DE2747821A1 - Verstaerkeranordnung fuer akustische signale mit mitteln zum unterdruecken unerwuenschter stoersignale - Google Patents

Verstaerkeranordnung fuer akustische signale mit mitteln zum unterdruecken unerwuenschter stoersignale

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DE2747821A1
DE2747821A1 DE19772747821 DE2747821A DE2747821A1 DE 2747821 A1 DE2747821 A1 DE 2747821A1 DE 19772747821 DE19772747821 DE 19772747821 DE 2747821 A DE2747821 A DE 2747821A DE 2747821 A1 DE2747821 A1 DE 2747821A1
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    • H04R25/00Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/45Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H04R25/453Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback electronically

Description

J PHN.
i.V. Philips1 e:-^,:;:.:;^,;^. Eindhoven 3
"Verstärkeranordnung für akustische Signale mit Mitteln zum Unterdrücken unerwünschter Störsignale11.
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Verstärkeranordnung für akustische Signale mit Mitteln zum Unterdrücken unerwünschter Störsignale mit einem Hochpassfilter, das einen Teil des zu verstärkenden Signals zum Liefern eines Regelsignals abscheidet, womit der Verstärkungsgrad der Anordnung i-ückgeregelt wird.
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Eine derartige Verstärkeranordnung, die zum Aufzeichnen von Sprachsignalen gemeint ist, ist aus der britischen Patentschrift 1.228.795 bekannt. Da Zischgeräusche in Sprachsignalen unerwünscht sind, ist diese Anordnung mit einem Diskriminator versehen, der beim Auftritt dieser Zischgeräusche ein Rückregelsignal zum Endverstärker abgibt, wodurch die Zischgeräusche verschwinden.
Der Diskriminator enthält dazu ein Hochpassfilter, dessen Grenzfrequenz auf 6OOO Hz liegt.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe,
Störsignale, die durch akustische Rückkopplung entstehen - sogenannte Rückkopplungssignale - zu unterdrücken.
Dieses Rückkopplungssignal kann bei verschiedenen Frequenzen, beispielsweise zwischen 800 und 10.000 Hz auftreten und zwar abhängig von der akustischen Rückkopplungsstrecke, die das Signal zurücklegt. Solte nun die genannte bekannte Anordnung durch Senkung der Grenzfrequenz des Hochpassfilters zugleich zum Unterdrücken der Rückkopplung verwendet werden, so stellt es sich heraus, dass dies in der Praxis zwar möglich ist, aber nicht ohne Verlust der Klangfarbe der Zischgeräusche in dem zu verstärkenden akustischen Signal.
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Wird die akustische Rückkopplung durch ein derartiges Zischgeräusch verursacht, so wird die Verstärkung während der ganzen Zeitdauer dieses Zischgeräusches zurückgeregelt sein. Beim auftretenden Zischgeräusch, beispielsweise in dem Wort "scheveningen" beträgt diese Zeit mehr als 600 ms. Es dürfte einleuchten, dass in einem derartigen Fall die Klangfarbe des zu verstärkenden akustischen Signals stark beeinflusst wird.
'Die Erfindung bezweckt nun, mit einer
sehr schnellen Regelung, die die Klangfarbe des Signals praktisch nicht beeinträchtigt, die akustische Rückkopplung derart zu beschränken, dass die Rückkopplungsschwingung unterhalb eines bestimmten Lautstärkepegels bleibt, d.h. dass diese akustische Rückkopplung von einem Zuhörer nicht als belästigend erfahren oder sogar überhaupt nicht wahrgenommen wird.
Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf,
dass der Ausgang des Hochpassfilters mit einem Periodizitätsdetektor verbunden ist, der zwischen Signalen mit regelmässiger Periodizität und denen mit unregelmässigem Charakter wie Rausch- oder Sprachsignale einen Unterschied macht, wobei das genannte Regelsignal dem Ausgang des Periodizitätsdetektors entnommen wird.
Ein Periodizitätsdetektor, wie dieser beispielsweise in I.P.O.Annual Progress Report, Nr. 5,
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1970, Seiten 188-197 beschrieben worden ist, wird für Sprachanalyse verwendet und kann auf sehr schnelle Veise - in der Grössenordnung einiger Millisekunden signifikante periodische Signale von unregelraässigen Signalen unterscheiden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein dei^artiger Periodizitätsdetektor zum Feststellen ob eine elektroakustische Verstärkeranlage zur akustischen Rückkopplung neigt, durchaus geeignet ist.
