[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
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.