-
Anordnung zur Verhinderung der Selbsterregung infolge akustischer
Rückkopplung bei einer Fernsprechteilnehmerstation Bei Fernsprechteilnehmerstationen,
die statt mit demüblichen HandmikrotelephonmitLautsprecher und Mikrophon ausgerüstet
sind, den sogenannten Freisprechern, sind sowohl im Sendezweig (hinter dem Mikrophon)
als auch im Empfangszweig (vor dem Lautsprecher) zusätzliche Verstärker erforderlich.
Infolge der akustischen Rückkopplung zwischen Lautsprecher und Mikrophon neigen
diese Anlagen daher bekanntlich zur Selbsterregung.
-
Zur Vermeidung dieser Selbsterregung ist es bei Freisprechern bereits
bekannt, beim Besprechen des Mikrophons einen Teil der Energie des Sendeverstärkers
zu benutzen, um die Wirkung des Empfangsverstärkers aufzuheben oder zu schwächen.
Diese Maßnahme gdniigt-jedoch nicht, um einen in allen rällen störungsfreien Betrieb
zu gewährleisten. Spricht nämlich der eine:I'eilnehmer, so gelangen seine Sprechströme
über den Empfangsverstärker zum Lautsprecher- des anderen Teilnehmers. Ein Teil
der Schallenergie trifft hier über den akustischen Rückkopplungsweg auf das Mikrophon,
wird im Sendeverstärker verstärkt, so daß der vorgenannten !]Maßnahme zufolge der
Empfangsverstärker abgeschaltet und eine ungewollte Trennung beider Teilnehmer verursacht
werden kann.
-
Vm diesem Mangel abzuhelfen, ist es bekannt, während des Betriebes
der Frei--. sprecheranlagc stets den einen der Übertragungsz@\,eige (Sende- oder
Empfangszweig) durch- zwischen den Zweigen vorgesehene S S chaltmittel (I#.clio_
wid/odcr Rückkopplungssperren) zu sperren. In diesem Falle kann zwar ]:eine Selbsterregung
mehr auftreten; (lafür t#rgil)t sich aber der \achtcil. daß infolge
der
bei einer solchen Anordnung zur Sicherstellung der Schaltvorgänge erforderlichen
Verzögerungsglieder ein Einbrechen des zuhörenden Teilnehmers in das Gespräch des.
anderen und damit also eine zwanglose, wechselseitige Unterhaltung der Teilnehmer
durch eine verhältnismäßig lange Zeit sehr erschwert ist, die zur üffnung des bis
dahin gesperrten Übertragungszweiges benötigt wird. Insbesondere besteht die Gefahr,
daß die Anfangssilben der gesprochenen Worte unverständlich bleiben, so daß eine
zuverlässige Übermittlung von Zahlen, Namen a. dgl. unmöglich ist.
-
Es ist zwar bereits eine das Einbrechen erleichternde Freisprecheranlage
mit zwei nicht gleichzeitig freigegebenen Übertragungswegen bekannt, bei welcher
die nichtlineare Stromspannungabhängigkeit von zu Dämpfungsnetzwerken kombinierten
Trockengleichrichtern dazu ausgenutzt wird, die Dämpfung in den beiden Übertragungszweigen
in Abhängigkeit von der jeweiligen Besprechung zu steuern. Die bekannte Anlage weist
eine sprachbetätigte Vorrichtung auf, die einen der Wege für die Sprachübertragung
in ihm freigibt und ihn beim Aufhören des Gesprächs wieder sperrt, wobei die Sperrung
mit einer die Pausen zwischen den Worten und Silben überbrückenden Verzögerung erfolgt.
Die. sprachbetätigte Vorrichtung ist nun derart mit dem Eingangskreis des anderen
Weges verbunden, daß von diesem während einer Gesprächsübertragung im ersten Weg
abgezweigte Sprechströme die genannte Vorrichtung zur praktisch verzögerungslosen
Sperrung@des ersten Weges veranlassen. Die bekannte Anlage hat jedoch den Nachteil,
daß sie einen unverhältnismäßig großen Aufwand an Schaltelementen bedingt und daher
sehr kostspielig ist.
