DE10321625B4

DE10321625B4 - Signalübertragungsvorrichtung und Verfahren zum Regeln einer Signalübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10321625B4
Application number: DE2003121625
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Gehrke
Original assignee: GEHRKE KOMMUNIKATIONSSYTEME GM; GEHRKE KOMMUNIKATIONSSYTEME GmbH
Current assignee: GEHRKE KOMMUNIKATIONSSYTEMS GMBH, 90584 ALLERSBERG
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: DE10321625A1

Abstract

Signalübertragungsvorrichtung
a) mit wenigstens zwei parallelen Übertragungsstrecken, die zueinander entgegengesetzte Übertragungsrichtungen aufweisen und an den Enden miteinander gekoppelt sind, zum Übertragen eines Signals,
b) wobei jede Übertragungsstrecke wenigstens eine über eine Regeleinrichtung (15) steuerbare Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) zum Verstärken des Signals und/oder Dämpfen des Signals aufweist, wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) definierender Übertragungsfaktor A jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) in einem Bereich von einem minimalen Übertragungsfaktor A_min bis zu einem maximalen Übertragungsfaktor A_max einstellbar ist.
c) wobei jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) wenigstens eine über die Regeleinrichtung (15) steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) zum Verarbeiten des Signals zugeordnet ist,
d) wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) definierender Übertragungsfaktor B jeder Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) steuerbar ist,
e) wobei in jeder Übertragungsstrecke die Eingänge der Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) miteinander...

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zum Regeln einer Signalverarbeitungsvorrichtung.
Für zahlreiche Anwendungen werden parallele Übertragungsstrecken verwendet, die zueinander entgegengesetzte Übertragungsrichtungen aufweisen. Mittels dieser Übertragungsstrecken werden insbesondere elektrische Signale, aber auch optische, hydraulische, pneumatische oder dergleichen Signale übertragen. Die beschriebenen Signalübertragungsvorrichtungen betreffen somit beliebige Arten von Signalen.
An den Enden der Übertragungsstrecken befinden sich meist Signalwandler, die das übertragene Signal in eine für einen Benutzer oder eine Einrichtung verwertbare Form umwandeln. Als Beispiel sei ein Lautsprecher genannt, der elektrische Signale in akustische Signale umwandelt. Ein weiteres Beispiel ist eine elektrische Lichtquelle, die die elektrischen Signale in optische Signale umwandelt. Das benachbarte Ende der parallelen Übertragungsstrecke umfasst meist einen Signalwandler, der Signale in die entgegengesetzte Richtung umwandelt. Als Beispiel sei ein Mikrofon genannt, das akustische Signale in elektrische Signale umwandelt. Ebenso kann ein optischer Detektor verwendet werden, der optische Signale in elektrische Signale umwandelt. Aus der Praxis sind zahlreiche Beispiele bekannt, bei denen zwei entgegengerichtete Übertragungsstrecken an den beiden Enden jeweils zwei entgesetzt arbeitende Signalwandler aufweisen. Als Beispiel ist eine Gegensprechanlage oder eine Fernsprecheinrichtung genannt.
Derartige entgegengerichtet verlaufende parallele Übertragungsstrecken haben den Nachteil, dass das entlang einer ersten Strecke zu übertragende Signal über die beiden Signalwandler anschließend über die parallele Übertragungsstrecke in entgegengesetzter Richtung zurückübertragen wird. Dies kann aus unterschiedlichen Gründen zu Störungen führen, durch die die zu übertragenden Signale verfälscht oder gar unkenntlich werden.
Werden beispielsweise an einem Ende der Übertragungsstrecke die von einem Lautsprecher ausgegebenen akustischen Signale von einem Mikrofon nahezu vollständig aufgenommen, so wird das entsprechende elektrische Signal auf der parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecke nahezu unverändert zurückübertragen. Aufgrund dieser Rückkopplung wirkt das gesamte System als ein Oszillator, der ein Pfeifgeräusch oder dergleichen Störgeräusche erzeugt. Dieser Effekt ist auch unter dem Namen Larsen-Effekt bekannt.
Um solche durch Rückkopplung erzeugte Pfeifgeräusche zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik Maßnahmen bekannt, wodurch die Signalübertragung nur in einer der beiden entgegengerichteten Übertragungsstrecken erfolgt. In derjenigen Übertragungsstrecke, in die das schwächere Signal eingegeben wird, wird das Signal derart gedämpft, dass faktisch die Signalübertragung nur in eine Richtung erfolgt. Dabei wird also wechselweise eine der beiden Übertragungsrichtungen abgeschaltet. Durch diese Maßnahme lassen sich die oben genannten Störungen vermeiden. Dazu muss jedoch die Steuerung derart zuverlässig arbeiten, dass stets die entsprechende Übertragungsrichtung während des richtigen Zeitraums abgeschaltet wird. Eine fehlerhafte Ansteuerung kann dagegen beispielsweise zu einer stotternden Signalübertragung führen.

Aus der DE 689 14 125 T2 ist eine Steuereinrichtung für ein Freihand-Telefongerät bekannt mit einem Sendekanal als erster Übertragungsstrecke mit einem Mikrofon, einem Signalverdichter, der das Mikrofonsignal auf einen konstanten mittleren Pegel einstellt und mit einem Dämpfungsglied und mit einem Empfangskanal als zweiter Übertragungsstrecke mit einem Signalverdichter, der das Leitungssignal der Telefonleitung auf einen konstanten mittleren Pegel einstellt, einem Dämpfungsglied und einem Lautsprecher des Telefongerätes, wobei die beiden Übertragungsstrecken aufgrund der akustischen Kopplung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher und der elektrischen Kopplung in der Schnittstelle des Telefongerätes mit der Telefonleitung einen rückgekoppel ten Kreis oder eine Verstärkungsschleife bilden. Es wird die als Larssen-Effekt bezeichnete Instabilität beschrieben, die sich ergibt, wenn die Verstärkung der Verstärkungsschleife größer als 1 ist und sich durch ein unangenehmes Pfeifen weitergibt. Um diesen parasitären Effekt zu vermeiden, sei es üblich, in jeden der Sende- und Empfangskanäle einen Dämpfer einzubauen. In der DE 689 14 125 T2 wird anhand der FR-A-2 618 626 ein solches System beschrieben, das abwechselnd arbeitet, das heißt, dass die Person, die das Wort ergreift, nicht durch die Person unterbrochen werden kann, die sich am anderen Ende der Telefonleitung befindet oder, anders ausgedrückt, dass es nicht möglich ist, dass die beiden Personen gleichzeitig sprechen können, da nur ein einziger der beiden Kanäle des Gerätes aktiv ist, der Sendekanal der Person, die spricht, und der Empfangskanal der Person, die zuhört. Dies geschieht durch Steuerung der Dämpfungsglieder in den beiden Übertragungsstrecken auf abwechselnde Weise zur Befreiung von Rauschen, das am Pegel des Mikrofons bei der Sendung und auf der Empfangsleitung vorliegt. Dazu wird mittels Spitzenwertdetektoren der Spitzenwert des Signals erfasst, das auf den Ausgang jedes der Verdichter gerichtet ist und am Ausgang jedes der Spitzenwertdetektoren sind Erfassungsschaltungen für das Rauschsignal vorgesehen. Daraus werden logische Signale zum Unterscheiden von Sprechsignalen und Rauschsignalen abgeleitet und dadurch die Auswahl des aktiven Kanals und das Ausschalten von Rauschsignalen bewirkt. Bei diesem Stand der Technik werden Unzulänglichkeiten beim Umschalten von einem Kanal auf den anderen bemängelt, insbesondere eine zu lange Zeitkonstante für das Umschalten.

