DE1078625B - Einrichtung zur UEbertragung von Sprachsignalen unter Frequenzbandkompression - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übertragung von Sprachsignalen, die einen Sender mit einer Bandkompressionsvorrichtung und einen Empfänger mit einer Bandexpansionsvorrichtung enthält und bei der die Bandkompressionsvorrichtung eine Anzahl paralleler Kanäle besitzt, die durch in verschiedenen Formantbereichen liegende Signale gespeist werden und von denen einer den niedrigsten Formantbereich naturgetreu durchläßt und die übrigen Kanäle mit einem Bandkompressor versehen sind, während die Bandexpansionsvorrichtung eine entsprechende Anzahl paralleler Kanäle enthält, die durch verschiedene Formantbereiche vertretende Signale gespeist werden, wobei der dem Senderkanal für den niedrigsten Formantbereich entsprechende Empfangskanal die eingehenden Signale naturgetreu durchläßt und die übrigen Kanäle mit je einem Bandexpandor versehen sind.

Zur Bandkompression und Bandexpansion wird bei dieser Übertragungseinrichtung eine Eigenart des Sprachsignals benutzt; durch Aufspaltung des Sprachsignals in Formantbereiche läßt es sich nämlich in diejenigen Frequenzbereiche aufteilen, welche die Modulationen, der Resonanzfrequenzen von Mund-, Kehl- und Nasenhöhle oder auch Formantfrequenzen enthalten. Die drei niedrigsten Formantbereiche liegen z. B. in den Frequenzbereichen von etwa 300 bis 800 Hz, von 800 bis 2000 Hz und von 2000 bis 3200Hz.

Bei einer bekannten Übertragungseinrichtung erwähnter Art wurde auf der Sendeseite die Bandkompression dadurch bewerkstelligt, daß die Modulationsfrequenzen der höheren, in den Frequenzbereichen von 800 bis 2000 Hz und von 2000 bis 3200 Hz liegenden Formantbereiche durch Frequenzteilung mit einem Teilfaktor von z. B. 10 in einen zehnfach kleineren Frequenzbereich komprimiert und auf der Empfangsseite durch Frequenzvervielfachung mit einem Faktor 10 wieder in die richtige Frequenzlage gebracht wurden. Bei einem Gesamtkompressionsfaktor von etwa 4 wurde bei dieser Übertragungseinrichtung eine annehmbare Übertragungsgüte erzielt.

Die Erfindung bezweckt, einen neuen Aufbau einer Übertragungseinrichtung erwähnter Art zu schaffen, wodurch unter Aufrechterhaltung des Bandkompressionsfaktors eine verbesserte Übertragungsqualität unter anderem dadurch erzielt wird, daß das Auftreten von Interferenztönen vermieden wird.

Gemäß der Erfindung werden die in verschiedenen höheren Formantbereichen liegenden Signale in den betreffenden Bandkonxpressionskanälen je einem Formantfrequenzdetektor zugeführt, der eine sich mit der Formantfrequenz der Signale in dem betreffenden höheren Formantbereich ändernde Ausgangsspannung Einrichtung zur übertragung

von Sprachsignalen
unter Frequenzbandkompression

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr, 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 3. Mai 1958

Frank de Jager und Petrus Josephus van Gerwen,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

liefert, während der Bandexpandor in den zusammenwirkenden Bandexpansionskanälen jeweils eine Bandverschiebungsvorrichtung enthält, in welcher die naturgetreu durchgelassenen Signale des niedrigsten Formantbereich.es innerhalb des betreffenden höheren Formantbereiches durch eine Steuerspannung in der Frequenz verschoben werden, deren Frequenz sich mit der Ausgangsspannung des Formantfrequenzdetektors in dem entsprechenden Bandkompressionskanal ändert.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt zur Erläuterung ein Blockschaltbild . eines Senders und eines Empfängers für, eine Übertragungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsformen eines bei der Einrichtung nach der Erfindung anwendbaren Formantf requenzdetektors;

Fig. 4 und 5 zeigen das Blockschaltbild einer praktischen. Ausführungsform eines Senders und eines Empfängers nach der Erfindung, und

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Senders in einer Übertragungseinrichtung nach der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Sender werden die einem Mikrophon 1 entnommenen Signale über ein die Sprachsignale von 300 bis 3200Hz durchlassendes Filter 2 nach Verstärkung in einem Verstärker 3 einer Bandkompressioinsvorrichtung 4 zugeführt, die drei

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parallele Kanäle 5, 6 und 7 enthält. Jeder dieser parallelen Kanäle enthält ein Eingangsfilter 8, 9 bzw. 10, das von den zugeführten Sprachsignalen die Signale in den Formantbereichen von 300 bis 800 Hz, 800 bis 2000 Hz bzw. 2000 bis 3200 Hz durchläßt. Der Kanal 5 läßt die Signale in dem niedrigsten Formantbereich von 300 bis 800 Hz naturgetreu durch, während die Sprachsignale in den höheren Formantbereichen von 800 bis 2000Hz und von 2000 bis 3200Hz in den Kanälen 6 bzw. 7 einem Formantfrequenzdetektor

11 bzw. 12 zugeführt werden, der eine sich mit der Formantfrequenz in den Formantbereichen von 800 bis 2000Hz bzw. 2000 bis 320OHz ändernde Steuerspannung liefert, deren für die Übertragung erforderliche Bandbreite z. B. etwa 3 Hz beträgt.

