DE3717278A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuenstlichen erzeugen von tierstimmen entsprechenden lauten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur künstlichen Erzeugung von Lauten, die Tierstimmen entsprechen. Sie findet Anwendung bei der künstlichen Wiedergabe von Tierstimmen, insbesondere von Notschreien, um damit bestimmte Tiere (Säugetiere und Vögel) zu verscheuchen, die man gerne von einem vorbestimmten Ort entfernt haben möchte.

Es ist die Notwendigkeit bekannt, insbesondere in Berei­ chen mit Flugbetrieb oder in landwirtschaftlich genutzten Gegenden, bestimmte Vogelarten zu vertreiben, die Flug­ zeuge beschädigen können, die sich auf den Flughäfen oder in deren Nähe bewegen oder die der Landwirtschaft durch Zerstörungen des Pflanzgutes in beachtlichem Umfang Scha­ den zufügen.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die es erlauben, Vogelstimmen entsprechende Laute wiederzugeben, z.B. Not- oder Alarmschreie von Vögeln oder von Säugetieren, wobei diese Verfahren es ermöglichen, diese Tiere zu verscheu­ chen.

Das geläufigste Verfahren besteht darin, Notschreie der Tierart auf einem Magnetband oder einem Kassettengerät aufzuzeichnen, die man verscheuchen möchte. Dabei ist zu bemerken, daß die Notschreie einer Tierart es ermöglichen, nicht nur diese Tierart, sondern auch bestimmte andere Tierarten zu verscheuchen.

Nach diesem Verfahren genügt es also, mittels eines Ton­ bandgerätes das Magnetband abzuspielen, um die auf diesem Band aufgezeichneten Not- oder Alarmschreie wiederzugeben. Das Bandgerät ist dabei in der Nähe des Ortes angeordnet, wo sich die zu verscheuchende Tierart aufhält.

Dieses Verfahren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Tönen mittels eines Magnetbandes ist wenig zuverlässig, insbe­ sondere aus mechanischen Gründen.

Es ist ferner ein Verfahren bekannt, das die künstliche Erzeugung von Tierlauten ermöglicht. Dieses Verfahren besteht in erster Linie darin, eine harmonische Analyse der Laute durchzuführen, die den Notschreien der betref­ fenden Tierart entsprechen. Das Verfahren besteht ferner darin, die den Notschreien entsprechenden Laute künstlich durch Anlegen eines elektrischen Erzeugungssignals an ein elektroakustisches Gerät wiederzugeben.

Das elektrische Erzeugungssignal hat eine Frequenz, die sich mit den durch Analyse bestimmten Frequenzen ändert, die so getreu wie möglich wiedergegeben werden. Dieses Verfahren strebt an, nicht nur die fundamentalen Fre­ quenzen wiederzugeben, die den analysierten Lauten ent­ sprechen, sondern auch alle entsprechenden harmonischen Frequenzen.

Man weiß aufgrund einer Analyse natürlicher Geräusche, daß die Not- oder Alarmschreie sowie abstoßende Laute, die auf Säugetiere und Vögel wirken, eine sehr charakteristische Struktur haben. Sie bestehen immer aus gleich beabstande­ ten Frequenzen, denen eine Frequenzmodulation aufgeprägt ist. Die detaillierte Untersuchung der Lautstrukturen zeigt, daß diese Gleichbeabstandung auf verschiedenste Weise je nach Tierart erhalten wird. Man begegnet z.B. Lauten, die aus tatsächlichen harmonischen Reihen (selten) bestehen, wohingegen aus der Überlagerung verschiedener Frequenzen bestehen. Bei den bekannten Verfahren zur künstlichen Erzeugung von Tierlauten versucht man, alle Parameter zu verwenden, aus denen die natürlichen Laute zusammengesetzt sind.

