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Verfahren zur Ubertragung von Schallereignissen über einen Kanal verhältnismäßig
geringer Bandbreite Bei der elektrischen Übertragung von Schallereignissen, beispielsweise
von Sprache und Musik, spielt die Bandbreite eine Rolle, da sie in vielen Fällen
den erforderlichen technischen Aufwand bestimmt. Dies gilt unter anderem für Fernsprechleitungen,
Funkeinrichtungen, Tonaufzeichnungsgeräte usw. Die Einsparung von Bandbreite ohne
wesentliche Beeinträchtigung der Übertragungsqualität stellt mithin ein wirtschaftliches
Problem dar. Zu seiner Lösung sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden; so kennt
man beispielsweise Verfahren, die das Schallereignis auf eine Reihe von Spektralkanälen
mit aneinander anschließendem Durchlaßbereich verteilen und nur die Schwankungen
des Effektivwertes übertragen. Allen bisher bekanntgewordenen Verfahren haftet jedoch
der Nachteil an, daß sie einen erheblichen Aufwand an Schaltmitteln erfordern und
im wesentlichen nur auf die Übertragung von Sprache zugeschnitten sind.
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Um den Aufwand zu verringern und gleichzeitig die Übertragung nichtsprachlicher
Schallereignisse zu ermöglichen, ist bereits vorgeschlagen worden, den zu übertragenden
Frequenzbereich in zwei aneinander anschließende, einander überlappende oder voneinander
durch eine Lücke getrennte Bereiche aufzuteilen, von denen der tieferfrequente unmittelbar
übertragen wird, während aus dem höherfrequenten Bereich durch Gleichrichtung und
Glättung eine Hüllkurve gewonnen wird, die auf
der Wiedergabeseite
zur Steuerung eines besonderen Schwingungsgenerators, vorzugsweise eines Rauschgenerators,
dient.
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Bei diesem Vorschlag ist man von der Tatsache ausgegangen, daß die
spektrale Struktur der meisten Schallereignisse im unteren Teil des übertragungsbereiches
etwa unterhalb von 5ooo Hz deutlich eine andere Struktur aufweist als im oberen
Teil des Hörbereiches; während im unteren Teil periodisiche Komponenten, d. h. Komponenten
mit Spektrallinienstruktur, vorherrschen, ist der höherfrequente Teil durch das
Überwiegen statistischer Komponenten von Spektralbandstruktur gekennzeichnet, wobei
innerhalb der Bänder eine vorzugsweise zeitliche Struktur vorliegt, während die
Struktur längs der Frequenzkoordinate wenig ausgeprägt ist.
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Eine wirkungsvolle Verringerung,der zur Übertragung des Schallereignisses
erforderlichen Bandbreite kann infolgedessen dadurch bewirkt werden, daß der niederfrequente
Teil des Hörbereiches unverändert übertragen wird, während aus dem höherfrequenten
Teil nur die Energieschwankungen entnommen und über einen ;gesonderten Kanal übertragen
werden. Diese Energieschwankungen besitzen aber eine Bandbreite, die weit unter
der Bandbreite des höherfrequenten Teiles des Hörbereiches liegt. Um auf der Empfängerseite
das ursprüngliche Schallereignis wiederherstellen zu können, ist dort ein besonderer
Generator zur Erzeugung von Schwingungen mit statistischer Frequenzverteilung, beispielsweise
ein Rauschgenerator, vorgesehen, dessen Ausgangsamplitude von den in einem besonderen
Kanal übertragenen Energieschwankungen des hochfrequenten Teiles des ursprünglichenSchallereignisses
gesteuert wird. Bei Schallereignissen, die keine besonders feine Frequenzstruktur
im höherfrequenten Teil besitzen, ist auf diese Weise eine nahezu getreue Wiederherstellung
des ursprünglichen Klangbildes möglich.
