НАУШНИКИ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИЕЙ ДАТЧИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЛУШАЮЩЕГО

Полезная модель относится категории гарнитур и аудио наушников, и может быть использована помимо своей основной функции воспроизведения, одновременно в качестве датчиков состояния сна и бодрствования слушающего (включая фазы сна и эмоциональное состояние бодрствования) с целью управления процессом воспроизведения.
В работах [1, 2] описано использование стандартной энцефалографии для фиксации ответной реакции электрических потенциалов головного мозга на внешний звуковой раздражитель во время состояний бодрствования и сна.
Выясняется, что для определения состояния оператора возможно не только пытаться расшифровывать энцефалограммы при помощи Фурье анализа, но также определять состояние по скорости реакции на звуковые раздражители.
В состоянии бодрствования реакция на звуковой раздражитель быстрая, а когда во сне пропадают быстрые бета ритмы скоростной обработки информации, появляется реакция на внешний звук через интервал около секунды благодаря медленным длиннолатентным ритмам.
По сути в данных работах подтверждается возможность дополнительно анализировать состояние по эху мозговой обработки подаваемых звуков, а не только на основе спонтанных колебаний альфа и бета ритмов.
Известен прибор для обезболивания в период сна (патент RU 2271839), содержащий контактные датчики, подключенные к генератору последовательности импульсов тока, соединенному с блоком управления, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полосовой усилитель, квадратичный детектор и интегратор, причем блок управления по управляющему входу соединен с выходом компаратора, вход которого подсоединен через интегратор и квадратичный детектор к выходу полосового усилителя, настроенного на частоту альфа-ритма потенциалов головного мозга, а вход полосового усилителя подсоединен к приемным датчикам этих потенциалов.
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, не обладает портативностью.
Известно «Устройство для управления механизмами двигателя при возникновении дремотных и просоночных состояний оператора мобильного средства», содержащее электроды, усилитель сигнала, катушку, поляризованное реле, выключатель, блок звуковой сигнализации, лампу стоп-сигнала (патент RU 2287440).
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, не обладает портативностью. Анализатор привязан к транспортному средству и его энергопитанию. Известно «Устройство контроля за состоянием бодрствования водителя транспортного средства», содержащее кольцевой датчик давления и систему пробуждения, расположенные на рулевом колесе, предохранительную систему безопасности и контроллер управления транспортным средством (патент RU 2214931).
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, не обладает портативностью. Анализатор привязан к транспортному средству и его энергопитанию. Известно устройство для предотвращения сна», содержащее блок считывания и преобразования сигнала, выполненный с возможностью закрепления на мочке уха и включающий источник питания, генератор, источник и приемник инфракрасного излучения и блок анализа с вычислителем, а также блок оповещения. Приемник инфракрасного излучения через усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к блоку анализа, параллельно второй приемник инфракрасного излучения через второй усилитель и второй аналого-цифровой преобразователь подключен ко второму входу блока анализа, выполненного с возможностью анализа концентрации кислорода в крови и регистрации амплитуды и периода пульсаций сердечной деятельности, в свою очередь, вычислитель через интерфейсный блок связан с передатчиком, выполненным с возможностью передачи информации на индикатор удаленного блока оповещения (патент RU 2275857).
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, не обладает портативностью. Анализатор привязан к транспортному средству и его энергопитанию. Известно устройство контроля бодрствования водителя транспортного средства содержит электроды (патент RU 90743 U), звуковую сигнализацию, источник питания, элемент световой индикации, отличающееся тем, что датчик положения головы водителя закреплен на очках при помощи крепежного приспособления, имеющих три опоры (носовая перегородка и уши), при этом датчик положения головы водителя содержит металлический шарик, электроды бодрствования, электроды сна, закрепленные в корпусе датчика, при этом электроды сна соединены с радиопередатчиком, имеющим передающую антенну, электроды бодрствования соединены с системой сигнализации нормального положения головы с элементом световой индикации, впадину для металлического шарика, препятствующая ложному срабатыванию устройства, наклонные плоскости внутри корпуса для возврата металлического шарика в исходное положение при возобновлении нормального положения головы водителя, при этом в момент засыпания водителя и изменения им положения головы металлический шарик выходит из впадины и замыкает электроды, за счет чего на радиопередатчик через передающую антенну передатчика и приемную антенну подается сигнал, при этом радиопередатчик соединен со звуковой сигнализацией, предназначенной для выведения водителя из состояния сна.