-
Die Erfindung, die die vorgenannten Nachteile der bekannten Anordnung
vermeidet, bezieht sich auf eine Anordnung zur Verhinderung der Selbsterregung infolge
akustischer Rückkopplung bei einerFernsprechteilnehmerstation, die mit einem Mikrophon
31 und einem Lautsprecher L sowie mit einem regelbaren Sende- S und Empfangsverstärker
E ausgerüstet ist und bei der durch eine vom Sendeweg abgeleitete Regelspannung
mit zunehmendem Pegel im Sendeweg der Verstärkungsgrad des im Ruhezustand der Anlage
teilweise gesperrten Sendeverstärkers S gehoben und gleichzeitig der des in der
Ruhelage voll durchlä ssigenEmpfangsverstärkersE gesenkt wird.
-
Gemäß der Erfindung ist neben der vom Sendeweg abgeleiteten, auch
bei akustischetr Rückkopplung zwischen Lautsprecher L und Mikrophon 31 auftretenden
Regelspannung, welche deal Verstärkungsgrad des Sendeverstärkers S bei zunehmendem
Mikrophonpegel hebt, eine weitere Regelspannung vorn Empfangsweg abgeleitet, die
den Verstärkungsgrad des Sendeverstärkers S in entgegengesetztem Sinne derart regelt,.
daß der Verstärkungsgrad durch die differentielle Regelung mittels beider Regelspannungen
innerhalb eines weiten Einpfangspegelbereiches annähernd konstant bleibt (Abb. i).
-
Es ist eine Rückkopplungsschaltung bekannt, bei der im Ruhezustand
der Sendeverstärker ganz oder teilweise gesperrt und der Empfangsverstärker voll
durchlässig ist, und bei der die Dämpfung des Sendeweges sowohl durch eine vom Sendeweg
als auch durch eine vom Empfangsweg abgeleitete Regelspannung gesteuert wird. Die
bekannte Schaltung wirkt jedoch derart, daß mit wachsendem Empfangspegel der Verstärkungsgrad
im Empfangszweig gegenüber der Ruhelage unverändert gelassen und der im Sendezweig
herabgesetzt wird, und zwar auf Werte, bei denen ein Einbrechen in das Gespräch
des anderen Teilnehmers unmöglich oder zum mindesten nur sehr schwer möglich ist.
Der zuhörende Teilnelliner muß bei der bekannten Schaltung mit dem Einbrechen vielmehr
auf eine Gesprächspause des Partners warten, deren Zeitdauer größer als die zur
Überbrückung der üblichen Pausen zwischen den Worten und Silben erforderliche Zeitkonstante
des Regelmechanismus ist. Dabei kann aber eine längere Zeit vergehen, ehe dieser
Fall eintritt und damit die Möglichkeit des Einbrechens gegeben ist.
-
Demgegenüber wird bei der Anordnung nach der Erfindung dadurch, daß
der Verstärkungsgrad-des Sendeverstärkers in einem weiten Empfangspegelbereich annähernd
auf dem im Ruhezustand vorhandenen mittleren Wert konstant gehalten wird, erreicht,
daß ein Teilnehmer durch normal starke Besprechung seines 'Mikrophons jederzeit
in das Gespräch des Partners einbrechen kann.
-
Im folgenden soll nun an Hand der Abb. i die Wirkungsweise der Anordnung
nach der Erfindung näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß die Anordnung
an eine Zweidrahtleitung angeschlossen ist; die Anordnung kann aber auch dann mit
Erfolg angewendet werden, wenn ein vierdralitinä ßiger Anschluß vorgesehen ist.
In Abb. i ist die ankommende Zweidrahtleitung mit F bezeichnet. Sie endet in üblicher
Weise in der Gabel G mit der _\ achbildung 1'. Von der Gabel G geht ein Zweig, der
Empfaligszweig, zum Empfangsverstärker E und von dort weiter zum Lautsprecher I
. Andererseits besteht der Sendezweig aus dem Mikrophon .11, von dein die Verbindung
über den Sencleverstarker .S' zur Gabel G führt. Die #'er.tä r-.
ker
.E und. S sind mit Exponentialrühren ausgerüstet, deren Verstärkungsgrad bekanntlich
durch Änderung der Gittervorspannung in weiten Grenzen verändert werden kann. hie
Erzeugung der Regelspannungen zur lkeinflussung der Gittervorspannung der Verstärker
erfolgt durch -zwei Gleichrichter Dl tind D.=. 1)er Gleichrichter D= wird vom Empfangsverstärker
gespeist und beeinflußt den 'Verstärl:ungsgraddes Sendeverstärkers S. DerGleichrichter
Dl wird vorn Mikrophon gespeist und beeinflußt einerseits ebenfalls den Sendeverstärker
S, anderseits aber auch den Empfangsverstärker E.
