EP0989542A1 - Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen Download PDF

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EP0989542A1
EP0989542A1 EP99115460A EP99115460A EP0989542A1 EP 0989542 A1 EP0989542 A1 EP 0989542A1 EP 99115460 A EP99115460 A EP 99115460A EP 99115460 A EP99115460 A EP 99115460A EP 0989542 A1 EP0989542 A1 EP 0989542A1
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EP
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telephone
noise
arrangement
ambient
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EP99115460A
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Volkmar Dr.-Ing. Naumburger
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Deutsche Telekom AG
Original Assignee
Deutsche Telekom AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for active Noise reduction in open telephone booths.
  • Public telephone booths are at least one-sidedly open in buildings Construction attached and operated. This is done for cost reasons, because the effort to build such an open telephone booth is less than with a closed version. But also be outdoors increasingly open telephone booths installed in a weatherproof design. But now is in buildings such as station halls or check-in halls Airports encounter an increased level of noise. Even outdoors are depending Installation site also noise emissions from road traffic or from Public traffic available. As a remedy at the current status of Technology predominantly passive countermeasures like bells around that Telephone or soundproofing construction measures used. This However, measures are not optimal with regard to the effect. From the American patent US 5,594,803 is now a device and a Processes known to address the environmental noise from open telephone booths To reduce platforms. This is one of a variety of removed microphones recorded sound according to the corresponding Processing fed into the phone booth in opposite phase. The disadvantage here is a very large technical effort, which is low volume of calls and thus low fee income in Telephone booths not economically affected by ambient noise justifies.
  • the present invention is therefore based on the object Method and device for active noise reduction in Open design phone booths avoiding the disadvantages of state the above-mentioned technology.
  • the object is in connection with the preamble of claim 1 solved in that with the help of a simple speaker and Microphone arrangement and an arrangement of digital filters Ambient noise that penetrates into the phone booth is compensated becomes.
  • the signal from the surrounding microphone is recorded using a Low pass filter reduced to the range up to about 800 Hz.
  • the A / D conversion it goes through an adaptive filter.
  • the active noise reduction method has the greatest effect where the speech microphone of the telephone is located.
  • the Speakers in the phone booth ensured that the running times of the Sound waves from direct sound are the same as those from the loudspeaker coming are and continue to be largely parallel run.
  • This causes the compensation to be over a relatively wide range Spectral range is independent of location.
  • the compensation is preferably so set that the low-frequency components of the ambient noise be dampened the most. This corresponds to the energy distribution in natural sounds. Not the opposite at high frequencies Effect, an amplification occurs due to differences in runtime according to the invention a band limitation of the compensating signal made by a fixed digital filter. That prevents the compensation of the high frequencies on the microphone of the phone, does not have such a disturbing effect, since these higher-frequency spectral parts anyway no longer appear very energetic.
  • the dimensioning of the Cutoff frequency is such that within a volume of 15 cm to 20 cm radius no significant differences in transit time can occur. At a speed of sound of 340 m / s, this corresponds to an upper one Frequency from about 500 Hz to 800 Hz. Thus, the digital low-pass filter suppress all vibrations above this frequency.
  • FIG. 1 shows the constructive arrangement of the two compensation loudspeakers 3.1 and 3.2 and the ambient microphone 4 in an open telephone booth 2 with any telephone 1 .
  • FIG. 2 shows the electrical arrangement using a block circuit.
  • the ambient microphone 4 detects the sound outside the open telephone booth and converts it into an electrical signal.
  • An analog / digital converter and a digital low-pass filter with a cut-off frequency of 500 Hz to 800 Hz follow.
  • the microphone 13 of the telephone detects signals. This signal consists of a sum of the useful signal of the speaker and disturbing ambient noise.
  • the signal is routed to the connecting line a / b via the telephone circuit 14, which is only shown schematically here, as well as to the low-pass filter 10 after analog / digital conversion in the A / D converter 11 .
  • the now band-limited signal mixture is forwarded to the LMS optimizer (least mean square) 9 , where the optimal filter coefficients for the adaptive filter 7 (7.1 to 7.N) are calculated.
  • the ambient noise coming from the environmental microphone 4 and band-limited in the low-pass filter 6 is evaluated.
  • Via the summer 8 and after D / A conversion in the converter 15 it is passed to the compensation loudspeakers 3.1 and 3.2 .
  • This modified and re-emitted ambient signal overlaps at the location of the telephone microphone so that both components are largely extinguished.
