DE3706540A1 - Einrichtung zur verbesserung der rueckhoerdaempfung bzw. schleifenverstaerkung bei gegensprecheinrichtungen - Google Patents
Einrichtung zur verbesserung der rueckhoerdaempfung bzw. schleifenverstaerkung bei gegensprecheinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Verbesserung
der Rückhördämpfung bzw. der Schleifenverstärkung
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art, die
insbesondere für Zweidraht- oder Vierdrahtverstärker in
Fernmeldeleitungen, insbesondere Fernsprechleitungen zur
Übertragung von Nachrichten bestimmt ist, enthalten die
beiden Stomzweige zur Erzielung einer rückkopplungsfreien
Übertragung ein oder mehrere elektrische Filter, beispielsweise
Siebketten, deren Durchlässigkeitsbereiche
innerhalb des für eine Nachrichtenübertragung notwendigen
Frequenzbandes liegen und die so verteilt sind, daß die
Durchlässigkeitsbereiche der Filter des einen Übertragungszweigs
mit den Sperrbereichen der Filter des anderen
Zweiges zusammenfallen, so daß von den den Nachrichten der
einen Richtung zugehörigen Frequenzen vorwiegend diejenigen
unterdrückt werden, die von den Nachrichten der anderen
Richtung durchgelassen werden. Die Filter können dabei so
ausgebildet sein, daß jedes einzelne Filter eines jeden
Stromzweiges für mehrere Frequenzbänder durchlässig ist.
Bei einer ähnlichen Schaltungsanordnung für elektroakustische
Übertragungsanlagen, insbesondere Gegensprechanlagen,
ist es ferner bekannt, bis zu einer bestimmten,
als kritischen Pegel bezeichneten Verstärkung, ab welchem
dann normalerweise Selbsterregung durch akustische Rückkopplung
eintreten würde, die Übertragungswege von Filtermitteln
oder Entzerrungsmitteln freizuhalten, bei Überschreiten
dieses Pegels jedoch die Übertragungskanäle so
zu schalten, daß dann nur noch bestimmte Frequenzbänder
übertragen werden, die dann ihrerseits wieder auf die die
beiden Übertragungswege bildenden Kanäle in der soeben geschilderten
Weise so verteilt werden, daß der eine Kanal
für die vom anderen übertragenden Bänder jeweils gesperrt
ist und umgekehrt.
Bei dem Arbeitsprinzip der bekannten Gegensprecheinrichtungen
ist grundsätzlich zu beachten, daß die Gefahr der
Selbsterregung durch elektrische und akustische Kopplungen
zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen besteht, wobei
allerdings die elektrische Kopplung durch entsprechend
zweckmäßige Schaltungsanordnungen weitgehend unter Kontrolle
gebracht werden kann, beispielsweise durch Verwendung einer
Vierdrahtleitung, während bei Zweidrahtverbindungen in der
Sprechkreisschaltung die Leitungsimpedanz durch einen veränderbaren
komplexen Widerstand als Leitungsnachbildung
approximiert wird.
Andererseits läßt sich die akustische Kopplung nicht so
weitgehend eliminieren und es bedarf besonderer Maßnahmen,
um diese Kopplung zu beherrschen. Sie entsteht dadurch, daß
ein Kreis für einen Teil des vom Mikrofon der einen Sprechstelle
aufgenommenen Schalls geschlossen wird, beispielsweise
indem bei bei einer Gegensprechanlage mit getrennten
Sprechkanälen das Schallsignal vom Mikrofon der einen
Sprechstelle über Verstärker, Lautsprecher der Gegenstelle,
Mikrofon der Gegenstelle, deren Verstärker zum Lautsprecher
der Ausgangsstelle zurückgelangt, jeweils unter Umwandlung
von Schalleistung in elektrische Leistung und umgekehrt,
und schließlich das Mikrofon der Ausgangsstelle beeinflussen
kann.
So gelingt es also grundsätzlich bei der Verwendung von
zwei getrennten Übertragungswegen für die beiden Sender
und Empfänger (Vierdrahtverbindung) die elektrische Verkopplung
von Sende- und Empfangsssignal durch die Sprechkreisschaltung
im Telefonapparat zu beseitigen (siehe
elektrisches Rückhören DIN 44 013, Bezugsdämpfungsmesser,
Aufbau und Anwendung, Entwurfsvorlage April 1984).
Eine akustische Rückkopplung infolge der fehlabgeglichenen
Brücke oder Störungen durch elektrisches Rückhören finden
daher nicht mehr statt. Allerdings werden Halligkeit und
Rückkopplungsfestigkeit bei Verwendung von Freisprecheinrichtungen
mit dieser Anordnung nicht verbessert.
Es ist auch bekannt (DE-OS 28 13 432 und DE-OS 28 11 065)
mittels einer sogenannten adaptiven Gabel theoretisch
ähnlich wie bei Verwendung einer Vierdrahtleitung bei
einer Zweidrahtverbindung Sende- und Empfangssignal annähernd
zu entkoppeln. Dies geschieht durch den schon erwähnten
veränderbaren komplexen Widerstand, der die Leitungsimpedanz
als Leitungsnachbildung approximiert. Aber
auch hier wird nur eine Verbesserung der elektrischen Rückhördämpfung
und die Vermeidung einer akustischen Rückkopplung
bei fehlabgeglichener Brücke erreicht.