Außerdem ist an den Ausgangskreis der Eingangsfilter 9 und 10 ein Amplitudendetektor 13 bzw. 14 und ein Tiefpaßfilter 15 bzw. 16 mit einer Grenzfrequenz von z.B. 40Hz angeschlossen zur Erzeugung einer sich mit dem Pegel der Signale in den Formantbereichen von 800 bis 2000 Hz und von 2000 bis 3200 Hz ändernden Spannung, die gemeinsam mit der Ausgangsspannung der Formantfrequenzdetektoren 11 und

12 auf die Empfangsseite übertragen wird.
Einfachheitshalber werden bei der geschilderten,

schematisch dargestellten Einrichtung die Signale des ersten Formantbereichs, die Ausgangsspannungen der Formantfrequenzdetektoren 11, 12 und die Ausgangsspannungen der Amplitudendetektoren samt Tiefpaßfilter 13, 15 und 14, 16 über getrennte Leitungen 17, 18, 19, 20, 21 auf die Empfangsseite übertragen. Bei der praktischen Ausführungsform erfolgt die Übertragung dieser verschiedenen Signale über eine einzige Leitung, vorzugsweise auf die an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterte Weise.

Im Vergleich zu der Bandbreite des ursprünglichen Sprachsignals von 2,9 kHz ist hier eine wesentliche Bandbreitenersparnis erzielt, da die Gesamtbandbreite der übertragenen Signale 500+2-30+2-40=640Hz beträgt, wobei das unter Bandkompression übertragene Sprachsignal auf der Empfangsseite mit besonders guter Qualität wiedergegeben werden kann.

Der mit dem geschilderten Sender zusammenwirkende Empfänger enthält eine denen des Senders entsprechende Anzahl paralleler Kanäle 22, 23, 24, die über die Leitungen 17, 18, 19, 20, 21 durch die verschiedene Formantbereiche vertretenden Signale gespeist werden; der dem Senderkanal 5 entsprechende Empfangskanal 22 läßt die Eingangssignale in dem niedrigsten Formantbereich von 300 bis 800 Hz naturgetreu durch, während die übrigen Empfangskanäle 23,24 mit je einem Bandexpandor versehen sind.

Dabei wird jeder Bandexpandor in den Bandexpansionskanälen 23, 24 durch eine Bandverschiebungsvorrichtung 25 bzw. 26 gebildet, die durch die naturgetreu übertragenen Signale des ersten Formantbereichs (300 bis 800Hz) gespeist wird. Diese letzteren Signale werden in den Bandverschiebungsvorrichtungen 25, 26 innerhalb des Formantbereichs von 800 bis 2000Hz bzw. von 2000 bis 3200Hz in der Frequenz durch eine Schwingung verschoben, deren Frequenz sich mit der Ausgangsspannung des Formantfrequenzdetektors 11 bzw. 12 in den Bandkompressionskanälen 6 bzw. 7 ändert. Bei der geschilderten Vorrichtung wird diese Bandverschiebung dadurch bewerkstelligt, daß die Signale in dem niedrigsten Formantbereich von 300 bis 800 Hz zunächst in einer Mischstufe 27 mit einem daran angeschlossenen örtlichen Oszillator 28 mit einer Frequenz von z. B. 6 kHz und einem Ausgangsfilter 29 nach dem Frequenzband von 6,3 bis 6,8 kHz transponiert werden und das so erhaltene Frequenzband von 6,3 bis 6,8 kHz in Mischstufen 30 bzw. 31 in den Kanälen 23 bzw. 24 in die Formantbereiche von 0,8 bis 2 kHz bzw. von 2 bis 3,2 kHz mittels Ortsoszillatoren 32 bzw. 33 umgesetzt wird, deren Frequenzen in den Frequenzbereichen von 5,5 bis 4,8 kHz bzw. 4,3 bis 3,6 kHz mittels Frequenzkorrektoren 33 bzw. 34, z. B. Reaktanzröhren, geändert werden, die über die Leitungen 19 bzw. 21 durch die Ausgangsspannungen der Formantfrequenzdetektoren 11 bzw. 12 gesteuert werden. Dabei ist die Mischstufe 27 derart ausgebildet, daß große Amplituden der Signale in dem niedrigsten Formantbereich begrenzt werden.

Auf die geschilderte Weise werden die naturgetreu übertragenen Signale des niedrigsten Formantbereichs von 300 bis 800Hz nach entsprechender Umsetzung innerhalb der höheren Formantbereiche von 800 bis 2000 Hz und 2000 bis 3200 Hz entsprechend den Ausgangsspannungen der Formantfrequenzdetektoren 11 bzw. 12 frequenzmäßig verschoben. Die so erhaltenen Signale werden über Ausgangsfilter 35 bzw. 36 mit Durchlaßbereichen von 800 bis 2000 Hz bzw. 2000 bis 3200 Hz gemeinsam mit den Signalen des ersten Formantbereiches im Kanal 22 mit einem Ausgangsfilter 37 mit einem Durchlaßbereich von 300 bis 800 Hz über einen Niederfrequenzverstärker 38 auf eine Wiedergabevorrichtung 39 übertragen. Dabei zeichnen sich die in der Wiedergabevorrichtung 39 wiedergegebenen Sprachsignale durch eine gute Wiedergabegüte aus, die nicht durch auftretende Interferenztöne beeinflußt wird.

