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Verfahren zur drahtlosen Übermittlung von Nachrichtensignalen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur drahtlosen Übermittlung von Nachrichtensignalen,
vorzugsweise in geschlossenen Räumen, insbesondere für Versammlungsräume wie Konforenzzimmer,
oder für den Einsatz in Hörgeschädigten-Sonderschulen, mit einer jedem Teålnehmer
zugeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtung.
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Für Schulungazwecko insbesondere in Hörgeschädigten-Sonderschulen,
werden elektroakustische Anlagen benötigt, um den Schülern die Stimme des Lehrers
hinreichend laut und möglichst ohne störenden Nachhall zu übermitteln und um eine
Diskussion der Schüler untereinander zu ermöglichen. Auch bei Konferenzen mit umfangreicher
Teilnehmerzahl werden lektroakustische Hilfsmittel benötigt, da die Könferenzräume
sehr oft zu groß und/oder akustisch unzureichend sind.-Schulungs- und Konferenzanlagen
werden vielfach drahtgebunden ausgeführt, d.h. alle Teilnehmerstationen sind durch
Leitungen miteinander verbunden. Da sich aber die Sitzanordnungen häufig ändern,
sind diese Leitungsverbindungen sehr nachteilig und es besteht häufig der Wunsch,
drahtlose Anlagen einzusetzen. Bei den bisher bekannten und eingesetzten drahtlosen
Anlagen treten
jedoch zahlreiche Nachteile auf.
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In Schulen oder Kongreßhäusern liegen sehr oft Räume, in denen solche
drahtlosen Anlagen betrieben werden sollen, nebeneinander oder in Stockwerken gestaffelt
unter oder übereinander. Werden elektromagnetische Wellen im Radiowellenbereich
zur Übermittlung von Nachrichtensignalen eingesetzt oder wird die induktive Methode
mit Induktionsschleifen angewendet, so treten gegenseitige Störungen zwischen den
Anlagen auf, sofern nicht von Raum zu Raum gesonderte Frequenzen verwendet werden.
Es können zwar in bestimmten räumlichen Abständen auch gleiche Frequenzen bei geeigneten
Modulationsverfahren wiederholt werden, die Zahl der hierfür benötigten Frequenzen
übersteigt jedoch meist die Zahl der zur Verfügung stehenden und vor allem genehmigten
Frequenzen. Ferner ist als wesentlicher Nachteil zu nennen, daß es beispielsweise
beim Wechsel eines Schülers von einer Klasse in eine andere sehr lästig ist, wenn
er bei seinem individuell angepaßten Hörgerät die Frequenz wechseln muß. Ein weiterer
bedeutender Nachteil besteht bei den genannten Anlagen darin, daß ein Übersprechen
von Raum zu Raum kaum zu vermeiden ist. Besonders bei Konferenzanlagen besteht jedoch
die Forderung, die Übermittlung der zu übertragenden Nachrichten auf den jeweiligen
Raum zu beschränken.
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Die genannten Schwierigkeiten und Nachteile-konnen umgangen werden,
wenn eine Übertragungsart gewählt wird, die mit Sicherheit auf die jeweiligen Schulungs-
oder Konförenzräume begrenzt ist. Es ist bersits versucht worden, für die drahtlose
Übertragung
Ultrasi all einzusetzen. Untersuchungen haben jedoch
ergeben, daß sich dieses Übertragungsmittel wegen auftretender Mehrwegeverzerrungen
für Sprachübertragung wenig eignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile der bisher
eingesetzten drahtlosen Übermittlungseinrichtungen zu beseitigen und ein Verfahren
anzuwenden, daß besonders für Schulungs- oder Konferenzräume geeignet ist.
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Die Erfindung besteht bei einem Verfahren nach der eingangs genannten
Gattung darin, daß für die Übermittlung der Nachrichtensignale elektromagnetische
Wellen im optischen Bereich verwendet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung des
Verfahrens werden für den Träger elektromagnetische Wellen im infraroten Bereich
verwendet. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachrichtensignale durch trägerfrequente Modulation übertragen werden.
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Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
weiteren Unteransprüchen dargelegt.
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Der technische Fortschritt der Erfindung ergibt sich daraus, daß die
Übermittlung der Nachrichtensignale auf den jeweiligen Konferenz- oder Schulungsraum
beschränkt bleibt und daß durch die mögliche Anwendung von trägerfrequenten Modulationsverfahren
eine Vielzahl von Kanälen für die Informationsübermittlung und
die
zusätzliche Übertragung von Signalen zur Funktionssteuerung dqr drahtlosen Anlagen
zur Verfügung steht.
