-
Verfahren zur automatischen Klanganalyse Das Hauptpatent 573 752 betrifft
ein Verfahren der automatischen Klanganalyse, bei dem die einzelnen Frequenzen durch
eine bestimmte, in der Fläche eines Bildfeldes verteilte Anordnung von hellen und
dunklen Stellen erkennbar sind. Das Bildfeld .wird von einem mit der zu analysierenden
Frequenz modulierten Lichtbündel abgetastet, während die Abtastvorrichtung mit der
beliebig veränderlichen Suchfrequenz gesteuert wird.
-
Die wichtigste Analyse besteht darin, in einem Klang die Oberschwingungen
in Abhängigkeit vom Grundton festzustellen. So ist z. B. beim Sprechen der Grundton
unwesentlich, er ist lediglich der Energieträger; maßgebend für die Bildung der
Vokale und Konsonanten sind die Formanten. Die zu analysierenden Laute werden demgemäß
nach der vorliegenden Erfindung- in Grundton und Oberschwingungen zerlegt und nur
letztere zur Steuerung der anzeigenden Lichtquelle benutzt. Der Grundton wird als
Suchfrequenz verwendet, dann bilden die harmonischen Oberschwingungen eindeutige
Bildfiguren.
-
Abb. i zeigt eine zweckmäßige Ausführung des Erfindungsgedankens unter
Verwendung einer Braunschen Röh're als Bildzerleger. - -Abb. 2 zeigt das Frequenzspektrum
eines Klanges mit Reizschwelle.
-
Abb: 3 stellt eine Nipkowscheibe mit zwei Spiralen dar. Die Suchfrequenz
- steuert gemäß dem Hauptpatent eine Vorrichtung, die ein Biidzerleger oder eine
rotierende stroboskopische Scheibe sein kann. Wenn als Suchfrequenz der Grundton
eines Klanges verwendet wird, so wird er zunächst verstärkt und dann dem phonischen
Rad oder dem Syw chronmotor des rotierenden Zerlegerorgans oder der.rotierenden
stroboskopischen Scheibe' zugeführt. Da aber der Grundton z. B. beim Sprechen schwankt
und die mechanischen Rotationskörper infolge ihrer Trägheit nicht so schnell der
Frequenzänderung folgen, so empfiehlt sich eine masselose elektrische Steuerung
mit der Braunschen Röhre, die als Oszillograph ausgebildet ist. Durch einen Tonabnehmer
i (Mikrophon, Schalldose usw.) wird das zu untersuchende Klanggemisch aufgenommen,
im Röhrenverstärker 2 verstärkt und im Siebkreis q. die Grundfrequenz ausgesiebt.
- Wegen .der Schwankungen des Grundtons (um etwa io Hertz beim Sprechen) muß der
Durchlaßbereich des Siebkreises genügend groß bemessen werden, d. h. seine Resonanzkurve
muß eine genügende Dämpfung besitzen. 3 sind Kopplungsglieder. Die Grundfrequenz
wird alsdann dem Ablenkplattenpaar 7 der Braunschen Röhre 9 als Sinusschwingung
oder Kippschwingung zugeführt, was eine Bewegung des Kathodenstrahllichtflecks auf
dem
Schirm in Zeilenrichtung zur Folge hat. Die Fortschaltung des
Flecks von Zeile zu Zeile wird durch ein zweites Ablenkplattenpaar 8 bewirkt,- das
senkrecht zum ersten steht. Wenn die Zeilenablenkung des Lichtflecks in Sinusschwingungen
erfolgt, so treten die harmonischen Oberschwingungen als vollkommen symmetrische
Figuren auf, da die periodisch erfolgenden Helligkeitsschwankungen abwechselnd von
links und rechts auf dem Schirm erscheinen. ' Bei Kippschwingungen, die in der Abbildung
gewählt wurden, sind die Figuren halbsymmetrisch, da der Lichtfleck sich immer in
einer Richtung sichtbar bewegt. Kippschaltungen für Braunsche Röhren sind zahlreich
bekannt, z. B. mit Kondensatoraufladung und Glimmentladung. Die ausgesiebte Grundfrequenz
wird als Zeilenfrequenz über das Kippgerät ,5 dem Ablenkplattenpaar 7 der Braunschen
Röhre zugeführt, außerdem dem Kippgerät 6, wo eine Frequenzreduktinn im Verhältnis
der -Zeilenfrequenz durchgeführt wird, dann wird diese Frequenz alsBildfrequenz
demAblenkplattenpaar 8, das senkrecht zum Plattenpaar 7 steht, zugeführt. Der Lichtfleck
wird in seiner Helligkeit beeinflußt durch eine der Methoden, die vom Fernsehen
bekannt sind. Als Beispiel ist eine Steuerung mit Wehneltzylinder io gewählt, wobei
das zu untersuchende Frequenzgemisch an den Zylinder geführt wird und damit der
Elektronenaustritt aus ' der Kathode beeinflußt wird. i i bedeutet die Kathode,
12 die- Anode.
