DE10139309B4 - Verfahren zur Unterdrückung von Störschall - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Unterdrückung von Störschall mit folgenden Schritten:
– Gewinnen eines analytischen Signals aus einem Störschall enthaltendes Eingangssignal (Sin);
– Berechnen eines Instant-Phasensignals (IFI) aus dem analytischen Signal;
– Berechnen eines Instant-Frequenzsignals (IFR) als zeitliche Ableitung des Instant-Phasensignals (IFI) dividiert durch 2π;
– Bilden eines einfach verzögerten Signals (Sdel, IAdel, IFIdel, Sdel1, IAdel1, IFIdel1) durch Verzögern eines Signals (S, IA, IFI) aus der Gruppe, die das Eingangssignal und daraus abgeleitete Signale enthält, um eine Zeitdauer (tdel), die dein Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht;
– Bilden eines Signal-Mittelwerts (Sa v, IAa v, IFIa v) aus dem Signal (S, IA, IFI) und dem einfach verzögerten Signal (Sdel, IAdel, IFIdel, Sdel1, IAdel1, IFIdel1), um ein Ausgangssignal (Sout) zu erhalten, in dem der Störschall unterdrückt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Störschall.
  • Die Entwicklung von Hörgeräten ist in den letzten Jahren so weit perfektioniert worden, dass technische Probleme nahezu ausgeschlossen, beziehungsweise unbedeutend sind. Nach wie vor drängend ist jedoch das Problem, die Signale bei der Verstärkung so zu bearbeiten, dass die Nutzsignale möglichst verlustfrei übertragen werden und die Störsignale so weit als möglich unterdrückt werden.
  • Aber auch bei andere n Anwendungen, wie etwa im Bereich der Nachrichtenübertragung über Telefonleitungen oder per Funk ist die Unterdrückung von Störschall ein wichtiges Thema.
  • Ein einfacher Ansatz besteht darin, durch Anwendung von Hochpassfiltern, Tiefpassfiltern oder Bandpassfiltern bestimmte Frequenzbereiche abzuschwächen, in denen ein hoher Anteil an Störsignalen vermutet wird. Aufgrund der Vielfältigkeit möglicher Störsignale haben solche Verfahren jedoch nur einen begrenzten Nutzen, und darüber hinaus wird auch das Nutzsignal, das üblicherweise ein Sprachsignal ist, verzerrt und gestört.
  • Eine weitere Schwiengkeit besteht darin, dass es sich bei der Sprache um ein äußerst komplexes Signal handelt. Es sind verschiedene Modelle der Spracherzeugung bekannt, wie etwa in J.L. FLANAGAN: "Speech Analysis, Synthesis and Perception" 2. ed, Springer Verlag, New York 1972. Darin wird ein Grundsignal definiert, das entweder aus einer Reihe von Impulsen besteht, wie dies etwa bei Vokalen der Fall ist oder aus Rauschen beispielsweise bei Konsonanten, wie etwa "S" oder "SCH". Die Impulsreihe definiert die Tonhöhe und ist oft als F0 (Null-Formant) bezeichnet. Ein solches Signal hat zumeist zahlreiche harmonische Komponenten bis zu sehr hohen Frequenzen. Durch das Atmen entsteht zusätzlich ein Rauschen. Bei der Artikulation werden die so erzeugten Signale weiter gefiltert. Dadurch ändert sich die spektrale Form und es entsteht die Sprache. Daraus abgeleitet ist versucht worden, Störschallunterdrückungssysteme zu entwickeln, die auf einer spektralen Analyse beruhen. Da sich jedoch die Sprache ständig ändert, das heißt Amplitude, Frequenz und Spektren nicht konstant sind, sind solchen Verfahren Grenzen gesetzt. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen beispielsweise durch Koartikulationen, die einen Übergang von einem zu einem anderen Phonem darstellen. Im Gegensatz dazu sind Störungen üblicherweise relativ einfachere Signale, was im Übrigen auch für Musik zutrifft.