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Nachstehend werden weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 a und b die grundsätzliche Ausführung
einer Sende und Empfangseinrichtung Fig. 2 die Anordnung optisch voneinander entkoppelter
Empfangs- und Sendewandler Fig. 3 und 4 Beispiele für den Einsatz des Verfahrens
in Vortrags- oder Schulungsräumen Fig. 5 und 6 Beispiele für den Einsatz des Verfahrens
in Konferenzräumen Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer Empfangseinrichtung
Es
ist bereits ausgeführt worden, daß ein wesentlicher Vorteil -der erfindungsgemäßen
Anwendung von elektromagnetischen Wellen im optischen Bereich in der Beschränkung
der Nachrichtenübermittlung auf den jeweiligen Raum besteht. Da jedoch in jedem
Schulungs- oder Konferenzraum bereits ein bestimmter Lichtstörpegel aus verschiedensten
Lichtfrequenzen und denselben überlagerten Modulationsfrequenzen besteht, ist es
zweckmäßig1 für die Nachrichtenübermittlung eine Wellenlänge im unsichtbaren Bereich
zu verwenden. Aus Gründen der Herstellbarkeit modulierbarer Sender im entsprechenden
Frequenzbereich, sowie der Auspreitung und der Reflexionseigenschaften ist eine
langwellige Strahlung der kurzwelligen überlegen. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, vorzugsweise eine elektromagnetische Welle im Infrarotbereich anzuwenden.
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Eine Analyse des Frequenzspektrums des Lichtstörpegels ergibt daß
zum hohen Frequenzbereich hin ab ca. 3 kHz ein steiler Amplitudenabfall der Störfrequenzen
zu verzeichnen ist. Dies führt zu der Überlegung, daß eine trägerfrequente Modulation
einer direkten niederfrequenten Modulation unbedingt vorzuziehen ist. Außerdem werden
bei trägerfrequenter Modulation zahlreiche Übertragungskanäle geschaffen, die simultan
eingesetzt werden können. So werden zahlreiche Kanäle für die Übertragung in verschiedenen
Richtungen, für die Stereoübertragung oder für die Übermittlung von Fernsteuersignalen
geschaffen.
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Die in den Empfängern der drahtlosen Anlage als optoelektronische
Wandler eingesetzten Fotodiode oder Fototransistoren weisen keine lineare Kennlinie
auf, wodurch die Gefahr der Kreuzmodulation
gegeben ist. Als Modulationsverfahren
für die Ubertragung der Nachrichtensignale muß deswegen ein sich durch hohe Kreuzmodulationsfestigkeit
auszeichnendes Verfahren wie das Frequenzmodulationsverfahren verwendet werden.
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Praktische Untersuchungen haben dies auch voll bestätigt.
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Die Frequenzmodulation bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit,
die Lichtabgabe der sendeseitigen Leuchtdioden voll durchzusteuern, so daß sich
hier ein guter Wirkungsgrad ergibt.
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In der Figur la ist die prinzipielle Ausführung eines Senders dargestellt.
In der Baugruppe 1 ist eine elektronische Schaltung zusammengefaßt, die eine Trägerfrequenz
TF in Rechteckform abgibt, wobei durch die Niederfrequenz NF eine Frequenz-, Phasen-
oder Impuislängenmodulation durchgeführt werden kann. Die trägerfrequente und durch
das Nachrichtensignal modulierte Ausgangsspannung steuert einen Transistor 2 durch,
lein dessen Ausgangskreis eine oder mehrere Luminiszenzdioden 3 geschaltet sind.
Diese strahlen die zur Übertragung dienende und im optischen Bereich liegende elektromagnetische
Welle ab.
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Ein Schema der prinzipiellen Empfangsanordnung ist in Figur ib dargestellt.
Mit der Bezugsziffer 4 ist hier der elektrooptische Empfangswandler gekennzeichnet,
der z.B. eine Fotodiode sein kann. Die am Arbeitswiderstand 5 entstehenden gewandelten
Signale
werden über den Kondensator 6 einer elektronischen Schaltung 7 zugeführt. Da vorzugsweise
eine -Frequenzmodulation angewendet wird, enthält die Schaltung 7 einen Begrenzer
und einen Diskriminator zur Demodulation.
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Die am Ausgang der Schaltung 7 niederfrequent vorliegenden Nachrichtensignale
werden einem Hörer 8 zugeführt.