Ein derartiger Detektor bietet die Möglichkeit, dass die Regelung derart schnell einsetzt, dass das weiter Anwachsen einer akustischen Rückkopplungsschwingung vermieden und die Klangfarbe des zu verstärkenden Signals nicht beeinträchtigt wird.
Im Gegensatz zu dem, was mit der bekannten Anordnung nach der genannten britischen Patentschrift erreicht werden kann, wird in der erfindungsgemässen Anordnung die Regelung nur einsetzen, wenn eine Neigung zur akustischen Rückkopplung entsteht, während in der erstgenannten Anordnung jede übermässige Erzeugung von hohen Tönen zu einer Rückregelung der Verstärkung führt.
Der obengenannte bekannte Periodizitätsdetektor ist mit zwei Spitzendetektorkreisen ausgebildet, die·untereinander eine stark verschiedene Zeitkonstante
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aufweisen. Sie arbeiten wechselweise mittels einer logischen Schaltung, wobei eine einzelne Frequenz mit einer Genauigkeit von 10$ bestimmbar ist. Diese Bestimmung erfolgt nach Messung nur zwei regelmässig aufeinanderfolgender Perioden, aber die Praxis hat gezeigt, dass für eine zuverlässige Messung eines akustischen Rückkopplungssignals diese Anzahl vorzugsweise auf beispielsweise 5 Perioden erhöht werden kann.
.Da dieser Periodizitätsdetektor sich für einen Frequenzbereich von 800 Hz bis 4000 Hz eignet, ist die dazu erforderliche Zeit weniger als 6 Millisekunden.
Da die Rückregelzeit des Verstärkers ebenfalls sehr klein, beispielsweise 2 Millisekunden sein kann, weist die erfindungsgemässe Verstärkeranordnung den Vorteil auf, dass das Auftreten einer akustischen Rückkopplung auf weniger als 0,01 Sekunde beschränkt bleiben kann. Diese Zeit ist zu kurz um diese akustische Rückkopplung zu belästigenden Werten ansteigen zu lassen.
Wenn die akustische Rückkopplung einsetzt, wird die elektroakustische Verstärkeranordnung als Oszillator wirksam.
Die akustische Rückkopplungsschwingung weist dann eine immer grosser werdende Amplitude auf.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung enthält der Periodizitätsdetektor einen einfachen Spitzendetektor, dessen Zeitkonstante der der Grenzfrequenz des Hochpassfilters nahezu entspricht, welcher Spitzendetektor einem logischen Kreis eine Anzahl Impulse liefert, deren Lage der der Spitzen des akustischen Rückkopplungssignals entspricht, welcher Kreis eine Anzahl Zeittore enthält, wodurch in nahezu gleichen Zeitabständen liegende Impulse zu einer Zählanordnung weitergeleitet werden, die nach Empfang mindestens vier dieser Impulse einen Schalter in einem Regelkreis betätigt, wodurch der Verstärkeratiordnung das genannte Regelsignal abgegeben wird.
Die Verstärkeranordnung nach der Erfindung ist ausser für Saälverstärkung durchaus verwendbar in Aufrufanlagen, Handfernsprechern und Hörgeräten.
Bei Saälverstärkung haben das Mikrophon
und der Lautsprecher im allgemeinen eine feste Lage im Saal.
Dann sind die akustischen Eigenschaften
in der akustischen Rückkopplungsstrecke zwischen Lautsprecher und Mikrophon nahezu konstant. Die akustische Rückkopplung erfolgt dann meistens bei nur einer Frequenz, die meistens in der Nähe von 2Ö00 Hz liegt.
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Besonders gute Resultate wurden erreicht mit den sogenannten Handhörgeräten bzw. Hörverstärkern, wobei das Mikrophon und der Verstärker in die Muschel eines Kopfhörers angeordnet sind. Dieser Apparatur wird im Bedarfsfall gegen das Ohr gedrückt.
Wenn der Apparat lose vom Ohr ist, tritt akustische Rückkopplung auf, wobei jede Bewegung des Apparates die akustische Rückkopplungsstrecke ändern lässt, wodurch Änderungen in der Rückkopplungsfrequenz entstehen, die sogar einen Paktor 5 überschreiten können.
Die Frequenzsprünge liefern jedoch keine
Schwierigkeiten auf, da die Suchzeit nach der Periodizität in diesem Fall durch eine Zeiteinstellanordnung (timer) überbrückt wird. Dabei ist zwischen dem Zähler und dem Schalter eine Zeitverzögerungsschaltung vorgesehen, deren Verzögerungszeit um viele Male grosser ist als die minimal erforderliche Zeit um den Zähler in die Endstellung zu bringen, wodurch nach Beendigung des periodischen Rückkopplungssignals der Schalter während dieser Verzögerungszeit nach wie vor geschlossen ist.
An Hand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Diese Zeichnung zeigt eine,schematische Darstellung einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung.
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Die Verstärkeranordnung gehört zu einem zogenannten Taschenhörgerät und besteht aus einem Vorverstärker 1 und einem Endverstärker 2, die beide ein Ganzes bilden können. Ein Mikrophon 3 ist an den Eingang des Vorverstärkers 1 angeschlossen; ein Lautsprecher h ist an den Ausgang des Endverstärkers 2 angeschlossen.
Durch die gestrichelte Linie 5 ist die akustische Rückkopplung zwischen dem Lautsprecher k und dem Mikrophon 3 angegeben.
Wenn akustischer Rückkopplung auftritt,
wird die Verstärkung des Vorverstärkers 1 durch den damit verbundenen Regelkreis 6 rückgeregelt.
Ein Teil des Ausgangssignals des Vorverstärkers 1 wird durch ein Hochpassfilter 7 gefiltert, dessen Grenzfrequenz 800 Hz beträgt. Danach wird dieses Signal vom Verstärker 8 wenig verstärkt und dem Spitzen— detektorkreis 9 zugeführt. Dieser Spitzendetektorkreis besteht aus dem Operationsverstärker 10, der Diode 11, dem Kondensator 12 und dem Widerstand 13- Die Diode 11 sorgt dafür, dass der Kondensator 12 sich spontan auf den Spitzenwert jeder Signalspitze am + - Eingang des Operationsverstärkers 10 entlädt. Danach wird der Kondensator 12 allmählich über den Widerstand I3 entladen.
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Das RC-Produkt des Kondenators 12 und des Widerstandes 13 - folglich die Zeitkonstante des Spitzendetektorkreises - beträgt beispielsweise etwa 1,2 rasek.
Die detektierte Spannung am Kondensator 12
wird danach über den Spannungsfolger ]h dem Transistor zugeführt, der einen Teil des Regelkreises 6 bildet und für die Lieferung des Rückregelstromes zum Vorverstärker 1 sorgt.
Dies erfolgt jedoch erst dann, wenn tatsächlich eine Periodizität des Rttckkopplungssignals festgestellt vurde. In dem Augenblick wird der aus einem Feldeffekttransistor bestehende Schalter 16, der einen Teil des Regelkreises 6 bildet, geöffnet.
Die Feststellung der Periodizität des Rückkopplungssignals geschieht wie folgt.
Hinter dem Operationsverstärker 10 befindet sich ein monostabiler Multivibrator 17« Nach jeder detektierten Signalspitze sperrt die Diode 11 und es entsteht ein Spannungssprung am Ausgang des Operationsverstärkers 10, wodurch der monostabile Multivibrator kippt. Dieser liefert Impulse mit einer Breite von beispielsweise 8 /us, die bei einem rauschförmigen Eingangssignal unregelmässig und bei einem periodischen Eingangssignal zeitlich regelmässig verteilt sind.
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Die Aufgabe des Periodizitätsdetektors ist, diesen Unterschied zu ermitteln und r/,w einem Zähler zu übertragen.
Die 8 /us-Impulse werden mittels einer
Anordnung 18 in eine Sägezahnspannung umgewandelt, wobei die Zeitdauer der Impulse lange genug ist um den Kondensator 19 der Anordnung 18 über den Transistor 20 völlig zu entladen.
■Danach wird der Kondensator 19 linear aufgeladen und zwar durch eine Konstantstromquelle 21, die im wesentlichen aus einem Feldeffekttransistor besteht.
Die Anordnung 18 erzeugt eine sägezahnförmige Schwingung, deren aufeinanderfolgende Amplituden bei Rauschen stark verschieden sind und bei einem periodischen Signal mit der Periode T alle gleich sind.
Als Kriterium für ein periodisches Signal wird nun bestimmt, dass die Amplitude jedes Sägezahnes etwa 10% von der Vorhergehenden abweichen darf.
Damit dies ermittelt wird, werden die sägezahnförmigen Schwingungen über den Transistor 22 in dem sägezahnumhüllende Kondensator 23 gespeichert, der durch eine konstante Gleichstromquelle Zh nur langsam entladen wird.