Gemäß DE 689 14 125 T2 wird nun die Summe der logarithmischen Verstärkungen, entsprechend dem Produkt der linearen Verstärkungen, der Verdichter und Dämpfungsglieder in der Verstärkungsschleife konstant gehalten und zwar kleiner 0 dB, beispielsweise auf –1 dB (also linear kleiner als 1). Durch diese Maßnahme wird einerseits das Stabilitätskriterium für das rückgekoppelte System eingehalten, also die Kreisstabilität gewährleistet, und andererseits die Dämpfung des Dämpfungsgliedes des inaktiven Kanals immer auf einem Wert gehalten, der ausreichend hoch ist, so dass die Verstärkungsschleife des Sende- und Empfangskanäle nicht schwingt, jedoch autoadaptiert ist, um nahe an diesem Zustand des Nichtschwingens zu bleiben derart, dass bei einem Umschalten die Änderung der Verstärkung des Dämpfungsgliedes schwächer sein kann, als im beschriebenen Stand der Technik. Zu diesem Zweck wird die Änderung der Verstärkung der Verdichter und die ändernde Verstärkung des Lautspre cherverstärkers erfasst und eine Änderung der Verstärkung der Dämpfungsglieder ermittelt, um die Gesamtverstärkung auf dem konstanten Wert zu halten.

Die DE 40 12 175 C2 offenbart eine Schaltungsanordnung für eine Freisprecheinrichtung mit einer ersten Übertragungsstrecke mit einem Mikrofon, einem Mikrofonverstärker und einer Dämpfungsschaltung sowie einem Anschluss an die Teilnehmerleitung als Sendestrecke oder Sendeleitung und einer zweiten Übertragungsstrecke mit einem Anschluss an die Telefonleitung, einer Dämpfungsschaltung und einem Ausgangsverstärker sowie einem Lautsprecher als Empfängerleitung oder -strecke. Eine Sprachsteuerschaltung steuert die beiden Dämpfungsschaltungen in Abhängigkeit der Signalpegel auf der Sendeleitung und der Empfängerleitung sowie in Abhängigkeit der Ausgangssignale eines Sprachdetektors an, wobei der Sprachdetektor mit dem Ausgang des Mikrofonverstärkers über einen weiteren Verstärker verbunden ist und wobei eine Geräuschpegelmessschaltung mit ihrem Eingang zur Detektion des Hintergrundgeräuschpegels mit dem Ausgang des Mikrofonverstärkers verbunden ist. Der Sprachdetektor zeigt der Sprachsteuerschaltung an, ob gerade gesprochen wird oder eine Sprechpause vorliegt. Die Geräuschpegelmessschaltung misst genau dann den Pegel des Hintergrundgeräusches, wenn der Sprachdetektor eine Sprechpause anzeigt. In Abhängigkeit der Höhe des gemessenen Hintergrundgeräuschpegels wird durch die Geräuschpegelmessschaltung der Sende- und Empfangssprechweg gedämpft, das heißt, nimmt der Pegel des Hintergrundgeräusches zu, wachsen entsprechend die Amplituden des Empfangssignals im Lautsprecher auf die des Sendesignals. Ist kein Hintergrundgeräusch feststellbar, arbeitet die Schaltung mit minimalen Pegeln auf Empfangs- und Sendeseite.

Die DE 38 10 068 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung von Sprachsignalen, das in Verbindung mit einem Signalprozessor zur Verstärkungsregelung von Mikrofonsignalen in störgeräuscherfüllter Umgebung eingesetzt werden, wobei nur bei Vorliegen von Sprachsignalen eine Verstärkung stattfindet, oder auch bei Wechselsprech- oder Gegensprechanlagen angewendet werden kann, um bei Vorliegen eines Sprachsignals das Signal in der betreffenden Richtung zu verstärken und in der Gegenrichtung zu dämpfen.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Signalübertragungsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das auf zuverlässige Weise die Signalübertragung ohne Störungen durchführen kann.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruchs 2 und verfahrensmäßig durch den Gegenstand der Patentansprüche 22 und 23 gelöst.

Es sind zwei parallele, entgegengerichtete jeweils wenigstens eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweisende Übertragungsstrecken mit jeweils an deren Enden miteinander gekoppelt. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass das Ende der einen Übertragungsstrecke ein Mikrofon und das benachbarte Ende der anderen Übertragungsleitung einen Lautsprecher aufweist. Diese Konstellation trifft bei zahlreichen technischen Anwendungen zu.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in jeder Übertragungsstrecke der Signalverarbeitungseinrichtung wenigstens eine über die Regeleinrichtung steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten des Signals zugeordnet ist.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass neben der eigentlichen steuerbaren Signalverarbeitungseinrichtung eine Hilfsverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die ebenfalls über die Regeleinrichtung steuerbar ist. Die Hilfsverarbeitungseinrichtung enthält somit einerseits Informationen über das auf der entsprechenden Übertragungsstrecke anliegende Signal und andererseits Informationen über den Zustand der Regeleinrichtung. Diese Informationen können zu Steuersignalen verarbeitet und anschließend der Regeleinrichtung und/oder der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden. Da jeder Signalverarbeitungseinrichtung und somit jeder Übertragungsstrecke eine solche Hilfsverarbeitungseinrichtung zugeordnet ist, können die Informationen über die Signale auf allen Übertragungsstrecken und über den Zustand der Regeleinrichtung verwertet werden.

Es ist gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 und 22 und 23 vorgesehen, dass ein Übertragungsfaktor A der Signalverarbeitungseinrichtung steuerbar ist. Durch ein geeignetes Einstellen des Übertragungsfaktors A der Signalverarbeitungseinrichtung lässt sich, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Einstellungen, eine störungsfreie Signalübertragung erreichen. Ferner ist vorgesehen, dass bei der Signalverarbeitungseinrichtung ein minimaler Übertragungsfaktor A_min und ein maximaler Übertragungsfaktor A_max einstellbar sind. Diese Einstellmöglichkeiten tragen dazu bei, dass ein oder mehrere Stabilitätskriterien eingehalten werden können. Der Übertragungsfaktor A definiert die Verstärkung oder Dämpfung durch die Signalverarbeitungseinrichtung. Bei dem Übertragungsfaktor A kann es sich also um einen Verstärkungsfaktor oder um einen Dämpfungsfaktor handeln. Die Einstellung der Verstärkung oder der Dämpfung lässt sich mit geringem konstruktiven Aufwand und mit verhältnismäßig einfachen Bauteilen erreichen. Weiterhin ist ein Übertragungsfaktor B der Hilfsverarbeitungseinrichtung steuerbar, der die Verstärkung und/oder Dämpfung durch die Hilfsverarbeitungseinrichtung definiert.

