DE3612467A1

DE3612467A1 - Sprachnachbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3612467A1
Application number: DE19863612467
Authority: DE
Inventors: Nolan K. Woodside Calif. Bushnell; Ronald Grass Valley Calif. Milner
Original assignee: AXLON Inc
Current assignee: AXLON Inc
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4589138A; GB2173978A; JPS61245199A; GB8605994D0

Description

Sprachnachbildungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sprachnachbildungsvorrichtung zum Erzeugen von pseudo-verständlicher Sprache, insbesondere für Kinderspielzeuge wie Puppen und ausgestopfte Tiere.

Man hat bereits verschiedentlich versucht, Kinderspielzeug realistischer zu gestalten durch Einbeziehen einer Vielzahl tonerzeugender Vorrichtungen zum Nachahmen von Lauten oder Tönen, die das dem Spielzeug entsprechende Tier bzw. der Gegenstand normalerweise abgeben. Zum Beispiel wurden Spielzeugflugzeuge oder Landfahrzeuge mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von Motorengeräuschen ausgestattet. In ähnlicher Weise sind Puppen und ausgestopfte Tiere bekannt mit einer Art eingebautem Piepser oder einem kleinen Tonwiedergabegerät, welches Stimmen oder Töne aus einem kleinen Vorrat nach Drücken eines Knopfes, Ziehen einer Schnur oder dergleichen von sich gibt.

Alle diese Laute oder Geräusche abgebenden Spielzeuge haben jedoch eins gemeinsam: das Spielzeug muß gewöhnlich von Hand betätigt werden, um die Lauterzeugungsvorrichtung zu aktivieren. Das Spielzeug muß z.B. gedrückt, geknufft oder in eine bestimmte Lage gebracht werden, um Töne abzugeben. Wenn eine Stimme erzeugt werden soll, ist lediglich ein sehr kleiner Vorrat an stimmähnlichen Lauten wiedergebbar, da sonst die Kosten des Spielzeuges unverhältnismäßig hoch ausfallen würden.

Es sind bereits Sprachsynthesevorrichtungen auf der Grundlage von Mikrocomputern bekannt, wobei einige durch Sprache aktiviert werden, jedoch sind derartige Vorrichtungen so kostspielig, daß sie für die Verwendung in Kindespielzeug ausscheiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und verhältnismäßig einfache Sprach- und Lautnachbildungsvorrichtung zu schaffen, mit der sich Stimmen pseudo-verständlich auf die Sprache eines Kindes oder dergleichen nachbilden lassen.

Die Erfindung macht Gebrauch von der Bildung eines Hüllkurvensignals aus einem verzögerten digitalen Impulssignal nach dem Aufnehmen einer Kinderstimme oder der Stimme einer anderen Person. Die Anstiegs- und Abfallflanken der Impulssignale werden geformt, insbesondere abgerundet, um die Anstiegs- und Abfallflanken des Hüllkurvensignals zu bilden. Das Hüllkurvensignal wird frequenzmoduliert durch ein Modulationssignal, dessen Frequenz innerhalb des Tonbereichs in pseudo-zufälliger Weise variiert, und das derart gebildete Signal wird einem Lautsprecher zugeführt, der pseudo-verständliche Laute erzeugt.

Die Sprachnachbildungsvorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Vorverstärker/Detektorschaltung zum Erzeugen eines Binärsignals beim Auftreten einer menschlichen Stimme. Dieses Binärsignal wird in einem vielstufigen seriellen Schieberegister verzögert und das verzögerte Signal auf einen Digital-Analogwandler gegeben zum Erzeugen der Amplitudenhüllkurve. Es ist ferner ein Frequenzgenerator vorgesehen mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der von einer Spannung gesteuert wird, die vom Ausgang eines Polynomzählers stammt und Taktsignale mit pseudozufällig sich ändernden Frequenzen erzeugt. Eines dieser Taktsignale wird als Modulationssignal verwendet, welches die Amplitudenhüllkurve moduliert und daraus ein Tonsignal mit veränderlicher Tonhöhe macht. Wenn dieses Signal an einen elektromechanischen Wandler, etwa einen Lautsprecher gegeben wird, entsteht ein sprachähnlicher, wenn auch unverständlicher Ton.

Alternativ kann die Weiterverarbeitung des aus der Vorverstärker/Detektorstufe kommenden Signals mit einem Mikroprozessor erfolgen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen. Sie erfordert z.B. keine manuelle Betätigung des Spielzeuges, um die Tonerzeugung einzuleiten oder zu bewirken. Ein Ton wird erzeugt als Antwort auf Sprache, ohne daß das Spielzeug gedrückt oder geknufft oder bewegt werden muß.

Außerdem antwortet die Sprachnachbildungsvorrichtung nicht unmittelbar, sondern erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit.

