DE1537584A1

DE1537584A1 - Rueckhoerdaempfende Schaltung

Info

Publication number: DE1537584A1
Application number: DE19671537584
Authority: DE
Inventors: Mcleod Robert Beaton
Original assignee: EW Bliss Co Inc
Current assignee: EW Bliss Co Inc
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-08-16
Publication date: 1969-10-02
Also published as: GB1136119A; FR1536887A; US3441684A

Description

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DiplMng. F. A. Weickmann

Dipl.-Chem. B. Huber
E.W. Bliss Company, 217 Second Street,

Canton, Ohio, U.S.A.

Rückhördämpfende' Schaltung

Priorität; Vereinigte Staaten von Amerika, Patentanmeldung vom 12. September .1966, Serial No. 578,769

Diese Erfindung bezieht sich auf rückhördämpfende Schaltungen und im besonderen auf eine verbesserte rückhördämpfende Schaltung um die Rückhörstörung im wesentlichen zu eliminieren.

Die Erfindung kann insbesondere angewandt werden um die Rückhörstörungen während der übertragung eines Telefongespräches zu eliminieren und wird inbezug auf diese Anwendung beschrieben werden, obschon es leicht einzusehen ist, dass diese Erfindung einen weiteren Anwendungsbereich hat.

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Ein typischer Fernsprecher besitzt ein Mikrophon um Sprachfreguenzsignale an einen fernen ort zu übertragen, und einen Hörer um Sprachfrequenzsignale zu empfangen. Das Mithören der Stimme des Sprechers durch den Sprecher selbst während des Betriebs wird Rückhörstörung genannt..Dadurch vermindert der Sprecher unbewusst die Lautstärke seiner Stimme und vermindert dadurch die übertragene Energie. IBn diese Schwierigkeit zu überwinden sind die Fernsprecher normalerweise mit einer rückhördämpfenden Schaltung ausgestattet.

Eine herkömmliche rückhördämpfende Schaltung besitzt zwei Transformatoren mit je drei Übertragungswicklungen. Die erste Wicklung des ersten Transformators und die erste Wicklung des zweiten Transformators sind gegeneinander in Reihe an den Fernhörer geschaltet. Die zweite wicklung des ersten Transformators und die zweite Wicklung des zweiten Transformators sind in Reihe an den Ausgangskreis eines Verstärkers geschaltet und am Eingangskreis des Verstärkers liegt das Mikrophon des Fernsprechers. Die dritte Wicklung des zweiten Transformators ist an die Fernleitung angeschlossen und die dritte Wicklung des ersten Transformators ist an eine Kompensationsschaltung, die einen veränderlichen Widerstand enthält, angeschlossen. Um die Rückhörstörung zu verringern, wird der Widerstand auf einen Wert eingestellt, so dass er im wesentlichen gleich dem widerstand der Fernleitung ist. Mit dieser Einstellung werden bei

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der Sprachübertragung im wesentlichen gleiche Spannungen an den ersten Wicklungen der zwei Transformatoren erzeugt, wobei die induzierten Spannungen subtrahiert werden und am Hörer im wesentlichen keine Spannung anliegt. So wird im wesentlichen keine Rückhörstörung bemerkt.

Ein Problem der obenerwähnten rttckhördämpfenden Schaltung ist, dass bei nicht perfektem System der Sprecher seine eigene Stimme nur teilweise geschwächt hört oder, dass, wie in einigen Fällen, die Stimme, d.h. die Rückhörstörung, aussergewöhnlich laut ist, in Abhängigkeit der allgemeinen Systemeigenschaft. Dieser Fehler des besprochenen Systems liegt zum grossen Teil im Gebrauch eines KompensationswiderStandes als einziges Mittel um die Rückhörstörung zu vermindern. Die Leitungswiderstände sind üblicher Weise nicht ohmisch, aber komplexer Natur, d.h. die Leitungswiderstände sind normalerweise eine Kombination von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten. Folglich, da in dem obengeschriebenen System die Beträge der Spannungen an den ersten Wicklungen der zwei Transformatoren gleich sein sollen, kann eine Phasenverschiebung durch die impedanz des LeitungswidefStandes auftreten, wodurch die induzierten Spannungen sich nicht gegenseitig aufheben, d.h. die Rückhörstörung ist nicht aufgehoben* Ferner ist die effektive Impedanz des LeitungswiderStandes nicht konstant, sondern ändert mit der Frequenz, so dass eine Kompensation mit einem System wie es oben geschrieben wurde nur für eine einzige Frequenz erhalten werden kann, wodurch die Vielseitigkeit eines

