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Verfahren zur trägheitsfreien Aufzeichnung von Frequenzänderungen
elektrischer Schwingungen In der »Akustischen Zeitschrift«, September I937, ist
von M. Gruetzmacher und W. Lottermoser ein Verfahren zur Aufzeichnung der sogenannten
Melodiekurven, d. h. zur Aufzeichnung der zeitlichen Änderungen der Grundtonfrequenz
von Sprachklängen im Verlauf von Worten, gesprochenen und gesungenen Sätzen und
Melodien bescllrileben worden. Dieses Verfahren ist in Abb. I schematisch ;dargestellt
und seine prinzipielle Wirkungsweise im folgenden kurz erläutert.
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Die Sprachklänge werden in üblicher Weise hinter einem Mikrophon
M abgenommen, im Verstärker V1 verzerrungsfrei verstärkt, durch Glieder V2 bzw.
T, die die Grundtöne der Sprachklänge hervortreten lassen bzw. die Frequenzen oberhalb
der Grundtöne abschwächen, künstlich verzerrt und im Verstärker V3 nochmals verstärkt.
In einer als Frequenzzeiger bekannten Anordnung werden die verzehrten Sprachschwingungen
frequenz -unabhängig in Spannungssitzen konstanter Amplitude umgeformt und einer
Thyratronröhre ph zugeführt, die über einen Kondensator und einen Widerstand in
bekannter Weise Kippschwingungen erzeugt, deren Frequenz durch entsprechende Wahl
der Zeitkonstante des Kippkreises bei 20 bis 50 Hz liegt. Diese Kippschwingungen
werden durch einen Kathodenstrahloszillographen 0 sichtbar gemacht und erscheinen
auf dem Leuchtschirm als gerade Linien bestimmter Länge.
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Die Zündungen des Thyratrons folgen um so schneller aufeinander, je
höher die Frequenz
der an das Steuergitter angelegten Spannung ist
Da jeder Zündung eine Unterbrechung der Aufladung des Kondensators entspricht, deren
Dauer durch die Zeitkonstante des Kippkreises bestimmt ist, werden die Linien. auf
dem Leuchtschirm mit wachsender Io quenz immer kürzer und stellen somit elif Maß
für die Frequenz der dem Steuergitter zugeführten Spannung dar.
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Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß die zur Erzeugung
der Ablenkspannung für den Kathodenstrahloszillographen verwendete Thyratronröhrenschaltung
einmal einen ziemlichen Aufwand bedeutet und daß die Genauigkeit der Anzeige in
hohem Maße von der Konstanz der Betriebsspannungen und von der Konstanz der Betriebseigenschaften
der Thyratronröhre abhängt.
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Die Erfindung gibt nun einen Weg an, die bekannte Anordnung mit dem
Thyratron durch eine sehr viel einfachere Schaltung zu ersetzen, die keinerlei die
Meßgenauigkeit wesentlich beeinflussende Spannungen benötigt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur trägheitsfreien Aufzeichnung
von Frequenzänderungen elektrischer Schwingungen bzw. anderer, in elektrische Schwingungen
umgeformter Schwingungen, bei dem die Schwingungen zunächst frequenzunabhängig durch
eine als Frequenzzeiger bekannte Schaltung in Spannungsspitzen konstanter Amplitude
umgewandelt werden, deren Frequenzänderung dann durch eine weitere Anordnung in
eine Amplitudenänderunig umgesetzt und von einem Kathodenstrahloszillographen registriert
wird.
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Erfindungsgemäß werden die Spannungsspitzen konstanter Amplitude
über einen Gleichrichter einer Kondrensatorsniderstandsparallel schaltung, deren
Zeitl;onstante etwas unterhalb der tiefsten zu messenden Frequenz liegt, zugeführt,
wobei der Widerstand der Parallelschaltung so groß gewählt ist gegenüber dem inneren
Widerstand der- Quelle für die Spannungsspitzen, daß die an der Parallelschaltung
entstehende Kippspannung, welche als Ablenkspannung für den Kathodenstrahloszillographen
dient, eine von der Frequenz der Spannungsspitzen abhängige Amplitude hat.
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Es ist bereits eine Kippschaltung zur Messung sehr hoher Widerstände
bekanntgeworden, bei der dem zu messenden Widerstand ein Kondensator parallel geschaltet
ist. Die Messung des Kondensators beeinflußt dabei aber ein Gerät, das die Aufladung
des Kondensators bis zu einem bestimmten Potential bewirkt, nach dessen Erreichung
sich der Kondensator über den Widerstand bis zu einem bestimmten niedrigen Potential
entlädt. Darauf wird der Ladestromkreis wieder gesch] ossen, derart, daß die Zahl
der Entladungen in der Zeiteinheit ein Maß für die Größe des Widersandes gibt. Die
Kondensatorspannung liegt - also zwischen zwei bestimmten Potentialen; die ippspannungsamplitude
ist-daher unabhängig von der Frequenz konstant, während der Kernpunkt der Erfindung
gerade darin liegt, daß die Kippspannungsamplituden sich mit der Frequenz in einem
bestimmten Verhältnis ändern.
