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Verfahren zur Aufzeichnung von Melodiekurven Es ist bereits ein Verfahren
zur Aufzeichnung der sog. Melodiekurven bekannt, d. h. zur Aufzeichnung der zeitlichen
Änderungen der Grundtonfrequenz von Sprachklängen im Verlauf von Worten, gesprochenen
und gesungenen Sätzen und Melodien. Dieses Verfahren ist in Abb. z schematisch dargestellt
und seine prinzipielle Wirkungsweise im folgenden kurzerläutert: Die Sprachldänge
werden in, üblicher Weise hinter einem Mikrophon 1Y1 äbgenommen, im Verstärker V1
verzerrungsfrei verstärkt, durch Glieder V2 b@zw. T, die .die Grundtöne der Spra
chklänge hervortreten lassen b@zw. die Frequenzen oberhalb der Grundtöne abschwächen;
künstlich verzerrt und im Verstärker V3 nochmals verstärkt. In :einem als Frequenzzeiger
F bekannten ersten Kippgerät werden die verzerrten Sprachschwingungen in Spannungsspitzen
konstanter Amplitude umgeformt und darauf einem zweiten Kippgerät, einer Thyratronröhre
Tlz, zugeführt, die über einen Kondensator und einen Widerstand in bekannter Weise
Kippschwingungen erzeugt, deren Frequenz durch entsprechende Wahl der Zeitkonstante
des Kippkreises bei 2o bis_ 5o I3z liegt. Diese Kippschwingungen werden durch .einen
Kathodenstrahloszillographen O sichtbar gemacht und erscheinen auf dem Leuchtschirm
als gerade Linien bestimmter Länge. Die Zündungen des Thyratrons folgen um so schneller
aufeinander, je höher die Frequenz der an das Steuergitter angelegten Spannung ist,
und 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 Frequenz immer kürzer und
stellen somit ein Maß für die Frequenz der dem Steuergitter zugeführten Spannung
dar.
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Bei dem bekannten Verfahren ist das erste Kippgerät unbedingt erforderlich,
um eine in allen Fällen ausreichende Einsatzschärfe für die Zündung des Thyratrons
zu erhalten. Ohne dieses erste Kippgerät würde nämlich bei der oftmals nur geringen
Steilheit der Spannungsschwankungen die Zündung des Thyratrons nicht momentan erfolgen
und dementsprechend auch keine ausreichende Genauigkeit in der Aufzeichnung der
Melodiekurven vorhanden sein. Dias bekannte Verfahren hat somit den Nachteil, daß
es, -um in allen Fällen zuverlässig zu arbeiten, zwei Kippgeräte und daher einen
beträchtlichen Aufwand an Schaltelementen erforderlich macht.
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Die Erfindung weist nun einen Weg, auf dem trotz Verwendung nur eines
Kippgeräts dieselbe Sicherheit und Güte der Aufzeichnung wie bei dem bekannten Verfahren
mit zwei Kippgeräten erreichbar ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
daß der in dem bekannten Verfahren als erstes Kippgerät dienende Frequenzzeiger,
der normalerweise die Meßspannung beliebig schwankender Amplitude in Spannungsspitzen
bzw. Ladeströme konstanter Amplitude umformt und somit für den vorliegenden Zweck,
der Aufzeichnung von Melodiekurven als Erzeuger der aufzuzeichnenden Kippschwingungen
veränderlicher Amplitude ohne weiteres zunächst gerade nicht geeignet erscheint,
durch eine bestimmte Abänderung doch für diesen Zweck, und zwar als einziges Kippgerät,
verwendet werden kann. Zusammenfassend läßt sich also der Erfindungsgegenstand so
charakterisieren: Die Erfindung betrifft ein an sich bekannes Verfahren zur Aufzeichnung
von Melodiekurven von Sprache, Gesang oder Musik, bei dem die durch Umwandlung der
Sprache ustv. in .elektrische Spannungsschwankungen erzeugten elektrischen Schwingungen,
nach entsprechender den Grundton hervorhebender Verzerrung und darauffolgender Verstärkung,
zur Erzeugung von Kippschwingungen dienen, die in ihrer Amplitude von der Frequenz
der untersuchten Schwingungen abhängen und zwecks Aufzeichnung als Ablenkspannungen
eines Kathodenstraliloszillographen verwendet <<erden.
