Nebengeräuschunterdrückung bei Mobiltelefonen #####

Nebengeräuschunterdrückung bei Mobiltelefonen

Herkömmliche Echounterdrückung

Dies erklärt, weshalb fast alle Handys, Freisprecheinrichtungen und »Speaker Phones« eine Form der Echounterdrückung besitzen. Der grundlegende Ansatz, der fast universell eingesetzt wird, besteht darin, das ferne Signal zu überwachen und vom empfangenen Signal zu subtrahieren. Bei einem konstanten und bekannten Echoanteil ließe sich dies einfach bewerkstelligen. Die Amplitude und das Zeitverhalten des Echos hängen jedoch von der Umgebung ab, in der das mobile Gerät eingesetzt wird und die Änderungen unterworfen ist. Die herkömmliche Echounterdrückungstechnik versucht das Problem dadurch zu bewältigen, dass sie die nah- und fernseitigen Signale ständig überwacht. Ein Algorithmus ermittelt anhand des Referenzsignals vom nahseitigen Lautsprecher den Echoweg und entfernt das Echo aus dem nahseitigen Mikrofonkanal (Bild 2).

Die Leistung der Echounterdrückung steht und fällt mit dem Entwurf und der Optimierung eines adaptiven Filters. Der Filter berechnet normalerweise das zu erwartende Echo in der Regel anhand der bekannten Merkmale eines Audiosignals und passt dann die Filterparameter an, um den Fehler zu minimieren. Zur Aktualisierung der Filterkoeffizienten wird normalerweise der NLMSAlgorithmus (Normalized Least Mean Square) eingesetzt. Dieses Verfahren ist darauf ausgelegt, den mittleren quadratischen Fehler der Unterdrückungskomponente zu minimieren, wobei der Fehler das verbleibende Restecho ist. Die Normalisierung der Anpassung erfolgt im Allgemeinen durch die Signalleistung, um vom Signalpegel unabhängig zu sein.

Diese Berechnungen sind in den meisten Fällen hinreichend genau, um das wahrnehmbare Echo zu reduzieren. Das Problem besteht darin, dass der Algorithmus von einem stabilen Echopfad zwischen Lautsprecher und Mikrofon abhängt. Der Echoweg verändert sich immer dann, wenn ein akustisches Hindernis in die Nähe des Telefons kommt (z.B. wenn das Telefon von der Hand auf eine Tischfläche gelegt wird, die Tastatur berührt oder ein Papier vor den Lautsprecher gehalten wird) oder wenn der Abstand zwischen Mikrofon und Lautsprecher angepasst wird (z.B. durch das Neupositionieren eines Schwanenhalsmikrofons). Treten solcher Wegänderungen auf, kann sich der Algorithmus nur mit einer gewissen Verzögerung an den neuen Echoweg anpassen. In dieser Zeit können akustische Echos auf dem nahseitigen Signalweg übertragen werden.

Beim Entwurf einer Echounterdrückung für ein Gerät ist es wichtig, dessen spätere Umgebungsbedingungen zu kennen. Befinden sich Mikrofon und Lautsprecher an festen Positionen? Wird das Gerät vom Benutzer mit sich geführt? Was ist der längste Echoweg für die Umgebung, in der das Gerät eingesetzt wird? Welcher Geräuschpegel ist zu erwarten? Wird der Geräuschpegel variieren (z.B. in Fahrzeugen)? Wie laut muss das Gerät sein? Wie groß ist die Echo-Rückflussdämpfung (Echo Return Loss) zwischen Lautsprecher und Mikrofon? Wie laut wird der nahseitige Sprecher im Vergleich zum Echo am Mikrofon? Das Verständnis der Antworten auf diese Fragen ist hilfreich, wenn es darum geht, eine herkömmliche Echounterdrückung zu entwerfen, die sich optimal an die bekannte Umgebung anpasst. Bei Änderungen in der Umgebung kann allerdings Echo auftreten, während die Filterkoeffizienten sich an den neuen Echoweg anpassen. Dieser Vorgang kann je nach Einstellung der ursprünglichen Parameter zwischen fünf und zehn Sekunden oder noch länger dauern.

Neben dem Echo, welches die nahseitige Signalqualität beeinträchtigt, können auch Hintergrundgeräusche ein Problem darstellen. Die Lösung dazu besteht im Einsatz einer Geräuschunterdrückung. Die typische Geräuschunterdrückung arbeitet unabhängig von der oben beschriebenen Echounterdrückung, sodass keine Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Im Gegensatz zur Echounterdrückung verfügt die Geräuschunterdrückung über kein Referenzsignal, auf das es trainiert werden kann. Sie muss den Sprachanteil sowie den Geräuschanteil abschätzen, um den Geräuschanteil aus dem Mikrofonsignal entfernen zu können. In beiden Fällen ist das Training nur auf das Geräusch extrem wichtig, um die bestmögliche Leistung zu erhalten. Außerdem müssen Geräusch- und der Echounterdrückung eng zusammenarbeiten, denn ohne diese Interaktion kann es vorkommen, dass das System unbeabsichtigt versucht, die Sprache anstatt das Geräusch zu unterdrücken.

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