DE885900C

DE885900C - Arrangement for the resolution of electrical frequency mixtures

Info

Publication number: DE885900C
Application number: DESCH3536D
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Dr-Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1944-05-06
Filing date: 1944-05-06
Publication date: 1953-08-10

Description

Anordnung zur Auflösung elektrischer Frequenzgemische Der Aufwand zur rein elektrischen Trennung von Frequenzgemischen in eine große Zahl von Teilbändern ist sehr groß. So zeigen z. B. die Untersuchungen und Arbeiten von Homer Dudley an den unter der Bezeichnung »VODERa und »VOCODER« bekanntgewordenen Geräten, daß zur Erzeugung der künstlichen Sprache eine große Menge von elektrischen Filtern erforderlich ist. Dahingegen geschieht die Zerlegung von Frequenzgemischen in ihre Teilbänder im menschlichen Ohr mit Hilfe von mechanisch wirkenden Schwingungsgebilden auf räumlich kleinstem Umfang in einwandfreier Form.Arrangement for the resolution of electrical frequency mixtures The effort for the purely electrical separation of mixed frequencies into a large number of sub-bands is very big. So show z. B. the research and work of Homer Dudley on the devices known as »VODERa and» VOCODER «that a large number of electrical filters to generate the artificial speech is required. In contrast, frequency mixtures are broken down into theirs Partial bands in the human ear with the help of mechanically acting vibrational structures on the smallest spatial scale in perfect form.

Erfindungsgemäß wird nun davon ausgegangen, an Stelle der rein elektrisch wirkenden Bandfilter zur Auflösung von Frequenzgemischen in ihre Teilbänder mechanische Schwingungsgebilde zu verwenden, die elektrisch erregt werden und deren Schwingungszustand elektrisch abgegriffen wird.According to the invention, it is now assumed, instead of the purely electrical acting band filter for the resolution of frequency mixtures into their sub-bands mechanical To use oscillation structures that are electrically excited and their state of oscillation is tapped electrically.

Die Gleichwertigkeit elektrischer und mechanischer Schwingungsgebilde ist bekannt. So ist in derAbb. i ein elektrischer Schwingungskreis mit den Konstanten L (Selbstinduktion) und C (Kapazität) gegeben. Die Resonanzfrequenz (Kreisfrequenz) dieses Schwingungskreises beträgt: Hierbei bedeutet co, = Resonanzfrequenz (Kreisfrequenz), L = Selbstinduktion (in Henry), C = Kapazität (in Farad): In Abb. 2 ist ein mechanisches Schwingungsgebilde dargestellt, daß als Vertikalpendel aus einer Schraubenfeder mit der Federkonstante c und der Masse m besteht Dieses Gebilde gehorcht der Gleichung Hierbei bedeutet c = Federkonstante = Kraft (kg) Auslenkung (cm) ' Gewicht (kg) 7n = Masse - Erdbeschleunigung (cm . s-2) Der Vergleich der Formeln (z) und (2) läßt erkennen, daß unter Zugrundelegung des folgenden Schemas die gleichen Gesetze gelten: Kraft c I 'm Spannung C L . Ebenso kann man nun zur Durchführung des Erfindungsgedankens auch schwierigere elektrische Schwingungsgebilde, z. B zwei gekoppelte Systeme gleichwertig, d. h. mit gleichen Schwingungszahlen durch entsprechende gekoppelte mechanische Schwingungsgebilde mit elektrischer Erregung und elektrischer Abnahme ersetzen, wie die Abb. 3 zeigt. Hierin bedeuten Zu und Zb zwei federnde, mit einer Masse beschwerte abgestimmte Zungen, ähnlich einem Frahmschen Zungenfrequenzmesser, EMa und EMb die diesem zugeordneten Erregermagnete und AMa, AMb die entsprechenden Magnetsysteme zur Abnahme und Umsetzung der mechanischen Schwingungen in elektrische. Die beiden verschieden abgestimmten Zungen Za und Zb sind durch eine Kopplungsfeder Kf mechanisch gekoppelt. Auch alle anderen Formen elektrischer Filter, wie z. B. ein Doppelsieb, ist gemäß Abb, q. als mechanisches Schwingungsgebilde zu verwirklichen, bei dem eine auf eine bestimmte Frequenz abgestimmte und durch den Magnet EM erregte Zunge Za mit einem System c, m entsprechend Abb. 2 über eine Kopplungsfeder KI gekoppelt ist. Die mechanischen Schwingungen werden über AM in elektrische umgesetzt.The equivalence of electrical and mechanical oscillations is known. In Fig. i an electrical oscillatory circuit with the constants L (self-induction) and C (capacitance). The resonance frequency (angular frequency) of this oscillation circuit is: Here co, = resonance frequency (angular frequency), L = self-induction (in Henry), C = capacitance (in Farad): Fig. 2 shows a mechanical oscillation structure that is a vertical pendulum made of a helical spring with the spring constant c and the mass m exists This structure obeys the equation Here means c = spring constant = force (kg) Deflection (cm) ' Weight (kg) 7n = mass - acceleration due to gravity (cm. S-2) The comparison of formulas (z) and (2) shows that the same laws apply based on the following scheme: Force c i 'm Voltage CL. Likewise, you can now to carry out the idea of the invention, even more difficult electrical oscillations such. B replace two coupled systems of equal value, ie with the same oscillation numbers, by corresponding coupled mechanical oscillation structures with electrical excitation and electrical acceptance, as Fig. 3 shows. Here, Zu and Zb mean two resilient, coordinated tongues weighted down with a mass, similar to a Frahm's tongue frequency meter, EMa and EMb the exciter magnets assigned to this and AMa, AMb the corresponding magnet systems for taking and converting the mechanical vibrations into electrical ones. The two differently matched tongues Za and Zb are mechanically coupled by a coupling spring Kf. All other forms of electrical filters, such as. B. a double screen is shown in Fig, q. to be realized as a mechanical oscillation structure in which a tongue Za tuned to a certain frequency and excited by the magnet EM is coupled to a system c, m according to Fig. 2 via a coupling spring KI. The mechanical vibrations are converted into electrical ones via AM.

