-
"Schaltungsanordnung für einen Vocoder"
-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
-
Der in der Hauptanmeldung angegebene Vocoder kann also die Sprachsignale
für eine Vielzahl von Kanälen im Zeitmultiplex erzeugen. Die maximale Anzahl der
Kanäle ist theoretisch gleich dem Vielfachen, um das die Ausgabe der Sprachsignale
langsamer als die Erzeugung der Sprachsignale durch den Vocoder erfolgt, nämlich
wenn die einzelnen Segmente von Sprachsignalen, die der Vocoder nacheinander erzeugt,
unmittelbar aneinander anschließen.
Dies ist in der Praxis Jedoch
nicht möglich, da ein Vocoder Schwingkreise verwendet, die durch ein Anregungssignal
in einer für das zu erzeugende Sprachsignal charakteristischen Weise angeregt werden
und am Ende jedes Sprachsegments so lange ausschwingen müssen, bis die in den Schwingkreisen
gespeicherte Energie umgewandelt ist und die Schwingkreise wieder ihren Ruhezustand
angenommen haben, damit nicht jeweils das vorhergehende Sprachsegment das folgende
hörbar beeinflußt.
-
Aufgrund der erforderlichen Güten für zumindest einige der Schwingkreise
dauert dieses Aus schwingen aber länger als die Länge der einzelnen Sprachsegmente,
die sich aus wirtschaftlichen Gründen nach der Größe der den einzelnen Ausgabekanälen
zugeordneten Speicher richtet. Dadurch wird also die Anzahl der Kanäle, für die
der Vocoder quasi gleichzeitig die Sprachsignale erzeugen kann, erheblich reduziert.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, den Vocoder in der Schaltungsanordnung
nach der Hauptanmeldung so auszugestalten, daß für ein gegebenes Vielfaches, d.h.
für einen gegebenen Zeitdehnungsfaktor, die Sprachsignale für eine möglichst große
Anzahl von Kanälen erzeugt werden können. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch
die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
wird die Energie in dem Schwingkreis so schnell abgebaut, daß die Pausen zwischen
zwei Sprachsignalstücken nur einen Bruchteil der Dauer des Sprachsignalstückes betragen
müssen, und damit kann die theoretisch maximale Anzahl von Kanälen weitgehend angenähert
werden.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung mit verschiedenen Möglichkeiten
zur Dämpfungserhöhung sind in den Unteransprechen gekennzeichnet.
-
Ausfilhrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild des gesamten Vocoders,
Fig. 2 einen steuerbaren Reihenschwingkreis zur Verwendung in dem Vocoder nach Fig.
1, Fig. 3 den Signalverlauf an einem Schwingungskreis mit und ohne gesteuerte Dämpfung,
Fig. 4 bis Fig. 7 einige Realisierungen zur Erhöhung der Dämpfung, Fig. 8 eine Ansteuerschaltung
für die Dämpfungsglieder.
-
Bei dem Blockschaltbild in Fig. 1 besteht der Vocoder aus dem Generator
1 zur Lieferung des Anregungssignals a sowie einer Reihenschaltung aus fünf gesteuerten
Filtern 2 bis 6 zur Erzeugung der Formanten. Das Anregungssignal kann aus einer
Folge von Impulsen bestehen, die dem vom menschlichen Kehlkopf erzeugten Impuls
nachgebildet sind, oder im einfachsten Falle aus einem Rechtecksignal. Der Rechner
6 steuert die Frequenz des vom Generator 1 erzeugten Anregungssignals a und damit
die Sprachgrundfrequenz sowie über die Steuerleitungen sl bis s5 die Frequenz und
die Amplitude der in den Filtern erzeugten Formanten. Am Ausgang A erscheinen dann
die
einzelnen zeitkomprimierten Sprachsignalsegmente, die anschließend
durch einen nicht dargestellten Multiplexer auf die ebenfalls nicht dargestellten
Speicher der einzelnen Kanäle verteilt und zeitlich gedehnt werden. Die Funktion
des Dämpfungskreises 7 wird später erläutert.
