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Verfahren zur Beeinflussung der Schwingungen in elektrischen oder
elektroakustischen Übertragungseinrichtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren,
das vorzugsweise zum Unterdrücken von unerwünschter Kopplung dient.
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Bei Übertragungseinrichtungen mit in verschiedenen Richtungen arbeitenden
Verstärkern und mit in ihnen auftretenden voneinander unabhängigen Wechselspannungen
sowie gemeinsamen Koppelstellen, beispielsweise am Ausgang und/ode@r Eingang, besteht
die Aufgabe, Schwingungen einer Richtung den anderen Richtungen fernzuhalten. So
ist beispielsweise bei Telefonsystemen diese Aufgabe im Hinblick auf elektrische
Schwingungen gegeben beim Übergang von Vierdrahtleitungen auf Zweidrahtleitungen.
Bei Gegensprechanlagen besteht das Problem der Unterdrückung der akustischen Rückkopplung;
die durch akustische Kopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon jeder Station entsteht
und sich bekanntlich als Pfeifen äußert. Dasselbe Problem besteht bei Sprechübertragungsanlagen
mit nur einem Übertragungskanal, wenn der oder die Lautsprecher im gleichen Raum
aufgestellt sind wie das Mikrofon.
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Es ist bekannt, in Übertragungseinrichtungen mit zwei Übertragungsrichtungen
und in diesen wirksamen Verstärkern Rückkapplungs- oder Echosperren anzuordnen,
die bei Auftreten von Sprechspannungen in einem Kanal den Verstärkungszug des anderen
Kanals oder desselben Kanals im gewünschten Sinne beeinflussen. Dieses Verfahren
hat den Nachteil, daß es während der Übertragung von
Schwingungen
in der einen Richtung für die andere Richtung nicht möglich ist, am Empfangsort
ausreichend wirksam zu werden.
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Weiterhin ist es bekannt, durch eine Hilfsfrequenz das Übertragungsmaß
der Kanäle periodisch durch Beeinflussung der Verstärkung oder Phase zu ändern.
Hierbei wird eine feste Hilfsfrequenz benutzt, welche die Nutzschwingungen, insbesondere
nicht sinusförmige Schwingungen, stark verändert. Wendet man dieses Verfahren in
derart gemilderter Form an, daß diese Erscheinung in erträglichen Grenzen bleibt,
so ist man nicht in der Lage, den sich aus zufälligen Änderungen der Koppelstellen
oder des Übertragungsmaßes der Verstärker ergebenden, in dieGegenrichtunggelangenden
Schwingungen in genügendem Maße entgegenzuwirken.
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Sind die genannten Koppelstellen akustischer Art, z. B. Räume, so
sind sie im allgemeinen bei den praktisch vorliegenden Verhältnissen sehr starken
Änderungen unterworfen, die zudem für die verschiedenen Frequenzen verschieden groß
sind. Es ist aus diesem Grunde zwecklos, eine feste, außerhalb des Nutzfrequenzbandes
liegende Frequenz zur Steuerung des Übertragungsmaßes der Übertragungseinrichtung
zu verwenden.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die meisten für Anlagen mit
zwei Kanälen zu verwendenden bekannten Verfahren darauf abzielen, das Eindringen
von Schwingungen des übertragenen Frequenzbereiches aus einer Übertragungsrichtung
in die andere überhaupt zu verhindern oder wenigstens zu erschweren.
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Es ist auch schon versucht worden, in übertragungsanlagen mit einem
oder mit zwei Kanälen eine Laufzeitverzögerung in den elektrischen Weg einzuführen,
um ein Zusammenfällen eines starken, auf das Mikrofon einwirkenden direkten Schallimpulses
mit dem entsprechenden, vomLautsprechex stammenden Schallimpuls am Ort des Mikrofons
zu erschweren. Die mögliche Laufzeitverzögerung und damit die rückkopplungsmindernde
Wirkung muß aber bei diesem Verfahren gering bleiben, da bei großer Verzögerung
der direkte und der verstärkte Schall von den Zuhörern getrennt wahrgenommen werden,
d. h. Echoerscheinungen auftreten.
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Die Erfindung benutzt nun das Auftreten von Wechselspannungen gleicher
oder annähernd gleicher Frequenzen selbst zur Steuerung des übertragungmaßes. Dabei
bestehen diese Wechselspannungen entweder in verschiedenen Kanälen gleichzeitig
oder während längerer Zeitintervalle oder in ein und demselben Kanal während längerer
Zeitintervalle.