-
Zur Erläuterung möge folgendes Beispiel dienen. Ein Sprechton mit
einem Grundton von i5o Hertz ist zu analysieren. Nach Verstärkung im Verstärker
2 wird der Grundton ausgesiebt und im Kippkreis 5 in Kippschwingungen gleicher Frequenz
verwandelt und dem Plattenpaar 7- zugeführt. Es soll eine-Bildaufteilung in
30 Zeilen erfolgen, also müssen die i 5o Hertz (3oo Halbschwingungen) auf
einen zehnmaligen Bil-dwechsel/Sek. -mit 30 Zeilen verteilt werden. Dazu
erfolgt im Kreise 6 eine Frequenzreduktion i : 30, es gelangt eine Frequenz von
5 Hertz (io Halbschwingungen) an die Ablenkplatten. B. Die Oberschwingungen werden
vom Siebkreis 4 an den Wehneltzylinder io geführt. Es zeigen sich dann beispielsweise
vier Striche auf. dem Fluoreszenzschirm der Röhre, d. h. der Lichtfleck schwankt
viermal . pro Zeile, also 12omal pro Bild und r2oomal in der Sekunde.. Der zu analysierende
Klang hat also 1200 Halbschwingungen oder 6oo Hertz. Der vierte Oberton ist damit
festgestellt.
-
Damit die harmonischen Oberschwingungen nicht immer dls gerade Striche
auftreten, kann man die Grundfrequenz verdoppeln, dann steht z. B. der dritte Oberton
im Verhältnis 3 :@2 und ergibt die Figur -der Quinte (3 : 2).
-
Da der Grundton außer dem Formanten noch eine Anzahl weiterer Oberschwingungen
enthält, die bei der optischen Darstellung das Bildaussehen überladen, wird ein
Auslöschen der Teiltöne geringerer Intensität vorgenommen. Dazu wird die Reizschwelle
des Mikrophons so heraufgesetzt, daß diejenigen Oberschwingungen geringerer Intensität,
die unterhalb .der Reizschwelle liegen, nicht zur Anzeige kommen. Man kann auch
eine Kompensationsspannung an das Gitter einer der Verstärkerröhren der Anordnung
legen, welche die geringeren Amplituden, -die- an das Gitter gelangen, kompensiert.
Denselben Zweck erzielt man auch noch durch andere Schaltungsmaßnahmen. Fig. 2 zeigt
das Frequenzspektrum eines Klanges mit dem fünften-Oberton als Formant; 13 bedeutet
die Reizschwelle. Intensitätsschwankungen kann man dadurch ausgleichen, daß man
als teilweise Kompensationsspannung den Spannungsabfall der Gleichstromkomponente.
der Grundschwingung verwendet.
-
Wenn auch die Braunsche Röhre hinsicht= lich ihrer trägheitslosen
Steuerung bevorzugt ist, so bieten auch die mechanischen Zerleger gewisse Vorteile.
Wird z. B. eine Nipkowscheibe 14 statt mit einer Spirale mit zwei Spiralen verwendet
und jede Spirallochreihemit einem farbigen Filter versehen, z. B.-15 mit Rot, 16
mit Grün, so können bunte Figuren entstehen. Beim Grundton bilden sich die Figuren
bei jedem Spiralenbeginn an derselben Stelle, nämlich als Strich- in der Mitte (vgl.
das Hauptpatent), die Farben fallen zusammen; während bei der Terz z. B. ' die höhere
Schwingungszahl eine andere Aufteilung des: Bildfeldes, etwa eine Treppenstufe,
hervorruft. Diese schließt aber nicht gerade am Ende einer Bildabtastung ab, sondern
ragt noch in die folgende Bildabtastung hinein, so daß die folgende Treppenstufe
gegen die erste verschoben ist, aber in -einer anderen Farbe erscheint, da die.zweite
Spirale eine. andere Farbe hat. So erkennt man die fierz an einer bestimmten zweifarbigen
Figur, imgewähltenBeispielRot-Grün. AndereIntervalle, - die noch ungünstiger zum
Grundton liegen, lassen sich mit . noch mehr Spiralen mit mehreren farbigen Filtern
darstellen. Sinngemäß läßt sich das Beispiel der Nipkowscheibe auf die anderen mechanischen
Zerleger übertragen.