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Die
Erfindung gilt einer Methode für
die Umwandlung von Schallwellen zur elektromagnetischer Wellenbewegung,
vorzugsweise Licht, also in elektrische Signale konvertiert werden.
Diese werden beim Durchlauf einer Reihe vorn Filtern bearbeiten.
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US-A-5.191.319
zeigt ein Gerät
für Filtrierung
von Musik in 11 variablen Frequenzbänder, worin jedes Intervall
in ein Farbendisplay resultiert. Im vorliegendem Patent sind die
Farben gewählt
dadurch was sich visuell am besten ausmacht.
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US-A-4.614.942
zeigt gleichfalls ein Gerät, doch
hier ist ein Vierbandmodell gebraucht. Hier wählt man einfach eine auf schallbasierte
Farbenvisualisierung, die einem visuell am besten scheint. I diesem
Falle wird ein Signal (Ton) nur in einer Farbe umgesetzt, und so
ist die Möglichkeit
von Farbenmischungen nicht vorhanden. Im gegensätzlichem Fall werden die Farbenmischungen
verschieden vorkommen abhängig
von der Tonfrequenz.
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US-A-4.627.092
und US-A-4.378.466
zeigt wieder ein ähnliches
wie obenvorgenanntes Gerät, wo
aber das ganze Audiosignal in nur 3 Bänder geteilt wird. Diese Filterbände sind
zum Beispiel zur Frequenzen zwischen 100 und 1000 Hz gesetzt. Diese
breite und beliebige Filterkonfiguration gibt ein zehr einfaches
und zufälliges
Bild von dem eingehenden Audiosignal. Kleine Veränderungen werden nicht gezeigt.
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WO-A-81/00637 zeigt ein
Gerät dass
an der „Lichtorgel", welches vor 100
Jahren in Russland entwickelt wurde, erinnert. Bei dieser „Lichtorgel" ist jeder Schlüssel mit
eine oder zwei Lampen verbunden und hat nichts mit dem physischen
Verhältnis
von Konvertierung von Schall zur Licht zu tun. Die dabei erreichten
Bilder von Tönen
sind also ganz zufällig oder
ganz auf Geschmack beruhend.
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Es
ist die Hinsicht der Erfindung eine Methode zu schaffen die nicht
die Nachteile des eben erwähntem
Instrument hat und wo es möglich
ist Schall zu Licht umzuwandeln mittels Farben auf solcher Weise
dass eine bestimmte Frequenz eine einzigste Farbe oder eine bestimmte
Mischung von Farbenrepräsentiert.
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Diese
Hinsicht ist durch die im Anfang des Patentanspruches 1 referierte
Methode erreicht. Hier wird das elektrische Signal eingeteilt in
Intervallen, wovon jedes eine Frequenzverdopplung von der ursprünglichen
Schallwelle ausspannt und wo für
jedes Intervall das Filteroutputsignal den Anzeigemitteln so aktivieren
dass ein Lichtbild innerhalb dem visuellen Spektrum hervorgebracht
wird. Die resultierenden Frequenzen sind erreicht durch eine anpassende
Anzahl von Verdopplungen der Frequenzen des ursprünglichem
Schall und liegen innerhalb dem visuellen Spektrum.
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Bei
solch einer Methode ist es möglich
jeden beliebigen Ton in ein Lichtbild zu konvertieren, z. Bei. Kann
das Bild auf einem Computeranzeigefeld oder durch eine Lichtquelle
gezeigt werden. Abhängig
von dem Schall ausmachendem Töne,
wird dieser eindeutlich von einer Farbe oder eine Mischung von Farben
gezeigt. Der Schall aktiviert nämlich
ein oder mehreren Filtern und jedes Filter ist mit einem Farbendisplay
verbunden. Z. Bei. Wenn ein zu einem Blauen und ein anderes Filter
zu einem Gelben Farbendisplay verbunden sind und die Filtern im
gleichen Verhältnis
aktiviert werden, dann wird Gelb herauskommen. Dadurch wird eine
unendliche variable visuelle Schallregistrierung möglich. Man
kann sich leicht solche Einrichtung für Unterhaltung und Tauben zu
nutze kommen vorstellen. Die hervorgebrachten visuellen Bilder von
Töne konnten
zum einem Verständnis
von diesen hervorrufen.
