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Schaltungsanordnung zur Feststellung der Anwesenheit von Sprachlauten
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der An-Anwesenheit
von Sprachlauten. Solche Anordnungen werden u. a. bei sprachverarbeitenden Einrichtungen
gebraucht.
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Es ist bereits ein Verfahren bekannt, Sprache und Musik zu unterscheiden
(DBP 1 078 339). Dabei wird die Hüllkurve stimmloser Geräuschlaute als ein für die
Sprache kennzeichnendes Merkmal benutzt, Ein solches Verfahren ist nicht anwendbar,
wenn Sprache von Hintergrundgeräusch oder Rauschen unterschieden werden soll.
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Weiter ist es bekannt (DBP 1 180 789), durch eine Schalteinrichtung
ein Gerät einzuschalten, wenn Sprachlaute auftreffen und nicht einzuschalten, wenn
ein Signal bestimmter, im Sprachbereich liegender Frequenz auftritt.
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Für die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe kann diese
Schaltungsanordnung nichts beitragen, da bei DBP 1 180 789 zwischen zwei "stimmhaften"
Lauten unterschieden werden soll, bei der Erfindung jedoch zwischen stimmhaften
Lauten und einem Grundgeräusch.
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Ferner ist es noch beka.nnt, stimmhafte Sprachlaute von Explosiv-Konsonanten
zu unterscheiden (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 7, Nr. 10, März 1965,
Seiten 923/924), Diese Einrichtung macht von einem Filter Gebrauch und ist schaltungsmäßig
recht aufwendig. Auch hier ist die Aufgabenstellung eine andere als bei der Erfindung.
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Die erflndungsgemäße Anordnung kommt mit einem außerordentlich geringen
Aufwand an aktiven und passiven Schaltelementen aus; sie vermeidet zudem die Verwendung
von Induktivitäten oder Filtern.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Feststellung
der Anwesenheit von Sprachlauten mit einem Spitzendetektor; sie ist gekennzeichnet
durch einen Spitzendetektor, dessen Zeitkonstante einerseits ausreichend groß ist,
um periodische Signale bis oberhalb der Grundfrequenz und Dauerstörungen in Gleichstromsignale
zu verwandeln und andererseits klein genug ist, um Änderungen der Sprachgrundfrequenz
zu folgen, durch eine vom Spitzendetektor gespeiste Differenzierschaltung und durch
einen Signalfühler zur Überwachung der Wiederholungsfrequenz der differenzierten
Signale.
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Weitere Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die nachfolgende
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wird durch Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig.
2 zeigt vereinfachte Schaltungen der wesentlichen Teile von Fig. 1 und Fig. 3A und
3B sind Zeit-Spannungs - Diagramme zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen
Anordnung.
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Im Blockschaltbild der Fig. 1 wird der Klemme 11 ein mit Unterbrechungen
auftretendes Sprachsignal zugeführt, das auf dem Hintergrunde eines dauernden, in
der Amplitude langsam veränderlichen Geräuschpegels auftritt. Das Sprachsignal ist
in der Mitte der Zeile A der Fig. 3A graphisch dargestellt und besteht aus mehreren
(in der Fig. aus drei) Grundtonperioden, die von einem Zeitabschnitt des Schweigens
gefolgt wird, während dessen an der Eingangsklemme nur der Geräuschpegel anliegt.
Das empfangene Signal wird im Verstärker 12 (Fig. 1) verstärkt und dem Spitzendetektor
12 zugeführt, der daraus den in Zeile B der Fig. 3A dargestellten Spannungsverlauf
erzeugt.
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Dieses Signal gelangt zu einem Paar in Reihe geschalteter Differenzierschaltungen
15, wo es derart verformt wird, wie es die Zeile C der Fig. 3A und die Zeile D der
Fig. 3B wiedergeben, Das Ausgangssignal der zweiten Differenzierschaltung mit der
Form der Zeile D in Fig. 3B enthält eine Anzahl scharf definierter Spannungsspitzen,
die dem scharfen Spannungsanstieg beim Beginn einer Grundtonperiode entsprechen.
Diese Spitzenspannungssignale werden an die mit Signalfthler 16 bezeichnete Schaltung
angelegt; diese liefert als Ausgangssignal einen bestimmten Spannungswert, wenn
ein erster solcher Impuls mit einem Mindestamplitudenwert auftritt und hält diesen
Spannungspegel solange als weitere Spitzespannungssignale oberhalb eines Mindestpegels
innerhalb festgelegter Zeitabstände immer wieder auftreten. Der Signalfühler 16
zeigt also das Auftreten und Fortdauern der Sprache an; die Zeile E derFig. 3B zeigt
das entstehende Ausgangssignal, Der festgelegte Zeitabschnitt, innerhalb dessen
ein Signalspitzenwert
wieder auftreten muß, ist größer als die
längste Grundtonperiode der Sprache, so daß alle Sprachlaute gefunden und die Schweigezeiten
nach dem Ende der Sprachlaute ausgeblendet werden können. Diese gewählte Zeit-:
dauer bestimmt andererseits den Abstand zwischen dem Ende der Sprachlaute und der
Anzeige über das Ende derSprachlaute, Die Fig. 2 zeigt einige schaltungstechnische
Einzelheiten des Spitzendetektors 14, der Differenzierschaltung 15 und des Signalfühlers
16. Der Ausgang des Verstärkers 12 gelangt zur Kathode der Diode 20, deren Anode
zum Kondensator 21 und zum dazu parallelgeschalteten andererseits mit Erde.
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verbundenen Widerstand 22 führt. An die Anode der Diode 20 ist weiter
die Basis des verstärkenden Transistors 23 angeschlossen, dessen Emitter über den
Widerstand 24 an einer positiven Spannungsquelle U und dessen Kollektor unmittelbar
mit einer negativen Spannungsquelle U' verbunden ist.
