DE2451278A1

DE2451278A1 - Vorrichtung und verfahren zur ausloeschung akustischer rueckkopplung

Info

Publication number: DE2451278A1
Application number: DE19742451278
Authority: DE
Inventors: Saad Zaghloul Mohamed Gabr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-24
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: ATA855374A; NL7413938A; DE2451278C2; AT337280B; FR2290814A1; FR2290814B1

Description

DIPL.-ING. O. R. KRETZSCH MAR

2 HAMBURG 1 BEIM STROHHAUSE PATENTAiSIWAI-T ru F 04O/24 67 43

25. Oktober 197»+ Al - 4746

Saad Zaghloul Mohamed Gabr
81 Old Dover Road
Canterbury, Kent (England)

Anwaltsakte: 4746

Vorrichtung und Verfahren zur Auslöschung akustischer Rückkopplung

Die Erfindung betrifft eine aus einer elektrischen Schaltung bestehende Vorrichtung zur Auslöschung akustischer Rückkopplung, die in Verbindung mit schalltechnischen Maßnahmen die Auslöschung von sowohl akustischer Rückkopplung als auch von Neben- oder Störgeräuschen gestattet und auf Tonfrequenz-Nachrichtensysteme, Fernmeldesysteme, Tonfrequenz-Wiedergabeeinrichtungen und Lautsprecheranlagen anwendbar ist.

Die bei Systemen und Einrichtungen der vorgenannten Art auftretende akustische Rückkopplung kann drei Ursachen haben:

Die erste Ursache, welche als direkte akustische Rückkopplung bezeichnet werden kann, ist auf Schall zurückzuführen, welcher das Mikrofon von einem Lautsprecher auf dem Wege direkter Luftschallübertragung erreicht.

Die zweite Ursache, welche sich Körperschall-Rückkopplung . bezeichnen läßt, geht zurück auf Schall, welcher aufgrund von Schwingungen mechanischer Bauteile wie z.B. des Mikrofon- und Lautsprechergehäuses, der in Verbindung mit den Schall-

KONTENi DRESDN ER BANK, KONTO-NR. 9229371 ■ POSTSCHECK HAMBURG NR. 193766-208

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wandlern in Mikrofon und Lautsprecher stehenden mechanischen Teile und Halterungen, sowie Gehäusen oder Stativen für dieselben zur Membran oder zu den Membranen des einen oder der mehreren verwendeten Mikrofone gelangt.

Die dritte Ursache ist indirekte akustische Rückkopplung aufgrund von Schall, der nach Reflexion an Gegenständen wie z.B. um das System herum befindlichen Wänden, Einrichtungsgegenständen usw. auf das Mikrofon fällt.

Durch die Erfindung sollen nunmehr eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Auslöschung akustischer Rückkopplung mit Unterdrückung von Störgeräuschen geschaffen werden, welche in Verbindung mit akustischen Maßnahmen die Beseitigung der auf alle drei genannten Ursachen zurückzuführenden akustischen Rückkopplung gestatten.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung zur Auslöschung akustischer Rückkopplung ist gekennzeichnet durch eine zur Verarbeitung eines erwünschte und unerwünschte Komponenten enthaltenden ersten und zweiten Signals dienende erste Schaltung, vermittels welcher ein im wesentlichen nur aus den unerwünschten Komponenten bestehendes drittes Signal erzeugbar ist, und eine zweite Schaltung, vermittels welcher eine unerwünschte Komponente aus einem eine erwünschte und eine unerwünschte Komponente enthaltenden vierten Signal mit Hilfe des dritten Signals auslöschbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet insbesondere die Ausscheidung von Störsignalen aus elektrischen Mikrofonausgangssignalen, indem aus den Störsignalen zwei Signale von im wesentlichen konstanter Phasenbeziehung im ganzen Frequenzbereich, jedoch nicht notwendigerweise gleicher Amplitude hergeleitet und in zwei Störkomponentensignale mit einer Phasenversetzung von im wesentlichen 180° und im wesentlichen

