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Schaltungsanordnung für elektroakustische Ubertragungsanlagen, insbesondere
Gegensprechanlagen Das Arbeitsprinzip der als Gegensprechanlagen bezeichneten elektroakustischen
Übertragungssysteme birgt bekanntlich grundsätzlich die Gefahr einer Selbsterregung
in sich. Grund hierfür sind die elektrischen und akustischen Kopplungen zwischen
den beiden Übertragungsrichtungen. Die elektrische Kopplung kann durch entsprechend
zweckmäßige Schaltungsanordnungen weitgehend unter Kontrolle gebracht werden. Zum
Beispiel dadurch, daß jeder Sprechrichtung ein eigener Übertragungskanal mit eigenem
Verstärker zugeteilt wird. Der dann noch verbleibende Rest elektrischer Kopplung
zwischen den Sprechkanälen ist so gering, daß praktisch keine Selbsterregung auftreten
kann.
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Die akustische Kopplung kann dagegen nicht so weitgehend eliminiert
werden und es bedarf besonderer Maßnahmen, um ihre schädliche Wirkung abzufangen.
Durch die akustische Kopplung wird ein Kreis für einen Teil des vom Mikrofon einer
Sprechstelle aufgenommenen Schalls geschlossen. Beispielsweise gelangt in einer
Gegensprechanlage mit getrennten Sprechkanälen Schall vom Mikrofon einer Sprechstelle
über Verstärker, Lautsprecher der Gegenstelle, Mikrofon der Gegenstelle Verstärker,
Lautsprecher der Ausgangsstelle, unter Umwandlung von Schalleistung in elektrische
Leistung und umgekehrt, zum Mikrofon der Ausgangsstelle zurück. Sinngemäß bezeichnet
man den auf diesem Wege über die Gegenstelle zurückgeleiteten und vom Lautsprecher
der eigenen Sprechstelle abgestrahlten Schall als Rückschall, im Gegensatz zu dem
vorn Sprecher selbst erzeugten Nutzschall. Die Gefahr der Selbsterregung des Systems
ist gegeben,
sobald am Mikrofon einer Sprechstelle die Stärke des
Rückschalls die des Nutzschalls überschreitet.
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Es liegt nahe, dieser Gefahr durch Herabsetzung der Verstärkung zu
begegnen. Dadurch wird einerseits die Rückschallstärke direkt verringert, andererseits
der Sprecher gezwungen, sehr laut oder in nächster Nähe des Mikrofons zu sprechen,
um den Verlust an Verstärkung durch erhöhte Nutzschallstärke wettzumachen; zwangsläufig
wird also das Verhältnis Nutz-Schall zu Rückschall am Ort des Mikrofons verbessert.
Praktisch ist dieses Vorgehen durch eine obere Grenze der zulässigen Lautstärke
gekennzeichnet, die einige Dezibel unter dem Selbsterregungspegel liegt. Man verzichtet
damit zu einem gewissen Grade auf den Vorteil, der die Gegensprechanlage
-gerade gegenüber anderen Übertragungssystemen auszeichnen soll: freie Sprechmöglichkeit
ohne räumliche Bindung an die Apparatur; abgesehen von der selbstverständlichen
Bedingung, daß sich Sprecher und Schallwandler in einem gemeinsamen Raum befinden
müssen.
