DE3445630A1 - Anordnung zur unterdrueckung der amplitudenspitzen am beginn von explosivlauten in einem elektroakustischen uebertragungssystem, an dessen eingang ein mikrophon angeordnet ist - Google Patents

Description

AKG Akustische- und Kino-Geräte Gesellschaft mbH, Brun hildengasse 1, A-I150 Wien / Österreich

Anordnung zur Unterdrückung der Amplitudenspitzen am Beginn von Explosivlauten in einem elektroakustischen Übertragungssystem, an dessen Eingang ein Mikrophon angeordnet ist

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Unterdrückung der Amplitudenspitzen am Beginn von Explosivlauten in einem elektroaktustischen übertragungssystem, an dessen Eingang ein Mikrophon angeschaltet ist. Im allgemeinen sind Mikrophone gegenüber jenen Konsonanten störanfällig, die beim Sprechen oder Singen durch Verschluß des Luftweges explosionsartig gebildet werden. Solche Konsonaten (Explosivlaute) sind: B,D,T und gang besonders P. Ein Mikrophon, das aus einem Abstand von etwa 1 cm bis zu etwa 12 cm vor dem Mund beschallt wird, und dessen Membran keinen hinreichenden Besprechungsschutz hat, neigt immer dazu, die Verschlußlaute verzerrt und überbetont wiederzugeben. Diese Erscheinung wird als Pop-Geräusch bezeichnet, wobei das Popsignal selbst vorwiegend tieffrequente Schwinungsanteile bis zu 300 Hz besitzt. Es wurde wiederholt versucht, den Windschutz für das Mikrophon so zu gestalten, daß das Pop-Geräusch nahezu unhörbar wird. Solche gegen Wind- und Blasgeräusche geschützte Mikrophone sind aus der US-PS 4,263,484, der DE-AS 17 62 944 und der DE-OS 15 62 210 bekannt, es wird aber in diesen Veröffentlichungen keine Aussage darüber gemacht, wie überhaupt und in welchem Maße der Windschutz das Pop-Verhalten des Mikrophons beeinflußt. Insbesondere werden nur rein, mechanisch-akustische Maß-

nahmen vorgeschlagen.

Aus Sprach- und Wortbildungsanalysen ist bekannt, daß bei der Bildung eines Verschlußlautes, wie beispielsweise des P oder T, eine Pause von etwa 100 ms dem darauffolgenden explosionsartigen Einsatz des Lautes vorangeht, in der Ruhe herrscht. Ausführungen dazu wurden in der Zeitschrift ACUSTICA, Vol. i*3, S. 167 bis 173 und im 11.ten ICA-Bericht, Paris 1983, S. 205 bis 208 veröffentlicht.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, möglichst unter Vermeidung mechanisch-akustischer Einrichtungen am Mikrophon, das Auftreten der sogenannten Pop-Geräusche zu verhindern, und eine zwischen Mikrophon und Mikrophonverstärker geschaltete elektronische Anordnung zu schaffen, die mit relativ geringem Aufwand ein unauffälliges, geräuschloses Unterdrücken derartiger Pop-Geräusche ermöglicht. Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß die Frequenz der Popgeräusche im allgemeinen die Grenze von 500 Hz nicht übersteigt und daß daher solche Popgeräusche mittels eines Hochpaßfilters unterdrückt werden können, das nur so lange im übertragungsweg eingeschaltet bleibt, als die Spitzenwerte des Popsignals andauern. Deshalb wird zur Steuerung der Wirkung des Hochpaßfilters von der vorerwähnten Tatsache Gebrauch gemacht,daß beim Aussprechen eines Explosivlautes eine Pause von etwa 100 ms auftritt, die zur Ein- und Ausschaltsteuerung des Hochpaßfilters verwendet werden kann. Insbesondere ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß einem dem Mikrophon nachgeordneten Hochpaßfilter ein von einer vom Mikrophon über eine elektronische Kette abgeleiteten Spannung steuerbarer elektronischer Schalter mit einer Selbsthaltezeit von etwa 10 bis 30 ms zugeordnet ist, während welcher Zeit der elektronische Schalter eine das Hochpaßfilter aktivierende elektrische Verbindung darstellt.

