DE3331928A1 - Voll-duplex lautsprechertelefon - Google Patents

Description

American Telecommumications Corporation 9620 Flair Drive

El Monte, California 91731 V-.St.A.

80OO MÜNCHEN 22 Maximilianstrasse *3

P 18 070

5. September 1983

Voli-Duplex Lautsprechertelefon

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lautsprechertelefonsystem, und insbesondere auf ein VoIl-Duplex Lautsprechertelefon mit einer Abkappschaltung zum Unterdrücken einer Rückkopplungsschwingung.

Ein Voll-Duplex Lautsprechertelefon ist ein solches Telefon, bei dem beide Gesprächsparteien gleichzeitig

30 reden und gehört werden können. Übliche Telefon-Handsätze haben eine derartige Voll-Duplex Betriebsweise. Allerdings ist in Systemen, in denen die üblichen Telefon-Handsätze durch Lautsprechertelefone ersetzt sind, eine Voll-Duplex Betriebsweise nicht möglich, und zwar

35 aufgrund des hohen Pegels der? akustischen Rückkopplung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrophon, die einen ausreichenden Kopplungsgrad liefert, um eine Schwingung aufgrund der Verstärkung der Übertragungsschleife, die

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das Mikrophon mit dem Lautsprecher verbindet, erzeugt. Es ist daher ständige Praxis bei Lautsprechertelefonen, einen durch eine Stimme betätigten Schalter zu verwenden, der den Lautsprecher ausschaltet, während die Person redet. Während eine derartige Anordnung das Rückkopplungsproblem löst, ist sie jedoch ärgerlich, da sie es nicht ermöglicht, daß die Gesprächspartei am anderen Ende der Leitung unterbricht oder gehört wird ,bis die andere Partei aufhört zu reden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Schaltungsanordnung zum Verhindern oder Unterdrücken einer Schwingung aufgrund einer geschlossenen

-^g Schleife, die durch akustische Kopplung zwischen dem ortsfesten Lautsprecher und dem Mikrophon gebildet wird. Da das Rückkopplungssignal mit einem sehr niedrigen Pegel beginnt und sich mit aufeinanderfolgenden Durchläufen längs der Schleife aufbaut, ist es möglich, den Aufbau einer Rückkopplung durch eine Mittenabkappschaltung zu verhindern oder zu unterdrücken, welche tatsächlich als Schalter ausgebildet ist, der sich lediglich schließt, wenn die absolute Amplitude des Signals einen vorgegebenen Schwellenpegel übersteigt.

Daher verhindert die Mittenabkappschaltung das Anschwingen des Rückkopplungssignals, da das Signal anfänglich unterhalb des Schwellenpegels ist, bei dem der Schalter geschlossen wird.

Ein Problem bei üblichen_< Mittenabkappschaltungen besteht darin, daß die Schalterbetätigung, die zweimal bei jedem Halbzyklus stattfindet, wenn die Signalamplitude des Audiosignals oberhalb des Schwellenpegels steigt und daraufhin unterhalb des Schwellenpegels fällt, ungerade Harmonische des Audiosignales hervorruft.

Da sich das Telefon-Audioband ungefähr von 300 Hz bis 3300 Hz erstreckt, sind die ungeraden Harmonischen von 'Signalen unterhalb 1100 Hz weiterhin im Telefon-

Audioband. Diese zusätzlichen Harmonischen verursachen starke Verzerrungen des Audiosignals.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Mittenabkappschaltung gerichtet, die verwendet werden kann, um ein Voll-Duplex Lautsprechertelefonsystem ohne merkbare Verzerrungen oder Rückkopplungsschwingungen zu schaffen.

