DE4021787C2

DE4021787C2 -

Info

Publication number: DE4021787C2
Application number: DE19904021787
Authority: DE
Inventors: Volker 7100 Heilbronn De Rebmann; Juergen 7129 Ilsfeld De Schnabel
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-07-02
Also published as: DE4021787A1

Description

In elektro-akustischen Systemen - beispielsweise Tele fonsystemen oder Funksystemen - existieren aufgrund akustischer und elektrischer Kopplungen meist mehrere geschlossene Rückkopplungsschleifen. Bei ungünstigen Verstärkungsbedingungen der elektro-akustischen Bauele mente können die Schleifenverstärkungen der Rückkopp lungsschleifen größer als 1 werden; dadurch können sich Schwingungen ausbilden, die zu unerwünschten und stö renden Echos führen - als Beispiel sei der Pfeifton im Radio bei gleichzeitigem Telefonieren genannt. Insbe sondere beim Freisprech-Telefon - wie anhand der Sche mazeichnung in der Fig. 3 ersichtlich, wird die ge schlossene Rückkopplungsschleife 1 infolge der akusti schen Kopplung durch den Raum 4 und der elektrischen Kopplung durch die Gabelschaltung 5 gebildet - tritt ein störendes Pfeifen aufgrund der räumlichen Anordnung der Systemkomponenten - Lautsprecher 6 und Mikrofon 7 sind direkt nebeneinander in einem Gehäuse angeordnet - und aufgrund der zum Betrieb des Telefongeräts erfor derlichen Verstärkungsbedingungen der beiden Verstärker 8 immer auf.In electro-acoustic systems - for example telephone systems or radio systems - there are usually several closed feedback loops due to acoustic and electrical couplings. With unfavorable amplification conditions of the electro-acoustic components, the loop reinforcements of the feedback loops can be greater than 1; As a result, vibrations can form that lead to unwanted and disruptive echoes - the whistling tone on the radio with simultaneous phone calls is an example. In particular, especially with the hands-free phone - as can be seen from the schematic drawing in FIG. 3, the closed feedback loop 1 is formed as a result of the acoustic coupling through the space 4 and the electrical coupling through the hybrid circuit 5 - an annoying whistle occurs due to the spatial arrangement of the system components - loudspeaker 6 and microphone 7 are arranged directly next to one another in a housing - and due to the necessary amplification conditions of the two amplifiers 8 for operating the telephone device.

Um störende Rückkopplungseffekte in elektro-akustischen Systemen zu vermeiden, ist es bekannt, die Übertra gungseigenschaften des Systems mittels eines sogenann ten Kompensationsfilters nachzubilden und das durch dieses Filter übertragene Störsignal vom eigentlichen Übertragungssignal - dem Nutzsignal - zu subtrahieren; realisiert wird dies dadurch, daß die Rückkopplungs schleife an einer Stelle aufgetrennt wird und die bei den Signale mit Hilfe korrelativer Methoden getrennt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen Aufwand; da die Übertragungseigenschaften der elektro akustischen Systeme oft zeitvariant sind, werden zur Bildung der Kompensationsfilter adaptive Filter sehr hoher Ordnung benötigt. Aufgrund des großen Platzbe darfs derartiger Kompensationsschaltungen können diese nicht - was oft gewünscht und erforderlich ist - in ei nem IC integriert werden. Außerdem ist eine Trennung von Nutz- und Störsignal mittels korrelativer Methoden nur unvollkommen realisierbar, da die Theorie stocha stischer Signale nur sehr bedingt auf Sprachsignale an wendbar ist; technisch sind zudem nur Kurzzeitkorrela tionen möglich. Mit vertretbarem Aufwand lassen sich mit derartigen Methoden also die störenden Rückkopplun gen nicht unterdrücken bzw. keine ausreichenden Echo dämpfungen erzielen.To disturbing feedback effects in electro-acoustic To avoid systems, it is known to carry over supply properties of the system by means of a so-called to reproduce the compensation filter and that through this filter transmitted interference signal from the actual one Subtract transmission signal - the useful signal; this is realized in that the feedback loop is separated at one point and the at separated the signals using correlative methods will. However, this method requires a high one Expenditure; because the transmission properties of the electro acoustic systems are often time-varying Formation of the compensation filter very adaptive filter high order needed. Because of the large space Such compensation circuits may do so not - which is often desired and required - in egg integrated IC. There is also a separation of useful and interference signals using correlative methods only incompletely realizable because the theory stocha stic signals only very limited to speech signals is reversible; only short-term correlations are technical possible. With reasonable effort with such methods, the disturbing feedback not suppress or insufficient echo achieve damping.