Der Vorteil der Erfindung ist in erster Linie darin zu sehen, daß Pop-Geräusche sanft und ohne jedes Störgeräusch aus dem übertragungsweg ausgeblendet werden. Die

Erfindung kann auf keinen Fall mit den Amplitudenbegrenzern verglichen werden, die die Dynamik der übertragung beeinflussen und gelegentlich auch zu Verzerrungen führen, vor allen Dingen jedoch erst dann wirksam werden, wenn die Amplitudenspitzen bereits auftreten. Im Gegensatz hiezu wird das Hochpaßfilter gemäß der Erfindung bereits vor dem Auftreten des Explosivlautes, also innerhalb der vorher auftretenden Ruhezeit, eingeschaltet und bleibt etwa 10 ms bis 30 ms lang, je nach Einstellung während der Zeit innerhalb der die durch den Explosivlaut hervorgerufenen hohen Amplituden entstehen, wirksam. Nach dieser Zeit erfolgt automatisch ein weiches Abschalten des Hochpaßfilters, da bis dahin das Popsignal so weit abgeklungen ist, daß eine weitere Filterung des Signals nicht mehr erforderlich ist. Im Gegensatz dazu sind alle Maßnahmen, die mit akustischen Filtern versucht werden, nicht absolut wirksam, weil sowohl die Stellung des Mikrophons zum Mund als auch die individuelle Gestaltung des Poplautes durch den Sprecher oder Sänger die mehr oder minder starke Wirkung des akustischen Filters bestimmen.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die vom Mikrophon abgeleitete Steuerspannung für den elektronischen Schalter über eine als Detektor wirkende elektronische Kette geführt ist, die einen ersten Verstärker, ein Hochpaßfilter, einen zweiten Verstärker, einen Signalgleichrichter und einen Komparator enthält, an den der elektronische Schalter mit seinem Steuereingang angeschlossen ist und daß dem Komparator eine einstellbare Vergleichsspannung zugeführt ist.

Dem Detektor fällt die Aufgabe zu, signallose Pausen zu erkennen und nach einer Wartezeit von 7 ms den elektronischen Schalter so zu aktivieren, daß in den übertragungsweg zwischen Mikrophon und Mikrophonverstärker ein Hochpaßfilter eingeschaltet wird. Tritt dann zu beliebiger Zeit ein Niederfrequenzsignal auf, so wird nach einer Haltezeit von 10 bis 30 ms durch Erkennen dieses Signals vom Detektor mittels des gesteuerten elektroni-

sehen Schalters das Hochpaßfilter weich abgeschaltet.

Als vorteilhaft für die einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung erweist es sich, sowohl das im Übertragungsweg liegende als auch das in der zum elektronischen Schalter führenden elektronischen Kette angeordnete Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz etwa im Bereich von 500 Hz auszurüsten. Die zum elektronischen Schalter führende elektronische Kette bildet den Detektor, der gegen tieffrequente Amplitudenübersteuerung geschützt sein soll, was sehr einfach mittels eines aus zwei passiven Bauelementen bestehenden Hochpaßfilteis erfolgt. Da die als Pop-Geräusch bekannten hohen Amplitudenspitzen im niedrigsten Frequenzbereich auftreten, empfiehlt sich die Grenzfrequenz beider Hochpaßfilter entweder gleich, zumindest jedoch im Bereich von 500 Hz auszulegen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann so ausgebildet sein, daß das im übertragungsweg liegende Hochpaßfilter aus einem aus Koppelkondensator und einer Induktivität gebildetem Halbglied besteht, welches Halbglied zwischen dem Mikrophon und dem von einem Feldeffekt-Transistor gebildeten aktiven Teil des elektronischen Schalters geschaltet ist, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Koppelkondensator und der Induktivität mit dem Eingang des folgenden Verstärkers verbunden ist. Die Wahl eines Halbgliedes für die Ausführung des Hochpaßfilters stellt die einfachste Anordnung von zumindest zwei passiven Bauelementen dar, wobei eines, nämlich der die Kapazität darstellende Kondensator in einer doppelten Funktion verwendet wird, indem er auch als Koppel- bzw. Trennkondensator zwischen Mikrophon und Mikrophonverstärker verwendet wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung entnommen werden, in der Fig. 1 das Oszillogramm des Wortes "OPER" zeigt, Fig. 2 den zeitlichen Ein- und Ausschaltvorgang des Hochpaßfilters in Abhängigkeit vom Wort "OPER" und die damit verbundene Ausblendung des dabei auftretenden Popsignals darstellt, Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 4 als Ausführungsbeispiel eine Schaltung der Anordnung gemäß der Erfindung darstellen.