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Erfindungsgemäß werden nunmehr bei diesem Verfahren die Kippschwingungen
veränderlicher Amplitude m einer an sich als mit Isippschwingungen konstanter Amplitude
arbeitender Frequenzzeiger bekannten Anordnung, bei der jeder Periode der untersuchten
Schwingung zwei Ladevorgänge eines Kondensators zugeordnet sind, dadurch erzeugt,
daß die Zeitkonstanten der beiden Ladevorgänge verschieden groß gewählt sind.
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In Abb. a ist nun das Schaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die gezeichnete Schaltung ist weitgehend
identisch mit der eines bekannten Frequenzanzeigers, unterscheidet sich jedoch von
dieser wesentlich durch eine andere Wahl des Verhältnisses der Zeitkonstanten für
die beiden Ladekreise des Kondensators. Zur Klarstellung des Ertiiidungsgedankens
sei in Anbetracht der an sich bekannten Wirkungsweise der Schaltun; nur folgendes
kurz ausgeführt: Erhält das Gitter der Triode IV während der einen Ilalbperiode
der an die Klemmen AI, N angelegten zu untersuchenden Wechselspannung eine
hinreichend große positive Spannung, so !ließt über den Widerstand Ri und die Triode
IV ein Anodenstrom, der so groß ist, daß die an R, entstehende negativ gerichtete
Spannung die Penthode 1I und die Triode III sperrt. Die Triode I dagegen ist durchlässig,
und der Kondensator C wird daher durch die Spannung (TI derart aufgeladen, daß seine
linke Belegung negatives Potential besitzt.
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Erhält die Röhre IV während der anderen Halbperiode der zu untersuchenden
Wechselspannung eine hinreichend große negative Gitterspannung, so fließt über R_,
kein A.nodenstrÖin mehr. Die Gitterspannungen der Röhren II und III erhalten positive
Werte, und es tritt folgendes ein: Erstens fließt über R.; der Anodenstrom der Röhre
III, der Tiber den Spannungsabfall an R.3 eine negative Gitterspannung an der Triode
I hervorruft, die diese sperrt. Zweitens wird der Kondensator C über die Röhre I
I durch die Spannung IJ#, derart aufgeladen, daß die linke Belegung positives Potential
erhält und der Kondensator also umgeladen wird.
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Bei Verwendung der vorstehend geschilderten Schaltungsanordnung als
Frequenzzeiger wird die Zeitkonstante der beiden Ladekreise bekanntlich gleich und
möglichst klein gewählt. t; m die Schaltungsanordnung dagegen erfindungsgemäß als
Erzeuger von fiippachwingungen veränderlicher Amplitude bui dem bekannten Verfahren
der Melodiekurvenaufze.ichn .urig zu verwenden, wird. die Zeitkonstante des Ladekreises
der Röhre I, wie üblich, klein, die des Ladekreises der Röhre 11 aber groß
gewählt.
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Welchen Einfluß diese große Zeitkonstante auf den Ladevorgang hat,
ist der Abb.3 zu entnehmen, die die Kurven der Kondensator- 1 spannurig in Abhängigkeit-von
der Ladezeit darstellt. Die Kurve i gilt für einen kleinen,
dem
normalen Frequenzzeiger entsprechenden, die Kurve z für einen gemäß der Erfindung
großen Wert der Zeitkonstante im Ladekreis der Röhre II. Der der vollen Aufladung
des Kondensators entsprechende Wert tco wird längs der Kurve r sehr schnell erreicht,
und für ganz verschiedene Periodendauerwerte, wie beispielsweise to und
11, ergibt sich entsprechend den Strecken p, v und g, tv praktisch der gleiche
Wert up der Kondensatorspannung. Längs der Kurve 2 dagegen wird der Endwert der
Kondensatorspannung nur sehr langsam erreicht, und die der Periodendauer to und
1.1 entsprechenden, durch die Strecken r, v und s, tv dargestellten Werte der Kondensatorspannung
fassen sich daher zur Erzeugung von, in. ihrer Amplitude von der Frequenz abhängigen
Kippschwingungen verwenden.
