DE1948762C3

DE1948762C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Herstellung einer verständlichen Sprache in Heliumatmosphäre

Info

Publication number: DE1948762C3
Application number: DE19691948762
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1976-05-06

Description

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch 50 Ist die Schallgeschwindigkeit c durch die Laplagekennzeichnet, daß die Ausblendung und Deh- cesche Gleichung (1) bestimmt, so verhält sich bei nung der Segmente in einem transformierten Si- gleichem χ die Schallgeschwindigkeit c bei zwei vergnal erfolgt, z. B. im Einseitenband. schiedenen Gasen umgekehrt wie die Quadratwur-

11. Schaltungsanordnung zur Durchführung zein aus den Dichten der Gase

des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der 55

Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch den in _ c_Gas _ 1 *g»» ' ^rGas ' ⁷OaS ₍₄₎

Fig. 2 dargestellten Aufbau. '/, - — - [/ * _Luft· r_Luft · Tun "

60 Beträgt nach Formel (I) die Schallgeschwindigkeit in

Luft 331,3 m/sec und in einer Heliumatmosphäre aus 92,5 0/0 Helium, 3,5 °/o Stickstoff und 4°/o Sauerstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine 563 m/sec, so ergibt sich nach der Formel (4) ein Schaltungsanordnung zur Ausblendung und Dehnung Verhältnis y_r = l,7. Entsprechend dem Dichteverhältvon Sprachsignalen zur Herstellung einer verstand- 65 nis Normalluft/Heliumatmosphäre erfolgt eine erheblichen Sprache in Heliumatmosphäre in Echtzeitver- liehe Heraufsetzung der Schallgeschwindigkeit in der arbeitung. Heliumatmosphäre. Gemäß dem Anteil an Sauerstoff

Besonders für Tiefseetaucher aber auch in großer und Stickstoff ist die Schallgeschwindigkeit c in der

Heliumatmosphäre niedriger anzusetzen als in reinem diesem zusammengesetzt. Das Segment ist also ein Helium. Kern der Sprache. Verändert man seine Struktur, so

Die relativ einfachste Methode zur Verstanden- verändert sich der Laut. Die Segmentstruktur des in machung eines Sprachsignals in Hehurnatmosphäre Helium gesprochenen Lautes gleicht im wesentlichen ist die Aufnahme (ganz oder in Ausschnitten) auf ein 5 dem von Luft. Eine Änderune ist lediglich durch eine Tonband und anschließendes Abspielen mit unter- Komprimierung des zeitlichen Verlaufs und du-ch setzter Geschwindigkeit entsprechend dem Schallge- eine Komprimierung des Amplitudenverlaufs gegeben, schwindigkeitsverhaltnis Luft gegen Heliumatmo- Dementsprechend ist zur Wiederherstellung des

Sphäre. Die Sprache wird verständlich, benötigt aber Sprachsignals eine Dehnung der Segmente erforderte v-fache Zeit zum Abspielen. Das macht eine Ver- io Hch. Ein einfacher Versuch bestätigt dies: Läßt man ständigung recht umständlich. Andere bekannte Ver- z.B. mit halber Bandgeschwindigkeit die Heliumfahren benutzen das λ ocoder-Pnnzip. Sie nehmen die spräche ablaufen, so wird sie wieder verständlich Die Sprache mit einer gegebenen Zahl von Kanälen auf, Grundwelle wird verdoppelt (2 ■ X) Die halbe Bandwobei im Gegensatz zum normalen Vocoder bei der geschwindigkeit hat aber eine natürliche Verlänge-Wiedergabe die aufgenommenen Frequenzbänder ent- i₅ rung des Sprachablaufs zur Folge Ein Wort dauert sprechend der veränderten Schallgeschwindigkeit ver- dann doppelt so lange. Es ist noch zu hören, während setzt sind. Der Aufwand dabei ist beträchtlich, die schon das neue Wort gesprochen wird. Die Verdopp-Verständlichkeit soll nicht besonders gut sein. lung der Grundwelle (2 · A) wird gemäß der Erfin-