Die Vorrichtung versucht auch nicht, ein der auslösenden Stimme genau nachgebildetes Tonsignal zu erzeugen. Durch die sich in zufälliger Weise ändernde Frequenz des Tonsignals erzeugt es im Gegenteil eine eigene und keine genau nachgeahmte Stimme, so daß sie dem Spielzeug eine eigene "Persönlichkeit" verleiht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Sprachgenerators;

Fig. IA ist ein detailliertes Blockschaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 2 zeigt eine Schaltung zum Erzeugen einer Amplitudenhüllkurve einschließlich Vorverstärker und Detektorstufen, die Verzögerungsschaltung, den Digital-Analogwandler und die Modulatorstufen der Schaltung nach Fig. IA;

Fign. 3 und 3A zeigen die bei der Schaltung nach den Fign. 1 und 2 auftretenden Wellenformen;

Fig. 4 zeigt einen Taktgenerator, welcher in pseudo-zufälliger Weise sich ändernde Taktimpulse erzeugt;

Fig. 5 zeigt einen zeitgesteuerten Schalter zum Anlegen der Versorgungsgleichspannung an die Schaltung, und

Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform unter Verwendung eines Mikroprozessors.

Die in den Figuren dargestellte Sprachnachbildungsvorrichtung wird durch menschliche Sprache aktiviert und antwortet hierauf mit einem verständlichen Ton, d.h. sie erzeugt z.B. Sprache, wenn auch in ziemlich unartikulierter Redeweise, als Antwort beispielsweise auf die Stimme eines Kindes. Vorzugsweise bildet diese Vorrichtung Teil eines Kinderspielzeuges, etwa eines ausgestopften Tieres.

Fig. 1 zeigt eine Sprachnachbildungsvorrichtung 10, die in einen ausgestopften Bären B eingesetzt ist. Diese Sprachnachbildungsvorrichtung umfaßt ein Mikrophon 12 und einen Lautsprecher 14. Eine Batterie V _ß liefert eine Gleichspannung für die Versorgung einer Sprachbildungsschaltung 11.

Wenn ein Kind oder auch ein Erwachsener spricht, treffen die Schallwellen auf das Mikrophon 12, werden in elektrische Impulse verwandelt und gelangen an die Sprachbildungsschaltung 11. Diese erzeugt nach einer kurzen, vorbestimmten Verzögerungszeit ein elektrisches Tonsignal, welches an den Lautsprecher 14 geleitet und dort in Schall umgewandelt wird. Der von der Sprachnachbildungsvorrichtung 10 erzeugte Schall hat eine Tonhöhe, die sich in pseudo-zufälliger Weise ändert, wobei auch die Lautstärke des erzeugten Schalls moduliert werden kann, so daß kurze Schallereignisse erzeugt werden von etwa zwei Sekunden Dauer oder weniger mit jeweils einer bestimmten Anstiegs- und Abfallflanke. Die Länge jedes Tonbursts wird in der Hauptsache durch die aktivierende Stimme festgelegt, überschreitet jedoch, wie bereits erwähnt, nicht die Dauer von zwei Sekunden. Wenn

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die aktivierende Stimme weniger als zwei Sekunden spricht, wird auch das in der Sprachnachbildungsvorrichtung 10 erzeugte Schallsignal kürzer als zwei Sekunden sein.

Fig. IA zeigt ein Blockschaltbild der Sprachnachbildungsvorrichtung 10. Das Mikrophon 12 erzeugt ein elektrisches Signal als Funktion des empfangenen Schallsignals, welches an eine Vorverstärker/Detektorstufe 15 gelangt. Diese erzeugt ein binäres Tonsignal entsprechend der aufgenommenen Stimme, welches in einer Verzögerungsschaltung 16 verzögert wird, die ein vielstufiges serielles Schieberegister bildet. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 16 wird durch einen Digital-Analogwandler 18 in ein äquivalentes Analogsignal umgewandelt, welches ein Hü11kurvensignal bildet. Wie weiter unten noch beschrieben ist, werden durch die Digital-Analogwandlung die Flanken des verzögerten Tonsignals geglättet und gestreckt, so daß eine Hüllkurve mit Anstiegs- und Abfallflanken entsteht.

Das von dem Digital-Analogwandler 18 kommende Hüllkurvensignal wird einem Modulator 20 zugeleitet, an den auch ein Modulationssignal gelangt, welches in einem Frequenzgenerator 22 erzeugt wird. Dieser ist so ausgebildet, daß ein Modulationssignal in binärer Wellenform entsteht, wobei die Frequenz kontinuierlich in dem Hörspektrum in pseudo-zufälliger Weise variiert. Am Ausgang des Modulators 20 entsteht daher ein Tonsignal mit einer Tonhöhe, die sich kontinuierlich und zufällig ändert und mit einer Amplitude, die dem Amplitudensignal entspricht.

Der Frequenzgenerator 22 liefert auch die Taktsignale für den Betrieb der Verzögerungsschaltung 16 (welches als Taktsignal die Frequenz 11/8 erhält) und des Digital-Analogwandlers 18, der als Taktsignal das Modulationssignal erhält.