Weiterhin ist es bekannt, zeitabhängige Dämpfungsglie der in die Rückkopplungsschleife zu integrieren, um da durch die Schleifenverstärkung zu reduzieren und somit den Rückkopplungsmechanismus zu unterbinden. Beispiels weise werden in Freisprech-Telefonen durch sogenannte "Voice-switch"-Schaltungen Mikrofon- und Lautsprecher zweig in Abhängigkeit des Betriebsmodus (Sende- oder Empfangsbetrieb) wechselseitig bedämpft. Allerdings ist dann kein Voll-Duplexbetrieb möglich, d. h. gleichzei tiges Hören und Sprechen ist beim Einsatz derartiger Schaltungen nicht möglich. Ungünstige Hintergrundgeräu sche - beispielsweise die Geräusche von Schreibmaschi nen oder Preßlufthämmern - führen zu Störungen bei der Signaldetektion und damit zum Erliegen der Kommunikation. Wenn sowohl Sende- als auch Empfangssignale vorhanden sind, treten Probleme bei der Zuordnung des Betriebszustandes auf; beispielsweise wird immer der lautere Sprecher auf Kosten des anderen Teilnehmers durchgeschaltet. Bei Änderungen des Betriebszustands ist die Wahl des richtigen Umschaltzeitpunkts problematisch - beispielsweise führt zu langsames oder zu schnelles Ansprechen auf Betriebszustandsänderungen zum Verschlucken von Anfangs- oder Endsilben.It is also known to use time-dependent damping that integrate into the feedback loop to get there by reducing the loop gain and thus to prevent the feedback mechanism. Example wise in hands-free phones by so-called "Voice switch" circuits microphone and speaker branch depending on the operating mode (transmit or Receiving mode) mutually damped. However then full duplex operation is not possible, i. H. at the same time Hearing and speaking is when using such Circuits not possible. Unfavorable background noise sche - for example the sounds of typewriters or pneumatic hammers - lead to malfunctions in the Signal detection and thus to communication failure. When there are both transmit and receive signals problems occur when assigning the operating status on; for example, always the louder Speakers switched through at the expense of the other participant. When the operating status changes, the Choosing the right time for switching is problematic - for example, leads to slow or too fast response on changes in operating status to swallow of initial or final syllables.

Aus der Literaturstelle "Funkschau" 1972, Heft 17, S. 617-618, ist ein elektro-akustisches System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit lediglich einer geschlossenen Rückkopplungsschleife bekannt; bei diesem Störunterdrückungssystem können Schwebungseffekte eintreten, die sich störend auswirken.From the reference "Funkschau" 1972, Issue 17, Pp. 617-618, is an electro-acoustic system according to the preamble of claim 1 with only one closed feedback loop known; at This noise suppression system can have beat effects occur that interfere.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektro-akustisches System anzugeben, das eine effiziente Störunterdrückung bei einer beliebigen Anzahl von Rückkopplungsschleifen in jeder Rückkopplungsschleife ermöglicht.The invention has for its object an improved electro-acoustic system to specify the one efficient interference suppression with any number of feedback loops in each feedback loop enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features solved in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Störunterdrückung bei elektro-akustischen Systemen vereinigt mehrere Vorteile in sich:The arrangement for interference suppression according to the invention in electro-acoustic systems combines several advantages in itself:

- It can be closed for any number Feedback loops are used.
- It is time invariant, so there are no adaptations necessary, the settling times are very short.
- It can be implemented with little effort, the required components can be in a circuit (IC) can be integrated.
- A full duplex operation, i.e. H. the simultaneous Sending and receiving signals - a communication in both directions - is always possible.
- It needs - regardless of the environmental conditions conditions - to be set only once and is in contrast to known circuits extremely disturbing insensitive.

