DE60017732T2

DE60017732T2 - Dynamikregelung für lautsprecher

Info

Publication number: DE60017732T2
Application number: DE60017732T
Authority: DE
Inventors: John Philipsson; Jim Rasmusson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: GB9913236D0; CN1207884C; EP1186155B1; GB2350969A; WO2000076176A3; DE60017732D1; WO2000076176A2; ATE288169T1; US7006624B1; GB2350969B; EP1186155A2; JP2003501958A; AU4920300A; CN1354949A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung bzw. eine Dynamikregelung für ein Telefon, und im Einzelnen das Bereitstellen einer Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuerung bzw. einer Dynamikregelung für den "Freihand"-Betrieb eines Telefons.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In zunehmendem Maße werden Telefongeräte für den Betrieb in einem "Freihand"-Betriebsmodus bereitgestellt, in welchem ein externer Lautsprecher und ein externes Mikrofon die eingebaute Hörkapsel und das eingebaute Mikrofon eines Telefon-Handgeräts ersetzen. Als ein Ergebnis hiervon ist der Benutzer in der Lage, eine Telefon-Konversation durchzuführen, ohne dass das Handgerät gehalten werden muss.
Ein solcher "Freihand"-Betrieb hat sich als sehr nutzvoll bewiesen, im Einzelnen beispielsweise für Telefongeräte, die in Motorfahrzeugen vorgesehen sind, um es einem Fahrgast oder dem Fahrer zu gestatten, während der Fahrt eine Telefon-Konversation durchzuführen.
Frühere "Freihand"-Telefongeräte dieser Art wurden mit einem Echo-Aufhebungssystem bzw. Echo-Annullierungssystem versehen, um das Echo, welches von dem Empfang durch das Mikrofon von durch den Lautsprecher emittierten Schall entsteht, zu annullieren. Dieses Echo kann von dem Benutzer bei dem anderen Ende der Verbindung gehört werden, und sollte beseitigt werden.
In bekannten Echo-Annullierungssystemen wird das dem Lautsprecher zugeführte Signal ebenso einem adaptiven Finite- Impulse-Response-(FIR)-Filter zugeführt, der vorgesehen ist, um den akustischen Weg zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon zu modellieren. Die Ausgabe des FIR-Filters, die von daher dem bei dem Mikrofon empfangenen Echo-Signal entspricht, wird dann von dem bei dem Mikrofon empfangenen Signal subtrahiert, um das Echo zu beseitigen. Ein LMS-(Least Mean Square)-Algorithmus, der auf einem Vergleich des resultierenden Signals mit dem dem Lautsprecher zugeführten Signal basiert, wird verwendet, um die FIR-Koeffizienten auf eine optimale Einstellung anzupassen.
In der Druckschrift WO96/32776 ist basierend auf diesem Prinzip ein "Signalverstärkungssystem mit automatischem Equilizer" offenbart.
Ebenso wird in der Druckschrift US-4,396,799 das Einfügen von Ultraschall-Empfangs- und Übertragungsvorrichtungen in Telefon-Handgeräten und Telefon-Anlagen beschrieben, um die Ausbreitungs- bzw. Übertragungs-Zeit eines Ultraschallsignals zwischen den beiden Vorrichtungen zu bestimmen, um die Einstellung des Verstärkungsfaktors zu gestatten, um derart das Risiko von Schwingungen und Singen infolge der akustischen Rückkopplung zu vermeiden.
Ferner ist in der Druckschrift US-5,570,423 ein Verfahren zum Bereitstellen einer adaptiven Echo-Annullierung zur Verwendung in "Freihand"-Telekommunikationssystemen offenbart, um Stör-Echos von akustischen Rückkopplungen zwischen einem Lautsprecher und einem Mikrofon zu kompensieren.
Wenn jedoch der Lautsprecher und das Mikrofon nahe beieinander angeordnet sind, ist die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon relativ kurz, und das bei dem Mikrofon empfangene Echosignal von dem Lautsprecher ist relativ laut. Die höchste Einstellung des Lautstärkensteuerbereichs bzw. des Dynamikbereichs kann in einem Echosignal resultieren, welches hinreichend groß ist, um in dem FIR-Filter Stabilitätsprobleme zu bewirken oder um als ein Ergebnis einer Überbelastung des A/D-Konverters Nicht-Linearitäten in das bei dem Mikrofon empfangene Signal einzuführen, was für den Benutzer bei dem anderen Ende der Verbindung zu einer reduzierten Klarheit bzw. Reinheit führt.
