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Verfahren zur Übertragung von breitbandigen Tonsignalen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Übertragung von breitbandigen Tons ignalen.
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Aus der Übertragungstechnik für Sprachsignale, die in einem relativ
schmalen Brequenzband liegen, ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem das Frequenzband
in mehrere Spektralbereiche aufgeteilt wird, deren jeweilige Lautstärkesignale sehr
schmalbandig übertragen werden. Am Empfangs ort werden durch Generatoren Ersatzsignale
erzeugt, die den jeweiligen Spektralbereichen zugeordnet sind und die mit den Übertragenen
Lautstärkesignalen moduliert werden.
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Das Gesamtsignal ergibt dann ein synthetisches Sprachsignal.
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Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in einer erheblichen Bandbreitenersparnis;
nachteilig ist, daß charakteristische Merkmale der Lautbildung verloren gehen, so
daß der senderseitige Sprecher am Empfangsort zwar verstanden aber nicht identifiziert
werden kann.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß das menschliche Gehör nur bis zu
einer bestimmten Frequenz, die je nach Versuchsperson etwas unter oder oberhalb
von 5 kHz liegt, in der Lage ist, bestimmte Töne nach harmonischen Gesetzen einander
zuzuordnen, wobei praktische Versuche ergeben haben, daß z.B. keine der beteiligten
Personen mit Sic herheit zu einem 4-kHz-Ton den entsprechenden 8-kHz-Oktavton genau
festlegen konnte, ist bereits ein Verfahren zur Übertragung von breitbandigen Tonsignalen
vorgeschlagen worden, bei dem senderseitig
das Tonsignal in einen
tieferen und einen höheren Frequenzbereich un-terteilt wird, und der tiefere Frequenzbereich
direkt Übertragen wird, bei dem anstelle des höheren Frequenzbereiches die Amplitudeninformationen
der durch Aufspaltung dieses Frequenzbereiches mittels Bandpässen entstandenen Frequenzteilbereiche
Übertragen werden, bei dem empfängerseitig diese Amplitudeninformationen zur Modulation
von etwa in der Mitte dieser senderseitig aufgeteilten Frequenzteilbereiche liegenden
Ersatzsignalen dienen und diese derart gewonnenen synthetischen Tonsignale der Frequenzteilbereiche
des höheren Frequenzbereiches mit dem empfangenen Tonsignal des tieferen Frequenz
addiert werden.
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Dieses Verfahren erlaubt es zum Beispiel, über zwei Telefonkanäle
entsprechend einer Bandbreite von 2 x 3 kHz, ein vollwertiges Rundfunksignal zu
übertragen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das vorgeschlagene Verfahren
so auszugestalten, daß insbesondere die Empfangsgeräte für das übertragene Signal
mit einem minimalen Aufwand realisiert werden können. Das ist von besonderer Bedeutung,
wenn, wie z. B. beim Rundfunk oder Fernsehen, einem relativ hochzentralisierten
Sender eine große Zahl von Empfängern zugeordnet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher für ein Verfahren der
oben angegebenen Art vorgeschlagen, daß die Amplitudeninformationen des höheren
Frequenzbereiches zyklisch in jeweils aufeinanderfolgenden Zeitkanälen einem Hilfsträger
aufmoduliert werden, daß ein weiterer, innerhalb des Zyklus liegenden Zeitkanal
einem Sychronisiersignal zugeordnet ist.
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Danach wird im Empfänger lediglich ein Demodulator'jedoch kein Filteraufwand
notwendig, um ein Selektion der Kanäle zu erreichen, wobei die Synchronisation der
Zeitselektion besonders einfach und systemkonform ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das ebenfalls
dem Hilfsträger aufmodulierte Synchronisiersignal außerhalb des Modulationsbereiches
für die Amplitudeninformationen des höheren Frequenzbereiches liegt.