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, не обладает портативностью. Анализатор привязан к транспортному средству и его энергопитанию. Наиболее близким решением заявленной полезной модели является заявка WO 2009125216. В данном решении описан аппарат стимуляции сна, включающий анализирующий блок, пару наушников и электрод на ремне. Анализурующий блок включает монитор сна, аудиоплеер и блок управления. Монитор сна связан с электродом, с целью обнаружить состояние сна посредством анализа изменчивости сердечного ритма. Аудиоплеер подключен к наушникам, чтобы играть релаксационную музыку. Блок управления связан с электродами в наушниках, которые воздействуют электрическими импульсами на нервную систему, чтобы стимулировать сон. Когда пользователь уходит из бодрствующего состояния к состоянию сна, монитор сна подает команду на блок управления, который отключает подачу электрических импульсов. Т.е. во время сна данный прибор не осуществляет стимуляцию электродами нервной системы, чтобы не вызвать эффект привыкания.
Данное решение технически громоздко, конструктивно сложно, применяемые наушники используются отдельно от электродов, анализирующих состояние сна. Электрод, вставленный в наушник в заявке WO 2009125216 не является анализатором функционального состояния слушающего.
Техническим результатом заявленной полезной модели является возможность реализации функции управления воспроизведением аудио/видео материалов за счет электрической активности кожи головы слушающего, без необходимости надевать на слушающего дополнительное диагностическое оборудование.
Указанный технический результат достигается за счет того, что наушники, содержащие динамики, отличающиеся тем, что участки непосредственного контакта наушников с кожей головы слушающего выполнены из токопроводящих материалов, функцией которых, помимо функции воспроизведения аудио, является использование в качестве электродов - датчиков состояния слушающего.
Наушники могут быть выполнены содержащие дужку, которая соединяет две чашки наушников, причем как минимум один контактный электрод выполнен установленным в дужке наушников, а контактный провод данного электрода уложен внутри корпуса дужки. Наушники могут быть выполнены содержащие токопроводящую дужку, которая соединяет две чашки наушников, причем как минимум один контактный электрод выполнен установленным в дужке наушников.
Дужка может быть выполнена с возможностью размещения на лбу.
Предпочтительно, как минимум один контактный электрод выполнен заключенным в защитный корпус и выполнен с возможностью удержания на лбу или макушке головы человека.
Предпочтительно, провода подключения всех электродов уложены параллельно в общий кожух с проводами, идущими к наушникам.
Наушники предпочтительно содержат дополнительно сменные накладки, через поверхность которых осуществляется контакт наушников с кожей головы слушающего.
Наушники предпочтительно содержат электрические контакты, позволяющие считывать электрические потенциалы со сменных накладок.
Предпочтительно, сменные накладки содержат токопроводящие участки, изготовленные полностью или частично из металлов или металлизации, либо из токопроводящих неметаллических материалов, например, карбона, токопроводящего лако-красочного покрытия и др.
Наушники могут быть выполнены в виде повязки на голову.
Полезная модель поясняется чертежами
На Фиг.1 показан пример реализации системы на гарнитуре из наушников без креплений, где 1 - динамики, 2 - корпус контактного электрода, установленного вне наушников, 3 - провод для выведения контактов на анализатор состояния пользователя или цифровое устройство (мобильный телефон, компьютер и т.п.), 4 - электрод, установленный вне наушников, 5 - электроды, установленные в наушниках.