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Eine andere Möglichkeit, die Selbsterregungsgefahr zu verringern,
besteht darin, daß man die akustische Kopplung zwischen Mikrofon und Lautsprecher
einer Sprechstelle herabsetzt. Dies läßt sich durch akustische oder elektrische
Mittel erreichen, ist aber nicht sehr erfolgreich, da die akustischen Eigenschaften
des ganzen Raumes berücksichtigt werden müssen und diese nicht nur von Fall zu Fall
verschieden sind, sondern auch laufend geändert werden, z. B. durch den im Raum
sich bewegenden Sprecher selbst. Eine dritte Möglichkeit stellen die Verfahren dar,
durch die die Sprechkanäle selbst beeinflußt werden. Sie sind ganz allgemein durch
zeitweise, wechselseitige Sperrung :oder Durchschaltung der Sprechkanäle Bekennzeichnet,
die durch die Sprache gesteuert oder unabhängig von äußeren Einflüssen erfolgen
kann: Im ersten Fall sind Schaltmittel vorhanden, durch die die Spräche selbst den
besprochenen Kanal durchschaltet, während der nicht besprochene Gegenkanal gesperrt
ist. Im zweiten Fall werden die Kanäle mit einer Frequenz, die außerhalb des Übertragungsbereichs
liegt, wechselweise gesperrt, um die Anfachung von Rückkopplungsschwingungen zu
verhindern. Der Erfolg ist auch in diesen Fällen nicht befriedigend, !, besonders
im Hinblick auf den Schaltungsaufwand, durch den die Geräte verteuert und für neu
auftretende Störungen anfällig werden, denn in jedem Fall sind komplizierte Kunstschaltungen
mit Röhren als Steuergliedern erforderlich. Das letztgesagte gilt auch für die bekanntgewordenen
Anordnungen zur Verhinderung der Selbsterregung, die -mit Kompensation oder in der
Art von Brückenschaltungen arbeiten. -Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
ist dagegen einfach zu realisieren und betriebssicher. Sie gestattet, den Verstärkungspegel
über den kritischen Wert hinaus zu steigern, bei dem normalerweise Selbsterregung
durch akustische Rückkopplung. eintreten würde (kritischer Pegel), indem sie den
Weg für den - Rückschall beim Überschreiten dieses Pegels sperrt. Zu diesem Zweck
sind die Übertragungskanäle so geschaltet, daß sie gleichzeitig den ganzen Frequenzbereich,
und zwar höchstens bis zum kritischen Pegel, und bestimmte Frequenzbänder, die letzteren
insbesondere auch über den kritischen Pegel hinaus, übertragen. Die Frequenzbänder
sind auf die beiden den Übertragungsweg bildenden Kanäle so verteilt, daß der eine
Kanal für die vom anderen übertragenen Bänder jeweils gesperrt ist und umgekehrt.
Durch diese Anordnung ist der Weg für den Rückschall über den kritischen Pegel gesperrt,
eine Selbsterregung kann also nicht eintreten.
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Den Erfindungsgedanken veranschaulichen die Fig. i und 2 am Beispiel
einer Gegensprechanlage. Aus Fig. z geht hervor, daß die beiden zwischen den Sprechstellen
A und B verlaufenden Sprechkanäle teilweise aufgespalten sind. So verzweigt sich
z. B. der Sprechkanal vom Mikrofon Ma in A zum Lautsprecher Lb in B hinter
dem Mikrofonverstärker 117Va in zwei Äste, die am Eingang des Hauptverstärkers HVa
wieder vereint werden. In einem Ast liegt ein Verstärkungsregler Ra i, in dem anderen
die Verzerrungsmittel, hier z. B. die Bandpaßgruppe BGa mit den Bandpässen
B i, B 3, B 5, B 7; und ein Verstärkungsregler Ra 2. Entsprechend
ist der zweite Sprechkanal vom Mikrofon Mb zum Lautsprecher La in A
geschaltet.
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Mit den Reglern Ra i bzw. Rb z kann die Verstärkung des gesamten Übertragungsbereichs
bis zum kritischen Pegel geregelt werden, d. h: bis kurz vor dem Einsatz der Selbsterregung.
Sie dienen in erster Linie zur einmaligen Einstellung der in Bezug auf die akustischen
Eigenschaften der Sprechstellen höchstzulässigen Lautstärke, bei der noch keine
Selbsterregung eintritt. Diese Lautstärke ist im allgemeinen unzureichend. Zur Einstellung.
der erforderlichen größeren Lautstärken dienen die Regler Ra --, bzw. Rb
2; durch sie wird die Verstärkung über den kritischen Pegel hinaus geregelt. Sie
regeln aber im Gegensatz zu Ra i bzw. Rb i die Verstärkung nur für bestimmte Bänder
des Übertragungsbereichs.
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Der ganze zu übertragende Frequenzbereich ist im Beispiel in acht
Frequenzbänder aufgeteilt, von denen die Bändpaßgruppe BGa nur die ungeradzahligen,
die Gruppe BGb nur die geradzahligen durchläßt. Fig. 2 zeigt das entsprechende Frequenzschema.
