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BEZEICHNUNG: Verfahren zur Speicherung von analogen Signalen, insbesondere
von Sprache, und nach diesem Verfahren hergestellter Signalgeber.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung und Wiedergabe
von analogen Signalen, insbesondere von Sprache und auf nach diesem Verfahren hergestellte
Signalgeber,
STAND DER TECHNIK Es gibt verschiedene Verfahren zur
Aufnahme, Speicherung und Wiedergabe von Sprache und Musik. Das gebräuchlichste
Verfahren ist das Magnetband-Verfahren, das elektromechanische Einrichtungen in
Form eines Tonbandgerätes verwendet.
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Der offensichtliche Nachteil dieser elektromechanischen Einrichtungen
besteht in ihrer mechanischen Kompliziertheit und den abnutzungsbedingten Wartungserfordernissen.
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Mit einer elektronischen Speicherung könnten die vorgenannten Nachteile
vermieden werden. Eine elektronische Speicherung von Sprache und Musik ist mit verschiedenen
Verfahren möglich.
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Ein bekanntes Verfahren zur elektronischen Speicherung basiert auf
der harmonischen Analyse des der Sprache bzw. der Musik entspechenden analogen Signales,
einer Feststellung der Amplituden der einzelnen mit der harmonischen Analyse ermittelten
Frequenzen und Speicherung dieser Werte und entsprechender Amplitudensteuerung von
Oszillatoren bei der Wiedergabe.
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Bei einem weiteren Verfahren der elektronischen Speicherung werden
die Amplitudenwerte des der Sprache oder Musik analogen Signales in bestimmten Zeitabständen
ermittelt, gespeichert (sample and hold) und zur Wiedergabe in der gleichen Reihenfolge
mit gleichen zeitlichen Abständen reproduziert.
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Der Aufwand für elektronische Speicherung von Sprache und Musik nach
den vorgenannten Verfahren ist für längere Texte und für beliebiges Aufnehmen und
Wiedergeben sehr groß. Es werden sehr viele Speicherstellen - für ein analoges Signal
von einer Sekunde Dauer werden mindestens doppelt so viele Speicherstellen benötigt
wie die höchste Frequenz des zu speichernden Signals ist - und ein komplizierter
elektronischer Aufbau benötigt. Aus diesem Grunde ist, zumindest zur Zeit, der allgemeine
Einsatz der elektronischen Speicherung, z.B. als gleichwertiger Ersatz für ein Tonbandgerät,
nicht sinnvoll.
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AUFGABE Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektronische
Speicherung und Wiedergabe, insbesondere von Sprache, so zu gestalten, daß sie mit
wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durchführbar ist.
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LÖSUNG DER AUFGABE Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung
von der Überlegung aus, daß sich die Komplexität und der Umfang der elektronischen
Mittel entscheidend einschränken läßt, wenn man auf die Möglichkeit verzichtet,
die gespeicherte Sprache zu löschen und beliebig neue Texte zu speichern und wiederzugeben.
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Ausgehend von dieser Überlegung, besteht das Wesen der Erfindung darin,
daß ausgesuchte Folgen von Momentanwerten des zu
speichernden und
wiederzugebenden Signals (Signalmodule oder Wortmodule) in fest, doho permanent
speichernden elektronischen Signalspeichern mit getrennten Wertspeicherstellen für
jeden Momentanwert der betreffenden Folge reproduzierbar gespeichert werden Beim
jetzigen Stand der Technik ist es möglich, die erforderlichen Speicherstellen für
eine verständliche Wiedergabe, z.B.
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eines Wortes von einer Sekunde Dauer, und den für die Ansteuerung
dieser Speicherstellen und die Wiederherstellung des ursprünglichen analogen Signals
erforderlichen elektronischen Aufwand als Wortmodul in einem Baustein der integrierten
Schaltungstechnik unterzubringen Kurze Texte können so mit Wortmoduln, deren Inhalt
nacheinander abgerufen wird, zusammengestellt werden Solche festprogrammierten Wortmoduln
können nicht nur zur Wiedergabe von Worten, sondern auch für Silben, z.B. Vor- und
Nachsilben, mit denen komplexere Worte zusammengesetzt werden können, verwendet
werden. Wortmoduln können ebenfalls für die Wiedergabe von Musik, z B6 Pausenzeichen,
Gongs, verwendet werden Darüber hinaus ist es möglich, Wortmoduln zur festprogrammierten
Speicherung von Kurvenzügen zu verwenden, die dann beispielsweise über ein Sichtgerät,
beispielsweise für Schulungszwecke, dargestellt werden.