Gemäß Patentanspruch 2 und Patentanspruch 23 sind bei der Hilfsverarbeitungseinrichtung zusätzlich ein minimaler Übertragungsfaktor B_min und ein maximaler Übertragungsfaktor B_max einstellbar. Die Übertragungsfaktoren B werden also zwischen einem maximalen Übertragungsfaktor B_max und einem minimalen Übertragungsfaktor B_min eingestellt. Dadurch lässt sich ein vorbestimmter Wertebereich festlegen. Diese weiteren Einstellmöglichkeiten tragen ebenfalls dazu bei, dass die Stabilitätskriterien der gesamten Vorrichtung eingehalten werden können.

Es wird also die Signalverarbeitungseinrichtung zwischen einem maximalen Übertragungsfaktor A_max und einem minimalen Übertragungsfaktor A_min eingestellt. Die genauen Werte von A_max und A_min sind abhängig von der konkreten Anwendung. Durch die Vorgabe maximaler und minimaler Übertragungsfaktoren besteht die Möglichkeit, die Wertebereiche der Hilfssignale V₊ und V_– ebenfalls festzulegen. Das Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen V₊ und V_– erfolgt durch Beaufschlagen der Eingangssignale mit einem Übertragungsfaktor B. Auf diese Weise werden Hilfssignale V₊ und V_– erzeugt, die mit den Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinrichtung in einem vorbestimmten Zusammenhang stehen. Im Spezialfall A = B sind die Hilfssignale V₊ und V_– mit den Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinrichtungen identisch.

Weiterhin ist gemäß Patentanspruch 1 sowie Patentanspruch 22 vorgesehen, dass die Eingänge der Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung miteinander gekoppelt sind. Somit liegt am Eingang der Hilfsverarbeitungseinrichtung stets das gleiche Signal wie am Eingang der zugeordneten Signalverarbeitungseinrichtung an, so dass der Informationsgehalt dieses Signals unverfälscht von der Hilfsverarbeitungseinrichtung verwertet werden kann. Es ist nun ein Stabilitätskriterium der Signalübertragungsvorrichtung gegeben durch die Gleichung: Amax·Amin·K2 = 1,wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert. Diese Beziehung ist darauf zurückzuführen, dass die gesamte Vorrichtung im Prinzip eine rückgekoppelte Signalübertragungsschaltung darstellt. Für jede Signalverarbeitungseinrichtung bildet die parallele entgegengesetzte Übertragungsstrecke jeweils den Rückkoppelkreis. Das obige Kriterium stellt die Grenze für die Kreisstabilität dar. Wird das Stabilitätskriterium nicht eingehalten, dann wirkt beispielsweise die gesamte Signalübertragungsvorrichtung wie ein Oszillator. Dabei wird ein störendes Pfeifgeräusch erzeugt, das die gewünschte Signalübertragung verhindert.

Gemäß Patentanspruch 2 und Patentanspruch 23 ist vorgesehen, dass die Signalverarbeitungseinrichtung und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung seriell miteinander verschaltet sind. Bei dieser Hintereinanderschaltung hat die Hilfsverarbeitungseinrichtung eine Doppelfunktion. Einerseits dient die Hilfsverarbeitungseinrichtung als Verarbeitungsschaltung für das zu verarbeitende Signal. Andererseits liefert die Hilfsverarbeitungseinrichtung ein Ausgangssignal, das von der Regeleinrichtung verwertbar ist. Hier ist nun ein Stabilitätskriterium der Signalübertragungsvorrichtung gegeben durch die Gleichung: Amax·Bmax·Amin·Bmin·K2 = 1,wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert. Auch diese Ausführungsform bildet im Prinzip eine rückgekoppelte Signalverarbeitungs schaltung, bei der die parallele entgegengerichtete Übertragungsstrecke einen Rückkoppelkreis bildet. Wird diese Stabilitätsgrenze berücksichtigt, dann lässt sich ausschließen, dass die Signalübertragungsvorrichtung nicht unerwünschterweise als Oszillator arbeitet.

Außerdem ist gemäß Patentanspruch 1 und Patentanspruch 2 sowie Patentanspruch 22 und Patentanspruch 23 vorgesehen, dass ein weiteres Stabilitätskriterium der Signalverarbeitungsvorrichtung gegeben ist durch die Gleichung V+ = V–,wobei V₊ und V_– die Ausgangssignale (Hilfssignale) der Hilfsverarbeitungseinrichtungen der beiden parallelen Übertragungsstrecken sind. Diese Gleichung oder dieses Kriterium stellt eine Stabilitätsgrenze dar. Wird die Gleichung exakt erfüllt, befindet sich die Regeleinrichtung in einem undefinierten Zustand. Die Signalübertragungsvorrichtung ist so einstellbar, dass die exakte Beziehung V₊ = V_– vermieden wird. Dabei sollte zweckmäßigerweise ein Sicherheitsabstand von 3 dB bis 6 dB eingehalten werden. Der genaue Wert für den Sicherheitsabstand hängt von der konkreten Anwendung ab. stellt eine Stabilitätsgrenze dar, in der sich der Regelkreis in einem undefinierten Zustand befindet. Wird dieses Stabilitätskriterium nicht berücksichtigt, dann besteht die Gefahr, dass unerwünschter Weise zwischen den beiden Übertragungsrichtungen hin und her geschaltet wird. Dies hätte beispielsweise eine stotternde Signalübertragung zur Folge. Wird also dieses Stabilitätskriterium berücksichtigt, dann lässt sich eine stotternde Signalübertragung verhindern.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Signalverarbeitungseinrichtungen in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen V₊ und V_– der wenigstens zwei Hilfsverarbeitungseinrichtungen der beiden entgegengesetzten Übertragungsstrecken ansteuerbar sind. Auf diese Weise werden von beiden Übertragungsstrecken zwei entsprechende Signale bereitgestellt, die in der Regeleinrichtung insbesondere miteinander verglichen werden können, um anschließend die Signalverarbeitungseinrichtungen anzusteuern.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Hilfsverarbeitungseinrichtungen in Abhängigkeit von beiden Ausgangssignalen V₊ und V_– der Hilfsverarbeitungseinrichtungen der beiden entgegengesetzten Übertragungsstrecken ansteuerbar sind. Damit können die Hilfsverarbeitungseinrichtungen auf gleiche Weise wie die Signalverarbeitungseinrichtungen angesteuert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Signalverarbeitungseinrichtung und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung durch ein gemeinsames Steuersignal ansteuerbar sind. Auf diese Weise werden das Verhalten der Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung durch dasselbe Parameterfeld bestimmt. Damit lassen sich aus dem Verhalten der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung Rückschlüsse auf den Zustand der entsprechenden Signalverarbeitungseinrichtung ziehen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung baugleich mit der entsprechenden Signalverarbeitungseinrichtung ist. Damit lässt sich beispielsweise ein Synchronbetrieb zwischen der Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung durchführen, wobei ohne Zugriff auf die Signalverarbeitungseinrichtung deren Zustand erfasst werden kann. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung steht somit vollständig der Übertragungsstrecke zur Verfügung, während das Ausgangssignal der Hilfsverarbeitungseinrichtung für Regelungszwecke verwendet werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung eine verkleinerte Version der entsprechenden Signalverarbeitungseinrichtung ist. Dabei zeigen die Signalverarbeitungseinrichtung und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung qualitativ das gleiche Verhalten, aber quantitativ unterscheiden sich deren Ausgangssignale. Beispielweise unterscheiden sich die Pegel der Ausgangssignale der Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung durch einen vorbestimmten Proportionalitätsfaktor. Dies ist besonders ökonomisch, da für eine Signalübertragungsstrecke ein verhältnismäßig hoher Pegel erforderlich sein kann, während für eine Regeleinrichtung ein niedriger Pegel ausreicht.