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Farben
können
eindeutlich durch Frequenzen (Hertz) oder Wellenlängen (Nanometer)
ausgedrückt
werden. Dieses gilt auch für
die hörbaren
Töne. Wellenlänge für Schall
wird zwar in m, cm oder mm angegeben. Das menschliche Ohr kann Schall von
ungefähr
20 Hz bis 20 kHz (Wellenlängen
von 20 m bis 20 mm) empfinden. Dass entspricht 10 Oktaven. Zum Vergleich
ist das Menschliche Auge gegenüber
Wellenlängen
von ungefähr
(792 nm bis 396 nm) 800 bis 400 fühlbar. Entsprechen ein Intervall von
einem Oktav. Das optimale Display muss deshalb in 10 Sektionen geteilt
wird.
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Um
das ganze hörbare
Schallspektrum visualisieren zu können benötigt es deshalb 10 Display, die
10 nach einwanderfolgenden Frequenzverdopplungen repräsentieren.
Jedes Displays repräsentiert das
ganze Farbenspektrum durch die drei Primärfarben Rot, Grün und blau.
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Wenn
wir sämtlicher
hörbaren
Töne gleichzeitig
spektral konvertieren wird Weiß herauskommen.
Rot, Grün
und Blau sind gleichverteilt. Stille entspricht Schwarz.
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Mittels
der Methode wie in Anspruch 2 angegeben ist es möglich nicht nur die einselten
Töne individuell
visuell zu realisieren, aber auch zu zeigen, im welchem Intervall
der Ton stattfindet, also ob der benutzten Oktav zur niedrigen oder
hohen Frequenzen gehört.
Dies ist besonders wertvoll für
die Tauben.
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Um
eine optimale Visuallisierung von Schall zu erreichen ist der Apparatur
so konstruiert dass niedrige unten, hohe Frequenzen oben am Display gezeigt
werden. Dieses ermöglich
mehrere Frequenzen gleichzeitig zu sehen. Also können Übertöne bei Schall, Stimmen und
Instrumenten gleichzeitig gesehen werden.
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Die
menschliche Stimme besitzt eine komplexe Oszillationsstruktur, die
fundamentalen Töne, Übertöne, Vokalen,
Konsonanten und Formans enthält,
welche alle zusammen mit den Oktavbereiche gleichseitig sehbar sein
werden.
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Unterschiede
in körperliche
Gestalt und in Psyche resultiert in Unterschieden der Stimmen. So selbst
beim singen gleichem Ton werden die Verschiedenheiten der Stimmen
visuell im Apparat gezeigt.
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Bei
Hilfe den Farbendisplayapparat kann der Beschauer eine Farbekombination,
die eine Spezificke Tonnuance ausdrückt, sehen und kennen lernen. Schal
kann auf dieser Artungsweise gleichzeitig mit seinem visuellen Ausdruck
erlebt werden.
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Im
folgendem werden Detaillien mit Hinweisungen zur Zeichnungen beschrieben.
Die Illustrationen sind folgende:
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1:
Das grundlegende Layout für
die Umwandlung.
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2:
Zeigt eine Filterkonfiguration für
einen Prototyp im Falle, wo ein Filter mit steiler Charakteristik
gewählt
worden ist.
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3:
Die Grenzfunktion für
die Umwandlung.
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4:
Der Signalweg für
den Konverter.
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5:
Der Zustands-Variabelfilter
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6:
Das Inputbord
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7:
Basisfilterbord
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8:
In/Outputbord
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9:
Kompressor/Limiter.
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10:
Umwandlungsdiagram und Filterkonfiguration einem anderem Prototyp.
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1 zeigt
die Umwandlungsmöglichkeiten für einen
Schall. Die Bestandteile sind eine Filterkarte zur Analyse elektrisch
präsentierten
Schallquellen. Eine lichtkontrollierende Komponente, der aus Lichtdämmern mit
zugehörigem
Lichtquellen besteht. Jede Filterkarte ist mit 3 Lichtdämmern mit
deren respektiven 3 Lichtquellen in die 3 Basisfarben verbunden.