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Der Aufbau einer Moduleinheit hängt von der Art der Ermittlung der
zu speichernden Werte und der Art der Speicherung ab Die Aufgabenstellung besteht
jeweils darin, wesentliche Merkmale eines analogen Signals zu erfassen, zu speichern
und so wiederzugeben, daß das so erzeugte analoge Signal soweit wie erforderlich
dem ursprünglichen analogen Signal entspricht Von den vorgenannten Verfahren - harmonische
Analyse des analogen Signals und Amplitudenwertermittlung der einzelnen durch die
harmonische Analyse bestimmten Frequenzen bzw Amplitudenvertermittlung des analogen
Signals - ist das Verfahren der Amplitudenwertermittlung des analogen Signals be--züglich
des Aufwandes für die Ermittlung der zu speichernden Werte bezüglich der Anzahl
der erforderlichen Speicherstellen und des Aufwandes für die Wiedergabe, doh. die
Sythetisierung des ursprünglichen analogen Signals aus den gespeicherten Werten
erheblich günstiger als das Verfahren der harmonischen Analyse des analogen Signals
und der Amplitudenwertermittlung der Spannungen mit den durch die harmonische Analyse
ermittelten Frequenzen des analogen Signals Das Verfahren der Amplitudenwertermittlung
des analogen Signals kann mit verschiedenen Methoden realisiert werden,
BESCHREIBUNG
EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen, das
in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht ist. In der Zeichnung ist Fig, 1 die
Darstellung einer ersten Methode zur Amplitudenwertermittlung für die Herstellung
einer Moduleinheit, Fig 2 die Darstellung einer zweiten Methode zur Amp litudenwertermittlung,
Fig, 3 das Prinzipschaltbild einer Moduleinheit bei Anwendung der Methode nach Fig
1, Fig 4 eine Hilfsschaltung zur Unterdrückung der Gleichspannungskomponente am
Ausgang der Schaltung nach Fig. 3, Fig, 5 eine als integriertes Bauelement ausgebildete
Moduleinheit gemäß Fig. 3, Fig 6 einen als Zählschitung ausgebildeten Leseschalter
gemäß Schalter S in Fig. 3, Fig 7 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für
eine in der Zählschaltung nach Fig 6 vorgesehene logische Verknüpfung, Fig, 8 das
Blockschaltbild einer Moduleinheit, Fig. 9 das Schaltbild einer in der Moduleinheit
nach Fig6 8 vorgesehenen Steuerschaltung,
Fig 10 das Blockschaltbild
eines aus drei Moduleinheiten bestehenden Modulsatzes, Fig. 11 die Darstellung der
dritten Methode zur Amplitudenwertermittlung für die Herstellung einer Moduleinheit,
Fig, 12 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Amplitudenwertermittlung nach
Fig. 11, und Fig 13 das Schaltbild einer Moduleinheit gemäß Fig. 11 und 12 Das zu
speichernde Signal, z0B. der Satz "Zurücktreten von der Bahnsteigkante", wird in
elementare Bestandteile (Signalmoduln oder Wortmoduln) aufgelöst, die vorzugsweise
möglichst vielseitig zum Aufbau anderer Sätze verwendbar sind, hier z.B0 in die
Wortmodulgruppe oder den Modulsatz zu rück tre ten von der bahn steig kan te" Jeder
der zehn Wortmoduln wird gemäß der Erfindung in einem elektronischen Festkörperspeicher
permanent gespeichert In Fig. 1 ist eine erste Methode zur Amplitudenwertermittlung
für die Herstellung von Moduleinheiten nach der Erfindung dargestellt. Das obere
Bild zeigt das ursprüngliche analoge Signal Zu den Zeiten tl - tn werden die Amplituden
Al An ermittelt und gespeichert Das untere Bild in Fig 1 zeigt das aus den einzelnen
Amplitudenwerten synthetisierte analoge Signal0
In Fig, 2 ist eine
zweite Methode zur Amplitudenwertermitt lung dargestellt Das obere Bild zeigt das
ursprüngliche analoge Signal. Die waagerechten Linien stellen einzelne Schwellwerte
dar Zu den Zeiten t1 - tn wird jeweils festgestellt, welches der höchste überschrittene
Schwellwert W1 - W20 ist und diese Information gespeichert. Das untere Bild in Fig.
2 zeigt das aus den einzelnen Schwellwerten synthetisierte analoge Signal.
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Es sind noch weitere Methoden der Amplitudenwertermittlung denkbar
Die Schaltungstechniken für die vorgenannten Methoden sowie für weitere denkbare
sind bekannt - beispielsweise die "sample and hold"-Schaltungstechnik für die erste
Methode -und werden hier deshalb nicht näher beschrieben Der Aufbau einer Moduleinheit
im herzustellenden Modulsatz richtet sich nach der angewendeten Methode der Amplitudenwertermittlung.