Das Oszillogramm des Wortes "OPER" nach Fig. 1 zeigt, daß auf den Vokal "O" eine Pause von etwa 100 ms eintritt, ehe der Explosionslaut bzw. Verschlußlaut "P" auftritt. Diese Ruhezeit wird zum Aufbau des Verschlußlautes benötigt und sie ist nahezu gleich lang für sämtliche Verschlußlaute in allen bereits bekannten und auch denkbaren Wortbildungen. Um den für den Verschlußlaut notwendigen Überdruck im Mund zu erzeugen, müssen die Lippen unmittelbar zuvor geschlossen werden, wodurch die Pause ganz von selbst entsteht. Die explosionsartig ansteigende Amplitude des Verschlußlautes "P" ist maßgebend für das vom Mikrophon erzeugte Pop-Geräusch. In Fig. 2 ist nun der Ein- und Ausschalt-Vorgang des Hochpaß-Filters in Abhängigkeit des Wortes "OPER" dargestellt und auch das Oszillogramm des gefilterten Verschlußlautes "P". Dabei arbeitet das Filter so, daß beispielsweise 30 ms nach dem unmittelbaren Einsatz des Verschlußlautes das Filter abgeschaltet wird. Damit die klangliche Ausbildung des gesprochenen oder gesungenen Wortes auf das Hören ohne Einfluß bleibt und auch das Ausschalten des Filters selbst nicht gehört wird, ist es zweckmäßig, die Ausschaltzeit zwischen 10 ms und maximal 30 ms zu legen. Das als unangenehm empfundene Pop-Geräusch bleibt jetzt durch diese Maßnahme ausgeblendet und ist nicht wahrnehmb ar.

Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Blockschaltbild dient zur Erläuterung der Wirkungsweise des Hochpaß-Filters.

Im Übertragungsweg zwischen Mikrophon M - an dessen Ausgang ein im hörbaren Niederfrequenzbereich dem aufgenommenen akustischen Signal analoges elektrisches Signal vorhanden ist - und dem Mikrophonverstärker V ist ein Hochpaß-Filter 1 eingefügt, das abhängig vom Niederfrequenzsignal ein- und ausgeschaltet wird, wobei für eine Zeit von 10 bis 30 ms das Hochpaß-Pilter 1 dann eingeschaltet bleibt. Das Ein- und Ausschalten dieses Hochpaß-Pilters erfolgt mittels einer elektronischen Einrichtung, die aus einer Kette einer ersten Verstärkerstufe 2, einem Hochpaßfilter 3, einer zweiten Verstärkerstufe k, einem Signalgleichrichter 5 und einem Komparator 6 besteht, an den die zeitverzögerte Schaltstufe 7 angeschlossen ist. Die Verstärkerstufen 2 und k dienen zur entsprechenden Verstärkung des am Mikrophonausgang vorhandenen Niederfrequenzsignals. Prequenzanteile dieses Signals, die unterhalb von zirka 500 Hz liegen, werden im Hochpaß 3 unterdrückt und gelangen nicht mehr in die Verstärkerstufe k. Im Signalgleichrichter 5 wird das Niederfrequenzsignal gleichgerichtet und als Gleichspannungssignal dem Komparator 6 zugeführt. Wenn diese Gleichspannung im Betrag die dem Komparator als konstanter Spannungswert U zugeführte Gleichspannung übersteigt, dann wird der nachgeschaltete Integrator 7 mit der Zeitkonstante O- = 10 ms bis 30 ms wirksam, der nach Ablauf einer zwischen 10 ms und 30 ms liegenden Zeit mittels eines als Schalttransistor wirkenden Feldeffekttransistors das Hochpaß-Filter 1 ausschaltet, so daß auch die unterhalb von 500 Hz liegenden tieffrequenten Anteile des Niederfrequenzsignals den Verstärker wieder erreichen. Für den Fall, daß kein Niederfrequenzsignal vorhanden ist, wird das Hochpaß-Filter 1 innerhalb von zirka 7 ms wieder ausgeschaltet.