Endlich eine Displaykomponente bestehen aus transparentes Material
(Plastik, Glass und so weiter.) Oder alternativ aus eine weiße Fläche, worauf
die drei Primärfarben
projektiert werden können.
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Der
Analysekomponente besteht aus einer Anzahl von Filterkarten. Jede
Filterkarte besteht wiederum aus 3 Filtern und hat 3 Outputs- ein
für jede Primärfarbe.
Outputs sind geeignet für
das Kontrollieren von Standardlichtdämpfern mit Kontrollspannung 0–10 VDC.
Wenn die Filterkarte durch ein elektrisch präsentierten Schall aktiviert
wird, dann wird das Filter den Frequenzen und die Dynamik analysieren. Mittels
dem Umwandlungsfaktor der Karte wird dieser elektrische Strom auf
den 3 Ausgängen
der Filterkarte verteilt. Auf dieser Weise werden die 3 Lichtdämmern durch
die zur Frequenz und Dynamik angepasste Kontrollspannung aktiviert.
Die 3 Lichtquellen, die zu jeweiligen Filterkarten verbunden sind,
wiederherstellen diese Frequenzen und Dynamik als sehbares Licht.
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Der
Prototype vom Konverter ist mit 6 identisch fungierende Filterkarten
abgestimmt. Jede Filterkarte bearbeitet 6 Oszillationsverdopplungen
zwischen 130,8 und 8371,2 Hz nacheinander. Wiederrum ist jede Filterkarte
zur 3 Lichtdämmern
verbunden, welche ins gesamt 3z × 6 = 18 Lichtdisplays herstellen.
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Diese
6 Lichtdisplays sind auf jeder ihrer jeweiligen Displays fokussiert.
Jedes Lichtdisplay besteht aus den 3 Primärfarben Rot, Grün und blau,
mit Wellenlängen
720 nm (Rot), 539 nm (Grün),
und 453 nm (Blau). Durch eine Analyse von dem ganzen Schallspektrum
innerhalb eine Frequenzverdopplung (zum Beispiel 440 bis 880 Hz)
ist es möglich
für die Lichtquellen,
durch variable Kontrollspannung das komplette sehbare Farbenspektrum
zu repräsentieren.
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Auf
Basis dies Prinzip der Oszillations-Verdopplung beliebiger Schallfrequenz
im Konverter will Farbenspektrum repräsentiert werden mittels des Konverter.
In diesem System ist es möglich
gewesen eine vollständig
liniere Umwandlung zwischen Schall und Licht und weil allen Filtern
analog konstruiert sind werden Nuanceverschiebungen vollständig eben sein.
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Das
Prinzip von Umwandlung des Konverters auf die Erkenntnis von den
physischen Strukturen von Schall und Licht und darausfolgende Verbindung.
Diese Verbindung bedeutet dass jede Frequenz eindeutlich eine Farbe
repräsentiert,
und dass jeder Schall, Über-
und Untertonspektra, Reverberation und akustische Umständen auch
Spezificke Farben repräsentieren
werden.
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Der
Verlauf zusammen mit dem Gerät
ist völlig
analog konstruiert um den schnellsten Reaktionsrespons für die Umwandlung.
Beim Konstruieren jedes Filter ist zustands-variable Filtertechnologie
angewandt. Dabei wird optimale Phasenresponse zur Audio erreicht.
Ungleich Tripotientmetern, welche schnell Geradlinigkeit verlieren, sind
handgebaute Resistoren, die große
Zuverlässigkeit
ausweißen, benutzt.
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Beispiel a
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Zu
Begin: Eine Wellenlänge
von 75 cm entspricht einen reinen Sinuston mit der Frequenz 440 Hz.