Diese Art von Verfahren erfordert die Verwendung sehr leistungsfähiger Datenverarbeitungseinrichtungen in Ver­ bindung mit Speichern sehr großer Speicherkapazität, da die Laute so naturgetreu wie möglich übertragen werden, wenn alle Parameter verwendet werden, die sich aus einer vorhergehenden harmonischen Analyse ergeben haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden und insbesondere ein einfaches Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die kostengünstig die künstliche Erzeugung von Lauten ermögli­ chen, die Not-, Alarm- oder Warnschreien von Tieren ent­ sprechen. Das Verfahren verwendet keine vorhergehende Aufzeichnung, während der Schreie verschiedener Tierarten aufgezeichnet und wenig naturgetreu wiedergegeben werden (im Fall der Verwendung von Magnetbändern); das Verfahren benötigt keine leistungsfähigen und teuren Datenverarbei­ tungseinrichtungen, die die analysierten Laute so natur­ getreu wie möglich wiedergeben, indem alle während der vorhergehenden Analyse bestimmten Parameter verwendet werden.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Danach wird ins­ besondere zur Synthese der Laute ein elektrisches Recht­ ecksignal mit veränderlicher Frequenz verwendet, dessen Tastverhältnis für jede Periode festgehalten ist, in Ab­ hängigkeit von nur wenigen bestimmten Harmonischen, die man bei der künstlichen Wiedergabe der analysierten Laute beibehalten möchte. Dieses erfindungsgemäße Verfahren be­ nötigt nicht die Verwendung aller durch die vorhergehende Analyse der natürlichen Laute definierten Parameter.

Nur bestimmte Parameter werden beibehalten. Ihre Anzahl ist so beschränkt, daß ihre Auswahl manuell erfolgen kann. Die Verwendung eines automatischen Digitalisierungsverfah­ rens der Parameter ist nicht von Nutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt, daß es, um Not-, Alarm- oder Warnsignale von Tieren wiederzugeben, ausreicht:

• - Die Reihen-Aquidistanz der Frequenzen, die in den natürlichen Lauten vorhanden sind, zu vereinfachen,
• - die Frequenzmodulation zu vereinfachen,
• - die Anzahl der Relativniveaus der Frequenzen, aus denen das akustische Spektrum besteht, zu begrenzen, und
• - die Phasenbeziehungen unberücksichtigt zu lassen.

Folglich ermöglicht es die Erfindung gegenüber herkömmli­ chen Verfahren, die leistungsstarke Datenverarbeitungsein­ richtungen verwenden, den erforderlichen Speicheraufwand erheblich einzuschränken.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum günstigen Erzeu­ gen von Lauten, die Not-, Alarm- oder Warnschreien von Tieren entsprechen, das darin besteht, eine harmonische Analyse der Frequenzen dieser Laute durchzuführen und anschließend diese Laute künstlich zu reproduzieren durch Anlegen eines elektrischen Synthesesignals an ein elektro- akustisches Gerät. Das Verfahren kennzeichnet sich da­ durch, daß ein rechteckförmiges Synthesesignal mit verän­ derlichen Frequenzen und Tastzeiten erhalten wird, je nach den durch Analyse bestimmten Frequenzen und durch Festhal­ ten des zyklischen Tastverhältnisses des Rechtecksignals für jede Periode, in Abhängigkeit von den einzigen Har­ monischen, die in dem Frequenzspektrum der künstlich er­ zeugten Laute beibehalten werden sollen, die durch das elektroakustische Gerät geliefert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die experimentellen Untersuchungen, die schließlich zur vorliegenden Erfindung geführt haben, haben gezeigt, daß es möglich ist, folgende Vereinfachungsalgorithmen zur synthetischen Produktion von Not-, Alarm- oder Warn­ schreien von Tieren zu verwenden.

Diese Schreie beinhalten eine auf der Trägerfrequenz auf­ geprägte Modulationsfrequenz. Die Charakteristika dieser Modulation und der Trägerfrequenz müssen wiedergegeben werden. Es ist jedoch möglich, Vereinfachungen anzubrin­ gen, die das Wesen der Erfindung ausmachen.

Was die Trägerfrequenz angeht, so besteht die Erfindung darin, nicht jeweils einzeln jede Frequenzkomponente des Spektrums zu erzeugen, das Verfahren besteht darin, einen komplexen Laut zu erzeugen, ohne den Phasenbeziehungen Rechnung zu tragen. Dieser Laut muß aus äquidistanten Fre­ quenzen bestehen. Die äquidistanten Frequenzintervalle müssen denen entsprechen, die man im natürlichen Laut wie­ derfindet. Bezüglich der Relativniveaus der spektralen Komponenten ist es erlaubt, Näherungen zu machen.

Was die Frequenzmodulation angeht, so ist diese der oben beschriebenen vereinfachten Trägerfrequenz aufgeprägt. Es ist notwendig, sich in dem üblichen Lautbereich jeder Tierart anzusiedeln, wobei jedoch nur die wesentlichen Charakteristika wiedergegeben werden.