На Фиг.2 показан пример реализации системы на гарнитуре из наушников с дужкой, где 6 - дужка, 7 - контактное гнездо для подключения гарнитуры наушников, 8 - контактное гнездо для снятия аналоговых сигналов с электродов.
На Фиг.3 показан пример использования системы с гарнитурой с наушниками на вертикальной дужке.
На Фиг.4 показан пример использования системы с гарнитурой с наушниками без креплений.
На Фиг.5 показан пример использования системы с гарнитурой с наушниками на налобной дужке.
Полезная модель может быть реализована следующим образом.
В качестве методики анализа функционального состояния пользователя могут быть использованы различные методики анализа состояния или их комбинации.
Полезная модель универсальна и способна использоваться с любым из них. Например, в качестве датчика пульса [5]. При вхождении в состояние сна у человека меняется сердечный ритм. Смена ритма будет означать наступление сна и срабатывание датчика на активацию. Снять показания пульса можно довольно точно по электродам (4, 5) полезной модели.
Также могут использоваться датчики, определяющие изменения функционального состояния человека по результатам ЭЭГ-диагностики, когда проводят амплитудный, спектральный анализы и картирование спектральной мощности ритмов ЭЭГ [6]. Снимают альфа или бета-ритмы. Для выявления мозговой активности определяют наличие тета или дельта-волн с амплитудой выше определенных значений.
Для использования такого рода анализаторов дополнительный электрод (4) размещают на лбу. Для чего смещают дужку на лоб при использовании наушников с дужкой (см. Фиг.3), либо сразу используют наушники с налобной дужкой (см. Фиг.5), либо устанавливают электрод (4) на лоб способом, показанным на Фиг.4 при использования наушников без креплений.
Любой анализатор состояния сна или бодрствования содержит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), который имеет функцию обработки аналоговых сигналов с электродов и трансформирует их электронные сигналы, в зависимости от которых совершаются необходимые действия с другими приборами, взаимодействующими с анализатором.
В качестве анализатора может также использоваться мобильный телефон или ПК, в которых посредством специальной программы осуществляют обработку сигналов с электродов, усиленный миниатюрным предусилителем, через звуковую плату.
Контактное гнездо 8 для снятия аналоговых сигналов с электродов может быть выполнено в виде обычного гнезда микрофонной гарнитуры для подключения к микрофонному гнезду в мобильном телефоне или ПК. В мобильном телефоне микрофонное гнездо и гнездо для подключения наушников обычно соединены в единый провод и выводятся разъемом типа USB-mini. В ПК это обычные раздельные гнезда для вставки микрофона (8) и наушников (7).
Таким образом, поступающие с гнезда (8) аналоговые сигналы, подаются через микрофонный вход и сравниваются с помощью специальной программы с шаблонными амплитудами состояния сна и бодрствования, на предмет определения состояния пользователя в данный момент времени.
Также возможно использование с применением беспроводных методов передачи сигнала, например с помощью радио или инфракрасного канала связи.
По данным, снимаемым электродами с кожи головы пользователя, можно определить состояние сна и бодрствования по:
- анализу частотных характеристик электрических потенциалов мозга (ритмов);
- анализу асимметрии электрических потенциалов полушарий;
- анализу вызванных потенциалов - потенциалов, вызванных звуками исходящими из наушников: тестовых или воспроизведением самих аудио/видео материалов;
- анализу сердечного ритма (пульсу),
- комбинации вышеперечисленных методик.
Заявленный результат достигается за счет того, что участки непосредственного контакта наушников (1) с кожей головы слушающего выполнены из токопроводящих материалов, функцией которых является использование в качестве электродов (5) - датчиков состояния слушающего.