Die Halbierung der Wellenlänge
zu 37,5 cm verdoppelt die Frequenz zu 880 Hz. Durch 20 Halbierungen
der Wellenlänge,
wird diese bis auf 719 nm reduziert entsprechend eine Oszillation
auf 461.373 kHz. Nach 5–6
Oszillations-Verdopplungen, etwa 20.000 kHz ist die Frequenz für das Menschliche
Ohr nicht länger
hörbar.
Die Oszillationsfrequenz von 461.373 kHz empfindet das Menschliche
Auge als rotes Licht.
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Der
Umwandlungsfaktor von Schall zur Licht abhängt davon welche Frequenz/Frequenzen
zum input gebraucht sind, abhängig
wie die Anzahl der Frequenzverdopplungen, wie der Klang des Schalls zur
Umwandlung zu dem visuellen Spektrum placiert ist. Auf dieser Weise
ist durch den Berechnungsfaktor eine direkte Transformation zwischen
Schall und Licht geschafft.
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Beispiel b
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Wie
in Beispiel a ist zu Begin ein reiner Sinuston von 440 Hz, welch
in Musikterminologie ekvivalent zum Ton "A" ist.
Jetz halvieren wir die Wellenlänge
zur 37,5 cm = 880 Hz. Der Ton ist immernoch A, blos eine Octave
höher.
Wenn wir die Halbierung der Wellenlänge 20 Mahle fortsätzen, enden
wir mit einer Wellenlänge
von 719 nm = 461.373 kHz ekvivalent zu rotes Licht. Als vorher erwähnt ist liegt
die Frequenz nach 5–6
Octavverhöhungen
auserhalb dem Hörbaren
Bereich des Menschlichem Ohr. Wir sind nicht im Stande dazu den
Ton zu hören, aber
erlauben es ihn immernoch A zu nennen unter die Widerholung von
Octavverhöhungen.
Zu jede Frequenz oder jeder Ton gehört eine specifikke Farbe.
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Da
der Anfang ein reiner Sinuston ist wird die Umwandlung difinitiv
Rot geben. Die Mehrzahl der gekannten Schalle haben mehrere komplexe
Wellenstrukturen. Deswegen wird das Resultat von den selben Ton "A"/440 Hz immernoch Rot (Basiston) sein, aber
eine Variation von Übertönen werden
dazukommen. Eine Anzahl von Farben, die die hohen Frekevenzen (Übertöen) und
die niedrigen Frequenzen Üntertönen) repräsentieren,
abhängig
von der angewanten Schallquelle.
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2 zeigt
wie die Verbindung der Band-pass Filters arrangiert ist. Die Filtern
haben eine Steilheit (slope), worin das Signal 24 dB unter jedem
Filternobern ligt. Die Isolationsansprüche zwischen zwei individuelle
Tönen,
die registriert werden sollen, benötigt dieses.
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Die
Filtern sind nach dem Zustands-variablen Princip konstruiert. Dadurch
wird es möglich
den notwendichen Filterslope und Phaserelationen in der Frequenztransition
zu erreichen. Dieses ist illustriert in 5.
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7 zeigt
eine Printbordzeichnung von Filter, das in 2 und 5 genant
ist.
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Das
System ist dazu konstruiert eine volständige Octave zu bearbeiten,
mit anderen worten 12 Halbnoten für jede Filterkarte. Es ist
deshalb nötig, dass
das Frequenzcentrum jeder Ton genau an der Resonansoberne des betreffende
Filters placiert ist und unmittelbar danach steil abfält bevor
dem nächsten
Filter.
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Die
Filtern dürfen
kein kleinere Q Faktor haben als es nötig ist um Oszillationen im
Filtern selbs zu vermeiden.
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Dies
endet in einer komprimierten Evaluation im Verhältnis zu den Slope/Abklingen
des Filterns und ist verschiedent ganz abhängig von den involvierten Ton.
Alle Filtern sind deshalb genau justiert mit handgefeilten 1% Metalfilmwiederstände, beides für
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Genauigkeit
des FilterFrequenz und der Bandbreite, die als Q bezeichnet wird.
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Nachdem
alle Filterkarten zu ihrem respektiven FilterFrequenzen justiert
worden sind, werden die korrespondierende Mischebene (Rot, Grün, Blau) justiert.