Bekannt ist in diesem Zusammenhang ferner, mit Hilfe einer
Echokompensation die Raumübertragungsfunktion zu unterdrücken
(Aufsatz von Zelinsky "Eine Analyse des transienten
Verhaltens des LMS-Algorithmus bei Filteranwendungen in
der Raumakustik", 5. Aachener Kolloquium, Tagungsband Seite
239 bis 240; Aufsatz von Becker, Schultheiss und Hensler
"Probleme bei der Kompensation akustischer Echos", Zeitschrift
Frequenz 36 (1984), Seite 142 bis 148). Durch eine
solche Echokompensation werden Lautsprechersignale und
Raumechos, die durch Reflexionen des Schalls an den Wänden
entstehen, unterdrückt. Hierzu wird das Lautsprechersignal
mit der inversen Raumübertragungsfunktion gefiltert und
anschließend vom Mikrofonsignal subtrahiert. Die Filterung
erfolgt mittels Transversalfilter, dessen Koeffizienten
anhand eines geeigneten Fehlermaßes eingestellt werden
müssen. Die Einstellung muß adaptiv erfolgen, da sich die
Raumübertragungsfunktion bei jeder Änderung im Raum (Bewegung
des Sprechers) verändert. Weiterhin muß die Nachbildung
der Feinstruktur der Raumübertragungsfunktion sehr genau
sein, damit für alle Frequenzbereiche eine möglichst gute
Echodämpfung erzielt werden kann. Dies erfordert Transversalfilter
in einer Länge von 2000 bis 4000 Koeffizienten,
die fortwährend neu eingestellt werden müssen. Es läßt sich
ein Verstärkungsgewinn von 10 bis 30 dB erzielen. Probleme
beim Abgleich des Transversalfilters ergeben sich insbesondere
dann, wenn sich zusätzliche Störquellen im Raum
befinden. Das gleiche Verfahren (Filterung mit der inversen
Raumübertragungsfunktion) läßt sich bei der Nachhallbefreiung
des Sprechermikrofons anwenden. Eine Realisierung
eines derartigen Verfahrens in Realzeit ist bisher nicht
möglich.
Sämtlichen bekannten Maßnahmen und Vorschlägen ist gemein
im wesentlichen die unzureichende Kompatibilität zum bestehenden
Fernsprechnetz, verbunden mit deutlich wahrnehmbaren,
die Sprechverständlichkeit reduzierenden Klangverfärbungen.
Hier ergeben sich insbesondere dann noch Probleme, wenn bei
einer bestehenden Gegensprechverbindung mindestens eine
sogenannte Freisprecheinrichtung beteiligt ist, bei der
also das von einem Teilnehmer empfangene Signal des anderen
Teilnehmers über einen Lautsprecher frei in den Raum
abstrahlt und dieser Teilnehmer auch seine eigenen Nachrichten
in entsprechende Entfernung zu einem Mikrofon
akustisch erzeugt, beispielsweise indem er sich in dem
Raum herumbewegt. In diesem Fall entsteht allein schon
aufgrund von Raumreflexionen, die vom Mikrofon der Freisprecheinrichtung
erfaßt werden, ein unangenehmer, halliger
Eindruck bei der Gegensprechstelle.
Besteht eine solche Gegensprechverbindung sogar aus zwei
Fernsprecheinrichtungen, dann kann die Schleifenverstärkung
für einzelne Frequenzen je nach eingestellter Lautstärke
V S ≦λτ 1 werden, was bekanntlich zu dem sogenannten Rückkopplungspfeifen
führt.
Im folgenden werden noch einige der bei der Erläuterung der
Erfindung häufig verwendeten Begriffe definiert. So versteht
man unter der Rückhördämpfung die Dämpfung, die sich
bestimmen läßt, wenn man bei der Übertragung vom Mikrofon
zum Hörer desselben Meßobjekts, beispielsweise eines Fernsprechapparats
mit bestimmter Abschlußimpedanz, den entstehenden
Schalldruck am Hörer auf den (sendenden) Schalldruck
am Mikrofon bezieht.
Eine Gegensprecheinrichtung ermöglicht die akustische Verbindung
von mindestens zwei Teilnehmern unter Verwendung
von elektroakustischen Wandlern, wobei ein Sprechen in beiden
Richtungen gleichzeitig möglich ist. Als Schallaufnehmer
werden in der Regel Mikrofone verwendet, als Schallgeber
sind Ohrhörer oder Lautsprecher denkbar, wobei die gebräuchlichste
Form einer Gegensprecheinrichtung der Fernsprecher
ist.
Die genannte Rückhördämpfung läßt sich aufteilen in eine
elektrische Rückhördämpfung, die beispielsweise bei einem
Fernsprechapparat begrenzt wird durch die nur grobe Approximation
der komplexen Leitungsimpedanz in der Brückenschaltung
(Gabelschaltung) der Fernsprecheinrichtung, was in der
Regel eine fehlabgeglichene Brücke bewirkt, wodurch die vom
Mikrofon aufgenommenen Schallsignale im Hörer desselben
Fernsprechers unmittelbar wiedergegeben werden, und die akustische
Rückhördämpfung.