В случае, когда наушники выполнены с креплением, т.е. содержащие дужку (6), которая соединяет две чашки наушников (1) (см. Фиг.3, Фиг.5), как минимум один контактный электрод может быть выполнен установленным в дужке (6) наушников, а контактный провод данного электрода уложен внутри корпуса дужки.
Дужка (6) может быть токопроводящей, причем как минимум один контактный электрод (4) выполнен установленным в дужке наушников.
Дужка (6) может быть выполнена с возможностью размещения на лбу (см. Фиг.5). При выполнении наушников без креплений и когда для анализа состояния сна требуется использование электрода, размещенного на лбу или макушке человека, как минимум один контактный электрод (4) может быть выполнен заключенным в защитный корпус. В этом случае предпочтительно, чтобы провода подключения всех электродов были уложены параллельно в общий кожух с проводами, идущими к наушникам.
Наушники могут контактировать с кожей головы не на прямую, а через сменные накладки (на чертежах не показаны). В этом случае наушники предпочтительно содержат электрические контакты, позволяющие считывать электрические потенциалы со сменных накладок. Либо сменные накладки содержат токопроводящие участки, которые могут быть выполнены полностью или частично из металлов или металлизации, из токопроводящих неметаллических материалов, например, карбона, токопроводящего лако-красочного покрытия и др.
Принцип работы устройства состоит в следующем.
Пользователь (см. Фиг.3, Фиг.4) надевает наушники и вставляет конец или концы (7, 8) контактного провода (3) в анализирующее устройство. При этом электроды (5) располагаются в наушниках (1), а электрод (4) на лбу пользователя. При пользовании гарнитурой с наушниками без креплений закрепление корпуса (2) с электродом (4) на лбу может осуществляться, например, посредством растяжки (см. Фиг.4), где два провода от наушников создают натяжение справа и слева, а общий контактный провод (3) под действием своего веса не дает сползти корпусу (2) с электродом (4) со лба на лицо пользователя.
Таким образом, помимо того, что пользователь может иметь портативное малогабаритное, универсальное устройство, способное служить системой электродов для анализатора состояния сна и бодрствования, пользователь также имеет и одновременно гарнитуру наушников, через которые может прослушивать информацию или музыку. И, в случае применения метода анализа состояния по вызванным потенциалам, потенциалы могут вызываться при помощи звучания самих наушников. Достоинство такого функционального объединения наушников и электродов системы анализа сна состоит в том, что можно управлять остановкой или подачей сигналов в гарнитуру наушников (1) посредством фиксации состояния сна или бодрствования.
Например, если пользователь едет за рулем и засыпает, то через наушники ему подается соответствующий громкий сигнал пробуждения.
Другой пример. Пользователь решил отдохнуть и прилег с наушниками. Когда он засыпает автоматика может отключить или поставить на паузу воспроизведение музыки или иной информации, транслируемой через наушники (1) пользователю.
После того как пользователь просыпается, он может снова отдать команду устройству воспроизведения на воспроизведение с того места, где запись была остановлена на паузе.
Эта возможность фиксации момента окончания прослушивания полезна в качестве системы обучения, где будет возможность остановки обучающих записей при засыпании пользователя с последующей возможностью продолжения воспроизведения в момент бодрствования пользователя от момента, на котором произошла остановка. Это позволяет пользователю может экономить время, которое он обычно затрачивал на повторное прослушивание одних и тех же обучающих записей, когда не мог вспомнить на каком месте перед сном он остановился.
Источники информации:
1. http://roadvictory.ru/audioenglish.html
2. http://audio-booki.ru/tiching/page/19/
3. http://www.dissercat.com/content/dinamika-slukhovykh-vyzvannykh-potentsialov-pri-narusheniyakh-psikhomotornoi-deyatelnosti-sv
4. http://www.eav.ru/publl1.php?publid=2002-12al2
5. http://uchtehpribor.ru/blog/datchik-pulsa/
6. Данилова H.H. Функциональные состояния: механизмы и диагностика. - М.; МГУ, 1985. - 287 с.