Zusätzlich sollte darauf hingewiesen werden, dass für Telefongeräte, die für einen Freihandbetrieb in Motorfahrzeugen installiert sind, allgemein nur eine geringe Variation in der Position eines Mikrofons relativ zu einem Benutzer vorliegt, da es wichtig ist, sicherzustellen, dass die Sprache von dem Benutzer klar empfangen wird. Im Gegensatz hierzu ist in jeder Automarke der Lautsprecher bei einer Position angeordnet, die von der Formgestaltung des Fahrzeugs abhängt. Als ein Ergebnis hiervon ist die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon (oder Benutzer) variabel. Wenn der Lautsprecher nahe bei dem Mikrofon und dem Benutzer angeordnet ist, kann der Schallpegel für den Benutzer zu laut sein und zu Unannehmlichkeiten führen.
Wenn alternativ hierzu der Lautsprecher und das Mikrofon weit voneinander entfernt angeordnet sind, ist die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon relativ groß, und das bei dem Mikrofon empfangene Echosignal von dem Lautsprecher ist relativ leise. In diesem Fall kann selbst die höchste Lautstärkeneinstellung des Bereichs der Einstellungen zu gering sein, so dass das Lautsprechersignal nicht von dem Benutzer gehört werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Von daher besteht bei bekannten Telefongeräten ein Problem in diesen großen Variationen in der relativen Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher von einem "Freihand"-Telefon, das von verschiedenen Positionen der Installation des Mikrofons und des Lautsprechers entsteht, was wegen eines Standard-Lautsprecher-Lautstärkenbereichs bzw. Standard-Lautsprecher-Dynamikbereichs zu betrieblichen Problemen führt.
Die vorliegende Erfindung strebt danach, dieses Problem bei den bekannten Telefongeräten zu lösen, und zwar indem die Einstellung des Lautstärkenbereichs bzw. Dynamikbereichs des Lautsprechers berücksichtigt wird. Dieses wird in vorteilhafter Weise durch die Verwendung von adaptiven Filterkoeffizienten erzielt, die von Signalen des Lautsprechers und des Mikrofons von dem Telefon abgeleitet werden.
Von daher weisen Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtungen bzw. Dynamikregelungen für Lautsprecher in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung den Vorteil dahingehend auf, dass ein nutzbarer Lautstärkenbereich bzw. Dynamikbereich für den Lautsprecher verlässlich und auf einfache Weise dem Benutzer verfügbar gemacht werden kann, während einer großen Variation in den relativen Installationspositionen des Lautsprechers und des Mikrofons des Telefons Rechnung getragen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Schaltungsanordnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren der Erfindung zeigt;
3 zeigt den Betrieb der Erfindung in einer ersten Situation;
4 zeigt den Betrieb der Erfindung in einer zweiten Situation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steueranordnung bzw. eine Dynamikregelung eines Telefons 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist in der 1 gezeigt.
In diesem Telefon läuft ein von dem Telefon empfangenes Sprachsignal zu einem Lautstärken-Steuerblock 2. Die Ausgabe des Lautstärken-Steuerblocks 2 wird über einen D/A-Konverter 4 und einem Verstärker 5 einem Lautsprecher 3 zugeführt.
Ein Mikrofon 6 ist angeordnet, um Sprache von dem Benutzer des Telefons zu empfangen, und es empfängt ebenso ein Echosignal, welches dem von dem Lautsprecher 3 emittierten Schall entspricht. Das Mikrofon 6 ist über einen weiteren Verstärker 7 sowie einem A/D-Konverter 8 mit einem Subtrahierer 9 verbunden.
Die Ausgabe des Lautstärken-Steuerblocks 2 wird ebenso einem adaptiven Finite-Impulse-Response-(FIR)-Filter 10 zugeführt. Das Ausgabesignal s1 des FIR-Filters 10 wird dem Subtrahierer 9 zugeführt und von dem von dem Mikrofon empfangenen Signal subtrahiert. Das resultierende Signal wird von dem Telefon ausgegeben.
Ein Steuerblock 11 empfängt die Signalausgabe von dem Subtrahierer 9 und die Signalausgabe von dem Lautstärken-Steuerblock 2 und ist ausgelegt, um die FIR-Koeffizienten des FIR-Filters 10 basierend auf einem Vergleich unter Verwendung eines LMS-(Least Mean Square)-Algorithmus der Signalausgabe von dem Subtrahierer 9 und der Signalausgabe von dem Lautstärken-Steuerblock 2 zu steuern.
Letztendlich ist der FIR-Filter 10 über die Steuerleitung c1 mit dem Lautstärken-Steuerblock 2 verbunden.