Bei einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übertragungsstrecken an ihren Enden Signalwandler aufweisen. Als Signalwandler sind insbesondere Mikrofone und Lautsprecher vorgesehen. Ebenso kann es sich bei den Signalwandlern um elektrische Lichtquellen und Lichtdetektoren handeln. Grundsätzlich sind sämtliche Signalwandler möglich, die ein physikalische Größe nach einem vorbestimmten Schema in eine andere physikalische Größe umwandeln. Insbesondere sind die Übertragungsstrecken über die Signalwandler gekoppelt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingangsseitig mit den Ausgängen der Hilfsverarbeitungseinrichtungen und ausgangsseitig mit den Steuereingängen der Signalverarbeitungseinrichtungen und der Hilfsverarbeitungseinrichtungen gekoppelt ist. Damit sind sowohl die Signalverarbeitungseinrichtungen als auch die Hilfsverarbeitungseinrichtungen in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Hilfsverarbeitungseinrichtungen steuerbar. Dabei bildet die Regeleinrichtung einen Rückkoppelkreis für die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen. Dies hat den Vorteil, dass lediglich die Ausgangssignale der Hilfsverarbeitungseinrichtungen durch die Rückkoppelung beeinflusst sind, während die eigentlichen zu übertragenden Signale unabhängig von dieser Rückkoppelung sind.

Insbesondere ist vorgesehen, dass durch die Regeleinrichtung bei der einen Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung die maximalen Übertragungsfaktoren A_max bzw. B_max und bei der anderen Signalverarbeitungseinrichtung und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung die minimalen Übertragungsfaktoren A_min bzw. B_min einstellbar sind. Damit wird für die eine Übertragungsrichtung eine vorbestimmte maximale Verstärkung oder eine vorbestimmte minimale Dämpfung eingestellt, während für die andere Übertragungseinrichtung eine vorbestimmte minimale Verstärkung oder eine vorbestimmte maximale Dämpfung eingestellt wird. Vorzugsweise wird bei derjenigen Übertragungsstrecke der höhere Übertragungsfaktor eingestellt, an deren Eingang der höhere Signalpegel anliegt. Das schwächere Eingangssignal an der anderen Übertragungsstrecke wird entweder stärker gedämpft oder schwächer verstärkt, so dass dadurch Störungen unterdrückt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausgangssignale der Hilfsverarbeitungseinrichtungen durch die Gleichungen V+ = 2·S·Bmax V– = 2·S·Amax·K·Bmin gegeben sind. Dabei ist die Größe S das am Eingang der einen Übertragungsstrecke anliegende Signal. Da an der Stabilitätsgrenze das Echo ebenso stark ist wie das Signal S, enthalten die beiden obigen Gleichungen jeweils den Faktor 2.

Zur Einhaltung der Stabilitätskriterien kann vorgesehen sein, dass die Werte der Übertragungsfaktoren durch die Gleichung Amax/Amin = Bmax 2/Bmin 2 vorgegeben sind. Somit lassen sich die Stabilitätsgrenzen durch vorgegebene Übertragungsfaktoren festlegen. Diese Gleichung ergibt sich automatisch, wenn die beiden oben genannten Stabilitätskriterien gleichzeitig erfüllt sind. Somit ist an der Stabilitätsgrenze der Betrag der sogenannten Umsteuertiefe des Übertragungsfaktors B gleich der Quadratwurzel des Betrags der Umsteuertiefe des Übertragungsfaktors A. Werden also die beiden oben genannten Stabilitätskriterien erfüllt, ist die Beziehung zwischen den maximalen und minimalen Übertragungsfaktoren Amax/Amin = Bmax 2/Bmin 2.festgelegt. Dabei werden zweckmäßigerweise die Übertragungsfaktoren A_max und A_min in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung festgelegt. Dagegen ergeben sich die Übertragungsfaktoren B_max und B_min aus den beiden obigen Stabilitätskriterien.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Werte der Übertragungsfaktoren durch die Gleichungen Amax = Bmax 2 und Amin = Bmin 2 vorgegeben sind.

Durch diese Vorgaben lassen sich auf einfache Weise die Stabilitätskriterien der gesamten Vorrichtung einhalten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Signalverarbeitungseinrichtung der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung nachgeschaltet ist. Dabei kann die Hilfsverarbeitungseinrichtung beispielsweise als Vorverstärker für die Signalverarbeitungseinrichtung verwendet werden.

Für eine konkrete Anwendung kann vorgesehen sein, dass die Signalübertragungsvorrichtung in einem Sprachübertragungssystem oder einer Sprechanlage verwendet wird. Insbesondere bei einem Sprachübertragungssystem oder bei einer Sprechanlage lassen sich die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsvorrichtung in vorteilhafter Weise nutzen. Dies gilt für die Übertragung modulierter und unmodulierter Sprachsignale. Auch für die Übertragung digitalisierter Sprachsignale, die nach unterschiedlichen Verfahren moduliert oder verschlüsselt sind, kann die erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung in vorteilhafter Weise verwendet werden.

Das Verfahren kann sowohl mittels einer elektronischen Schaltung als auch mittels eines Computerprogramms durchgeführt werden. Auch eine gemischte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist möglich. Dabei können beispielsweise die Eingangssignale der Übertragungsstrecken mittels einer elektronischen Schaltung erfasst werden, während die Signalverarbeitung mittels eines Computerprogramms erfolgt. Auch andere Kombinationen sind möglich.

Bei einer konkreten Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen qualitativ nach dem gleichen Schema erfolgt wie in der Signalverarbeitungseinrichtung. Dabei wird jedem Wert des Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinrichtung ein bestimmter Wert des Hilfssignals zugeordnet. Somit besteht zwischen dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung und dem Hilfssignal ein Zusammenhang nach einem vorbestimmten Schema.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen auf gleiche Weise erfolgt wie in der Signalverarbeitungseinrichtung. Dabei werden beim Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen die Vorgänge in der Signalverarbeitungseinrichtung simuliert. Dabei kann das Hilfssignal mit dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung identisch sein. Dies hängt beispielsweise von der Belastung des Ausgangs der Signalverarbeitungseinrichtung ab.

