DE3722717C2

DE3722717C2 -

Info

Publication number: DE3722717C2
Application number: DE19873722717
Authority: DE
Inventors: Horst Dip.-Ing. 8000 Muenchen De Fenske
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1990-12-06
Also published as: DE3722717A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freisprecheinrichtung für eine feststehende Lautsprecher- und Mikrofonanordnung eines Funkgerätes, bei der auf einer Teilnehmerseite das Signal des Lautsprechers unter Berücksichtigung von Laufzeiten, Reflexionen und Verzerrungen zur Auslöschung des akustischen Pfades auf das Mikrofonsignal geführt wird durch Nachbildung des Signalweges zwischen Lautsprecher und Mikrofon durch ein Filter, dem das Lautsprechersignal zugeführt und dessen Ausgangssignal (Filterstoßantwort) vom Mikrofonsignal subtrahiert wird, und das Filter mit einem Signalprozessor realisiert ist und sämtliche Teilsysteme zwischen Lautsprecher und Signalprozessor bzw. zwischen Mikrofon und Signalprozessor in der Filterstoßantwort berücksichtigt sind.

Bei derartigen Freisprecheinrichtungen, die als Gegensprecheinrichtungen arbeiten, führt die Kopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon zu Schwingungen, die die Verständigung stören bzw. verhindern. Die Schwingungen können auf vielfachen Wegen zum Mikrofon gelangen, nämlich direkt sowie über Umwege nach mehrfacher Reflexion. Eine solche Kopplung zum Mikrofon kann zwar durch Verwendung eines Kopfhörers verringert werden, jedoch ist das Tragen eines Kopfhörers gegebenenfalls nicht zumutbar oder gar hinderlich, was in besonderem Maße bei der Verwendung der Freisprecheinrichtung in einem Kraftfahrzeug gilt. Wird kein Kopfhörer benutzt, so muß, um das Schwingen der Anlage zu vermeiden, die jeweils unbenutzte Strecke gedämpft oder ganz unterbrochen werden, wodurch die Qualität des Gegensprechverkehrs leidet.

Eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art ist im wesentlichen aus der DE 26 33 394 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zur Kompensation von akustischer Rückkopplung in einer mit einem Lautsprecher und einem Mikrofon ausgerüsteten Freisprechanlage einer Fernsprechanlage, bei dem ein invertierter Anteil des Lautsprechersignals zum Mikrofonsignal addiert wird derart, daß das durch akustische Rückkopplung vom Lautsprecher in das Mikrofon gelangende Signal ganz oder teilweise kompensiert wird. Dabei wird der Anteil des zum Lautsprecher gehenden Nutz-Signals, der zu dem vom Mikrofon kommenden Nutzsignal addiert wird, unter Verwendung einer Reihenschaltung eines Inverters, eines Dämpfungsgliedes, eines Verzögerungsgliedes sowie eines Entzerrers erzeugt. Entzerrer, Inverter, Dämpfungsglied und Verzögerungsglied werden durch digitale Verarbeitungseinheiten realisiert.

Eine ähnliche Einrichtung ist auch durch das in der DE 28 52 864 A1 beschriebene Fernsprechendgerät mit einem Mikrofon am Eingang eines Sendekanals und einem Lautsprecher am Ausgang eines Empfangskanals bekannt. Hierbei ist in jedem Kanal ein Transversalfilter vorgesehen, dessen Gewichtungskoeffizienten über einen Regeleingang einstellbar sind und das ausgangsseitig das Echosignal synthetisch nachbildet, das aus dem Filtereingangssignal durch Kopplung auf dem jeweils anderen Kanal entsteht. Jedem Filter ist ein Subtraktionskreis zugeordnet, der die Differenz zwischen dem tatsächlichen Signal auf dem jeweils anderen Kanal und dem vom Filter gebildeten synthetischen Signal bildet und diese Differenz an den Regeleingang dieses Transversalfilters liefert. In jedem Kanal ist zwischen dem Ausgang des dem einen Transversalfilter zugeordneten Subtraktionsglied und dem Signaleingang des anderen Transversalfilters ein Verzögerungsglied angeordnet, das eine Verzögerung mindestens gleich der Aktivitätsdauer der synthetisierten Impulsantwort dieses Transversalfilters einführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Freisprecheinrichtung der eingangs genannten Art eine Lösung für eine möglichst störungsfreie Verständigung der Teilnehmer anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Weise gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Gegensprecheinrichtung mit störender Kopplung,

Fig. 3 und 4 im Blockschaltbild Gegensprecheinrichtungen mit Schaltelementen zur Beseitigung der störenden Kopplung und

Fig. 5 eine weitere Einrichtung zur Beseitigung der störenden Kopplung.

