DE4021787A1 - Elektro-akustisches system - Google Patents
Elektro-akustisches systemInfo
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- H04M9/087—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using different frequency bands for transmitting and receiving paths ; using phase shifting arrangements
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Description
In elektro-akustischen Systemen - beispielsweise Tele
fonsystemen oder Funksystemen - existieren aufgrund
akustischer und elektrischer Kopplungen meist mehrere
geschlossene Rückkopplungsschleifen. Bei ungünstigen
Verstärkungsbedingungen der elektro-akustischen Bauele
mente können die Schleifenverstärkungen der Rückkopp
lungsschleifen größer als 1 werden; dadurch können sich
Schwingungen ausbilden, die zu unerwünschten und stö
renden Echos führen - als Beispiel sei der Pfeifton im
Radio bei gleichzeitigem Telefonieren genannt. Insbe
sondere beim Freisprech-Telefon - wie anhand der Sche
mazeichnung in der Fig. 3 ersichtlich, wird die ge
schlossene Rückkopplungsschleife 1 infolge der akusti
schen Kopplung durch den Raum 4 und der elektrischen
Kopplung durch die Gabelschaltung 5 gebildet - tritt
ein störendes Pfeifen aufgrund der räumlichen Anordnung
der Systemkomponenten - Lautsprecher 6 und Mikrofon 7
sind direkt nebeneinander in einem Gehäuse angeordnet -
und aufgrund der zum Betrieb des Telefongeräts erfor
derlichen Verstärkungsbedingungen der beiden Verstärker
8 immer auf.
Um störende Rückkopplungseffekte in elektro-akustischen
Systemen zu vermeiden, ist es bekannt, die Übertra
gungseigenschaften des Systems mittels eines sogenann
ten Kompensationsfilters nachzubilden und das durch
dieses Filter übertragene Störsignal vom eigentlichen
Übertragungssignal - dem Nutzsignal - zu subtrahieren;
realisiert wird dies dadurch, daß die Rückkopplungs
schleife an einer Stelle aufgetrennt wird und die bei
den Signale mit Hilfe korrelativer Methoden getrennt
werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen
Aufwand; da die Übertragungseigenschaften der elektro
akustischen Systeme oft zeitvariant sind, werden zur
Bildung der Kompensationsfilter adaptive Filter sehr
hoher Ordnung benötigt. Aufgrund des großen Platzbe
darfs derartiger Kompensationsschaltungen können diese
nicht - was oft gewünscht und erforderlich ist - in ei
nem IC integriert werden. Außerdem ist eine Trennung
von Nutz- und Störsignal mittels korrelativer Methoden
nur unvollkommen realisierbar, da die Theorie stocha
stischer Signale nur sehr bedingt auf Sprachsignale an
wendbar ist; technisch sind zudem nur Kurzzeitkorrela
tionen möglich. Mit vertretbarem Aufwand lassen sich
mit derartigen Methoden also die störenden Rückkopplun
gen nicht unterdrücken bzw. keine ausreichenden Echo
dämpfungen erzielen.