Ein detailliertes Schaltbild eines Ausführungsbeispieles gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbildes zeigt Fig. k. Die integrierten Schaltkreise 1(L und ICp entsprechen den Verstärkerstufen 2 und k in Fig.3, wobei die Stufe

eine Verstärkung von ^O dB und die Stufe 4 eine Verstärkung von 26 dB besitzt. Die aus dem Widerstand R, und dem Kondensator C, gebildete RC-Kombination entspricht dem Hochpaßfilter 3 mit der Grenzfrequenz von etwa 500 Hz. Der Signalgleichrichter 5 wird in der Schaltung der Fig. 4 aus der Diode D, zusammen mit dem Tiefpaßfilter Rj, und C(- gebildet. Als Komparator 6 ist der integrierte Schaltkreis IC, geschaltet, wobei die am Regelwiderstand Rg eingestellte positive Spannung am invertierenden Eingang des integrierten Schaltkreises IC, mit der aus dem NF-Signal gleichgerichteten Spannung des Signalgleichrichters D₇., Rh, C,- am nichtinvertierenden Eingang des integrierten Schaltkreises IC, verglichen wird, überschreitet die Spannung des Signalgleichrichters die am Regelwiderstand Rg abgegriffene Spannung, so tritt am Ausgang des integrierten Schaltkreises IC, eine positive Spannung auf. In diesem Fall wird die Diode Dh in Sperrichtung betrieben, und die aus dem Regelwiderstand R . und dem Kondensator Cq gebildete RC-Kombination wird wirksam. Das bedeutet, daß entsprechend dem am Regelwiderstand R₁₁ eingestellten Widerstandswert innerhalb der zwischen 10 und 30 ms liegenden Zeit am invertierenden Eingang des als Integrator wirkenden integrierten Schaltkreises IC₁. eine positive Spannung anliegt, die abhängig von der Zeitkonstante des Integrators an dessen Ausgang das Potential "Null" hervorruft. Der als Schalttransistor wirkende Feldeffekttransistor T₁ seinerseits ist dadurch gesperrt, und die Induktivität L. ist nicht wirksam, was mit einem nicht wirksamen Hochpaßfilter gebildet aus der Induktivität L₁ und dem Koppelkondensator Cg gleichbedeutend ist. Im Fall der Pause zum Bilden des Explosivlautes ist keine NF-Spannung vorhanden, wodurch die gesamte Schaltungsanordnung dann so arbeitet, daß der Feldeffekttransistor T₁ das aus Induktivität L₁ und Koppelkondensator Cn gebildete Hochpaßfilter wirksam einschaltet. Das Ein- und Ausschalten des Hochpaßfilters erfolgt "weich" - d.h. ohne hörbaren Knack - durch richtige Wahl der Integra-

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tionskonstante des Integrators. Das Einschalten des Hochpaßfilters innerhalb 7 ms nach Ausbleiben eines NF-Signales wird durch die Zeitkonstante des aus dem Widerstand Rq und dem Kondensator CL· gebildeten RC-Gliedes bestimmt. Die dem der Anordnung nachfolgenden Verstärker zuzuführende NP-Spannung wird am Verbindungspunkt zwischen L₁ und Cg abgenommen. Das andere Ende des Koppelkondensators Cg ist an den Mikrophonausgang angeschlossen. Das in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Hochpaßfilter stellt natürlich die einfachste Form eines solchen Filters dar. Es ist selbstverständlich, daß auch kompliziertere Filterschaltungen im Rahmen der Erfindung Verwendung finden können. Es ist dies ausschließlich eine Frage des Aufwandes und der gestellten Forderung an die Eigenschaft des Filters.