Fig. 1 zeigt eine Gegensprecheinrichtung mit der störenden Kopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon auf beiden Teilnehmerseiten. In der einen Übertragungsrichtung sind ein Mikrofon 1, die in einem Kästchen 2 zusammengefaßten Übertragungseinrichtungen und eine Lautsprecher 3 vorgesehen. Die entsprechenden Einrichtungen in der Gegenrichtung sind mit 1′, 2′ und 3′ bezeichnet. Durch Pfeile ist eingezeichnet, daß auf jeder Endstelle der Gegensprecheinrichtung das ankommende Signal vom Lautsprecher 3 bzw. 3′ sowohl zum Teilnehmer als auch als störende Kopplung zum Mikrofon der betreffenden Endstelle gelangt und sich dort mit dem Sprachsignal des Teilnehmers überlagert.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Gegensprecheinrichtung, bei der auf einer Teilnehmerseite das Signal des Lautsprechers unter Berücksichtigung von Laufzeiten, Reflexionen und Verzerrungen so auf das Mikrofon geführt wird, daß der akustische Pfad ausgelöscht wird. Somit ist dann der Rückkopplungskreis unterbrochen. Der Signalweg zwischen Lautsprecher 3′ und Mikrofon 1 wird durch ein Filter 4 nachgebildet. Dieses Filter 4 wird mit dem Lautsprechersignal gespeist; der Filterausgang am Punkt 5 an den Signalweg der Übertragungsrichtung vom Mikrofon 1 zum Lautsprecher 3 angeschlossen und dort vom Mikrofonsignal subtrahiert. Somit bleibt nur das Sprechersignal übrig. Die Strecke vom Lautsprecher 3′ zum Mikrofon 1 ist somit kompensiert.

Fig. 3 zeigt im Blockschaltbild eine Gegensprecheinrichtung mit allen Teilsystemen zwischen dem Mikrofon 1 und dem Lautsprecher 3′. Im Übertragungsweg vom Mikron 1 zum Summationspunkt 5 liegen ein Verstärker 7, ein Tiefpaß 8, ein Bandpaß 9 sowie ein A/D-Wandler 10. Diesen ist jeweils eine Zeitfunktion h₁(t) bis h₅(t) für den Durchlauf eines Impulses zugeordnet. Am Summationspunkt 5 wird das vom Mikrofon 1 kommende Signal s₁(t) addiert zum Signal s₂(t) des Filters 4, das mit einem digitalen Signalprozessor 6 realisiert ist. Das Summensignal s₃(t) am Summationspunkt 5 gelangt im weiteren Übertragungsweg über einen D/A-Wandler 20, einen Tiefpaß 21, ein sin x/x-Korrekturglied 22, einen weiteren Tiefpaß 23 und einen Verstärker 24 im NF-Weg zum Funkgerät. Die entsprechenden Zeitfunktionen dieser Elemente sind h₆(t) bis h₁₀(t). Der Eingang des Filters 4 ist mit dem NF-Weg vom Funkgerät der Gegenrichtung verbunden über einen Verstärker 11, einen Tiefpaß 12, einen Bandpaß 13 und einen A/D-Wandler 14 mit den Zeitfunktionen h₁₂(t), h₁₃(t), h₄(t) und h₅(t) sowie mit dem Lautsprecher 3′ über einen D/A-Wandler 15, einen Tiefpaß 16, ein sin x/x-Korrekturglied 17, einen weiteren Tiefpaß 18 und einen Verstärker 19. Diese besitzen die Zeitfunktion h₆(t) bis h₉(t) und h₁₁(t) sowie h₁₄(t) für den Lautsprecher 3′. Die Zeitfunktion für die Luftstrecke zwischen Lautsprecher 3′ und Mikrofon 1 ist mit h₁₅(t) bezeichnet.