Die Kopplung von zwei oder mehr derartigen mechanischen Schwingungssystemen kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch durch eine Luftkopplung erfolgen. Dies ist z. B. durch kleine Flächen möglich, die an den frei schwingenden Enden der nebeneinanderliegenden und. miteinander. zu koppelnden Federn angebracht sind.The coupling of two or more such mechanical vibration systems can also take place according to a development of the invention by an air coupling. This is e.g. B. possible through small areas at the freely oscillating ends the adjacent and. together. springs to be coupled are attached.

In Durchführung des Erfindungsgedankens wird nun diese physikalische Ähnlichkeit der Vorgänge dazu benutzt, um mit Hilfe eines mechanischen Filtersatzes mit elektrischer Erregung und elektrischer Abnahme das durch die menschliche Sprache gegebene Frequenzgemisch in seine Teilbänder aufzulösen. In Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Lösung gegeben.In carrying out the inventive concept, this is now physical Similarity of operations used to make using a mechanical filter set with electrical excitation and electrical take-off that through human speech to resolve the given frequency mixture into its subbands. In Fig. 5 is an embodiment given for such a solution.

Die über den Eingang E der Anordnung und einen Verstärker zugeführte Sprache wird auf den einem Zungenfrequenzmesser nachgebildeten mechanischen Schwingungsfiltersatz gegeben. Die Erregung geschieht elektrisch über die parallel geschalteten Spulen z bis 22. Die erregten Zungen schwingen in dem durch die mechanischen Bestimmungsstücke gegebenen Bereich beispielsweise mit etwa x2o Hz Bandbreite. Eine ausgesprochene Resonanzlage ist durch die Luftreibungsdämpfung vermieden. Die gewünschte Bandbreite wird durch zusätzliche Schwingungsgebilde gemäß Abb. q. oder durch Kopplung von zwei oder mehr Zungen gemäß Abb. 3 erzielt, lediglich der einfachen Darstellung halber sind die mechanischen Schwingungssiebe hier sowie in Abb. 6 nur schematisch durch eine einzige schwingende Zunge angedeutet.The fed through the input E of the arrangement and an amplifier Speech is made on the mechanical vibration filter set simulated by a reed frequency meter given. The excitation occurs electrically via the coils connected in parallel z to 22. The excited tongues vibrate in the mechanical determiners given range, for example, with a bandwidth of about x2o Hz. An outspoken The resonance position is avoided by the air friction damping. The bandwidth you want is caused by additional vibrations according to Fig. q. or by coupling achieved two or more tongues as shown in Fig. 3, just for the sake of simplicity For the sake of this, the mechanical vibrating screens are only schematic here and in Fig. 6 indicated by a single swinging tongue.

Die Abnahme der Schwingungen geschieht mittels der Spulen a bis x. Die abgenommenen Spannungen werden den Verstärkern V1 bis V22 zugeführt und sind dann als Teilbänder des ursprünglichen Frequenzgemisches hinter den Übertragern irh bis Ü22 greifbar.The vibrations are decreased by means of the coils a to x. The voltages taken are fed to the amplifiers V1 to V22 and can then be accessed as sub-bands of the original frequency mixture behind the transformers irh to U22.