Bei einem speziellen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Eingangssignale digitalisiert und mittels eines Rechners und/oder eines Computerprogramms weiterverarbeitet werden. Dabei können insbesondere die digitalisierten Eingangssignale zu den Hilfssignalen V₊ und V_– verarbeitet werden. Auch die steuerbaren Signalverarbeitungseinrichtungen können die digitalisierten Eingangssignale verstärken oder dämpfen. Auch ein gemischtes Verfahren ist möglich, wobei sowohl eine digitale als auch eine analoge Signalverarbeitung erfolgen kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung;
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung;
3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung; und
4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung.
In 1 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung dargestellt. Die Signalübertragungsvorrichtung umfasst zwei parallele, zueinander entgegengerichtete Übertragungsstrecken. Die erste Übertragungsstrecke weist an dem einen Ende ein Mikrofon 14 und an dem anderen Ende einen Lautsprecher 16 auf. Die zweite Übertragungsstrecke weist an dem einen Ende einen Lautsprecher 26 und an dem anderen Ende ein Mikrofon 24 auf. Das Mikrofon 14 der ersten Übertragungsstrecke und der Lautsprecher 26 der zweiten Übertragungsstrecke befinden sich an einem gemeinsamen ersten Ort. Der Lautsprecher 16 der ersten Übertragungsstrecke und das Mikrofon 24 der zweiten Übertragungsstrecke befinden sich an einem gemeinsamen zweiten Ort. Das Mikrofon 14 und der Lautsprecher 26 sind über einen Kopplungsfaktor K akustisch miteinander gekoppelt. Das Mikrofon 24 und der Lautsprecher 16 sind ebenfalls über den Kopplungsfaktor K miteinander akustisch gekoppelt.
Das Mikrofon 14 und der Lautsprecher 16 sind über eine erste Signalverarbeitungseinrichtung 10 miteinander elektrisch gekoppelt. Das Mikrofon 24 und der Lautsprecher 26 sind über eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung 20 miteinander elektrisch gekoppelt. Bei den Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sind die Übertragungsfaktoren A, d.h. die Verstärkungs- und Dämpfungsfaktoren, einstellbar. Die beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sind über eine Regeleinrichtung 15 miteinander gekoppelt. Die Regeleinrichtung 15 weist einen ersten Eingang 17, einen zweiten Eingang 27, einen ersten Ausgang 18 und einen zweiten Ausgang 28 auf. Weiterhin umfasst die Signalverarbeitungsvorrichtung eine erste Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 und eine zweite Hilfsverarbeitungseinrichtung 22. Die erste Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 ist der Signalverarbeitungseinrichtung 10 zugeordnet. Die zweite Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 ist der Signalverarbeitungseinrichtung 20 zugeordnet. Der Eingang der ersten Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 ist mit dem Eingang der ersten Signalverarbeitungseinrichtung 10 gekoppelt. Der Eingang der zweiten Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 ist mit dem Eingang der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 20 gekoppelt. Der Ausgang der ersten Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 ist mit dem ersten Eingang 17 der Regeleinrichtung 15 gekoppelt. Der Ausgang der zweiten Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 ist mit dem zweiten Eingang 27 der Regeleinrichtung 15 gekoppelt.
Sowohl die beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 als auch die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 weisen jeweils einen Steuereingang auf. Die Steuereingänge der ersten Signalverarbeitungseinrichtung 10 und der ersten Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 sind mit dem ersten Ausgang 18 der Regeleinrichtung 15 verbunden. Die Steuereingänge der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 20 und der zweiten Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 sind mit dem zweiten Ausgang 28 der Regeleinrichtung 15 verbunden.
Über die Steuereingänge sind die Übertragungsfaktoren A der Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sowie die Übertragungsfaktoren B der Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 einstellbar. Die Übertragungsfaktoren A und B stellen den Verstärkungsfaktor oder den Dämpfungsfaktor dar, je nach dem, ob die Übertragungsfaktoren A und B größer oder kleiner als 1 ist. Die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 können beispielsweise baugleich mit den Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sein. Ebenso können die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 jeweils eine verkleinerte Version der beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sein. Im letztgenannten Fall arbeiten die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 vorzugsweise nach dem gleichen Funktionsprinzip wie die beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20, wobei die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 einen geringeren Verstärkungsfaktor B aufweisen können.
Die Übertragungsfaktoren A der Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 sind zwischen den beiden Grenzwerten A_max und A_min einstellbar. Die Übertragungsfaktoren B der Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 sind zwischen den Grenzwerten B_max und B_min einstellbar. Vorzugsweise werden die Übertragungsfaktoren A und B der beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 und der beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 in Abhängigkeit voneinander eingestellt. Wenn die erste Signalverarbeitungseinrichtung 10 auf A_max eingestellt wird, dann wird vorzugsweise die erste Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 auf B_max, die zweite Signalverarbeitungseinrichtung 20 auf A_min und die zweite Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 auf B_min eingestellt. Für die bevorzugte Ausführungsform der Signalübertragungsvorrichtung gilt das erste Stabilitätskriterium Amax·Amin·K2 = 1,wobei K eine Kopplungskonstante zwischen dem Lautsprecher 16 und dem Mikrofon 24 sowie zwischen dem Lautsprecher 26 und dem Mikrofon 14 definiert. Außerdem ist vorzugsweise das zweite Stabilitätskriterium V+ = V– vorgesehen, wobei V₊ und V_– die Ausgangssignale der beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 bzw. 22 sind. Die Ausgangssignale V₊ und V_– der beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 bzw. 22 sind durch die Gleichungen V+ = 2·S·Bmax V– = 2·S·Amax·K·Bmin gegeben. Dabei stellt die Größe S das Signal dar, das an den beiden Mikrofonen 14 und 24 anliegt. Der Faktor 2 der beiden obigen Gleichungen resultiert daher, dass an der Stabilitätsgrenze das Echo die gleiche Intensität wie das Signal S selbst aufweist. Werden die beiden oben genannten Stabilitätskriterien erfüllt, lassen sie sich zu einem einzigen Stabilitätskriterium zusammenfassen, das durch die maximalen und minimalen Übertragungsfaktoren definierbar ist: Amax/Amin = Bmax 2/Bmin 2.
Dies bedeutet, dass der Betrag der sogenannten Umsteuertiefe an den Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 der Quadratwurzel des Betrags der Umsteuertiefe an den Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 entspricht. Dabei ist die Umsteuertiefe als Quotient zwischen dem maximalen und dem minimalen Übertragungsfaktor definiert. Somit lässt sich durch eine Vorgabe der Grenzwerte für die Übertragungsfaktoren eine störungsfreie Signalübertragung gewährleisten.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung ist in 2 dargestellt. Die zweite Ausführungsform der Signal übertragungsvorrichtung umfasst ebenfalls zwei parallele, zueinander entgegengerichtete Übertragungsstrecken.