Kurz gesagt wird dies dadurch erreicht, daß ein Lautsprechertelefonsystem geschaffen wird, bei dem der Audioausgang des Mikrophones zunächst in eine höhere Frequenz durch "Einseitenband-Modulation umgewandelt wird. Dieses Signal mit höherer Frequenz wird daraufhin

an eine Mittenabkappschaltung angelegt, die im wesentlichen eine O-Verstärkung für Signale liefert, deren Amplitudenpegel unterhalb einer Schwellenspannung liegt, während sie eine 1-Verstärkung für Signale liefert, deren Spannung die Schwellenspannung übersteigt. Har-

monische Verzerrungen werden verhindert, indem zunächst die Frequenzen eines jeglichen Audiosignales umgewandelt werden, die von dem Mikrophon empfangen werden, und zwar in höhere Frequenzen aufgrund einer Einseitenband-ModulatitH!·. . Das Seitenband wird daraufhin an '

die Mittenabkappschaltung angelegt, die den Ausgang für alle absoluten Amplitudenwerte unterhalb einer vorbestimmten Schwellenspannung ausschaltet. Der Ausgang der Mittenabkappschaltung wird daraufhin wieder in

■ Frequenzen des ursprünglichen Audiosignales durch einen 30

Ausgleichsmodulator und einen Bandpassfilter umgewandelt.

Der Ausgang des Bandpassfilters wird an die Telefonleitung und an den Lautsprecher über eine übliche Hybridschaltung angekoppelt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der folgenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines VoIl-Duplex Lautsprechertelefonsystems gemäß der

vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm der Mitten-

abkappschaltung; und

Fig. 3 eine Signalform zur Erläuterung der Betriebsweise der Mittenabkappschalfcüng.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein ein Lautsprechertelefonsystem mit einem Mikrophon 12, das ein Audiosignal erzeugt, welches verstärkt wird und an ein entferntes Telefon, über eine Telefonleitung 14 mittels einer üblichen Hybridschaltung 16 angelegt wird. Die Hybridschaltung legt ebenso die Signale, die auf der Telefonleitung empfangen werden, an den Lautsprecher 18 an. Während die Hybridschaltung 16 eine gewisse Isolierung zwischen dem Mikrophon 12 und dem Lautsprecher 18 schafft, ist der quer zum Hybrid liegende Verlust ungefähr 6db und ist damit unzureichend, um eine Schwingung in der geschlossenen Schleife mit der akustischen Kopplung von dem Lautsprecher 18 zurück zum Mikrophon 12 zu verhindern. Um eine Voll-Duplex Betriebsweise zu schaffen, bei der eine Nachrichtenverbindung über die Telefonleitung

^ gleichzeitig in beiden Richtungen stattfindet, sieht die vorliegende Erfindung eine Rückkopplungsunterdrückungsschaltung in dem Übertragungsteil der Lautsprechertelefonschnittstelle zwischen dem Mikrophon 12 und der Hybridschaltung 16 vor. Dies wird erreicht, indem das Audiosignal von dem Mikrophon über einen Audio-Vorverstärker 20 an ein Paar von Breitband-Phasenschieberschaltungen 22 und 24 angelegt wird. Die Phasenschieberschaltungen bilden eine Phasendifferenz

zwischen den Ausgangssignalen der beiden Phasenschieber von ungefähr 90 Grad über das Audiofrequenzspektrum von 300 Hz bis 3300 Hz.

Die Ausgangssignale der jeweiligen Phasenschieber 22 und 24 werden an die Eingänge eines Paares von Ausgleichs modulatorschaltungen 26 und 28 angelegt. Die Modulatorschaltungen modulieren Trägersignale,

die ebenfalls in Phasenquadratur liegen, und von einem 10

Trägergenerator 30 abgeleitet sind, der mit einem 1-Megahertz-Kristalloszillator 32 synchronisiert wird.

Die Trägerfrequenz ist vorzugsweise 20 KHz.

Die Ausgleichsmodulatören bzw. symmetrische. Modulatoren

26 und 23 erzeugen eine 2-Seitenbandmodulation mit 15

unterdrückten Trägern. Durch Addieren der Ausgänge der beiden Ausgleichsmodulatoren, wie es bei 34 gezeigt ist, wird lediglich das untere Seitenband beibehalten, was einen Frequenzbereich zwischen 16,7 KHz und 19,7 KHz ^hat-

Das Ausgangssignal mit dem unteren Seitenband, das von der Additionsschaltung 34 empfangen wird, wird an eine Mittenabkappschaltung angelegt, die allgemein mit dem __ Bezugszeichen 36 bezeichnet ist. Die Mittenabkappschal-

tung enthält einen Vollwellen-Gleichrichter 38, der eine Ausgangsspannung liefert, die sich mit der absoluten Amplitude des Signales von der Additionsschaltung 34 verändert. Diese absolute Amplitude wird mit einer