  • the signal path to the earpiece 12 of the telephone corresponds to that in a telephone booth which is not noise-insulated with active measures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen nach dem Prinzip der Kompensation durch gegenphasige Einspeisung des Umgebungsgeräusches in die Telefonzelle, wobei unter Zuhilfenahme einer einfachen Lautsprecher- und Mikrofonanordnung und einer Anordnung von digitalen Filtern das Umgebungsgeräusch, welches in die Telefonzelle eindringt, kompensiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen.
Öffentliche Telefonzellen werden in Gebäuden in zumindest einseitig offener Bauweise angebracht und betrieben. Dies geschieht aus Kostengründen, denn der Aufwand zum Bau einer solchen offenen Telefonzelle ist geringer als bei einer geschlossenen Ausführung. Aber auch im Freien werden zunehmend offene Telefonzellen in wetterfester Ausführung angebracht. Nun ist aber in Gebäuden wie Bahnhofshallen oder Abfertigungshallen an Flughäfen ein erhöhter Lärmpegel anzutreffen. Auch im Freien sind je nach Aufstellungsort ebenfalls Lärmimissionen vom Straßenverkehr oder vom Publikumsverkehr vorhanden. Als Abhilfe werden beim jetzigen Stand der Technik vorwiegend passive Gegenmaßnahmen wie Glocken um das Telefon oder schalldämmende bauliche Maßnahmen eingesetzt. Diese Maßnahmen sind bezüglich der Wirkung allerdings nicht optimal. Aus der amerikanischen Patentschrift US 5,594,803 ist nun eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, um den Umgebungslärm von offenen Telefonzellen an Bahnsteigen zu reduzieren. Hierbei wird der von einer Vielzahl von auch entfernt angebrachten Mikrofonen aufgenommene Schall nach entsprechender Bearbeitung gegenphasig in die Telefonzelle eingespeist. Nachteilig ist hier ein sehr großer technischer Aufwand, welcher sich bei geringem Gesprächsaufkommen und damit geringen Gebühreneinnahmen in von Umgebungslärm betroffenen Telefonzellen wirtschaftlich nicht rechtfertigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in Telefonzellen offener Bauweise unter Vermeidung der Nachteile des obengenannten Standes der Technik anzugeben.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß unter Zuhilfenahme einer einfachen Lautsprecher- und Mikrofonanordnung und einer Anordnung von digitalen Filtern das Umgebungsgeräusch, welches in die Telefonzelle eindringt, kompensiert wird.
Dies geschieht in der Weise, daß das Umgebungsgeräusch mit einem Mikrophon aufgenommen, in Phase und Amplitude modifiziert, und über Lautsprecher in die Telefonzelle abgestrahlt wird.
Zunächst wird hierbei das Signal des Umgebungsmikrophones mittels eines Tiefpaßfilters auf den Bereich bis etwa 800 Hz reduziert. Nach der A/D-Wandlung durchläuft es ein adaptives Filter. Dieses Filter wir durch die Signalspannung des Sprechmikrophons des Telephonapparates optimiert, indem die Koeffizienten der einzelnen Stufen adaptiert werden. Das Verfahren der aktiven Geräuschminderung wirkt dort am stärksten, wo sich das Sprechmikrophon des Telephons befindet. Damit wird zunächst das Sprachsignal, das zum Gesprächspartner übertragen wird, stark von den nachteiligen Einflüssen des Umgebungsgeräusches befreit. Da aber der Telefonbenutzer in der offenen Telefonzelle ebenfalls von den Störungen betroffen ist, wird erfindungsgemäß auch an den Ohren des Benutzers eine Geräuschreduktion bewirkt. Zunächst wird durch die Anordnung der Lautsprecher in der Telefonzelle dafür gesorgt, daß die Laufzeiten der Schallwellen des Direktschalls gleich denen der vom Lautsprecher kommenden sind und weiterhin die Einstrahlrichtungen weitgehend parallel verlaufen. Das bewirkt, daß die Kompensation über einen relativ weiten Spektralbereich ortsunabhängig ist. Vorzugsweise wird die Kompensation so eingestellt, daß die tieffrequenten Komponenten des Umgebungsgeräusches am stärksten bedämpft werden. Dies entspricht der Energieverteilung in natürlichen Geräuschen. Damit bei hohen Frequenzen nicht der gegenteilige Effekt, eine Verstärkung infolge von Laufzeitunterschieden auftritt, wird erfindungsgemäß eine Bandbegrenzung des kompensierenden Signals durch ein fest eingestelltes digitales Filter vorgenommen. Die verhindert zwar die Kompensation der hohen Frequenzen am Mikrofon des Telefons, wirkt aber nicht so störend, da diese höherfrequenten Spektralteile ohnehin nicht mehr sehr energiereich auftreten. Die Dimensionierung der Grenzfrequenz erfolgt so, daß innerhalb eines Volumens von 15 cm bis 20 cm Radius keine wesentlichen Laufzeitunterschiede auftreten können. Bei einer Schallgeschwindigkeit von 340 m/s entspricht dies einer oberen Frequenz von etwa 500 Hz bis 800 Hz. Somit hat das digitale Tiefpaßfilter alle Schwingungen oberhalb dieser Frequenz zu unterdrücken.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Dabei zeigen:
Figur 1
eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete offene Telefonzelle
Figur 2
die Blockschaltung der elektrischen Anordnung
Figur 1 zeigt die konstruktive Anordnung der beiden Kompensationslautsprecher 3.1 und 3.2 und des Umgebungsmikrofons 4 in einer offenen Telefonzelle 2 mit einem beliebigen Telefon 1.
