-akustische Wandler möglichst weit von dem Ohr entfernt ist.
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Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.
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Diese und andere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben, wobei
- 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Schutzhelms gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt und
- 2 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Störschallunterdrückung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Schutzhelms 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, der eine Außenhelmschale 2 und einen Innenbereich 11 des Schutzhelms aufweist. Der Schutzhelm 1 ist mit einem stoßdämpfenden Material 3 ausgekleidet. Dieses weist eine Außenseite 4 und eine Innenseite 8 auf. Die Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 liegt benachbart zur Helmaußenschale 2. Die Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 kann optional eine Einbuchtung 12 aufweisen. In dieser Einbuchtung 12 kann ein elektro-akustischer Wandler 5 angeordnet werden. Der elektro-akustische Wandler 5 berührt vorzugsweise die Helmaußenschale 2 nicht. Der Schall, der von dem elektro-akustischen Wandler abgegeben wird, kann über einen akustischen Kanal 10 zu einem Ohr 14 gelangen. Bei dem akustischen Kanal 10 handelt es sich um eine Bohrung bzw. um mehrere Bohrungen durch das stoßdämpfende Material 3. Das Ohr 14 ist in einem Innenbereich 15 eines Ohrpolsters 13 angeordnet. Optional kann ein erstes Mikrofon 6 an dem stoßdämpfenden Material 3 so befestigt werden, dass es sich beim Tragen des Schutzhelms 1 mittig an einem Ohreingang 9 befindet. Hinter dem ersten Mikrofon 6 kann eine Bohrung 18 zur Aufnahme des ersten Mikrofons 6 vorgesehen werden. Weiterhin ist eine Störschallquelle 16 dargestellt, die einen Störschall abgibt, und eine Stoßeinwirkung 17, die einen Stoß auf die Helmaußenschale 2 darstellt.
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Bei einer Stoßeinwirkung 17 auf die Helmaußenschale 2 wird die Helmaußenschale auf die Einbuchtung 12 gedrückt, so dass die Stoßeinwirkung über Kanten der Einbuchtung 12 auf das stoßdämpfende Material 3 einwirkt. Das stoßdämpfende Material 3 wird zusammen mit dem optionalen ersten Mikrofon 6, dem elektro-akustischen Wandler 5 und der Helmaußenschale in Richtung des Ohrs 14 gedrückt. Dabei komprimiert sich das Ohrpolster 13, und eine vollständige Breite 19 des stoßdämpfenden Materials 3 kann der Stoßeinwirkung 17 entgegenwirken. Bei der Stoßeinwirkung wird das optionale erste Mikrofon 6 von der Bohrung 18 aufgenommen, so dass eine Verletzung am Ohr 14, die durch das erste Mikrofon 6 verursacht werden könnte, vermieden wird. Durch die Anordnung des elektro-akustischen Wandlers 5 an der Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 wirkt im Wesentlichen die gesamte Breite des stoßdämpfenden Materials 3 stoßdämpfend bei einer Stoßeinwirkung 17. Eine Anordnung des elektro-akustischen Wandlers 5 an der Innenseite 8 des stoßdämpfenden Materials 3 würde die effektive Breite des stoßdämpfenden Materials 3 verringern und damit die stoßdämpfenden Eigenschaften des Schutzhelms 1 mindern. Ebenso würde eine Anordnung des elektro-akustischen Wandlers 5 mittig in dem stoßdämpfenden Material 3 die stoßdämpfende Eigenschaft des stoßdämpfenden Materials 3 verringern.