Diese weiter vorn schon genauer definierte akustische Rückhördämpfung
wird begrenzt von der Aufnahme des vom Widergabewandler
abgestrahlten Schalls durch das Mikrofon. Besteht
die Fernsprecheinrichtung anstelle des üblichen
Handapparats aus einer Freisprecheinrichtung, erfolgt
also die Widergabe über einen Lautsprecher, dann reduziert
sich die Rückhördämpfung durch die Beschallung des Mikrofons
des einen Teilnehmers mit den vom anderen Teilnehmer
über Lautsprecher wiedergegebenen Schallsignale, wird also
geringer, was einem verstärkten Rückhören, gegebenenfalls
begleitet durch Rückkopplungspfeifen u. dgl. entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gegensprecheinrichtung
der eingangs als Gattung genannten Art
Aufbau und speziell Anordnung und Ausbildung der Filter so
zu gestalten, daß sich die Sprachverständlichkeit im entscheidenden
Maße erhöht, insbesondere also Klangverfärbungen
durch die verwendeten speziellen Filterstrukturen vernachlässigbar
sind und insbesondere in störschallerfüllter
Umgebung eine signifikant verbesserte Sprachverständlichkeit,
unabhängig davon, ob mit normalen Handapparaten oder
Freisprecheinrichtungen etwa bei Fernsprechern gearbeitet
wird, erzielt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß die
durch die Erfindung gewährleistete Verbesserung der Rückhördämpfung
und gleichzeitige Erhöhung der möglichen Schleifenverstärkung
auch in störschallerfüllter Umgebung und
insbesondere bei Freisprecheinrichtungen, selbst wenn
diese an beiden Enden des Übertragungsweges vorhanden
sind, eine Sprachverständlichkeit erzielt werden kann,
die sich in entscheidendem Maße von den bisher bekannten
Systemen unterscheidet; dabei ist es möglich, auch in bestehende
Fernsprechverbindungen das erfindungsgemäße Filter
zu integrieren, ohne daß sich hierdurch Kompatibilitätsprobleme
ergeben.
Die Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Schleifenverstärkung
in sinnvoller Weise, ohne daß hierduch gleichzeitig
auch die Mikrofonsignale derselben Teilnehmereinrichtung
verstärkt werden.
Auch bei völlig fehlabgeglichener Brückenschaltung, wie
dies beispielsweise bei einer Nebenstellenanlage auftreten
kann, beim Trennen des Handapparats von der Amtsleitung,
ist durch den Einsatz der Erfindung die Rückhördämpfung so
hinreichend groß, daß keine akustische Rückkopplung entstehen
kann.
Der Erfindung gelingt auch die Beseitigung des nachteiligen,
halligen Eindrucks, der bei einer Gegenstelle entsteht,
wenn auf der anderen Seite mit einem Fernsprechteilnehmer
gesprochen wird, der sich einer Freisprecheinrichtung bedient.
Schließlich gelingt es durch den Einsatz vorliegender Erfindung,
das unangenehme Rückkopplungspfeifen auch dann zu
unterdrücken, wenn die Schleifenverstärkung für einzelne
Frequenzen, je nach der eingestellten Lautstärke, größer als
V S ≦λτ 1 werden sollte.
Die Erfindung benützt dabei als Ausgangspunkt zur Vergrößerung
der akustischen oder elektrischen Rückhördämpfung bei
einer Gegensprecheinrichtung die Erkenntnis und beruht auch
auf dieser, daß das menschliche Gehör einfallende Schallsignale
in einer speziellen Art und Weise einer Leistungsdichteanalyse
unterwirft. Die vom Außenohr über das Mittelohr
ins Innenohr transformierten akustischen Signale bilden
auf der Basilarmembran vergleichbar zu einer Terzanalyse
bestimmte Filtermuster aus, so daß ungefähr in Terzabstände
für die jeweiligen Termittenfrequenzen einzelne Lautheitseindrücke
ermittelt werden, was für sich gesehen bekannt
ist und beschrieben worden ist in dem Buch "Psychoakustik"
von E. Zwicker, Springer-Verlag 1982.
Ist nun durch ein Schallsignal die Basilarmembran in einer
speziellen Weise angeregt, so ist das Gehör nicht mehr in
der Lage, je nach Pegel einen einzelnen Ton, dessen Frequenz
dicht benachbart zu einer Terzmittenfrequenz liegt,
wahrzunehmen. Dieser Effekt wird in der Psychoakustik als
sogenannte Verdeckung bezeichnet und ist für sich gesehen
ebenfalls schon erkannt und beschrieben worden in dem Buch
"Das Ohr als Nachrichtenempfänger" von E. Zwicker und
R. Feldtkeller, Hirzel-Verlag Stuttgart 1967.
Diese beiden besonderen psychoakustischen Eigenschaften
des Gehörs ermöglichen die Aufteilung der beiden Sprechwege
einer Gegensprecheinrichtung in die durch die Erfindung
speziell ausgebildeten, unterschiedlichen Frequenzbänder,
wobei die Signale durch Bandsperren der Breite entsprechend
kleiner 1/2 Terz gefiltert werden, wobei diese
Bandsperren ferner in nicht harmonischen Abständen angeordnet
sind und wobei schließlich das Dämpfungsmaß der
Sperrbereiche mit zunehmender Frequenz vergrößert wird.