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Damit ist sichergestellt, daß eine Information über die Lautstärke
nioht als Sychronisiersignal ausgewertet werden kann und umgekehrt.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß das Synchronisiersignal jenseits der
Schwelle desjenigen Modulationsgrades liegt, welcher der Amplitudeninformation "Lautstärke
Null" entspricht, was bedeutet, daß das Synchronisiersignal nicht einmal das Nutzsignal
stört.
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Eine unter dem Gesichtspunkt der Störbefreiung günstige Zuordnung
der Modulationsbereiche wird dadurch erreicht, daß bei Amplitudenmodulation des
Hilfsträgers der niedrigste Modulationsgrad (z.B. Null Prozent) der maximalen Lautstärke
des Tonsignals des jeweiligen Zeitkanals entspricht, daß ein darifberliegender Modulationsgrad
(z.B. Siebzig Prozent) der minimalen Lautstärke des Tonsignals des betreffenden
Zeitkanals entspricht und daß der Modulationsgrad des Synchronisiersignals oberhalb
(z.B. zwischen Achtzig bis Hundert Prozent) des Modulationsgrades für die minimale
Lautstärke des Tonsignals liegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, bei einem Verfahren, bei dem senderseitig
die Dynamik des gesamten Tonsignals komprimiert wird und empfängerseitig entsprechend
expandiert wird, daß dem Synchronisiersignal ein eigener Modulationsbereich zugeordnet
wird, und daß das Synchronisiersignal mit der Information für die Dynamikexpandierung
moduliert ist, da auf diese Weise ohne zusätzlichen Zeitkanal weitere Informationen
dbertragen werden können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung
sowie den Zeichnungen entnommen werden.
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Fig. 1 zeigt die Sendeseiten in stark vereinfachter Darstellung.
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Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild der Empfangsseite.
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Fig. 3 dient der Verdeutlichung der Bereichsaufteilung bei Amplitudenmodulation.
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Fig, 4 zeigt eine entsprechende Aufteilung des Modulationsbereiches
bei Frequenzmodulation.
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In Fig. 1 ist mit 1 die Eingangsklemme bezeichnet, der das breitbandige
zu übertragende Tonsignal zugeführt wird. Der Verstärker 2 ist ein geregelter Verstärker
zur Dynamikkompression dieses Signals. Am Ausgang des Verstärkers 2 liegt einmal
ein Tiefpaß 3, dessen Bandbreite, abhängig von der qualitativen Anforderung, zwischen
4 und 7 k liegen kann, und parallel dazu sind die Bandpässe 4, 5 und 6 und weitere
nicht dargestellte geschaltet, die den höheren, den Tiefpaß nicht passierenden Frequenzbereich
in Teilbereiche aufspalten, wobei diese Aufspaltung vorzugsweise mit einer logarithmischen
Staffelung erfolgt. So kann z.B. eine Oktave in 12 Teilbereiche entsprechend den
Halbtönen dieser Oktave aufgeteilt werden. An den Ausgängen der Filter 4, 5 und
6 folgen Gleichrichter 7,8, 9, welche die in die betreffenden Frequenzbereiche fallenden
Signalanteile gleichrichten und somit jeweils eine von der Lautstärke dieser Signale
abhängige Hilfsspannung, d.h. eine amplitudenabhängige Information geringer Bandbreite
erzeugen. Diese Gleichrichter müssen in der Praxis bis in den Millivolt-Bereich
hinein arbeiten. Die amplitudenabhängigen Hilfssignale werden von einem elektronischen,
sogenannten rotierenden Schalter 11 zeitlich nacheinander zyklisch abgegriffen und
über einen logarithmischen Verzerrer 12 dem Modulator 13 zugeführt, dem zusätzlich
die Wechselspannung des Pilotgenerators 14 zugeftilirt wird. Für den Fall, daß es
sich um Frequenzmodulation handelt, ist 13 z.B. eine Reaktanzstufe, welche die Frequenz
des Oszillators 14 beeinflußt. Für den Fall, daß die Amplitudenmodulation angewendet
wird, kann das eine Seitenband dieses Modulationssignals mit dem dann vorzusehenden
Einseitenbandfilter 18 unterdrückt werden. An der Additionsschaltung 17 wird das
so modulierte Pilotsignal zu dem den Tiefpaß 3 verlassenden Basiskanal zuaddiert.