Erfindungsgemäß wird die Störunterdrückung folgenderma ßen erreicht: durch das erste frequenzbeeinflussende Bauelement - vorzugsweise ein frequenzselektives Bau element - wird das Übertragungsverhalten des elektro akustischen Systems dahingehend beeinflußt, daß eine alternierende Folge von Durchlaß- und Sperrbereichen im Frequenzband des Übertragungssignals gebildet wird. Die Sperrbereiche und Durchlaßbereiche werden dabei so ge wählt, daß das System einerseits keine Schwingung mehr ausbilden kann - d. h. die Dämpfung des Systems ist im gesamten Nutzfrequenzbereich größer als die Schleifen verstärkung - andererseits das Nutzsignal aber noch ausreichend durchgelassen wird. Durch das zweite fre quenzbeeinflussende Bauelement - entweder ein weiteres frequenzselektives Bauelement oder ein frequenzver schiebendes Bauelement - werden entstehende Rückkopp lungsechos so verändert, daß sie ebenfalls in der Rück kopplungsschleife abgedämpft werden.According to the invention, the interference suppression is as follows ß achieved: by the first frequency influencing Component - preferably a frequency selective construction element - becomes the transmission behavior of the electro acoustic system in that a alternating sequence of pass and blocking areas in the Frequency band of the transmission signal is formed. The Exclusion areas and passband areas are so ge chooses that on the one hand the system no longer vibrates can train - d. H. the damping of the system is in entire useful frequency range larger than the loops amplification - but still the useful signal is sufficiently let through. By the second fre Quence-influencing component - either another frequency selective component or a frequency ver pushing component - are created feedback lung echoes so changed that they are also in the back coupling loop are damped.

Die Anzahl bzw. die Art der frequenzbeeinflussenden Bauelemente - vorzugsweise Filter als frequenzselektive Bauelemente und Modulatoren als frequenzverschiebende Bauelemente - kann dabei in Abhängigkeit der Komplexi tät des Systems bzw. dessen Übertragungsverhalten be liebig vorgegeben werden.The number or type of frequency influencing Components - preferably filters as frequency selective Components and modulators as frequency shifting Components - can depend on the complexi system or its transmission behavior be given arbitrarily.

Als frequenzselektive Bauelemente können beispielsweise Kammfilter - bei diesen sind Durchlaß- und Sperrbe reiche im Frequenzbereich in einer periodischen Folge angeordnet - oder Filter mit einer nicht-periodischen Anordnung der Durchlaß- und Sperrbereiche gewählt wer den. Beispielsweise kann die jeweilige Breite des Durchlaßbereichs in Abhängigkeit vom Frequenzwert zu Beginn des Durchlaßbereichs gewählt werden, beispiels weise bezogen auf diesen Frequenzwert prozentual immer den gleichen relativen Betrag aufweisen.For example, as frequency-selective components Comb filters - these are pass-through and blockers range in the frequency domain in a periodic sequence arranged - or filter with a non-periodic Arrangement of the passband and restricted areas who selected the. For example, the respective width of the Passband depending on the frequency value The beginning of the pass band can be selected, for example always as a percentage of this frequency value have the same relative amount.

Als frequenzverschiebende Bauelemente können beispiels weise Modulatoren gewählt werden, wobei entweder Ein seitenband-Modulatoren - bei diesen findet die Frequenzverschiebung nur in einer Richtung statt - oder Zweiseitenband-Modulatoren - bei diesen wird das Fre quenzband relativ zur Mittenfrequenz des Durchlaßbe reichs in beide Richtungen verschoben - in Frage kom men. Auch hier kann durch die frequenzverschiebenden Elemente entweder im gesamten Frequenzbereich eine kon stante Verschiebung vorgegeben werden oder die Ver schiebung wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenz wert vorgenommen - beispielsweise immer um den gleichen relativen Anteil. Die Charakteristik der Fre quenzverschiebung richtet sich dabei nach der gewünsch ten Klangqualität der übertragenen akustischen In formation.As frequency-shifting components, for example wise modulators can be selected, with either On sideband modulators Frequency shift only in one direction - or Double sideband modulators - the Fre quenzband relative to the center frequency of the Durchlaßbe Reich shifted in both directions - questionable com men. Here too, the frequency shifting Elements either in the entire frequency range a con constant displacement can be specified or the ver shift is dependent on the respective frequency value made - for example always around the same relative proportion. The characteristic of Fre the frequency shift depends on the desired th sound quality of the transmitted acoustic In formation.

