DE964876C

DE964876C - Verfahren und Einrichtung zur Frequenzraffung bei der UEbertragung von Sprachsignalen

Info

Publication number: DE964876C
Application number: DEP1300D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gustav Guanella
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1944-06-01
Filing date: 1944-06-04
Publication date: 1957-05-29
Also published as: GB597340A; CH244727A; FR913084A; US2439293A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1957

P 1300 VIIIaj21 a*

Glarus (Schweiz)

Zur Übertragung .gesprochener Nachrichten ist im allgemeinen ein Übertragungskanal erforderlich, welcher die zur einwandfreien Verständigung notwendigen Sprachf-requenzeii mit genügender Amplitude überträgt. Hierzu wird normalerweise ein Frequenzband von etwa 300 bis 3000 Hz benötigt. Verschiedene bekannte .Maßnahmen bezwecken nun eine derartige Umformung der Sprachsignale, daß die Übertragung mit erheblich kleinerer Bandbreite des Übertragungskanals möglich ist. So wurden beispielsweise Kennwerte übertragen, welche die Grundfrequenz dieser Schwingungen sowie die Energieverteilung der verschiedenen Oberwellen im Spektrum charakterisieren, so daß auf der Empfangsseite verständliche Sprachsignale durch entsprechend gesteuerte Einrichtungen neu erzeugt werden können. Gewisse Abweichungen der Grundfrequenz dieser synthetischen Sprache lassen sich jedoch in den meisten Fällen nicht vermeiden, und die veränderliche Energieverteilung kann nicht für jede Sprachkomponente getrennt gekennzeichnet werden, so daß eine erhebliche Veränderung gegenüber dem ursprünglichen Signal nicht zu vermeiden ist,.wodurch die Verständigung beeinträchtigt wird

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und der für jeden Sprecher charakteristische Spracheindruck verlorengeht.

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen die Grundfrequenz über einen besonderen Schmalbandkanal direkt übertragen wird. Das Amplitudenspektrum der empfangsseitig wiederhergestellten Signale entspricht aber auch dann nicht der ursprünglichen Sprache, weil nicht die Amplitude der einzelnen Komponenten, sondern lediglich die ίο Energieverteilung einzelner Frequenzbänder dem ursprünglichen Vorgang entspricht.

Bei anderen bekannten Einrichtungen soll die Frequenz der Sprachschwingungen durch Frequenzteilung des gesamten Sprachspektrums vermindert werden. Eine einfache Untersuchung ergibt jedoch, daß ein Schwingungsvorgang, welcher mehrere Komponenten enthält, sich durch einfache Frequenzteilung nicht in einen neuen Schwingungsvorgang mit entsprechenden Komponenten halber Frequenz zerlegen läßt, aus dem sich wieder der ursprüngliche Vorgang durch Frequenzvervielfachung gewinnen läßt. Die Frequenzteilung eines Schwingungsspektrums mit bekannten Mitteln ergibt vielmehr einen neuen Schwingungsvorgang, dessen Komponenten den gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen, wie der ursprüngliche Vorgang, so daß eine Verkleinerung der Bandbreite nicht zustande kommt.

Die Nachteile der bekannten Verfahren zur Frequenzraffung bei der Übertragung von Sprachsignalen durch Zerlegung des Sprachspektrums mittels Frequenzteilung in mehrere Teilfrequenzbereiche und Bildung von Schmalbandsignalen, welche zu diesen Teilfrequenzbereichen in bestimmter Beziehung stehen, werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Teilfrequenzbereiche schmaler sind als die übliche Grundfrequenz der gesprochenen Vokale, derart, daß jeder Teilfrequenzbereich höchstens eine Komponente gesprochener Vokale enthält, und daß die so herausgegriffenen Komponenten je einer getrennten Frequenzteilung um einen ganzzahligen Faktor und einer Amplitudensteuening unterworfen werden, wodurch Komponenten des zu übertragenden Schmalbandsignals entstehen, deren Momentanfrequenzen zu den Momentanfrequenzen der einzelnen ursprünglichen Komponenten in einem ganzzahligen Verhältnis stehen und deren Amplituden von den Amplituden der einzelnen ursprünglichen Komponenten nach vorgegebener Beziehung abhängen. Hierzu sind gemäß der Erfindung senderseitig Bandpaßfilter zur Unterteilung des ursprünglichen Signals in höchstens je eine Komponente gesprochener Vokale enthaltende Teilfrequenzbereiche und Frequenzteiler für jeden Teilfrequenzbereich zur Erzeugung von Teilsignalen geringerer Bandbreite sowie Mittel zur Amplitudensteuerung der Teilsignale vorgesehen, während auf der Empfangsseite Bandpaßfilter zur Zerlegung des empfangenen J Schmalbandsignals in Teilsignale und Frequenzvervielfacher sowie amplitudensteuernde Mittel zur Gewinnung des ursprünglichen Sprachsignals vorgesehen sind.

Das Wesen der Erfindung geht aus folgenden Überlegungen näher hervor. Das ursprüngliche Sprachsignal 1/ sei beispielsweise aus zwei Komponenten mit den Amplituden α und den Kreisfrequenzen O)₁, CO₂ aufgebaut, die voneinander um die Grundfrequenz o)_a abweichen:

u — a · sin

τ + a ■ sin · w_ä -1

'ω, — α>ο \ . / w, -J-- cd« = 2«cos I ^L -- I t -sin I ¹ ' ²

.4 · sin -

O)₁ + O)₂ \

(I)

Es handelt sich also um eine Schwingung mit der mittleren Frequenz (-'■■' ,-■■''-). deren Amplitude A im

Rhythmus der halben Differenzfrequenz (oj,—ro_o) schwankt:

/ W₁—ω₂ 1

= 2« · COS

■*-)t

Durch Frequenzteilung erhält man daraus die Wechselspannung v, deren Amplitude B je nach der Einrichtung für die Frequenzteilung konstant ist oder mit der Amplitude A übereinstimmt, während die Frequenz des eigentlichen Schwingungsvorganges beispielsweise auf die Hälfte vermindert ist:

ν = B.sm

(3)

Bei konstantem Π besteht dieser Schwingung«- vorgang aus einer einzigen Komponente, und es ist nicht möglich, durch Frequenzvervielfachung daraus wieder die beiden ursprünglichen Komponenten zu gewinnen. Falls B jedoch mit der ursprünglichen Amplitude A zur Übereinstimmung gebracht wird, so erhält man den Vorgang:

, CJ₁ 0)„ \ . / CJ₁ + CJo

ν — 2« · cos - ■ " ) ι ■ sm I "

CJ₁ — O)₂ \

2 /

-t- CJo \

4 /

(4)

■ 13 ^τ \ ■ ( ^r 3 \

= α sm co, W₃u + flsm W₁ ^J- w» t

\4 4 / * 4 4 7

Dieser Vorgang besteht aus zwei Komponenten, deren Frequenz gegenüber den ursprünglichen Komponenten 'ungefähr halbiert ist. Die Frequenzdifferenz beider Komponenten beträgt aber wieder (Vu₁ — oj.,), d. h., die zur Übertragung erforderliche Bandbreite ist durch die erwähnte Frequenzteilung nicht vermindert worden. Nach der Erfindung wird nun das ursprüngliche Signal ;/ vor der Übertragung in die Komponenten zerlegt, welche sodann unabhängig voneinander in der Frequenz geteilt ■werden. Man erhält somit aus den ursprünglichen

Komponenten a ■ sin cot die neuen Komponenten a·· sir; — t. Durch Zusammenführen dieser Komponenten entsteht also das neue Signal:

ν = a · sin —- t -(- a · sin —-1

(5)

Die Frequenzdifferenz der beiden Komponenten

beträgt nur noch

und es genügt ein

Kanal mit entsprechend verminderter Breite für die Übertragung.

Bei der praktischen Durchführung des Verfah-

iS rens sind natürlich die Amplituden α der einzelnen Sprachkomponenten ungleich und veränderlich. Diese Änderungen erfolgen jedoch langsam im Vergleich mit der Grundfrequenz. Es genügen deshalb Übertragungsmittel mit geringer Bandbreite zur

ao Kennzeichnung dieser Änderungen. Zur Kennzeichnung dieser Amplituden kann man beispielsweise die Amplituden der entsprechenden frequenzgeteilten Komponenten in gleicher Weise veränderlich machen. Normalerweise besteht die Sprache natür-

«5 lieh aus mehr als zwei Komponenten. Bei Unterteilung in eine genügende Zahl von Teilfrequenzbereichen vor der Frequenzteilung kann die Erfindung jedoch auch hier ohne weiteres durchgeführt werden.