Mit 19 ist das zu Ubertragende Gesamtsignal angedeutet. Ein Gleichrichter 10 für
das vollständige Eingangssignal dient der Erzeugung einer Korrekturspannung, die
senderseitig durch Zuführung zum Verstärker 2 zur Dynamikkompression dient und außerdem,wie
nachstehend noch erläutert wird, empfängerseitig zur Dynamikdehnung verwendet wird.
Zur Synchronisation eines empfängerseitigen rotierenden Schalters mit dem senderseitigen
rotierenden Schalter wird Uber die Klemme 15 z.B. ein negatives Signal einem der
Kontakte des rotierenden Schalters 11 zugeführt, während die Gleichrichter 7 bis
9 nur positive Spannungen an den Schalter 11 abgeben können. Dieser negativen Synehronisierspannung
wird in der
Matrixschaltung 16 das Dynamiksteuersignal vom Gleichrichter
10 überlagert.
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Da dieses so gewonnene Gesamtsignal, bestehend aus Synchronisiersignal
und überlagertem Dynamikkorrekturs ignal nur während eines Zeitkanal es übertragen
wird, wird zur synchronen Dynamikkompression auf der Senderseite dieses Steuersignal
vom Gleichrichter 10 dem Verstärker 2 nicht direkt, sondern über einen Schalter
21 zugeführt. Dieser Schalter 21 wird nur geschlossen, während der rotierende Schalter
mit der Matrix 16 verbunden ist. Während der übrigen Zeit wird dem Verstärker 2
jeweils die in dem Kondensator 20 gespeicherte Spannung zugeführt.
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Fig. 2 zeigt die empfängerseitige Anordnung. Dabei ist 22 der Eingang
des übertragenen Gesamtsignals. Für den Fall, daß es in modulierter Form übertragen
worden ist, ist z.B. 22 der Ausgang des nicht gezeigten Demodulators für das Gesamtsignal.
Mit 23 ist ein empfängerseitiger Tiefpaß bezeichnet, dessen Bandbreite weitgehend
identisch ist mit derjenigen des senderseitigen Tiefpasses 3. Parallel dazu ist
ein Bandpaß 24 geschaltet der nur den Frequenzbereich des Pilotsignals durchläßt.
In Reihe dazu liegt ein Demodulator 25.
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Für den Fall, daß das Pilotsignal frequenzmoduliert wurde, ist es
also ein Frequenzdiskriminator. Ein nachgeschalteter logarithmis cher Entzerrer
26, hebt gegebenenfalls die senderseitig vorgenommene logarithmische Vorverzerrung
wieder auf. Von Ausgang des logarithmischen Entzerrers 26 wird das Signal dem rotierenden
Schalter 27 zugeführt, von dessen "Kontakten" die den einzelnen Zeitkanälen zugeordneten
Lautstärkeinformationen entnommen und den Speicherkondensatoren 28, 29 und 30 und
weiteren nicht dargestellten Speicherkondensatoren zugeführt werden. Von den Speicherkondensatoren
werden die Lautstärkeinformationen der einzelnen Kanäle an die Modulatoren 31, 32
33 und folgende abgegeben, die ihrerseits die Signale der Hilfsoszillatoren 34,
35 und 36, welche die Ersatzfrequenzen für den jeweiligen Teilbereich erzeugen,
modulieren. 37 ist die Summierschaltung, mit der die lautstärkegesteuerten Hilfssignale
und das vom Tiefpaß 23 abgegebene Basisband addiert werden. Ein steuerbarer Verstärker
38 stellt durch empfängerseitige Dynamikdehnung die ursprühgliche Dynamik wieder
her. Dieser Verstärker 38 wird gesteuert durch das Ausgangssignal des Zeitkanalspeichers
39, der seinerseits mit demjenigen Kontak des rotierenden Schalters verbunden ist,
der dem Synchronisiersignal zugeordnet ist. Der Ausgang des regelbaren Verstärkers
38 wird über einen nicht dargestellten Endverstärker dem Lautsprecher 42 zugeftihrt.