  • Eine grundlegende Darstellung, die auch in heutiger Zeit noch zutreffend ist, ist in J.S. LIM, A.V. OPPENHEIM: "Enhancement and Bandwith compression of noisy speech" Proceedings of IEEE Vol. 67, Nr. 12, Dezember 1979 gegeben. Weiters haben in jüngster Zeit Verfahren wie "Beam Forming" und "Blind Source Separation" Bedeutung gewonnen. Bei solchen Verfahren wird jedoch stets mehr als ein Mikrophon benötigt. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch Verfahren, die auch auf ein aus einem einzigen Mikrophon gewonnenes Signal anwendbar sind.
  • In der Praxis werden häufig sogenannte "Noise Gates" verwendet, die im Grunde genommen einen oder mehrere parallel geschaltete Expander darstellen. Dabei wird das Eingangssignal verstärkt und parallel mehreren Filtern zugeführt und dadurch in mehrere Frequenzbänder unterteilt. In jedem Kanal wird danach. die Amplitude festgestellt, indem der Absolutwert mit einem Tiefpassfilter gefiltert wird, um die durchschnittliche Energie oder Amplitude des Signals zu gewinnen. Danach folgt eine nichtlineare Transformation, die bei digitaler Signalbearbeitung auch mit einer sogenannten "Look up Table", aber auch anders, beispielsweise durch eine geschlossen angegebene Funktion realisierbar ist. Der so gewonnene Wert wird dazu verw endet, das Signal des jeweiligen Kanals zu verstärken beziehungsweise abzuschwächen, das heißt, dass im einfachsten Fall eine Multiplikation stattfindet. Die auf diese Weise gewonnenen Signale jedes Kanals werden addiert, um ein Ausigangssignal zu erzeugen. Eine Expansion des Signals kann auf diese Weise leicht durchgeführt werden, indem dann wenn die Energie, das heißt die Amplitude des Signals, gering ist, das Signal reduziert wird, wogegen bei größerer Amplitude eine Verstärkung vorgenommen wird. In jedem Frequenzbereich Werder daher Störungen geringer Amplitude unterdrückt. Solche Systeme funktionieren jedoch nur bei relativ konstanter Störung. Ein weiteres Problem besteht darin, dass auch leise Sprachsignale unterdrückt werden. Ferner . werden in Sprechpausen Artefakte generiert, die manchmal sehr störend sind. Insgesamt kann mar sagen, dass solche Systeme keine befriedigende Lösung zur Unterdrückung von Störschall bieten können.
  • Aus der EP 542 710 A1 (RIBIC) ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen bekannt, bei dem aus einem Eingangssignal ein analytisches Signal gewonnen wird. Als analytisches Signal wird ein komplexes Signal bezeichnet, dessen imaginäre Komponente die Hilbert-Transformierte der reellen Komponente darstellt. Die mathematischen Grundlagen davon sind beispielsweise in R.B. RANDALL: "Frequency Analysis" BRÜL&KJAER, 1987 ausführlich beschrieben. In der genannten Offenlegungsschrift sind verschiedene Möglichkeiten und Schaltungen zu Gewinnung der Hilbert-Signale beschrieben. Durch die derzeitigen Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung ist es in relativ einfacher Weise möglich einen Hilbert-Transformator zu realisieren, um das reelle und das imaginäre Signal zu gewinnen. Es wird dazu beispielsweise auf S.L. HAHN: "Hilbert Transforms in Signal Processing" Artech House, 1996 verwiesen. Ausgehend von dem analytischen Signal bestehend aus den beiden Hilbert-Signalen, beziehungsweise dem Realteil und dem Imaginärteil, kann ein sogenanntes Instant-Amplitudensignal nach folgender Formel (1) berechnet werden: IA = (Re2 + Im2)1/2 (1) wobei Re den Realteil des analytischen Signals und Im den Imaginärteil des analytischen Signals bezeichnet.