In der Abb. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für ein zur Erhöhung der Trennschärfe dienendes Zwischenfilter gegeben. Eine besondere Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise der hier dargestellten Anordnung dürfte sich auf Grund der zu Abb. 5 gegebenen Darstellung erübrigen.In Fig. 6 is an embodiment for a to increase the Intermediate filter that serves selectivity. A special description of the structure and the mode of operation of the arrangement shown here should be due to the for Fig. 5 are superfluous.

Unter Erläuterung durch Abb. 6 wird gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, durch Anwendung einer phasenrichtigen Rückkopplung eine Entdämpfung der gesamten Anordnung oder auch einzelner Bereiche zu erzielen. Hierbei kann die Rückkopplungsspule sowohl auf dem Spulenkörper der Erregerspule, z bis 22, als auch auf dem der Abnahmespule, a bis x, mit untergebracht werden. Die erste Möglichkeit ist in Abb. 6 für den Bandbereich z angedeutet; in diesem Fall tritt an Stelle der punktiert gezeichneten normalen Verbindung der Punkte y und z die gestrichelt gezeichnete Rückkopplungsschaltung. Endlich ist es auch möglich, eine Gegenkopplung anzuwenden, die dann zur Verbesserung der Filtereigenschaften, z. B. zur Änderung der Kurvenform des Bandbereiches oder auch zur Entkopplung der Nachbarfilter, vorgesehen werden kann. In letzterem Fälle wird dann die Gegenkopplungsspule z. B. des Bandbereiches r von der Ausgangsröhre des Bandbereiches 2 gespeist.Explanation by Fig. 6 is according to a further development of Invention proposed by using a phase-correct feedback a To achieve de-damping of the entire arrangement or individual areas. Here can the feedback coil both on the bobbin of the excitation coil, z to 22, as well as on that of the pick-up reel, a to x, can be accommodated. The first Possibility is indicated in Fig. 6 for the band area z; in this case occurs instead of the normal connection of points y and z drawn in dotted lines feedback circuit shown in dashed lines. Finally it is also possible to have a Apply negative feedback, which is then used to improve the filter properties, e.g. B. to change the curve shape of the band area or to decouple the neighboring filters, can be provided. In the latter case, the negative feedback coil z. B. of the band area r from the output tube of the band area 2 is fed.

Die Anwendung derartiger mechanischer Schwingungsgebilde erstreckt sich naturgemäß nicht nur auf den Frequenzbereich der Sprache. Der Einsatz dieser Filtersysteme ist vielmehr überall in allen den Fällen zweckmäßig, in denen zur Auflösung von Frequenzgemischen auf rein elektrischem Wege ein zu hoher Aufwand an Bandfiltersätzen notwendig ist.The application of such mechanical oscillations extends naturally not only on the frequency range of speech. The use of this Rather, filter systems are useful everywhere in all cases in which to Dissolving frequency mixes by purely electrical means is too much effort of belt filter sets is necessary.

Claims

PATENT CLAIM: e.g. Arrangement for the resolution of electrical frequency mixtures large bandwidth into individual sub-bands, characterized in that from several mechanical oscillation systems existing - mechanical oscillation structures electrically excited and the sub-bands dissolved in the mechanical oscillation structures be tapped electrically.

2. Arrangement for the resolution of electrical Frequency mixture according to claim i, characterized in that the mechanical oscillation structure is built like a tongue frequency meter and the frequency ranges of the individual oscillation systems join each other seamlessly.

3. Arrangement for the resolution of electrical frequency mixtures according to claims i and 2, characterized in that to achieve certain Passband widths or filter slope steepnesses two or more tongues more or are less tightly coupled to each other.

4. Arrangement for the resolution of electrical Frequency mixes according to claims i and 2, characterized in that to achieve certain passband widths or filter edge steepnesses additional mechanical Vibration systems are coupled to the frequency-determining basic system.

5. Arrangement for resolving electrical frequency mixtures according to claims i to 4, characterized in that for undamping the entire arrangement or In-phase feedback only in individual areas by attaching a feedback coil provided either on the bobbin of the excitation coil or on that of the pick-up coil is.

6. Arrangement for the resolution of electrical frequency mixtures according to claims i to 4, characterized in that to improve the filter properties, for. B. smoothing the pass band, changing the edge steepness, or to decouple the neighboring filter a negative feedback coil either on the bobbin of the excitation coil or on which the pick-up coil is provided. Cited publications: German Patent No. 706,982 ; Swedish Patent No. 200 825; Journal of the acoustic Society of America, Vol. VI, No. 2 (Oct. 1934) pp. Io8 to iii.