solchen Systems eingeschränkt wird. Desweiteren benutzen die vorhin beschriebenen rückhördämpfenden Schaltungen oft angepasste Transformatoren und Leitungsübertrager, die teuer sind gegenüber den gewöhnlichen billigen auf Lager liegenden Transformatoren.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer verbesserten rückhördämpfenden Schaltung mit der die effektive impedanz des Leitungswiderstandes in eine im wesentlichen konstante ohmische Last umgewandelt wird, wodurch ein sauberer rückhördämpfender

eine
Betrieb für/grosse Zahl von Leitungswiderständen möglich ist, und die keine besonders gebauten Transformatoren oder Leitungsübertrager benötigt, und die eine verbesserte Verringerung der Rückhörstörung ermöglicht, im Gegensatz zu der Rückhördämpfung von bekannten Schaltungen.

Diese Erfindung erwägt eine rückhördämpfende Schaltung für ein Netzwerk, das ein Paar Transformatoren mit je einer ersten,

a-

zweiten und dritten Wicklung besitzt, wobei die ersten Wicklungen gegeneinander in Reihe an den Empfängerkreis geschaltet sind, die zweiten Wicklungen in Reihe am Senderschaltkreis liegen, die dritte Wicklung des zweiten Transformators an der Fernleitung liegt, und die dritte Wicklung des ersten Transformators an den Kompensationswiderstand angeschaltet ist*

GemMss der vorliegenden Erfindung umfasst die verbesserte rückhördämpfende Schaltung für das obengeschriebene Netzwerk ein erstes RLC-Netzwerk mit dem Kompensationswiderstand, einer

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Induktivität und einer Kapazität, die alle drei parallel an die dritte Wicklung des ersten Transformators angeschaltet sind, und ein zweites RLC-Netzwerk mit einem zweiten Widerstand, einer zweiten Induktivität und einer zweiten Kapazität, die alle drei paralell an die dritte Wicklung des zweiten Transformators und an die Fernleitung geschaltet sind. Die Komponenten der zwei Netzwerke sind einstellbar, so dass die Impedanz des ersten Netzwerkes im wesentlichen gleich der Impedanz des zweiten Netzwerkes ist. Der Wert eines jeden Widerstandes ist klein gegenüber dem Widerstand der Leitung, der Wert einer jeden * Induktivität ist klein gegenüber der Induktivität der Leitung, und der Wert einer jeden Kapazität ist.gross gegenüber der Kapazität der Leitung.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte rückhördämpfende Schaltung bereitzustellen um die Rückhörstörung während des Betriebs eines Fernsprechers im wesentlichen zu eliminieren.

Diese rückhördämpfende Schaltung erfordert nicht den Gebrauch λ von speziell gebauten Transformatoren oder Übertragern. Die effektive Impedanz des Leitungswiderstandes wird in eine im " · wesentlichen konstante ohmische Last transformiert, so dass ein sauberer rückhördämpfender Betrieb for eine grosse Anzahl von Leitungswiderständen möglich ist. Die Rückhörstörung wird im wesentlichen für einen grossen Frequenzbereich eliminiert

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wodurch die Schaltung besonders für Fernsprechübertragungen geeignet ist.

Dieser und andere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung im Zusammenhang mit den beigegebenen Zeichnungen klar herauskommen, worin : ·

Figur 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungaer

Erfindung und

Figur 2 ein doppelt logarithmisches Diagram der effektiven Impedanz aufgetragen über der normierten Kreisfrequenz darstellen.