-
Im Ruhezustand, d. h. wenn weder gesprochen noch gehört wird, oder
anders ausgedrückt, wenn weder von 11 noch von I# Impulse eintreffen, ist der Arbeitspunkt
von .E und S durch fest eingestellte Gittervorspannun gen festgelegt. Der Empfangsverstärker
E -
arbeitet mit größtem Verstärkungsgrad, d. h. die Gittervorspannung ist
so einreguliert, daß die Röhre - im Gebiet größter Steilheit arbei ret. Der Sendeverstärker
S ist dagegen auf mittleren -#,-erstiirkungsgrad eingestellt, beispielsweise so,
daß die Verstärkung um 2.5 \eper geringer ist, als sie betragen müßte, damit die
an F abgegebene Leistung der eines normalen Handmikrophons entspricht.
-
Wenn Schallimpulse von F ankommen, so gelangen diese über den voll
geöffneten Verstärker E zum Lautsprecher L. Ein Teil der von- E verstärkten Spannungen
wird abgezweigt und in D. gleichgerichtet. Die dabei entstehende Regelspannung würde
eine weitere Drosselung des Sendeverstärkers S herbeiführen. Diejenigen Schallimpulse,
welche Tiber die akustische Rückkopplung zwischen I. und 31 in den Sendekreis
gelangen, werden dort dem Gleichrichter Dl zugeführt, welchem zweckmäßig ein Verstärker
V vorgeschaltet ist. Die von 11 ausgehenden Spannungen bewirken einerseits eine
Heraufsetzung des Verstärkungsgrades von S, anderseits eine Herabsetzung des Verstärkungsgrades
von E. Die Heraufsetzung des Verstärkungsgrades von S wird allerdings deshalb nicht
wirksam, weil sie durch die gleichzeitig erfolgende Herabsetzung des Verstärkungsgrades
von S über D.= kompensiert wird.
-
Beim Senden gelangen Schallimpulse zum Mikrophon, treffen dort einerseits
auf den halbgeöffneten Verstärker S, anderseits auf den Gleichrichter Dt, der den
Verstärker S voll öffnet und den Verstärker I? drosselt. \umnehr werden Spannungen
normaler Größe an die Fernleitung abgegeben.
-
Die Anordnung wird so getroffen, daß die Stiniuie der Verstärkungen
von S und E konstant ist, ganz gleich, von welcher Größe die auf <Las Mikrophon
treffenden Schalliniplllse sind. Dies gilt jedoch nur. \@ciiti die Anlage als Sender
arbeitet. Die Verhältnisse, welche einem praktischen 1,cispiel entnommen sind, sind
beispielsweise in Ahb. 2 dargestellt. Auf der Abszisse ist vom Mittelpunkt nach
rechts der Sendepegel am Mikrophon, nach links der l:inpfangspegel vor der Gabel
in \eper aufgetragen. Als Ordinate ist der Verstärkungsgrad von ,5- bzw. E ebenfalls
in \eper aufgetragen. Vor Beginn des Sendens beträgt der 'N-"erstärl<ungsgrad
von S etwa 1,8 2"-eper und wird hinaufgeregelt his zu etwa 5 \eper. Gleichzeitig
sinkt derVerstärkungsgrad von E von ö \ eper auf etwa 1,8 \ eper. Wenn die Anordnung
als Empfänger arbeitet, so ist der Empfangsverstärker E zunächst voll geöffnet.
Seine Verstärkung beträgt beispielsweise ä N eper. Unterstellt inan, daß keinerlei
Rückwirkung des Lautsprechers auf das Mikrophon stattfindet, so bleibt es bei diesem
hohen Verstärkungsgrad. In dem Maße, wie Schallamplituden auf das Mikrophon auftreffen,
welche vorn Lautsprecher herrühren, wird der Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers
herabgedrosselt, beispielsweise bis herab zu 1,5 \eper. Der Verstärkungsgrad des
Sendeverstärkers S ändert sich dabei nur wenig, maximal um etwa ob \ eper. Dies
ist auf die differentielle Beeinflussung -von S, einmal von dem Gleichrichter D,
und einmal von dem Gleichrichter D_ aus, zurückzuführen. Die vorstellenden Ausführungen
gelten für eine bestimmte akustische Dämpfung zwischen Lautsprecher und Mikrophon.