-
Die einzelnen Filter bestehen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, aus
Serienresonanzkreisen mit der Spule 11 und der steuerbaren Kapazität 13, die durch
den Kondensator 12 mit relativ großer Kapazität zur Gleichspannungstrennung verbunden
sind.
-
Die steuerbare Kapazität 13 ist in diesem Falle eine Kapazitätsdiode,
deren Kapazität über den Widerstand 14 von der veränderbaren Gleichspannung am Steuereingang
s1 gesteuert wird. Der Serienkreis ist als Tiefpaß ausgebildet, und die Resonanzfrequenz
f1 des Filters 2 ist auf den höchsten Formanten abgestimmt, und die Resonanzfrequenzen
f2 bis f4 der Filter 3 bis 5 sind in der Reihenfolge auf die nächst niedrigeren
Formanten abgestimmt, bis schließlich die Resonanzfrequenz f5 des Filters 6 auf
den ersten Formanten abgestimmt ist. Dadurch erscheinen die hohen Frequenzanteile
am Ausgang A relativ stark gedämpft, wie es jedoch auch tatsächlich bei der menschlichen
Stimme der Fall ist. Die Wirkung der Filter bleibt dabei jedoch erhalten, denn beispielsweise
das erste Filter 2 hebt aus dem Spektrum des Anregungssignals a den Frequenzbereich
relativ an, auf den der Schwingkreis abgestimmt ist. Die relative Anhebung hängt
ab von der durch die menschliche Stimme vorgegebenen Güte des Schwingkreises, die
beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Parallelwiderstand zur Spule 11
eingestellt
werden kann. Diese Güte ist insbesondere für den zweiten
und dritten Formanten relativ groß (bis zu 30), so daß ein einmal angeregtes Filter
nach dem Abschalten der Anregungsfunktion noch einige Zeit schwingt und damit ein
Ausgangssignal abgibt, bis die in den Schwingkreiselementen gespeicherte Energie
abgeklungen ist.
-
Der Ausschwingvorgang eines einmalig angeregten Filterkreises ist
in Fig. 3 dargestellt. Der linke Ausschwingvorgang ergibt sich, wenn ein Serienresonanzkreis
mit relativ hoher Güte unbelastet nach einer einmaligen Anregung ausschwingt. Wie
zu erkennen ist, enthält der Serienschwingkreis nach einer Anzahl von Schwingungen
immer noch eine so große Energie, daß ein im Verhältnis zum maximalen Ausgangssignal
merkbares Signal erzeugt wird, so daß nach dem Ende eines Sprachsegments eine erhebliche
Zeit abgewartet werden müßte, bis die Energie des Schwingkreises mit der höchsten
Güte so weit abgeklungen ist, daß das nächste Sprachsegment nicht mehr hörbar beeinflußt
wird. Diese Zeit läßt sich erheblich verkürzen, wenn am Ende eines Sprachsegments
alle Schwingkreise stark gedämpft werden, wie dies im rechten Teil der Fig. 3 dargestellt
ist. Die untere Kurve zeigt den Dämpfungsimpuls, der sehr weiche Übergänge und damit
wenig hohe Frequenzanteile enthält, damit er nicht den Schwingkreis selbst anregt.
Der darüber dargestellte Ausschwingvorgang zeigt, daß die Energie des Schwingkreises
bereits nach weniger als zwei Schwingungen vollständig abgebaut ist.
-
Dann kann bereits das nächste Sprachsegment beginnen.