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Anfangs ist der Kondensator 21 auf Erdpotential und die Diode 20
nicht leitend solange die Ausgangsklemme des Verstärkers 12 ein positives Potential
führt. Bei der ersten negativen Schwingung des Ausgangssignals vom Verstärker 12
wird der Kondensator 21 auf den negativen Spitzenwert aufgeladen und entlädt sich
über den Wider stand 22. Die Zeitkonstante von Widerstand 22 und Kondensator 21
ist groß genug, um die periodischen Signale mit einer Frequenz oberhalb der Sprachgrundfrequenz
und das gleichmäßige Störgeräusch in eine Gleichstromkomponente umzuwandeln und
ist andererseits niedrig genug, um der Anderung der Grundtonperiode des Sprachsignals
(ähnlich der Zeile B in Fig. 3A) folgen zu können. Die Diode 20 bleibt in Sperrichtung
vorgespannt, bis der Kondensator 21 soweit ent-.laden ist, daß seine an die Anode
der Diode 20 angelegte Spannung positiver ist als das.Eingangssignal an seiner Kathode,
Dieser Zustand tritt im allgemeinen mit dem Beginn der folgenden Grundtonperiode
ein; Spannungsspitzen innerhalb einer Grundtonperiode können jedoch, wie in der
zweiten und dritten Grundtonperiode der Fig. 3A sichtbar ist, gelegentlich die Diode
20 in Durchlaßrichtung beaufschlagen, so daß der Kondensator 21 aufgeladen
wird.
Diese an sich unerwünschten Vorgänge ändern jedoch den Gesamtablauf nicht, wie später
erläutert werden wird. Geringe änderungen im Störpegel rufen keine ausreichend großen
Impulse hervor, um den Spitzendetektor in Gang zu setzen, da die Zeitkonstante von
21 und 22 ausreichend groß ist.
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Der Emitter des Transistors 23 ist mit der Reihenschaltung des Kondensators
27 und des Widerstandes 28 verbunden, welche das Ausgangssignal des Verstärkers
23 differenzieren und die in Zeile C der Fig. 3A gezeigte Kurvenform herstellen.
Kollektor und Basispotential des nachgeschalteten Transistors 26 werden durch die
Reihenschaltung der Widerstände 30, 31 und 32 zwischen der negativen Spannungs quelle
-U' und der positiven Spannungsquelle +U hergestellt. Das im Transistor 26 verstärkte
Signal wird von der Reihenschaltung des Kondensators 34 und des Widerstandes 39
nochmals differenziert, Das doppelt differenzierte Signal entspricht der in Zeile
D von Fig. 3B gezeigten Kurvenform.
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Das Signal dieser Kurvenform gelangt zur Basis des Transistors 37
und läßt diesen leitfähig werden, sobald es das Basis-Emitter-Kontaktpotential des
Transistors überschreitet. Der Kollektor des Transistors 37 ist über den Strombegrenzungswiderstand
40 mit der Verbindungsstelle des Widerstands 41 und des Kondensators 42 verbunden,
welche andererseits an der Spannungsquelle +U bzw. -U liegen. Der Kondensator 42
lädt sich über den Widerstand 41 auf den Wert der Spannungsquelle +U auf. Jedesmal
wenn der Transistor 37 leitfähig wird, d. h. aus der Differenzier-Schaltung 15 einen
ausreichend hohen Impuls bekommt, entlädt sich der Kondensator 42 über den Widerstand
40 und den Transistor 37. Die maximale, an der Verbindungsstelle des Widerstandes
41 und des Kondensators 42 auftretende Spannung - dargestellt durch Zeile E der
Fig. 3B - ist daher eine Funktion der einen Schwellwert überschreitenden Impulse,
die in einer bestimmten Zeit an der Basis des Transistors 37 auftreten.
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Die Verbindungsstelle des Widerstands 41 und des Kondensators 42 ist
mit
der Basis eines Transistors 44 verbunden, der zusammen mit einem
weiteren Transistor 45 einen Vergleicher bildet. Die Emitter beider Kondensatoren
sind über Widerstand 46 mit einer positiven Spannungsquelle U verbunden, die Kollektoren
über gleich große Widerstände 47 und 48 mit einer negativen Spannungsquelle U'.
Von der Basis des Transistors 45 führt ein Widerstand und 50 zur positiven Spannungsquelle
+U/ein weiterer Widerstand 51 nach Masse.
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Solange die Spannung an der Basis des Transistors 44 unter der Bezugsspannung
an der Basis des Transistors 45 bleibt, leitet letzterer und der Transistor 44 sperrt.
In dieser Lagerbrtder Kollektor des Transistors 44 das Potential der negativen Spannungsquelle
U' an, wie es in der Zeile F von Fig. 3B ersichtlich ist; gleichzeitig erreicht
der Kollektor des Transistors 45 einen positiveren Spannungswert, der vom Spannungsabfall
längs des Widerstandes 48 bestimmt wird, Sobald sich der Kondensator 42 auf eine
Spannung auflädt, die positiver ist als die Bezugsspannung an der Basis des Transistors
455, kehren sich die Spannungsverhältnisse an den Kollektoren der beiden Transistoren
um und zeigen damit das Ende des Sprachsignals an, Das bipolare Ausgangs signal
von den Kollektoren der Transistoren 44 und 45 ist für beliebige Zwecke verwendbar
Z. B. läßt sich damit das Aufzeichnungssignal in der Eingangsleitung einer Speichervorrichtung
steuern, um zur Ersparnis von Speicherraum Schweige-Perioden auszumerzen.