  • Das Instant-Amplitudensignal stellt einen Wert dar, der die momentane Magnitude repräsentiert. Die Magnitude ist die Vektorlänge für komplexe Signale, die Amplitude des Eingangsignals ist in der Zeitdomäne der Momentanwert des Realteils des analytischen Signals. Gemäß der folgenden Formel (2) wird in analoger Weise ein Instant-Phasensignal berechnet: IFI = anctan(Im/Re) (2) wobei IFI einen Wert darstellt, der als momentane Phase des Signals angesehen werden kann.
  • Aus der EP 542 711 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Audiosignale bearbeitet werden können, um die Funktion von Hörgeräten zu verbessern. Dabei wird aus einem Eingangssignal ein analytisches Signal erzeugt, aus dem ein Instant-Amplitudensignal berechnet wird. Dieses Instant-Amplitudensignal wird als Stellgröße verwendet, um das Eingangssignal oder eines der Hilbert-Signale passend zu verstärken, so dass eine Signalkompression erreicht wird. Es wird also das Instant-Amplitudensignal nur dazu verwendet, das Eingangssignal entsprechend zu bearbeiten. Da jedoch die Verzögerung des Instant-Amplitudensignals und des damit; gesteuerten Signals nicht übereinstimmen, kann eine vollständig befriedigende Lösung nicht erreicht werden.
  • Auch die US 4,495,643 A (ORBAN) und die US 6,205,225 B (ORBAN) zeigen Verfahren, die durch eine Hilbert-Transformation zunächst ein analytisches Signal erzeugen. In den obigen Schaltungen werden die Hilbert-Signale jedoch vor der weiteren Verarbeitung gefiltert, so dass ein echtes Instant-Amplitudensignal nicht erhalten werden kann. Mit solchen Verfahren können Signalspitzen begrenzt werden, es ist jedoch nicht möglich, Störschall insgesamt wirksam zu unterdrücken.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der oben beschriebenen Art anzugeben, bei de m Störschall wirksam unterdrückt werden kann. Insbesondere soll ein solches Verfahren eine leichte Einstellbarkeit und Anpassung an verschiedenste Umgebungsbedingungen ermöglichen, wobei im Fall von Hörgeräten auch der spezifische Hörverlust der jeweiligen Person zu berücksichtigen ist. Insbesondere sollen die harmonischen Anteile des Eingangssignals hervorgehoben werden.
  • Erfindungsgemäß werden die Schritte des Patentanspruches 1 durchgeführt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, harmonische Reihen zu erkennen und zu verstärken. Die Zeitdauer, die dem Kehrwert des Instant-Frequenzsignals entspricht, ist die augenblickliche Schwin gungsdauer. Das Signal, das verzögert wird, kann das Eingangssignal selbst sein, oder es kann sich und Signale handeln, die aus dem Eingangssignal abgeleitet sind. Im Fall des Patentanspruchs 4 sind dies das Instant-Amplitudensignal und das Instant-Phasensignal.
  • Im einfachsten Fall wird das Signal im allgemeinen, bzw. das Instant-Amplitudensignal und das Instant-Phasensignal im besonderen, genau um diese Zeitdauer verzögert, wie dies in den Ansprüchen 3, 7 bzw. 8 festgehalten ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Signal, das primär aus einem Grundton und harmonischen Obertönen besteht, eine sehr hohe Korrelation zwischen dem Instant-Amplitudensignal und dem verzögerten Instant-Amplitudensignal aufweist und ebenso eine hohe Korrelation zwischen dem Instant-Phasensignal und dem verzögerten Instant-Phasensignal aufweist. Durch die Bildung des Amplitudenmittelwerts und des Phasenmittelwerts wird daher eine positive Interferenz erreicht. Für andere nicht harmonische Signale liegt eine solche Korrelation nicht vor, so dass durch die Mittelwertbildung relativ gesehen eine Abschwächung erfolgt. Auf diese Weise werden Sprachsignale, die wesentlich aus harmonischen Signalen bestehen, beworzugt verstärkt.