Das Echo-Anullierungssystem, welches aus dem D/A-Konverter 4, dem Verstärker 5, dem Lautsprecher 3, dem Mikrofon 6, dem weiteren Verstärker 7, dem A/D-Konverter 8, dem Subtrahierer 9, dem adaptiven Finite-Impulse-Response-(FIR)-Filter 10 sowie dem LMS-Steuerblock 11 gebildet wird, ist an sich bekannt, und der Betrieb hiervon, der wohl bekannt ist, wird nicht detailliert beschrieben.
Die Operation der Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steueranordnung der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
Wie im Verfahrensschritt 1 gezeigt, wird zunächst die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon des Telefons auf der Basis von Signalen des Lautsprechers und des Mikrofons des Telefons abgeschätzt.
Dann wird, wie es im Verfahrensschritt 2 gezeigt ist, der Lautstärkenbereich des Lautsprechers basierend auf der abgeschätzten Entfernung gesteuert.
Der Betrieb einer ersten Ausführungsform der Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steueranordnung der vorliegenden Erfindung, wie sie in der 1 gezeigt ist, wird nun erläutert. In dieser Ausführungsform werden FIR-Koeffizienten oder hiervon abgeleitete Werte als eine Abschätzung der Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher verwendet.
Wie bekannt, filtert der FIR-Filter 10 das Lautsprechersignal, um ein Echo-Abschätzsignal s1 zu erzeugen, und die optimale Einstellung des FIR-Filters wird durch den LMS-Steuerblock 11 bestimmt. Die FIR-Filterkoeffizienten werden über die Steuerleitung c1 dem Lautstärken-Steuerblock zugeführt. Der Lautstärken-Steuerblock 2 wertet zunächst die FIR-Filterkoeffizienten aus (Verfahrensschritt 1 der 2), und dann steuert der Lautstärken-Steuerblock 2 den Lautsprecher-Lautstärkenbereich in Abhängigkeit von den FIR-Koeffizienten (Verfahrensschritt 2 der 2). Wenn die Koeffizienten groß sind, wird der Lautstärkenbereich nach unten eingestellt: wenn die Koeffizienten klein sind, wird der Lautstärkenbereich nach oben eingestellt.
Alternativ hierzu können die FIR-Koeffizienten von dem LMS-Steuerblock 11 erzielt werden.
Die FIR-Filterkoeffizienten können auf verschiedene unterschiedliche Weisen verwendet werden, um die Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher abzuschätzen. Beispielsweise kann der größte absolute Wert der adaptiven Filterkoeffizienten festgelegt werden, um die Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher abzuschätzen. Alternativ hierzu können die Filterkoeffizienten summiert oder gemittelt werden, um die Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher abzuschätzen. Im Einzelnen kann eine gewichtete Mittelung der Filterkoeffizienten bestimmt werden, um die Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher abzuschätzen.
Selbstverständlich können andere Verfahren zum Abschätzen der Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher auf der Basis der adaptiven Filterkoeffizienten verwendet werden, und die Erfindung ist nicht auf die zuvor dargelegten Verfahren beschränkt.
Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass Information hinsichtlich der relativen Positionen des Lautsprechers und des Mikrofons von der Magnitude der FIR-Koeffizienten abgeleitet werden können. Wenn von daher die Magnitude der FIR-Koeffizienten hoch ist, kann abgeleitet werden, dass der Lautsprecher 3 relativ nahe an dem Mikrofon 6 angebracht ist. Die Lautstärke kann dann derart eingestellt werden, um sich über einen Bereich der niedrigeren Werte zu erstrecken; um Stabilitätsprobleme in dem FIR-Filter sowie andere Probleme, die in solchen Situationen in Zusammenhang mit einer hohen Lautstärke stehen, zu vermeiden. Wenn im Gegensatz hierzu die Magnitude der FIR-Koeffizienten niedrig ist, kann abgeleitet werden, dass der Lautsprecher 3 relativ weit von dem Mikrofon 6 entfernt angebracht ist. Die Lautstärke kann dann derart eingestellt werden, um sich über einen Bereich von höheren Werten zu erstrecken, um sicherzustellen, dass das Lautsprechersignal grundsätzlich auf einfache Weise von dem Benutzer gehört werden kann.
Eine zweite Ausführungsform der Lautsprecher-Lautstärken-Steueranordnung der Erfindung wird nun beschrieben. In dieser Ausführungsform wird das Verhältnis oder die Differenz zwischen den Energien des Lautsprechersignals und des Mikrofonsignals als eine Abschätzung der Entfernung zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher verwendet.
In Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon basierend auf den relativen Stärken des Lautsprechersignals und des Mikrofonsignals abgeschätzt (Verfahrensschritt 1 von 2), und dann wird der Lautsprecher-Lautstärkenbereich in Abhängigkeit von den relativen Stärken des Lautsprechersignals und des Mikrofonsignals gesteuert (Verfahrensschritt 2 von 2).