Sinkt diese Dämpfung, so steigt die Summe der Verstärkungsgrade von S und E. Bei
geringster akustischer Dämpfung, d. h. wenn 11 und L direkt gegenüberstehen, erreicht
"die Summe der Verstärkungsgrade von S und E ihren höchsten Wert. Die Gesamtverstärkung
ist dann gleich der im Ruhezustand.
-
Als Mikrophon wird zweckmäßig ein dynamisches System mit permanentem
Magneten verwendet; auch als Lautsprecher gelangt zweckmäßig ein solches System
zur Anwendung.
-
Es ist ferner zweckmäßig, die vom Verstärker I' erzeugte Wechselspannung
oder die von dein Gleichrichter Dl erzeugte Gleichspannung mit Hilfe ein gs Glimmröhrchens
zu begrenzen. Dadurch wird verhindert, daß der Arbeitspunkt der Verstärkerröhre
von S in den positiven Teil der Kennlinie gelangt. Außer=-tleni wird auf diese Weise
erreicht, <laß von einer gewissen Mindestlautstärke ab beim Sprechen in bestimmtem
Abstande vom Mikrophon die Sendeverstärkung sich mir noch wenig lindert, so daß
eine zu starke Aniplitudcuvcrzcrrung vermieden wird.
-
7'-# ist oft angebracht, ini Sendezweig Und
im @ml>fati@s-r_@@eig
tittl:ier dein rercll);iren Verstärker noch je einen festeingestellten, nicht regelbaren
Verstärker vorzusehen, damit einerseits die Mikrophonspannungen l;e= nügend verstärkt
werden und anderseits eine genügende Leistung zum Betrieb des Lautsprechers erzielt
wird. Die Bedingung, die bei einer Freisprecheranordnung gemäß der Erfindung- immer
erfüllt sein muß, ist die, daß die gesamte Sendeverstärkung S vermehrt um die gesamte
Empfangsverstärkung E kleiner oder gleich der Dämpfung des akustischen Weges von
L nach J1 sein muß. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß die Dämpfung der Gabel
durch Abschaltung der Fernleitung sehr klein wird. Die Freisprecheranlage gemäß
der Erfindung ist so eingestellt, daß die Summe der Verstärkungen nicht größer wird
als die vorhandene Dämpfung,. die ihren geringsten Wert bei direkter Gegenüberstellung
von Mikrophon und Lautsprecher hat. Ein Pfeifen kann also niemals eintreten. Ebenso
tritt niemals eine vollständige Sperrung. eines der beiden Zweige ein. Infolgedessen
können keine Anfangssilben von Wörtern verschluckt werden; Verzögerungsketten sind
nicht erforderlich. Jedes Gespräch kann genau so schnell wie mit einem gewöhnlichen
Handmikrophon geführt werden. Es ist auch möglich, daß beide Gesprächsteilnehmer
eine Freisprecheranlage gemäß der Erfindung benutzen.
-
L m zur verhindern, daß bereits durch normale Raumgeräusche eine Drosselung
-des Empfangsverstärkers und eine Entdrossefüng des Sendeverstärkers erfolgt, wird
durch Verwendung von Exponentialröhren mit entsprechender Kennlinie eine Reizschwelle
geschaffen. In beiden Verstärkerzweigen werden solche Exponentialröhren verwendet,
deren Verstärkungsgrad mit größer oder kleiner werdender negativer Gittervorspannung
zunächst nur eine geringe Änderung erfährt; erst bei weiterer Veränderung der Vorspannung
fällt der Verstärkungsgrad stärker ab, oder er steigt stärker an. Die Einstellung
der festen Gittervorspannulig kann dann so erfolgen, daß durch die von den Raumgerüllschen
erzeugten Regelspannungen die Arbeitspunkte der Exponentialröhren bis zum Beginn
der steilen Verstärkungsänderung verlagert werden. Dadurch wird einerseits erreicht,
(laß normale Raumgeräusche im Ruhezustand nur mit kleiner Amplitude auf die Leitung
gelangen, und anderseits wird eine unerwünschte Herabsetzung der r--'ml)fangslatitstärlce
durch Ratimgerä tische vermieden.