Die oben erwähnten Vereinfachungen vorausgesetzt, ist es ausreichend, eine Technik zu verwenden, die den Nulldurch­ gang eines Rechtecksignals verwendet, um synthetisch sol­ che zu reproduzieren. Die Erfindung besteht in der Verwen­ dung eines Rechteck-Synthesesignals, das ein zyklisches Verhältnis bzw. ein Tastverhältnis ungleich 1 hat, um die Trägerfrequenz zu bilden. Indem dieses Verhältnis verän­ dert wird, ist es möglich, eine Näherung der Trägerfre­ quenzen zu erhalten, die die Relativniveaus der Harmoni­ schen des natürlichen Lautes respektieren. Die uner­ wünschten Frequenzen werden, falls solche auftreten, durch Filtern eliminiert. Die Frequenzmodulation ist unabhängig von dem zyklischen Verhältnis bzw. Tastverhältnis. Es wird erhalten, indem die Dauer der aufeinanderfolgenden Perio­ den der Synthesesignale modifiziert wird.

Trotz dieser Vereinfachungen sind die so erhaltenen Syn­ thesesignale vollkommen wirkungsvoll.

Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur künstlichen Wiedergabe von Notschreien von Tieren, die es ermöglicht, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das die mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren erhaltenen Signale zeigt, wobei diese Signale an ein elektroakustisches Gerät angelegt werden, um künstlich die ent­ sprechenden Notschreie von Tieren zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Signalverarbeitungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur künstlichen Erzeugung von Lauten. Diese Verarbeitungsanordnung weist einen Mikroprozessor 1 auf, dem in an sich bekannter Weise ein Festspeicher 2 und ein Lebenspeicher 3 (Arbeitsspeicher des Mikroprozessors) zugeordnet sind. Der Festspeicher 2 enthält Verwaltungsprogramme für die durch den Mikropro­ zessor 1 ausgeführten Verarbeitungen der Parameter, die sich auf die durchzuführende lautliche Synthese beziehen. Diese Parameter haben Werte, die durch die Analyse der zu reproduzierenden Laute bestimmt sind. Sie ermöglichen es, wie später im Detail deutlicher wird, synthetisch die Laute zu reproduzieren, die den Not-, Alarm- oder Warn­ schreien von Tieren entsprechen, durch Anlegen eines elektrischen Synthesesignals an ein elektroakustisches Gerät 8. Dieses elektroakustische Gerät weist einen Laut­ sprecher 4 auf, der an den Ausgang eines Verstärkers 6 geschaltet ist, der selbst wiederum mit dem Ausgang eines Filters 5 verbunden ist (der es ermöglicht, bestimmte Frequenzen zu eliminieren, die man nicht wiedergeben möchte). Der Filter 5 empfängt das Synthesesignal vom Aus­ gang einer logischen Vorrichtung 7, die selbst an den Mikroprozessor 1 geschaltet ist. Das Synthesesignal hat eine Rechteckform mit variabler Frequenz. Es weist, wie später deutlicher wird, ein zyklisches Verhältnis bzw. ein Tastverhältnis auf, das durch die im Lebenspeicher 3 regi­ strierten Parameter festgelegt wird. Dieses Synthesesignal wird von der Logikanordnung 7 geliefert, die von dem Mikroprozessor 1 gesteuert wird und wird an den Verstärker 6 angelegt. Die Logikanordnung 7 kann z.B. aus bistabilen Kippschaltungen bestehen, deren Leitdauer durch den Mikroprozessor in Abhängigkeit von den oben beschrie­ benen Parametern festgelegt wird, die im Arbeitsspeicher 3 vorgespeichert sind. Die Frequenzen des Synthesesignals, das durch die Logikeinheit 7 geliefert wird, werden eben­ falls durch den Mikroprozessor festgelegt in Abhängigkeit von den im Arbeitsspeicher 3 vorgespeicherten Parametern. Der Filter 5 kann programmierbar und durch den Mikropro­ zessor 1 gesteuert sein. Er ermöglicht es, Frequenzen zu eliminieren, die man nicht wiedergeben möchte.

