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Verfahren zur Umwandlung des Frequenzgemisches gesprochener Nachrichten
in ein Frequenzband geringer Breite Zur Verringerung der Bandbreite der übertragung
gesprochener Nachrichten kann man Kennwerte über Amplitude und Häufigkeit der verschiedenen
Frequenzen übertragen, welche an der Empfangsstelle zur Wiederherstellung der einzelnen
Frequenzzüge und des Gemisches dieser Frequenzzüge verwendet werden. Die Umwandlung
des Frequenzgemisches gesprochener Nachrichten in ein Frequenzband geringer Breite
ist in einer Vorrichtung für das ganze Gemisch nicht möglich. Zu diesem Zweck können
jedoch einzelne Frequenzen aus dem Gemisch ausgesiebt werden. Die Zahl dieser "
diskreten Frequenzen hat bestimmenden Einfluß auf die Verständlichkeit der Übertragung,
beeinflußt aber in entscheidendem Maße die Kosten der Einrichtung, weil für jede
Frequenz ein eigenes Filter und eine eigene Teilungsvorrichtung verwendet werden
muß. Bekannte Anordnungen dieser Art verwenden eine mehrfache Modulation mit unterschiedlichen
oder veränderlichen Modulatoren.
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Die Erfindung bezweckt, die bekannten Anordnungen zu verbessern, die
Einrichtungen zur Heraussiebung einzelner diskreter Frequenzen zu verbilligen und
zugleich in einer Form auszubilden, daß auch die Einrichtungen zur Verarbeitung
der ermittelten diskreten Frequenzen, beispielsweise zur Teilung dieser Frequenzen,
vereinfacht werden.
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Gemäß der Erfindung werden zur Transformierung des Frequenzgemisches
die Nachrichtenquanten in geeigneter Weise vorübergehend gespeichert und
jeweils
mehrfach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abgetastet. Ferner ist ein einziges
Filter mit einem geringen Durchlaßbereich vorgesehen, welches entsprechend der Bandbreite
der zu übertragenen Frequenzgemische bemessen ist und bei den aufeinanderfolgenden
Abtastungen die verschiedenen in seinem Durchlaßbereich transformierten Frequenzen
herausgreift und diese zur Übertragung durchläßt. Die wiederholte Abtastung der
Zwischenspeicherung mit stets anderer Geschwindigkeit bewirkt eine mehrfache Transformation
aller Frequenzen des gespeicherten Nachrichtenquants, so daß ein und dasselbe Filter
bei jeder Abtastung eine andere diskrete Frequenz erfaßt, die infolge der jeweiligen
Abtastgeschwindigkeit auf die Filterfrequenz transformiert worden ist.
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Zwischenspeicherung und Abtastung kann in der Einrichtung nach der
Erfindung nach einem der bekannten Vetfahren, durch elektronische Beeinflussung
eines Bildschirmes, durch magnetische Beeinflussung eines magnetisierbaren Trägers,
durch Beschickung von Laufzeitketten usw. erfolgen. Durch die Aussiebung einer einzigen
Frequenz mittels des einzigen Filters nach der Erfindung wird die Verarbeitung dieser
Frequenz wesentlich vereinfacht. Beispielsweise können die Amplitudenwerte dieser
Frequenz nach einem Impulsverfahren über einen schmalen Kanal übermittelt werden.