-
Die Erhöhung der Dämpfung eines Schwingkreises kann auf verschiedene
Weise erfolgen. In Fig. 4 besteht der Schwingkreis entsprechend der Fig. 2 aus der
Spule 11 und dem Kondensator 13, während der Trennkondensator 12 und der Widerstand
14 der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind. Das Anregungssignal wird, gegebenenfalls
von einem vorhergehenden Filter, dem Eingang a zugeführt und das Ausgangssignal
am Anschluß al abgenommen. Dies alles gilt entsprechend auch für die Figuren 5 bis
7. In Fig. 4 enthält der die Spule 11 tragende Spulenkern noch eine weitere Wicklung
15, durch die zum Dämpfen ein Stromimpuls über den Eingang d geschickt wird, der
den Spulenkern in die Sättigung steuert. Dadurch wird die Energie des Schwingkreises
schnell vernichtet, wodurch außerdem die Frequenzänderung, die in diesem Falle durch
die Sättigung des Spulenkerns erfolgt, nicht störend ist.
-
In Fig. 5 liegt in Reihe mit der Spule 11 ein Transistor 16 als Schalter,
der zum Dämpfen durch ein entsprechendes Signal an dem Basisanschluß d gesperrt
wird. Auch hierdurch verschwindet die Energie des Schwingkreises sehr schnell. Statt
des bipolaren Transistors 16 kann auch ein anderes, als Schalter wirkendes Element
verwendet werden.
-
In Fig. 6 liegt parallel zu der Spule ein Feldeffekttransistor 17
als Schalter. Zum Dämpfen wird dieser Transistor über den Eingang d leitend geschaltet,
so daß die Spule 11 kurzgeschlossen und dadurch die Schwingkreisenergie schnell
vernichtet wird.
-
In Fig. 7 ist schließlich der Ausgang a1 des Filters über eine Diode
18 mit dem Dämpfungsanschluß d verbunden. Wenn an diesen Anschluß d ein negativer
Spannungsimpuls niederohmig angelegt wird, wird der Ausgang des Serienresonanzkreises
aus der Spule 11 und dem Kondensator 13 stark belastet und damit gedämpft, so daß
die im Schwingkreis enthaltene Energie über die Diode 18 schnell abgeleitet wird.
Mit dieser Schaltung ist die in Fig. 3 dargestellte gedämpfte Schwingung erzeugt
worden.
-
In Fig. 8 ist der in Fig. 1 dargestellte Dämpfungskreis 7 etwas ausführlicher
dargestellt. Am Ende jedes Sprachsegments gibt der Rechner 6 einen negativen Impuls
an den Eingang des Dämpfungskreises ab. Dieser Eingang führt auf einen Tiefpaß,
der aus den Widerständen 21 und 22 sowie den Kondensatoren 23 und 24 aufgebaut ist
und der die hohen Frequenzanteile in dem rechteckförmigen Steuerimpuls praktisch
entfernt, so daß an der Basis des Transistors 25 der in Fig. 3 dargestellte Dämpfungsimpuls
mit weichen Übergängen erscheint. Der Transistor 25 verstärkt diesen Dämpfungsimpuls.
Wenn dieser Dämpfungsimpuls die Schwellspannung der Diode 18 überschreitet, wird
diese leitend und schaltet den Widerstand 26 parallel zum Kondensator des Schwingkreises.
Die dadurch stark angestiegene Dämpfung reduziert die Schwingungsamplituden so schnell,
daß das nächste Sprachsegment nach einer nur sehr kurzen Pause beginnen kann.
-
Bei Schwingkreisen mit hoher Resonanzfrequenz und hoher Dämpfung (höhere
Formanten) kann die Zusatzdämpfung unter Umständen
entfallen.
-
Wenn auch die vorstehende Beschreibung stets von einem Formant-Vocoder
ausging, sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen keineswegs darauf beschränkt, Auch
andere Vocodertypen enthalten Schwingkreise hoher Güte, z.B. die Bandpässe von Kanal-Vocodern,
die eine große Ausklingzeit erfordern.
-
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können daher ebenfalls bei der Benutzung
anderer Vocodertypen mit Schwingkreisen angewendet werden, wobei die gleichen Vorteile,
wie vorstehend beschrieben, erhalten werden.
-
PATENTANSPRUCHE: