Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen

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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschminderung in offenen Telefonzellen.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

[0008] Dabei zeigen:

Figur 1

eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete offene Telefonzelle

Figur 2

die Blockschaltung der elektrischen Anordnung

[0009] 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.

[0010] 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

[0011] 

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

Ansprüche

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.

Zeichnung