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Farbenmischung
ist erreicht durch zusammensätzung
reine Amplitude modulierten Signalen von die 12 Filtern in 3 unterschielichevirtuelle
erdeverbundene summing Amps, respektiv rote, grüne und blaue Sumamps genant.
Von jedes Filter sind 3 Resistoren verbunden mit ein semibalancierter
Bus. Abhängig
von die Wahl der Ohmwerte der Resistoren, wird der Eintrit in den
3 Sumamps auf eine genaugewälte
Ebenegeschehen.
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Nach
den 3 Sumamps folgt ein A/C Konverter, der Radiosignale von 0–10 VDC
zur DC Strom konvertiert. Diese Scala ist gewält worden weil die benahe mit
all eksistierenden Lichtaussteuer funktionieren kann.
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Dieser
DC Strom wird vom Gerät
zur ein ordinhöres
Lichtsystem, das Triac-Kontrolfür incandescente
Lampe enthält,
gefürt.
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Wenn
im ersten Augenblick nur eine Frequenzverdopplung gebraucht wird,
3 Lampen werden gebraucht, es ist Rot, grün und Blau. Diese 3 Triacs
empfangen ihrem Strom von den 3 Sumamps.
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Empfängt die
Filterkarte einen Ton, zum Beispiel A, das A-Filter erlaubt den
Ton zu passieren, die anderen Filtern dagegen werden den Ton blockieren. Einstimmen
mit dem oberen Beispiel wird der Ton A sein.
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Obwohl
es vorgehend genant wurde, dass jedes Filter 3 Resistoren zum Bus
verbunden hat, im Zufall mit dem Ton A genügt es nur einem Resistor zum
roten Sumamps zu verbinden.
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Das
Signal vom die rote Sumampswird nachfolgend rectfisiert und als
DC StromzurTriac gefürt, wobei
die rote Lampe leuchten wird.
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Wenn
der Ton C zur Schallkarte gesandt wird, dann wird das C Filter gleichweise
den Ton c passieren lassen, die übrigen
Filtern dagegen den Ton den weg blockieren. Der Ton C repräsentiert
die gelbe Farbe, welch ein Gemisch ist von gleichen Teilen Rot und
Grün. In
diesem Falle leuft das Filtersignal zur roten und grünen Summigbus
durch 2 Resistoren, dessen gegenseitig relatierten Werten gleich gros
sind. Wie vorher bemärkt,
die signalen werden zur DC Ströme,
und jetz leuchte die rote und grüne Lampe,
so dass bei mischung auf einem weissen Anzeigefeld oder durch transparentes
Material geleitet Gelb gibt.
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6 und 4 zeigt
ein Inputbord. 8 das Printbord für das Inputbord.
Dieses Bord besteht aus ein Stereolineinput und ein mono Mikrofoninput. Alle
diesen Inputs sind elektrich abgestimmt um Inteference von Ausen
und andere Signalproblemen bei anwendung grose Kabellängen, zu
vermeiden.
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Die
Möglichkeit
Mischung von Linesignale und Mikrofonensignale ist auch vorhanden
wenn beide Kontakten gelichseitig an sind.
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Die
aktuelle Hauptaufgabe für
das Inputbord ist dass das Lineinput in Stereo empfangen wird und zu
den built-in Stereomixer
gefürt
wird, zur welchem das mono Mikrofonsignal ankommt.
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Dieses
Mikrofonsignal wird gesannt zur rechten und linken Channels, so
dass es immer in der Midte im Stereosignal erscheint. Davon ist
das Signal zu einer Stereooutputstufe geleitet, wovon die Line- und
Mikrofonensignale gemischt ausgehen. Dieses Stereooutput endet in
2 Jacksticks hintem am Gerät und
wird für
die Verbindung eines Stereoamplifier mit zugehörigem Sprechern angewendet.
Es ist nicht möglich
die Ebenedes Lineoutsignal zu ändern,
weil es auf vorhand abgestimmt ist, dass die Inputplacierung zwischen –10 und
0 dB gelegt ist.