QQ Schwellenspannung V„ in einer Amplitudenkomparatorschaltung 40 verglichen. Der Komparator 40 erzeugt ein binäres Ausgangssignal, das immer dann seinen Zustand ändert, wenn die Spannung am Ausgang des Gleichrichters 38 unter den Schwellenpegel abfällt oder über den Schwellenpegel ansteigt. Der Ausgangspegel der Komparatorschaltung 40 wird verwendet, um eine schaltende Festkörperschaltung 42 zu steuern, die das Signal vom Ausgang der Additionsschaltung 34 mit dem Ausgangssignal

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d·. ■ Mittenabkappschaltung zu verbinden. Der Schalter wird eingeschaltet, wenn die momentane, absolute Amplitude des wechselnden Signals vom Ausgang der Additionsschaltung 34 den Pegel der Schwellenspannung V„ über- ° steigt. Der Schalter 42 wird abgeschaltet, wenn die absolute Amplitude unter den Pegel der Schwellenspannung V- abfällt. Das sich ergebende Ausgangssignals des Schalters 42 für eine spezielle Sinuswelle am Eingang ist durch die Signalform in Fig. 3 dargestellt. Ein detailliertes Schaltungsschema eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Mittenabkappschaltung 36 ist in Fig. 2 gezeigt.

Der Ausgang der Mittenabkappschaltung wird zusammen

mit dem Trägergenerator 30 an einen Ausgleichsmodulator 34 angelegt. Der Modulator erzeugt zwei Seitenbänder, von denen eines in dem Frequenzbereich zwischen 300 Hz und 33OO Hz liegt. Dieses untere Seitenband wird über einen Bandpassfilter 46 mit einem Durchlaßfrequenzbereich

von 300 bis 3300 Hz isoliert. Das Ausgangssignal des Bandpassfilters 46 wird an die Hybridschaltung 16 über einen Leistungsverstärker 48 zum übertragen des Signales auf der Telefonleitung 14 angelegt.

Während des Betriebes hat die Mittenabkappschaltung 36 die Wirkung, daß eine Rückkopplungsschwingung daran . gehindert wird, sich längs der geschlossenen Schleife aufzubauen, die durch die akustische Kopplung zwischen dem Lautsprecher 18 und dem Mikrophon 12 gebildet wird. Gleichzeitig beseitigt die Frequenzumwandlung und Rückumwandlung Verzerrungen aufgrund der Erzeugung von ungeraden Harmonischen durch die schaltende Betriebsweise der Mittenabkappschaltung 36. Beispielsweise

._r liegt die dritte Harmonische des Eingangssignales der

Mittenabkappschaltung in dem Frequenzbereich zwischen 50 100 und 59 100 Hz. Bei Rückumwandlung in das Audio-Frequenzband werden diese Harmonischen vollständig aus dem Durchlaßfrequenzbereich des Filters 46 herausfallen.

Claims (8)

1. Λ m »

   Patentansprüche

   /ί/ Voll-Duplex Lautsprechertelefongerät, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Ein Mikrophon (12), eine Hybridschaltung (16), eine Einrichtung mit einer Mittenabkappschaltung (36), die den Ausgang des Mikrophones (12) mit der Hybridschaltung (16) verbindet, und einen Lautsprecher (18), der mit der Hybridschaltung (16) verbunden ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung, die die Mittenabkappschaltung (36) enthält, eine Einrichtung (26,28, 34) zum Umwandeln der Frequenz des Ausgangssignales des Mikrophones (12) in eine höhere Frequenz an dem Eingang der Mittenabkappschaltung (36) enthält, und daß die Einrichtung eine Einrichtung (44,46) zum Umwandeln der Frequenz des Ausgangssignales der Abkappschaltung (36) zurück in die ursprüngliche Frequenz an dem Eingang der Hybridschaltung (16) aufweist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26,28,34) zum Umwandeln in eine höhere Frequenz einen Einseitenbandmodulator (26,28,30,32,34) aufweist, und daß die Einrichtung (44,46) zum Rückumwandeln in die ursprüngliche Frequenz einen Gegentaktmodulator (44) und einen Bandpassfilter (46) aufweist.
4. 4. Voll-Duplex Lautsprechertelefongerät, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Ein Mikrophon (12) zum Erzeugen eines Audiosignals,