  • Gemäß Anspruch 2 bzw. 5 ist es möglich, mehrere Verzögerungsglieder hintereinander zu schalten und dadurch die Trennschärfe zu erhöhen. Bei der Verwendung eines e nzigen Verzögerungsgliedes werden harmonische Signale, d.h. solche, für die hohe Korrelation vorliegt, durch die Addition um den Faktor 2 verstärkt. Für nicht korrelierte Signale entspricht der Faktor nur der Wurzel aus 2, so dass sich das Signal/Raschverhältnis bei einfacher Verzögerung um 3 dB verbessert. Wenn gemäß Anspruch 2 beispielsweise vier Verzögerungsglieder hintereinander geschaltet sind, wird eine Verbesserung um 12 dB erreicht.
  • Eine Aufsummierung in der Art eines gleitenden Durchschnitts kann gemäß Anspruch 6 erreicht werden. Je nach Wahl des konstanten Faktors k wird eine höhere oder niedrigere Trennschärfe erreicht. Es gilt dabei k < 1, wobei ein höherer Wert von k einer größeren Anzahl von Verzögerungsgliedern der obigen Ausführungsvariante entspricht.
  • Der Wert von k bzw, die Anzahl der Verzögerungsglieder ist nach oben hin begrenzt, da Sprachsignale nicht exakt harmonisch sind und sich jede Periode von der vorhergehenden oder nachfolgenden geringfügig unterscheidet. Die Unterschiede werden dabei um so größer, je weiter die Perioden auseinander liegen.
  • Aus dem gleichen G und kann eine geringfügige Mittelung Gemäß Anspruch 12 zu einer Verbesserung der Klangqualität führen.
  • Bei der Ausführungsvariante der Ansprüche 3, 7 bzw. 8 werden alle Harmonischen des Eingangssignals verstärkt, was in der Regel wünschenswert ist. Alternativ dazu kann jedoh auch nach den Ansprüchen 9 und 10 lediglich die halbe Periode zur Verzögerung verwendet werden. Wenn in diesem Fall das verzögerte Signal zu dem unverzögerten Signal addiert wird, werden die Frequenzen IW, 3 IW, 5 IW usw. unterdrückt, und die übrigen Harmonischen werden verstärkt. Die Wirkung entspricht somit einem Kammfilter. Obwohl sogar die Grundschwingung ausgelöscht ist, sind Sprachsignale gut verständlich. Alternativ kann das verzögerte Signal vom unverzögerten Signal subtrahiert werden, wodurch die Nullstellen bei den Frequenzen 2 IW, 4 IW, 6 IW usw. entstehen.
  • Eine weitere Verbesserung der Unterscheidung kann gemäß Anspruch 11 erreicht werden. Dabei können die einzelnen Harmonischen durch Filter gezielt aus dem Signal extrahiert werden.
  • Sprachsignale weisen im Allgemeinen starke harmonische Komponenten, aber auch Rauschanteile auf. Umgekehrt haben Störsignale im allgemeinen große Rauschanteile, wobei jedoch bestimmte Maschinengeräusche harmonische Komponenten aufweisen kennen. Um harmonische Störsignale im Sprechpausen nicht in unerwünschter Weise zu verstärken, kann eine Spracherkennung vorgenommen werden, die die Signalbearbeitung steuert.
  • Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Signalbearbeitung zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.
    •
  • In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 und 2 Blockdiagramme von Schaltungen, die bei der vorliegenden Efindung verwendet werden,
  • 3 bis 6 Blockdiagramme verschiedener Ausführungsvarianten der Erfindung, und
  • 7 und 8 Diagramrne, die ein verrauschtes Eingangssignal bzw. ein Ausgangssignal zeigen, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen worden ist.