Hinter dem Demodulator 25 wird das demodulierte Pilotsignal zusätzlich einem Amplitudensieb
40 zugeführt, das auf das Synchronisiersignal anspricht, indem es z.B. grundsätzlich
nur auf negative Spannungen, entsprechend
der senderseitig von
der Matrixschaltung 16 abgegebenen Spannung, reagiert. Das am Ausgang dieses Amplitudensiebes
40 erscheinende Signal dient zur Rückstellung des rotierenden Schalters 27 auf die
der Synchronisation entsprechenden Stellung, von der aus der Schalter mi t dem Taktgenerator
41 schrittweise weitergeschaltet wird. Zur weiteren Störbefreiung der- Synchronisation
des rotierenden Schalters kann am Ausgang des Amplitudensiebes ein selektiver Schwingkreis
zur Anwendung kommen, der auf die Frequenz der Syrichronisierimpulse abgestimmt
ist. Eine andere in der Zeichnung nicht dargestellte llöglichkeit besteht darin,
die Fortschaltfrequenz des Taktgenerators 41 entsprechend der Anzahl der Schalterstellungen
des Schalters 27 in der Frequenz herunterzuteilen und diese Frequenz mit den von
dem Amplitudensieb abgegebenen Synchronisierimpulsen mit Hilfe einer Phasenvergleichsschaltung
zu vergleichen, die ihrerseits eine gesiebte Regelspannung abgibt, mit der die Frequenz
des Taktgenerators nachgesteuert werden kann.
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In Fig. 3 wird eine besonders zweckmäßige Aufteilung des gesamten
Modulationsbereiches gezeigt, wie er bei Anwendung der Amplitudenmodulation verwendet
wird.
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Der Modulationsbereich von 0 bis 100 % ist unterteilt in einen Modulationsbereich
I von 0 bis 70 , in dem die Lautstärkeinformationen der einzelnen Zeitkanäle liegen
und zwar derart, daß der Modulationsgrad 0 maximaler Lautstärke und der Modulationsgrad
70 % der Lautstärke 0 entspricht. Die Lautstärke ändert sich dabei vorzugsweise
im logarithmischen Sinn mit dem Modulationsgrad. Für das Synchronisiersignal ist
der Bereich III zwischen 80 und 100 ß vorgesehen, wobei das Synchronisiersignal
gleichzeitig das Dynamikkorrektursignal überträgt. Dabei entspricht der Modulationsgrad
80 % der größten Dynamikdehnung ( und damit der größten Lautstärke der Dynamikkorrektur)
und 100 % fehlender Dynamikdehnung. Der Modulationsbereich II zwischen 70 und 80
, dient als Sicherheitsabstand.
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Fig. 4 zeigt schließlich die entsprechenden Verhältnisse bei Frequenzmodulation
des Pilotsignals. Der Bereich A entspricht dem direkt übertragenen, unteren Frequenzbereich.
Der Bereich B ist der für den Frequenzhub des Pilotsignals reservierte Frequenzbereich.
Dabei ist f die Frequenz, die der maximalen max Lautstärke zugeordnet ist, f min
zugeordnet ist fmin die Frequenz, die der minimalen Lautstärke zugeordnet ist.
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f ist die Frequenz für das Synchronisiersignal bei maximaler Dynamiksmax
expandierung und fsmin die Frequenz des Synchronisiersignals bei fehlender Dynamikexpandierung.
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9 Patentansprüche