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Einrichtung zur Erzielung großer Zeichenverständlichkeit bei überlagerten
atmosphärischen Störun?en in Telegraphieempfängern kleiner Bandbreite Es ist bekannt,
in einem Telegraphieempfänger ein regelbares Quarzfilter vorzusehen, mit welchem
wahlweise eine Bandbreite zwischen 18 Hz und weniger -und 12o, Hz eingestellt werden
kann. Selbst mit einer weitgehenden Bandeinengung kann jedoch bei starken Störungen
eine befriedigende Störbefreiung nicht erzielt werden, da dadurch die Abklingzeit
der Störimpulse vergrößert wird und daher Störimpulse, die mit den Morsezeichen
zusammenfallen, in die Pausen hinein verlängert werden und somit Punkte und Striche
nicht mehr sicher unterschieden werden können. Bei der Vergrößerung der Abklingzeit
handelt es sich um grundsätzlich dieselbe Erscheinung, die von Telegraphiezeichen
her bekannt ist und ein Abrundung der Telegraphiezeichen zur Folge hat.
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Es ist auch bekannt, Störungen durch Amplitudenbegrenzung zu vermeiden.
Die Störbefreiung ist jedoch nur dann wirksam, wenn die Amplitude auf annähernd
die Zeichenamplitude begrenzt wird. Da durch die Begrenzung. die Störgeräusche und
außerdem der Empfangston im gleichen Verhältnis geschwächt werden, ergibt sich eine
Schwächung des Empfangstones, also ein Loch in dem betreffenden Zeichen, oder sogar
praktisch eine Unterbrechung des Zeichens oder eine Auslöschung des Zeichens.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht darin, daß gleichzeitig
eine Amplitudenbegrenzung vorgesehen ist, welche alle über die Signalamplitude stark
hinausgehenden Störamplituden abschneidet und anschließend oder abwechselnd mit
stufenweiser Wirkung eine Bandeinengung mittels Filters auf eine Bandbreite größenordnungsmäßig
von roHz erfolgt.
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Man kann auf diese Weise eine wirksame Entstörung erzielen, ohne daß
die Nachteile, die bei getrennter Anwendung der Bandeinengung und Amplitudenbegrenzung
auftreten, in Kauf genommen werden müssen. Man braucht nämlich die Amplitudenbegrenzung
nur so weit zu treiben, daß die Löcher in
den Zeichen noch nicht
störend sind. Das Band kann anschließend sehr eng gemacht werden, da die Vergrößerung
der Abklingzeit der Störimpulse wegen der bereits erfolgten Verkleinerung der Störamplituden
nur eine geringe Störamplitude in den Zeichenpausen zur Folge hat.
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Besonders günstig ist es, abwechselnd mit stufenweiser Wirkung eine
Bandeinengung und eine Amplitudenbegrenzung vorzunehmen. Eine solche Einrichtung
wird weiter unten an Hand der Abb.4 erläutert. Zunächst soll an Hand der Abb. i
bis 3 näher erklärt werden, wovon die günstigste Bandbreite abhängt.
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In Abb. r ist die bei einer störungsfreien Übertragung gemessene Zahl
fa'sch verstandener Morsezeichen in vom Hundert der Gesamtzahl der übertragenen
Zeichen, also die Hörfehler in vom Hundert, in Abhängigkeit von der Dämpfung des
Empfangsresonanzkreises dargestellt. Die übertragungsfrequenz beträgt 8oo Hz, das
Übertragungszeitmaß i oo Buchstaben in der Minute, entsprechend 125o Punkt- oder
Pausenlängen in der gleichen Zeit. Der Verlauf der Kurve zeigt, daß eine resonanzartige
Wiedergabefrequenzkurve so lange unschädlich ist, also kein merklich störendes Nachklingen
verursacht, als die Dämpfung etwa 4% und mehr beträgt. Dieser Dämpfung entspricht
eine Bandbreite von etwa 3o Hz und eine Abklingzeitkonstante von etwa i o m/Sek.