Zur Steigerung der Wiedergabegüte ist es vorteilhaft, die den Bandexpansionskanälen 23, 24 entnommenen Signale in den Formantbereichen von 800 bis 2000Hz und 2000 bis 3200Hz entsprechend dem Pegel der ursprünglichen Signale in diesen Formantbereichen zu ändern. In den Bandverschiebungsvorrichtungen 25 bzw. 26 werden dazu die der Frequenzumsetzungsstufe 27,28,29 entnommenen Signale über einstellbare Dämpfungsglieder 40 bzw. 41 Amplitudenmodulatoren 42 bzw. 43 zugeführt, die über die Leitungen 18 bzw. 20 durch die in den Amplitudendetektoren 13, 15 bzw. 14, 16 in den Bandkompressionskanälen 6,7 erzeugten Pegelregelspannungen gesteuert werden. Durch diese Pegelregelung wird die Qualität der Gesprächswiedergabe weiter verbessert.

Außerdem hat der dargestellte Empfänger Mittel zur Verbesserung der Konsonantenwiedergabe, z. B. der Buchstaben »s« und »f«, die im wesentlichen durch ein in den höheren Formantbereichen liegendes geräuschartiges Frequenzspektrum gekennzeichnet werden. Zu diesem Zweck ist jedem der Bandexpansionskanäle ein Konsonantendetektor 44 bzw. 45 zugeordnet, dessen Ausgangsspannung einen üblicherweise gesperrten Amplitudenmodulator 50 bzw. 51 mit einem daran angeschlossenen Geräuschgenerator 48 bzw. 49 steuert, der mit dem Eingang der Mischstufe 30 bzw. 31 verbunden ist über einen Ausgangskreis 52 bzw. 53 mit einem Durchlaßbereich gleich dem Durchlaßbereich des Ausgangsfilters 29 der Mischstufe 27; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchlaßbereich des Ausgangskreises 52 bzw. 53 6,3 bis 6,8 kHz. Dabei werden die Konsonantendetektoren 44 bzw. 45 durch je eine Amplitudenvergleichsvorrichtung gebildet. Diese dient zum Amplitudenvergleich des Pegels der Signale in dem niedrigsten Formantbereich, der mittels eines an den Kanal 22 angeschlossenen Amplitudendetektors 46 gewonnen wird, der mit einem Tiefpaßfilter 47 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 40 Hz versehen ist, mit dem Pegel

der Signale der höheren Formantbereiche, welche den Leitungen 18 und 20 entnommen werden. Zum erwähnten Amplitudenvergleich in den Konsonantendetektoren 44 bzw. 45 wird die Ausgangsspannung des Amplitudendetektors 46, 47 mittels einstellbarer Dämpfungsglieder 134 bzw. 135 auf einen angemessenen Wert abgeschwächt.

Beim Auftreten eines Konsonanten herrscht die Pegelspannung der höheren Formantbereiche vor, und der Konsonantendetektor 44 bzw. 45 liefert z. B. eine positive Ausgangsspannung, welche die üblicherweise gesperrten Amplitudenmodulatoren 50 bzw. 51 leitend macht und die Rauschspannung der Geräuschgeneratoren 48 bzw. 49 amplitudenmäßig entsprechend der Amplitude der den Konsonantendetektoren 44 bzw. 45 entnommenen Pegelunterschiedsspannung moduliert; diese Geräuschspannung wird über die Mischstufe 30 bzw. 31 der Wiedergabevorrichtung 39 zugeführt. Umgekehrt wird beim Auftreten eines Vokals, z. B. der Buchstaben »a« und »e«, die Pegelspannung des niedrigsten Formantbereichs vorherrschen,· und die Amplitudenvergleichsvorrichtung 44 bzw. 45 liefert eine negative Ausgangsspannung, die den Amplitudenmodulator 50 bzw. 51 nichtleitend machen kann, so daß keine Geräuschspannung auf die Wiedergabevorrichtung 39 übertragen wird.

Wie vorstehend gesagt, wird jeweils beim Auftreten eines Konsonanten eine Geräuschspannung angemessenen Wertes auf die Wiedergabevorrichtung 39 übertragen, wodurch die Wiedergabe der Konsonanten in einem Sprachsignal verbessert, wird. Durch die vorstehend geschilderten Gesamtmaßnahmen wird das dem Mikrophon 1 entnommene Sprachsignal in der Wiedergabevorrichtung 39 mit einer bemerkenswerten Naturtreue wiedergegeben. .