   einen Einseitenbandmodulator (22,24,26,28,34), der mit 5

   dem Mikrophon (12) zum Umwandeln des, Audiosignals in ein Einseitenbandsignal mit einem höheren Frequenzbereich verbunden ist,

   eine Mittenabkappschaltung (36), die mit dem Ausgang des Modulators (22,24,26,28,34) zum Ausschalten des Einseitenbandsignals verbunden ist, wenn die absolute Spannungsamplitude des Signals unterhalb einer vorbestimmten Stelle liegt,

   eine Einrichtung (44,46) zum Rückumwandeln des Ausgangssignals der Mittenabkappschaltung (36) zurück zur ur-15

   sprünglichen Audiosignalfrequenz, einen Lautsprecher (18).,

   eine Hybridschaltung (16), die den Ausgang der Einrichtung (44,46) zum Rückumwandeln des Ausgangsignals der Mittenabkappeinrichtung (36) mit- einer Telefonleitung (14) verbindet, und

   eine Einnichtung, die die Hybridschaltung (16) mit dem Lausprecher (18) verbindet.

   ₂p.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittenabkappeinrichtung (36) einen Vollwellen-Gleichrichter (38), einen Amplitudenkomparator (40) zum Vergleichen der Spannungsamplitude des Ausgangssignales des Gleichrichters (38) mit einer Schwellenspannung, und einen Schalter (42) enthält, welcher durch das Ausgangssignal des Amplitudenkomparators (40) betätigt wird.
6. 6. Verzerrungsarme Mittenabkappschaltung .:um Dämpr'en von Signalkomponenten mit niedriger Amplitude, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Einen Einseitenbandmodulator (22,24,26,28,34) zum Umwandeln eines Audiosignals in eine höhere Frequenz, eine Gegentaktmodulator- und Filtereinrichtung (44,46) zum Umwandeln·der höheren Frequenz zurück in das Audiosignal, und eine Einrichtung (36) mit einer Schaltereinrichtung (42), die den Ausgang des Einseitenbandmodulators (22,24,26,28,34) mit der Gegentaktmodulator- und Filtereinrichfcung (44,46) verbindet, um das Signal, das dem Gegentaktmodulator (44) zugeführt wird, auszuschalten, wenn die absolute Spannungsamplitude unter eine vorbestimmte Schwellenspannung fällt, und um das

   Signal, das dem Gegentaktmodulator zugeführt wird, einzuschalten, wenn die absolute Spannung diese vorbestimmte Schwellenspannung übersteigt.
7. 7. Ein Audiosystem, gekennzeichnet 20

   durch folgende Merkmale:

   Ein Mikrophon (12) zum Erzeugen eines Audiosignals, einen Einseitenbandmodulator (22,24,26,28,34), der an das Mikrophons (.12) angeschlossen ist, um das Audiosignal in ein Einseitenbandsignal in einem höheren Frequenzbereich umzuwandeln, eine Mittenabkappeinrichtung (36), die an den Ausgang des Modulators (22,24,26, 28,34) angesafalossen ist, um das Einseitenbandsignal auszuschalten, wenn die absolute Spannungsamplitude des Signals unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, eine Einrichtung (44,46) zum Rückumwandeln des Ausgangssignals der Mitteiabkappeinrichtung (36) in die ursprüngliche Audiosignalfrequenz,
   einen Lautsprecher (18), und

   eine Einrichtung zum Anschließen des Ausganges von der Rückumwandluagseinrichtung (44,46).«
8. 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittenabkappeinrichtung (36) einen Vollwellen-Gleichrichter (38), einen Amplitudenkomparator (49) zum Vergleichen der Spannungsamplitude des Ausgangssignales des Gleichrichters (38) mit einer Schwellenspannung, und einen Schalter (42) enthält, der durch das Ausgangssignal des Araplitudenkomparators (40) betätigt wird-