DE3209384A1 - Vorrichtung zur herabsetzung des rauschpegels in einem mit rauschen gemischten sprechsignal - Google Patents
Vorrichtung zur herabsetzung des rauschpegels in einem mit rauschen gemischten sprechsignalInfo
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- DE3209384A1 DE3209384A1 DE19823209384 DE3209384A DE3209384A1 DE 3209384 A1 DE3209384 A1 DE 3209384A1 DE 19823209384 DE19823209384 DE 19823209384 DE 3209384 A DE3209384 A DE 3209384A DE 3209384 A1 DE3209384 A1 DE 3209384A1
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Description
PHF.81526 *" 2 8.2.82
"Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschpegels in einem mit Rauschen gemischten Sprechsignal".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Herabsetzung des Rauschpegels in einem Eingangssignal, das durch ein mit Rauschen gemischtes Sprechsignal gebildet
wird.
Eine derartige Vorrichtung kann zur Verbesserung der HÖrbequernlichkeit in der Fernsprechverbindung zwischen
zwei in einer einen hohen Rauschpegel aufweisenden Umgebung anwesenden Gesprächsteilnehmern benutzt werden. Das Mikrophon
jedes Gesprächsteilnehmers liefert tatsächlich ein durch akustisches Rauschen erhaltenes Signal, das sich mit
dem Sprechsignal während in den Stillenintervallen zwischen den Silben der Sprache mischt und das Zuhören für den
anderen Gesprächsteilnehmer sehr erschweren kann.
Die Hörbequemlichkeit wird bereits in den die
^ alternierende automatische Steuerung verwendenden Kommunikationssystemen
verbessert. In diesen Systemen stexiert eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Sprache Schaltkreise
derart, dass die Verbindung zwischen dem Mikrophon eines Gesprächsteilnehmers und dem Telephon des anderen Gesprächs-
^ teilnehmers nur hergestellt wird, wenn ein Sprechsignal in
dem Signal des Mikrophons erkannt wird. Eine Vorrichtung dieser Art ist z.B. in der französchen Patentschrift
Nr.2.41O.923 beschrieben. Es sei aber bemerkt, dass die
alternierende automatische Steuerung, die verhindert, dass
" ein Gesprächsteilnehmer während der in den Perioden von
Stille das vom Mikrophon des anderen Gesprächsteilnehmers aufgefangene akustische Rauschen hört, keine einzige Verbesserung
während des Gesprächs für den Gesprächsteilnehmer ergibt, der dem anderen Gesprächsteilnehmer zuhört, wenn
das Gespräch in einer einen hohen Rauschpegel aufweisenden Umgebung geführt wird; dieser Gesprächsteilnehmer hört immer
der Sprache des anderen Gesprächsteilnehmers überlagertes
PHF.81526 " St} ' "- '-- '- ' '- :§s2,. 82 3209384
»f
akustisches Rauschen, insbesondere während der Stillenintervalle zwischen den Silben.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die
Hörbequemlichkeit zu verbessern.
Nach der Erfindung ist diese Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschpegels dadurch gekennzeichnet, dass
sie enthält: ein Sperrbandfilter,, das das Eingangssignal
empfängt und ein Frequenzband sperrt, das nahezu auf der mittleren Frequenz des ersten Formanten des Sprechsignals
zentriert ist und wenigstens einen Teil des Frequenzbandes
dieses ersten Formanten beansprucht; eine Detektorschaltung zum Detektieren des Ausgangssignals des Sperrbandfilters
mit einer grossen Zeitkonstante in der GrossenOrdnung der
Zeitkonstante der Änderung des mittleren Rauschpegels, und schliesslich eine veränderliche Schwellenschaltung, der ein
Schwellwertsignal zugeführt wird, das aus dem detektierten Signal gewonnen wird, und die derart betrieben wird, dass
sie die Änderungen des EingangsSignaIs überträgt, wenn
dieses Signal einen Absolutwert aufweist, der das genannte Schwellwertsignal überschreitet.
Mit der Vorrichtung nach der Erfindung stellt das von der Detektorschaltung gelieferte Signal auf richtige
Weise den mittleren Pegel des akustischen Rauschens dar, während die veränderliche Schwellenschaltung nur die
Änderungen diesen mittleren Rauschpegel überschreitender
Signale und insbesondere die Änderungen dex- Sprechsignale
während der Perioden von Sprache überträgt.