Weiterhin ist es bekannt, zeitabhängige Dämpfungsglie
der in die Rückkopplungsschleife zu integrieren, um da
durch die Schleifenverstärkung zu reduzieren und somit
den Rückkopplungsmechanismus zu unterbinden. Beispiels
weise werden in Freisprech-Telefonen durch sogenannte
"Voice-switch"-Schaltungen Mikrofon- und Lautsprecher
zweig in Abhängigkeit des Betriebsmodus (Sende- oder
Empfangsbetrieb) wechselseitig bedämpft. Allerdings ist
dann kein Voll-Duplexbetrieb möglich, d. h. gleichzei
tiges Hören und Sprechen ist beim Einsatz derartiger
Schaltungen nicht möglich. Ungünstige Hintergrundgeräu
sche - beispielsweise die Geräusche von Schreibmaschi
nen oder Preßlufthämmern - führen zu Störungen bei der
Signaldetektion und damit zum Erliegen der Kommunika
tion. Wenn sowohl Sende- als auch Empfangssignale vor
handen sind, treten Probleme bei der Zuordnung des Be
triebszustandes auf; beispielsweise wird immer der lau
tere Sprecher auf Kosten des anderen Teilnehmers durch
geschaltet. Bei Änderungen des Betriebszustands ist die
Wahl des richtigen Umschaltzeitpunkts problematisch -
beispielsweise führt zu langsames oder zu schnelles An
sprechen auf Betriebszustandsänderungen zum Ver
schlucken von Anfangs- oder Endsilben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbes
sertes elektro-akustisches System anzugeben, bei dem
die oben genannten Nachteile vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Störunterdrückung
bei elektro-akustischen Systemen vereinigt mehrere Vor
teile in sich:
- - Sie ist zeitinvariant, daher sind keine Adaptionen nötig, die Einschwingzeiten sind sehr gering.
- - Sie ist mit einem geringen Aufwand realisierbar, die benötigten Bauelemente können in einem Schalt kreis (IC) integriert werden.
- - Ein Voll-Duplexbetrieb, d. h. das gleichzeitige Senden und Empfangen von Signalen - also eine Kom munikation in beiden Richtungen - ist immer mög lich.
- - Sie braucht - unabhängig von den Umgebungsbedin gungen - nur einmal eingestellt zu werden und ist im Gegensatz zu bekannten Schaltungen extrem stör unempfindlich.
Erfindungsgemäß wird die Störunterdrückung folgenderma
ßen erreicht: durch das erste frequenzbeeinflussende
Bauelement - vorzugsweise ein frequenzselektives Bau
element - wird das Übertragungsverhalten des elektro
akustischen Systems dahingehend beeinflußt, daß eine
alternierende Folge von Durchlaß- und Sperrbereichen im
Frequenzband des Übertragungssignals gebildet wird. Die
Sperrbereiche und Durchlaßbereiche werden dabei so ge
wählt, daß das System einerseits keine Schwingung mehr
ausbilden kann - d. h. die Dämpfung des Systems ist im
gesamten Nutzfrequenzbereich größer als die Schleifen
verstärkung - andererseits das Nutzsignal aber noch
ausreichend durchgelassen wird. Durch das zweite fre
quenzbeeinflussende Bauelement - entweder ein weiteres
frequenzselektives Bauelement oder ein frequenzver
schiebendes Bauelement - werden entstehende Rückkopp
lungsechos so verändert, daß sie ebenfalls in der Rück
kopplungsschleife abgedämpft werden.
Die Anzahl bzw. die Art der frequenzbeeinflussenden
Bauelemente - vorzugsweise Filter als frequenzselektive
Bauelemente und Modulatoren als frequenzverschiebende
Bauelemente - kann dabei in Abhängigkeit der Komplexi
tät des Systems bzw. dessen Übertragungsverhalten be
liebig vorgegeben werden.
Als frequenzselektive Bauelemente können beispielsweise
Kammfilter - bei diesen sind Durchlaß- und Sperrbe
reiche im Frequenzbereich in einer periodischen Folge
angeordnet - oder Filter mit einer nicht-periodischen
Anordnung der Durchlaß- und Sperrbereiche gewählt wer
den. Beispielsweise kann die jeweilige Breite des
Durchlaßbereichs in Abhängigkeit vom Frequenzwert zu
Beginn des Durchlaßbereichs gewählt werden, beispiels
weise bezogen auf diesen Frequenzwert prozentual immer
den gleichen relativen Betrag aufweisen.