Auf diese Weise läßt sich einerseits gerade bei höheren
Frequenzen ein Rückkopplungspfeifen verhindern und andererseits
sicherstellen, daß die Klangfarbe im Stimmgrundfrequenzbereich
des Menschen nicht wahrnehmbar beeinträchtigt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. So erhöht
sich die Sprachverständlichkeit weiter, wenn die jeweiligen
Spektralanteile, die in einem Sperrbereich liegen,
durch eine Frequenzverschiebung in den oder die nächsten
benachbarten Durchlaßbereiche verschoben und den dort
durchgelassenen Spektralanteilen hinzuaddiert werden. Dabei
weisen die Durchlaß- und Sperrbereiche der Bandpässe, die
als Filtermittel bei der Erfindung eingesetzt werden, weder
im linearen noch im logarithmischen Frequenzmaßstab
konstante Abstände auf (nichtharmonische Abstände).
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes eine Sende- und
Empfangseinrichtung für Duplexbetrieb;
Fig. 2 ebenfalls in Form eines der Darstellung der Fig. 1
vergleichbaren Bockschaltbilds den Aufbau einer
herkömmlichen Fernsprecheinrichtung;
Fig. 3 in Form eines Diagramms der Dämpfung über der
Frequenz eine bevorzugte Ausführungsform des bei
den jeweiligen Teilnehmern der Gegensprecheinrichtung
eingesetzten Übertragungsfilter in der zueinander
versetzten Lage der Sperr- und Durchlaßbereiche;
Fig. 4 zeigt den möglichen Schaltungsaufbau eines Filters
für bestehende analoge Netze und
Fig. 5 zeigt den Gesamtaufbau einer Filterausführungsform
mit Mitteln, die die Signalanteile im Spektralbereich
eines Sperrbereichs in davor oder dahinter
liegende Frequenzbereiche verschieben.
In Fig. 1 ist die Sprechstelle des Teilnehmers A mit 10,
die Sprechstelle des Teilnehmers B mit 11 bezeichnet;
zwischen den beiden Sprechstellen befindet sich der Übertragungsweg,
gebildet von den jeweils endseitigen Kanal-
Coder/Decoder-Einrichtungen 8 a, 8 b und der eigentliche
Übertragungs- oder Sendestrecke (drahtlos oder durch entsprechende
Drahtverbindungen).
Auf jeder Seite der Gegensprechverbindung, die bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel eine Fernsprecheinrichtung
oder Freisprecheinrichtung sein kann, befinden sich
die gleichen Schaltungskomponenten, so daß lediglich auf
den Aufbau der Einrichtung 10 genauer eingegangen wird. Es
ist ein die von dem Teilnehmer stammenden Schallsignale
elektrische Ausgangssignale S M1(t) umwandelndes Mikrofon M 1
vorgesehen, dessen Signale zu einer ersten Umschalteinrichtung,
nämlich einen Schalter 3 a gelangen. Der Lautsprecher
oder Hörer ist mit L 1 bezeichnet und empfängt das Signal S L1(t).
Über verschiedene Leitungsverbindungen, auf die weiter unten
noch eingegangen wird, sind mit Lautsprecher und Mikrofon
verschaltet ein erstes Filter 1 a und ein zweites Filter 2 a,
die jeweils unterschiedliche Durchlaß- und Sperrbereiche
aufweisen, wie weiter unten noch erläutert wird. Es ist
ferner eine zentrale Sende-Empfangsschaltung 10 a vorgesehen,
die unmittelbar mit dem jeweiligen direkt ausgangs- oder
eingangsseitig angeordneten Kanal-Coder/Decoder 8 a in Verbindung
steht und einen weiteren Decoder 11 a ansteuert,
der gemeinsam und gleichzeitig sämtliche vier zu der jeweiligen
Sprechstelle gehörende Schalter 3 a, 4 a, 5 a und 6 a
dann in die jeweils andere Position umschaltet.
Die Sprechstelle für den Teilnehmer B ist identisch aufgebaut
und die Bezugszeichen für die Schaltungskomponenten
dieser Sprechstelle 11 sind jeweils durch den anderen Index
"b" gekennzeichnet.
Die Schaltungskomponenten 1 a, 2 a, 8 a, 10 a, 11 a sind über
verschiedene Leitungsverbindungen miteinander verbunden,
die erforderlich sind, um in Verbindung mit den Umschaltern
3 a, 4 a, 5 a und 6 a sicherzustellen, daß die Sprechwege durch
vorgegebene Übertragungsfunktionen gewichtet werden, während
die akustische und elektrische Rückhördämpfung durch
hierzu unterschiedliche Übertragungsfunktion beschrieben
werden kann.
Da bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, welches als
Blockschaltbild eine herkömmliche Fernsprecheinrichtung
beschreibt, lediglich der Sender/Empfängerblock 10 a als
bekannte Gabelschaltung 10 a′, 11 b′ ausgebildet ist, ist
die nachfolgende Funktionsbeschreibung für beide Ausführungsformen
gültig.