Die Sprachnachbildungsvorrichtung 11 arbeitet im wesentlichen durch Auswerten des vom Mikrophon 12 empfangenen Schalls, der

in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird und an die Vorverstärker/Detektorstufe 15 gelangt. Wenn der aufgenommene Schall einen genügend hohen Pegel hat, so daß eine Unterscheidung von den Umwelt- oder Hintergrundgeräuschen möglich ist, wird ein Tonsignal erzeugt und an die Verzögerungsschaltung 16 geleitet. Nach einer Verzögerungszeit von etwa zwei Sekunden erscheint das verzögerte Tonsignal am Ausgang der Verzögerungsschaltung 16 und gelangt an den Digitalwandler 18, der ein Hüllkurvensignal bildet.

Dieses gelangt an den Modulator 20 und wird durch das Modulationssignal moduliert, wobei ein Tonausgangssignal mit auf zufällige Weise sich verändernder Frequenz erzeugt wird, dessen Amplitudenverlauf dem Hüllkurvensignal entspricht. Das Tonsignal gelangt dann an den Lautsprecher 14 und ergibt einen pseudoverständlichen Schall, der sowohl in der Tonhöhe als auch in der Lautstärke entsprechend dem Modulationssignal bzw. dem Hüllkurvensignal verläuft. Der auf diese Weise erzeugte Schall ist zwar nicht verständlich, bildet jedoch eine stimmenähnliche Nachahmung mit einer Tonhöhe und einem Lautstärkeverlauf, die unterschiedlich sind von der die Sprachnachbildungsvorrichtung 10 aktivierenden Stimme, der jedoch einen ähnlichen Verlauf hat.

Um den Reiz eines Spielzeugs, etwa eines ausgestopften Bären B zu erhöhen, ist die Sprachnachbildungsvorrichtung 10 mit einer Schaltung versehen zum Erzeugen eines einem Dösezustand ähnlichen Verhaltens, wenn der Bär B für eine kurze Zeit nicht angesprochen worden ist. Diese Schaltung umfaßt einen Zeitschalter 24 zum Einschalten der Gleichspannung V__ zum Betrieb der übrigen Schaltung. Anhand der Beschreibung der Schaltung von Fig.4 wird ersichtlich, daß der Zeitschalter 24 die Speisespannung Vp_ abschaltet, wenn die Sprachnachbildungsvorrichtung 10 eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise zwei Minuten, nicht angesprochen worden ist. Der ausgestopfte Bär B spricht dann

nicht auf die Stimme einer Person an und scheint ein Nickerchen zu machen. Das Aufwecken aus diesem Zustand geschieht, wenn der Bär bewegt wird. Alternativ kann das Aufwecken erfolgen durch abermalige Ansprache.

Im folgenden ist die Sprachnachbildungsvorrichtung im einzelnen beschrieben.

Erzeugung der Hüllkurve

Fig. 2 zeigt das Schaltbild der Vorverstärker/Detektorstufe 15, der Verzögerungsschaltung 16, des Digital-Analogwandlers 18 und des Modulators 20.

Das von dem Mikrophon 12 kommende Signal gelangt an die Vorverstärker/Detektorstufe 15, die die Operationsverstärker 30 und 32 enthält nebst zugeordneter Schaltelemente und eines Kopplungskondensators Cl. Das empfangene elektrische Signal wird verstärkt und an die Detektorschaltung geleitet, welche die Diode D.. enthält sowie die Parallelschaltung eines Widerstandes Rl und eines Kondensators C2. Die Detektorstufe ergibt eine Gleichspannung, die dem Pegel des vom Mikrophon 12 ankommenden Signals entspricht. Diese Gleichspannung gelangt über einen Spannungsfolger 34 an eine Energiedetektorstufe 36, die einen Komparator 38 und Eingangswiderstände R2 und R3 enthält, welche jeweils mit dem invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang des Komparators 38 verbunden sind. Die Energiedetektorstufe 36 erzeugt ein Binärsignal, dessen einer Schaltungszustand, nämlich der Η-Zustand, das Tonsignal bildet.

Der invertierende Eingang des Komparators 38 empfängt eine gemittelte Gleichspannung von der Vorverstärker/Detektorstufe. Der nicht invertierende Eingang empfängt eine demgegenüber geringfügig kleinere Spannung als Folge der Spannungsteilung

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durch die Widerstände R3 und R4. Im Ruhezustand hat der Komparator 38 an seinem invertierenden Eingang eine geringfügig höhere Gleichspannung als an seinem nicht invertierenden Eingang. Der Ausgang des Komparators 38 ist daher im L-Zustand. Wenn das Mikrophon 12 eine Stimme aufnimmt, ändert sich die am Ausgang des Spannungsfolgers 34 auftretende Spannung. Aufgrund der unterschiedlichen Zeitkonstanten in der Schaltung zum Ankoppeln der Gleichspannung an die Eingänge des Komparators 38 tritt an dem nicht invertierenden, schnelleren Eingang eine Spannungsänderung schneller auf als an dem invertierenden Eingang. Daher wird eine Spannungserhöhung an dem Spannungsfolger 34 von dem nicht invertierenden Eingang des Komparators 38 festgestellt, bevor der invertierende Eingang diese aufgrund der Verzögerung durch den Kondensator C3 verspätet feststellt. Dadurch ändert der Komparator 38 seinen Schaltzustand in den H-Zustand, so daß ein Tonsignal auftritt.

