DE3877384T2

DE3877384T2 - Einrichtung zur realisierung der freisprechfunktion in einem fernsprechapparat mit assoziierung der verstaerkungsschaltungs- und echoannullierungs-funktionen.

Info

Publication number: DE3877384T2
Application number: DE8888400462T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Connan; Jean-Yves Huiban; Serge Pinaud
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-03-01
Also published as: JP2620285B2; CA1288186C; FR2612029B1; EP0282393B1; US4984265A; FR2612029A1; DE3877384D1; EP0282393A1; JPS63299436A

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine Freisprecheinrichtung für einen Fernsprechapparat zum Gegenstand. Ein Fernsprechapparat wird "mit Freisprecheinrichtung" genannt, wenn sich Lautsprecher und Mikrophon in selben Gehäuse befinden, so daß der Benutzer den Hörer nicht ergreifen muß. Die akustische Rückkopplung zwischen Lautsprecher und Mikrophon verursacht besondere Stabilitätsprobleme, deren Lösung die "Freisprech-"Funktion darstellt.
Das bis jetzt angewandte herkömmliche Verfahren zur Schaffung dieser Funktion ist die Umschaltung des Verstärkungsfaktors. Dieses wohlbekannte Prinzip besteht darin, abwechselnd die eine oder andere Übertragungsrichtung (Sendung oder Empfang) in Abhängigkeit von den Pegeln der ausgesandten und empfangenen Signale zu dämpfen. Die Verstärker und Dämpfungsglieder sind derart ausgelegt, daß der Verstärkungsfaktor der Schleife konstant ist und unter einer Anregungsschwelle liegt (akustische Rückkopplung). Die Ausführung dieses Verfahrens kann in Analogtechnik erfolgen oder digitale Untereinheiten enthalten, wie in der Schrift FR-A-2 566 980 beschrieben. Zur Erreichung einer ausreichenden Effektivität ist in diesen Ausführungen eine große Amplitude der Umschaltung des Verstärkungsfaktors erforderlich, was für den Benutzer störend sein kann. Das vom Mikrophon empfangene Signal hat nämlich zur Folge, daß das Gerät auf Sendung geschaltet und damit die Stimme des entfernten Gesprächspartners stark abgeschwächt wird. Im Extremfall kann dieses Prinzip den Eindruck abwechselnden Betriebes erwecken und sich durch Unverständlichkeit der Satzenden und -anfänge bemerkbar machen.
Ein anderes anwendbares Verfahren ist die Echounterdrückung, wie sie bis jetzt im Bereich der Übertragung angewandt wird. Dieses Verfahren beruht auf der Verwendung eines selbstanpassenden Filters, der die Stoßantwort der Gesamtheit Transducer-akustische Umgebung simuliert. Eine Freisprecheinrichtung nach diesem Verfahren erfordert die Verwendung eines Digitalfilters erheblicher Länge, der in der Lage ist, die Stoßantwort des Raumes zu erzeugen. Die erwarteten Leistungen können nur in einer ruhigen Umgebung nach einer relativ langen Konvergenzzeit und mit sehr aufwendigen Rechenmitteln erbracht werden. Jede Änderung der Umgebung verschlechtert die Leistung der Unterdrükkungsvorrichtung und verursacht Unstabilität. In der Praxis wird deutlich, daß sich eine derartige Vorrichtung auf die Erzeugung von kurzen Stoßantworten (unter 10 ms) beschränken muß, um verwendbar zu sein. Diese Bedingung begrenzt die Leistungsfähigkeit der Echounterdrückung und macht die Kombination mit einem anderen Organ, wie einer Vorrichtung zur Umschaltung des Verstärkungsfaktors, erforderlich.
Die Schrift WO-A-8 603 912 beschreibt bereits eine Freisprecheinrichtung, die Dämpfungsglieder in der Sendeleitung und in der Empfangsleitung umfaßt und ein Mittel zur Echounterdrückung mit einem Filtet und einem Subtrahierglied. In einer derartigen Einrichtung ist jedoch der Gesamtdämpfungsfaktor in Sende- und Empfangsleitung konstant.
Die Erfinder haben jedoch gezeigt, daß das selbstanpassende Filter, dessen Aufgabe darin besteht, die Stoßantwort der akustischen Schleife wiederzugeben, seine Übertragungsfunktion nur in Anwesenheit eines durch den Lautsprecher abgegebenen Signals anpassen kann. Bei Fehlen dieses Signals können Änderungen der akustischen Umgebung durch das System nicht berücksichtigt werden, was zu Leistungsverringerung der Vorrichtung zur Echounterdrückung führt und Unstabilität bewirkt.