In »The Journal of the Acoustical Society of dung zwar ebenfalls, aber auf andere Art, erhalten. America, Volume 41, Number 1-1967, S. 70 bis 74«, 20 Wird jedes zweite Segment ausgeblendet und damit ist ferner von Stover ein Verfahren beschrieben, das die Grundwelle verdoppelt, dann reicht sie von einem von der Erkenntnis ausgeht, daß bei einem Segment Segment-Anfang über das ausgeblendete Segment, zum in Helium das Ende dieses Segmentes im Gegensatz übernächsten Segment-Anfang. Jedoch werden dazu dem Segment in Luft eine zusätzliche Spitze auf- bei nicht die Oberwellen verdoppelt, da das nicht weist. Auf diese zusätzliche Spitze im Segment führt 25 ausgeblendete Segment erhalten bleibt und damit auch Stover daher die Sprachveränderung zurück und die Frequenz.

blendet nur diese heraus. Dabei besteht aber die Ge- Die Möglichkeit, daß man aus einem Sprachsignal

fahr, daß Lautinformationen zerstört werden. Teile ausblendet oder auch dehnt, ist an sich bekannt.

Gemäß der Erfindung bleibt dagegen das Segment Die Erfindung hat aber das Verdienst, erkannt zu als Baustein der Sprache in seiner Gesamtheit bei 30 haben, daß das Segment als Baustein der Sprache in einer Ausblendung erhalten. Erfindungsgemäß wird seiner Gesamtheit bei einer Ausblendung erhalten demzufolge alternierend jeweils ein ganzes Segment bleiben muß und weiterhin eine Dehnung eines Segausgcblendet und das nicht ausgeblendete Segment mentes über das ausgeblendete hinweg keinen Inforüber das ausgeblendete Segment hinweg ausgedehnt. mationsverlust hat und dadurch die »Heliumsprache« Das heißt, das verbliebene Segment wird jeweils um 35 verständlich macht.

die doppelte Länge gedehnt, unter Ausnutzung des Die Erfindung sieht auch vor, daß nur wenige, je-

Zwischenraumes des ausgeblendeten Segmentes, so weils die am besten ausgebildeten, Segmente ausgedaß eine verständliche Sprache entsteht, die lediglich wählt werden, die maximale Amplituden haben, und etwas tiefer ist, da bei diesem einfachen Konzept die nur diese einer weiteren Verarbeitung zugeführt Frequenzunterteilung 1: 2 erfolgt (s. F i g. 1 der Be- 40 werden.

Schreibung). Durch dieses Verfahren wird die Korn- F i g. 1 ist die Segmentausblendung von einem Laut

primierung beseitigt und die »Heliumsprache« ver- abgebildet. Tatsächlich zeigt das Experiment, daß die ständlich. Die Struktur des Segmentes bleibt erhalten Sprache tiefer wird und verständlich bleibt. Bei »He- und wird durch die Dehnung, d. h. der Änderung der liumsprache« erfolgt aber noch keine Verbesserung Wellenlänge, der normalen Luft wieder angepaßt. 45 der Verständlichkeit. Da in Helium ein »i« zu »u«

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren geworden, wird hier das »u« nur zu einem tieferen zur Herstellung einer verständlichen Sprache in He- »u«, nicht aber zu einem »i«.

liumatmosphäre in Echtzeitverarbeitung, das dadurch Wird hingegen gemäß der Erfindung das Einzelgekennzeichnet ist, daß eine Aufteilung des Signals in segment auf die doppelte Länge gedehnt unter AusSegmente erfolgt und diese wechselseitig ausg^blen- 50 nutzung des Zwischenraumes des ausgeblendeten det werden und die nicht ausgeblendeten Segmente Segmentes, so entsteht eine verständliche Sprache, über die ausgeblendeten hinweg mit einer beliebig ein- die lediglich etwas tiefer ist, da bei diesem einfachen stellbaren Zeit gedehnt werden, sowie eine Schal- Konzept die Frequenzunterteilung 1:2 statt 1 :1,8 tungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. erfolgte (s. Fig. 1). Durch das erfnidungsgemäße