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Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Beeinflussung der Schwingungen
in elektrischen oder elektroakustischen Übertragungseinrichtungen, vorzugsweise
zum Unterdrücken unerwünschter Kopplung, darin, daß zwei Steuerspannungen, die aus
Wechselspannungen abgeleitet sind, welche aus verschiedenen Kanälen entstammen oder
aber aus ein und demselben Kanal unter gegenseitiger zeitlicher Verschiebung entnommen
sind, zur gemeinsamen Einwirkung auf eine Regelvorrichtung gebracht werden, die
nur dann eine Regelspannung zur Beeinflussung des Übertragungsmaßes liefert, «renn
die Steuerspannungen gleiche oder annähernd gleiche Frequenz haben.
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Beim Verfahren der Erfindung ergibt sich bei Vorhandensein mehrerer
Kanäle der besondere Vorteil, daß im Idealfall, das heißt bei völliger Entkopplung
der Übertragungsrichtungen, die Übertragungsmaße nicht geändert zu werden brauchen,
wodurch eine sehr hohe Verstärkung zugelassen werden kann, während bei gleichzeitigem
Auftreten von Schwingungen gleicher Frequenz in mehreren Übertragungsrichtungen,
beispielsweise hervorgerufen durch gegenseitige Kopplung, die Beeinflussung des
Übertragungsmaßes des Verstärkers oder der Verstärker in einer bevorzugten Ausführung
in solchem Maße wirksam wird, daß nur ein bestimmter, nicht als störend empfundener
Teil der von einer anderen Richtung eingekoppelten Schwingungen wirksam wird. Bei
Vorhandensein nur eines Kanals wird durch Anwendung des Verfahrens der Erfindung
erreicht, daß dieser Kanal mit hoher Verstärkung arbeitet, solange nicht Schwingungen
derselben Frequenz über eine bestimmte Zeitdauer hinaus -bestehenbleiben; erst bei
längerer Dauer setzt die Regelwirkung ein. Eine zeitliche Verschiebung der vom Lautsprecher
kommenden Ausgangsimpulse gegenüber den das Mikrofon direkt beaufschlagenden Schallimpulsen
findet dabei nicht statt, so daß keine Echoerscheinungen auftreten können.
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Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer Gegensprechanlage
an Hand der Zeichnung erläutert.
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Gemäß Fig. i besteht die Anlage aus zwei gegensinnigen Übertragungskanälen,
die jeweils ein Mikrofon i bzw. 5, zwei Verstärker 2, 3 bzw. 6, 7 und einen Lautsprecher
4. bnv. 8 enthalten. Zwischen den Verstärkern 2, 3 bzw. 6, 7 ist jeweils eine Spannung
der Frequenz f1 bzw. f2 abgenommen, die einem Phasendiskriminator 9 zugeführt wird.
Dieser liefert bei Frequenzgleichheit (f 1= f2) eine dem Phasenwinkel der ihn speisenden
Wechselspannungen entsprechende Gleichspannung u1. Diese Gleichspannung ist beispielsweise
eine Sinusfunktion des Phasenwinkels und hat demgemäß Nullstellen.
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Durch die nachfolgend beschriebene Anordnung erhält man eine Gleichspannung,
die weitgehend unabhängig vom Phasenwinkel ist, zumindest aber keine Nullstellen
hat.
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Die hinter dem Verstärker 2 abgenommene Spannung wird durch einen
Phasenschieber i i um einen Winkel von beispielsweise 9o° in der Phase verschoben
und neben der vom Gegenkanal abgeleiteten' Spannung einem zweiten Phasendiskriminator
io zugeführt, der die Gleichspannung u, liefert. Diese ist, als Funktion des Phasenwinkels
betrachtet, um 9o° gegen die Gleichspannung U1 aus dem ersten Phasendiskriminator
verschoben. Die Spannungen ui und u2 werden über das RC-Glied 12, 13 bzw. 1q., 15
den Brückengleichrichtern 16 bzw. 17 zugeführt und gleichgerichtet. Da diese Gleichrichter
mit
ihren Ausgängen parallel geschaltet sind, werden die Ausgangsspannungen einander
überlagert. Bei geeigneter Bemessung der Schaltungsanordnung kann erreicht werden,
daß die resultierende Gleichspannung u3 negativ und praktisch unabhängig vom Phasenwinkel
ist. Die Spannung u3 steuert über bekannte Mittel z. B. die Übertragungsmaße der
Übertragungskanäle.