Es sei hier noch bemerkt, daß der Rauschzusatz zu der Mischstufe 30 bzw. 31 auch auf andere Weise bewerkstelligt werden kann. Es kann bei der geschilderten Vorrichtung z. B. für die beiden Kanäle 23 bzw. 24 nur ein einziger Konsonantendetektor genügen, wobei der Pegel der Signale in dem niedrigsten Formantbereich mit der Summe der Pegelspannungen der Signale in den beiden höheren Formantbereichen verglichen wird. Bei dieser Vereinfachung ergibt sich, daß die Übertragungsqualität der wiedergegebenen Signale praktisch nicht beeinträchtigt wird.

Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen der bei der Übertragungseinrichtung nach der Erfindung anzuwendenden Formantfrequenzdetektoren, wobei der Formantfrequenzdetektor nach Fig. 2 eine vorzügliche Wiedergabequalität gewährleistet, während Fig. 3 eine wesentlich einfachere Ausführungsform darstellt, die eine etwas geringere, aber dennoch ausreichende Wiedergabequalität ergibt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Formantfrequenzdetektor wird das Sprachsignal über ein die Signale in dem betreffenden Formantbereich des Frequenzbandes von 800 bis 2000 Hz oder von 2000 bis 3200 Hz durchlassendes Filter 54 zwei parallelen Kanälen 55 bzw. 56 zugeführt. Der Kanal 55 enthält die Hintereinanderschaltimg eines Differentiierungsnetzwerks 57, eines Amplitudendetektors 58 und eines Tiefpaßfilters 59 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 30 Hz, während der Kanal 56 die Hintereinanderschaltung eines einstellbaren Dämpfungsgliedes 60, eines Amplitudendetektors 61 und eines Tiefpaßfilters 62 mit einer .Grenzfrequenz von z. B. 30 Hz enthält. Zur Frequenzdetektion der Formantfrequenz, die sich im betreffenden Formantbereich mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30 Hz langsam ändert, steuern die Ausgangs spannungen der beiden Amplitudendetektoren 58, 59 bzw.. 61, .62 eine Verhältnismeß schaltung 63 zur Bestimmung des Verhältnisses der Ausgangsspannung des Amplitudendetektors 58, 59 zu der des Amplitudendetektors 61, 62, wobei die Ausgangsspannung der Verhältnismeß schaltung 63 die Ausgangsspannung des Formantfrequenzdetektors bildet. Dabei folgt die Ausgangsspannung der Verhältnismeß schaltung 63 genau der Änderung der Formantfrequenz, wobei diese Ausgangsspannung praktisch nicht durch Geräuschspannungen und Unregelmäßigkeiten in den Sprachsignalen beeinflußt wird, die besonders bei kleinen Amplitudenwerten des Sprachsignals auftreten.

Um das Verhältnis der Ausgangsspannungen der Amplitudendetektoren 58, 59 und 61, 62 zu bestimmen, werden bei einer praktischen Ausführungsform diese Gleichspannungen nicht direkt miteinander verglichen, sondern zunächst auf eine Frequenz Z₁ bzw. f₂ moduliert, zu welchem Zweck die Ausgangsspannung des Amplitudendetektors 58, 59 einem an einen Oszillator 64 mit einer Frequenz f_± angeschlossenen Gegentaktmodulator 65 mit einem Ausgangskreis 66 und die Ausgangsspannung des Amplitudendetektors 61,62 einem an einen Oszillator 67 mit der Frequenz f₂ angeschlossenen Gegentaktmodulator 68 mit einem Ausgangskreis 69 zugeführt wird. Da bei dieser Einrichtung zwischen dem Oszillator 64 bzw. 67 und dem Ausgang des Kreises 66 bzw. 69 ein einstellbares Dämpfungsglied 70 bzw. 71 eingeschaltet ist, wird bei passender Einstellung des Dämpfungsgliedes 70 bzw. 71 erreicht, daß die Verhältnismeß schaltung 63 beim Fehlen eines Sprachsignals eine Ausgangsspannung liefert, die einer annähernd in der Mitte des betreffenden Formantbereichs liegenden Frequenz entspricht. Bei einer solchen Einstellung erzielt man außerdem den Vorteil, daß beim Auftreten eines Sprachsignals nach einer Gesprächspause der Formantfrequenzdetektor sich schnell auf den gewünschten Wert einstellt.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines bei der dargestellten Übertragungseinrichtung anwendbaren Formantfrequenzdetektors. Bei diesem Formantfrequenzdetektor werden die einem Filter 54 entnommenen Signale in dem Formantbereich von 800 bis 2000 Hz, gegebenenfalls 2000 bis 3200 Hz, einem Begrenzer 72 zugeführt, dem ein Differentiierungsnetzwerk 73 folgt, das die durch die Begrenzung erhaltenen blockförmigen Signale in eine Reihe aufeinanderfolgender positiver und negativer Impulse umwandelt. Weiter ist eine Schwell Wertvorrichtung 74 vorgesehen, die z. B. die negativen Impulse unterdrückt. An dem Ausgangskreis der Schwellwertvorrichtung 74 entsteht somit eine Reihe positiver Impulse, deren Anzahl pro Zeiteinheit sich mit der Formantfrequenz ändert, so daß durch Glätten dieser Impulse in einem Tiefpaßfilter 75 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 30 Hz eine Spannung erhalten wird, die sich mit der Formantfrequenz ändert. Es ergibt sich als vorteilhaft bei diesem Formantfrequenzdetektor, identische Impulse dem Tiefpaßfilter 75 zuzuführen, was z. B. dadurch bewerkstelligt werden kann, daß die Ausgangsimpulse der Schwellwertvorrichtung 74 einem Impulsbildner zugeführt werden.