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Die in den Figuren i gezeigte Anordnung ist für eine einkanalige Übertragung
gedacht und benötigt im allgemeinen keine Selektionsmittel. Für mehrkanatige Übertragungen,
beispielsweise Stereoübertragungen, werden unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet
und die Empfangsteile erhalten am Eingang entsprechende Selektionsmittel, im allgemeinen
einfache Schwingkreise. Die verschiedenen Trägerfrequenzen können durch eine einzige
Fotodiode empfangen werden. Da wegen der Begrenzer das Pegelverhältnis der Nutzsignale
zu den Störsignalen nur verhältnismäßig klein zu sein braucht, werden nur geringe
Anforderungen an die Selektion gestellt.
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Eine mehrkanalige Übertragung ist also ebenfalls mit verhältnismäßig
wenig Aufwand zu realisieren, zumal der zur Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzbereich
außerordentlich groß ist. Mit den modernen Halbleiterbauelementen können beispeilsweise
Trägerfrequenzen bis weit in das MHz-Gebiet gewählt werden. Es wird deshalb zweckmäßig
mit einer Breitbadfrequenzmodulation gearbeitet, d.h. einer Modulation, der bei
der Frequenzhub größer ist als die höchste zu übertragende Niederfrequen Eine solche
Breitbandfrequenzmodulation liefert
sehr hohe niederfrequente Störabstände,
so daß eine hochwertige Übertragungsqualität solcher Anlagen, erreicht werden kann.
Der prinzipiell vorhandene Rauschanteil der Lumingszenzdioden kann bei Anwendung
eines solchen Breitbandfrequenz modulationsverfahrens vernachlässigt werden0 Grundsätzlich
Können auch Laserdioden eingesetzt werden, die ein monochromatisches kohärentes
Licht abstrahlen und deshalb ein noch besseres Nutz- Störsignalverhältnis ermöglichen.
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Es ist eingangs schon ausgeführt worden, daß in jedem Raum, in dem
die drahtlosen Übertragungsanlagen eingesetzt'werden, ein Störlichtpegel vorhanden
sein kann. Dieser kann sich aus moduliertem Fremdlicht oder Gleichlicht, beispielsweise
Sonnenlicht, zusammensetzen. Da die Empfindlichkeit des Empfängers für die Nachrichtensignale
mehr oder weniger stark durch den Fremdlichteinfluß herabgesetzt werden kann, sollte
der Empfangswandler, beispielsweise die Empfangsdiode, gegen Fremdlicht geschützt
werden. Der Schutz kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Besteht die Möglichkeit,
den Empfänger auf den Sender auszurichten, so kann man mit Optiken oder Blenden
das Störlicht ausschließen. Besteht diese Möglichkeit der Ausrichtung nicht, beispielsweise,
wenn eine Rundum-Charakteristik des Empfängers gefordert wird, kann durch geeignete
optische Filter das Störlicht geschwächt werden. Das Frequenzband, das von den Lumineszenzdioden
ausgestrahlt wird, ist im allgemeinen wesentlich schmaler als die Bandbreite der
Empfangswandler. Es ist deshalb zweckmäßig, ein möglichst
selektives
Filter zu verwenden, dessen spektrale Durchlässigkeit der spektralen Empfindlichkeit
der Lumin.eszenzdioden angepaßt ist. In vielen Fällen genügt es allerdings, ein
Infrarotfilter zu verwenden, das einen optischen Tiefpaß darstellt und den Anteil
des sichtbaren Lichtes, das den größten Anteil am Störlichtbildet, von dem Empfangswandler
fernhält.
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Die Übertragung von Nachrichtensignalen mittels elektromagnetischer
Wellen im optischen Bereich ist gut geeignet für eine Simultanübertragung in mehrere
Richtungen, ,d.h. beispielsweise für Gegensprecheinrichtungen. Lumineszenzdioden
als Sender und Fotodioden als Empfänger lassen sich verhältnismäßig gut optisch
entkoppeln und können nahe beieinander angeordnet werden. Eine solche Anordnung
ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Das Mikrofon 9 moduliert den Sender 10,
dessen Ausgangsleistung der Lumineszenzdiode II zugeführt wird.
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Die.Empfangsfotodiode 12 ist mit der Empfangselektronik verbunden,
an deren Ausgang der Hörer 14 geschaltet ist. Durch die Anordnung der Fotohalbleiter
in Vertiefungen des Gehäuses 15 kann eine ausreichende Entkopplung erzielt werden.