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Die erste anhand von Fig 1 erläuterte Methode zur Amplitudenwertermittlung
ermöglicht den Aufbau einer Moduleinheit mit geringem Aufwand bei gleichzeitiger
guter Reproduktion des ursprünglichen analogen Signals bei der Wiedergabe Fig. 3
zeigt die prinzipielle Arbeitsweise einer Moduleinheit bei Anwendung dieser Methode
zur Amplitudenwertermittlung. Über einen Schalter S ist eine Gleichspannung U1 an
Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen R1 3 - R angeschlossen Die Abgriffe
der
Spannungsteiler sind über Dioden D1 - Dm verbunden.
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In jeder Schaltstellung des Schalters S wird eine Spannu ng U2 erzeugt,
deren Höhe der Spannung U1 und dem Verhältnis der jeweiligen Spannungsteilerwiderstände
zueinander entspricht. Die einzelnen Spannungsteiler werden in der Reihenfolge der
ermittelten Amplitudenwerte so bemessen, daß sich beim Schalten des Schalters S
Von Stellung 1 bis Stellung m als Spannung U2 die ermittelten Amplitudenwerte in
der Ermittlungsreihenfolge ergeben. Erfolgt das Schalten des Schalters S von einer
Stellung zur anderen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Ermittlung der Amplitudenwerte,
so ergibt sich als Spannung U2 das im unteren Bild der Fig. 1 dargestellte Signal0
Die Amplitudenwerte des ursprünglichen Signals werden somit durch die Spannungsteiler
gespeichert und können durch Schalten des Schalters S von Stellung 1 bis Stellung
m beliebig reproduziert werden.
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Die Spannung U2 in Fig 3 entspricht, wie aus einem Vergleich der beiden
Bilder in Fig 1 ersichtlich ist, noch nicht dem ursprünglichen Signal, da sie zusätzlich
eine Gleichspannungskomponente aufweist Die Gleichspannungskomponente kann durch
bekannte Schaltungen beseitigt werden, Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 bilden Transistor Q1 4 und Widerstand R2 4 einen Impedanzwandler, Die
Spannung U2 von Fig, 3 entsprechend dem unteren Bild in Fig. 1 ist an die Basis
des Transistors Q1 4 angeschlossen und tritt somit am
Widerstand
R2 4 auf. Über Kondensator C1 4 wird die Gleichspannungskomponente abgetrennt, so
daß an Widerstand R3 .4 die Spannung U2 von Fig 3 ohne Gleichspannungskomponente
auftritt Durch Widerstand R464 und Kondensator r die als Tiefpaß bemessen sind,
wird der treppenartige Verlauf der Spannung an Widerstand R3 4 in einen stetigen
Kurvenzug durch Heraussiebung der Harmonischen umgewandelt, Die Spannung U3 am Kondensator
C2 4 entspricht somit weitgehend dem ursprünglichen sinusförmigen analogen Signal
im oberen Bild von Figo 1.
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In der integrierten Schaltungstechnik können die Spannungsteilerwiderstände
und Dioden von Fig. 3 wie in Fig, 5 dargestellt realisiert werden, In Fig, 5 sind
Widerstandsstreifen einseitig verbunden durch eine Kontaktbrücke 1 und werden auf
der anderen Seite nacheinander angesteuert Mit den Fertigungsverfahren der integrierten
Schaltungstechnik sind Dioden entsprechend dem gewünschten Spannungsteilerverhältnis
beim jeweiligen Widerstandsstreifen eingesetzt. Nach Abdeckung der Widerstandsstreifen
mit einer isolierenden Schicht, die nur bei den Dioden ausgespart ist, können die
Dioden untereinander durch eine leitende Deckschicht verbunden werden. Sofern die
Widerstandsschicht der Widerstandsstreifen homogen ist, ergeben sich durch die geometrische
Anordnung der Dioden die gewünschten Spannungsteilerverhältnisse unabhängig von
den tatsächlichen Widerstandswerten
Bei der Moduleinheit ist der
Schalter S von Fig, 3 durch eine Zählschaltung ersetzt, Die Zählschaltung kann wie
in Fig, 6 dargestellt aufgebaut sein, Die Zählschaltung in Fig 6 besteht aus bistabilen
Kippschaltungen B1 - B. Die Ausgänge der bistabilen Kippschaltungen sind in einer
logischen Verknüpfung L so zusammengefaßt, daß eine an die logische Verknüpfung
angeschlossene Spannung U1 bei Ansteuerung der bistabilen Kippschaltung B1 mit einer
Impulsfolge nacheinander an den Ausgängen A bis M und somit an den Spannungsteilern
erscheint. Die Impulsfolge am Eingang der bistabilen Kippschaltung B1 wird nachfolgend
Takt genannt; sie brd durch einen in Fig 3 nicht dargestellten Taktgeber bestimmt.