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Eihe große Zeitkonstante läßt sich nun beispielsweise in der in der
Abb. 2 angegebenen Weise dadurch erreichen, daß als Röhre II eine Hochfrequenzpenthode
mit kleinem Durchgriff gewählt wird, deren Innenwiderstand sehr groß gegenüber dem
der Triode I ist. In diesem Fall erfolgt die Aufladiuig des Kondensators C im Ladekreis
der Röhre II nur. sehr langsam, jedoch mit angenähert kontantem Strom. Wie aus der
Abb. q. ersichtlich, steigt die Köndensatorspannung rs von einem der Zeit t=o :entsprechenden
Ausgangswert längs der Strecke u, b fast linear mit der Zeit an. Die im Purikt
.Ti einsetzende Umladung des Kondensators dagegen erfolgt wegen des kleinen Innenwiderstandes
der Triode sehr schnell, so daß die Kurve hinter b sehr steil abfällt und daher
unabhängig von der Frequenz, also unab,hangig von der Ladezeit, stets der Ausgangswert
der Kondensatorspannung im Verlauf des Kurventeils b, c erreicht wird und damit
die im Punkte beginnende neue Aufladung des Kondensators über die Röhre II mit Sicherheit
stets vom gleichen Anfangswert der Kondensatorspannung ausgeht.
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Damit die Uniladung über die Röhre I rasch erfolgt, ist es äweckmäßig,
den Ladevorgang in an sich bekannter Weise durch die Gitterspannung zusätzlich zu
beeinflussen. Hierzu dient ein Spannungsteiler, der aus den Widerständen R1 und
R2 besteht und so bemessen ist, daß gegen Ende des Ladevorgangs über die Röhre I
die Spannung am Kondensator und die Spannung an R2 zusammen eine negative Gitterspannung
an I hervorrufen. Dadurch sinkt der Ladestrom rasch ab, und die Ladung wird durch
die Gitterbeeinflussung in kürzerer Zeit beendet. Gegen Ende der positiven Halbperiode
der Gitterspannung an der Röhre IV liegt daher eine konstante Spannung an dem Kondensator
C. Falls nun die Dauer der nächsten negativen Ifalbwelle der Gitterspannung an IV
kürzer ist, wird beim Arbeiten der Röhre II nur der Punkt d erreicht, beim
Arbeiten der Röhre I jedoch wieder dieselbe Kondensatorspannung. Gibt man die Kondensatorspannung
an ein Plattenpaar einer Braunschen Röhre (ohne Zeitablenkung), so sind die .auf
dem Leuchtschirm erscheinenden Strecken e und f, die Projektionen
der Strecken a, b bzw. a, d ein Maß für die Periodendauer. Hohen Frequenzen
entspricht ein kurzer, tiefen ein langer Strich. Bei photographischer Aufnahme dieser
Striche durch einen rotierenden Film ergeben sich nebeneinanderliegende Striche,
deren Lange jeweils: der Periodendauer entspricht.
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Die Schaltung gemäß der Abb.,-> läßt sich selbstverständlich noch
abwandeln. Insbesondere kann statt der Hochfrequenzpenthode beispielsweise eine
normale Triode verwendet werden, der ein hochohmiger Widerstand vorgeschaltet ist.
Allerdings erfolgt dann der Anstieg der Kondensatorspannung längs der Strecke
a, b im allgemeinen nicht mehr linear.
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Die aus den Röhren III und IV bestehende Steuerschaltung bewirkt,
daß die Schaltungsanordnung gemäß Abb. a keine Amplitudenabhängigkeit besitzt, sofern
hinreichend große Gitterspannungen an IV angelegt werden. Da beide Laderöhren I
und Il nur bei negativer Gitterspannung an der zugehörigen Steuerröhre arbeiten,
ist für diese lediglich ein Mindestwert erforderlich, der ausreicht, um die Steuerröhre
stromlos zu machen. Eine weitere Erhöhung der Gitterspannung in Richtung negativer
Werte ruft dann keine Veränderung mehr hervor.