Die Erfindung soll noch nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden. Dabei ist in derThe invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3. It is in the

Fig. 1 die Wirkungsweise zweier Kammfilter im Frequenzbe reich, in der Fig. 1, the operation of two comb filters in the frequency range, in the

Fig. 2 die Wirkungsweise eines Kammfil ters und eines Modulators im Frequenzbereich und in der Fig. 2 shows the operation of a Kammfil age and a modulator in the frequency domain and in the

Fig. 3 als Ausführungsbeispiel eines elektro-akusti schen Systems eine Freisprech-Telefonanordnung gezeigt. Fig. 3 shows a hands-free phone arrangement as an embodiment of an electro-acoustic system's.

In der einfachsten Version werden die beiden frequenz beeinflussenden Bauelemente 10 in der Rückkopplungs schleife 1 eines elektro-akustischen Systems durch zwei Kammfilter 2 realisiert, die gemäß Fig. 1 im Frequenz bereich eine - zueinander komplementäre - periodische Folge von Durchlaßbereichen 2a und Sperrbereichen 2b aufweisen. Durch jedes Kammfilter 2 wird dadurch je weils eine Hälfte des Frequenzspektrums unterdrückt, und demzufolge das Entstehen von Rück kopplungsschwingungen unterbunden. Mit dieser Anordnung ist ein Tastgrad der Filter - dieser gibt das Verhält nis von Durchlaß- zu Sperrbereichsbandbreiten an - von 1 : 1 erreichbar. Damit kann zwar vollständige Sprachverständlichkeit erzielt werden, der Hörkomfort - im Sinne einer optimalen Klangqualität - ist jedoch noch verbesserungsfähig.In the simplest version, the two frequency-influencing components 10 in the feedback loop 1 of an electro-acoustic system are implemented by two comb filters 2 , which according to FIG. 1 in the frequency range a - mutually complementary - periodic sequence of pass bands 2 a and blocking areas 2 b exhibit. Each comb filter 2 thereby suppresses one half of the frequency spectrum, and consequently prevents the occurrence of feedback vibrations. With this arrangement, a duty cycle of the filter - this indicates the ratio of passband to stopband bandwidths - of 1: 1. Although complete speech intelligibility can be achieved, the listening comfort - in the sense of optimal sound quality - can still be improved.

Durch Einführung von Modulatoren läßt sich der Tastgrad der Filter deutlich erhöhen und dadurch die Klangquali tät des elektro-akustischen Systems verbessern.The duty cycle can be reduced by introducing modulators the filter significantly increase and thereby the sound quality improve the electro-acoustic system.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bestehen die fre quenzbeeinflussenden Elemente aus einem Kammfilter 2 und einem Modulator 3; mit dieser Anordnung kann bei spielsweise ein Tastgrad von 3 : 1 erreicht werden, wobei dennoch störende Echos vollständig unterdrückt werden.In the embodiment of FIG. 2, the frequency-influencing elements consist of a comb filter 2 and a modulator 3 ; With this arrangement, for example, a duty cycle of 3: 1 can be achieved, but disturbing echoes are still completely suppressed.

In der Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel für ein elektro-akustisches System ein Freisprech-Telefon dar gestellt, das eine geschlossene Rückkopplungsschleife 1 aufgrund der akustischen Kopplung zwischen Lautsprecher 6 und Mikrofon 7 durch den Raum 4 und der elektrischen Kopplung zwischen den beiden Verstärkern 8 durch die Gabelschaltung 5 aufweist.In Fig. 3 a hands-free phone is provided as an embodiment of an electro-acoustic system, which a closed feedback loop 1 due to the acoustic coupling between speaker 6 and microphone 7 through the room 4 and the electrical coupling between the two amplifiers 8 through the hybrid 5 has.