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Es ist ferner ein System zur Fernmessung bzw. -zählung von Impulsen
bekannt, das von Schwankungen der empfangsseitigen Speisegleichspannungsquelle unabhängige
Ergeb nisse liefert. Dabei werden die in der Sekundärwicklung eines Transformators,
dessen Primärwicklung über einen Widerstand an der Speisegleichspannung liegt und
von einem im Rhythmus der Frequenz der Meßgröße sich in seiner Stärke ändernden
Gleichstrom durchflossen wird, induzierten Spannungsspitzen, die eine von etwaigen
Schwankungen der Speisegleichspannung unabhängige konstante Amplitude besitzen,
über einen Gleichrichter einem als Energiespeicher dienenden Kondensator zugeführt,
dem ein Anzeigegerät parallel liegt. Der Kondensator ist so bemessen, daß er die
mit den einzelnen Spannungsstößen zugeführten Energiespitzen, die unter sich alle
den gleichen Wert haben, aufspeichert, bis bei einer bestimmten Ladespannung des
Kondensators eine Entladung im Stromkreis des Anzeigegerätes herbeigeführt wird.
Es ergibt sich auf diese Weise eine Anzeige, die der mittleren Ladung des Kondensators,
also dem mittleren Wert der Frequenz der Meßgröße proportional ist, nicht aber etwaigen
kurzzeitigen Frequenzänderungen dieser Größe, auf deren Aufzeichnung es bei der
Erfindung ankommt.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der Abb. 2 bis 6
erläutert.
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Die Abb. 2 zeigt das prinzipielle Schaltschema des Verfahrens gemäß
der Erfindung, wobei die in Abb. 1 dargestellten Glieder vor dem nach Art eines
Frequenzzeigers aufigebauten Generator F, die für eine etwaige Vorverzerrung und
für die Verstärkung erforderlich sind, als für die Erfindung unwesentlich fortgelassen
sind. Die an den Ausgangsklemmen A> B des Generators F auftretenden Spannungsspitzen
konstanter Amplitude gelangen iiber den Gleichrichter G an den Kondensator C, dem
der Widerstand R parallel liegt und an dem die Ablenkspannung für den Kathodenstrahloszillographen
0 abgenommen wird. Die Zeitkonstante C R wird so gewählt, daß sie größenordnungsmäßig
gleich der Periodendauer der tiefsten zu messenden Frequenz ist. Gleichzeitig wird
der
zwischen den Klemmen A, B vorhandene innere Widerstand des Generators
F klein gegen den an diesen Klemmen liegenden äußeren Widerstand gewählt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung läßt sich an Hand der Abb. 3 bis
6 leicht erkennen. In Abb. 3 ist der zeitliche Verlauf der vom Generator F gelieferten
Spannung Uf im Falle einer Periodendauer To der zu untersuchenden Wechselspannung,dar,gestellt.
Wie bereits erwähnt, liefert der Generater Spannungsspitzen, d. h. kurzzeitige Spannungsstöße,
von einer konstanten Amplitude Uje, die im Zeitabstand T0 aufeinanderfolgen. Durch
einen solchen kurzen Spannungsstoß wird der Kondensator C in Abb. 2 in Richtung
B, C, G, A über den kleinen inneren Widerstand von R und den in dieser Richtung
ebenfalls kleinen Widerstandvon Gentsprechend der Streckle a, b iII Abb. 4, die
den zeitlichen Verlauf derKondensatorspannung Uc darstellt, fast augenblicklich
auf einen bestimmten Wert Uce aufgeladen. Eine ebenfalls schnelle Entladung des
Kondensators über den inneren Widerstand von F ist aber nicht möglich, weil der
Gleichrichter G in der Entladungsstromrichtung einen sehr hohen Widerstand besitzt.
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Der Kondensator entlädt sich daher über den Widerstand R entsprechend
der Zeitkonstante dieses Kreises innerhalb der Zeit T0 längs der Strecke b, c auf
einen Wert Uc. Der in diesem Augenblick einsetzende neue Spannungsstoß lädt C entsprechend
der Strecke c, d wieder auf denWert Uce auf, und dieser Vorgang wiederholt sich
im Takte der Steuerfrequenz.
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Die Spannung am Kondensator schwingt also mit einer der Strecke Uce-Uc"
entsprechenden Amplitude hin und h!er.
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In Abb. 5 und 6 sind die analogen,Verhältnisse für eine Periodendauer
V2 T0 der Steuerfrequenz dargestellt. Infolge der kürzeren Zeit, die für die Entladung
des Kondensators in diesem Falle zur Verfügung steht, sinkt dessen Spannung vom
Werte Uce nur noch auf Iden Wert Uc2 herab. .Es tritt also entsprechend der Strecke
Uce-CTc2 eine Verkleinerung der Schwingungsamplitude der Kondensatorspannung ein.
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Es ist offensichtlich, daß diese Amplitude eine Funktion Ider Periodendauer
bzw. der Frequenz der zu untersuchenden Schwingung darstellt und somit als Maß für
diese Größen gewertet werden kann.- Der funktionsmäßige Zusammenhang ist dabei durch
die Form der Entladungskurve gegeben.
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Der Verlauf der Kondensatorspannungskurve wird zweckmäßigerweise
mittels eines Kathodenstrahloszillographen registriert.