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gleicher Amplitude umgesetzt werden, die beiden Störkomponentensignale durch Zusammensetzen zur gegenseitigen Auslöschung gebracht werden und ein von Störsignalen aufgrund akustischer Rückkopplung im wesentlichen freies, stabilisiertes Schallsignal erzeugt wird.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit ganz allgemein ein erstes und ein zweites Signal, welche jeweils eine erwünschte und eine unerwünschte Komponente enthalten, zu einem im wesentlichen nur von den unerwünschten Komponenten hergeleiteten dritten Signal verarbeitet, und dieses dritte Signal wird zur Auslöschung einer unerwünschten Komponente in einem eine erwünschte und eine unerwünschte Komponente enthaltenden vierten Signal umgesetzt.

Das dritte Signal wird dadurch erhalten, daß das erste und das zweite Signal in der Weise zusammengesetzt werden, daß die erwünschte Komponente ausgelöscht wird. Somit stellt das dritte Signal ein reines Stör- und/oder Echosignal dar. Wenn die erwünschten Komponenten von erstem und zweitem Signal gleich sind und die unerwünschten Komponenten zueinander und zur erwünschten Komponente phasenversetzt sind, lassen sich diese einfach subtrahieren, indem das eine Signal um 180° phasengedreht wird,und dann die Signale zusammengefaßt werden. Signale dieser Art können beispielsweise von einem Mikrofon erhalten werden, das zwei elektroakustische Schallwandler mit schallempfindlichen Elementen aufweist, die in gleichem Maße dem Nutzschall ausgesetzt sind, indem sie unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Die Ungleichheit der unerwünschten Komponenten ist zurückzuführen auf die unterschiedlichen und möglicherweise schwankenden Herkunftsquellen. Das erste und das zweite Signal lassen sich jedoch in beliebiger Weise herleiten, wobei entsprechend der Erfindung auch möglich ist, das eine oder die beiden Signale vor der Zusammenfassung in ihrer Phase und/oder Amplitude

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zu verändern, um die Signale in eine geeignete Form zu bringen.

Das Nutzschallsignal, welches hauptsächlich nur aus der erwünschten Komponente besteht„ läßt sich dann erhalten aus dem vierten Signal durch eine weitere Zusammenfassung im Anschluß an die Aufbereitung des dritten oder vierten Signals oder beider Signale, vermittels welcher falls erforderlich die unerwünschte Komponente des vierten Signals dem dritten Signal amplitudengleich und in der Phase entgegengesetzt wird» Wenn erstes und zweites Signal die beschriebene Form aufweisen_s lassen sie sich einfach addieren, so daß die Amplitude der erwünschten Komponente im vierten Signal effektiv verdoppelt und die resultierende unerwünschte Komponente notwendigerweise um 90° gegenüber dem dritten Signal phasenversetzt ist» Dann ist lediglich nur noch eine Phasendrehung um 90 in Verbindung mit einer entsprechenden Verstärkung oder Abschwächung vor der Zusammenfassung von drittem und viertem Signal erforderlich_s um das gewünschte Ausgangssignal zu erhalten. Offensichtlich kann das vierte Signal aus dem ersten oder dem zweiten Signal oder auch aus einem vollkommen unabhängigen Signal bestehen, welches von einem getrennten Mikrofon erhalten wird. Zur Erzielung der angestrebten Auslöschungsbeziehung zwischen drittem und viertem Signal werden die Phase und/oder die Amplitude eines oder beider Signale vor Zusammenfassung der beiden Signale zu dem gewünschten Ausgangssignal entsprechend eingestellt. Zur Phasen- und Amplitudeneinstellung und zum Zusammenfassen der verschiedenen Signale können herkömmliche Schaltungen verwendet werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen die effektive Auslöschung von Neben- oder Störgeräuschen und akustischer Rückkopplung in Mikrofonausgängen, und zur Erzielung bester Ergebnisse werden diese elektrischen