Figur 2 zeigt anhand einer Blockschaltung die elektrische Anordnung. Das Umgebungsmikrofon 4 erfaßt den Schall außerhalb der offenen Telefonzelle und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um. Es folgt ein analog/digital-Wandler und eine digitales Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 500 Hz bis 800Hz. Gleichzeitig erfolgt eine Signalerfassung durch das Mikrofon 13 des Telefons. Dieses Signal besteht aus einer Summe aus Nutzsignal des Sprechers und störendem Umgebungsgeräusch. Das Signal wird sowohl über die hier nur schematisch dargestellte Telefonschaltung 14 zur Anschlußleitung a/b geführt als auch nach analog/digital-Wandlung im A/D-Wandler 11 zum Tiefpaßfilter 10. Das nunmehr bandbegrenzte Signalgemisch wird zum LMS-Optimierer (least mean square) 9 weitergeleitet, wo eine Berechnung der optimalen Filterkoeffizienten für das adaptive Filter 7 (7.1 bis 7.N) durchgeführt wird. Mit dieser Filtereinstellung wird das vom Umweltmikrofon 4 kommende und im Tiefpaßfilter 6 bandbegrenzte Umgebungsgeräusch bewertet. Über den Summierer 8 und nach D/A-Wandlung im Wandler 15 wird es auf die Kompensationslautsprecher 3.1 und 3.2 geleitet. Dieses so modifizierte und erneut abgestrahlte Umgebungssignal überlagert sich am Ort des Telefonmikrofones so, daß eine weitgehende Auslöschung beider Komponenten erfolgt. Der Signalweg zur Hörkapsel 12 des Telefons entspricht dem bei einer nicht mit aktiven Maßnahmen geräuschgedämmten Telefonzelle.
Bezugszeichenliste
1
Telefon
2
Telefonzelle
3.1
Kompensationslautsprecher 1
3.2
Kompensationslautsprecher 2
4
Umgebungsmikrofon
5
Analog/Digitalwandler für Umgebungsmikrofon
6
Tiefpaßfilter für Umgebungsmikrofon
7
Adaptives Filter
8
Summierer
9
LMS-Optimierer
10
Tießpaßfilter
11
Analog/Digitalwandler
12
Hörkapsel des Telefons
13
Sprechmikrofon des Telefons

Claims (4)

  1. Verfahren zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen nach dem Prinzip der Kompensation durch gegenphasige Einspeisung des Umgebungsgeräusches in die Telefonzelle,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß unter Zuhilfenahme einer einfachen Lautsprecher- und Mikrofonanordnung und einer Anordnung von digitalen Filtern das Umgebungsgeräusch, welches in die Telefonzelle eindringt, kompensiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkoeffizienten des verwendeten adaptive Filters mit Hilfe von aus der Mikrofonspannung des Telefonmikrophones abgeleiteten Werten optimiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschminderung auf einen Frequenzbereich von etwa 500 Hz bis 800 Hz eingeschränkt ist.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung des Umgebungsmikrofons und der Lautsprecher in der Telefonzelle dafür gesorgt wird, daß die Laufzeiten der Schallwellen des Direktschalls gleich denen der vom Lautsprecher kommenden sind und weiterhin die Einstrahlrichtungen weitgehend parallel verlaufen.
EP99115460A 1998-09-18 1999-08-05 Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen Withdrawn EP0989542A1 (de)

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