Die vom Mikrophon 12 kommenden elektrischen Signale werden durch die Verstärker 30 und 32 verstärkt, gelangen an die Detektorschaltung mit der Diode Dl, dem Widerstand Rl und dem Kondensator C2. Der in dieser gebildete Spannungspegel entspricht der Tonfrequenz des empfangenen und an den Komparator 38 geleiteten Signals. Falls kein vorbestimmter Spannungspegel überschritten wird, der durch die Ansprechzeiten der Schaltung an den Eingängen des Komparators 38 und das Spannungsteilernetzwerk mit den Widerständen R3 und R4 bestimmt wird, bleibt der Ausgang des Komparators 38 auf dem L-Pegel. Wenn hingegen der Ansprechpegel überschritten wird, schaltet der Komparator um in den Η-Zustand und erzeugt ein Tonsignal, welches an die Verzögerungsschaltung 16 gelangt.

Die Vorverstärker/Detektorstufe 15 dient dazu, Sprache gegen ein verhältnismäßig konstantes Hintergrundgeräusch zu erkennen und ein Tonsignal zu erzeugen, welches zwischen dem H-Pegel

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und dem L-Pegel in einer dem Sprachmuster der aufgenommenen Sprache entsprechenden Weise pendelt.

Der Ausgang der Energiedetektorstufe 36, nämlich das Tonsignal, gelangt an die Verzögerungsschaltung 16, welche zwei serielle Schieberegister umfaßt, nämlich ein 64-stufiges Schieberegister 40 und ein 4-stufiges serielles Schieberegister 42, die zu einem 68-stufigen seriellen Schieberegister verbunden sind. Die beiden Schieberegister 40 und 42 werden synchron getaktet durch ein Taktsignal f/8, das an den entsprechenden Takteingängen CK anliegt und von dem Frequenzgenerator 22 (Pign.l und 4) erzeugt wird, wie weiter unten noch beschrieben ist.

Wenn das verzögerte Tonsignal die letzte Stufe mit dem Ausgang Q4 des Schieberegisters 42 erreicht, gelangt es an den Dateneingang D eines 16-stufigen seriellen Schieberegisters 44, welches einen Teil des Digital-Analogwandlers 18 bildet. Die Ausgänge Ql bis Q12 der ersten zwölf Stufen des Schieberegisters 44 sind über jeweils einen von gleichgewichteten Widerständen R5 bis R17 (10ΚΩ ) mit einem Spannungsknotenpunkt A verbunden. Die übrigen vier Stufen Ql8 bis Q21 sind über Widerstände Rl8 bis R21 mit dem Spannungsknotenpunkt A verbunden, wobei diese Widerstände bzw. die Werte 20ΚΩ , 20ΚΩ , 30Kß und 3OK haben, und zwar aus weiter unten noch erläuterten Gründen. Der Spannungsknotenpunkt A wiederum ist mit der Basis eines Transistors Ql verbunden, dessen Emitter den Ausgang des Digital-Analogwandlers 18 darstellt, an dem das Hüllkurvensignal auftritt.

Der Emitter des Transistors Ql ist mit dem Eingang eines einpoligen, einfachen Transistorschalters 48 des Modulators 20 verbunden. An dem Eingang CTL des Transistorschalters 48 liegt ein Taktsignal f/2 an, welches bewirkt, daß das Hüllkurvensignal mit Unterbrechungen mit einer Frequenz f/2 an den Lautsprecher 14 gelangt.

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Das Tonsignal wird in die zusammengeschalteten Schieberegister 40 und 42 mit einer Taktrate von f/8 (annähernd 50 Hz Taktfrequenz) eingegeben. Etwa 1,5 Sekunden später erreicht das verzögerte Tonsignal die erste Stufe des Schieberegisters 44. Bei der Verzögerung des Tonsignals in den 16 Stufen des Schieberegisters 44 steigt der Spannungspegel an dem Spannungsknotenpunkt A stufenweise mit jedem Taktimpuls der Frequenz f/2 an.

Der Beginn und die Bildung des Hüllkurvensignals sind in den Fign. 3 und 3A dargestellt. Durch das Mikrophon 12 wird ein Tonsignal S erzeugt und in der Vorverstärker/Detektorstufe 15 verstärkt und umgewandelt in die Kurvenform S'. Die Spannungsblöcke Pl bis P4 der Wellenform S' entsprechen im allgemeinen dem Verlauf der Hüllkurve des Tonsignals S.