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Fig. 7 zeigt einen möglichen Aufbau der logischen Verknüpfung von
Figo 6 In Fig, 7 bilden Transistoren Q1 7 Q2 7 und Q307, Q4.7 zusammen mit Widerständen
R17 R27, R307, R407 und R5.7, R6.7, R7.7, R8.7, zwei vereinfacht dargestellte bistabile
Kippschaltungen Von den Ausgängen dieser bistabilen Kippschaltungen - Kollektoren
der Transistoren - werden über Widerstände R9.7 bis R16.7 Transistoren Q507 bis
Q12 7 gesteuert, Die Arbeitsweise der logischen Verknüpfung wird am Beispiel der
Schaltung mit den Transistoren Q5 7 und Q6.7 beschrieben. Der Transistor Q607 wird
angesteuert, wenn Transistor Q307 - Ausgang der einen bistabilen Kippschaltung -leitet
und die Ansteuerung des Transistors Q607 nicht durch Transistor Q507 kurzgeschlossen
wird. Transistor Q5 7 wird
über Widerstand R vom Kollektor des
Transistors Q2 7 - Ausgang der anderen bistabilen Kippschaltung - gesteuert und
sperrt, wenn Transistor Q2 7 sperrt, Spannung U erscheint somit am Anschluß A7,
wenn Transistor Q3 7 leitet und Transistor Q2.7 sperrt. Ist der Takt an die bistabile
Kippschaltung mit den Tranistoren Q1 7 und Q207 angeschlossen, und wird die bistabile
Kippschaltung mit den Tranistoren Q307 und Q4 7 von der bistabilen Kippschaltung
mit den Transistoren Q1 7 und Q207 gesteuert, so tritt die Voraussetzung für Spannung
U am Anschluß A7 - Transistor Q3 7 leitet, Transistor Q2 7 sperrt -nur nach jedem
vierten Taktimpuls ein Wie aus der Tabelle in Fig. 7 ersichtlich, wird die Spannung
U mit jedem Taktimpuls vom Anschluß a.7 zum Anschluß Bo7 vom Anschluß B7 zum Anschluß
C7, usw. geschaltet. Bei einer entsprechenden Erweiterung der Anzahl der bistabilen
Kippschaltungen und der logischen Verknüpfung können somit mit i bistabilen Kippschaltungen
2i = m Anschlüsse der logischen Verknüpfung im Rhythmus der Taktfrequenz nacheinander
mit der Spannung U verbunden werden, d.h die Spannung U erscheint nacheinander an
den an die Anschlüsse A7 bis M7 der logischen Verknüpfung angeschlossenen Spannungsteilern.
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In Fig. 8 ist ein möglicher vollständiger Aufbau einer Moduleinheit
gezeigt. Die Moduleinheit in Fig. 8 besteht aus einem Analogwertspeicher A8,beispielsweise
der in Fig. 3 bzw. Fig,6 dargestellten Spannungsteileranordnung, einer Zählschaltung
#8,
beispielsweise der in Fig. 6 dargestellten bistabilen Kippschaltung
zusammen mit der logischen Verknüpfung von Fig, 7, und einer Steuerschaltung 58.
Durch die Steuerschaltung S8 wird erreicht, daß bei ständig anstehendem Takt die
Wiedergabe des gespeicherten Wortmoduls erst nach einem Startimpuls beginnt, nach
einem Startimpuls nur einmal erfolgt und nach abgeschlossener Wiedergabe des Wortmoduls
ein Endimpuls erzeugt wird, der beispielsweise als Startimpuls für eine zweite Moduleinheit
verwendet werden kann.
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Ein möglicher Aufbau der Steuerschaltung 58 ist in Fig. 9 gezeigt.
In Fig. 9 ist der Takt über eine logische UND-Verknüpfung U9 mit der Zählschaltung
Z8 verbunden. Eine bistabile Kippschaltung B9 steuert den zweiten Eingang der UND-Schaltung
U90 Die bistabile Kippschaltung B9 wird über eine logische ODER-Verknüpfung 09 vom
Startimpuls oder von der Zählschaltung Z8 vom letzten Ausgang - M - der logischen
Verknüpfung gesteuert. In der Anfangsstellung der bistabilen Kippschaltung B9 wird
die UND-Verknüpfung U9 so angesteuert, daß der Takt nicht zur Zählschaltung Z8 durchgeschalt
ist. Ein Startimpuls veranlaßt die bistabile Kippschaltung B9 über die ODER-Schaltung
09 umzuschalten. Dadurch, daß der Ausgang der bistabilen Kippschaltung B9, der mit
der UND-Schaltung U9 verbunden ist, umschaltet, wird der Takt über die UND-Schaltung
U9 zur Zählschaltung Z8 durchgeschaltet, die Zählschaltung Z8 beginnt zu zählen
und in Verbindung mit dem Analogwertspeicher A8 in Fig, 8 wird das Analogsignal
erzeugt. Nach vollständiger
Wiedergabe des Wortmoduls wird die
bistabile Kippschaltung B9 von der Zählschaltung Z8 über die ODER-Schaltung 09 in
die Anfangsstellung zurückgeschaltet. Über den Ausgang der bistabilen Kippschaltung
B9, der mit der UND-Verknüpfung U9 verbunden ist, wird der Takt von der Zählschaltung
Z8 abgeschaltet und vom gleichen Ausgang der bistabilen Kippschaltung B9 werden
die bistabilen Kippschaltungen in der Zählschaltung Z8 in die Ausgangsstellung zurückgesetzt.