In Fig. 5 ist als Blockschaltbild eine weitere mögliche Ausführungsart der gesamten Schaltungsanordnung gezeigt, die mit der aus Fig. 3 sehr ähnlich ist. Das im Übertragungsweg zwischen Mikrophon M und dem Mikrophonverstärker V_M eingefügte Hochpaßfilter 1 wird in zweifacher Weise genutzt, einmal als in den übertragungsweg eingeschaltetes Filter zum Unterdrücken der Amplitudenspitzen am Beginn von Explosivlauten und zusätzlich als in der als Detektor wirkenden elektronischen Kette eingefügtes, in Fig. 3 mit 2 bezeichnetes Hochpaßfilter als Amplitudenbegrenzung aller Signale unterhalb von zirka 500 Hz. Die ursprüngliche aus Fig. 3 bekannte Schaltungsanordnung bleibt erhalten und braucht an dieser Stelle nicht wiederholend beschrieben werden.

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Claims (5)

I WAOHQE-REICHT Patentanwälte Dr.-Ing. R. Rüger Dipl.-Ing. H. P. Barth&i1. zügel. Vertreter beim Europäischen Patentamt European Patent Attorneys Webergasse 3 ■ Postfach 348 · D-7300 Esslingen (Neckar) 13..Dezember 1984 PA 162 hs Telefon Stuttgart (0711)356539und359e Telex 7 256 c;0 smru Telegramm Patentschutz Esslingenneckar Patentansprüche:

1.Anordnung zur Unterdrückung der Amplitudenspitzen am Beginn von Explosivlauten in einem elektroakustischen übertragungssystem, an dessen Eingang ein Mikrophon angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß einem dem Mikrophon (M) im Übertragungsweg nachgeordneten Hochpaßfilter (1) ein von einer vom Mikrophon (M) über eine elektronische Kette abgeleiteten Spannung steuerbarer elektronischer Schalter (7) mit einer Selbsthaltezeit von etwa 10 bis 30 ms zugeordnet ist, während welcher Zeit der elektronische Schalter (7) eine das Hochpaßfilter (1) aktivierende Verbindung darstellt.

2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Mikrophon abgeleitete Steuerspannung für den elektronischen Schalter (7) über eine als Detektor wirkende elektronische Kette geführt ist, die einen ersten Verstärkter (2), ein Hochpaßfilter (3), einen zweiten Verstärker (4), einen Signalgleichrichter (5) und einen Komparator (6) enthält, an den der elektronische Schalter (7) mit seinem Steuereingang angeschlossen ist und daß dem Komparator (6) eine einstellbare Vergleichsspannung (ü) zugeführt ist.

3.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz des dem Mikrophon (M) im übertragungsweg nachgeordneten Hochpaßfilter (1) um 500 Hz oder darunter liegt-

Konten: Deutsche Bank AG. Filiale Esslingen Nr. 304 014 (BLZ 611 700 76) Postscheck Stuttgart 624 51-700 (BLZ 600100 70)

4.Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfreguenz des in der elektronischen Kette angeordneten Hochpaßfilters (3) im Bereich von 500 Hz oder darunter liegt, im wesentlichen jedoch die gleiche Grenzfrequenz aufweist, wie das im übertragungs weg liegende Hochpaßfilter (1).

5.Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das im übertragungsweg angeordnete Hochpaßfilter (1) aus einem aus Koppelkondensator (C₀) und einer Induktivität (L.) gebildetem ο I

Halbglied besteht, welches Halbglied zwischen dem Mikrophon (M) und dem von einem Feldeffekttransistor (T₁) gebildeten aktiven Teil des elektronischen Schalters (7) geschaltet ist und der Verbindungspunkt (NF) zwischen dem Koppelkondensator (C₈) und der Induktivität (L₁) mit dem Eingang des folgenden NF-Verstärkers verbunden ist.