Fig. 3 zeigt auch die verzögerten Tonblöcke der Wellenform DS', die von den nicht verzögerten durch ein Apostroph unterschieden sind. Wenn die verzögerten Tonblöcke Pl' und P2' durch die Stufen des Schieberegisters 44 laufen, die entsprechende Anstiegsflanken 45, 47 und Abfallflanken 45', 47' aufweisen, welche abgerundete Bereiche aufweisen aufgrund der ungleichen Bemessung der Widerstände R18 bis R21. Die abgerundeten Bereiche der Abfallflanken 45' und 47' entstehen auf ähnliche Weise. Die Hüllkurve bestimmt die Amplitude des vom Lautsprecher 14 erzeugten Schalls.

Die Wellenform des Tonsignals und daher das Hüllkurvensignal entsprechen der Stimme, durch die die Sprachnachbildungsvorrichtung aktiviert wurde. Während die Zeitverzögerung bis zum Auftreten des Tonsignals an der letzten Stufe Q16 des Schieberegisters 44 etwa 1,5 Sekunden beträgt, erzeugen die meisten auslösenden Stimmen einen Verlauf des Tonsignals, der kürzer ist als diese Zeit. Um zu gewährleisten, daß die Vorrichtung nicht auf sich selbst anspricht, wird vom Ausgang Ql des

Schieberegisters 44 ein Gegenkopplungssignal abgenommen, welches über die Leitung 49 und eine Diode D2 mit dem invertierenden Eingang des !Comparators 38 verbunden ist. Wenn die Sprachnachbildungsvorrichtung selbst Töne erzeugt, tritt an dem invertierenden Eingang des Komparators 38 eine erhöhte Spannung auf, die dafür sorgt, daß der Komparator 38 keine Tonsignale erzeugt, bevor der Kondensator C3 innerhalb von etwa zwei Sekunden entladen ist.

Sämtliche Taktsignale werden durch den Frequenzgenerator 22 erzeugt, dessen Schaltung in Fig. 4 näher erläutert ist. Der Frequenzgenerator 22 umfaßt ein 7-stufiges serielles Schieberegister 50, welches als ein Maximallängen-Polynomzähler aufgebaut ist durch eine Gegenkopplungsschleife über ein Paar EXKLUSIV-ODER Gatter 54 und 56 mit je zwei Eingängen. Vorzugsweise sind zwei Stufen des Schieberegisters 50 für die Ansteuerung des EXKLUSIV-ODER Gatters 54 verwendet, so daß der Zähler

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eine Maximalzählung bis 2 -1 ausführen kann, worin N die Anzahl der Stufen ist, in diesem Fall also gleich 7. Die Ausgänge Q6 und Q7 der sechsten bzw. siebten Stufe des Schieberegisters 50 sind mit den beiden Eingängen des EXKLUSIV-ODER Gatters 54 verbunden .

Der Ausgang des EXKLUSIV-ODER Gatters 54 ist mit einem der beiden Eingänge des EXKLUSIV-ODER Gatters 56 verbunden, an dessen anderen Eingang das Tonsignal aus dem Komparator 38 (Fig. 2) gelangt. Dadurch kann sich der Zähler von allen Nullzuständen erholen. Der Ausgang des EXKLUSIV-ODER Gatters 56 ist mit dem Dateneingang G des Schieberegisters 50 verbunden, und der Takteingang CK empfängt das Taktsignal f/32.

Die letzten vier Ausgänge Q5, Q6, Q7 und Q8 des Schieberegisters 50 sind jeweils über Widerstände R22, R23, R24 bzw. R21 mit einem Spannungsknotenpunkt C verbunden. Die an diesem

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herrschende Spannung ist eine pseudo-zufällig variierende Spannung, die durch den Kondensator C3 geglättet wird und an den Eingang I eines spannungsgesteuerten Oszillators 58 gelangt.

Der Oszillator 58 erzeugt in Abhängigkeit von der anliegenden Steuerspannung, wie sie von dem Polynomzähler an dem Spannungsknotenpunkt C erzeugt wird, ein Ausgangssignal f mit einer Frequenz, die pseudo-zufällig variiert. Das Ausgangssignal f des Oszillators 58 gelangt an einen 5^StUfigen Frequenzteiler 60. Die erste, dritte und fünfte Stufe desselben erzeugen Taktsignale mit den Frequenzen f/2, f/8 und f/'32, die jeweils durch Teilung durch 2, 8 bzw. 32 aus dem Ausgangssignal f erzeugt sind. Da das Ausgangssignal f sich in der Frequenz ändert, ändern sich auch die drei Taktsignale in pseudo-zufälliger Weise.