Die zweite Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Signalverarbeitungseinrichtung 10 bzw. 20 und die jeweilige zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 bzw. 22 hintereinander geschaltet sind. Dabei sind die Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 jeweils der zugeordneten Signalverarbeitungseinrichtung 10 bzw. 20 vorgeschaltet. Die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 arbeiten somit als Vorverstärker oder als vorgeschaltete Dämpfungseinrichtungen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinrichtung 15 eingangsseitig mit den Ausgängen der beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 gekoppelt. Ausgangsseitig ist die Regeleinrichtung 15 mit den Steuereingängen der beiden Signalverarbeitungseinrichtungen 10 und 20 und der beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 gekoppelt. Dabei werden die Signalverarbeitungseinrichtung 10 und die Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 stets gemeinsam durch das Signal 18 angesteuert. Ebenso werden die Signalverarbeitungseinrichtung 20 und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 stets gemeinsam durch das Signal 28 angesteuert.
Bei beiden Ausführungsformen werden die beiden parallelen Übertragungsstrecken stets entgegengesetzt geschaltet. Ist beispielsweise am Mikrofon 14 das Signal intensiver als am Mikrofon 24, so wird bei der Signalverarbeitungseinrichtung 10 der Verstärkungsfaktor A_max eingestellt. Dagegen wird bei der Signalverarbeitungseinrichtung 20 ein Übertragungsfaktor A_min eingestellt. Dabei arbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung 10 mit einer vorbestimmten maximalen Verstärkung A_max oder mit einer vorbestimmten minimalen Dämpfung A_max. Dementsprechend arbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung 20 mit einer vorbestimmten minimalen Verstärkung A_min oder mit einer vorbestimmten maximalen Dämpfung A_min. Die beiden Hilfsverarbeitungseinrichtungen 12 und 22 arbeiten stets synchron mit den zugeordneten Signalverarbeitungseinrichtungen 10 bzw. 20. Wird die Signalverarbeitungseinrichtung 10 auf A_max eingestellt, dann wird bei der Hilfsverarbeitungseinrichtung 12 der entsprechende Übertragungsfaktor B_max eingestellt. Ebenso wird bei der Hilfsverarbeitungseinrichtung 22 der Übertragungsfaktor B_min eingestellt, wenn gleichzeitig an der Signalverarbeitungseinrichtung 20 der vorbestimmte Übertragungsfaktor A_min eingestellt ist.
Die beiden Ausführungsformen können auch als integrierte Schaltung ausgebildet sein. Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest teilweise durch ein Datenverarbeitungsprogramm realisiert werden. Beispielsweise können beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Regeleinrichtung 15 und die beiden Hilfsverarbeitungsschaltungen 12 und 22 durch ein Datenverarbeitungsprogramm ersetzt werden.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung dargestellt, die eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung 30 aufweist. Ebenso wie die beiden vorgenannten Ausführungsformen umfasst auch diese Ausführungsform zwei Mikrofone 14 und 24 sowie zwei Lautsprecher 16 und 26. Weiterhin umfasst die dritte Ausführungsform einen ersten A/D-D/A-Wandler 32 und einen zweiten A/D-D/A-Wandler 34. Das Mikrofon 14 und der Lautsprecher 26 sind über den ersten A/D-D/A-Wandler 32 mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 30 verbunden. Das Mikrofon 24 und der Lautsprecher 16 sind über den zweiten A/D-D/A-Wandler 34 mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 30 gekoppelt. Jeder der beiden A/D-D/A-Wandler 32 und 34 umfasst jeweils einen A/D-Wandler 32a bzw. 34a und einen D/A-Wandler 32b bzw. 34b. Die beiden Mikrofone 14 und 24 wandeln akustische Signale in analoge elektrische Signale um. In den A/D-Wandlern 32a bzw. 34a werden die analogen elektrischen Signale in digitale elektrische Signale umgewandelt. Die digitalen elektrischen Signale werden von der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 30 weiter verarbeitet. Dabei werden in der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 30 die digitalen elektrischen Signale von den A/D-Wandlern 32a bzw. 34a miteinander verglichen und gemäß einem vorbestimmten Algorithmus verarbeitet. Konkret werden die Signale von den A/D-Wandlern 32a und 34a verstärkt bzw. gedämpft und den D/A-Wandlern 32b bzw. 34b zugeführt. In den D/A-Wandlern 32b bzw. 34b werden die digitalen Signale in analoge Signale umgewandelt und den Lautsprechern 26 bzw. 16 zugeführt. Dabei werden die Verstärkungs- bzw. Dämpfungsfaktoren gemäß den oben beschriebenen Gleichungen festgelegt.
Vorzugsweise ist der Algorithmus so ausgestaltet, dass die Eingangssignale ebenso verarbeitet werden wie in den Ausführungsformen gemäß 1 oder 2. Die digitale Datenverarbeitungseinrichtung 30 kann beispielsweise als digitale elektronische Schaltung ausgebildet sein. Ebenso kann als digitale Datenverarbeitungseinrichtung 30 ein Personalcomputer oder die Zentraleinheit eines Computers verwendet werden. Bei der Ausführungsform gemäß 3 handelt es sich um eine besonders vielseitige Version, da durch eine Änderung des Programms in der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 30 die Funktion der gesamten Vorrichtung modifiziert werden kann.
In 4 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung dargestellt. Dabei handelt es sich um die Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung innerhalb einer adaptiven Echokompensationsvorrichtung. Die Schaltung gemäß 4 weist ebenfalls zwei Mikrofone 14 und 24 sowie zwei Lautsprecher 16 und 26 auf. Das Mikrofon 14 und der Lautsprecher 26 an dem einen Ende der Übertragungsstrecken sind mit einem ersten Echokompensationsregler 36 gekoppelt. Das Mikrofon 24 und der Lautsprecher 16 an dem anderen Ende der Übertragungsstrecken sind mit einem zweiten Echokompensationsregler 38 gekoppelt. Außerdem sind in dieser konkreten Ausführungsform das Mikrofon 14 und der Lautsprecher 26 über ein sogenanntes AFE (analog front end) 40 mit dem ersten Echokompensationsregler 36 gekoppelt. Entsprechend sind der Lautsprecher 16 und das Mikrofon 24 in dieser konkreten Ausführungsform über ein AFE (analog front end) 42 mit dem zweiten Echokompensationsregler 38 gekoppelt. Die beiden AFE 40 und 42 ermöglichen beispielsweise eine besonders hohe Rauschunterdrückung. Zwischen den beiden Echokompensationsreglern 36 und 38 befindet sich die Signalübertragungsvorrichtung, die im Wesentlichen so aufgebaut ist wie die Signalübertragungsvorrichtung gemäß 1. Die Signalübertragungsvorrichtung gemäß 4 ist zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile räumlich voneinander getrennt sind. Aufgrund der räumlichen Trennung sind an Stelle der ersten Signalverarbeitungseinrichtung 10 eine Vorstufe 10a und eine Endstufe 10b der Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen. Ebenso sind an Stelle der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung 20 eine Vorstufe 20a und eine Endstufe 20b der Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen. An Stelle der Regeleinrichtung 15 weist die vierte Ausführungsform zwei räumlich getrennte Regeleinrichtungen 15a und 15b auf, die zusammen der Regeleinrichtung 15 gemäß 1 äquivalent sind. Hinsichtlich ihrer Funktion entspricht die Signalübertragungsvorrichtung gemäß 4 derjenigen gemäß 1.
Die Echokompensationsvorrichtung, die die beiden Echokompensationsregler 36 und 38 umfasst, ist in der Lage, störende Echoeffekte zu unterdrücken. Die Echokompensationsvorrichtung muss jedoch eingestellt werden, um an die akustischen Eigenschaften der Umgebung angepasst zu werden. Dies erfolgt in der Regel automatisch kurz nach dem Einschalten. Wenn jedoch in den Übertragungsstrecken Störungen der eingangs genannten Art auftreten, ist die Echokompensationsvorrichtung allein nicht in der Lage, sich selbst einzustellen. Da jedoch die erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung in der Lage ist, solche Störungen zu beseitigen, ist dadurch die Echokompensationsvorrichtung auch in der Lage, sich selbst automatisch während der Einstellphase optimal einzustellen. Auf diese Weise stellt die erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung eine ideale Ergänzung der adaptiven Echokompensationsvorrichtung dar.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Signalübertragungsvorrichtung nicht nur für elektrische Signale, sondern auch für optische, hydraulische, pneumatische oder dergleichen Signale geeignet ist.