Wir beziehen uns nun auf die Zeichnungen die zum Zweck der Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beigegeben wurden und nicht den Zweck der Begrenzung haben, wovon Figur! einen Fernsprecher darstellt der ein Mikrophon 10 und einen Hörer 12 besitzt. Der Ausgangskreis des Mikrophons 10 ist normalerweise an einen Verstärker 14 geschaltet,,der z.B. die Form eines transistorisierten Gegentaktverstärker haben kann, der eine hohe Ausgangsimpedanz aufweist. Das Mikrophon 10 und der Hörer 12 sind an ein Paar Wicklungen eines Paares Transforma-

an- :_r

taen Tl und T2/geschaltet. Der Transformator Tl besitzt drei Wicklungen 16, 18 und 2ο und der Transformator T2 besitzt drei Wicklungen 22, 24 und 26. Die Wicklungen 16 und 22 sind gegeneinander in Reihe an den Hörer 12 angeschlossen. Auch die Wicklungen

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18 und 24 sind in Reihe an den Ausgangskreis des Verstärkers 14 angeschlossen. Die Wicklung 20 ist an einen einstellbaren Kompensationswiderstand Rl angeschlossen und die Wicklung 26 liegt an der Fernleitung 28.

Der bis jetzt beschriebene Stromkreis ist also herkömmlicher Art. Während des Betriebs des Schaltkreises wird der Widerstand Rl so eingestellt, dass sein Widerstand gleich dem der Fernleitung 28 ist. Entsprechend werden während der Übertragung von Sprachfrequenzsignalen durch das Mikophon 10 theoretisch gleich grosse Spannungen an den Wicklungen 16 und 22 der Transformatoren Tl und T2 erzeugt. Da diese Wicklungen gegeneinander in Reihe geschaltet sind, addieren sich die induzierten Spannungen theoretisch zu null, wodurch der Wert der Rückhörspannung Vs am Hörer 12 im wesentlichen null ist. Dieses theoretische Resultat setzt voraus, dass der Wert des Widerstandes Rl dem Widerstand der Fernleitung 28 gleich" is t. Jedoch sind die Fernleitungswiderstände üblicherweise nichtrein ohmisch,, aber komplex, d.h. eine Kombination von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten»- Folglich obschon die induzierten Spannungen an den Wicklungen 16 und 22 betragsmässig gleich sind, können sie durch die effektive Impedanz des Fernleitungswiderstandes gegeneinander phasenverschoben sein. Also werden die Spannungen sich nicht aufheben und die Rückhör spannung V wird einen beträchlichen Wert haben. Desweiteren wird eine Eins teilung des Widerstandes Rl für einen bestimmten Fernleitungswiderstand die Rückhörstörung Über ein

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breites Freguenzband nicht -wesentlich vermindert, da sich die¹" effektive Impedanz mit der auf der Fernleitung übertragenen Frequenz ändert. Folglich wird eine anfängliche Einstellung des Widerstandes Rl, die SIr eine spezielle Frequenz zufriedenstellend ist, ober ein breites Frequenzband nicht zufriedenstellend sein. -■■-..- . - .-.-■.■ ' ......

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Paar von RLC-Netzwerken A und B in das bisher beschriebene System eingefügt. Daa Netzwerk A besitzt einen Kompensationswiderstand Rl, eine einstellbare Induktivität I₁I und eine einstellbare Kapazität Cl, die alle paralell an die wicklung 20 des Transformators Tl angeschlossen sind, Das Netzwerk B umfasst einen einsieLlbaren Widerstand R2, eine einstellbare Induktivität L2 und eine einstellbare Kapazität C2, die alle paralell an die Wicklung 26 und die Fernleitung 28 angeschlossen sind. Vorzugsweise wird der Wert des Widerstandes Rl dem Wert des Widerstandes R2, der Wert der Induktivität Ll dem Wert der Induktivität L2, und der Wert der Kapazität Cl dem Wert * der Kapazität C2 gleich sein. Folglich ist die Impedanz des Netzwerkes Ä im wesentlichen der Impedanz des Netzwerkes B gleich. Desweiteren ist der Wert der Widerstände Rl oder R2 vorzugsweise klein gegenüber dem Widerstand der Fernleitung 28, der Wert der Induktivität Ll oder L2 ist vorzugsweise klein gegenüber dem Wert der Induktivität der Fernleitung 28, und der Wert der Kapazität Cl oder C2 ist gross gegenüber dem Wert der Kapazität der Fernleitung 28, Beim Aufbau des Netzwerkes A und B, die oben beschrie-