Wie anhand der Beschreibung von Fig. 2 bereits gesagt, gelangt das Taktsignal f/2 an den Transistorschalter 48 sowie das Schieberegister 44, während das Taktsignal f/8, eine Subharmonische des Taktsignals f/2, an die Schieberegister 40 und 42 gelangt. Auf diese Weise werden pseudo-zufällige Änderungen in der Verzögerung des Tonsignals erreicht sowie Anstiegs- und Abfallflanken des Hüllkurvensignals erzeugt und die Zeitdauer des Tonsignals sowie die Modulationsfrequenz festgelegt. Diese Änderungen ergeben ein Tonsignal, welches in der Tonhöhe und der Lautstärke variiert und einen sprachähnlichen Charakter hat.

Die dargestellte Schaltung wird von einer kleinen Batterie gespeist. Es kann jedoch auch ein Zeitschalter 24 vorgesehen sein, der im einzelnen in Fig. 5 dargestellt ist. Dieser Zeitschalter umfaßt eine Batterie V__n,, ein Paar EXKLUSIV-ODER

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Gatter 70 und 72, einen Binärzähler 74, und einen PNP-Ausgangstransistor Ql, zu dessen Transistor die Speisespannung V.,-, durchgeschaltet werden kann.

Die Batterie V_ß ist mit einem von zwei Eingängen des EXKLUSIVODER Gatters 70 über einen Widerstand R25 verbunden. Dieser Eingang ist über einen lagerabhängigen Schalter SWl mit Masse verbunden. Dieser Schalter SWl ist so ausgebildet, daß der Schaltarm Al desselben intermittierend an den Kontakt Tl anstößt, wenn die Vorrichtung bewegt oder geschüttelt wird. Der zweite Eingang des EXKLÜSIV-ODER Gatters 70 ist ebenfalls mit Masse verbunden, obwohl er, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, alternativ auch mit dem aufgenommenen Tonsignal beaufschlagt werden kann.

Der Ausgang des EXKLÜSIV-ODER Gatters 70 ist über ein RC-Glied mit einem der beiden Eingänge des EXKLUSIV-ODER Gatters 72 verbunden. Der andere Eingang desselben ist mit dem Kontakt Tl des Schalters SWl verbunden. Der Ausgang des EXKLUSIV-ODER Gatters 72 führt an den Reset-Eingang R eines Binärzählers 74, der mit dem Taktsignal f/32 an seinem Takteingang CK getaktet wird. Der Ausgang Q des Binärzählers 74 ist über einen Strombegrenzungswiderstand R26 mit der Basis des Transistors Q2 verbunden.

Der Zeitschalter hat folgende Wirkungsweise. Es sei angenommen, daß der Schaltarm Al des Schalters SWl nicht in Berührung mit dem Kontakt Tl ist und daß dieser Zustand eine ganze Weile bestanden hat, beispielsweise während mindestens zwei bis drei Minuten. Daher liegen an beiden Eingängen des EXKLUSIV-ODER Gatters 72 Η-Pegel, und dessen Ausgang ist auf einem L-Pegel, also dem Zustand, der erforderlich ist, damit der Binärzähler 74 zu zählen anfängt. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Zeitschalter 24 ursprünglich im abgelaufenen Zustand war, daß also der Binärzähler 74 an seinem Ausgang Q auf Η-Pegel ist und der Transistor Q2 demnach gesperrt ist, so daß die übrige Schaltung einschließlich der Taktfrequenz f/32 gesperrt sind. Wenn jedoch der Zeitschalter 24 bewegt oder geschüttelt wird, kommt der Schaltarm Al des Schalters SWl in Berührung mit dem Kontakt Tl und verbindet diesen mit Masse, so daß L-Pegel an den Eingängen

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des EXKLUSIV-ODER Gatters 72 anliegen. Der Ausgang desselben geht daher unmittelbar in den Η-Pegel, der über das RC-Glied verzögert an einen Eingang des EXKLUSIV-ODER Gatters 72 gelangt. Der Binärzähler 74 wird dadurch auf Null gestellt, so daß sein Ausgang Q auch auf Null ist, also auf L-Pegel. Dadurch wird der Transistor Q2 leitend, so daß an dessen Kollektor die Spannung V^_n auftritt, die annähernd der Spannung V_Dr) entspricht. Dadurch wird die Sprachnachbildungsvorrxchtung unter Strom gesetzt.

Der Binärzähler 74 beginnt zu zählen, getaktet durch das Taktsignal f/32, bis etwa nach zwei Minuten der Ausgang Q des Binärzählers in den Η-Pegel übergeht. Dadurch wird der Transistor Q2 gesperrt und die Spannung V-- geht gegen Null, so daß die Sprachnachbildungsvorrxchtung keine Speisespannung mehr erhält. Der Frequenzgenerator 22 hört zu arbeiten auf, und auch die Taktfrequenz f/32 läuft nicht weiter. Der Binärzähler 74 bleibt in diesem Zustand, und die Vorrichtung ist nun im Schlafzustand, bis sie wieder bewegt oder geschüttelt wird.