Der wesentliche Vorteil des neuen Verfahrens gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Methoden besteht darin, daß die empfangsseitig durch Vervielfachung gewonnenen Sprachkomponenten in der Frequenz mit den ursprünglichen Sprachkomponenten genau übereinstimmen und daß zudem auch die Amplitude jeder einzelnem Komponente entsprechend der ursprünglichen Amplitude gesteuert wird. Damit werden also unerwünschte Veränderungen im Spektrum der einzelnen Vokale, welche die Erkennbarkeit sprachlicher Nuancen wie auch die einwandfreie Verständigung weitgehend beeinträchtigen können, praktisch vollständig vermieden.

Außer den Vokalen mit ausgeprägten Komponenten enthält die Sprache allerdings auch Konsonanten, deren Frequenzen mehr oder weniger gleichmäßig über das ganze Spektrum verteilt sind. Bei diesen Konsonanten ist jedoch erfahrungsgemäß eine getreue Übertragung nicht nötig, d. h., es genügt die annähernd richtige Kennzeichnung der Energieverteilung über die einzelnen Teilbänder. Diese Bedingung kann bei den erfindungsgemäßen Einrichtungen ohne weiteres erfüllt werden.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in Fig. ι und 2 im Prinzip dargestellt, und zwar ist in
Fig. ι der senderseitige und: in
Fig. 2 der empfangsseitige Teil der Einrichtung in schematischer Weise gezeigt.

Gemäß Fig. ι wird das ursprüngliche Signal u durch Bandpaßfilter BP₁ (nur für den ersten Teilkanal gezeichnet) in die Teilbänder U₁, U₂ . . . U_n zerlegt. Der erste Teilkanal umfaßt beispielsweise die Frequenzen 300 bis 400 Hz und enthält höchstens eine Komponente der gesprochenen Vokale. Durch Frequenzteilung in einer Einrichtung TE₁ erhält man die entsprechenden Teilsignale V₁, V₂ . . . v_n, wovon das erste in den Bereich zwischen 150 und 200 Hz fällt. Die Gesamtheit dieser Teilsignale ergibt das zu übertragende Signal v, dessen Bandbreite gegenüber dem ursprünglichen Signal u halbiert ist. Zur weiteren Verminderung der Bandbreite können selbstverständlich die Frequenzen in TE auch auf ein Drittel oder noch einen kleinern Teil vermindert werden.

Um die Durchlaß frequenz der Bandpaßfilter in einen günstigen Bereich verlegen zu können, kann man die ursprünglichen Signalfrequenzen auch vor der Filterung durch Modulation mit Hilfsfrequenzen um solche Beträge verändern, daß die herauszugreifenden Teilbänder jeweils in den günstigen Durchlaßbereich fallen. Nach der Frequenzteilung ist sodann normalerweise eine nochmalige Frequenzverschiebung der Teilkanäle durch Modulation mit entsprechenden Hilfsfrequenzen erforder lieh.

Auf der Empfangsseite wird das empfangene Signal ν durch die Filter BP₁ gemäß Fig. 2 wieder in die Teilbänder V₁, ^₂... V_n zerlegt. Durch Frequenzvervielfachung in VE₁ erhält man daraus wieder die Teilbänder U₁, U₉ ... M_n des ursprünglichen Signals u.

Da die Amplituden der Sprachkomponenten veränderlich sind, ist eine entsprechende Amplitudenkennzeichnung auch bei den übertragenen Frequenzen erforderlich, beispielsweise indem die Amplitude der frequenzgeteilten Komponente mit der Amplitude der ursprünglichen Komponente übereinstimmt. Zu diesem Zweck kann gemäß Fig. 3 aus Komponente U₁ durch Amplitudenbegrenzung in AB eine Wechselspannung T₁ gewonnen werden, deren Frequenz f_t unverändert ist. Durch Frequenzteilung in TE entsteht dkraus die Wechselspannung ^₁ mit konstanter Amplitude und halbierter Frequenz — = f_o. Durch Bildung des Modulations- ¹⁰^

Produktes aus ^₁ und U₁ im Modulator M und Unterdrückung der Summenfrequenzen mit dem Tiefpaßfilter TP erhält man die Schwingung v_v deren Amplitude mit der Amplitude von U₁ übereinstimmt und deren Frequenz ebenfalls mit der halben ursprünglichen Frequenz J₁ übereinstimmt.