Das Umschalten des zweiten Ausganges der bistabilen Kippschaltung B9 am Ende des
Wortmoduls wird als Endimpuls ausgekoppelt.
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In Fig. 10 ist ein vollständiger Signalgeber mit z.B. drei Moduleinheiten
schematisch dargestellt. Die Wiedergabeanordnung besteht aus einer für alle Baugruppen
gemeinsamen Stromversorgung SV,* einem Taktgeber T für die Moduleinheiten, einer
Auskoppelschaltung AS und einer Wiedergabeeinrichtung WE. Der Ausgang des Taktgebers
T ist mit den Takteingängen der Moduleinheiten W1 bis W3 verbunden. An Punkt A10
wird der Startimpuls für die Moduleinheit W1 eingespeist. Der Anschluß "Endimpuls"
der Moduleinheit W1 ist mit dem Anschluß ~Startimpuls" der Moduleinheit W2 und der
Anschluß "Endimpuls" der Moduleinheit W2 mit dem Anschluß "Startimpuls" der Moduleinheit
W3 verbunden. Hierdurch wird erreicht, daß entsprechend der in Fig. 9 gezeigten
Steuerschaltung zunächst der Speicherinhalt der Moduleinheit W1, dann der der Moduleinheit
W2 und dann der der Moduleinheit W3 über die untereinander verbundenen Anschlüsse
Analogsignal
der drei Moduleinheiten W1, W2, W3 an den Eingang
der Auskoppelschaltung AS gegeben wird. Die Auskopp elschaltung. AS kann wie in
Fig. 4 dargestellt aufgebaut sein. Vom Ausgang der Auskoppelschaltung AS gelangen
die analogen Signale der Moduleinheiten zur Wiedergabeeinrichtung Z Diese Wiedergabeeinrichtung
W kann, sofern Sprache oder Musik in den Moduleinheiten gespeichert war, aus einem
NF-Verstärker mit nachgeschaltetem Lautsprecher bestehen oder, wenn Kurvenzüge gespeichert
waren, ein Verstärker mit nachgeschaltetem Sichtgerät sein. Die Wiedergabeanordnung
in Fig. 10 wird somit jeweils nach einem Startimpuls am Anschluß A10 nacheinander
den Speicherinhalt der Moduleinheiten W1, W2 und W3 wiedergeben.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt beim Wortmodulkonzept ist, das ursprüngliche
analoge Signal, z.B. Sprache oder Musik, bei einer begrenzten Anzahl möglicher Speicherstellen
bei der Wiedergabe, soweit wie möglich entsprechend dem ursprünglichen analogen
Signal zu reproduzieren. Anhand des in Fig. 11 dargestellten Kurvenzuges wird erläutert,
daß es Möglichkeiten gibt, mit einer gegebenen Anzahl Speicherstellen bei der Wiedergabe
eine bessere Reproduktion des ursprünglichen analogen Signals zu erreichen als mit
dem bisher geschilderten Verfahren der Amplitudenwertermittlung in bestimmten gleichen
Zeitabständen. Ermittelt man zu den auf der o-Skala angegebenen Zeitpunkten die
Amplitudenwerte des dargestellten Kurvenzuges -kreisförmige Markierung im Kurvenzug
- und reiht diese Amplitudenwerte aneinander, so erhält man den im mittleren Bild
mit
einem Kreis gekennzeichneten Kurvenzug. Für die Speicherung
dieses Kurvenzuges werden elf Speicherstellen benötigt.