Urn den Effekt einer gewissen Amplitudenverzerrung, den die veränderliche Schwellenschaltung in dem Sprechsignal
hervorruft, praktisch zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, dass sich dieser Schwellenschaltung ein Tiefpass anschliesst,
der die oberhalb des normalen Frequenzbandes der Sprechsignale
liegenden Frequenzen sperrt.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung,
PHF.81526 JT ^ 8.2.82
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Kennlinie der veränderlichen Schwellenschaltung, die in der Vorrichtung
nach der Erfindung verwendet wird,
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des .
Ansprechens der veränderlichen Schwellenschaltung auf ein
sinusförmiges Eingangssignal, und
sinusförmiges Eingangssignal, und
Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform der
veränderlichen Schwellenschaltung.
veränderlichen Schwellenschaltung.
In Fig. 1 ist ein Mikrophon 1 dargestellt, das
sich in einer einen hohen Rauschpegel aufweisenden" Umgebung
befindet und ein ursprünglich akustisches Rauschsignal
liefert, das sich mit dem Sprechsignal eines vor dem Mikrophon sprechenden Gesprächsteilnehmers mischt. Das Bandpassfilter 2 stellt den vom Mikrophon selber und von einem
liefert, das sich mit dem Sprechsignal eines vor dem Mikrophon sprechenden Gesprächsteilnehmers mischt. Das Bandpassfilter 2 stellt den vom Mikrophon selber und von einem
gegebenenfalls hinter dem Mikrophon angeordneten Verstärker ausgeübtenFiltereffekt dar. Das Filter 2 liefert ein Signal
E, das z.B. ein Frequenzband von 50 bis 4θΟΟ Hz beansprucht und das das Eingangssignal ist, das von der Vorrichtung
zur Herabsetzung des Rauschpegels nach der Erfindung
E, das z.B. ein Frequenzband von 50 bis 4θΟΟ Hz beansprucht und das das Eingangssignal ist, das von der Vorrichtung
zur Herabsetzung des Rauschpegels nach der Erfindung
verarbeitet wird. Dieses Filter 3 beschränkt das Band des
Eingangssignals E auf ein für Sprechsignale normales Band,
d.h. z.B. 300 - 3000 Hz. In dem von dem Filter 3 gelieferten Signal Ve befindet sich also, mit dem Sprechsignal gemischt, ein von dem Mikrophon 1 aufgefangenes akustisches Rausch-
Eingangssignals E auf ein für Sprechsignale normales Band,
d.h. z.B. 300 - 3000 Hz. In dem von dem Filter 3 gelieferten Signal Ve befindet sich also, mit dem Sprechsignal gemischt, ein von dem Mikrophon 1 aufgefangenes akustisches Rausch-
sognal. Wenn das Signal Ve direkt zu dem entfernten
Gesprächsteilnehmer ausgesandt wird, kann letzterer sich
in Umständen befinden, in denen er die Sprache schwer empfangen kann. In den Kommunikationssystemen, in denen die
alternierende automatische Steuerung verwendet wird, wird
in Umständen befinden, in denen er die Sprache schwer empfangen kann. In den Kommunikationssystemen, in denen die
alternierende automatische Steuerung verwendet wird, wird
diese Situation in gewissem Masse verbessert, wie in der
Figur schematisch dargestellt ist, wird' dann eine Vorrichtung 4 zur Unterscheidung von Sprache verwendet, die aus dem vom Filter 3 gelieferten Signal Ve ein logisches Signal zur Steuerung der Unterbrecherschaltung 5 erzeugt. Diese Unterbrecherschaltung 5 kann die Aussendung des Signals Ve zu den entfernten Gesprächsteilnehmer unterbrechen oder herstellen. Die Vorrichtung 4 detektiert das Vorhandensein von Sprache
in dem Signal Ve und steuert das Schliessen des Unterbrechers
Figur schematisch dargestellt ist, wird' dann eine Vorrichtung 4 zur Unterscheidung von Sprache verwendet, die aus dem vom Filter 3 gelieferten Signal Ve ein logisches Signal zur Steuerung der Unterbrecherschaltung 5 erzeugt. Diese Unterbrecherschaltung 5 kann die Aussendung des Signals Ve zu den entfernten Gesprächsteilnehmer unterbrechen oder herstellen. Die Vorrichtung 4 detektiert das Vorhandensein von Sprache
in dem Signal Ve und steuert das Schliessen des Unterbrechers
PHF.8I526 k fo 8.2.82
-■ 5 nur dann, wenn ein Sprechsignal vorhanden ist. Auf diese
Weise ist is klar, dass der sich zur Stelle vor dem Mikrophon 1 befindende Gesprächsteilnehmer nicht spricht, der
entfernte Gesprächsteilnehmer gar kein ursprünglich akustisches vom Mikrophon 1 aufgefangenes Rauschen hört, während
in der umgekehrten Situation dieser entfernte Gesprächs— teilnehmer das der Sprache überlagerte Rauschen hört, was
sehr störend sein kann.