Die Erfindung geht somit davon aus, daß die Struk- 55 Verfahren wird die Komprimierung beseitigt und die tür des Sprachsignals f(x) sich mehrmals, besonders »Heliumsprache« verständlich. Die Struktur des Segbei stimmhaften Lauten, mit der Grundwelle λ mehr mentes bleibt erhalten und wird durch die Dehnung, oder weniger exakt gleichmäßig wiederholt. Diese d. h. der Änderung der Wellenlänge, der normalen Wiederholungen bilden Segmente, die den Aufbau Luft wieder angepaßt.

des Lautes charakterisieren. Physikalisch stellt dieses 60 In Fig. 2 ist das Prinzip des Verfahrens in VerSegment die kleinste Einheit der Sprache dar. Durch bindung mit einer schematischen Schaltungsanorddas Segment wird ein Allophon beschrieben. Es be- nung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, steht bei einem Vokal aus mehreren sich wieder- Der Segment-Takt wird aus dem Segment abgeleitet, holenden, nahezu gleichen Segmenten. Die sinnes- im Beispiel durch einen Tiefpaß TP mit nachfolgenmäßig wahrnehmbaren Sprachlaute (Allophone) rea- 65 dem Begrenzer B und Flip-Flop F, das nur jeden lisieren im Signalbereich Zeichen, die dementspre- zweiten Impuls vom Begrenzer B auf ein Tor T_s chend die kleinste phonetische Einheit bilden, das weiterleitet. Dieses Tor ist somit nur für jedes zweite Phonem. Daute und Worte der Sprache werden aus Segment offen und läßt für die Dauer die im Spitzen-

detektor Mim an den Stellen der Maxima und Minima extrahierten Impulse passieren. Diese M/m-lmpulse betätigen das Schieberegister S₁, das nacheinander die Tore T_a, _b, _c .. . öffnet und schließt. Das Eingangssignal wird entsprechend der Öffnungsdauer nacheinander von den Speichern Sp_a, _b, _e . . .. übernommen. Das Ausgangssignal wird entsprechend dem Dehnungsverhältnis auf einen Lautsprecher ausgegeben. Die Dehnung wird durch den Takt 7"_s erhalten, der durch den Teiler T₂ Vt das Schieberegister 5., und damit die Tore t_a2, _b2, _r2 im Verhältnis "hier 1: 2

steuert.

Statt des aus dem Signal extrahierten M/m-Taktes kann auch ein konstanter Taktgenerator verwendet werden oder auch ein Analog-Digital-Wandler Anwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit einem Prozeßrechner simuliert. Das Sprachsignal, das in der Überdruckkammer in der Helium-Sauerstoff-Atmosphäre gesprochen und auf Tonband aufgenommei wurde, wurde über den externen Segment-Takt-De tektor und einen Analog-Digital-Wandler eingegeben Durch die Torschaltung wurde jedes zweite Segmen im Prozeßrechner gespeichert, und die Ausgabe er folgte mit dem eingestellten Dehnungsfaktor für dii Segmentlänge nach einem Digital-Analog-Wandlc über einen Lautsprecher. Die nach dem. Verfahrei verarbeitete und aus dem Prozeßrechner erhaltem

ίο Sprache von der Heliumatmosphäre ist der Sprach in Normalatmosphäre angepaßt und ist wieder ver ständlich.