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Die Anordnung des elektro-akustischen Wandlers 5 und des optionalen ersten Mikrofons 6 in dem Schutzhelm 1 dient der Unterdrückung eines Störschalls am Eingang des Ohres 14. Ein Störschall wird von der Störschallquelle 16 außerhalb der Helmaußenschale 2 abgegeben. Durch das Ohrpolster 13 sowie den Schutzhelm 1 ist bereits eine Dämpfung des Störschalls erreicht worden. Der verbleibende Störschall am Ohreingang 9 wird von dem optionalen ersten Mikrofon 6 aufgenommen. Dieses aufgenommene Referenzsignal wird beispielsweise einer Signalverarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt, die den elektroakustischen Wandler 5 steuert. Der elektro-akustische Wandler 5 gibt dann einen Kompensationsschall ab, der den Störschall an dem ersten Mikrofon 6 kompensieren soll. Auf diese Weise wird eine aktive Störschallunterdrückung erreicht. Der Kompensationsschall des elektro-akustischen Wandlers 5 gelangt über akustische Kanäle 10 zu dem Ohr 14. Der Innenbereich 15 des Ohrpolsters 13, die akustischen Kanäle 10 und der elektro-akustische Wandler 5 sowie ein das Ohr 14 umgebender Teil des Kopfes eines Schutzhelmträgers begrenzen ein Volumen, das der Schallübertragung von dem elektro-akustischen Wandler 5 zu dem Ohreingang 9 dient. Durch diese Volumenbegrenzung wird eine gute akustische Übertragung des Kompensationsschalls vom elektro-akustischen Wandler 5 zum Ohreingang 9 erreicht. Durch die Begrenzung des Volumens ist eine nur sehr geringe Kompensationsschallleistung erforderlich. Zudem wird durch das abgegrenzte Volumen erreicht, dass der Störschall nicht leicht nach außen dringen kann, also das begrenzte Volumen nicht leicht verlassen kann. Weiterhin berührt der elektro-akustische Wandler die Helmaußenschale 2 nicht, so dass hier keine akustische Kopplung vorliegt. Mit den in 1 dargestellten Prinzipien kann eine aktive Störschallunterdrückung erreicht werden, ohne die stoßdämpfende Eigenschaft des stoßdämpfenden Materials 3 deutlich zu verringern.
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Bei dem Schutzhelm 1 gemäß der Erfindung kann es sich beispielsweise um einen Motorradheim, um einen Fahrradhelm, um einen Helm, wie er für gewöhnlich auf Baustellen getragen wird, um einen Helm für einen Piloten oder um einen Helm für einen Panzerfahrer oder vergleichbare Helme handeln. Solche Helme weisen im Allgemeinen eine Helmaußenschale auf, die mit stoßdämpfendem Material ausgekleidet ist. Der elektro-akustische Wandler 5 dient beispielsweise der Abgabe eines Sprachsignals, das beispielsweise von einem Mobiltelefon empfangen wurde, oder eines Musik- oder Radiosignals. Der elektro-akustische Wandler 5 kann an der Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 angeordnet werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 eine Bohrung aufweist, in der der elektro-akustische Wandler untergebracht ist. Der elektro-akustische Wandler 5 liegt dann innerhalb der Helmaußenschale 2 an der Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3. Dies hat den Vorteil, dass die Stoßdämpfung des Schutzhelms 1 nicht oder nur geringfügig vermindert wird. Ein Anordnen des elektro-akustischen Wandlers 5 beispielsweise an der Innenseite 8 würde die Stoßdämpfung des Schutzhelms hingegen vermindern. Der beschriebene Schutzhelm 1 stellt somit eine Funktion zum Hören von Schallsignalen bereit, ohne die Stoßdämpfung merklich zu verringern.
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Das durch das erste Mikrofon 6 aufgenommene Referenzsignal kann beispielsweise einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt werden, die auf Basis des Referenzsignals den elektro-akustischen Wandler 5 so steuert, dass er einen Kompensationsschall zur Verminderung des Störschalls abgibt. Ein solcher Schutzhelm ist demnach dafür geeignet, eine Störschallunterdrückung bereitzustellen, ohne die stoßdämpfenden Eigenschaften des Schutzhelms merklich zu verringern.
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Bei der Anordnung des ersten Mikrofons 6 im Bereich des Ohreingangs 9 wird das Referenzsignal beim Tragen des Schutzhelms 1 in der Nähe des Ohres 14 aufgenommen. Eine aktive Störschallunterdrückung soll insbesondere den Störschall am Eingang des Ohres 14 unterdrücken. Es ist vorteilhaft, ein Referenzsignal an dieser entsprechenden Stelle aufzunehmen, da auf Basis dieses Referenzsignals eine gute Störschallunterdrückung erreicht werden kann. Demnach wird das erste Mikrofon 6 vorzugsweise so angebracht, dass es beim Tragen des Schutzhelms 1 mittig im Bereich des Ohreingangs 9 liegt. Für das zweite Ohr kann ein weiteres Referenzmikrofon verwendet werden, das ein zweites Referenzsignal aufnimmt. Zusätzlich zu dem zweiten Referenzmikrofon kann ein zweiter elektro-akustischer Wandler für das zweite Ohr angeordnet werden. Eine Störschallunterdrückung kann so für jedes Ohr einzeln durchgeführt werden. Bei einer solchen Anordnung wird bei der Einwirkung eines Stoßes das erste Mikrofon zusammen mit Kopf und Ohr in Richtung Helmschale ausweichen können.