Die Erfindung hat in allen Fällen, d.h. mit oder ohne automatisches alternierende Steuerung, die Aufgabe,
die Hörbequemlichkeit des entfernten Gesprächsteilnelimers
zu verbessern, dadurch, dass das ursprünglich akustische Rauschsignal in dem übertragenen Signal herabgesetzt wird.
Die Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschpegels nach der Erfindung enthält ein Sperrbandfilter 6, das das
Eingangssignal E empfängt und ein Frequenzband sperrt, das nahezu auf der mittleren Frequenz des ersten Pormanten des
Sprechsignals zentriert ist und wenigstens einen Teil des Frequenzbandes dieses ersten Formanten beansprucht. Es ist
bekannt, dass die Formanten des Sprechsignals Frequenzbänder sind, in denen die Energie konzentriert ist.
Insbesondere ist der grösste Teil der Energie des Sprechsignals in dem ersten Formanten konzentriert, der nahezu
das Frequenzband von 300 - 1000 Hz beansprucht, wobei diese
Konzentration in der Nähe der mittleren Frequenz dieses ersten Formanten maximal ist. Das vom Filter 6 gesperrte
Band kann z.B. das Band 55® - 750 Hz sein, das auf der
mittleren Frequenz vom 65O Hz des ersten Formanten zentriert
ist.
Das vom Filter 6 gelieferte Signal wird einer Detektorschaltung 7 zugeführt, die auf übliche Weise durch
eine Gleichrichterschaltung und einen Tiefpass (nicht dargestellt) gebildet wird. Der Tiefpass ist dazu angebracht,
der Detektorschaltung eine grosse Zeitkonstante in der Grössenordnung der Zeitkonstante der Änderung des
mittleren Pegels der ursprünglich akustischen vom Mikrophon 1 aufgefangenen Rauschens zu erteilen. Es ist bekannt, dass
infolge verschiedener Echosignale ein akustisches Rauschen
PHF.81526 9r w 8.2.22
im allgemeinen den Charakter eines kontinuierlichen Tones
mit einer sich langsam ändernden Stärke mit einer Zeitkonstante in der Grössenordnung von einigen Zehnteln einer
Sekunde aufweist. Ein akustisches Rauschsignal unterscheidet sich darin von der Sprache, die im Gegensatz einen
unterbrochenen Charakter mit erheblichen Änderungen der
Stärke in einigen Millisekunden bei jeder Silbe aufweist. ¥ie in dem dem Detektor 7 zugeführten Signal, ist durch das
Vorhandensein des Sperrfilters 6 bereits ein grosser Teil der Energie des Sprechsignals abgleitet und weil die
Detektorschaltung 7 sein Eingangssignal mit einer grossen
Zeitkonstante in der Grössenordnung von z.B. 0,2 bis 0,5 s
detektiert, wird das Sprechsignal durch die Detektorschaltung 7 praktisch nicht berücksichtigt, wobei diese
Schaltung ein sich langsam änderndes detektiertes Signal V liefert, das den mittleren Pegel des ursprünglich akustischen
vom Mikrophon 1 aufgefangenen Rauschens ausserhalb des vom Sperrbandfilter 6 gesperrten Frequenzbandes darstellt.
Da dieses Rauschsignal eine Energie aufweist, die nahezu gleichmässig über den Frequenzbereich verteilt ist, und da
das gesperrte Frequenzband ziemlich schmal ist, stellt das detektierte Signal V tatsächlich ziemlich genau den mittleren
Pegel des gesamten akustischen Rauschens dar.
Das detektierte Signal V wird ein er regelbaren Schwächungsschaltung 8 zugeführt, um das Schwellwertsignal
Va zu liefern, das in der veränderlichen Schwellenschaltung 9 verwendet wird. Diese veränderliche Schwellenschaltung
empfängt das Signal Ve, das vom Filter 3 auf das Band des Sprechsignals beschränkt wird. Die Schwächungsschaltung 8
wird derart geregelt, dass das detektierte Signal V auf einen Pegel Va gebracht wird, der den mittleren Rauschpegel
im Durchlassband des Filters 3 darstellt, damit sowohl der Unterschied der von den Filtern 6 und 3 übergetragenen
Frequenzbänder, als auch ihre Ubertragungskoeffizienten,
die verschieden sein können, sowie die durch den Detektor 7 herbeigeführte Schwächung berücksichtigt
werden. Es ist klar, dass in gewissen Fällen die Schwächungsschaltung 8 durch einen Verstärker ersetzt
PHF.8I526 # " 8.2.82
werden muss. Wie aus der Beschreibung der Wirkung der veränderlichen
Schwellenschaltung 9 hervorgehen wird, besteht
eine praktische Massnahme zur Regelung der Schaltung 8
darin, dass beim Fehlen eines Sprechsignals im Signal Ve das Ausgangssignal V der Schaltung 9 auf einen Wert nahezu
gleich Null gebracht wird.