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Das
Mikrofoninput hat wie es auch sei ein Nutz-potentiometer Vorran.
Dieses hat eine Scala von –50
bis +10 dB. Bei diesem Input ist ein 18 Volt Phantomspannung operative
bei der Benutzung eines Mikrofon des Kondensatortyps. Die Phantom-Spannung
kann nicht ausgeschaltet werden, hat aber doch keine Konsekvenz
für die
Operationen des dynamischen Mikrofones und kann ihnen auf keinem Fall
verletzen.
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Vom
Mixer ist das Stereosignal in 2 Lines geteilt. Ein Stereosignal
ist zum oben erwähnten
Outputstufe gefürt,
und ein Mono-mix von Links und Recht ist vom Inputbord zur Limiterbord
geschickt, wo einer die Möglichkeit
hat die Kompressionsstärke und
die Outputebene zu justieren. Von hier werden sie returniert zur
das Inputbord, wo das Monosignal eingeteilt und verteilt wird auf
6 seperaten Amplifiers, mit individuellen relatrten trimmer Kontrollen
Vorne. Jeder dieser Amplifiergeht aus von das Bordzu zu ihren angemessende
Filterbords, wovon es 6 gibt im genanten System.
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Limiterfunktion für den Konverter
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3 zeigt
wie das Limiterbord den eingehenden Audio bearbeitet. 9 zeigt
das Printbord. Als es von der figur erscheint sprechen wir nicht
von einem wie wirklichem Limiter, aber von einer Kompression des
Audiosignal mit einem so grossen Verhältnis, dass es eine Approximation
für die
Kurve eines Limiter ausmacht.
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Alternative Ausformungen
des Konverters
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In
Zugabe zum Vorhergehenden andere Ausformungen können auch anwendung finden.
Zum Beispiel eine Version die 3 Filtern per OszillationsVerdopplung
innehält
anstatt den 12, mit welches der Prototyp ausgestattet ist. Bandbreite
und Slope der 3 Filtern referiert direkt zu den Frequenzrelatierten
Positionim Lichtspektrum der 3 Primärfarben, sehe auch 10.
Die zeigt die Position des Primärfarben (Rot,
Grün, Blau)
in Relation zu eine Frequenzverdopplung zusammen mit den Slope des
Filters für diesen
Prototyp, der 3 Filterper OszillationVerdopplung gebraucht und referiert
direkte zu das sehbare Lichtspektrum.
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Weiter
ist eine PC-basierte digitale Version gut angebracht. Dieses Model
ist auf den selben Principien basiert wie die analogen Modellen,
kann aber leichter speciellen ansprüche von Brauchern entgegenkommen
und besitz ein hoher Grad von Fleksibilitet was Analysebereiche
angeht (Frequenzenselbst die dem hörbaren Spektrum angehörent), die
Möglichkeit
Farben festzuhalten, Wiederholung von Frequenzänderungen und Farbenkombinationen
etc.
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Eine
PC-Version öffnet
für die
Möglichkeit den
Konverter zusammen mit schon eksistierende Analyseverkzeugen wie
gebraucht in Verbindung mit Sprachenlernen zu gebrauchen.
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Zukönftige Versionen
werden auch dazu im Stande sein gewöhnloche TV-Apparaten, ein GrossAnzeigefeldprojektor
oder ein Monitor als Display/Mischmedium zu gebrauchen.
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Für diejenige
dessen Höreigenschaften
teilweise oder ganz verletz sind, kann die Umwandlung eine neue
Methode der Sprachenübung
und auditive Orientierung werden. Unter anderen Dinge als ein Artikulationsverkzeug.
Unter die Arbeit mit körperliche und
seliche Handicaps kann die Umwandlung als ein Werkzeug zur Koncentration
und Motivation in Frage kommen.
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Für den Hörenden kann
die Umwandlung ein Mittel zur grössere
Intensitet der Aumerksamkeit auf Musik, Musikverständniss und
ein neuer visueller Schalldimension im täglichem Leben für Abslappung, entertaiment,
Immersion oder Vergnügung
werden.