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Ein besseres Ergebnis erhält man, wenn man einen neuen Amplitudenwert
nur dann speichert, wenn er eine Mindestdifferenz zum vorherigen aufweist. Ermittelt
man die einzelnen Amplitudenwerte des Kurvenzuges mit der dopptelten Abtastfrequenz
wie vorher, speichert einen Amplitudenwert jedoch nur, wenn er die im oberen Bild
angegebene minimale Differenz zum vorherigen aufweist, so werden nur die mit einem
Kreuz gekennzeichneten Amplitudenwerte des Kurvenzuges gespeichert und zwar zu den
auf der x-Skala angegebenen Zeitpunkten, Reiht man diese Amplitudenwerte mit der
entsprechenden zeitlichen Dauer aneinander, so erhält man den mit x gekennzeichneten
unteren Kurvenzug. Für die Speicherung der Amplitudenwerte dieses Kurvenzuges werden
nur neun Speicherstellen benötigt.
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Wie der Vergleich des mittleren und unteren Kurvenzuges in Fig. 11
zeigt, stellt der untere Kurvenzug eine bessere Wiedergabe des ursprünglichen analogen
Signals dar, obgleich zwei Speicherstellen weniger benötigt werden.
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In Fig. 12 ist eine mögliche Schaltung gezeigt, die eine Amplitudenwerterfassung
des analogen Signals in einer Moduleinheit nach dem Prinzip der minimalen AmplitudeKEfferenz
nach Fig. 11 ermöglicht. Das zu speichernde Analogsignal ist an den Eingang einer
Abtastschaltung mit Zwischenspeicher AZ angeschlossen: Diese Abtastschaltungen mit
Zwischenspeicher sind
bekannte Schaltungen, zaBo "sample and hold"-Schaltungen,
und werden daher nicht näher in ihrer Arbeitsweise beschrieben, Jedesmal wenn ein
Taktimpuls die Abtastschaltung mit Zwischenspeicher Az ansteuert, wird der momentane
AmplitudenweS des analogen Signals in den Zwischenspeicher der Abtastschaltung mit
Zwischenspeicher AZ übertragen und solange gespeichert, bis beim nächsten Taktimpuls
ein neuer Momentanwert der Amplitude des analogen Signals in den Zwischenspeicher
der Abtastschaltung mit Zwischenspeicher AZ eingegeben#rird Am Ausgang des Zwischenspeichers
der Abtastschaltung mit Zwischenspeicher AZ steht entsprechend zwischen zwei Taktimpulsen
der zuletzt ermittelte Amplitudenwert des analogen Signals an, Die Abtastschaltung
mit nachgeschaltetem Zwischenspeicher Au brd nicht direkt vom Takt angesteuert,
sondern über eine logische UND-Verknüpfung U120 Der zweite Eingang der UND-Schaltung
U12 wird von einer Differenzwertschaltung D gesteuert Die Differenzwertschaltung
D vergleicht den zuletzt gespeicherten Amplitudenwert mit dem jeweiligen momentanen
Amplitudenwert des Analogsignals und gibt die Durchschaltung des Taktes zur Abtastschaltung
mit Zwischenspeicher AZ nur dann frei, wenn der Momentanwert der Amplitude des Analogsignals
mindestens um einen vorgegebenen Differenzwert anders ist als der zuletzt gespeicherte
Amplitudenwert. Mit einem Differenzzähler DZ wird erfaßt, wie groß der Unterschied
ist zwischen den tatsächlichen Taktimpulsen vom Taktgeber T und den Taktimpulsen
am Eingang der Abtastschaltung mit Zwischenspeicher AZ als Information
dafür,
für wieviel Taktimpulse der gleiche Amplitudenwert des Wortmodulswiedergegeben werden
muß.
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Es ist offensichtlich, daß bei einem vorgegebenen analogen Signal
die Anzahl der benötigten Speicherstellen durch den vorgegebenen Differenzwert der
Differenzwertschaltung D in Fig. 12 bestimmt wird. Eine gegebene Anzahl Speicherstellen
kann somit durch Verändern des Differenzwertes der Differenzwcrtschaltung D in Fig.
12 an das jeweilige analoge Signal so angepaßt werden, daß alle vorhandenen Speicherstellen
ausgenutzt werden.
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Zur Wiedergabe der nach dem Prinzip der minimalen Differenz ermittelten
Amplitudenwerte kann die Moduleinheit, wie in Fig. 13 dargestellt, aufgebaut sein.
Zusätzlich zu der in Fig. 8 dargestellten Moduleinheit enthält die Moduleinheit
in Fig. 13 einen Vorzähler VZ, der zwischen Steuerschaltung S8 und Zählschaltung
Z8 geschaltet ist. Der Vorzähler VZ hat Setzeingänge, beispielsweise den Setzeingang
9. Bei Ansteuerung eines der Setzeingänge wird die Weitergabe des Taktes vom Ausgang
der Steuerschaltung S8 an den Eingang der Zählschaltung Z8 unterdrückt, d.h. in
Abhängigkeit davon, welcher Setzeingang angesteuert wurde, wird die entsprechende
Anzahl Taktimpulse bei der Ansteuerung der Zählschaltung Z8 ausgelassen, so daß
am Ausgang des Analogwertspeichers A8 für diese Zeit die gleiche Spannung ansteht.