Das Ausgangssignal V der Schaltung 9 ist von
dem Signal Ve an ihrem Eingang und von dem Schwellwertsignal Va gemäss der durch die Winkelkurve in Fig. 2
dargestellten Kennlinie abhängig. Diese Kennlinie zeigt, dass die veränderliche Schwellenschaltung 9 die Änderungen
des Signals Ve nicht überträgt, wenn die Werte dieses Signals zwischen -Va und +Va liegen; sie überträgt die
Änderungen des Signals Ve, wenn die Werte dieses Signals höher als +Va und niedriger als -Va sind. Im Falle, in dem
das Schwellwertsignal Va ausgeglichen wird, d.h. beim Fehlen
eines Rauschsignals, ist die Kennlinie durch eine punktierte
durch den Ursprung gehende gerade Linie dargestellt. Die Kurve nach Fig. 3 zeigt z.B. das Signal V , das am
Ausgang der Schwellenschaltung 9 erhalten werden würde, wenn ihr ein Schwellwertsignal Va ungleich Null und ein
sinusförmiges Signal Ve zugeführt werden würden.
So ist, durch das Vorhandensein der veränderlichen Schwellenschaltung 9 mit der in Fig. 2 dargestellten
Kennlinie, der Teil des ursprünglichen akustischen Rauschens, der oberhalb des mittleren durch das Schwellensignal
Va dargestellten Rauschpegels liegt, praktisch aus dem Signal Ve sowohl während der Perioden von Stille als
auch während der Perioden vom Sprache beseitigt. Es ist klar, dass es wünschenswert ist, das Schwellensignal Va
durch die Regelschaltung 8 derart zu regeln, dass das Rauschsignal gerade beseitigt wird, was auf praktische
Weise dadurch erhalten wird, dass das Signal V während der
Perioden von Stille auf einen Wert nahezu gleich Null gebracht wird. Die Änderungen des Sprechsignals oberhalb
des mittleren Rauschpegels werden ebenfalls beseitigt, aber weil ein vor einem Mikrophon in einer einen hohen
Ratischpegel aufweisenden Umgebung sprechender Gesprächs-
PHN. 81526 ψ "*·* 8.2.82
teilnehmer die Neigung hat, soviel härter zu sprechen als das Umgebungsrauschen stärker ist, um den Pegel dieses
Rauschens zu überschreiten, wird die Schwellenschaltung
im allgemeinen grosse Änderungen von Sprechsignalen oberhalb
des mittleren Rauschpegels übertragen. Um den Effekt der Verzerrung, den die veränderliche Schwellenschaltung
auf den Sprechsignale ausübt, praktisch zu beseitigen, ist es vorteilhaft, wenn am Ausgang dieser Schaltung· ein
Tiefpass 22 angeordnet wird, der das Band des Signals V auf die maximale Frequenz von 3OOO Hz der Sprechsignale
beschränkt. Schliesslich wird durch die Herabsetzung des akustischen Rauschens, die mit der Vorrichtung nach der
Erfindung erzielt wird, eine erhebliche Verbesserung der Hörbequemlichkeit des entfernten Gesprächsteilnehmers
erhalten, während die restliche Amplitudenverzerrung des
Sprechsignals, die mit dieser Herabsetzung des Rausch-
,r
pegels einhergeht, praktisch keinen Verlust an Verständlichkeit mit sich bringt, weil der wesentliche Teil der vokalen
Information im Frequenzbereich enthalten ist.
Oben wurde beispielsweise angegeben, dass das Sperrbandfilter 6 ein Frequenzband von 550 - 750 Hz sperren
kann. Die Erfahrung zeigt, dass dieses verhältnismässig schmale Band geeignet ist, wenn das akustische Rauschsignal
einen hohen Pegel aufweist, während es, wenn dieser Rauschpegel niedriger ist, vorteilhaft ist, dieses vom Filter
gesperrte Frequenzband zu erhöhen.