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An der Empfangsseite wird bei dem Verfahren nach der Erfindung grundsätzlich
die gleiche, reziprok arbeitende Einrichtung wie an der Sendeseite benötigt. Die
einzige Frequenz, die bei der mehrfachen Abtastung an der Sendeseite von dem Filter
herausgegriffen wurde, muß nunmehr mehrfach nacheinander auf einen Speicher mit
unterschiedlicher Aufzeichnungsgeschwindigkeit aufgezeichnet werden, so daß die
übereinanderliegenden Aufzeichnungen schließlich wieder ein Gemisch der bei den
wiederholten Abtastungen ausgesiebten einzelnen diskreten Frequenzen bilden, welche
diese diskreten Frequenzen in der gleichen Verteilung enthalten, wie das ursprüngliche
Nachrichtenquant. Die Abtastung des so gespeicherten Gemisches mit normaler Geschwindigkeit
gestattet eine Wiedergabe des Nachrichtenquants, deren. Qualität sich nach der Zahl
der für die Aussonderung verwendeten Frequenzen richtet. Diese Frequenzzahl wird
bei dem Verfahren nach der Erfindung ausschließlich durch die Zahl der Geschwindigkeiten
bestimmt, mit denen eine Abtastung der Zwischenspeicherung bzw. die Aufzeichnung
der empfangenen Übertragung erfolgt. Die Mittel zur Steuerung der Abtast- und Aufzeichnungsgeschwindigkeit
sind verhältnismäßig einfach, so daß die Zahl der Frequenzen und damit die Übertragungsgüte
hoch gehalten werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig. i den grundsätzlichen Aufbau einer Einrichtung für elektronische Zwischenspeicherung,
Fig. 2 diagrammartig den Ablauf wiederholter Speicherungen und -Abgriffe, Fig. 3
eine Häufigkeitskurve für das Auftreten der verschiedenen Frequenzen in der menschlichen
Stimme, Fig. 4 ein weiteres Schema für wiederholte Aufzeichnungen und Abtastungen.
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Die Einrichtung zur Zwischenspeicherung enthält in einem geeigneten
Glaskolben i i einen Bildschirm i2 sowie zwei Elektronenschleudern 13 und 14. Zur
Ablenkung des von der Elektronenschleuder 13 gesendeten Elektronenstrahls dienen
Ablenkplatten 15. Die Ablenkplatten 16 lenken den von der Elektronenschleuder 14
gesendeten Elektronenstrahl. Beide Plattenpaare 15 und 16 werden von einem Kippgerät
17 derart gesteuert, daß sie die gleiche Zeile des Bildschirms 12 bestreichen. Die
Steuerung erfolgt jedoch unterschiedlich. Während der von der Elektronenschleuder
13 erzeugte Strahl kontinuierlich die Zeile des Schirmes 12 durchläuft und bei Erreichen
des einen Endes sprungartig an den Anfang zurückkehrt, um die gleiche Bewegung zu
wiederholen, führt der Elektronenstrahl, der von der Elektronenschleuder 14 erzeugt
wird, diese Bewegung mehrfach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus. An die
Elektronenschleuder 13 ist über geeignete Mittel ein Mikrofon 18 angeschlossen,
welches die gesprochene Nachricht in elektrische Schwingungen umsetzt, so daß der
von der Elektronenschleuder 13 erzeugte Elektronenstrahl mit den Nachrichtenströmen
moduliert wird. In der Zeitspanne t i, in welcher dieser Elektronenstrahl die Zeile
des Schirmes 12 bestreicht, wird ein Nachrichtenquant gespeichert, welches ein Frequenzgemisch
der Frequenzen des Sprachbereiches, z. B. von 3oo bis 3ooo Hz, enthält. In der gleichen
Zeitspanne t i soll der von der Elektronenschleuder 14 erzeugte Elektronenstrahl
diese Zeile des Schirmes i2 mehrfach, und zwar mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
bestreichen. In Fig. 2 ist angenommen, daß die erste Abtastbewegung mit doppelter
Geschwindigkeit erfolgt und daher die Zeitspanne t2 die Hälfte der Aufzeichnungszeitspanne
t i beträgt. Nach dem ersten überstreichen kehrt der Elektronenstrahl schlagartig
an den Anfang der Zeile zurück und wird nunmehr mit wieder größerer Geschwindigkeit,
beispielsweise der 4fachen Geschwindigkeit der Aufzeichnungsgeschwindigkeit, über
die Zeile hinweg geführt, so daß. die Zeitspanne t3 1/a der Zeitspanne t i beträgt.