Dabei ist unter Bandbreite die Intervallänge zwischen den beiden Grenzfrequenzen
verstanden, bei denen das übertragungsmäß noch das o,7fache des Maximalen beträgt.
Die Abklingzeitkonstante stellt die Zeit dar, in der die Amplitude eines frei ausschwingenden
Zeichens am Ausgang des Gerätes auf den e-ten Teil abgeklungen ist. Dabei ist ein
einfaches Resonanzgebilde angenommen, bei dem zwischen der Dämpfung D, der
Bandbreite B, der Zeitkonstante T und der Eigenfrequenz i die Beziehungen
bestehen B- f..L)
In einer Pause, deren Zeit beim obigen Versuch 48 m/ Sek. beträgt, fällt bei einer
Dämpfung von 4% die Amplitude der Zeichenspannung auf etwa i % ihres Höchstwertes
oder noch weniger ab, was auf jeden Fall zu einer deutlichen Unterscheidung der
Zeichen genügt.
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Da eine Erhöhung , der Dämpfung über 4010 keine merkliche Verbesserung
der Zeichenverständlichkeit ergibt, stellt diese Dämpfung bzw. die ihr entsprechende
Bandbreite von 30 Hz die obere Grenze dar, auf die das Übertragungssystem'
wenigstens einstellbar sein muß. Die untere Grenze der Dämpfung wie der Bandbreite
ergibt sich dann. wenn die übertragenen Zeichen von starken atmosphärischen Störungen
begleitet sind, deren Spitzen das Zeichen bei einer für Telephonieübertragungen
geeigneten Frequenzkurve, d. h. bei einer Bandbreite von mehreren iooo Hz, um ein
Mehrfaches,, z. B. um den Faktor i o. übertreffen. Dieses ist zur Zeit etwa die
obere Störungsgrenze, bei der Telegraphieverbindungen noch aufrechterhalten werden
können, wenn die Störungen zeitlich verhältnismäßig dicht aneinanderfolgen.
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Abb.2 stellt wiederum die Hörfehler in vom Hundert in Abhängigkeit
von der Dämpfung dar, nun aber bei in dieser Weise stark mit Störungen überlagerten
Zeichen. Dabei bezieht sich die Kurve a auf eine Telegraphiergeschwindigkeit von
i2o, die Kurveb auf eine solche von ioo, die Kurve c auf eine solche von 8o Buchstaben
je Minute.
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jede dieser Kurven weist ein ausgeprägtes Minimum der Hörfehler dar,
das um so kleiner ist, je geringer die Telegraphiergeschwindigkeit ist, und das
unterhalb der Telegraphiergeschwindigkeit von ioo Buchstaben j Minute sich in Richtung
kleinerer Dämpfung verschiebt. Die beste Verständlichkeit liegt also im Bereich
der Telegraphiergeschwindigkeiten von 120 und ioo Zeichen je Minute etwa bei einer
Dämpfung von i,2 @!o, d. h. einer Bandbreite von etwa
bei 8o Zeichen je Minute bei einer Dämpfung von nur 0,5%, also einer Bandbreite
von .4 Hz.
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Diesen beiden günstigsten Werten für die Bandbreite entsprechen An-
und Abklingzeiten von 3o bzw. 8o m/Sek. Die Punkt- bzw. Pausenzeiten betragen dagegen
bei den drei Telegraphiergeschwindigkeiten4a,48 und bom/Sek. Während einer Pausenzeit
fällt mithin bei einer Dämpfung von i,2% und Telegraphiergeschwindigkeiten von i
oo oder 12o Buchstaben je Minute die Amplitude des Zeichens nur auf etwa ein Drittel
und bei 8o Buchstaben je Minute und einer Dämpfung von o, 5 % sogar nur auf kaum
weniger als die Hälfte ihres Höchstwertes ab.