Die Setzeingänge des Vorzählers VZ werden vom Ausgang der Zählschaltung Z8 gesteuert.
Jeder Ausgang
der Zählschaltung Z8 kann mit einem der Setzeingänge
verbunden sein. Wird ein mit einem Setzeingang des Vorzählers VZ verbundener Ausgang
der Zählschaltung Z8 eingeschaltet, so bekommt gleichzeitig der entsprechende Setzeingang
Spannung, und die dem Setzeingang zugeordnete Anzahl von Impulsen wird bei der Ansteuerung
der Zählschaltung Z8 ausgelassen. Welche Ausgänge der Zählschaltung Z8 mit welchen
Setzeingängen des Vorzählers VZ verbunden sein müssen, wird mit der Schaltung in
Fig 12 ermittelt, Die Arbeitsweise der Steuerschaltung S8, der Zählschaltung Z8
und des Analogwertspeichers A8 entspricht der für die Moduleinheit in Fig. 8 beschriebenen
Arbeitsweise, nur daß zusätzlich beim Ende des Wortmoduls von der Steuerschaltung
S8 der Vorzähler VZ in die Anfangsstellung zurückgesetzt wird Eine wie in Fig, 13
aufgebaute Moduleinheit kann wie die in Fig. 8 dargestellte Moduleinheit in der
Wiedergabeanordnung in Fig. 10 verwendet werden.
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Ein anderer Aufbau einer Moduleinheit ergibt sich, wenn nicht die
Momentanwerte der Amplituden des Analogsignales zu bestimmten Zeiten ermittelt werden,
sondern, wie in Fig. 2 dargestellt, zu bestimmten Zeiten festgestellt wird, welche
Schwellwerte durch das Analogsignal überschritten wurden0 Hierbei kann über einen
Analog-Digitalwandler die Information, welche Schwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt
vom analogen Signal überschritten wurde, in ein digitales Wort umgesetzt
werden
Ein auf diesem Prinzip basierender Wortmodul müßte entsprechend anstelle eines Analogwertspeichers
einen Digitalwertspeicher, beispielsweise ein Schieberegister, aufweisen, das von
der Zählschaltung angesteuert wird. Die Ausgangssinale des Digitalspeichers - digitale
Worte - müßten zur Wiedergabe in einem Digital-Analogwandler in ein analoges Signal
umgesetzt werden. Der schaltungstechnische Aufwand für den Aufbau einer Moduleinheit
mit digitalem Speicher ist jedoch erheblich größer als der für eine Moduleinheit
mit analogem Speicher In Abhärgigkeit von der Anwendung des Wortmoduls kann es sinnvoll
sein, vor der Ermittlung der zu speichernden Amplitudenwerte des analogen Signals
das analoge Signal durch einen Dynamik-Kompressor laufen zu lassn, um die Amplitudenunterschiede
zu verringern und entsprechend bei der Wiedergabe der in der Moduleinheit gespeicherten
Amplitudenwerte einen Dynamikexpander nachzuschalten, um die ursprüngliche Relation
der Amplitudenwerte des analogen Signals wieder herzustellen.
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Man wird dies dann anwenden, wenn sich durch die so verringerte Dynamik
des zu speichernden analogen Signales eine Vereinfachung der Moduleinheiten ergibt
In Abhängigkeit von der Art des in der Moduleinheit gespeicherten analogen Signales
kann die Ähnlichkeit des von der Moduleinheit synthetisierten analogen Signales
zum ursprünglichen analogen Signal u.U. durch eine Frequenzgangverzerrung
bei
Verstärkung des analogen Signals vor der Ermittlung der zu speichernden Amplitudenwerte
des analogen Signals und eine entsprechende Frequenzgangentzerrung bei der Wiedergabe
des gespeicherten analogen Signals durch einen der Moduleinheit nachgeschalteten
Entzerrerverstärker verbessert werden Die Eigenheit der Moduleinheit, daß die Geschwindigkeit
der Wiedergabe der gespeicherten analogen Werte von der Taktfrequenz abhängt, kann
dazu verwendet werden, durch Variieren der Taktfrequenz die Wiedergabe zu verlangsamen
oder zu beschleunigen, Bei der Verwendung der Moduleinheit als Speicher für Worte
der gesprochenen Sprache kann die Anzahl der unterschiedlichen erforderlichen Moduleinheiten
dadurch verringert werden, daß bei zusammengesetzten Wörtern Moduleinheiten für
die einzelnen Bestandteile des zusammengesetzten Wortes hergestellt werden, und
daß man die zusammengesetzten durch Zusammenschalten der entsprechenden Moduleinheiten