Schaltungen mit mechanischen oder physikalischen Maßnahmen kombiniert, welche beispielsweise in einer weiteren, gleichzeitig eingereichten Anmeldung des gleichen Anmelders mit dem Titel "Mikrofon" beschrieben sind. Zu diesem Zweck weisen die verwendeten beiden Mikrofone vorzugsweise identische schallempfindliche Elemente oder innerhalb des Gehäuses in unmittelbarer Nachbarschaft unabhängig voneinander gelagerte Membranen auf, wodurch sich im wesentlichen gleiche Ausgangssignale aufgrund von Gehäuseschwingungen und einfallenden Nebengeräuschen, sowie Echo erzeugen lassen. Vorzugsweise wird die direkte akustische Rückkopplung weitgehend verringert dadurch, daß die Fortpflanzungsrichtung der von den Lautsprechern ausgehenden Schallwellen parallel den beiden Seiten jeder Mikrofonmembran gemacht wird, so daß das durch Membranbewegung erzeugte Ausgangssignal im wesentlichen frei ist von Komponenten, die auf diese unmittelbar übertragenen Schallwellen zurückzuführen sind. Außerdem kann Körperschall-Rückkopplung durch den in der genannten weiteren Anmeldung beschriebenen laminierten oder Werkstoffverbund-Gehäuseaufbau auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die Kombination dieser Maßnahmen mit der Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Auslöschung akustischer Rückkopplung führt zu einer nahezu vollständigen Unterdrückung sämtlicher genannter Formen akustischer Rückkopplung.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, in welcher

Fig. 1 ein schematischer Blockschaltplan einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung in Verbindung mit einer Wandlereinheit ist und

Fig. 2-5 schematische grafische Darstellungen von Phase und Amplitude von in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Signalen sind.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Verbindung mit einer Wandlereinheit dargestellt, welche aus einem oder mehreren Lautsprechern besteht, hier jedoch Lediglich durch einen einzigen Lautsprecher 12 und zwei Mikrofone angedeutet ist, welche jeweils ein oder zwei schallempfindliche Elemente 14 und 16 aufweisen. Mikrofon und Lautsprecher können in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet und auch in der hier dargestellten Weise in einem einzigen Gehäuse 10 untergebracht sein. Die in Fig. 1 dargestellte gegenseitige Lage von Lautsprecher 12 und Mikrofon 14, 16 ist nur schematisch; in der Praxis werden Lautsprecher und Mikrofon in der Weise angeordnet und befestigt, daß die vorstehend beschriebene akustische Rückkopplung weitgehendst verringert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Ausgänge der schallempfindlichen Elemente 14 und 16 des Mikrofons an eine Summierschaltung 20 und eine Subtraktionsschaltung 22 angelegt, wobei beide Schaltungen jeweils aus einem Übertrager oder einem Differentialverstärker bestehen können. Die addierten bzw. subtrahierten Ausgangssignale durchlaufen dann eine Phasen- und Amplituden-Einstell- oder Steuerschaltung 24 bzw. 26 und werden dann in einer weiteren Schaltung 26 einfach oder wiederholt addiert. Die Schaltung 26 kann wie hier dargestellt aus einem Verstärker bestehen, welcher ein zur weiteren Übertragung bestimmtes elektrisches Ausgangssignal liefert. Die Schaltungen 20 - 26 sind jeweils von bekannter Ausführung und vorzugsweise einstellbar, um entweder eine Festwert-Voreinstellung oder eine Steuerung von außen zu gestatten.