Sowohl im "Mikrofon"-Zweig als auch im "Lautsprecher"- Zweig sind als frequenzbeeinflussende Bauelemente 10 jeweils zwei Modulatoren 3 und ein Filter 2 angeordnet. Diese Anordnung ist geeignet, um bei einem derartigen System Rückkopplungseffekte in der Rückkopplungs schleife 1 zu unterbinden, so daß bei voller Sprach verständlichkeit eine vollständige Störunterdrückung erreichbar ist.Both in the "microphone" branch and in the "loudspeaker" branch, two modulators 3 and a filter 2 are arranged as frequency-influencing components 10 . This arrangement is suitable to prevent feedback effects in the feedback loop 1 in such a system, so that full speech suppression can be achieved with full speech intelligibility.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Störunterdrückung kann bei den verschiedensten elektro-akustischen Syste men - die üblicherweise mehr als nur eine geschlossene Rückkopplungsschleife aufweisen - eingesetzt werden. Für jede geschlossene Rückkopplungsschleife müssen min destens zwei frequenzbeeinflussende Bauelemente, davon mindestens ein frequenzselektives Bauelement, vorgese hen werden.The arrangement for interference suppression according to the invention can be used with a wide variety of electro-acoustic systems men - which are usually more than just a closed one Show feedback loop - are used. For each closed feedback loop min at least two frequency-influencing components, of which at least one frequency-selective component, vorese will be.

Beispielsweise kann dadurch bei Freisprech-Telefonen, Mobil-Telefonen das Telefonieren bei dennoch guter Ver ständigung wesentlich verbessert werden, bei Telefon- Vermittlungssystemen, Funksystemen oder Radiogeräten werden die störenden Rückkopplungen vollständig unter drückt.For example, with hands-free telephones, Mobile phones make calls with good ver consistency can be significantly improved with telephone Switching systems, radio systems or radio devices the disturbing feedbacks are completely under presses.

Claims

1. Electro-acoustic system in which acoustic signals are processed and transmitted by means of electro-acoustic components, with at least one time-invariant frequency-selective component ( 2 ) and at least one in a closed feedback loop ( 1 ) of the electro-acoustic system to suppress disruptive acoustic feedback effects Time-invariant frequency-shifting component ( 3 ) are provided as frequency-influencing components ( 10 ), which are selected such that the loop gain in the closed feedback loop ( 1 ) becomes less than 1, characterized in that in each closed feedback loop ( 1 ) the electro-acoustic Systems as frequency-selective components ( 2 ) filters are provided, in which in the frequency range several pass bands ( 2 a) with low signal attenuation are separated from blocking areas ( 2 b) with high signal attenuation, and that in each closed feedback lungsschleife ( 1 ) of the electro-acoustic system, the frequency-shifting elements ( 3 ) the sequence of pass bands ( 2 a) and blocking areas ( 2 b) so frequency-dependent that the amount of frequency shift depends on the output frequency before the frequency shift.

2. Electro-acoustic system according to claim 1, characterized in that comb filters are provided as filters ( 2 ), which have a periodic arrangement of the pass regions ( 2 a) and blocking regions ( 2 b).

3. Electro-acoustic system according to claim 1, characterized in that the sequence of the pass regions ( 2 a) and blocking regions ( 2 b) of the filter ( 2 ) is non-periodic.

4. Electro-acoustic system according to claim 3, characterized in that the widths (Δf) of the pass bands ( 2 a) depend on those frequency values (f _A ) at which the pass bands ( 2 a) begin.

5. Electro-acoustic system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the frequency-shifting elements ( 3 ) are modulators.

6. Electro-acoustic system according to claim 5, characterized in that the modulators ( 3 ) are single sideband modulators.

7. Electro-acoustic system according to claim 5, characterized in that the modulators ( 3 ) are double sideband modulators.

8. Use of an electro-acoustic system after one of claims 1 to 7 to avoid disruptive acoustic feedback effects or echoes in telephone systems, Radio systems or radios.