Dies erfolgt derart, dass bei rein periodischen Impulsen mit einer Wiederholungszeit T
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der Transistor 22 leitend wird und zwar zu dem Zeitpunkt, wo 905O der Zeitdauer T verlaufen ist.
In dem Augenblick wird eine Zeiteinstellanordnung (timer) 25 getriggert, die das UND-Tor 26 öffnet. Dieses Tor ist als "Zeitfenster" wirksam. Abhängig von der Spannung an dem Sägezahnunihüllende-Kondensator 23» also abhängig von der Periodendauer T, bleibt das Tor 26 geöffnet, bis nach einer Zeitdauer 1,1 T die Anordnung 25 sich spontan zurückschaltet und das UND-Tor 26 sich schliesst.
Dieses Tor ist maximal von 0>9 bis 1,1 T, also während einer Zeitdauer von 0,2 T geöffnet.
Das UND-Tor 26 erhält zugleich 8 /us-Impulse vom Multivibrator 17· Ist innerhalb des Zeitintervalls von 0,2 T ein 8 /us-Impuls vorhanden, so wird dieser Impuls vom UND-Tor 26 durchgelassen als sogenannter "periodischer Impuls", der dem S-Eingang eines 4-Zählers zugeführt wird. Zugleich werden diese Impulse der Anordnung 25 zugeführt, die dadurch rückgerstellt wird. Zwischen der Anordnung 25 und dem Zähler 27 liegen das ODER-Tor 28 und das UND-Tor 26, die dafür sorgen, dass der Zähler 27 rückgestellt wird wenn a) innerhalb der Zeitdauer 0-0,9 T ein frühzeitiger 8 /us-Impuls auftreten sollte und b) innerhalb der Zeitdauer (0,9 - 1,1)Τ kein 8 /us-Impuls vorhanden wäre. Im Fall b) kippt die
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Anordnung 25 dann spontan zurück und das UND-Tor 26, also das Zeitfenster, wird geschlossen.
Die Praxis hat gezeigt, dass für einen
eindeutigen Unterschied zwischen einem rauschförmigen und einem periodischen Signal mit dem obengenannten Kriterium von 10^ Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Perioden mit 5 Perioden eine ausreichende Diskrimination erreicht wird, wodurch die Verwendung eines 4-Zählers 27 ausreicht.
Das Kriterium von "\Q°/o ist empirisch als
Kompromiss ermittelt worden. Bei einem höheren Prozentsatz hat sich herausgestellt, dass es weniger Diskrimination zwischen dem akustischen RUckkopplungssignal und einem rauschförmigen oder Sprachsignalgibt; während bei einem niedrigeren Prozentsatz der Periodizitätsdetektor der einzelnen periodischen Frequenz weniger gut folgen kann.
Die Anzahl von 5 Perioden ist vorausgesetzt um mit Gewissheit zu ermitteln, dass tatsächlich ein periodisches Signal beim Rückkoppeln vorhanden ist.
Beim Erreichen der Endstellung des Zählers 2J wird der Flip-Flop 30 gekippt, der den Schalter 16 umschaltet, wodurch der Regelkreis 6 den Rückregelstrom zum Vorverstärker 1 liefern kann und der Verstärkungsgrad zurückgeregelt wird.
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Wenn der Zähler 27 in die Ausgangslage gebracht ist, während der Flip-flop umgekippt ist, wird solange die Zählstellung kleiner ist als h eine Verriegelung der Zeiteinstellanordnung (timer) 31 über das UND-Tor 32 zum Eingang aufgehoben.
Die Anordnung 31 hat eine eingebaute
Verzögerungszeit von etwa 0,5 Sekunden. Erreicht der Zähler 27 innerhalb dieser Zeit wieder die Endlage, und zwar dadurch, dass abermals eine Periodizität im akustischen Rückkopplungssignal gefunden wurde, so wird die Anordnung 31 frühzeitig in die verriegelte Nullstellung gebracht, weil der Flip-Flop 30 noch nicht zurückgekippt ist.
Auf diese Weise ist der Schalter 16 im Rückregelkreis 6 nach wie vor geschlossen.
Wenn der Flip-Flop 30 einmal umgekippt ist, fängt die Anordnung 31 jedesmal an der Verzögerungszeit an wenn der Zähler 27 zurückgestellt wird. Auf diese Weise wird die Suchzeit nach einer anderen Periodizität überbrückt und der Vorverstärker 1 ist nach wie vor zurückgeregelt trotz etwaiger grosser FrequenzsprUnge im akustischen Rückkopplungssignal.