Zusätzlich wird eine sehr gute Entkopplung erzielt, wenn für beide Nachrichtenübermittlungsrichtungen
verschiedene Trägerfrequenzen zur Übertragung der Informationen verwendet und optische
Filter 16 und 17 eingesetzt werden.
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In Figur 3 ist eine einfache Schulungs- oder VortragsanlageX bei der
das erfintungsgemäße Verfahren verwirklicht wird, dargestellt. Der Lehrer oder Vortragende
bespricht das Mikrofon 18,
das mit der Sendeeinrichtung 19 verbunden
ist. Die Sendewandler 20, beispielsweise Lumineszenzdioden, befinden sich an einer
einem Stativ ähnlichen Vorrichtung 19.1, die, beispielsweise aus der Sendeeinrichtung
herausgezogen werden kann. Die Zuhörer tragen Kopfhörer 21, die mit einer Empfangseinrichtung,
wie in den Figuren ib und 7 dargestellt, versehen sind. Bei ausreichender Kopfhörerlautstärke
ist eine solche Anlage besonders für den Einsatz in Hörgeschädigten-Sonderschulen
geeignet.
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In Figur 4 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt. In vorzugsweise
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sind die Sendewandler 20 an der
Decke des Schul- oder Vortragsraumes angebracht, wodurch einer Deckenbeleuchtung
ähnlich der gesamte Raum mit moduliertem Infrarotlicht ausgeleuchtet wird. Diese
Anordnung eignet sich besonders für große Schul- oder Vortragsräume.
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In Figur 5 ist eine Weiterbildung des Verfahrens zum vorzugsweisen
Einsatz in Hörgeschädigten-Sonderschulen dargestellt. Jeder Teilnehmer trägt an
der Brust ein Sende-Empfangsgerät 22, in dem ein Mikrofon 23 zur Schallaufnahme
und ein Kopfhörer 24 zur Schallwiedergabe angeschlossen ist. Die Teilnehmer sitzen
vorzugsweise im Halbkreis um eine Ampel 25 herum, die die Sende- und Empfangswandler
für
ein zentrales Sende- und Empfangsgerät 26 enthält.
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DerGegensprechverkehr von Teilnehmer zu Teilnehmer wird über die als
Transponder wirkende Sende- und Empfangseinrichtung 25«und 26 abgewickelt. Für die
beiden Gesprächsrichtungen in Richtung auf die zentrale Ampel oder in Gegenrichtung
werden unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet. Es können auch zusätzliche Steuerfrequenzen
verwendet werden, die sicherstellen, daß nicht mehrere Teilnehmersender gleichzeitig
eingeschaltet werden und so Interferenzen entstehen. Es sind verschiedene Blockierungssysteme
möglich, beispielsweise kann eine Teilnehmer sende- und Empfangsstation als Hauptstation
mit Einrichtungen zum Steuern der anderen Teilnehmerstationen'ausgebildet werden.
Der Lehrer oder Diskussionsleiter kann entscheiden, welcher Teilnehmer sprechen
soll.
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In Figur 6 ist eine Anlage dargestellt, die für den Einsatz in Konferenzräumen
geeignet ist. Die jedem Teilnehmer zugeordneten Sende- Empfangsgeräte werden als
Tischsprechstellen ausgebildet, wobei ebenfalls für den Gegensprechverkehr über
eine Zentrale eine transponderähnliche Einrichtung 29, 30, 31 vorgesehen ist. Die
Teilnehmer haben vor sich die Mikrofone 2j, die, gleichzeitig auch Leise sprecher
sind. Über elektromagnetische Wellen, beispielsweise im Infrarotbereich, stehen
diese Einrichtungen wieder mit einer die Sende- Empfangswandler enthaltende Ampel
29 in Verbindung. Ein zentrales
ende- und Empfangsgerät 30 setzt
die Trägerfrequenz jeweils fürvdie Gegenrichtung um. Durch eine automatiische Steuerung
oder auch eine Steuerung von Hand, schematisch in der Baugruppe 31 zusammengefaßt,
kann durch den Konferenzleiter- oder dessen Techniker erreicht werden, daß jeweils
nur ein Mikrofon zur Schallaufnahme geöffnet wird und alle übrigen als Leisesprecher
zur Wiedergabe dienen. Durch diese Art der Beschallungstechnik wird eine hohe Verständlichkeit
erzielt.
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Außerdem wird die Sprechdisziplin durch den Diskussionsleiter sichergestellt.