Im Einzelnen hat die vorliegende Erfindung also eine Freisprecheinrichtung für einen Fernsprechapparat zum Gegenstand, in der die Dämpfungsglieder durch ein Rechenorgan gesteuert werden, das in Abhängigkeit von den relativen Amplituden der Sprachsignale in jeder der Leitungen (Sendung und Empfang) und vom Verstärkungsfaktor der Vorrichtung zur Echounterdrückung, der sich daraus ergibt, den optimalen Dämpfungsfaktor bestimmt, der auf jede der Leitungen anzuwenden ist, um Stabilität sicherzustellen und für maximale akustische Effektivität zu sorgen. Die Gesamtdämpfung der Schleife wird in Abhängigkeit von der Leistung der Vorrichtung zur Echounterdrückung veränderlich gemacht.
Die Erfindung wird durch Lektüre der folgenden Beschreibung besser verständlich werden. Diese Beschreibung nimmt auf die beigefügten Zeichnungen Bezug. Es zeigen:
- Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung mit Echounterdrückung und Umschaltung des Verstärkungsfaktors,
- Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
- Fig. 3 eine Variante zur Verwendung in einem analogen Zweileiternetz,
- Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante,
- Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante,
- Fig. 6 noch eine weitere Ausführungsvariante,
- Fig. 7 noch eine weitere Ausführungsvariante,
- Fig. 8 noch eine weitere Ausführungsvariante.
Das Schema der Fig. 1 stellt ein Vierleitersystem mit einem Dämpfungsglied AHP dar, das mit einem Lautsprecher HP verbunden ist, einem Dämpfungsglied AMIC, das mit einem Mikrophon MIC verbunden ist, und einer Vorrichtung zur Echounterdrückung DAE, die einen Filter F und ein Subtrahierglied S enthält.
Die durch die beiden Dämpfungsglieder bewirkten Dämpfungen werden mit AHP bzw. AMIC bezeichnet. Der Verstärkungsfaktor des Subtrahiergliedes S wird mit G bezeichnet.
Bei fehlender Vorrichtung zur Echounterdrückung wird mit A die Gesamtdämpfung (AHP+AMIC) bezeichnet, die für die Erreichung einer zufriedenstellenden Effektivität in Sende- und Empfangsbetrieb erforderlich ist:
- im Sendebetrieb gilt : AMIC=0 AHP=A
- im Empfangsbetrieb gilt : AMIC=A AHP=0
Wird eine Vorrichtung zur Echounterdrückung hinzugefügt, kann die Amplitude der Dämpfung verringert werden:
- im Sendebetrieb gilt : AMIC=0 AHP=A-G
- im Empfangsbetrieb gilt : AMIC=A-G AHP=0
Die Suche nach Stabilität des Systems in allen Phasen des Betriebs (Sendung und Empfang) führt dazu, den Verstärkungsfaktor G zu berücksichtigen, der unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen, d.h. bei Fehlen eines Signals im Lautsprecher, erhalten wird. In diesem Fall ist für eine ausreichende Effektivität eine maximale Umschaltung des Verstärkungsfaktors erforderlich.
Die Untersuchung der Funktionsweise der Unterdrückungsvorrichtung ergibt jedoch, daß sich der Verstärkungsfaktor G bei Anwesenheit von vom Lautsprecher ausgesandten Signalen erheblich erhöht. Diese Erhöhung des Verstärkungsfaktors werde mit g bezeichnet. Anstelle der obigen Gleichungen gilt:
- im Sendebetrieb (das Signal des Mikrophons überwiegt) :
AMIC=0 AHP=A-G
- in Ruhe (kein Signal) :
AMIC=A-G AHP=0
(es könnte sich auch beispielsweise ergeben :
AMIC = (A/2)-G, AHP = A/2)
Der Gesamtbetrag der Dämpfungsfaktoren der Schleife beträgt A-G.
- im Empfangsbetrieb (Signal im Lautsprecher) :
AMIC=A-(G+g) AHP=0
Der Gesamtbetrag der Dämpfungsfaktoren der Schleife beträgt A-(G+g).
Diese Rechnung zeigt, daß die in der Empfangsphase in der Sendeleitung zur Erhaltung der Stabilität erforderliche Dämpfung aufgrund der Erhöhung g des Verstärkungsfaktors der Vorrichtung zur Echounterdrückung geringer ist.
Die Erhöhung des Verstärkungsfaktors g hat einen festen Betrag. Es könnte auch vorgesehen werden, daß g einen in Abhängigkeit von den mit dem Betrieb der Vorrichtung verbundenen Parametern variablen Betrag hat.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zu jedem Zeitpunkt und insbesondere in der Empfangsphase den Verstärkungsfaktor (G+g) der Unterdrückungsvorrichtung zu bestimmen, um auf jeder Leitung nur die minimale, für die Stabilität erforderliche Dämpfung (A-G-g) anzuwenden.
Die Abschätzung der Leistungen der Unterdrückungsvorrichtung erfolgt durch Feststellung des Betriebszustandes des Apparates (Sendung, Ruhe, Empfang). Dieser Information entnimmt die Vorrichtung zur Umschaltung des Verstärkungsfaktors die in jeder Leitung anzuwendende Dämpfung.