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ben sind, ist experimentell herausgefunden worden, dass die Impedanz der Fernleitung 28 über ein gegebenes Betriebs fr eguena-. band wenig, wenn überhaupt, auf die Kompensationsbedingungen der Transformatoren Tl und T2 einwirkt, wodurch im wesentlichen keine RÜckhörstörung, d.h. keine Spannung V , bemerkt, wird.

Um das Verstehen der Erfindung zu erleichtern, beziehen wir uns nun auf die Formel zur Berechnung des Betrags der Impedanz einer RLC-Paralellschaltung, wie etwa die Netzwerke A und B, und die folgendermassen aussieht: i

a = 5 ;

IN

Darin bedeuten: Z = die effektive Fernleitungsimpedanz

R = den Widerstand des Paralellkreises in Ohm

Q = die Güte des Schaltkreises ο

Cj = die normierte Kreis frequenz CJf(J

CJ _Q ~ ^ie Resonanzfrequenz = ' ■

CJ - die Kreisfrequenz ausgedrückt in s" .

Die Formel Z kann für verschiedene Schaltkreiswerte ausgewertet werden, jedoch soll für die optimale Arbeitsweise die Güte Q des Schaltkreises von kleinem Wert sein, in der Grosse von 0,1, um eine breite Betriebebandbreite zu ermöglichen. Ein Mathematiker kann leicht die Abhängigkeit der effektiven Impedanz für angenommene Werte Q aufzeichnen} z.B., wenn:

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Q - s 0,1

- ist, dann wird bei(J = 1,Z = R bei Q = 0,1, Z = 0,707 R (wobei die Kurve bei

CJ = 0,1 mit 6db/pro* Oktave abfällt)

und bei (Λ - 10, Z = 0,707 R (wobei &l = IO die Kurve

mit 6db/pro Oktave abfällt).

Eine Darstellung der Abhängigkeit der effektiven Impedanz in Dezibel (db) bei einer Kreisgüte von 0,1 ist in doppelt lojrfgarithmischem Hasstab in Figur 2 gezeigt. Für Versuchszwecke des in Figur 1 dargestellten Schaltkreises, wurde eine Resonanzfrequenz CJ von 700 Hz, eine Kreisgüte Q von O,l und eine Kapazität der Kondensatoren Cl und C2 von 3y«F gewählt. Von diesen Werten ausgehend wurden für jede Induktivität Ll und 1*2 einen Wert von 670 mH und für jeden widerstand Rl und R2 einen Wert von 47,5 J\, berechnet. Hit diesen Werten zeigt die effektive Impedanz der Fernleitung einen Verlauf ähnlich dem in Figur 2 dargestellten, worin der flache Verlauf ja der Kurve im wesentlichen zwischen den Werten 0,1 bis 10,0 der normierten Winkelfrequeazii flach bleibt. Folglich wurde die effektive Impedanz über minm Bandbreite von einer normierten Frequenz von O,1 bis 1O,O in einen im wesentlichen konstanten Widerstand transformiert, wodurch saubere Rückhördämpfung über ein breites Frequenzband erreicht wird. Experi-i aentsll wurde festgestellt, dass dort wo der widerstand des Schaltkreises klein gegcniber dem widerstand der Fernleitung ist und die Kapazität des Schaltkreises gross gegenüber der Kapazität

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der Fernleitung ist« und die Induktivität klein gegenüber der Induktivität der Fernleitung ist, die Wirkung der Impedanz der Fernleitung unbedeutend ist.