Das zentrale Sende- und Empfangsgerät 30 und 31 kann auch weiterhin mit einem Zusatzgerät
32, das den Dolmetscherkabinen zugeordnet ist, in Verbindung stehen, um Übersetzungen
in verschiedene Sprachen vornehmen und übertragen zu können. Über weitere Trägerfrequenzen
werden dann auch diese Signale durch die Ampel 29 ausgesendet und können nach Belieben
von den Teilnehmern ausgewählt werden. Für den Empfang dieser Übersetzungen sind
an den den Teilnehmern zugeordneten Sende- und Empfangsgeräten Kopfhöer 32 angeschlossen.
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Die beschriebenen und dargestellten Ausführungsarten eines Verfahrens
zur Übermittlung von Nachrichtensignalen vorzugsweise in-geschlossenen Räumen sollen
nur Beispiele für die zweckmäßige Ausbildung vorstellen. Unter Anwendung des Grundgedankens
der Erfindung bestehen weitere Kombinations- und Ausführungsmöglichkeiten.
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In Figur 7 ist eine Empfangseinrichtung dargestellt, die vorzugsweis¢
bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Hörgeschädigten-Sonderschulen
eingesetzt wird. Die einen optoelektronischen Empfangswandler 33 und eine optoelektronische
Empfangselektronik 34.1 enthaltende Baugruppe 34 ist auf einem Kopfbügel 35 angeordnet.
Dieser trägt mindestens einen, vorzugsweise zwei Wiedergabewandler 36. Die optoelektronische
Empfangselektronik kann in vorteilhafter Weise zweikanalig für Stereoempfang ausgelegt
sein. Zusätzlich sind die ewektroakustischen Wandler 37 und 38 vorgesehen, die vorzugsweise
als Richtmikrofone mit Supercardioidcharakteristik ausgebildet sind und deren Bezugsrichtungen
39 und 40 jeweils einen Winkel in der Größenordnung von 45 zur in Blickrichtung
des Hörenden liegenden Mittelachse 41 einschließen. In der Baugruppe 34 ist ebenfalls
eine elektroakustische Empfangselektronik 34.2 vorgesehen.
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Über betriebsmäßig zu betätigende Schaltmittel, beispielsweise einen
mechanischen Umschalter, werden die von der elektrooptischen und/oder der elektroakustischen
Empfangselektronik abgegebenen Nachrichtensignale den den Wiedergabewandlern zugeordneten
Verstärkerkanälen zugeführt. Diese, Verstärkerkanäle sind, wie nicht weiter ausgeführt
zu werden braucht, ebenfalls Bestandteil der Baugruppe 34.
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Diese Empfangseinrichtung stellt somit zusätzlich ein leistungsfähiges
stereofones Hörgerät dar, daß auch bei Ausfall oder
Fehlen der
Nachrichtenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen im optischen Bereich dem
Hörgeschädigten, insbesondere aufgrund der Richtcharakteristik der eingesetzten
Mikrofone eine gute Hörunterstützung bietet. Dies ist von besonderem Vorteil beim
Verlassen oder Wechsel von IÇlassenräumen. Über den oben angeführten Umschalter
können die Ausgänge der elektrooptischen und elektroakustischen Empfangselektronik
kanalgerecht parallel geschaltet werden, so daß sich die optische und die akustische
Nachrichtenübertragung gegenseitig unterstützen. Wahlweise kann ferner nur die eine
oder andere Übertragungsart gewählt werden0 Eine weitere Ausführungsform der Empfangseinrichtung
sieht eine Automatikschaltung vor, welche bei Ausfall der optischen Nachrichtenübermittlung
den elektroakustischen Übertragungszug einschaltet.
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Es ist jedoch auch möglich, die anhand der Fig. 7 beschriebene Empfangseinrichtung
abzuwandeln und beispielsweise die Empfangsbaugruppe 34 einschließlich des Empfangswandlers
33 mit einem Kinnblügelhörer zu kombinieren. Kinnbügelhörer sind bekannt und als
sogenannte Stethoskop-Hörer bei Diktiergeräten eingesetzt.
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Für die direkte akustische Nachrichtenübermittlung kann es außerdem
vorteilhaft sein, in Jedem Verstärkerkanal der elektroakustischen Empfangselektronik
eine Amplitudenregelung vorzusehen,
wobei die Regelkreise der Verstärkerkanäle
miteinander verkoppelt werden, um die Balance des stereofonen Schalleindrucks nicht
zu verändern.
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Patentansprüche