  • In 1 ist eine allgemeine Schaltung gezeigt, in der aus einem Eingangssignal ein Instant-Amplitudensignal IA, ein Instant-Phasensignal IFI und ein Instant-Kreisfrequenzsignal IW gewonnen wird. In einem ersten Block 1 wird das Eingangssignal Sin in ein analytisches Signal umgewandelt, das aus einem Realteil Re und einem Imaginarteil Im besteht. Da der Realteil und der Imaginärteil einen konstanten Phasenunterschied von π/Z aufweisen, stellt der Imaginärteil Im die Hilbert-Transformierte des Realteils Re dar. Diese Signale Re und Im werden somit auch als Hilbert-Signale beizeichnet. Möglichkeiten zur Gewinnung des analytischen Signals sind in der EP 542 710 A beschrieben. Im Wesentlichen kann man das Eingangssignal Sin einer Hilbert-Transformation unterziehen, um beispielsweise zum Imaginärteil Im zu kommen. Da die Hilbert-Transformation mit einer Verzögerung) verbunden ist, muss das Eingangssignal Sin ebenfalls verzögert werden , um den Realteil Re zu erhalten. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, das Eingangssignal Sin durch zwei unterschiedliche Allpassfilter in zwei Hilbert-Signale umzuwandeln. Eine weitere Möglichkeit zum Erhalten des analytischen Signals besteht darin, durch eine Fourier-Transformation ein komplexes Spektrum des Eingangssignals Sin zu erhalten, alle Linien um π/2 zu verschieben und das Signal durch inverse Transformation wieder in die Zeitdomäne zurückzusetzen. Durch die Möglichkeiten der digitalen Signalbearbeitung ist es unproblematisch, ein solches analytisches Signal in geeigneter Weise zu erhalten. In den Blöcken 2 und 3 wird gemäß den obigen Formeln (1) und (2) das Instant-Amplitudensignal IA beziehungsweise das Instant-Phasensignal IFI erhalten. Durch zeitliche Ableitung des Instant-Phasensignals IFI in Block 4 kann das Instant-Kreisfrequenzsignal IW gebildet werden. Es muss festgehalten werden, dass die Signale IA,IFI und IW abgesehen von der Verzögerung durch die Hilbert-Transformation Echtzeitparameter sind, die frei von Mittelungen oder Verzögerungen sind. Die Irstant-Amplitude IA ist stets nichtnegativ, wogegen das Instant-Kreisfrequenzsignal IW nicht notwendigerweise positiv ist. Da das Instant-Phasensignal im Wesentlichen einen Winkel definiert, kann es durch das sogenannte Wraping auf einen Bereich zwischen 0 und 2π oder auf einem Bereich zwischen -π und π eingeschränkt werden.
  • In 2 sind die einzelnen Bearbeitungsschritte von 1 in einem einzigen Block 5 zusammengefasst, um die Darstellung in weiterer Folge zu vereinfachen.
  • Bei der Schaltung von 3 wird das Instant-Amplitudensignal IA in insgesamt drei Verzögerungsgliedern 6a, 6b, 6c verzögert, um ein einfach verzögertes Instant-Amplitudensignal IAdel1, ein zweifach verzögertes Instant-Amplitudensignal IAdel2 und ein dreifac i verzögertes Instant-Amplitudensignal IAdel3 zu erhalten. Durch Addition von IA, IAdel1, IAdel2 Und IIAdel3 in Block 8 und Division durch vier in Block 10 wird ein arithmetisches Mittel dieser Signale IA, IAdel1, IAdel2 und IAdel3 erzeugt, das als Amplituden-Mittelwert IAa v bezeichnet wird. Bei der obigen Mittelwertbildung müssen nicht alle Signale IA, IAdel1, IAdel2 und IAdel3 gleich bewertet werden, es kann beispielsweise das Instant-Amplitudensignal IA dabei stärker gewichtet werden als das einfach verzögerte Instant-Amplitudensignal IAdel1 und dieses wiederum stärker als das zweifach verzögerte Instant-Amplitudensignal IAdel2 und so fort. Auf diese Weise wird eine schwächere, aber robustere Rauschunterdrückung erreicht.
  • In gleicher Weise wird das Instant-Phasensignal IFI in insgesamt drei Verzögerungsgliedern 7a, 7b, 7c verzögert, um ein einfach verzögertes Instant-Phasensignal IFIdel1 ein zweifach verzögertes Instant-Phasensignal IFIdel2 und ein drei fach verzögertes Instant-Phasensignal IFIdel3 zu erhalten. In analoger Weise wird in den Blöcken 9 und 11 ein Phasen-Mittelwert IFIa v gebildet.