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Der elektro-akustische Wandler 5 kann eine inverse Kalotte aufweisen. Es ist besonders bevorzugt, den Schallwandler möglichst flach aufzubauen, da auf diese Weise das stoßdämpfende Material nur eine dünne Bohrung aufweisen muss, um den Schallwandler aufnehmen zu können. Die Stoßdämpfung wird dann nur minimal beeinflusst. Eine flache Bauform eines elektroakustischen Wandlers ist insbesondere durch die Verwendung einer inversen Kalotte möglich.
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Der elektro-akustische Wandler 5 kann in einer Einbuchtung 12 der Außenseite 4 des stoßdämpfenden Materials 3 angeordnet. Bevorzugt befindet sich die Position der Einbuchtung 12 gegenüber dem Ohr 14 eines Trägers, wenn der Helm getragen wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die benötigte Länge des wenigstens einen akustischen Kanals 10 verringert werden, und die Schallleistung, die nicht zum Ohr 14 bzw. zu einer für das Ohr 14 vorgesehenen Position gelangt, minimiert werden.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 21 zur aktiven Störschallunterdrückung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Sie weist eine Signalverarbeitungseinheit 22 auf, die mit einem ersten Mikrofon 6 und einem elektro-akustischen Wandler 5 verbunden ist. Eine Entfernung 23 zwischen dem ersten Mikrofon 6 und dem elektro-akustischen Wandler 5 ist einstellbar und beträgt bevorzugt mehr als 1 cm, besonders bevorzugt mehr als 2 cm, insbesondere bevorzugt mehr als 3 cm. Die Signalverarbeitungseinheit 22 steuert den elektro-akustischen Wandler 5 so, dass ein Störsignal, das von einer Störschallquelle 16 abgebeben wird, an dem ersten Mikrofon 6 kompensiert wird. Die Signalverarbeitungseinheit 22 verwendet dazu ein Referenzsignal, das von dem ersten Mikrofon 6 aufgenommen wird. Die Vorrichtung 21 zur aktiven Störschallunterdrückung ist insbesondere geeignet, in einen Schutzhelm eingebaut zu werden. Durch die veränderliche Entfernung 23 zwischen dem ersten Mikrofon 6 und dem elektroakustischen Wandler 5 besteht beispielsweise die Möglichkeit, den elektroakustischen Wandler 5 an der Außenseite eines stoßdämpfenden Materials anzubringen, während das erste Mikrofon an der Innenseite des stoßdämpfenden Materials angebracht werden kann. Die Vorrichtung 21 zur aktiven Störschallunterdrückung ist demnach in einen Schutzhelm so integrierbar, dass ein Schutzhelm gemäß 1 erhalten wird. Alternativ kann die entsprechende Vorrichtung 21 zur aktiven Störschallunterdrückung aber auch in einem Hörer angeordnet werden.
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Die Entfernung 23 zwischen dem ersten Mikrofon und dem elektro-akustischem Wandler beträgt bevorzugt wenigstens 1 cm, besonders bevorzugt wenigstens 2 cm, insbesondere bevorzugt wenigstens 5 cm. Das erste Mikrofon 6 wird bevorzugt in der Nähe eines Ohres angeordnet, während der elektro-akustische Wandler 6 bevorzugt von dem Ohr weiter entfernt ist als das erste Mikrofon 6. In den Raum zwischen dem ersten Mikrofon 6 und dem elektro-akustischen Wandler 5 kann beispielsweise stoßdämpfendes Material eingebracht werden. Eine entsprechende Vorrichtung kann beispielsweise in einen Schutzhelm integriert werden. Bevorzugt ist die Vorrichtung 21 zur aktiven Störschallunterdrückung Bestandteil eines erfindungsgemäßen Schutzhelms oder geeignet, zusammen mit einem bekannten Schutzhelm einen erfindungsgemäßen Schutzhelm zu bilden.