Der an Hand der Fig. 3 geschilderte Formantfrequenzdetektor ist von. besonderer Einfachheit, während dennoch eine zufriedenstellende Übertragungsqualität erzielt wird. Außer den beschriebenen Formantfrequenzdetektoren können bei der Übertragungseinrichtung nach der Erfindung auch Formant-

frequenzdetektoren anderer Art verwendet werden. Dazu kann z. B. ein üblicher Frequenzdetektor angewandt werden, dessen Eingangskreis die Eingangssignale über einen Begrenzer zugeführt werden, während in den Ausgangskreis ein Tiefpaßfilter mit einer hinreichend niedrigen Grenzfrequenz von z. B. 30' Hz eingefügt ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Sender bzw. einen Empfänger einer Übertragungseinrichtung nach der Erfindung für Einseitenbandübertragung. In dieser Übertragungseinrichtung sind die denen der Fig. 1 entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Bei dem Sender nach Fig. 4 werden die dem Mikrophon 1 entnommenen Sprachsignale auf die an Hand der Fig. 1 ausführlich erörterte Weise zur Bandkompression über die verschiedenen Formantbereiche durchlassende Filter 8, 9 und 10 drei Kanälen 5, 6, 7 zugeführt, wobei die Signale in den Kanälen 6 und 7 einerseits einem Formantf requenzdetektor 11 bzw. 12 und andererseits einem Amplitudendetektor 13, 15 bzw. 14, 16 zum Erzeugen einer Spannung zugeführt werden, die sich mit dem Pegel der von den Filtern 9 bzw. 10 durchgelassenen Signale ändert.

In dem Kanal 5 werden, die von dem Filter 8 durchgelassenen Signale in dem niedrigsten Formantbereich von 0,3 bis 0,8 kHz einem an einen 6-kHz-Oszillator 76 angeschlossenen Einseitenbandmodulator 77 mit einem Einseitenbandfilter 78 zugeführt, das das obere Seitenband von 6,3 bis 6,8 kHz durchläßt, während in den Kanälen 6 und 7 die Ausgangsspannung der Formantfrequenzdetektoren 11 bzw. 12 über Frequenzkorrektoren 81 bzw. 82 Oszillatoren 79 bzw. 80 frequenzmäßig steuert, deren Spannung in einem Amplitudenmodulator 83 bzw. 84 mit einem Ausgangsfilter 85 bzw. 86 durch die Pegelspannung in der Amplitude moduliert wird, die von den Amplitudendetektoren 13, 15 bzw. 14, 16 stammt.

Bei dem dargestellten Sender werden die örtlichen Oszillatoren 79 und 80 durch die Ausgangsspannung der, Formantfrequenzdetektoren 11 bzw. 12 in der Frequenz moduliert, z. B. mit einem Modulationsindex von 1, wobei die auf diese Weise erhaltenen frequenzmodulierten Schwingungen, deren Frequenzen sich in einem Bereich von 30 Hz ändern, in den Amplitudenmodulatoren 83 bzw. 84 durch die Ausgangsspannungen der Amplitudendetekoren 13, 15 bzw. 14, 16 in der Amplitiude moduliert werden. Die Mittelfrequenzen der Oszillatoren 79 und 80 betragen dabei etwa 6,86kHz und 6,96kHz; die einerseits zwischen dem Einseitenbandsignal von 6,3 bis 6,8 kHz und der zentralen Frequenz des Oszillators 79 und die andererseits zwischen den zentralen Frequenzen der Oszillatoren 79 und 80 gelassenen Frequenzräume werden zur Übertragung der Frequenz- und Amplitudenmodulation der Schwingungen der Oszillatoren 79 und 80 benutzt. Die Durchlaßbereiche der Filter 78, 85 und 86 sind z. B. 6,30 bis 6,80 kHz, 6,82 bis 6,90 kHz bzw. 6,92 bis 7,00 kHz.

Die so erhaltenen Ausgangsspannungen der Kanäle 5, 6 und 7 werden über einen Gruppenmodulator 87 mit einem Oszillator 88 und einem Einseitenbandfilter 89 durch Einseitenbandmodulation auf ein Kabel 90 übertragen. Die Bandbreite des der Leitung 90 zugeführten Ausgangssignals beträgt etwa 0,7 kHz, so daß im Vergleich zu dem ursprünglichen Sprachsignal (2,9 kHz) eine wesentliche Bandbreitenersparnis erzielt wird.

Fig. 5 zeigt den mit einem Sender nach Fig. 4 zusammenwirkenden Empfänger.

Die ankommenden Einseitenbandsignale von dem Übertragungskabel 90 werden nach Hochfrequenzverstärkung in einem Verstärker 91 über einen Gruppendemodulator 92 mit einem daran angeschlossenen 5 Oszillator 93 und einem Ausgangsfilter 94 zum Zurückgewinnen des ursprünglichen Sprachsignals einer Bandexpansionsvorrichtung zugeführt, die drei parallel geschaltete Kanäle 22, 23, 24 enthält, die den Kanälen 5, 6 bzw. 7 im Sender entsprechen.