In dem oben stehenden Beispiel ist angenommen, daß der Schaltarm Al normalerweise nicht in Berührung mit dem Kontakt Tl ist. Es ist natürlich auch möglich, den Schalter SWl mit einem Ruhekontakt auszubilden, der sich beim Bewegen oder Schütteln öffnet. In diesem Fall liegt am Eingang R des Binärzählers 74 ein L-Pegel an, und beim öffnen des Schalters wechselt dieser Zustand in den Η-Pegel und setzt den Zähler daher wieder auf Null und schaltet den Transistor Q2 wieder durch.

Wenn dieser Zeitschalter in einem Kinderspielzeug verwendet wird, ergeben sich zwei ausgesprochene Vorteile. Es wird ein realistischerer Zustand simuliert, indem der Spielzeugbär oder die Spielzeugpuppe sich normalerweise schlafend stellt. Sie kann dann durch Schütteln oder Bewegen wachgerüttelt werden. Außerdem wird durch den Zeitschalter 24 die Batterie V__, geschont.

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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Sprachnachbildungsvorrichtung, bei der ein Mikroprozessor verwendet wird zum Erzeugen des Tonausgangssignals. Das Mikrophon 12 und die Vorverstärker/Detektorstufe 15 bleiben unverändert erhalten und sind in Fig. 6 daher nicht dargestellt. Die Sprachnachbildungsschaltung 10' umfaßt einen Mikroprozessor 80, dessen Eingang Il mit dem Ausgang der Vorverstärker/Detektorstufe 15 verbunden ist. Der Mikroprozessor 80 ist mit seinen beiden Datenausgängen Dl und D2 mit einem Modulator 20' verbunden, der ein integrierendes RC-Glied R27/C5, zwei Verstärker 84 und 86 und Treibertransistoren Q3 und Q4 enthält. Der Mikroprozessor 80 liefert an seinem Datenausgang Dl das Hüllkurvensignal. Die Anstiegsflanke und die Abfallflanke des Hüllkurvensignals bilden Impulse mit zunehmendem Impulszyklus, also einer Art Pulsbreitmodulation, so daß diese Impulse nach Durchlaufen des integrierenden RC-Gliedes R27/C5 die Anstiegs- und Abfallflanken der Hüllkurve ergeben. Der Ausgang des RC-Gliedes ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 84 verbunden, dessen Ausgang mit der Basis des Treibertransistors Q3 verbunden ist. Der Emitter desselben ist mit einem der Anschlüsse eines Lautsprechers 14' verbunden. Mittels Widerständen R28 und R29 läßt sich die Leistung des Verstärkers 84 einstellen.

Am Ausgang D2 des Mikroprozessors 80 liegt das Modulationssignal an, welches ein Impulszug mit pseudo-zufällig variierender Impulsrate ist. Der Ausgang D2 ist mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 86 verbunden, dessen Ausgang mit der Basis des Treibertransistors Q4 in Verbindung steht, dessen Kollektor mit dem anderen der beiden Anschlüsse des Lautsprechers 14' verbunden ist.

Der Mikroprozessor 80 tastet kontinuierlich das am Eingang Il anliegende Signal ab, speichert eine Bitfolge in einem internen Speicher (nicht dargestellt), die dem abgetasteten Tonsignal entspricht. Nach einer Verzögerungszeit von etwa zwei Sekunden

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nach der betreffenden Abtastung erscheint die Bitfolge an dem Ausgang Dl des Mikroprozessors 80. Diese Abtastfunktion ergibt ein ähnliches Signal wie das bei der ersten Ausführungsform durch die Schieberegister 40 und 42 und die Verzögerungsschaltung 16 erzeugte Signalform. Das Ausgangssignal am Ausgang Dl wird durch das RC-Glied R27/C5 integriert, so daß eine Anstiegsflanke des Hüllkurvensignals ähnlich der in Fig. 3A dargestellten entsteht, die letztlich auch von dem Lautsprecher 14' wiedergegeben wird.

In Fig. 6 ist ebenfalls ein abgeänderter Zeitschalter 24' dargestellt. Die Zählfunktion des Binärzählers 74 von Fig. 5 wird nunmehr durch den Mikroprozessor 80 ausgeführt. Der Zeitschalter 24' enthält die nötige Schaltung zum Verarbeiten der Signale des Schalters SWl und zum Herunterschalten der Sprachnachbildungsvorrichtung in den Schlafzustand nach einer bestimmten Zeitdauer.

Der Zeitschalter umfaßt ein Paar Flipflops 88 und 90. Die Dateneingänge D der beiden Flipflops sind mit der Batterie V verbunden, während die Takteingänge CK über Widerstände R30 bzw. R31 mit der Batterie verbunden sind. Der Datenausgang D3 des Mikroprozessors 80 ist mit dem Takteingang CK des Flipflop 88 über einen Transistor Q6 verbunden. Der Ausgang des Flipflop 88 ist mit dem Rückstelleingang R des Flipflop 90 verbunden, und der Komplementärausgang Q des Flipflop 90 ist mit dem Rückstelleingang R des Flipflop 88 über ein RC-Glied mit dem Widerstand R33 und dem Kondensator C6 verbunden. Der Komplementärausgang Q des Flipflop 90 ist ferner mit der Basis eines Schalttransistors Q5 über einen Widerstand R32 verbunden.