Wird innerhalb einer halben Sekunde keine neue Periodizität gefunden und zwar dadurch,
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dass die akustische Rückkopplung aufhört, erreicht der Zähler 27 nicht die Eridstellung und die Anordnung 3I kann die volle Verzögerungszeit von 0,5 Sekunden erreichen.
In dem Augenblick wird der Flip-Flop 30 zurückgestellt, der seinerseits die Anordnung 31 in die verriegelte Nullstellung bringt. Der Schalter 16 wird geöffnet und der Rückregel strom fällt weg, wodurch die Verstärkung des Vorverstärkers 1 wieder maximal wird.
Die Rückregelung des Vorverstärkers kann Schrittweise durchgeführt werden. In dem Augenblick, wo der Zähler 5 gleiche Perioden im akustischen Rückkopplungssignal festgestellt hat und der Schalter folglich geöffnet wird, kann durch Einschaltung einer festen Dämpfung die Verstärkung um beispielsweise 10 dB zurückgeregelt werden. Wenn der Periodizitätsdetektor danach nach wie vor wirksam ist, d.h. der Zähler abermals 5 Perioden zählt, wird die Verstärkung um abermals eine Dämpfung von 10 dB zurückgeregelt. Dies kann solange weitergehen, bis der akustische Rückkopplungseffekt nicht mehr hörbar ist. Danach nimmt die Verstärkung wieder entsprechend einer Zeitkonstante von beispielsweise 1 Minute zu. . Selbstverständlich greift der Perxodizitätsdetektor wieder in dem Augenlick ein, wo die akustische
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Rückkopplungsschwingung eine bestimmte Grenze überschreitet.
P1Ur akustische Verstärkeranlagen in einem
Saal befinden sich das Mikrophon 3 und der Lautsprecher k meistens an festen Stellen. Dies bedeutet, dass die akustische Rückkopplungsstrecke dann nahezu konstant ist, Airas bei akustischer Rückkopplung meistens feste einzelne Rückkopplungsfrequenzen ergibt. Weil dabei keine Sprünge in den Rückkopplungsfrequeiizen auftreten, ist die Zeitüberbrückungsschaltung, - die aus der Anordnung 3I und dem Tor 32 besteht - überflüssig geworden,
Der 'I-Zähler 27 ist dann über den Flip-Flop unmittelbar mit dein Schalter 16 verbunden.
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Le e rs e 11 e

Claims (3)

  1. PHN. 8-581 11.5.77
    PATENTANSPRÜCHE;
    MV Verstärkeranordnung für akustische Signale mit Mitteln zum Unterdrücken unerwünschter Störsignale mit einem Hochpassfliter (7)» das einen Teil des zu verstärkenden Signals zum !liefern eines Regel signals abtrennt, womit der Verstärkungsgrad der Anordnung rückgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Hochpassfilters mit einem Periodizitätsdetektor verbunden ist, der einen Unterschied macht zwischen Signalen mit regelmässiger Periodizität und denen mit unregelraässigem Charakter - wie Rausch- oder Sprachsignale - wobei das genannte Regelsignal dem Ausgang des Periodizitätsdetektors entnommen wird.
  2. 2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Periodizitätsdetektor einen Spitzendetektor (IO..I3) enthält, dessen Zeitkonstante der Periodendauer der Grenzfrequenz des Hochpassfilters (7) nahezu entspricht und dass der Spitzendetektor eine Anzahl Impulse, deren Lage der der Spitzen des akustischen Rückkopplungssignals entspricht, einem logischen Kreis liefert, der eine Anzahl Zeittore enthält, wodurch in nahezu gleichen Zeitabstäiiden liegende Impulse zu einer Zählanordnung weitergeleitet werden, die nach Empfang mindestens vier
    809819/0681
    PHN.8581 Z 11.5.77
    dieser Impulse einen Schalter im Regelkreis betätigt, wodurch das genannte Regelsignal zur Veratärkeranordnung abgegeben wird.
  3. 3. Verstärkeranordnuvig nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zähler und dem Schalter eine Zeitverzögerungsschaltung vorgesehen ist, deren Verzögerungszeit um viele Male grosser ist als die minimal erforderliche Zeit um den Zähler in die End.stellung zu bringen, wodurch nach Beeindigung eines periodischen akustischen Rückkopplungssignals der Schalter wähi^end dieser Verzögerungszeit nach wie vor geschlossen ist.
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DE2747821A 1976-11-08 1977-10-26 Verstärkeranordnung für akustische Signale mit Mitteln zum Unterdrücken unerwünschter Störsignale Expired DE2747821C2 (de)

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