Wenn die Frequenz in TE bei —— oder -^- der ur-

sprünglichen Frequenz geteilt wird, so erhält man nach Modulation Komponenten mit der Frequenz ^

bzw. A. 4

Die Frequenzteilung kann auch mit einer Ein- iao richtung nach Fig. 4 erfolgen. Aus der frequenzgeteilten Komponente V₁ erhält man durch Amplitudenbegrenzung in AB die Wechselspannung t_x

mit der Frequenz —. Durch Bildung des Modulationsproduktes aus Ji₁ und t_t im Modulator M ent-

steht wieder die Komponente V₁ mit der Frequenz —. Man kann noch den Frequenzvervielfacher

VE einführen, der die Frequenz f_v von V₁ beispielsweise vervierfacht, so daß die Wechselspannung S₁ mit der Frequenz 4 f_v entsteht. Durch Bildung dies ModuilationspiOduktes in M entsteht die Differenzfrequenz der Spannungen Ii₁ und S₁, d. h. es gilt:

'h=h—fS=U-ArU (6)

Daraus ergibt sich f_v ⁼ —. Ein anderes Frequenz-

verhältnis kann bei anderer Vervielfacfrungszahl von VE erhalten werden.

Bei der Einrichtung nach Fig. 5 wird aus jedem Teilkanal durch Gleichrichtung und Tiefpaßfilterung eine Kontrollgröße P₁ erhalten, welche der momentanen Amplitude entspricht. Das auf konstante Amplitude gebrachte geteilte Teilsignal S₁ kann durch P₁ im Modulator M gesteuert werden, so daß wieder dasTeiiisignaili/j entsteht, dessenFrequenz gegenüber Ii₁ vermindert ist, während die Amplitude dar ursprünglichen Amplitude von U₁ entspricht.

Bei dieser Amplitudensteueriung kann auch eine zusätzliche Dynamikkompression vorgesehen werden, indem die Kontrollgröße P₁ durch geeignete Charakteristik des Gleichrichters G in entsprechende Amplitudenabhängigkeit von U₁ gebracht wird. P₁ kann beispielsweise der Wurzel oder dem Logarithmus der Amplitude von U₁ entsprechen, so daß es in kleinerem Bereiche veränderlich ist, wodurch auch die Amplitude von V₁ in einem Bereich schwankt, der kleiner ist als der Amplitudenbereich von Ji₁. Damit soll vor allem erzielt werden, daß bei geringer Amplitude von M₁ bereits genügende Amplitudenwerte von V₁ auftreten und daß bei großer Amplitude von U₁ trotzdem die Amplitude von V₁ nur verhältnismäßig wenig ansteigt. Eine entsprechende Dynamikkompression ist natürlich auch bei den in Fig. .1, 3 und 4 gezeigten Ausführungs-■ formen leicht möglich, indem Amplitudenbegrenzer mit automatischer Verstärkungsregelung in die einzelnen Teilkanäle geschaltet werden. Zur Amplitudenbegrenzung können dabei auch Übertra-4-5 giungsmittel mit nichtlLnearer Charakteristik, so z. B. Verstärkerröhren mit gekrümmter Charakteristik, verwendet werden. Die dabei entstehenden Oberwellen lassen sich durch zusätzliche Tiefpaß- und Bandfilter leicht unterdrücken, da sie nicht in den Frequenzbereich der einzelnen Teilbänder fallen. Die Amplitudenkompression kann auch durch Amplitudensteuerung der geteilten Frequenzbänder mit einer durch niehtlineare Gleichrichtung der zu teilenden Frequenzbänder oder mit einer durch niehtlineare Übertragung aus den ungeteilten Frequenzbändern gewonnenen Steuerspannung erfolgen. Auf der Empfangsseite können die ursprünglichen Amplitudenunterschiede wieder durch entsprechende Dynamikexpansionsmittel hergestellt werden, welche in die einzelnen Teilkanäle eingeschaltet werden.

Eine Empfangseinrichtung zur Wiederherstellung verständlicher Signale aus den übertragenen Schwingungen ν ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt. Durch Bandpaßfilter BP werden die Teilbänder V₁, V₂. . .V_n aus dem Empfangssignal herausgegriffen. Die Frequenzvervielfachung kann mit irgendwelchen bekannten Vervrelfachungsmitteln erfolgen. Bei der gezeigten Einrichtung wird aus V₁ durch Amplitudenbegrenzung in AB und Vervielfachung in VE vorerst ein Hilfssignal h gewonnen, dessen Amplitude konstant ist, während die Frequenz beispielsweise mit der doppelten Frequenz von V₁ übereinstimmt. In M wird das Modulationsprodukt aus Zt₁ und V₁ gebildet, welches aus Sum- men- und Differenzfrequenzen aufgebaut ist. Das Hochpaßfilter HP unterdrückt z. B. die Differenzfrequenzen, so daß ein Ausgangsteilsignal U₁ entsteht, für dessen Frequenz /„ = 3/v gilt. Man erhält somit eine Frequenzverdreifachung, wobei die Amplitude von M₁ mit der Amplitude von V₁ übereinstimmt. Wenn auf der Sendeseite mit Dynamikpressung gearbeitet wird, so ist naturgemäß auf der Empfangsseite eine entsprechende Dynamikexpansion erforderlich.