  • In dem Block 12 wird das Ausgangssignal Sout nach der folgenden Formel (3) berechnet. Sout = IAa v · cos(IFIa v) . (3)
  • In dem Block 13 wird die Zeitdauer tdel gemäß der Formel (4) aus dem Instant-Frequenzsignal IFR berechnet: tdel = 1/I – R = 2π /IW , (4) wobei IW das Instant-Winkelfrequenzsignal darstellt, das die zeitliche Ableitung des Instant-Phasensignals IFI ist.
  • Die Zeitdauer tdel wird dementsprechend laufend aktualisiert und an die Verzögerungsglieder 6a, 6b, 6c bzw. 7a, 7b, 7c übermittelt, um die Verzögerung der Signale IA und IFI du -chzuführen.
  • 4 zeigt eine alte -native Ausführungsvariante, bei der nur jeweils ein Verzögerungsglied 6 bzw. 7 vorgesehen ist, und bei der das verzögerte Signal IAdel bzw. IFIde l mit einem konstanten Faktor k multipliziert wird und zu einem dem Verzögerungsglied 6 bzw. 7 vorgeschalteten Addierglied 16 bzw. 17 rückgeleitet wird, um die Signale IAav und IFIav zu erhalten. Auf diese Weise wird eine Art gleitender Durchschnitt der Signale IA bzw. IFI mit den ein- und mehrfach verzögerten Signalen gebildet. Für den konstanten Faktor k gilt 0 < k < 1, wobei ein größerer Wert von keine stärkere Gewichtung der verzögerten Signale bedeutet. In den Blöcken 18 bzw. 19 werden die Signale IAa v und IFIa v durch Multiplikation mit (1 – k) normiert und dann dem Block 12 zugeführt, um das Ausgangssignal Sout zu berechnen.
  • Die Schaltung gemäß 5 weist folgende Unterschiede zu der Schaltung von 3 auf:
    Zunächst wird in Block 6 ein Signal 5 verzögert, das direkt dem Eingangssignal Sin entspricht, um ein verzögertes Signal Sdel zu erhalten. An sich könnte dem Block 6 das Eingarngssignal Sin direkt zugeführt werden. In der dargestellten Ausführungsvariante ist dies jedoch nicht der Fall, da hier ein Signal 5 verzögert wird, das aus dem analytischen Signal in Block 12 nach der Formel 3 rücksynthetisiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die durch die Hilbert-Transformation verursachte Verzögerung bei der Berechnung des Instant-Frequenzsignals IFR ausgeglichen wird. Außerdem besteht hier die Möglichkeit einer Signalbearbeitung in der Frequenzdomäne, wie etwa eine Kompression oder Expansion.
  • Ein weiterer Unterschied dieser Ausführungsvariante zu den oben beschriebenen besteht darin, dass las Signal S um eine Zeitdauer tdel verzögert wird, die dem Kehrwert der doppelten Instant-Frequenz IFR entspricht, wie dies in der Formel (4a) dargestellt ist: tde l = 1/(2 IFR) = π /IW , (4a)
  • Dies bedeutet, dass das Signal 5 nur um die halbe momentane Schwingungsdauer verzögert wird. In dem Block 20 kann das verzögerte Signal Sdel mit einem konstanten Faktor komultipliziert werden, für den in diesem Fall -1 ≤ 0 ≤ 1 gilt. Für k = 1 werden wie oben beschrieben der Grundton und die Harmonischen mit der dreifachen, fünffachen usw. Frequenz ausgelöscht, während für k = –1 die Harmonischen mit der doppelten, vierfachen usw. Frequenz ausgelöscht werden.