Anders als bei den in der Vergangenheit geschaffenen Einrichtungen ist die auf die Schleife angewandte Gesamtdämpfung in Abhängigkeit vom Zustand des Fernsprechapparates veränderlich.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt.
Erste Schaltungen 10 und 11 ermöglichen die Messung des Pegels der auf der Empfangs- bzw. Sendeleitung anliegenden Signale und steuern eine Kontrollschaltung 12, deren Aufgabe darin besteht, den Betriebszustand des Fernsprechapparates (Sendung-EM, Ruhe-R, Empfang-REC) zu bestimmen. Diese Informationen ermöglichen einer Rechenschaltung 13, die in jeder Leitung durch veränderliche Dämpfungsschaltungen 14 und 15 anzuwendenden Dämpfungen zu bestimmen. Es ergibt sich also:
- im Sendebetrieb AMIC=0 AHP=A-G S(A)=A-G
- in Ruhestellung : AMIC=A-G AHP=0 S(A)=A-G
- im Empfangsbetrieb : AMIC=A-(G+g) AHP=0 S(A)A-(G+g)
wobei S(A) die Summe der Abschwächungen bedeutet.
Ein Subtrahierglied 21 bildet die Differenz zwischen dem aus dem Mikrophon stammenden Signal und dem von einem Filter 20 abgeschätzten Echosignal. Das aus der Untereinheit 21 austretende Restsignal wird in die Telephonleitung gesandt und dient der Anpassung der Koeffizienten des Filters 20 nach einem herkömmlichen Algorithmus zur Echounterdrückung. Die Schaltungen 30 und 31 sind Verstärker.
In einer in Fig. 3 dargestellten Variante der Erfindung sind die Schaltungen 40 und 41 Digital-Analog- bzw Analog-Digital- Umsetzer. Sie ermöglichen es, die Umschaltung des Verstärkungsfaktors und die Echounterdrückung zusammen in digitaler Form auszuführen. Diese Variante erleichtert die Eingliederung der Einrichtung in einen vollständig digitalen Apparat. Wird die Einrichtung in einen analog arbeitenden Apparat eingebaut, erlauben andere Digital-Analog- und Analog-Digital-Umsetzer 60 bzw. 61, die Schnittstelle mit einem Zweileiter-/Vierleiter-Differentialkreis zu schaffen.
In einer in Fig. 4 dargestellten anderen Variante der Erfindung liefert das Kontrollorgan 12 einer Untereinheit 22 der Unterdrückungsvorrichtung eine Information, die ihr nur erlaubt, ihre Koeffizienten anzupassen, wenn ein zufriedenstellendes Signal auf der Empfangsleitung anliegt. Üblicherweise besteht die Untereinheit 22 aus einem Schalter, dessen Zustand (offen oder geschlossen) durch ein Signal gesteuert wird, das vom Kontrollorgan 12 stammt, wobei dieses Signal einen Wert annimmt, der das Schließen des Schalters bewirkt, wenn das in der Empfangsleitung abgegriffene Signal (Eingang der Schaltung 10) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Entsprechend einer anderen in Fig. 5 dargestellten Variante weist die Schaltung 13 Eingänge aus der Außenwelt auf, die ihm den vom Benutzer gewünschten Empfangspegel angeben und ihm erlauben, die Dämpfungsfaktoren in jeder Leitung einzustellen. Der vom Benutzer in der Empfangsleitung gewünschte Dämpfungsfaktor N wird vom Rechenorgan berücksichtigt und in der Sendeleitung abgezogen.
Für die Dämpfungsfaktoren gilt:
- im Sendebetrieb : AMIC=0 AHP=A-G S(A)=A-G
- in Ruhestellung : AMIC=A-(N+G) AHP=N S(A)=A-G
- im Empfangsbetrieb : AMIC=A-(N+G+g) AHP=N S(A)=A-(G+g)
wobei N die vom Benutzer eingebrachte Dämpfung ist.
Entsprechend einer anderen in Fig. 6 dargestellten Variante der Erfindung ersetzt eine Vorrichtung 50 bei Inbetriebnahme der Einrichtung das aus der Leitung stammende Empfangssignal durch ein weißes Rauschen, um die Konvergenz der Vorrichtung zur Echounterdrückung zu verbessern. Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung 50 einen Verzögerer 501, der die Dauer der Aussendung des weißen Rauschens festsetzt, das von einem Generator 502 abgegeben wird.
Entsprechend einer anderen in Fig 7 dargestellten Variante der Erfindung sorgt eine Vorrichtung 60 für die Speicherung der Koeffizienten des Filters nach jeder Benutzung, um die Konvergenz der Vorrichtung zur Echounterdrückung bei der nächsten Benutzung zu erleichtern.
Entsprechend einer anderen in Fig. 8 dargestellten Variante der Erfindung weist die Schaltung 11 Mittel 111 auf, um den mittleren Rauschpegel im Sendesignal zu bestimmen und um diesen Wert vom den Pegel in dieser Leitung darstellenden Signal vor seinem Eintritt in die Schaltung 12 abzuziehen.