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Dieses bereits vorgeschlagene Verfahren hat den Nachteil, daß auf
der Wiedergabe- bzw. bei drahtlosen Übertragungen auf der Empfangsseite ein Rauschgenerator
vorgesehen sein müß. Bei Rundfunkübertragungen muß das vorgeschlagene Verfahren
nach Möglichkeit so ausgestaltet sein, daß die vorhandenen Rundfunkempfänger ohne
Zusatz weiterhin benutzt werden können. Aus diesem Grunde ist der Generator zur
Erzeugung von Schwingungen mit statistischer Frequenzverteilung auf der Empfängerseite
tunlichst zu vermeiden.
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Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Hüllkurve einem aus
einem Schwingungsgenerator, vorzugsweise einem Rauschgenerator mit einem Frequenzbereich
bis 4500 Hz, gewonnenen Band aufzumodulieren und diese modulierten Bänder den unteren
Frequenzen des ursprünglichen Schallereignisses wieder zuzusetzen und dann dieses
Gemisch auf einen Übertragungskanal bzw. einen Sender zu geben.
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Die Konsonanten umfassen einen Frequenzbereich bis herauf zu z6ooo
Hz, während von den Rundfunksendern vielfach nur ein Frequenzband von 450o Hz übertragen
wird. Das zurübertragung eines Konsonanten erforderliche Frequenzband kann man nun
wieder in einen nieder frequenten Bereich bis 450o Hz und einen höherfrequenten
Bereich von über 450o Hz aufteilen. Der niederfrequente Anteil wird direkt übertragen,
während von dem höherfrequenten Anteil durch Gleichrichturig und Glätturig die Hüllkurve
gewonnen wird. Aus einem Rauschgenerator werden mit Hilfe von Bandpässen ein, zwei
oder mehr Frequenzbänder mit einem Gesamtumfang von 2ooo bis 450o Hz gewonnen. Durch
Modulation des höherfrequenten Anteils des Konsonanten mit dem unteren aus dem Rauschgenerator
gewonnenen Frequenzband wird dieser um eine bis anderthalb Oktaven herabtransponiert,
so daß der höherfrequente Anteil des Konsonanten jetzt ebenfalls in einem Frequenzbereich
unter 4500 Hz liegt.
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Durch diese Transponierung hat der Konsonant nicht an Verständlichkeit
verloren; er liegt aber in einem Frequenzbereich, der der Bandbreite amplitudenmodulierter
Rundfunksender entspricht. Beispielsweise hat der Laut »ch« einen Frequenzumfang
bis zu 8ooo Hz. Wenn man diesen Konsonanten um eine Oktave heruntertransponiert,
so kommt man zu einer Grenzfrequenz von 400o Hz. Damit liegt der Laut »ch« innerhalb
des vorerwähnten Übertragungsbereiches der Mittelwellenrundfunksender. Dieses Verfahren
kann auf alle Konsonanten angewendet werden.
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Die Figur zeigt beispielsweise eine zur Durchführung des neuen Verfahrens
geeignete Schaltung. Das durch das Mikrophon Mi aufgenommene Schallereignis wird
in dem Verstärker V1 verstärkt. Hinter diesem Verstärker wird das übertragene Frequenzband
durch den Tiefpaß TP auf den vom Empfänger .günstigen Falles verarbeiteten Bereich
von 450o Hz beschränkt. Hinter dem Verstärker V1 wird -das Frequenzband ferner oberhalb
von 450o Hz über je einen Trennverstärker V2 bis V4 drei Bandpässen BPi bis BP,
zugeleitet. Diese drei Bandpässe unterteilen den Frequenzbereich von 450o bis zooooHz
in drei aneinander anschließende Frequenzbänder. Aus jedem dieser Frequenzbänder
wird durch Gleichrichtung und Glätturig in den drei Gleichrichterstufen Gli bis
G13 die Hüllkurve des in diesem Frequenzbereich liegenden Schallereignisses gewonnen.
Aus einem Rauschgenerator RG werden mit Hilfe von drei Bandpässen BP4 bis BP., drei
ebenfalls aneinander anschließende Frequenzbänder mit einem Gesamtumfang von 220o
bis 450o Hz gewonnen. Die aus dem unteren Band des höherfrequenten Teiles gewonnene
Hüllkurve moduliert das niedrigste aus dem Rauschgenerator gewonnene Band usw. Die
Modulation in den einzelnen Bereichen wird mit den Modulatoren M1 bis M3 durchgeführt.