  • Bei der Ausführungsvariante von 6 wird das dem Eingangssignal Sin entsprechende Signal paralle den Filtern 21a, 21b, 21c zugeführt, die einer Kombination der Blöcke 6 und 8 der 5 entsprechen. In dem Block 13b werden Werte für die Zeitdauer tdel berechnet, die dem jeweiligen Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen der Instant-Frequenz IFR entsprechen, wie dies in der Formel (4b) dargestellt ist: tdel = 1/(n IFR) = 2π /(π IW) , (4b) wobei n = 1, 2, 3 ... gilt. Auf diese Weise ist es möglich, gezielt einzelne Harmonische aus dem Signal 5 zu extrahieren und in einem Addierglied 22 zu einem Ausgangssignal Sout zusammenzusetzen.
  • In der 7 ist ein Spektrum eines verrauschten Signals gezeigt. Die harmonischen Komponenten sind als Spitzen deutlich erkennbar.
  • Nach Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Signal mit einem Spektrum gemäß 8 erreicht. Es ist deutlich erkennbar, dass die Rauschkomponenten deutlich verringert sind, wodurch das Signal/Rauschverhältnis entsprechend verbessert ist.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Unterdrückung von Störschall mit folgenden Schritten: – Gewinnen eines analytischen Signals aus einem Störschall enthaltendes Eingangssignal (Sin); – Berechnen eines Instant-Phasensignals (IFI) aus dem analytischen Signal; – Berechnen eines Instant-Frequenzsignals (IFR) als zeitliche Ableitung des Instant-Phasensignals (IFI) dividiert durch 2π; – Bilden eines einfach verzögerten Signals (Sdel, IAdel, IFIdel, Sdel1, IAdel1, IFIdel1) durch Verzögern eines Signals (S, IA, IFI) aus der Gruppe, die das Eingangssignal und daraus abgeleitete Signale enthält, um eine Zeitdauer (tdel), die dein Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht; – Bilden eines Signal-Mittelwerts (Sa v, IAa v, IFIa v) aus dem Signal (S, IA, IFI) und dem einfach verzögerten Signal (Sdel, IAdel, IFIdel, Sdel1, IAdel1, IFIdel1), um ein Ausgangssignal (Sout) zu erhalten, in dem der Störschall unterdrückt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiters mehrfach verzögerte Signale (Sde2, IAde2, IFIde2, Sde3, IAde3, IFIde3) gebildet werden, indem das Signal (S, IA, IFI) mehrmals hintereinander um eine Zeitdauer (tdel) verzögert wird, die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht, und dass der Signal-Mittelwert (Sav, IAav, IFIa v) aus dem Signal (S, IA, IFI) und dem einfach und den mehrfach verzögerten Signalen (Sdel 1, IAdel1, IFIdel1, Sdel2, IAdel2, IFIdel 2, Sdel3, IAdel3, IFIdel 3) gebildet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einfach verzögerte Signal (Sdel, IAdel, IFIdel; Sdel1, IAdel1, IFIdel 1) durch Verzögern des Signals (S, IA, IFI) um eine Zeitdauer (tdel) gewonnen wird, die dem Kenrwert des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Gewinnen eines analytischen Signals aus einem Eingangssignal (Sin); – Berechnen eines Instant-Amplitudensignals (IA) aus dem analytischen Signal; – Berechnen eines Instant-Phasensignals (IFI) aus dem analytischen Signal; – Berechnen eines Instant-Frequenzsignals (IFR) als zeitliche Ableitung des Instant-Phasensignals (IFI) dividiert durch 2π; – Bilden eines einfach verzögerten Instant-Amplitudensignals (IAdel; IAdel1) durch Verzögern des Instant-Amplitudensignals (IA) um eine Zeitdauer (tdel), c ie dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht; – Bilden eines einfach verzögerten Instant-Phasensignals (IFIdel; IFIdel1) durch Verzögern des Instant-Phasensignals (IFI) um die Zeitdauer (tdel), die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht; – Bilden eines Amplituden-Mittelwerts (IAa v) aus dem Instant-Amplitudensignal (IA) und dem einfach verzögerten Instant-Amplituden-Slgnal (IAdel; IAdel1); – Bilden eines Phasen-Mittelwerts (IFIa v) aus dem Instant-Phasensignal (IFI) und dem einfach verzögerten Instant-Phasensignal (IFIdel; IFIdel1); – Verknüpfen des Amplituden-Mittelwerts (IAav) mit dem Phasen-Mittelwert (IFIav) zu eine m Ausgangssignal (Sout), in dem der Störschall unterdrückt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiters mehrfach verzögerte Instant-Amplitudensignale (IAdel2; IAdel3) gebildet werden, indem das Instant-Amplitudensignal (IA) mehrmals hintereinander um eine Zeitdauer (tdel) verzögert wird, die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht, dass mehrfach verzögerte Instant-Phasensignale (IFIdel2; IFIdel3) gebildet werden, indem das Instant-Phasensignal (IFI) mehrmals hintereinander um eine Zeitdauer (tdel) verzögert wird, die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht, dass der Amplituden-Mittelwert (IAav) aus dem Instant-Amplitudensignal (IA) und dem einfach und den mehrfach verzögerten Instant-Amplitudensignalen (IAdel; IAdel1; IAdel2; IAdel3) getbildet wird und dass der Phasen-Mittelwert (IFIa v) aus dem Instant-Phasensignal (IFI) und dem einfach und den mehrfach verzögerten Instant-Phasensignalen (IFIdel; IFIdel1; IFIdel2; IFIdel3) gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplituden-Mittelwert (IAa v) gewonnen wird, indem das mit einem konstanten Faktor (k) multilplizierte einfach verzögerte Instant-Amplitudensignal (IAdel) zum Instant-Amplitudensignal (IA) addiert wird und dass der Phasen-Mit telwert (IFIav) gewonnen wird, indem das mit einem konstanten Faktor (k) multiplizierte einfach verzögerte Instant-Phasensignal (IFIdel) zum Instant-Phasensignal (IFI) addiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einfach verzögerte Instant-Amplitudensignal (IAdel; IAdel1) durch Verzögern des Instant-Amplitudensignals (IA) um eine Zeitdauer (td e l) gewonnen wird, die dem Kehrwert des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einfach verzögerte Instant-Phasensignal (IFIdel; IFIdel1) durch Verzögern des Instant-Phasensignals (IFI) um eine Zeitdauer (tdel) gewonnen wird, die dem Kehrwert des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einfach verzögerte Instant-Amplitudensignal (IAdel; IAdel1) durch Verzögern des Instant-Amplitudensignals (IA) um eine Zeitdauer (tdel) gewonnen wird, d e dem halben Kehrwert des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das einfach verzögerte Instant-Phasensignals (IFIdel; IFIdel1) durch Verzögern des Instant-Phasensignals (IFI) um eine Zeitdauer (tdel) gewonnen wird, die dem halben Kehrwert des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Signal-Mittelwerte parallel zueinander gewonnen werden, die zu einem Ausgangssignal kombiniert werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Instant-Frequenzsignal oder die Zeitdauer (tdel), die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals entspricht, vor den Durchführen der Verzögerungen zeitlich Bemittelt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Spracherkennungsverfahren durchgeführt wird.
  14. Vorrichtung zur Unterdrückung von Störschall zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Schaltung zur Gewinnung eines Instant-Frequenzsignals (IFR) aus einem Eingangssignal (Sin), dadurch gekennzeichnet, dass ein einfach verzögertes Signal (Sdel, IAdel, IFIdel; Sdel1, IAdel1, IFIdel 1) durch Verzögern eines Signals (S, IA, IFI) aus der Gruppe, die das Eingangssignal und daraus abgeleitete Signale enthält, um eine Zeitdauer (tdel) gebildet wird, die dem Kehrwert eines einfachen ganzzahligen Vielfachen des Instant-Frequenzsignals (IFR) entspricht, und dass ein Signal-Mittelwert (Sav, IAav, IFIav) aus dem Signal (S, IA, IFI) und dem einfach verzögerten Signal (Sdel, IAdel, IFIdel; Sdel1, IAdel1, IFIdel 1) gebildet wird.
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