Erfindungsgemäß kann somit auch, wie bereits er wähnt, statt der analogen Bauweise eine digitale er folgen. Hierbei wird das Sprachsignal über einei Analog-Dagital-Wandler digitalisiert und die digitalei Zeichen auf einen Kernspeicher oder mit Flip-Flop Speicher oder andere digitale Speicher bis zur ge dehnten Abfrage gespeichert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Flughöhe ist der Aufenthalt in einer komprimierten Patentansprüche: Atmosphäre erforderlich. Die Löslichkeit des atmosphärischen Stickstoffs

1. Verfahren zur Herstellung einer verstand- im Blut wird bei zunehmendem Druck erheblich liehen Sprache in Heliumatmosphäre in Echtzeit- 5 größer. Beim Entspannen der Atmosphäre können verarbeitung, dadurch gekennzeichnet, sich im Blut leicht gefährliche Stickstoffblasen bilden, daß eine Aufteilung des Signals in Segmente er- durch welche die gefürchtete Taucherkrankheit herfolgt und diese wechselseitig ausgeblendet werden vorgerufen wird. Damit diese vermieden wird, ersetzt und die nicht ausgeblendeten Segmente über die man bei Dauerbeanspruchungen einen großen Teil ausgeblendeten hinweg mit einer beliebig einstell- io des Stickstoffs durch ein Helium-Stickstoff-Sauerstoffbaren Zeit gedehnt werden. Gemisch. In komprimiertem Helium ist jedoch die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Schallgeschwindigkeit größer als in Luft, wodurch kennzeichnet, daß die nicht ausgeblendeten Seg- sich die Resonanz der Sprechorgane verändert. Die mente in Abschnitten auf einer Speicherkette ge- Folge davon ist eine Sprachverzerrung. Personen, die speichert oder die Speicher in Abschnitten mit 15 in dieser Gasmischung sprechen, haben eine ungeemer anderen Zeit entladen werden. wohnliche Stimmqualität, die oft als Donald-Duck-

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, Sprache charakterisiert wird; sie ist schwer verständdadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung Hch. Durch diese unterschiedliche Umgebung erfolgt analog und/oder digital über einen Kernspeicher somit eine Beeinflussung des Sprachsignals,
und/oder eine Flip-Flop-Spdcherkette oder einer *° Die physikalischen Eigenschaften in Normalluft anderen Speicherart erfolgt. und in Heliumatmosphäre sind durch deren verschie-

4. Verfahren nach Ansprach 1, 2 oder 3, da- dene Dichten unterschiedlich. Die Dichte eines Gases durch gekennzeichnet, daü Segmente mit kon- beeinflußt die Schallgeschwindigkeit. Die Schallgestanter Länge oder Segmente, die dem Sprach- schwindigkeit c ist abhängig von der spezifischen Gassignal angepaßt wurden, ausgeblendet werden. 25 komponente. Nach der Laplaceschen Gleichung ist

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, daß nach der Signalverarbeitung ^coa* = I/*Ga₅ ^- »"Gas ' 'Gas · (H

eine Frequenzanpassung erfolgt durch Anhebung

des 1. Formanten und entsprechenden Angleich _wobei _χ _das Verhältnis der spazifischen Wärme bei der anderen Formanten und/oder ein Ampli- 30 _konstantem Druck (C.) zur spezifischen Wärme bei tuden-Angleich vorgenommen wird. konstantem Volumen (C₁.) ist,

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausblendung und Dehnung nur von den stimmhaften Lauten vorge- _ C_P _ ^ *■ W» (2)
nommen wird. 35 — C₁, Σ χ, C₁.,

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmentperiode als . .
Segmentabgrenzung verwendet wird oder aus ^{r ist eine} Gaskonstante
dem Sprachsignal selbst die Abgrenzung abgeleitet wird oder die Segmente gleich der Impulse ^o

einer konstanten Takt-Folge verwendet werden. _ R ,^,

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ^r ~ x, m, '
gekennzeichnet, daß jedes zweite Segment oder

beliebig viele ausgeblendet werden. wobei R die universelle Gaskonstante ist, x_; ist der

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch 45 prozentuale Anteil eines bestimmten Gases in der gekennzeichnet, daß vom Signal nur deren Mischung, C_pi und C_vi sind spezifische Wärmegrade Maxima- und Minima-Werte oder die Impulsfol- der Gaskomponente, m,- ist das Molekulargewicht der gen dieser Maxima und Minima verarbeitet Gaskomponente, T ist die Temperatur in Grad werden. Kelvin.