Die Filterstoßantwort h(t) wird mit der Anordnung nach Fig. 4 bestimmt. Diese zeigt im Blockschaltbild die Übertragungsabschnitte vom Mikrofon 1 bis zum digitalen Signalprozessor 6, der die Stoßantwort des gesamten Systems (bezeichnet mit (t)) aufzeichnet. Ein vom Signalprozessor 6 erzeugter Impuls z. B. mit einer Abtastfrequenz von 10 kHz durchläuft jedes Teilsystem, wobei er in bestimmter Weise verzerrt wird. Die Antwort dieses durchlaufenden Impulses wird anschließend im Signalprozessor aufgezeichnet. Von ihr werden die Abtastwerte ( -(t)) abgeleitet, die nun die Stoßantwort des Filters h(t) darstellen. Für die im Betriebszustand vorzunehmende Kompensation der störenden Signalanteile des Lautsprechers 3′, die zum Mikrofon 1 überkoppeln, wird jeder zum Lautsprecher 3′ ausgegebene Wert mit der Filterstoßantwort gefaltet. Dieser Vorgang wird durch folgende Gleichung ausgedrückt

(t) = -h₁(t) _* h₂(t) _* h₃(t) _* h₄(t) _* h₅(t) _* h₆(t) _* h₇(t) _* h₈(t) _* h₉(t) _* h₁₁(t) _* h₁₄(t) _* h₁₅(t)

Es handelt sich dabei um eine vereinfachte Schreibweise für das Faltungs-Symbol mit folgender Bedeutung

Bei hohen Verstärkungen kann eine Empfindlichkeit des Systems gegen Veränderungen des Raumes, z. B. Vorbeugen des Sprechers auftreten. In solchen Fällen ist die Filterstoßantwort neu zu bestimmen. Eine Erkennung dieses Falles liefert die laufende Summation des Produktes vom Filterausgangssignal s₂(t) mit dem Signal s₃(t) zum Funkgerät am Summationspunkt 5 (vgl. Fig. 3). Im voll abgeglichenen Zustand ist das Signal s₂(t) nur vom Sprachsignal des einen Sprechers, das Signal s₃(t) nur vom Sprachsignal des anderen Sprechers abhängig. Die beiden Signale sind also unabhängig voneinander; die laufende Summe schwankt um Null. Im nicht vollständig abgeglichenen Fall entsteht ein Gleichanteil des Produktes. Die laufende Summe steigt rasch an und detektiert somit die nötige Nacheichung.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Freisprecheinrichtung, mit der auch bei hoher Lautstärke und Veränderungen im Raum ein Schwingen verhindert wird. Es wird dabei die jeweils nicht benutzte Strecke um beispielsweise 12 dB gedämpft, die andere um einen entsprechenden Wert verstärkt. Die dadurch gewonnene Sicherheit macht das System gegen Veränderungen im Raum so unempfindlich, daß eine einmalige Bestimmung der Filterstoßantwort ausreichend ist. Umweltgeräusche werden dadurch eliminiert, daß mehrere Stöße ausgesendet und über ihren Antworten gemittelt wird.

Die Schaltungseinrichtung, deren Funktion bei digitaler Realisierung vom Signalprozessor mit übernommen werden kann, enthält im Übertragungsweg jeder Übertragungsstrecke, und zwar zwischen dem Summationspunkt 5 und dem Sender der einen Richtung und zwischen dem Empfänger und dem Lautsprecher der anderen Richtung jeweils einen Multiplizierer bzw. Abschwächer 25, 26, die von einer Logik 43 angesteuert werden. Hierzu werden Signalanteile aus den vier Pfaden jeweils vor und nach dem Multiplizierer bzw. Abschwächer 25, 26 aus dem Signalweg ausgekoppelt und auf einen Gleichrichter 44, 45, 46, 47 gegeben. Nach der Gleichrichtung gelangt das Signal auf Tiefpässe unterschiedlicher Anstiegszeit (beispielhafte Zeitwerte sind in der Fig. 5 eingezeichnet), wobei dem Gleichrichter 44 im ersten Pfad die Tiefpässe 27, 28 und 29 mit parallelem Eingang nachgeschaltet sind, dem Gleichrichter 45 im zweiten Pfad die Tiefpässe 30 und 31, dem Gleichrichter 46 im dritten Pfad die Tiefpässe 32 und 33 und dem Gleichrichter 47 im vierten Pfad die Tiefpässe 34, 35 und 36. Den Tiefpässen im ersten und vierten Pfad sind Einrichtungen 37, 38 bzw. 41, 42 zur Bildung eines größeren bzw. eines kleineren Wertes nachgeschaltet. Den Tiefpässen 30, 31 und 32, 33 im zweiten bzw. vierten Pfad sind Einrichtungen 39, 40 zur Bildung eines größeren Werts nachgeschaltet. Die Einrichtungen 37 bis 42 sind ausgangsseitig an die Logik 43 angeschlossen an deren Eingänge für den Level der beiden Sender und Empfänger sowie für das Geräusch von Sender und Empfänger.