Mit den obengegebenen werten für widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten, und mit einer Güte von 0,1, wurden Messungen der Spannung ¥L an der Fernleitung 28 und der Spannung V am Hörer 12 gemacht. Bei einer Frequenz von 500 Hz war die Leitungsspannung Ψ -gleich 4O V und die gemessene Spannung V war 3 V für eine Rückhördämpfung von 13 s 1. Bei einer Frequenz von 800 Hz wurde V_ mit 37 ¥uai V Mit 2 V gemessen für eine RückhörSrnpfung von 18j 1. Bei eimer Frequenz von 1 kHz wurde V_ zu 35 V und V zu 3 V

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gemessen, was einer Rückhördämpfung von 12*1 entspricht. Diese Messungen warden weitergeführt für 2 und 4 kHz, wo eine Rückhördämpfung vom 5s 1 und 4s 1 festgestellt wurde. Für den Niederfrequenzspracübereich von annähernd 40 Hz bis 4000 Hz, d.h. von einer norsiieariten Frequenz von 0,1 bis 10,0 blieb die effektive Impedanz im wesentlichen konstant, wie es die flache Strecke a^ in der Figur 2 zeigt.

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Claims

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Patentansprüche

^■Ef SSS SS SwS SSb SSSS ·32 SS SS* SS SSS ϋϊϊ SS SS* SS SSSSZSSeEtM SSi SSiSS jSSSS^ SS 2S» SESSS»

( 1.J Eine rückhördärapfende Schaltung für ein Netzwerk das einen ersten Transformator (Tl) und einen zweiten Transformator (T2) mit ersten Wicklungen (16,22), zweiten Wicklungen (18,24) und dritten Wicklungen (20,26) aufweist, wobei die ersten Wicklungen (16,22) gegeneinander in Reihe an einen Empfangskreis (12), die zweiten Wicklungen (18,22) in Reihe an einen Senderausgangskreis (10,14) angeschlossen sind, eine Fernleitung (28) an die dritte Wicklung (26) des zweiten Transformatorf(T2) und ein Kompensationsschaltkreis mit einem Widerstand (Rl) paralell an die dritte Wicklung (20) des ersten Transformators (Tl) geschaltet ist, gekennzeichnet durch ein erstes RLC-Netzwerk (A) mit einem Kompensationswiderstand (Rl), und einer Induktivität (Ll) und einer Kapazität (Cl), die alle paralell an die dritte Wiclilüjig (2o) des ersten Transformators geschaltet sind, und ein zweites RLC-Netzwerk (B) mit einem zweiten Widerstand (R2)j einer zweiten Induktivität (L2) und einer zweiten Kapazität (C2), die alle paralell an die dritte Wicklung (26) des zweiten Transformators (T2) angeschlossen sind.

2. Eine rückhördämpfende Schaltung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des ersten Netzwerkes

(A) im wesentlichen gleich der Impedanz des zweiten Netzwerkes

(B) ist.

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3. Eine rückhördämpfende Schaltung gemäss den Ansprüchen

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wert des ersten Widerstandes (Rl) und des zweiten Widerstandes (R2), der Wert der ersten Induktivität (11) und der zweiten Induktivität (L2) und der Wert der ersten Kapazität (Cl) und der zweiten Kapazität (C2) jeweils im wesentlichen gleich sind.

4. Eine rückhördämpfende Schaltung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert eines jeden Widerstandes (Rl und R2) klein gegenüber dem Widerstand der Fernleitung (28), der Wert einer jeden Induktivität (Ll und L2) klein gegenüber der Induktivität der Fernleitung (28), und der Wert einer jeden Kapazität (Cl und C2) grose gegenüber der Kapazität der Fernleitung (28) ist.

5ο Eine rtlckh6rdämpfende Schätung gemäss Anspruch 4_# dadurch gekennzeichnet, dass die widerstände (Rl und R2), Induktivitätent (Ll und L2) und die Kapazitäten (Cl und C2) für Eichzwecke von Hand einstellbar sind.

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