In entsprechendem Ausmaß werden bei den nächstnachfolgenden Abtastbewegungen die
Geschwindigkeiten erhöht, und die Zeitspannen t4, t5 und t6 sind daher entsprechend
kleiner.
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Bei der Abtastung eines gespeicherten Frequenzzuges mit erhöhter Geschwindigkeit
tritt eine Vervielfachung der Frequenzen auf. Mit der Elektronenschleuder ist ein
Filter i9 verbunden, welches nur ein schmales Frequenzband durchläßt, beispielsweise
die Frequenz von 6ooo Hz. Da die erste Abtastung in der Zeitspanne t2 = 1/2
t i mit der doppelten Geschwindigkeit erfolgt, läßt das Filter hierbei lediglich
die ursprüngliche Frequenz 300ö Hz durch. Bei der zweiten Abtastung in der Zeitspanne
t 3 = 1/4 t 1 mit der 4fachen Geschwindigkeit
läßt
das Filter nur die ursprüngliche Frequenz i5oo Hz durch. Bei der nächsten Abtastung
der Zeitspanne t4 = 1/8 t i läßt das Filter nur die Frequenz 75o Hz
durch. Durch die aufeinanderfolgenden Abtastungen mit anderer Geschwindigkeit werden
dadurch andere Grundfrequenzen des Nachrichtenquants herausgegriffen und in Form
stets der gleichen Frequenz durch das Filter ig auf die Leitung 2o gegeben. Aufeinanderfolgende
Abschnitte des zeitlichen Verlaufes dieser einzigen von dem Filter ig durchgelassenen
Frequenz entsprechen somit unterschiedlicher Grundfrequenzen.
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Die einzige auf der Leitung 2o auftretende Frequenz kann in für die
Nachrichtenübertragung geeigneter Weise verarbeitet werden. Für diese Nachrichtenübertragung
ist nur das geringe von dem Filter ig durchgelassene Frequenzband erforderlich.
Es wird nur ein einziges Filter benötigt,, und es können keine Laufzeitunterschiede
bei der Übertragung verschiedener diskreter Frequenzen über lange Wege auftreten.
Es ist möglich, die Frequenz, die im Beispiel mit 6 kHz angenommen ist, zu teilen
und auf der Empfangsseite wieder -entsprechend zu verdoppeln. Es kann auch genügen,
lediglich die Amplitudenwerte des zeitlichen Verlaufes des schmalen Frequenzbandes
zu übermitteln.
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Bei dem in Fig.2 dargestellten Diagramm ist angenommen, daß sich die
Geschwindigkeit der aufeinanderfolgenden Abtastbewegungen nach Art einer geometrischen
Progression durch das Kippgerät 17 ändert. Da die Häufigkeitsverteilung der
einzelnen Frequenzen der menschlichen Sprache in einem Bereich zwischen:
300 und 150o Hz wesentlich größer ist, als in dem Bereich zwischen 2ooo und
3000 Hz, empfiehlt es sich, im Interesse der Verständlichkeit der zu übertragenden
Quanten diese Frequenzen des Bereiches von 300 bis 150o Hz besonders hervorzuheben.
In Fig. 3 zeigt beispielsweise die Kurve 31 den Pegel des Spannungsspektrums der
männlichen Sprache über die Frequenz, während die Kurve 32 die gleichen Werte der
weiblichen Sprache wiedergibt.
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Um aus dem Bereich 30o bis i5oo Hz eine größere Anzahl diskreter Frequenzen
zu übertragen, wird gemäß Fig.4 die Zahl der Abtastungen erhöht und das Verhältnis
der Geschwindigkeiten untereinander geändert. Beträgt das Verhältnis der Aufzeichnungsgeschwindigkeit
t i zu den Abtastgeschwindigkeiten t2, t3, t4, t5, t6 = i :3, 4, 5, 6, 8,
io . . ., dann werden nacheinander die Frequenzen 2000, 1500, 1200, 1000, 750,
60o Hz Übertragen.