ίο Die Kanäle 22, 23, 24 sind mit je einem Eingangsfilter 95, 96 und 97 versehen, die das dem Gruppendemodulator 92 entnommene Einseitenbandsignal, z. B. im Frequenzbereich von 6,3 bis 7,OkHz, in die drei Formantbereiche vertretenden Signale in den Frequenzbändernvon 6,30 bis 6,80 kHz, 6,82 bis 6,9OkHz und 6,92 bis 7,0OkHz aufspalten; das Einseitenbandsignal von 6,30 bis 6,80 kHz wird im Kanal 22 naturgetreu gurchgelassen, während die Signale der Expansionskanäle 23 bzw. 24 einerseits über Begrenzer 98

so bzw. 99 Frequenzdetektoren 100 bzw. 101 und andererseits Amplitudendetektoren 102 bzw. 103 zugeführt werden, die mit Tiefpaßfiltern 104 bzw. 105 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 40 Hz versehen sind.

An den Ausgangskreisen der Frequenzdetektoren

as 100 und 101 und der Amplitudendetektoren 102, 104 bzw. 103, 105 tr.eten sich mit der Formantfrequenz und mit dem Pegel der Signale in den Formantbereichen von 800 bis 2000Hz und 2000 bis 3200Hz ändernde Spannungen auf, die auf vollkommen gleiche Weise, wie an Hand der Fig. 1 erörtert, verarbeitet werden. Die Ausgangsspannungen der Frequenzdetektoren 100 und 101 ändern die Frequenz der Ortsoszillatoren 106 bzw. 107 über Frequenzkorrektoren 108 bzw. 109 in den Frequenzbereichen von 5,5 bis 4,8 kHz bzw. 4,3 bis 3,6 kHz, um die dem Filter 95 entnommenen Signale in dem ersten Formantbereich im Frequenzband von 6,3 bis 6,8 kHz, die über die Leitung 110 und einstellbare Dämpfungsglieder 111 bzw. 112 den Bandexpansionskanälen 23 bzw. 24 zugeführt werden, in den Mischstufen 113 bzw. 114 frequenzmäßig zu verschieben, während die Ausgangsspannungen der Amplitudendetekoren 102, 104 bzw. 103, 105 in den Amplitudenmodulatoren 115 bzw. 116 zur Pegelregelung benutzt werden.

Außerdem enthalten die Bandexpansionskanäle 23 und 24 ähnlich wie bei der Übertragungseinrichtung nach Fig. 1 noch je einen Konsonantendetektor 117 bzw. 118, einen Amplitudenmodulator 119 bzw. 120 mit einem daran angeschlossenen Rauschspannungsgenerator 121 bzw. 122 und ein Ausgangsfilter 123 bzw. 124, wobei der Konsonantendetektor 117 bzw. 118 auf die in Fig. 1 angegebene Weise über einstellbare Dämpfungsglieder 136 bzw. 137 durch eine sich mit dem Pegel der Signale des ersten Formantbereichs ändernde Spannung gesteuert wird, die von einem an den Kanal 22 angeschlossenen Amplitudendetektor 125 mit einem Tiefpaßfilter 126 erzeugt wird und die zum Vergleich benötigten Pegelspannungen der Signale in den Formantbereichen von 800 bis 2000 Hz bzw. 2000 bis 3200 Hz den Amplitudendetektoren 102, 104 bzw. 103, 105 entnommen werden.

Dabei werden die Ausgangsspannungen der Bandexpansionskanäle 23 bzw. 24 über Filter 127 bzw. 128 gemeinsam mit den Signalen des ersten Formantbereichs, die einem Einseitenbandmodulator 129 mit daran angeschlossenem örtlichem Trägerwellenoszillator 130 mit einer Frequenz von 6 kHz und einem Ausgangsfilter 131 entnommen werden, über einen Niederfrequenzverstärker 132 einer Wiedergobevorrichtung 133 zugeführt. Auf vollkommen ähnliche

Weise, wie an Hand der Fig. 1 erörtert ist, wird somit in dieser Einrichtung die Bandkompression und Bandexpansion zustande gebracht.

Es sei hier noch bemerkt, daß die zur Bandverschiebung dienende, sich in der Frequenz von 5,5 bis 4,8 kHz bzw. 4,3 bis 3,6 kHz ändernde Schwingung statt durch Frequenzdetektion in den Frequenzdetektoren 100 bzw. 101 und darauffolgende Frequenzmodulation der Oszillatoren 106 bzw. 107 auch auf andere Weise erzeugt werden kann, nämlich durch Vergrößerung des Frequenzhubes von 30 Hz der eingehenden frequenzmodulierten Schwingung durch Frequenzvervielfachung" mit einem Faktor von z. B. 24 und durch darauf erfolgende derartige Frequenzumsetzung, daß infolgedessen die in den Frequenzbändern von etwa 5,5 bis 4,8 kHz bzw. 4,3 bis 3,6 kHz variierenden Schwingungen entstehen.