Als frequenzverschiebende Bauelemente können beispiels
weise Modulatoren gewählt werden, wobei entweder Ein
seitenband-Modulatoren - bei diesen findet die
Frequenzverschiebung nur in einer Richtung statt - oder
Zweiseitenband-Modulatoren - bei diesen wird das Fre
quenzband relativ zur Mittenfrequenz des Durchlaßbe
reichs in beide Richtungen verschoben - in Frage kom
men. Auch hier kann durch die frequenzverschiebenden
Elemente entweder im gesamten Frequenzbereich eine kon
stante Verschiebung vorgegeben werden oder die Ver
schiebung wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenz
wert vorgenommen - beispielsweise immer um den gleichen
relativen Anteil. Die Charakteristik der Fre
quenzverschiebung richtet sich dabei nach der gewünsch
ten Klangqualität der übertragenen akustischen In
formation.
Die Erfindung soll noch nachstehend anhand der Fig.
1 bis 3 näher erläutert werden. Dabei ist in der
Fig.
1 die Wirkungsweise zweier Kammfilter im Frequenzbe
reich, in der
Fig. 2 die Wirkungsweise eines Kammfil
ters und eines Modulators im Frequenzbereich und in der
Fig. 3 als Ausführungsbeispiel eines elektro-akusti
schen Systems eine Freisprech-Telefonanordnung gezeigt.
In der einfachsten Version werden die beiden frequenz
beeinflussenden Bauelemente 10 in der Rückkopplungs
schleife 1 eines elektro-akustischen Systems durch zwei
Kammfilter 2 realisiert, die gemäß Fig. 1 im Frequenz
bereich eine - zueinander komplementäre - periodische
Folge von Durchlaßbereichen 2a und Sperrbereichen 2b
aufweisen. Durch jedes Kammfilter 2 wird dadurch je
weils eine Hälfte des Frequenzspektrums unterdrückt,
und demzufolge das Entstehen von Rück
kopplungsschwingungen unterbunden. Mit dieser Anordnung
ist ein Tastgrad der Filter - dieser gibt das Verhält
nis von Durchlaß- zu Sperrbereichsbandbreiten an - von
1 : 1 erreichbar. Damit kann zwar vollständige
Sprachverständlichkeit erzielt werden, der Hörkomfort -
im Sinne einer optimalen Klangqualität - ist jedoch
noch verbesserungsfähig.
Durch Einführung von Modulatoren läßt sich der Tastgrad
der Filter deutlich erhöhen und dadurch die Klangquali
tät des elektro-akustischen Systems verbessern.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bestehen die fre
quenzbeeinflussenden Elemente aus einem Kammfilter 2
und einem Modulator 3; mit dieser Anordnung kann bei
spielsweise ein Tastgrad von 3 : 1 erreicht werden, wobei
dennoch störende Echos vollständig unterdrückt werden.
In der Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel für ein
elektro-akustisches System ein Freisprech-Telefon dar
gestellt, das eine geschlossene Rückkopplungsschleife 1
aufgrund der akustischen Kopplung zwischen Lautsprecher
6 und Mikrofon 7 durch den Raum 4 und der elektrischen
Kopplung zwischen den beiden Verstärkern 8 durch die
Gabelschaltung 5 aufweist.
Sowohl im "Mikrofon"-Zweig als auch im "Lautsprecher"-
Zweig sind als frequenzbeeinflussende Bauelemente 10
jeweils zwei Modulatoren 3 und ein Filter 2 angeordnet.
Diese Anordnung ist geeignet, um bei einem derartigen
System Rückkopplungseffekte in der Rückkopplungs
schleife 1 zu unterbinden, so daß bei voller Sprach
verständlichkeit eine vollständige Störunterdrückung
erreichbar ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Störunterdrückung
kann bei den verschiedensten elektro-akustischen Syste
men - die üblicherweise mehr als nur eine geschlossene
Rückkopplungsschleife aufweisen - eingesetzt werden.
Für jede geschlossene Rückkopplungsschleife müssen min
destens zwei frequenzbeeinflussende Bauelemente, davon
mindestens ein frequenzselektives Bauelement, vorgese
hen werden.