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Hierbei ist zu beachten, daß bei einer Geschwindigkeit von ioo oder
12o Buchstaben je Minute die Pausenzeiten bereits kürzer sind als die Abklingzeitkonstante
des Ohres. die 5om/Sek. beträgt, so daß eine Verringerung der Abklingzeit der Schwingungen
unter diesen Wert die Verständlichkeit nicht mehr sehr wesentlich verbessert. Daher
ist in diesem Bereich (Kurven a -und b in Abb. 2) die günstigste
Dämpfung (Minimum der Kurveti
in Abb.2) von der Gebegeschwindigkeit
im wesentlichen unabhängig. Die günstigste Zeitkonstante der Filtermittel liegt
für diese Telegraphiergeschwindigkeiten etwa zwischen der Zeitkonstante des Ohres
und deren halbem Wert. Die Zeitkonstante ist also länger, als sie sich aus einer
Bemessung nur nach der Pausenzeit ergeben würde.
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Ist die Pausenzeit dagegen länger als die Ohrenzeitkonstante, wie
z. B. bei der Geschwindigkeit von 8o Buchstaben je Minute, so wird die Filterzeitkonstante
zweckmäßig etwa gleich der Punkt- bzw. Pausenzeit gemacht. Abweichungen bis zum
Faktor 2 sind dabei zulässig, wie das flache Minimum der Kurve c in Abb. 2 zeigt.
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Bei Wahl einer anderen übertragungsfrequenz, die bisher als 8oo Hz
angenommen war, ändern sich die günstigsten Dämpfungen, während die Werte für die
günstigsten Zeitkonstanten und Bandbreiten im wesentlichen dieselben bleiben, denn
für die Unterscheidbarkeit der Zeichen ist bei ein und derselben Telegraphiergeschwindigkeit
di° Abklingdauer, also die Zeitkonstante T, maßgebend. Diese ist ihrerseits mit
der Bandbreite B unabhängig von. der übertragungsfrequenz durch die Gleichung
verknüpft. Die Bandbreite bestimmt wiederum die Intensität der aufgenommenen Störung.
Also ist die Bandbreite bei gleicher Telegraphiergeschwindigkeit und gleicher Störintensität
unabhängig von der übertragungsfrequenz ein Maß für die Zeichenverständlichkeit-Durch
diese Betrachtung wird insgesamt gezeigt, daß beim stark gestörten Hörempfang im
Bereich der üblichen Telegraphiergeschwindigkeiten die jeweils bestmögliche Verständlichkeit
erzielt werden kann, wenn gemäß der Erfindung die Bandbreite im wesentlichen in
dem Bereich zwischen q. und 3o Hz einstellbar ist.
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Zur Erzielung derart kleiner Bandbreiten sind insbesondere Empfänger
mit an sich bekannter mechanischer Resonanzkopplung (Stimmgabel oder Zunge) bei
einstellbarer mechanischer Dämpfung geeignet.
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Ein Ausführungsbeispiel mit einer derartigen niederfrequenten Kopplungsanordnung
zeigt Abb. 3. Bei dieser bedeutet E die Erregermagnetspule, der die Zeichenspannung
zuführt wird und die die eine Zinke der auf die übertragungsfrequenz von z. B. 8oo
Hz abgestimmten Stimmgabel St zu Schwingungen erregt. Durch die Schwingungen der
anderen Zinke werden Spannungen in der Abnahmemagnetspule A induziert, die in dem
Verstärker V verstärkt und dem Kopfhörer T zugeführt werden. Die Dämpfung der Stimmgabel
wird durch das zwischen den Zinken liegende, in Gabelrichtung verschiebbare und
ctiva aus Gummi o. dgl. bestehende Stück D bewirkt. Die Verschiebung kann z. B.
durch eine Schraubspindel vorgenommen werden.
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Bei verlustfreiem Aufbau ist es auch möglich, mit einem elektrischen,
niederfrequent abgestimmten Kreis die geforderte geringe Dämpfung zu erzielen. Die
Regelung läßt sich durch geregelte Ohmsche Widerstände bewirken.