Der Ausgang der dargestellten Vorrichtung und der Eingang zum Lautsprecher 12 und dem diesem vorgeschalteten Verstärker 28 können ggf. über eine Gabelschaltung 30 miteinander verbunden sein, welche über eine Leitung mit einer entfernt angeordneten, gleichartigen Vorrichtung verbindbar ist.Außer-

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dem kann wie dargestellt eine automatische Verstärkerregelung 32 zur Steuerung des Ausgangs- oder Lautsprecherverstärkers 2 8 vorgesehen sein.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 1 sei nun anhand der grafischen Darstellungen in den Figuren 2-5 veranschaulicht. Die beiden Mikrofonelemente IM- und 16 erzeugen die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausgangssignale, welche jeweils eine erwünschte Komponente oder Signal S enthalten, die bzw. das auf ein an einer von der Vorrichtung entfernten Stelle erzeugtes Schallereignis zurückzuführen ist, welches typischerweise aus der Rede eines Sprechers besteht. Die Signale S der Mikrofonausgänge lassen sich in jeder Hinsicht als effektiv gleich betrachten. Außerdem -enthält jedes Ausgangssignal eine unerwünschte Komponente oder Geräusch aufgrund von Schall, der vom Lautsprecher herrührt. Die Störkomponenten oder -anteile N^, N„ unterscheiden sich in ihrer Phase und Amplitude voneinander und von den Signalen S in der hier angedeuteten Weise.

In den beiden Schaltungen 20 und 22 werden die beiden Mikrofonausgangssignale jeweils addiert bzw. subtrahiert. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 20 ist in Fig. 4 dargestellt und besteht aus dem effektiv amplitudenverdoppelten Signal S und einem Störsignal N₁₊₂, das aus der Resultierenden der Storkomponenten N. und N„ gebildet ist. Das Signal S ist im Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 2 2 praktisch nicht vorhanden, und dieses enthält entsprechend der Darstellung von Fig. 5 lediglich ein resultierendes Geräuschsignal N₁ «. Die Mikrofonausgangssignale sind somit analysiert, wobei die Komponente N_1-2, welche ein im wesentlichen reines Geräuschsignal darstellt, abgetrennt worden ist. Das von jedem Mikrofonwandler abgegebene Signal läßt sich somit von seiner Störkomponente befreien, wenn das am Ausgang der Subtraktionsschaltung 22 erscheinende reine Geräuschsignal

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in bezug auf Phase und Amplitude derart aufbereitet wird, daß es gleich ist der Störkomponente. In der Praxis kann davon ausgegangen werden, daß die reine Störsignalkomponente ein praktisch unverändertes Verhältnis zu den Störkomponentensignalen N₁, N₂ und zu dem Störsummensignal N.₊„ auf

_{1 2}

weist, welches natürlich um 90 dazu phasenversetzt ist. Dieses Signal läßt sich daher mühelos verarbeiten und praktisch gleich groß machen einem der Signale NL , N„ oder

Bei der hier dargestellten Vorrichtung wird das resultierende Störsignal KL « verstärkt und in der Steuerschaltung 24 um 90° phasenversetzt, so daß es gegenüber dem ursprünglichen resultierenden Störsigaal N₁₊₂ um 180° phasenversetzt ist. Dieses phasenversetzte Signal wird dann in der Verstärkerschaltung 2 6 mit dem Ausgangssignal der Summierschaltung 20 zusammengefaßt, d.h. addiert. Die Verstärkung und Phasenverschiebung kann natürlich zusätzlich oder stattdessen auch am Ausgang der Summierschaltung 20 durchgeführt werden, um am Eingang der Verstärkerschaltung 26 Signale des gewünschten gegenseitigen Verhältnisses zu erhalten. Zwischen der Summierschaltung 20 und der Verstärkerschaltung kann außerdem wie in Fig. 1 dargestellt zu diesem Zweck eine zweite Phasen- und Amplituden-Einstell- oder Steuerschaltung 2H vorgesehen sein. Der Ausgang der Verstärkerschaltung 26 ist ein gemeinsames Mikrofonausgangssignal, das praktisch vollkommen frei ist vqn Storkomponenten aufgrund von Lautsprecherstörungen .

- Patentansprüche: -

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Claims

Patentansprüche :

Vorrichtung zur Auslöschung akustischer Rückkopplung, gekennzeichnet durch eine zur Verarbeitung eines erwünschte und unerwünschte Komponenten enthaltenden ersten und zweiten Signals dienende erste Schaltung (22), vermittels welcher ein im wesentlichen nur aus den unerwünschten Komponenten bestehendes drittes Signal erzeugbar ist, und eine zweite Schaltung (26), vermittels welcher eine unerwünschte Komponente aus einem eine unerwünschte und eine erwünschte Komponente enthaltenden vierten Signal mit Hilfe des dritten Signals auslöschbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung aus einer zum Subtrahieren von erstem und zweitem Signal mit im wesentlichen amplituden- und phasengleichen erwünschten Komponenten und gegenüber den erwünschten Komponenten phasenversetzten, sowie zueinander amplituden- und/oder phasenversetzten unerwünschten Komponenten dienenden Subtraktionsschaltung (22) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Summieren von erstem und zweitem Signal und Erzeugen des vierten Signals dienende dritte Schaltung (20), und eine zur Phasenverschiebung des dritten oder vierten Signals um 90° und damit gegenseitigen Phasenversetzung des dritten Signals zur unerwünschten Komponente des vierten Signals um 180° dienende vierte Schaltung (24) vorgesehen sind und die zweite Schaltung (26) für das Summieren von drittem und viertem Signal ausgelegt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Herleiten des vierten Signals aus erstem oder zweitem Signal oder 'beiden Signalen gernein-

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sam dienende Schaltung vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (22) aus einem Übertrager besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (22) aus einem Differentialverstärker besteht.
7. Verfahren zur Auslöschung akustischer Rückkopplung, insbesondere zur Ausscheidung von Störsignalen aus elektrischen Mikrofonausgangssignalen, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Störsignalen zwei Signale von im wesentlichen konstanter Phasenbeziehung im ganzen Frequenzbereich, jedoch nicht notwendigerweise gleicher Amplitude hergeleitet und in zwei Störkomponentensignale mit einer Phasenversetzung von im wesentlichen 180° und im wesentlichen gleicher Amplitude umgesetzt werden, die beiden Störkomponentensignale durch Zusammensetzen zur gegenseitigen Auslöschung gebracht werden und ein von Störsignalen aufgrund akustischer Rückkopplung im wesentlichen freies, stabilisiertes Schallsignal erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites Signal, welche jeweils eine erwünschte und eine unerwünschte Komponente enthalten, zu einem im wesentlichen nur von den unerwünschten Komponenten hergeleiteten dritten Signal verarbeitet werden und dieses dritte Signal zur Auslöschung einer unerwünschten Komponente in einem eine erwünschte und eine unerwünschte Komponente enthaltenden vierten Signal eingesetzt wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites Signal so abgestimmt werden, daß ihre erwünschten Komponenten im wesentlichen amplituden- und phasengleich, und ihre unerwünschten Komponenten phasenversetzt gegenüber den erwünschten Komponenten und zueinander amplituden- und/oder phasenversetzt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal durch Addieren von erstem und zweitem Signal hergeleitet wird, das zusammengesetzte Signal und/ oder das vierte Signal phasenversetzt und ggf. derart verstärkt oder abgeschwächt wird(werden ), daß beim Zusammensetzen von drittem Signal mit dem vierten Signal die unerwünschte Komponente des vierten Signals ausgelöscht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal durch das erste oder das zweite Signal gebildet oder aus einem dieser beiden Signale hergeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß das vierte Signal aus dem ersten und dem zweiten Signal hergeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der akustischen Rückkopplung-sauslöschung die Verfahrensschritte wenigstens einmal wiederholt werden.

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