Beispielsweise kann dadurch bei Freisprech-Telefonen,
Mobil-Telefonen das Telefonieren bei dennoch guter Ver
ständigung wesentlich verbessert werden, bei Telefon-
Vermittlungssystemen, Funksystemen oder Radiogeräten
werden die störenden Rückkopplungen vollständig unter
drückt.
Claims (13)
1. Elektro-akustisches System, das akustische Signale
mittels elektro-akustischer Bauelemente verarbeitet und
überträgt, und das mindestens eine geschlossene Rück
kopplungsschleife aufweist, die aufgrund akustischer
und elektrischer Koppeleffekte gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung störender akusti
scher Rückkopplungseffekte in jeder geschlossenen Rück
kopplungsschleife (1) des elektro-akustischen Systems
mindestens zwei frequenzbeeinflussende Bauelemente (10)
vorgesehen sind, die derart gewählt werden, daß die
Schleifenverstärkung in allen geschlossenen Rückkopp
lungsschleifen (1) kleiner als 1 wird.
2. Elektro-akustisches System nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß als frequenzbeeinflussende Bauele
mente (10) frequenzselektive Bauelemente (2) und fre
quenzverschiebende Bauelemente (3) vorgesehen sind, und
daß jede geschlossene Rückkopplungsschleife (1) minde
stens ein frequenzselektives Bauelement (2) enthält.
3. Elektro-akustisches System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektiven Bau
elemente (2) und frequenzverschiebenden Bauelemente (3)
zeitinvariant sind.
4. Elektro-akustisches System nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzselek
tive Bauelement (2) ein Filter ist, das im Frequenzbe
reich mehrere Durchlaßbereiche (2a) mit niedriger Si
gnaldämpfung aufweist, die durch Sperrbereiche (2b) mit
hoher Signaldämpfung voneinander getrennt sind.
5. Elektro-akustisches System nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Filter (2) ein Kammfilter vor
gesehen ist, das eine periodische Anordnung der Durch
laßbereiche (2a) und Sperrbereiche (2b) aufweist
(Fig. 1).
6. Elektro-akustisches System nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Folge der Durchlaßbereiche (2a)
und Sperrbereiche (2b) des Filters nicht-periodisch
ist.
7. Elektro-akustisches System nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breiten (Δf) der Durchlaßberei
che (2a) von denjenigen Frequenzwerten (fA) abhängen,
bei denen jeweils die Durchlaßbereiche (2a) beginnen.
8. Elektro-akustisches System nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzver
schiebenden Elemente (3) die Folge der Durchlaßbereiche
(2a) und Sperrbereiche (2b) um einen konstanten Fre
quenzbetrag verschieben (Fig. 2).
9. Elektro-akustisches System nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzver
schiebenden Elemente (3) die Folge der Durchlaßbereiche
(2a) und Sperrbereiche (2b) derart frequenzabhängig
verschieben, daß der Betrag der Frequenzverschiebung
von der Ausgangsfrequenz abhängt.
10. Elektro-akustisches System nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzver
schiebenden Elemente (3) Modulatoren sind.
11. Elektro-akustisches System nach Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Modulatoren (3) Einsei
tenband-Modulatoren sind.
12. Elektro-akustisches System nach Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Modulatoren (3) Zweisei
tenband-Modulatoren sind.
13. Verwendung eines elektro-akustischen Systems nach
einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Vermeidung störender
akustischer Rückkopplungseffekte oder Echos bei Tele
fonsystemen, Funksystemen oder Radiogeräten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4021787A DE4021787A1 (de) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | Elektro-akustisches system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4021787A DE4021787A1 (de) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | Elektro-akustisches system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4021787A1 true DE4021787A1 (de) | 1992-01-16 |
DE4021787C2 DE4021787C2 (de) | 1992-07-02 |
Family
ID=6409931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4021787A Granted DE4021787A1 (de) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | Elektro-akustisches system |
Country Status (1)
Country | Link |
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