Fig. k zeigt das Schaltbild einer möglichen Ausführungsform der veränderlichen Schwellenschaltung 9»
Das Signal Ve wird zwischen der Eingangsklemme 10 und Masse angelegt, während das Aus gangs signal V der Schalting
zwischen der Ausgangsklemme 11 und Masse wiedergewonnen
wird. Zwischen der Klemme 10 und der Klemme 11 ist einerseits die Reihenschaltung des Kopplungskondensafcors 12,
der Diode 13 und des Kopplungskondensators Ik und andererseits
die Reihenschaltung des Kopplungskondensators I5, der
Diode 16 und des Kopplungskondensators I7 angeordnet.
Die Anode der Diode I3 ist auf der Seite der Klemme 10 und
die Anode der Diode 16 ist auf der Seite der Klemme 11
ΡΗΝ.8Ι526 *"*
" "8"."2.82
angebracht. Die Anoden der Dioden 13 und 16 sind über die
Widerstände 18 bzw. I9 mit Masse verbunden. Die Kathoden
der Dioden 13 und 16 empfangen die positive Schwellwertspannung
+Va über die widerstände 20 bzw. 21. Im Nachstehenden wird der Spannungsabfall über den Dioden I3
und 16 vernachlässigt. Es lässt sich leicht erkennen, dass die Diode 13 gesperrt ist, wenn die Spannung Ve niedriger
als +Va ist, und dass die Diode 16 gesperrt ist, wenn die
Spannung Ve höher als -Va ist. Daraus folgt, dass, wenn die Spannung Ve zwischen -Vn und +Va liegt., die zwei Dioden
und 16 gesperrt sind und die Spannung Ve nicht auf die Ausgangsklemme 11 übertragen wird. Wenn die Spannung Ve
höher als +Va ist, ist die Diode 16 gesperrt, ist die Diode 13 leitend und wird der Spannungsunterschied Ve-Va auf die
Ausgangsklemrne 11 übertragen. Wenn die Spannung Ve niedriger
als -Va ist, ist die Diode 13 gesperrt, ist die Diode 16
leitend und wird der Spannungsunterschied Ve—(—V) auf die
Klemme 11 übertragen. Diese wirkung entspricht der in Fig.2
dargestellten Kennlinie.
Claims (1)
- PHF.81526 & 8.2.82"PATENTANSPRÜCHE":Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschpegels in einem Eingangssignal, das durch ein mit Rauschen gemischtes Sprechsignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: ein Sperrbandfilter (6), das das Eingangssignal empfängt und ein Frequenzband -sperrt,das nahezu auf der mittleren Frequenz des ersten Formanten »^ des Sprechsignals zentriert ist und wenigstens einen Teil des Frequenzbandes dieses ersten Formanten beansprucht; eine Detektorschaltung (7) zum Detektieren des Ausgangs-1" signals des Sperrbandfilters (6) mit einer grossen Zeitkonstante in der Grössenordnung der Zeitkonstante der Änderung des mittleren Rauschpegels, und schliesslich eine veränderliche Schwellenschaltung (9)» der ein Schwellwertsignal zugeführt wird, das aus dem detektierten Signal gewonnen wird, und die derart betrieben wird, dass sie die Änderungen des Eingangssignals überträgt, wenn dieses Signal einen Absolutwert aufweist, der das genannte Schwellwertsignal überschreitet.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn« "**? 20 zeichnet, dass das Schwellwertsignal am Ausgang einer Schaltung (8) zur Regelung der Amplitude des detektierten Signals erzeugt wird, wobei diese Schaltung derart geregelt wird, dass beim Fehlen eines Sprechsignals das von der veränderlichen Schwellenschaltung übertragene Signal nahezu gleich Null ist.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der veränderlichen Schwellenschaltung gelieferte Signal, bevor es übertragen wird, einem Tiefpass (22) zugeführt wird, der die Frequenzen oberhalb des Frequenzbandes der Sprechsignals sperrt. k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Sperrbandfilter (6) gesperrte Frequenzband in der Nähe von 65Ο Hz zentriert istPHF.81526 VC 8.2.82und eine Breite von einigen Hundert Hz aufweist.5. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante der Detektorschaltung (7) in der Grössenordnung von einigen Zehnteln einer Sekunde liegt.6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderliche Schwellenschaltung durch zwei Dioden (l3»15) gebildet wird, die mit entgegengesetzten Leitungsrichtungen zwischen den Ein- und Ausgangsklemmen (1O bzw. 11) über Kopplungskondensatoren (12,14,15,17) parallel geschaltet sind und die mit Hilfe des Schwellwertsignals derart polarisiert sind, dass eine Diode gesperrt ist, wenn das Eingangssignal niedriger als der Wert Va des Schwellwertsignals ist, und dass die andere Diode gesperrt ist, wenn das Eingangssignal höher als der Wert -Va des Schwellwertsignals mit einer negativen Polarität ist.
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1982
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