Fig. 6 zeigt eine Abart der in Fig. 1 dargestellten Sendevorrichtung einer Übertragungseinrichtung nach der Erfindung, mit der eine verbesserte Übertragungsqualität verwirklicht wird. Denen der Fig. 1 entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die Verbesserung der Übertragungsqualität wird bei dieser Vorrichtung dadurch erzielt, daß bei der empfangsseitigen Bandverschiebung die Änderung der Formantfrequenz in dem ersten Formantbereich berücksichtigt wird, d. h. indem die Änderung der Formantfrequenz in den Formantbereichen von 800 bis 2000 Hz und 2000 bis 3200 Hz mit der Änderung der Formantfrequenz in dem Formantbereich von 300 bis 800 Hz verglichen wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Ausgangsspannung der Formantfrequenzdetektoren 11 bzw. 12 der Bandkompressionskanäle 6 bzw. 7 in einer Amplitudenvergleichsvorrichtung 138 bzw. 139 um die Ausgangsspannung eines Formantfrequenzdetektors 140 verringert wird, der an den Kanal 5 angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Bandverschiebung in den Bandexpansionskanälen 23 bzw. 24 (s. Fig. 1) um die Änderung der Formantfrequenz in dem niedrigsten Formantbereich verringert, und es hat sich gezeigt, daß durch die angegebene Kompensation der Bandverschiebung die Übertragungsqualität verbessert wird. Dabei können die Frequenzen der Oszillatoren 32 bzw. 33 in den Bandexpansionskanälen 23 bzw. 24 über einen größeren Frequenzbereich geändert werden.

Anstatt die Vergleichsspannung, wie bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, auf der Sendeseite zu erzeugen, kann dies aber auch auf der Empfangsseite erfolgen. Dazu kann z. B. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 an den Empfangskanal 22 ein Formantfrequenzdetektor zur Erzeugung einer sich mit der Formantfrequenz in dem Formantbereich von 300 bis 800 Hz ändernden Spannung angeschlossen werden, die als Vergleichsspannung den Frequenzkorrektoren 33 bzw. 34 in den Bandexpansionskanälen 23 bzw. 24 zugeführt wir.d.

Vollständigkeitshalber sei hier noch bemerkt, daß es mit Rücksicht auf die Übertragungsqualität vorteilhaft ist, in dem Übertragungskanal für die Signale des Formantbereichs von 300 bis 800 Hz Selektionsfilter anzuwenden, deren Flankensteilheit in dem .Durchlaßbereich von 300 bis 800 Hz verringert ist.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Übertragung von Sprachsignalen mit einem Sender mit einer Bandkompressionsvorrichtung und einem Empfänger mit einer Bandexpansionsvorrichtung, bei der die BandkompressionsTOrrichtung eine Anzahl paralleler Kanäle enthält, die durch in verschiedenen Formantbereichen liegende Signale gespeist werden, wobei einer dieser Kanäle den niedrigsten Formantbereich naturgetreu durchläßt, während die übrigen Kanäle mit je einem Bandkompressor versehen sind, und bei der die Bandexpansionsvorrichtung eine entsprechende Anzahl paralleler Kanäle enthält, die durch die verschiedene Formantbereiche vertretenden Signale gespeist werden, wobei der dem Senderkanal für den niedrigsten Formantbereich entsprechende Empfangskanal die eintreffenden Signale naturgetreu durchläßt und die übrigen Kanäle mit je einem Bandexpandor versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der in verschiedenen höheren Formantbereichen liegenden Signale in den betreffenden Bandkompressionskanälen (6., T) einem Formantfrequenzdetektor (11, 12) zugeführt wird, der eine sich mit der Formantfrequenz der Signale in dem betreffenden höheren Formantbereich ändernde Ausgangsspannung liefert, während der Bandexpandor in den betreffenden Bandexpansionskanälen (23, 24) jeweils eine Bandverschiebungsvorrichtung (25j 26) enthält, in welcher die naturgetreu durchgelassenen Signale des niedrigsten Formantbereichs frequenzmäßig innerhalb des betreffenden höheren Formantbereichs durch eine Steuerspannung verschoben werden, deren Frequenz sich mit der Ausgangs spannung des Formantfrequenzdetektors (11, 12) in dem entsprechenden Bandkompressionskanal (6, 7) ändert (Fig.l).

2. Übertragungseinrichtung nach xA.nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formantfrequenzdetektor zwei parallele Kanäle (55, 56) aufweist, von denen der erste Kanal (55) hintereinander ein Differentiierungsnetzwerk (57), einen Amplitudendetektor (58) und ein Tiefpaßfilter (59) und der zweite Kanal (56) einen Amplitudendetektor (60) mit einem Tiefpaßfilter (61) enthält, und daß eine durch die Ausgangsspannungen der beiden Kanäle gesteuerte Verhältnismeß schaltung (63) zur Bestimmung des Verhältnisses der Ausgangsspannung des ersten Kanals (55) zu der des zweiten Kanals (56) vorgesehen ist, deren Ausgangskreis die Ausgangsspannung des Formantfrequenzdetekfors entnommen wird (Fig. 2).

3. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formantfrequenzdetektor durch einen Begrenzer (72), ein darauffolgendes Differentiierungsnetzwerk (73) und eine Schwell Wertvorrichtung (74) gebildet wird und die der Schwellwertvorrichtung entnommenen Impulse der gleichen Polarität zur Erzeugung einer sich mit der Formantfrequenz ändernden Spannung einem Tiefpaßfilter (75) zugeführt werden (Fig. 3).

4. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung jedes der Formantfrequenzdetektoren (11., 12) für die Formantfrequenzen in den höheren Formantbereichen in einer Amplitudenvergleichsvorrichtung (138j 139) um die Ausgangsspannung eines Formantfrequenzdetektors (140) verringert wird, der durch die naturgetreu übertragenen Signale in dem niedrigsten Foormantbereich gespeist wird (Fig. 6).

5. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

9Oi 768/292

Bandverschiebungsvorrichtung (25, 26) in den Bandexpansionskanälen (23, 24) eine Mischstufe (30, 31) enthält, der die in der Frequenz transponierten Signale des niedrigsten Förmantbereichs und die Ausgangsspannung eines Ortsoszillators (32, 33) zugeführt werden, dessen Spannung über einen Frequenzkorrektor (33, 34) durch die Ausgangsspannung des entsprechenden sendeseitigen Formantfrequenzdetektors (11, 12) in der Frequenz geändert wird (Fig. 1).

6. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der Bandkompressionskanäle (6, 7) die Eingangssignale zur Erzeugung einer Pegelregelspannung einem Amplitudendetektor (13,14) mit einem zugehörenden Tiefpaßfilter (15, 16) zugeführt werden und jeder der Bandexpansionskanäle (23, 24) auf der Empfangsseite zur Pegelregelung einen Amplitudenmodulator (42, 43) enthält, der durch die Pegelregelspannung gesteuert wird (Fig. 1).

7. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz der dem Amplitudendetektor (13, 14) in den Bandkompressionskanälen (6, 7) zugehörenden Tiefpaßfilter (15, 16) niedriger ist als 40 Hz (Fig.l).

8. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Bandexpansionskanälen (23, 24) auf der Empfangsseite ein Konsonantendetektor (44, 45) zugeordnet ist, der einen an einen Rauschspannungsgenerator (48, 49) angeschlossenen, im normalen Betrieb gesperrten Amplitudenmodulator (50, 51) steuert, dem jeweils beim Auftreten eines Konsonanten eine Rauschspannung proportional zur Ausgangsspannung des Konsonantendetektors entnommen wird, welche Rauschspannung in dem Frequenzband der in der Frequenz verschobenen Signale des niedrigsten Förmantbereichs liegt (Fig· I)-

9. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Konsonantendetektor (44, 45) durch eine Amplitudenvergleichsstufe zum Amplitudenvergleich des Pegels der Signale in dem niedrigsten Formantbereich mit dem Pegel der Signale in einem höheren Formantbereich gebildet wird (Fig. 1).

10. Übertragungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die naturgetreu übertragenen Signale des niedrigsten Förmantbereichs in dem betreffenden Sendekanal (5) einem Einseitenbandmodulator (77) zugeführt werden und die übrigen Bandkompressionskanäle (6, T) je einen Ortsoszillator (79, 80) enthalten, der über einen Frequenzkorrektor (81, 82) durch die Ausgangsspannung des Formantfrequenzdetektors (11, 12) in der Frequenz geändert wird, und daß die so erhaltenen Signale zusammengefügt und auf die Empfangsseite übertragen werden, wo sie mittels Selektionsfilter (95, 96, 97) den parallelen Empfangskanälen (22, 23, 24) zugeführt werden (Fig. 4 und 5).

11. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der Frequenz ändernden Schwingungen der Ortsoszillatoren (79, 80) in den Bandkompressionskanälen (6, 7) in den entsprechenden Bandexpansionskanälen (23, 24) einem Frequenzdetektor (100, 101) und zur Erzeugung der Verschiebungsfrequenz einem mit einem Ortsoszillator (106, 107) gekoppelten Frequenzkorrektor (108, 109) zugeführt werden (Fig. 4 und 5).

12. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Frequenz veränderbaren Schwingungen der Ortsoszillatoren in den Bandkompressionskanälen in den entsprechenden Bandexpansionskanälen zur Erzeugung der Verschiebungsfrequenz der Kaskadenschaltung eines Frequenzvervielfachers und einer Frequenzumsetzungsstufe zugeführt werden.

13. Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der in den Bandkompressionskanälen in einem Amplitudendetektor außerdem eine Pegelregelspannung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelregelspannung einem in den Bandkompressionskanälen (6, 7) liegenden Amplitudenmodulator (83, 84) zugeführt wird, an dem außerdem die Ausgangsspannung der in der Frequenz modulierten Ortsoszillatoren (79, 80) liegt, während in den entsprechenden Empfangskanälen (23, 24) die eintreffenden Signale einem Amplitudendetektor (102, 103) und einem Tiefpaßfilter (104, 105) zur Erzeugung einer zur Pegelregelung dienenden Regelspannung zugeführt werden (Fig. 4 und 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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