Der Hauptteil der Sprachnachbildungsschaltung 10' ist ohne Versorgungsspannung, wenn die Vorrichtung über einen längeren Zeitraum nicht bewegt worden ist. In diesem Zustand ist der

Komplementärausgang Q des Flipflop 90 auf Η-Pegel, so daß der Schalttransistor Q5 nicht leitend ist. Nun sei angenommen, daß das die Sprachnachbildungsvorrichtung enthaltende Spielzeug bewegt wird, so daß der Schaltarm Al einen Augenblick außer Berührung mit dem Kontakt Tl ist. Die Spannung an dem Takteingang CK des Flipflop 90 geht augenblicklich auf Η-Pegel, so daß nunmehr der Komplementärausgang Q auf L-Pegel geht und den Transistor Q5 leitend macht. Daher erhält die Sprachnachbildungsschaltung nunmehr die Ver sor gungs spannung ν__, vom Kollektor des Transistors Q5. Der Mikroprozessor 80 spricht dann auf ein vom Mikrophon aufgenommenes Schaltsignal an und erzeugt ein Hüllkurvensignal sowie ein Modulationssignal. Nach einer bestimmten Zeit, etwa eineinhalb bis zwei Minuten, wobei diese Zeit bei irgendeiner Änderung der Daten an dem Eingang 12 des Mikroprozessors wieder neu zu laufen beginnt, erzeugt der Mikroprozessor 80 ein L-Signal an seinem Ausgang D3 und schaltet den Transistor Q6 ab, so daß die Spannung an dem Takteingang CK des Flipflop 88 auf Η-Pegel geht. Der Ausgang Q des Flipflop 88 geht daher in den Η-Pegel und stellt den Flipflop 90 zurück, so daß der Komplementärausgang Q auf Η-Pegel umschaltet. Der Transistor Q5 wird abgeschaltet, so daß keine Speisespannung V_n mehr an der Schaltung anliegt. Diese (mit Ausnahme der Flipflop 88 und 90) gelangt daher in den Schlafzustand, bis wiederum der Schaltzustand des Schalters SWl geändert wird.

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Claims

C · ·■ # t 75-12-1 Patentansprüche :

1. Sprachgesteuerte Sprachnachbildungsvorrichtung zum Erzeugen pseudo-verständlicher Laute, gekennzeichnet durch ein Mikrophon (12) zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend der aufgenommenen Sprache, durch eine von dem elektrischen Signal gesteuerte Verzögerungsschaltung (16) zum Verzögern des elektrischen Signals um eine vorgegebene Zeitdauer, durch einen Frequenzgenerator (22) zum Erzeugen eines Modulationssignals mit einer in zufälliger Weise variablen Frequenz, und mit einer von dem verzögerten elektrischen Signal und dem Modulationssignal gespeisten Schaltung zum Erzeugen eines Tonfrequenz-Ausgangssignals mit einer Amplitude entsprechend derjenigen des verzögerten elektrischen Signals und mit einer Tonhöhe entsprechend dem Modulationssignal, und durch einen Schallwandler (14) zum Umsetzen dieses Ausgangssignals in Schall.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal ein Binärsignal ist, bei dem ein Pegel die Anwesenheit von Sprache anzeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsschaltung (16) ein vielstufiges Schieberegister umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Digital-Analogwandler (18), der auf das Schieberegister folgt, zur Bildung von Anstiegs- und Abfallflanken eines Tonnachbildungssignals.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Digital-Analogwandler eine Anzahl Widerstände umfaßt, die einerseits mit einem spannungssummierenden Knotenpunkt A und andererseits mit den Ausgängen eines Schieberegisters (44) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (22) eine Einrichtung zum Erzeugen eines in zufälliger Weise sich in der Frequenz ändernden Taktsignals umfaßt, daß die Verzögerungsschaltung ein mehrstufiges Schieberegister umfaßt, das von dem Taktsignal getaktet wird und das elektrische Signal mit der Taktfrequenz zum Ausgang des Schieberegisters weiterleitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Sperrschaltung (49) zum Verhindern der Erzeugung des elektrischen Signals während einer bestimmten Zeit nach dessen Auftreten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Zeitschalter (24, 24') zum Umschalten der Vorrichtung in einen Zustand niedrigen Stromverbrauchs.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzgenerator (22) einen Polynomzähler sowie einen zweiten Digital-Analogwandler umfaßt, der von dem Polynomzähler (50) gesteuert wird zum Erzeugen einer in zufälliger Weise sich ändernden Spannung, und durch einen von dieser Spannung gesteuerten steuerbaren Oszillator (58)»

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen durch Bewegung, Beschleunigung oder Lageänderung gesteuerten Schalter (SWl) zum Umschalten des Zeitschalters (24) in den Einschaltzustand.