Die Position der Schalter in der in der Fig. 1 und 2 gezeigten
Position stellt sicher, daß für Sprechwege einerseits
und der akustischen und elektrischen Rückhördämpfung
andererseits unterschiedliche Übertragungsfunktionen ergeben.
Da wie erwähnt die Schalterstellung von den Decodern 11 a,
11 b bestimmt wird, sind diese so ausgebildet, daß sie,
abhängig davon, ob der jeweilige Teilnehmer ruft oder angerufen
wird, was für die Decoder problemlos zu unterscheiden
ist, eine bestimmte Schalterstellung vorgeben, die
dann für diese beiden Fälle jeweils unterschiedlich ist,
so daß sich hierdurch notwendigerweise für den einen Teilnehmer
A, der hier angenommenerweise der rufende Teilnehmer
ist, eine andere Schalterstellung als für den Teilnehmer
B ergibt.
In dem angenommenen Fall und bei den jetzt vorausgesetzten
Schalterstellungen läuft daher das Mikrofonsignal des
Teilnehmers A über die Leitung L 1 a und die Zweigleitung
L 1 a′ zum Filter 1 a mit einer vorgegebenen Filtercharakteristik
(Übertragungsfunktion) auf die weiter unten noch
eingegangen wird, und von diesem über die in der Figur gezeigte
Schalterposition des Umschalters 4 a zum Sender/
Empfänger 10 a, gelangt über Kanal-Coder/Decoder 8 a, 8 b
zum Sender/Empfänger 10 b des Teilnehmers B und von der
Empfängerseite über die Verbindungsleitung L 2 b mit Zweigleitung
L 2 b′ zum Filter 1 b, welches die gleichen Filtereigenschaften
und daher Übertragungsfunktionen aufweist
wie das Filter 1 a (beide sind als Filter X bezeichnet).
Vom Filter 1 b gelangt dann das Signal über die Leitung L 3 b
zum Lautsprecher oder Hörer L 2 des anderen Teilnehmers B.
Demgegenüber läuft ein vom Mikrofon M 2 des anderen Teilnehmers
B in diesem Zusammenhang aufgefangenes, also vom Lautsprecher
oder Hörer L 2 widergegebenes Schallsignal bei dieser
Stellung des Umschalters 3 b über das Filter 2 b (Filter
mit der Übertragungsfunktion oder Filtercharakteristik Y);
von diesem über die Leitung L 4 b zum Sendebereich des Sender/
Empfängerblocks 10 b, über den Übertragungsweg zum Empfänger
Sender/Empfängerblocks 10 a, von diesem bei der Schalterstellung
des Umschalters 5 a über das Filter 2 a (Übertragungsfunktion
Y) und von diesem zum Hörer oder Lautsprecher
L 1. Man erkennt, daß die Übertragungsfunktionen für die
Sprechwege einerseits und die akustische und elektrische
Rückhördämpfung andererseits unterschiedlich sind.
Die Beträge der Übertragungsfunktionen H 1(f) des Filters X
sowie H 2(f) des Filters Y sind bei X und Y in Fig. 3 dargestellt,
wobei die Frequenz im logarithmischen Maßstab
aufgetragen ist.
Wie soeben erläutert und den Darstellungen der Fig. 1 und 2
entnehmbar, befinden sich in jeder Gegensprecheinrichtung
zwei Filter 1 a, 2 a bzw. 1 b, 2 b, also jeweils ein Filter X
und ein Filter Y mit insofern unterschiedlichen Übertragungsfunktionen
H 1(f) und H 2(f), wobei die Filterkurvenverläufe
genau entgegengesetzt sind, d. h. die Durchlaßbereiche
des einen Filters X entsprechen den Sperrbereichen
des anderen Filters Y und umgekehrt. Die beiden Filter werden
je nach Bedarf in den Signalzweig für den Hörer bzw.
Lautsprecher oder für das Mikrofon geschaltet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann die Steuerung
der Filterzuordnung über die Schalter beispielsweise bei
einem Fernsprecher durch Auswertung des Ruftons erfolgen,
der über die Gabelschaltung 10 a′, 10 b′ zum jeweils zugeordneten
Decoder 11 a′, 11 b′ gelangt, d. h. der rufende Teilnehmer
(in der Zeichnung der Teilnehmer A) besitzt dann im
Signalzweig des Mikrofons das Filter X mit der Übertragungsfunktion
H 1(f) und im Signalzweig des Hörers oder Lautsprechers
das Filter Y mit der Übertragungsfunktion H 2(f).
Beim gerufenen Teilnehmer erfolgt die Zuordnung genau vertauscht,
so daß die Sprechwege durch die Übertragungsfunktion H s (f)
H s1(f) = H 1(f) · H 1(f)
H s2(f) = H 2(f) · H 2(f)
H s2(f) = H 2(f) · H 2(f)
gewichtet werden, während die akustische und elektrische
Rückhördämpfung durch die Übertragungsfunktionen H ar (f)
und H er (f) entsprechend:
H ar (f) = A(f) · H 1(f) · H 2(f)
H er (f) = B(f) · H 1(f) · H 2(f)
H er (f) = B(f) · H 1(f) · H 2(f)
gewichtet werden, wobei A(f) und B(f) die jeweils relevanten
akustischen und elektrischen Rückhöfdämpfungen ohne
Filterung beschreiben.
Zur Realisierung der Filterübertragungsfunktionen H 1(f) und
H 2(f) bei einer digitalen Fernsprechverbindung, wie in
Fig. 1 als Beispiel dargestellt, kann so vorgegangen werden,
daß von den abgetasteten Signalen mit Hilfe der Fast-
Fourier-Transformation die Kurzzeitspektren gebildet werden.
Die entsprechenden Frequenzkoeffizienten werden vor der
Rücktransformation zu Null gesetzt, so daß sich neben der
gewünschten Filterwirkung auch noch eine zusätzliche,
wünschenswerte Datenreduktion ergibt.
Aus dem Verlauf der Filterkurven, also der Übertragungsfunktionen
von H 1(f) und H 2(f) der beiden Filter X und Y (Fig. 3)
erkennt man, daß, basierend auf den besonderen psychoakustischen
Eigenschaften des Gehörs, die beiden Sprechwege
einer Gegensprecheinrichtung in zwei unterschiedliche
Frequenzbänder aufgeteilt sind, wobei die Signale durch
Bandsperren mit einer Breite 12 gefiltert werden, die
kleiner als 1/2 Terz ist, wobei die Bandsperren in nicht
harmonischen Abständen liegen und ferner das Dämpfungsmaß
der Sperrbereiche mit zunehmender Frequenz vergrößert wird,
wie der zum Teil erhebliche Dämpfungsanstieg bei Frequenzen
über 1000 Hz erkennen läßt.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die jeweiligen
Durchlaß- und Sperrbereiche der Bandpässe, aus denen
die Filter X und Y bestehen, weder im linearen noch im
logarithmischen Frequenzmaßstab konstante Abstände aufweisen
und die zusammengesetzten Filterkurvenverläufe in
Fig. 3 daher auch nicht quantitativ zu verstehen sind,
sondern lediglich qualitativ ein mögliches Ausführungsbeispiel
jeweils einer Übertragungsfunktion angeben.
Der Grundaufbau eines solchen Filters kann dann so aussehen,
wie in Fig. 5 gezeigt; es sind eine Vielzahl von Bandpaßfiltern
BP 1, BP 2, . . . BPn - 1, BPn, die in Fig. 5 mit den
Bezugszeichen 17 bzw. 18 versehen sind, vorgesehen, deren
Ausgänge, ohne hier zunächst auf die Blöcke 19 einzugehen,
an einer Summationseinheit 20 zusammengefaßt sind.
Durch eine entsprechende Auslegung der Bandpaßfilter mit
Vergrößerung des Dämpfungsmaßes der Sperrbereiche mit zunehmender
Frequenz wird das bei höheren Frequenzen gegebenenfalls
auftretende Rückkopplungspfeifen verhindert, andererseits
bleibt aber die Klangfarbe im Stimmengrundfrequenzbereich
des Menschen praktisch unbeeinträchtigt.
Um ferner zu verhindern, daß gerade die Spektralkomponenten
von tonalen Anteilen weggefiltert werden, kann ein solches
Filter, wie Fig. 5 zeigt, so ausgelegt werden, daß die
Filterung durch ein Filter mit statistischer und damit
zufälliger Reihenfolge von Durchlaßbereichen (Filter 17
in Fig. 5) und Sperrbereichen (Filter 18 mit den nachgeschalteten
Blöcken 19) erfolgt. Dabei können zusätzlich
die Signalanteile, die im Spektralbereich eines Sperrbereichs
liegen (Bandpaßfilter 18), in die auf der Frequenzachse
davor und dahinter liegenden Frequenzbereichen verschoben
werden, und zwar mittels für sich gesehen bekannten
Frequenzverschiebeeinheiten 19, die dann den Bandpaßfiltern
18 nachgeschaltet sind. Mit anderen Worten, man benötigt
in diesem Analogtechnikbereich keine Bandsperren, sondern
die von den Bandpaßfiltern 18 durchgelassenen Spektralanteile
werden lediglich in davor oder dahinter liegende
Durchlaßbereiche verschoben.
Bei diesem Verfahren der Filterung mit Bandpaßfiltern 17,
18 und Frequenzverschiebeeinheiten 19 können die Bandpaßfilter
17, 18 eine Breite entsprechend 1/8 Terz aufweisen
und in 1/8 Terzabständen folgen. Die für die weitere Übertragung
durch das Filter zu sperrende Frequenzbereiche gelangen
durch die Wirkung der Frequenzverschiebeeinheiten 19
in die Durchlaßbereiche des Filters und werden bei 20 den
durchgelassenen Signalanteilen hinzuaddiert.
Für bestehende analoge Netze empfiehlt sich eine beispielsweise
approximative Realisation des Filters mit einer Entzerrerschaltung,
wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in
welcher in einem hier maßgeblichen Frequenzbereich von
beispielsweise etwa 300 Hz bis etwa 4 KHz zwölf Absenker
in der Form einer auf einer Spule L, einem Widerstand R und
einem Kondensator C gebildeten Serienschaltung jeweils
parallel zusammengeschaltet werden. Die Serienschaltungen
können beispielsweise eine Güte von 20 und eine Dämpfung
von 20 dB aufweisen.
In Fig. 4 sind zwei hintereinandergeschaltete Operationsverstärker
12 und 13 vorgesehen, wobei sich die Absenker
16 im Rückkopplungszweig des zweiten Operationsverstärkers
befinden; eine solche Entzerrerschaltung ist von herkömmlichem
Aufbau und braucht nicht weiter erläutert zu werden.
Untersuchungen an Hörtests haben ergeben, daß durch die
Erfindung Klangfärbungen praktisch nicht auftreten und
der Gewinn an Sprachverständlichkeit auch in störschallerfüllter
Umgebung signifikant positiv ausfällt. Durch den
problemlosen Einbau der Filter in bestehende Fernsprechverbindungen
läßt sich daher eine entscheidende Verbesserung
ohne das Entstehen von Kompatibilitätsproblemen erzielen.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und
der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
Claims (16)
1. Einrichtung zur Verbesserung der Rückhördämpfung bzw.
der Schleifenverstärkung bei Gegensprecheinrichtungen,
mit mindestens jeweils einem zueinander inverse Übertragungsfunktionen
bildenden Filter in jeder Sprechstelle von allgemein
kammfilterähnlicher Struktur und gegeneinander versetzten
Durchlaß- und Sperrbereichen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlaß- und Sperrbereiche der zueinander
inversen Filter in einem nichtharmonischen
Verhältnis stehen und mit zunehmender Frequenz eine
wachsende Sperrdämpfung aufweisen, derart, daß lediglich
die für die Klangbildung und Sprachverständlichkeit
relevanten Energieanteile in den jeweiligen Frequenzgruppen
entsprechend dem menschlichen Gehör übertragen,
die aufgrund der Vor-, Nach- und Simultanverdeckung
nicht zur Sprachverständlichkeit beitragenden Energieanteile
des Spektrums vernachlässigt sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweiligen Durchlaß- und Sperrbereiche der
Filter (1 a, 1 b; 2 a, 2 b) kleiner als ca. 1/2 Terz sind und
bezogen sowohl auf einen linearen als auch logarithmischen
Frequenzmaßstab inkonstante Abstände (12) aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mit den Maßnahmen nach Anspruch 1
oder 2 die Verstärkung des senderseitigen Signals
und/oder der an die Hörkapsel angelegten Signale zur
Verbesserung des Signal-Störabstandes und zur Unterdrückung
von Rückkopplungseffekten und der Raumhalligkeit
beim Freisprechen angehoben wird.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die jeweiligen Spektralanteile, die
jeweils in einem Sperrbereich der Filter (1 a, 1 b; 2 a, 2 b)
liegen, durch eine Frequenzverschiebung in die nächsten
benachbarten Durchlaßbereiche verschoben und den durchgelassenen
hinzuaddiert sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß durch Anordnung von jeweils zwei
Filtern (1 a, 2 a; 1 b, 2 b) mit jeweils inversen Übertragungsfunktionen
(H 1(f); H 2(f)) die so angeordnet sind,
daß beim rufenden Teilnehmer im Signalzweig des Mikrofons
ein Filter (X) mit einer ersten Übertragungsfunktion
(H 1(f)) und im Signalzweig des Hörers oder Lautsprechers
(L 1) ein Filter (Y) mit der zweiten Übertragungsfunktion
(H 2(f)) mit beim gerufenen Teilnehmer vertauschter Zuordnung
angeordnet sind, die jeweiligen Sprechwege definiert
sind durch die Übertragungsfunktionen
H s1(f) = H 1(f) · H 1(f)
H s2(f) = H 2(f) · H 2(f)definiert sind, mit Gewichtung der akustischen und elektrischen Rückhördämpfung durch die ÜbertragungsfunktionenH ar (f) = A(f) · H 1(f) · H 2(f)
H er (f) = B(f) · H 1(f) · H 2(f)
H s2(f) = H 2(f) · H 2(f)definiert sind, mit Gewichtung der akustischen und elektrischen Rückhördämpfung durch die ÜbertragungsfunktionenH ar (f) = A(f) · H 1(f) · H 2(f)
H er (f) = B(f) · H 1(f) · H 2(f)
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Sprechstelle einen Decoder (11 a,
11 b) aufweist, der feststellt, ob es sich um einen rufenden
oder einen gerufenen Teilnehmer handelt und durch entsprechende
Zuschaltungen die Filter (1 a, 1 b; 2 a, 2 b)
in die jeweiligen Übertragungswege von den Mikrofonen
(M 1; M 2) zu den Hörern oder Lautsprechern (L 1, L 2) des
jeweils anderen Teilnehmers einschaltet.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Decoder (11 a, 11 b) Schalter (3 a, 4 a, 5 a, 6 a; 3 b, 4 b,
5 b, 6 b) betätigen, die so ausgebildet sind, daß sie in
die jeweiligen Signalübertragungswege vom Mikrofon (M 1)
des einen Teilnehmers zum Lautsprecher (L 2) des anderen
Teilnehmers bzw. vom Mikrofon (M 2) des anderen Teilnehmers
zum Lautsprecher (L 1) des einen Teilnehmers Filter
gleicher Art (X bzw. Y) in Reihe schalten derart, daß
sich sowohl die Rückhördämpfung zwischen Mikrofon und
Hörer bzw. Lautsprecher jedes Teilnehmers als auch die
Gesamtschleifendämpfung durch das sich in diesem Fall
ergebende Zusammentreffen von Filtern unterschiedlicher
Art (X mit Y) vergrößert.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in Fernsprechnetzen die Steuerung des Decoders
(11 a′, 11 b′) durch den Rufton und Zuführung über die
Gabelschaltung (10 a′, 10 b′) erfolgt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die durch die Unterdrückung der für
die Sprachverständlichkeit irrelevanten Energieanteile
zur Verfügung stehende Übertragungskanalkapazität durch
jeweils ausgangsseitig jeder Sprechstelle angeordneter
Kanal-Coder/Decoder (8 a, 8 b; 8 a′, 8 b′) für eine Vergrößerung
der Bandbreite, Dynamik und Übertragungssicherheit
ausgenutzt ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Filter aus einer vorgegebenen
Anzahl von Bandpässen (BP 1, BP 2 . . . BPn - 1, BPn) besteht
und daß bestimmten der Bandpässe (18) Frequenzverschiebeeinheiten
(19) nachgeschaltet sind, die hierdurch für
die weitere Übertragung durch das Filter gesperrte Frequenzbereiche
in die Durchlaßbereiche benachbarter Bandpässe
verschieben und so den durchgelassenen Signalanteilen
hinzuaddieren.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgänge sämtlicher Bandpässe (17) und sämtlicher
bestimmten Bandpässen (18) nachgeschalteter
Frequenzverschiebeeinheiten (19) einer gemeinsamen
Summiereinheit (20) zugeführt sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filter (1 a, 1 b; 2 a, 2 b)) eine statistische
(zufällige) Reihenfolge von Durchlaßbereichen
(17) und Sperrbereichen (18/19) aufweisen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter (17, 18) eine
Breite jeweils entsprechend 1/8 Terz aufweisen und in
1/8 Terzabständen angeordnet sind.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung jeweils
eines Filters Absenker aus der Reihenschaltung jeweils
einer Spule (L), eines Widerstands (R) und eines Kondensators
(C) zueinander parallelgeschaltet und im Rückkopplungszweig
eines Verstärkers (13) angeordnet sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filterung durch Filter (X, Y) mit
statistischer und damit zufälliger Reihenfolge von
Durchlaßbereichen und Sperrbereichen erfolgt.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Filterung bei digitalen Fernsprechverbindungen
von den abgetasteten Signalen mittels
der Fast-Fourier-Transformation die Kurzzeitspektren
gebildet und die jeweils entsprechenden (zu sperrenden
Frequenzbändern entsprechenden) Frequenzkoeffizienten
zu Null gesetzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873706540 DE3706540A1 (de) | 1986-03-03 | 1987-02-28 | Einrichtung zur verbesserung der rueckhoerdaempfung bzw. schleifenverstaerkung bei gegensprecheinrichtungen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3606844 | 1986-03-03 | ||
DE19873706540 DE3706540A1 (de) | 1986-03-03 | 1987-02-28 | Einrichtung zur verbesserung der rueckhoerdaempfung bzw. schleifenverstaerkung bei gegensprecheinrichtungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3706540A1 true DE3706540A1 (de) | 1987-09-10 |
Family
ID=25841526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873706540 Withdrawn DE3706540A1 (de) | 1986-03-03 | 1987-02-28 | Einrichtung zur verbesserung der rueckhoerdaempfung bzw. schleifenverstaerkung bei gegensprecheinrichtungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3706540A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3728109C1 (de) * | 1987-08-22 | 1989-03-16 | Telefonbau & Normalzeit Gmbh | Verfahren fuer die sprachgesteuerte Daempfungsregelung in Fernsprechuebertragungskreisen |
DE4021787A1 (de) * | 1990-07-09 | 1992-01-16 | Telefunken Electronic Gmbh | Elektro-akustisches system |
WO1997024853A2 (en) * | 1995-12-29 | 1997-07-10 | Mci Communications Corporation | Echo reduction for telephone communication system |
-
1987
- 1987-02-28 DE DE19873706540 patent/DE3706540A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3728109C1 (de) * | 1987-08-22 | 1989-03-16 | Telefonbau & Normalzeit Gmbh | Verfahren fuer die sprachgesteuerte Daempfungsregelung in Fernsprechuebertragungskreisen |
US4991167A (en) * | 1987-08-22 | 1991-02-05 | Telenorma Telefonbau Und Normalzeit Gmbh | Voice controlled attenuation adjustment in telephone transmission circuits |
DE4021787A1 (de) * | 1990-07-09 | 1992-01-16 | Telefunken Electronic Gmbh | Elektro-akustisches system |
WO1997024853A2 (en) * | 1995-12-29 | 1997-07-10 | Mci Communications Corporation | Echo reduction for telephone communication system |
WO1997024853A3 (en) * | 1995-12-29 | 1997-09-12 | Mci Communications Corp | Echo reduction for telephone communication system |
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