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Auf der Empfangsseite kann die gleiche Einrichtung verwendet werden.
Die Elektronenschleuder 14 wird durch die empfangenen, ,gegebenenfalls umgewandelten
Frequenzen moduliert. Sie zeichnet bei aufeinanderfolgenden Bestreichungen des Schirmes
12 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten die einzelnen Frequenzen auf, so daß
auf, derselben Zeile ein Gemisch dieser Frequenzen gespeichert wird, die sodann
von dem Strahl, den die Elektronenschleuder 13 aussendet, abgegriffen und einem
geeigneten Empfänger zugeführt werden. Die Steuerung der Kippgeräte für die Ablenkung
der Elektronenstrahlen muß absolut synchron erfolgen. In an sich bekannter, nicht
näher dargestellter Weise können. Synchronisderimpulse über den Übertragungsweg
übertragen werden.
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In dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel sind zum besseren
Verständnis keine Mittel zur Ablenkung der Elektroner@strahlen senkrecht zu der
Bildzeile dargestellt. Es kann sich also zweckmäßig erweisen, aufeinanderfolgende
Nachrichtenquantenin verschiedenen Zeilen des Bildschirmes. 12 aufzuzeichnen, also
abwechselnd den Elektronenstrahl, den die Elektronenschleuder 13 aussendet, längs
einer unteren und einer oberen Zeile zu bewegen. Dementsprechend muß auch der Elektronenstrahl
der Schleuder 14 nach einer Serie von Abtastungen unterschiedlicher Geschwindigkeit
der einen Zeile zu einer Serie Abtastungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
der anderen Zeile umgelenkt werden. Die hierfür notwendigen Mittel sind bekannt
und bedürfen keiner Darstellung.
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Die Steuerung der Kippfrequenz zur Erzeugung oder Aufzeichnung der
einzelnen Spektren wird vorzugsweise mit Kippgeräten hervorgerufen, wobei die Auslösung
des Elektronenstrahles über nicht lineare Glieder erfolgt.. Für die Nachrichtenübertragung
im Wechselsprechen sind an jedem Ende eines Übertragungsweges sowohl ein Sendewie
auch ein Empfangsgerät vorzusehen. Für beide Geräte kann eine gemeinsame Kippvorrichtung
verwendet werden.
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Die Abtastung des gespeicherten Nachrichtenquants an der Sendestelle
erfolgt zweckmäßig mit höherer Geschwindigkeit, so daß stets eine Vervielfachung
der Frequenzen des Gemisches erfolgt und das Filter auf einen außerhalb des Frequenzbandes
des Nachrichtenquants liegenden, schmalen Durchlaßbereich abgestimmt ist. Vorzugsweise
wird das Filter auf mindestens die doppelt so hohe Frequenz abgestimmt, als die
höchste Frequenz des Frequenzbandes der gesprochenen Nachricht beträgt.
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Der über das Filter erhaltene Frequenzzug kann auch zur Modulierung
von Trägerfrequenzen zwecks Übertragung mehrerer Nachrichten über einen Kanal verwendet
werden. Infolge der geringen Bandbreite des von dem Filter durchgelassenen Frequenzzuges
kann der Trägerabstand sehr gering gehalten werden.
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Statt mit elektronischer Zwischenspeicherung kann die Erfindung auch-
mit magnetischer Zwischenspeicherung unter Zuhilfenahme eines umlaufenden Magnetkopfes
verwirklicht werden. Durch konischerAusbildung des Magnetkopfes mit einer oder mehreren
schraubenlinienförmigen Magnetspalten kann eine kontinuierliche Frequenzbandverschiebung
während der Abtastung erreicht werden.