Claims

1. Freisprecheinrichtung für einen Fernsprechapparat, umfassend: ein erstes Regelglied (14) mit einem ersten Dämpfungsfaktor in einer mit einem Lautsprecher (HP) verbundenen Empfangsleitung, ein zweites Regelglied (15) mit einem zweiten Dämpfungsfaktor in einer mit einem Mikrophon (MIC) verbundenen Sendeleitung; ein Mittel zur Echounterdrückung, einen Filter (20) und ein Subtrahierglied (21) enthaltend, angeordnet zwischen dem zweiten Regelglied (15) und dem Mikrophon (31), wobei dieses Subtrahierglied (21) die Differenz aus dem vom Mikrophon stammenden Signal und einem vom Filter (20) abgeschätzten Echo bildet, Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus enthält:

- Schaltungen (10, 11) zur Messung des Pegels der auf der Empfangs- bzw, Sendeleitung anliegenden Signale,

- eine mit den vorhergehenden Schaltungen (10, 11) verbundene Kontrollschaltung (12), die drei Signale (EM, R, REC) abgibt, je nachdem, ob die Einrichtung im Sendebetrieb, in Ruhestellung oder im Empfangsbetrieb ist,

- eine Rechenschaltung (13), die die von der Kontrollschaltung (12) abgegebenen Signale empfängt und den ersten und zweiten Dämpfungsfaktor des ersten und zweiten Regelgliedes (14, 15) derart regelt, daß die Summe dieser Dämpfungsfaktoren gleich A-G ist, wenn die Einrichtung im Sendebetrieb arbeitet oder in Ruhestellung ist, und gleich A-(G+g) ist, wenn die Einrichtung im Empfangsbetrieb arbeitet, wobei A die Summe des ersten und zweiten Dämpfungsfaktors (14, 15) ist, die die Stabilität des Systems bei Abwesenheit des Mittels zur Echounterdrückung (20, 21) sichert, G der Verstärkungsfaktor des genannten Mittels zur Echounterdrückung im Sendebetrieb und in Ruhestellung und G+g der Verstärkungsfaktor des genannten Mittels im Empfangsbetrieb.

2. Einrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (22) enthält, die dem Mittel zur Echounterdrückung erlauben, seine Koeffizienten nur unter gewissen Bedingungen anzupassen.

3. Einrichtung gemäß Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (20) seine Koeffizienten nur anpaßt, wenn das Signal auf der Empfangsleitung einen gewissen Schwellenwert überschreitet.

4. Einrichtung gemäß irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel enthält, um die Dämpfung in der Empfangsleitung in Abhängigkeit vom durch den Benutzer gewählten Abhörpegel zu regeln und um die so erzeugte Dämpfung, wenn sie existiert, von der in die andere Leitung im Empfangsbetrieb eingebrachten Dämpfung zu subtrahieren.

5. Einrichtung gemäß irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (501, 502) enthält, um bei Inbetriebnahme auf die Einpfangsleitung ein Signal in Form weißen Rauschens zu legen, um die Konvergenz des Mittels zur Echounterdrückung zu verbessern.

6. Einrichtung gemäß irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel (60) enthält, das die Speicherung der Koeffizienten des Filters (20) nach jeder Benutzung sicherstellt, um die Konvergenz des Mittels zur Echounterdrückung bei einer späteren Benutzung zu erleichtern.

7. Freisprecheinrichtung für einen Fernsprechapparat gemäß irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (111) enthält, um den mittleren Rauschpegel im Sendesignal zu bestimmen und um diesen Wert vom den Sendepegel darstellenden Signal abzuziehen.