Akustische Echokompensation

... Acoustic Echo Cancellation (AEC)

Einsatzbereich von akustischen Echokompensationen

In einer Freisprecheinrichtung kommt es zu akustischen Rückkopplungen zwischen Lautsprecher und Mikrofon. Das heißt, das Mikrofon nimmt nicht nur das Sprachsignal s(t) des nahen Sprechers (Sprecher im Kfz) auf, sondern auch das vom Lautsprecher ausgestrahlte Signal x(t) des fernen Sprechers. Dieses wird als Echosignal y(t) bezeichnet. Wird das Mikrofonsignal so an den fernen Sprecher zurück gesendet, ist diese Rückkopplung für den fernen Sprecher deutlich hörbar.

Akustische Echokompensation

Wirkungsweise der akustischen Echokompensation

Die akustische Echokompensation hat die Aufgabe das Echosignal y(t) im Mikrofonsignal m(t) zu dämpfen. Hierfür wird das vom Lautsprecher ausgestrahlte Signal x(t) verwendet. Es reicht jedoch nicht aus, einfach das Signal x(t) vom Mikrofonsignal m(t) zu subtrahieren. Das Signal x(t) wird durch den Lautsprecher, das Mikrofon und den Raum, in dem die Freisprecheinrichtung betrieben wird, verzerrt. Der Einfluss des Raumes wird durch die Anordnung von schallreflektierenden Oberflächen im Kfz-Innenraum bestimmt. Der Echokompensationsalgorithmus versucht, diese Einflüsse durch ein Filter (Echokompensationsfilter) zu modellieren. Mit diesem Filter wird das Echosignal y(t) geschätzt und vom Mikrofonsignal subtrahiert.

Der Echokompensationsfilter wird dabei stets durch einen adaptiven Algorithmus neu berechnet. Damit ist die Echokompensation in der Lage, sich einerseits an unterschiedliche Lautsprecher, Mikrofone und Räume anzupassen. Andererseits adaptiert sich der Algorithmus auch an Veränderungen im Kfz-Innenraum. Diese treten zum Beispiel dann auf, wenn sich der nahe Sprecher bewegt. Ohne eine solche Adaption wäre eine effektive Dämpfung des Lautsprechersignals nicht möglich.

Schwierigkeiten bei der akustischen Echokompensation

Der Algorithmus ist jedoch nicht in der Lage, das Echosignal vollständig zu dämpfen. Es bleibt stets ein gewisses Restecho vorhanden. Die Stärke der Dämpfung hängt einerseits von dem eingesetzten Adaptionsalgorithmus ab und andererseits von äußeren Einflüssen. Dazu zählen Signale, welche die Adaption stören, wie das Sprachsignal s(t) und Hintergrundlärm wie Fahr- und Windgeräusche n(t). Des weiteren spielt auch die Qualität des verwendeten Lautsprechers eine Rolle. Hierbei ist besonders der Klirrfaktor entscheidend. Die Echodämpfung ist umso größer, je geringer der Klirrfaktor des Lautsprechers ist. Um die Echodämpfung noch weiter zu erhöhen, wird ein Postfilter eingesetzt, welches das Restecho noch einmal dämpft. Dieses hat jedoch den Nachteil, dass dadurch das Sprachsignal s(t) verzerrt wird, wohingegen die reine Echokompensation das Sprachsignal unverändert lässt.