Die so entstandenen Modulätionsprodukte werden in den drei Verstärkern V" bis T7
verstärkt, durch die Regelglieder R1 bis R3 auf den den natürlichen Lautstärkeverhältnissen
zwischen den Konsonanten und den Vokalen entsprechenden Wert eingepegelt und über
einen weiteren gemeinsamen Verstärker V8 dem übertragungskanal bzw. dem Sender zugeführt.
An
dieser Stelle ist jetzt einmal aus dem ursprünglichen Schallereignis .der Anteil
bis 450o Hz vorhanden, außerdem ist der um eine Oktave heruntertransponierte höherfrequente
Anteil des ursprünglichen Schallereignisses enthalten, der jetzt ebenfalls in einem
Bereich unter 4500 Hz liegt.
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Auf diese Weise ist trotz des verhältnismäßig schmalen Übertragungskanals
eine bessere Silben-und Satzverständlichkeit und eine natürliche Wiedergabe erreicht
worden. Dies gilt nicht nur für Übertragungen von Sprache, sondern auch für bestimmte
Arten von Musik, beispielsweise Tanzmusik und Musik, bei der die Geräuschkomponenten
eine besonders wichtige Rolle spielen.
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Im drahtlosen Verkehr hat dieses Übertragungsverfahren den Vorteil,
daß Eingriffe auf der Empfängerseite nicht notwendig sind, da sich der Rauschgenerator
auf der Senderseite befindet.
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Weiterhin hat das neue Verfahren gegenüber der unmittelbaren Übertragung
oder der Übertragung mit Anhebung der hohen Frequenzen (pre-emphasis) den Vorteil,
daß der künstlich hinzugefügte Geräuschbereich beliebig gegenüber dem unteren Frequenzbereich
verstärkt werden kann, ohne daß unerwünschte Einschwingvorgänge auftreten, die die
Folge von Höhenanhebung mit sehr steilem Dämpfungsabfall wären. Es ist mit einer
derartigen Anordnung ferner möglich, den Bereich der für die klanggetreue Übertragung
wichtigen hohen Frequenzen ohne Beeinträchtigung der akustischen Empfindung zu komprimieren.
Steht beispielsweise für Sprachübertragungen nur ein Frequenzband mit der oberen
Grenze von 5ooo Hz zur Verfügung, so kann man aus dem ursprünglichen Sprachvorgang
den Frequenzbereich von 450o bis i5 ooo Hz aussieben und zur Steuerung eines Rauschgenerators
verwenden, der nur den Bereich von 450o bis 5ooo Hz aussendet, diesen Bereich aber
mit erhöhter Stärke. Der subjektive Eindruck auf der Empfängerseite ist dann bei
dem dort ankommenden Gemisch von natürlichem Sprachvorgang mit einer oberen Frequenzgrenze
von 450o Hz und künstlichem Rauschen von 450o bis 5ooo Hz demjenigen des über den
ganzen Hörbereich bis 15 ooo Hz erstreckten Sprachvorganges sehr ähnlich. Ein solches
Verfahren ist für Geräte zur Verbesserung des Hörvermögens sehr wichtig, da Schwerhörige
den Bereich höherer Sprachfrequenzen oft nur mangelhaft aufnehmen.
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Das neue Verfahren kann ferner bei Schallaufnahmeverfahren zur Erhöhung
der Speicherdauer dienen. Bekanntlich besteht ein enger Zusammenhang zwischen der
Geschwindigkeit, mit der ein Tonträger, beispielsweise ein Magnettonband, sich fortibewegt,
und der höchsten aufzuzeichnenden Frequenz. Je höher diese Frequenz ist, desto schneller
muß der Tonträger bewegt werden. Jede Frequenzherabsetzung bringt mithin eine Herabsetzung
der Geschwindigkeit des Tonträgers und damit eine Verlängerung der Laufdauer bei
gegebener Länge des Tonträgers.