Die Vorrichtung kann ebenfalls manuelle Mittel 9 aufwei­ sen, die dem Mikroprozessor 1 zugeordnet sind, um in Ab­ hängigkeit von der Tierart, deren Schreie wiedergegeben werden sollen, im Speicher vorgespeicherte Parameter, die dieser Tierart entsprechen, auswählen zu können.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm der Signale, die von der Logikanordnung 7 geliefert werden, die wiederum durch den Mikroprozessor 1 gesteuert wird. Diese Signale werden an den Lautsprecher 4 über einen Verstärker 6 und einen Fil­ ter 5 angelegt. Erfindungsgemäß ist das Synthesesignal mit variabler Frequenz, das in den Zeitdiagrammen gezeigt ist, ein Rechtecksignal. Die variable Frequenz dieses Rechteck­ signals hängt von Parametern ab, die durch eine Analyse ausgewählt sind, die oben beschrieben wurde. Man legt für jede Periode des Rechtecksignals das Tastverhältnis dieses Signals in Abhängigkeit von den Harmonischen fest, die er­ wünschterweise im synthetischen Laut beibehalten werden sollen, der von dem Lautsprecher 4 geliefert wird. Das als Beispiel in Fig. 2 dargestellte Synthesesignal ist ein Signal, das während einer bestimmten Dauer eine Frequenz F _A =1/T _A mit einer Periode T _A , aufweist und das während einer anderen Zeitdauer eine Frequenz F _B =1/T _B mit der Periode T _B , aufweist usw. Erfindungsgemäß wird für jede Frequenz und für jede Periode das Tastverhältnis des Signals festgehalten mit Hilfe der im Arbeitsspeicher 3 gespeicherten Parameter. Auf diese Weise ergibt sich z.B., daß für die Frequenz F _A und während der ersten Periode T _A das Tastverhältnis gleich T ₁/T ₀ ist, während für die dar­ auffolgende Periode T _A dieses Tastverhältnis gleich T′ ₁/T′ ₀ ist. Auf dieselbe Weise ergibt sich, daß für die Frequenz F _B und die erste Periode T _B das Tastverhältnis des Signals gleich T ₃/T ₂ ist und für die zweite Periode T _B dieses Tastverhältnis gleich T′ ₃/T′ ₂ ist..... Dieses Tast­ verhältnis ermöglicht es, in dem von dem elektroakusti­ schen Gerät gelieferten synthetischen Laut nur bestimmte Harmonische der Frequenzen, die den Not-, Alarm- oder Warnschreien der bestimmten Tiere entsprechen, beizubehal­ ten. Die Erfahrung zeigt, daß es überhaupt nicht nützlich ist, im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren die Gesamtheit der Frequenzen der analysierten Laute wiederzu­ geben, sondern einfach bestimmte Harmonische der Frequen­ zen dieser Laute. Die Durchführung des Verfahrens zeigt tatsächlich, daß bei den meisten Tieren, und insbesondere bei den Vögeln, die synthetische Reproduktion der Laute, bei denen nur bestimmte Harmonische der Frequenzen der Laute, die den Notschreien entsprechen, ein effektives Verscheuchen bewirkt. Dieses Verscheuchen ist weit wir­ kungsvoller, als wenn Laute verwendet werden, die den Notschreien entsprechen, die in ihrer Gesamtheit repro­ duziert werden, wie z.B. durch die bekannten magnetischen oder synthetischen Reproduktionsverfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Alarm- oder Notschreie von Vögeln oder Säugetieren zu erzeugen. Es ermöglicht ferner, Laute mit einem Warncharakter zu erzeu­ gen und einfache Laute, wie z.B. Vogelgesang, zu syntheti­ sieren.

Claims (2)

1. Verfahren zum künstlichen Erzeugen von Lauten, die Not-, Alarm- oder Wanrschreien von Tieren entsprechen, bei dem eine harmonische Analyse der Frequenzen dieser Laute durchgeführt wird und diese Laute synthetisch reproduziert werden durch Anlegen eines elektrischen Synthesesignals an eine elektroakustische Vorrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß ein rechteckförmiges Synthesesignal erhalten wird mit veränderlichen Frequenzen und Tastverhältnissen, je nach den mittels Analyse bestimmten Frequenzen, wobei für jede Periode (T _A , T _B , ...) des Rechtecksignals das Tastverhält­ nis (T ₁/T ₀) dieses Signals in Abhängigkeit von einzelnen Harmonischen, von denen es wünschenswert ist, diese in den Frequenzen der synthetischen Laute beizubehalten, die durch das elektroakustische Gerät geliefert werden, fest­ zuhalten.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor (1), an den eine Logikschaltung (7) und ein Filter (5) geschal­ tet sind, dessen Ausgang an einen Verstärker (6) eines elektroakustischen Geräts (8) geschaltet ist, das die von dem Mikroprozessor (1), der Logikschaltung (7) und dem Filter (5) erzeugten synthetischen Signale in Laute um­ setzt.