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Diese Angaben über den Verlauf der Spannung u3 gelten für den Fall,
daß f1 gleich f2 ist. Sind beide Frequenzen voneinander verschieden, so schwankt
ii, entsprechend der Differenz der Frequenzen f1 und f2, und zwar ohne zeitlichen
Verzug, falls in den Kreisen keine Zeitkonstanten vorgesehen sind. Dies ist der
Fall, wenn beide Über-. tragungsrichtungen völlig unabhängig voneinander sind. In
diesem Fall ist eine Änderung des Übertragungsmaßes oder derÜbertragungsmaße unnötig
und nicht erwünscht.
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Um auch im Fall der Ungleichheit von f1 und f2 die gewünschte Wirkung
zu erzielen, werden Siebglieder, z. B. RC-Glieder 12, 13 bzw. 1.4, 15, angebracht,
«-elche die unerwünschten schnellen Schwankungen, der Spannungen u1 und u2 unterdrücken.
Entsprechend der Grenzfrequenz f" der Siebglieder werden nur Spannungen der Frequenzen
bis zu dieser Grenzfrequenz an die Gleichrichter 16, 17 gelangen. Eine Spannung
u3 wird also nur dann auftreten, wenn in beiden Übertragungsrichtungen Frequenzen
vorhanden sind, deren Differenz kleiner ist als die Grenzfrequenz, und nur in diesem
Falle werden die Übertragungsmaße beeinflußt.
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Um nun entsprechend dem Erfindungsgedanken nur bei Auftreten annähernd
gleicher Frequenzen in beiden Übertragungsrichtungen, z. B. bei Auftreten von Rückkopplung,
einen Regelvorgang auszulösen, müßte die Grenzfrequenz fg., etwa Null sein. Die
Grenzfrequenz f", und die Zeitkonstante T
sind beispielsweise bei RC-Gliedern
einander umgelehrt proportional.
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Da hierdurch die Werte der Grenzfrequenz und der Zeitkonstante nicht
mehr frei wählbar sind, hat man ein Kompromiß zwischen ihnen zu schließen. Gibt
dieser für die jeweils vorliegende Aufgabe keine befriedigende Lösung, so wird bei
einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens durch Einfügen von Frequenzvervielfachern
18 bzw. i9 in die Leitungen, welche die Schwingungen den Phasendiskriminatoren 9
bzw. io zuführen, eine derartige Vervielfachung der Frequenz durchgeführt, daß die
Zeitkonstante T und die Grenzfrequenz f" - diese bezogen auf die Grundfrequenzen
- die gewünschten Werte annehmen.
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Aus der Beschreibung zu Fig. i geht hervor, daß beide Übertragungsrichtungen
unbeeinflußt bleiben, solange nicht Schwingungen gleicher Frequenz gleichzeitig
in ihnen auftreten.
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Fig.2 zeigt eine Übertragungsanlage, die nur eine elektrische Übertragungsrichtung
aufweist. Die Anlage besteht aus dem Mikrofon 2o, den Verstärkern 21 und 22 und
dem Lautsprecher 23.
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Der Regeleinrichtung 25 wird einmal eine Steuerspannung direkt vom
Ausgang des Verstärkers 21, weiterhin eine zweite Steuerspannung über das Laufzeitglied
24 zugeführt. Die durch das Laufzeitglied 24 bestimmte Zeitverzögerung ist zweckmäßig
kleiner bemessen als die kleinste durch den akustischen Weg zwischen dem Lautsprecher
23 und dem Mikrofon 20 gegebene Laufzeit. Die von der Regelvorrichtung 25 gelieferte
Regelspannung 114 wird dem Verstärker 21 zugeführt.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist derart, daß eine Regelung nur
dann erfolgt, wenn eine Schwingung bestimmter Frequenz über ein Zeitintervall erhalten
bleibt, das länger ist als die durch das Laufzeitglied 24. gegebene Verzögerung.
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Die aus der Regelvorrichtung nach der Erfindung abgeleitete Regelspannung
kann zur Regelung des Übertragungsmaßes hinsichtlich seiner Amplitude benutzt werden.
Andererseits können auch andere das Übertragungsmaß bestimmende Größen, z. B. die
Phase, verändert werden.
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Die Regelvorrichtung kann mehrere Übertragungsrichtungen oder aber
auch nur eine vorher bestimmte oder durch Hilfseinrichtungen nach besonderen Gesichtspunkten
vorgewählte Richtung beeinflussen. Ferner kann sie verzögert auf die eine oder andere
Übertragungsrichtung oder im verschiedenen Sinne, d. h. teils zur Herauf- und teils
zur Herunterregelung dienen. Auch kann die Regelspannung zur Beeinflussung der Koppelstellen
im gewünschten Sinne dienen.