Der Betrieb der ersten Ausführungsform der Erfindung wird durch die 3 und 4 dargestellt.
In der in der 3 gezeigten Situation ist der Lautsprecher nahe an dem Mikrofon angebracht. Als ein Ergebnis hiervon wird das durch das Mikrofon empfangene Echo-Signal relativ laut, und die Koeffizienten des FIR-Filters sind relativ groß, um ein lautes Echo-Abschätzsignal s1 zu erzeugen. Der Lautstärkenbereich des Lautsprechers wird von daher derart gesteuert, um sich über einen niedrigeren Bereich zu erstrecken.
In der in der 4 gezeigten Situation ist der Lautsprecher weiter entfernt von dem Mikrofon angeordnet. Als ein Ergebnis hiervon ist das durch das Mikrofon empfangene Echo-Signal relativ leise, und die Koeffizienten des FIR-Filters sind relativ klein, um ein leises Echo-Abschätzsignal s1 zu erzeugen. Von daher wird der Lautstärkenbereich des Lautsprechers gesteuert, um sich über einen höheren Bereich zu erstrecken.
Von daher liefert die Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuerung in Übereinstimmung mit der Erfindung dem Benutzer einen guten Bereich der Lautstärkeneinstellungen, in welchem die maximale Lautstärkeneinstellung weder zu hoch noch zu gering ist, und zwar unabhängig von den relativen Positionen des Lautsprechers und des Mikrofons des Telefons. Zusätzlich werden Beeinträchtigungen der Sprachqualität, die von einem nicht-linearen Verhalten der Telefon-Schaltelemente resultieren, vermieden.

Claims

Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung für ein Telefon (1) mit einem Lautsprecher (3), einem Mikrophon (6) sowie einem Echo-Aufhebungssystem, welches eine adaptive Filter-Anordnung (10) enthält, wobei die Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung eine Einrichtung (2) zum Steuern des Lautstärkenbereiches des Lautsprechers (3) in Abhängigkeit von der abgeschätzten Entfernung zwischen dem Lautsprecher (3) und dem Mikrophon (6) des Telefons (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) ausgelegt ist, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) basierend auf den Koeffizienten der adaptiven Filteranordnung abzuschätzen, wobei die Koeffizienten der adaptiven Filteranordnung von Signalen des Lautsprechers (3) und des Mikrophons (6) des Telefons (1) abgeleitet sind.
Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, in welcher die adaptive Filteranordnung (10) ein FIR-Filter ist.
Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher der größte absolute Wert der Koeffizienten des adaptiven Filters bestimmt ist, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die Filter-Koeffizienten aufsummiert oder gemittelt sind, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach Anspruch 4, in welcher ein gewichteter Mittelwert der Filter-Koeffizienten bestimmt ist, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Verhältnis oder die Differenz zwischen den Energien des Lautsprechersignals und des Mikrophonsignals verwendet wird, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Telefon (1) mit einem Lautsprecher (3) und einem Mikrophon (6) sowie einer Lautsprecher-Lautstärkenbereich-Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Motorfahrzeug, welches mit einem Telefon (1) nach Anspruch 7 ausgerüstet ist.
Verfahren zum Steuern des Lautsprecher-Lautstärkenbereiches für ein Telefon (1) mit einem Lautsprecher (3), einem Mikrophon (6) sowie einem Echo-Aufhebungssystem, welches eine adaptive Filter-Anordnung (10) enthält, wobei das Verfahren das Steuern des Lautstärkenbereiches des Lautsprechers (3) in Abhängigkeit von der abgeschätzten Entfernung zwischen dem Lautsprecher (3) und dem Mikrophon (6) des Telefons (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) basierend auf den Koeffizienten der adaptiven Filteranordnung abgeschätzt wird, wobei die Koeffizienten der adaptiven Filteranordnung von Signalen des Lautsprechers (3) und des Mikrophons (6) des Telefons (1) abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die adaptive Filteranordnung (10) ein FIR-Filter ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, in welchem der größte absolute Wert der Koeffizienten des adaptiven Filters bestimmt wird, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, in welchem die Filter-Koeffizienten aufsummiert oder gemittelt werden, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 12, in welchem ein gewichteter Mittelwert der Filter-Koeffizienten bestimmt wird, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 9, in welchem das Verhältnis oder die Differenz zwischen den Energien des Lautsprechersignals und des Mikrophonsignals verwendet wird, um die Entfernung zwischen dem Mikrophon (6) und dem Lautsprecher (3) abzuschätzen.