10: erste Signalverarbeitungseinrichtung
10a: Vorstufe der ersten Signalverarbeitungseinrichtung
10b: Endstufe der ersten Signalverarbeitungseinrichtung
12: erste Hilfsverarbeitungseinrichtung
14: Mikrofon
15: Regeleinrichtung
15a: Regeleinrichtung
15b: Regeleinrichtung
16: Lautsprecher
17: erster Eingang
18: erster Ausgang
20: zweite Signalverarbeitungseinrichtung
20a: Vorstufe der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung
20b: Endstufe der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung
22: zweite Hilfsverarbeitungseinrichtung
24: Mikrofon
26: Lautsprecher
27: zweiter Eingang
28: zweiter Ausgang
30: digitale Datenverarbeitungseinrichtung
32: erster A/D-D/A-Wandler
34: zweiter A/D-D/A-Wandler
36: erster Echokompensationsregler
38: zweiter Echokompensationsregler
40: AFE (analog front end)
42: AFE (analog front end)
A: Übertragungsfaktor der Signalverarbeitungseinrichtungen
B: Übertragungsfaktor der Hilfsverarbeitungseinrichtungen
K: Kopplungskonstante
S: Signal
V₊: Ausgangssignal der ersten Hilfsverarbeitungseinrichtung, Hilfssignal
V_–: Ausgangssignal der zweiten Hilfsverarbeitungseinrichtung, Hilfssignal