Durch die Bildung von größtem bzw. kleinstem Wert werden Systeme mit unterschiedlicher Anstiegs- und Abfallszeit realisiert. Durch Vergleich dieser Signale in allen vier Pfaden kann die Logik entscheiden, ob es sich um Sprache (kurze Anstiegszeit und lange Abfallzeit des größeren Wertes) oder um Umweltgeräusche (lange Anstiegszeit und kurze Abfallzeit des kleineren Wertes) handelt. Dementsprechend werden die beiden Multiplizierer bzw. Abschwächer von der Logik gesteuert. Durch die Kombination dieser Einrichtung mit der oben beschriebenen Kompensation ist der Einfluß auf die Gesprächsqualität nicht wahrnehmbar, die Schwingneigung bei Veränderungen im Raum wird jedoch wirkungsvoll unterdrückt.

Claims

1. Freisprecheinrichtung für eine feststehende Lautsprecher- und Mikrofonanordnung eines Funkgerätes, bei der auf einer Teilnehmerseite das Signal des Lautsprechers unter Berücksichtigung von Laufzeiten, Reflexionen und Verzerrungen zur Auslöschung des akustischen Pfades auf das Mikrofonsignal geführt wird durch Nachbildung des Signalweges zwischen Lautsprecher und Mikrofon durch ein Filter, dem das Lautsprechersignal zugeführt und dessen Ausgangssignal (Filterstoßantwort) vom Mikrofonsignal subtrahiert wird, und das Filter mit einem Signalprozessor realisiert ist und sämtliche Teilsysteme zwischen Lautsprecher und Signalprozessor bzw. zwischen Mikrofon und Signalprozessor in der Filterstoßantwort berücksichtigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstoßantwort in der Weise bestimmt wird, daß ein vom Signalprozessor erzeugter Impuls jedes Teilsystems durchläuft und die Antwort anschließend im Signalprozessor aufgezeichnet wird und die daraus resultierenden Abtastwerte die Stoßantwort des Filters darstellen und daß jeder zum Lautsprecher ausgegebene Wert mit der Filterstoßantwort gefaltet wird.

2. Freisprecheinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine fortlaufende Summation des Produktes vom Filterausgangssignal s₂(t) mit dem Signal s₃(t) zum Funkgerät und durch eine Detektion einer nötigen Nacheichung bei Entstehen eines Gleichanteils des Produktes im Fall eines nicht vollständig abgeglichenen Zustandes.

3. Freisprecheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Bedämpfung der nicht benutzten Übertragungsstrecke und eine Verstärkung der benutzten Übertragungsstrecke mittels entsprechender in der jeweiligen Übertragungsstrecke angeordneter dämpfender bzw. verstärkender Elemente (Abschwächer, Multiplizierer), die von einer Logik angesteuert werden.

4. Freisprecheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Signalanteile aus den Pfaden beider Übertragungsstrecken jeweils vor und nach den dämpfenden bzw. verstärkenden Elementen ausgekoppelt und nach Gleichrichtung auf Tiefpässe unterschiedlicher Anstiegszeiten gelangen, denen Einrichtungen zur Bildung von größtem und kleinstem Wert nachgeschaltet sind, die ausgangsseitig an die Logik angeschlossen sind.

5. Freisprecheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei einem Mobiltelefon, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.