Auf der Abszisse ist die Frequenz im logarithmischen Maßstab aufgetragen, auf der
Ordinate das Verstärkungsmaß. Der Übertragungsbereich erstreckt sich von der unteren--
Grenzfrequenz f" zur oberen fo. Die Frequenzbänder sind mit b i bis b 1i bezeichnet;
die Bezeichnung entspricht der der Bandpässe in Fig. i, Pk ist der kritische Pegel,
oberhalb dessen die Selbsterregung einsetzt. Er bildet die obere Grenze der mit
den Reglern Ra i bzw. Rb i einstellbaren Verstärkung. Innerhalb des Regelbereichs
dieser Regler wird der Frequenzgang des Übertragungssystems nicht beeinflußt. Oberhalb
des kritischen Pegels wird die Verstärkung durch die Regler Ra 2 bzw. Rb
-2 geregelt: Hier ist das Verstärkungsmaß frequenzabhängig. Im Sprechkanal Ma-Lb
werden nur die ungeradzahligen, im Sprechkanal Mb-La nur die geradzahligen Frequenzbänder
verstärkt. Da die Frequenzbänder, wie Fig. 2 zeigt, auf Lücke stehen, ist der Rückschauweg
oberhalb des kritischen Pegels gesperrt; Selbsterregung kann also nicht auftreten.
Im
Bereich der durch die Regler Ra i bzw. Rb x einstellbaren Lautstärken ist die Übertragungsqualität
des Systems unbeeinträchtigt. Eine gute Grundqualität der Übertragung ist also auch
gewährleistet, wenn bei Einstellung höherer Lautstärken durch die Regler Ra 2 bzw.
Rb 2 die Verstärkung nur noch bandweise erfolgt. Störungen durch Einschwingvorgänge
in Nähe der Eckfrequenzen der Bandpässe sind klein, da die Auffächerung der Gesamtübertragungscharakteristik
erst oberhalb des kritischen Pegels einsetzt. Dadurch unterscheidet sich die vorliegende
Anordnung grundsätzlich von ähnlichen, bisher bekanntgewordenen, bei denen ausschließlich
Frequenzbänder übertragen werden, d. h. die Übertragungscharakteristik bis zum Pegel
Null aufgefächert ist, und dementsprechend starke Verzerrungen durch Einschwingvorgänge
auftreten.
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Nach dem vorstehend ausgeführten Beispiel werden auch unterhalb des
kritischen Pegels neben dem gesamten Frequenzbereich die bestimmten Frequenzbänder
gleichzeitig übertragen. Es kann aber auch zweckmäßig sein, die Anordnung so zu
treffen, daß bis zum kritischen Pegel nur der gesamte Frequenzbereich ohne zusätzliche
Bänder übertragen wird, und die Verzerrungsmittel erst beim Überschreiten dieses
Pegels zur Wirkung kommen, indem sie dann die zusätzliche Verstärkung bestimmter
Frequenzbänder ermöglichen.
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Die Aufteilung in acht Frequenzbänder gemäß Fig. i ist nur als Beispiel
zu werten. Es hängt von den Eigenschaften des Übertragungssystems selbst und von
den Ansprüchen, die an die Übertragungsqualität gestellt werden, ab, wieviel Frequenzbänder
im Einzelfall erforderlich sind und wie deren Eckfrequenzen zu wählen sind. Dabei
werden auch die Höhe des Pegelsilo (Fig. 2), bis zu dem das System maximal aussteuerbar
sein soll, und der Unterschied Po - Pk zu berücksichtigen sein. Ebenso
ist die Übertragungscharakteristik der Fig. 2 rein schematisch und soll nur der
klaren Veranschaulichung des Erfindungsgedankens dienen. Es ist durchaus möglich,
an Stelle der dargestellten rechteckigen Charakteristik, die an sich schwer zu realisieren
ist, eine zweckmäßigere, z. B. eine wellenförmige Charakteristik zu wählen. Die
Regeln, nach denen dabei zu verfahren ist, sind bekannt. Das gleiche gilt für die
schaltungsmäßige Ausführung der Verzerrungsmittel. Es ist lediglich eine Frage der
Zweckmäßigkeit, ob z. B. bei der praktischen Ausführung nach dem Beispiel der Fig,
i Bandpässe mit nur einem oder mehreren Durchlaßbereichen verwendet werden.