Claims

Signalübertragungsvorrichtung a) mit wenigstens zwei parallelen Übertragungsstrecken, die zueinander entgegengesetzte Übertragungsrichtungen aufweisen und an den Enden miteinander gekoppelt sind, zum Übertragen eines Signals, b) wobei jede Übertragungsstrecke wenigstens eine über eine Regeleinrichtung (15) steuerbare Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) zum Verstärken des Signals und/oder Dämpfen des Signals aufweist, wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) definierender Übertragungsfaktor A jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) in einem Bereich von einem minimalen Übertragungsfaktor A_min bis zu einem maximalen Übertragungsfaktor A_max einstellbar ist. c) wobei jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) wenigstens eine über die Regeleinrichtung (15) steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) zum Verarbeiten des Signals zugeordnet ist, d) wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) definierender Übertragungsfaktor B jeder Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) steuerbar ist, e) wobei in jeder Übertragungsstrecke die Eingänge der Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) miteinander gekoppelt sind. f) wobei ein erstes Stabilitätskriterium der Signalübertragungsvorrichtung gegeben ist durch die Gleichung: Amax·Amin·K2 = 1die die Grenze für die Kreisstabilität darstellt, wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert, g) wobei ein weiteres Stabilitätskriterium der Signalverarbeitungsvorrichtung gegeben ist durch die Gleichung: V+ = V– die eine Stabilitätsgrenze darstellt, von der ein Sicherheitsabstand, der insbesondere etwa 3 dB bis 6 dB beträgt, einzuhalten ist, wobei V₊ ein Ausgangssignal der Hilfsverarbeitungseinrichtung einer der Übertragungsstrecken ist und V_– ein Ausgangssignal der Hilfsverarbeitungseinrichtung der anderen Übertragungsstrecke ist.
Signalübertragungsvorrichtung a) mit wenigstens zwei parallelen Übertragungsstrecken, die zueinander entgegengesetzte Übertragungsrichtungen aufweisen und an den Enden miteinander gekoppelt sind, zum Übertragen eines Signals, b) wobei jede Übertragungsstrecke wenigstens eine über eine Regeleinrichtung (15) steuerbare Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) zum Verstärken des Signals und/oder Dämpfen des Signals aufweist, wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) definierender Übertragungsfaktor A jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) in einem Bereich von einem minimalen Übertragungsfaktor A_min bis zu einem maximalen Übertragungsfaktor A_max einstellbar ist. c) wobei jeder Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) wenigstens eine über die Regeleinrichtung (15) steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) zum Verarbeiten des Signals zugeordnet ist, wobei ein die Verstärkung oder Dämpfung durch die Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) definierender Übertragungsfaktor B in einem Bereich von einem minimalen Übertragungsfaktor B_min bis zu einem maximalen Übertragungsfaktor B_max einstellbar ist, d) wobei in jeder Übertragungsstrecke die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) seriell miteinander verschaltet sind. e) wobei ein erstes Stabilitätskriterium der Signalübertragungsvorrichtung gegeben ist durch die Gleichung Amax·Bmax·Amin·Bmin·K2 = 1,die die Grenze für die Kreisstabilität darstellt, wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert. f) wobei ein weiteres Stabilitätskriterium der Signalverarbeitungsvorrichtung gegeben ist durch die Gleichung: V+ = V– die eine Stabilitätsgrenze darstellt, von der ein Sicherheitsabstand, der insbesondere etwa 3 dB bis 6 dB beträgt, einzuhalten ist, wobei V₊ ein Ausgangssignal der Hilfsverarbeitungseinrichtung einer der Übertragungsstrecken ist und V_– ein Ausgangssignal der Hilfsverarbeitungseinrichtung der anderen Übertragungsstrecke ist.
Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der jede Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) nachgeschaltet ist.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalverarbeitungseinrichtungen (10; 20) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen V₊ und V_– der wenigstens zwei Hilfsverarbeitungseinrichtungen (12; 22) ansteuerbar sind.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hilfsverarbeitungseinrichtungen (12; 22) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen V₊ und V_– der Hilfsverarbeitungseinrichtungen (12; 22) ansteuerbar sind.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) durch ein gemeinsames Steuersignal ansteuerbar sind.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) und die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) im Wesentlichen baugleich sind.
Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die zugeordnete Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) eine verklei nerte Version der entsprechenden Signalverarbeitungseinrichtung (10; 20) ist.
Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Regeleinrichtung (15) eingangsseitig mit den Ausgängen der Hilfsverarbeitungseinrichtungen (12; 22) und ausgangsseitig mit den Steuereingängen der Signalverarbeitungseinrichtungen (10; 20) und der Hilfsverarbeitungseinrichtungen (12; 22) gekoppelt ist.
Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei der Hilfsverarbeitungseinrichtung (12, 22) ein minimaler Übertragungsfaktor B_min und ein maximaler Übertragungsfaktor B_max einstellbar sind.
Signalübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche oder nach Anspruch 10, bei der durch die Regeleinrichtung (15) bei der einen Steuereinrichtung (10; 20) und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtung (12; 22) die maximalen Übertragungsfaktoren A_max bzw. B_max und bei der anderen Signalverarbeitungseinrichtung (20; 10) und der zugeordneten Hilfsverarbeitungseinrichtungen (22; 12) die minimalen Übertragungsfaktoren A_min bzw. B_min einstellbar sind.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche oder nach Anspruch 10 oder nach Anspruch 11, bei der die Ausgangssignale der Hilfsverarbeitungseinrichtungen durch die Gleichungen V+ = 2·S·Bmax V– = 2·S·Amax·K·Bmin gegeben sind, wobei die Größe S das am Eingang der einen Übertragungsstrecke anliegende Signal ist.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche oder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Werte der Übertragungsfaktoren durch die Gleichung Amax/Amin = Bmax 2/Bmin 2 vorgegeben sind.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche oder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Werte der Übertragungsfaktoren durch die Gleichungen Amax = Bmax 2 und Amin = Bmin 2 vorgegeben sind.
Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Übertragungsstrecken an ihren Enden Signalwandler (14; 16; 24; 26) aufweisen und über die Signalwandler (14; 16; 24; 26) gekoppelt sind.
Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Sprachübertragungssystem oder einer Sprechanlage.
Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Sprachübertragungssystem oder einer Sprechanlage mit einer Echokompensationseinrichtung.
Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Steuerungs- oder Regelungssystem, wobei die Signalübertragung durch elektrische Signale erfolgt.
Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Steuerungs- oder Regelungssystem, wobei die Signalübertragung hydraulisch oder pneumatisch erfolgt.
Verwendung der Signalübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Steuerungs- oder Regelungssystem, wobei die Signalübertragung optisch erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 20, bei der die Signalübertragung in einem Lichtleiter erfolgt.
Verfahren zum Regeln einer Signalübertragungsvorrichtung mit wenigstens zwei parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken, die an den Enden miteinander gekoppelt sind und jeweils wenigstens eine steuerbare Signalverarbeitungseinrichtung und für jede Signalverarbeitungseinrichtung wenigstens eine steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung, deren Eingang mit dem Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung der zugehörigen Übertragungsstrecke gekoppelt ist, aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Erfassen der Eingangssignale der Übertragungsstrecken; – Verarbeiten der Eingangssignale in den zugehörigen Hilfsverarbeitungseinrichtungen nach einem vorbestimmten Schema zu Hilfssignalen V₊ und V_– durch Beaufschlagen der Eingangssignale mit einem Übertragungsfaktor B der zugehörigen Hilfsverarbeitungseinrichtung und – Ansteuern der Signalverarbeitungseinrichtungen in Abhängigkeit der Hilfssignale V₊ und V_–, wobei durch das Ansteuern der Signalverarbeitungseinrichtungen (10, 20) deren Übertragungsfaktoren A zwischen einem maximalen Übertragungsfaktor A_max und einem minimalen Übertragungsfaktor A_min und damit deren Verstärkung oder Dämpfung eingestellt werden, – wobei ein erstes Stabilitätskriterium des Regelungsverfahrens gegeben ist durch die Gleichung: Amax·Amin·K2 = 1,die die Grenze für die Kreisstabilität darstellt, wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert, – und wobei ein weiteres Stabilitätskriterium des Regelungsverfahrens gegeben ist durch die Gleichung: V+ = V– die eine Stabilitätsgrenze darstellt, von der ein Sicherheitsabstand, der insbesondere etwa 3 dB bis 6 dB beträgt, eingehalten wird.
Verfahren zum Regeln einer Signalübertragungsvorrichtung mit wenigstens zwei parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken, die an den Enden miteinander gekoppelt sind und jeweils wenigstens eine steuerbare Signalverarbeitungseinrichtung und und für jede Signalverarbeitungseinrichtung wenigstens eine steuerbare Hilfsverarbeitungseinrichtung, die mit der Signalverarbeitungseinrichtung in der zugehörigen Übertragungsstrecke seriell geschaltet ist, aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Erfassen der Eingangssignale der Übertragungsstrecken; – Verarbeiten der Eingangssignale in den zugehörigen Hilfsverarbeitungseinrichtungen nach einem vorbestimmten Schema zu Hilfssignalen V₊ und V_– durch Beaufschlagen der Eingangssignale mit einem Übertragungsfaktor B der zugehörigen Hilfsverarbeitungseinrichtung und – Ansteuern der Signalverarbeitungseinrichtungen in Abhängigkeit der Hilfssignale V₊ und V_–, wobei durch das Ansteuern der Signalverarbeitungseinrichtungen (10, 20) deren Übertragungsfaktoren A zwischen einem maximalen Übertragungsfaktor A_max und einem minimalen Übertragungsfaktor A_min und damit deren Verstärkung oder Dämpfung eingestellt werden, – wobei ein erstes Stabilitätskriterium des Regelungsverfahrens gegeben ist durch die Gleichung: Amax·Bmax·Amin·Bmin·K2 = 1,die die Grenze für die Kreisstabilität darstellt, wobei K eine Kopplungskonstante zwischen den beiden parallelen entgegengerichteten Übertragungsstrecken an deren Enden definiert, – und wobei ein weiteres Stabilitätskriterium des Regelungsverfahrens gegeben ist durch die Gleichung: V+ = V– die eine Stabilitätsgrenze darstellt, von der ein Sicherheitsabstand, der insbesondere etwa 3 dB bis 6 dB beträgt, eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, bei dem das Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen qualitativ nach dem gleichen Schema erfolgt wie in der Signalverarbeitungseinrichtung (10, 20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem das Verarbeiten der Eingangssignale zu Hilfssignalen auf gleiche Weise erfolgt wie in der Signalverarbeitungseinrichtung (10, 20).
Verfahren nach Anspruch 22 oder einem der auf Anspruch 22 rückbezogenen Ansprüche, bei dem die Übertragungsfaktoren B der Hilfsverarbeitungseinrichtungen zwischen einem maximalen Übertragungsfaktor B_max und einem minimalen Übertragungsfaktor B_min eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder nach Anspruch 26 oder nach einem der auf Anspruch 23 oder 26 jeweils rückbezogenen Ansprüche, bei dem die Werte der Übertragungsfaktoren durch die Gleichung Amax/Amin = Bmax 2/Bmin 2 festgesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, bei dem die Hilfssignale der Hilfsverarbeitungseinrichtungen durch die Gleichungen V+ = 2·S·Bmax V– = 2·S·Amax·K·Bmin gegeben sind, wobei die Größe S das am Eingang der einen Übertragungsstrecke anliegende Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei dem die Eingangssignale digitalisiert und mittels eines Rechners und/oder eines Computerprogramms weiterverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei dem das Verfahren mit einer Signalübertragungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 durchgeführt wird.