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Natürlich kann die Frequenzbandbegrenzung auch im Hochfrequenzteil
des Verstärkers erfolgen. Im Hochfrequenzverstärkerläßt sich die geforderte kleine
Bandbreite durch Resonanzquarze erzielen, wobei die Bandbreite z. B. durch zugeschaltete
Widerstände bequem eingestellt werden kann. Es ist im allgemeinen zweckmäßig, die
Frequenzbandbegrenzung auf doch- und Niederfrequenzstufen zu verteilen.
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Besondere Verhältnisse ergeben sich, wenn eine Verständigung auch
bei ungewöhnlich großen und häufigen Störungen aufrechterhalten bleiben soll. In
diesem Falle reicht die Störungsverminderung durch Frequenzbandbeschneidung nicht
aus. Wird nämlich der Resonanzkreis durch-eine sehr starke Störung angestoßen, so
führt er unter Vmständen noch in der Pause Schwingungen aus, die noch größer sind
als die Zeichenschwingungen. Bei derartig starken Störungen empfiehlt es sich erfindungsgemäß,
zunächst durch nichtlineare Glieder, sog. Strombegrenzer oder Abkappen die Störamplituden
auf ein Mehrfaches, etwa das Fünffache der Signalamplituden, zu begrenzen. . Auf
diese Amplitudenbegrenzung folgt dann eine Frequenzfilterung in den früher beschriebenen
Grenzen.
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Noch zweckmäßiger ist bei sehr starken Störungen erfindungsgemäß eine
s:ufenweise erfolgende Amplituden- und Frequenzbegrenzung. Für diesen Zweck empfiehlt
sich eine mehrgliedrige Kette, die z. B. zunächst ein Glied für eine ganz grobe
Frequenzfilterung enthält, dann ein zweites Glied, das eine Amplitudenbegrenzung
auf etwa das zwanzigfache der Zeichenamplitude bewirkt, darauf ein drittes Glied,
das eine Frequenzfilterung mit etwa dem Zehnfachen der oben beschriebenen günstigsten
Dämpfung ergibt, und schließlich ein Glied, das die Amplitude auf das Fünffache
der Zeichenamplitude begrenzt. An diese Kette schließt sich dann das Frequenzfilter
mit der günstigsten, niedrigen Dämpfung an.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung zeigt Abb. q..
Bei dieser stellen die beiden Kreise Li C1 R und L. C. die Filterkreise
dar.
während die beiden Abkapper durch die vorgespannten Gleichrichterpaare Gl, G'1 und
G2. G'2 dargestellt werden. I( bedeutet das Kopplungsglied mit geringer, einstellbarer
Dämpfung, das wieder durch einen mechanischen Resonator oder einen verlustarmen
elektrischen Kreis dargestellt sein kann. Die Widerstände I21, 1'2, 12s dienen zur
Entkopplung, die natürlich auch durch zwischengeschaltete Verstärkerröhren erzielt
«erden kann.
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Zweckmäßig kann auch die Einschiebung eines Stückes mit frequenzabhängiger
Laufzeit in die Kette sein, so daß nicht in jedem Amplitudenbegrenzer immer dieselben
Zeichenamplituden geschwächt werden.
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Wichtig ist ferner, daß die Störungsanteile, die auf sehr tiefe Frequenzen
fallen, möglichst früh ausgesiebt werden, da sie mehrere Schwingungszüge des Zeichens
überdauern und diese alle dann im Berenzer erheblich geschwächt werden. Es' ist
daher zweckmäßig. die Wechselstromanteile von niedrigerer als der halben Signalfrequenz
im ersten Glied einer mehrstufigen Amplituden-und Frequenzfilterung zu unterdrücken.
Bei einer Übertragungsfrequenz von 8oo Hz werden zweckmäßigerweise sofort alle Teilfrequenzen
unter 5oo Hz unterdrückt. Dasselbe trifft für die Teiltöne über zooo Hz zu.