synthetisiert, Dies kann am Beispiel des Wortes "Fensterbank" gezeigt werden Verwendet
man Moduleinheiten für "Fenster" und "Bank", so können zur Wiedergabe des Wortes
Fensterbank beide Moduleinheiten hintereinander geschaltet werden. Es können mit
den gleichen Moduleinheiten jedoch auch andere zusammengesetzte Wörter gebildet
werden, beispielsweise mit der Moduleinheit "Bank" und einer weiteren Moduleinheit
"Park" das Wort "Parkbank", oder es können diese Moduleinheiten einzeln verwendet
werden. Entsprechendes gilt für Vor- und Nachsilben,
Sollen ganze
Sätze durch in Moduleinheiten gespeicherte Wörter synthetisiert werden, so müssen
die Sprechpausen zwischen den einzelnen Wörtern oder Satzteilen berücksichtigt werden
Dies kann dadurch erfolgen, daß die Sprechpause bei jeder Moduleinheit integriert
wird, Eine mögliche Ausführung kann anhand von Fig 9 beschrieben werden Wie bereits
vorstehend ausgeführt, wird am Ende der Wiedergabe eines Wortes über eine logische
ODER-Verknüpfung 09 die bistabile Kippschaltung B9 von der Zählschaltung Z8 umgeschaltet
Das Umschalten der bistabilen Kippschaltung B9 wird als Endimpuls ausgekoppelt und
dient weiteren nachgeschalteten Moduleinheiten als Startimpuls. Steuert man eine
Verzögerungseinrichtung, beispielsweise eine weitere Zählschaltung, vom Endimpuls
an, so kann entsprechend ein gegenüber dem Wortende um die gewünschte Sprechpause
verzögerter Impuls erzeugt werden, Zweckmäßigerweise wird man diese Verzögerungsschaltung
ebenfalls in der Moduleinheit unterbringen und beide Endimpulse, den unverzögerten
und den verzögerten, herausführen0 Man kann dann wahlweise den verzögerten oder
den unverzögerten Endimpuls als Startimpuls für folgende Wortmoduln verwenden, je
nachdem, ob eine Sprechpause erwünscht ist oder nicht, Selbstverständlich können
auch mehrere Verzögerungsschaltungen in einer Moduleinheit vorgesehen werden, um
zeitlich abgestufte verzögerte Endimpulse für unterschiedlich lange Sprechpausen
zur Verfügung zu haben Unabhängig von der Möglichkeit, Sprechpausen in einer Moduleinheit
zu integrieren, können selbstverständlich auch Moduleinheiten beispielsweise ohne
Analogwertspeicher, d.h. nur mit Steuerschaltung und Zählschaltung
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vergl. Fig. 8 - als "Pausen-Moduleinheiten" verwendet werden, Solche Pausen-Moduleinheiten
wird man bei längeren Pausen einsetzen beispielsweise, wenn ein Wort oder ein durch
Hintereinanderschaltung von mehreren Wortmoduln geb ildeter Satz periodisch wiederholt
werden Soll Es wird dann der Endimpuls der letzten Moduleinheit unter Zwischenschaltung
einer Pausen-Moduleinheit als Startimpuls für den Modulsatz bzw. für die erste Moduleinheit
des Modulsatzes verwendet.
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Bisher wurde davon ausgegangen, daß der Speicherinhalt einer Moduleinheit
bereits bei der Fertigung der Moduleinheit vorgegeben wurde, indem beispielsweise,
wie in Fig. 5 dargestellt, Spannungsteiler durch entsprechende Diodenkontaktierung
bei Widerstandsstreifen gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, neutrale Moduleinheiten
zu erstellen, die erst zu einem späteren Zeitpunkt fest programmiert werden. Für
die nachträgliche Programmierung bieten sich verschiedene Verfahren an.
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Bei Verwendung eines Analogwertspeichers, beispielsweise im Aufbau
gemäß Fig. 5, kann bei neutraler Positionierung der Dioden, beispielsweise jeweils
in der Mitte eines Widerstandsstreifens, der Spannungsteilerwert nachträglich durch
Veränderung der Breite der einen oder der anderen Hälfte des Widerstandsstreifens,
beispielsweise durch Verdampfeides Widerstandsmaterials durch Laserstrahlen, so
geändert werden, daß sich das gewünschte Spannungsteilerverhältnis ergibt. Eine
andere Möglichkeit der nachträglichen Programmierung eines
solchen
Analogwertspeichers wäre die, das Spannungs tei lerverhältnis des jeweiligen Widerstandsstreifens
zu verändern, indem Teile des Widerstandsstreifens durch Stomimpulse verdampft werden.