Eine andere Empfangsschaltung ist in Fig. 7 gezeigt. Hier werden die durch Bandfilter BP herausgegriffenen Teilbänder V₁ usw. einerseits nach Amplitudenbegrenzung in AB durch den Vervielfacher VE vervielfacht, so daß die Signale Zi₁ entstehen, deren Amplitude konstant ist, während die Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz von V₁ wird. Die Übertragung von Ji₁ wird im Modulator M durch ein Steuersignal q_t so· beeinflußt, daß eine Spannung entsteht, deren Amplitude beispielsweise proportional zu q_x ist. Das Steuersignal 1J₁ entsteht durch Gleichrichtung von V₁ in G und Unterdrückung der höheren Frequenzen mit dem Tiefpaßfilter TP, d. h. ^₁ entspricht der Amplitude von V₁, und damit ist auch die Amplitude von Ji₁ stets proportional ziur Amplitude von V₁. Falls auch hier Dynamikexpansion wegen entsprechender -Dynamikpressung auf der Sendeseite erforderlich ist, so kann dies in einfacher Weise durch entsprechende niehtlineare Charakteristik des Gleichrichters G oder eine zusätzliche niehtlineare Übertragung der Steuerspannung ^₁ erfolgen.

Die frequenzgeteilten Signale können auch mit konstanter Amplitude übertragen werden, wenn durch besondere Mittel die zusätzlichen Kennwerte no zur Übertragung kommen, welche die Amplitudenschwankungen charakterisieren. Bei konstanter Amplitude der frequenzgeteilten Signale fallen die Seitenbänder infolge Amplitudenschwankung weg, und es kann somit mit erheblich geringerer Bandbreite gearbeitet werden; d. h. die Frequenz der einzelnen Teilbänder kann um einen größeren Faktor geteilt werden.

Eine solche Einrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Ähnlich wie bei Fig. 5 wird auch hier durch Frequenzteilung das Teilsignal J₁ mit konstanter Amplitude gewonnen. Zudem erhält man durch Gleichrichtung und Tiefpaßfilterung das Kenn wer tsignal P₁, welches die veränderliche Amplitude :harakterisiert. Da die Frequenz von P₁ sehr klein und für die Übertragung nicht ohne weiteres ge-

eignet ist, wird dieses Signal durch Modulation in X in der Frequenz verschoben, so daß der Kennwert k₁ entsteht, welcher in einen für die Übertragung geeigneten Frequenzbereich fällt. Zur Erzielung einer gewissen Geheimhaltung können die Teüsignale vor der Übertragung nach einem vereinbarten Schlüssel vertauscht werden, so daß nur der Empfänger, welcher den entsprechenden Rückvertauschungsschlüssel kennt, daraus to wieder verständliche Signale gewinnen kann. Eine derartige Einrichtung ist in Fig. 9 gezeigt. Durch Modulation mit der Hüfsfrequenz b_i wird das Teilfrequenzband U₁ mit dem Modulator M vorerst in einen festen Frequenzbereich verschoben, in weleben auch die übrigen .Teilbänder Ji₂ ... M_n durch Mod'uhiticn mit entsprechenden Hilfsfrequenzen zu liegen kommen. Für alle Teilkanäle stimmen also die Durchlaßfrequenzen der Bandfilter BP überein. Die durch Frequenzteilung in TE entstehenden Teilfrequenzbänder V₁, V₂. . . V_n werden nun in der Permutiervorrichtung P vertauscht. Diese Vertauschung kann auch nach vereinbartem Programm wechseln. Durch nochmalige Modulation in M' mit den Hilfsfrequenzen b₁ usw. werden die vertauschten Bänder wieder um ungleiche Beträge rückverschoben, so daß nach Unterdrückung der unerwünschten Summenfrequenzen in TP das zur Übertragung geeignete Signal ν entsteht.

Die in Fig. 9 gezeigte Frequenzverschiebung mit den Modulatoren M in einen für alle Teilbänder gemeinsamen Frequenzbereich hat übrigens auch den Vorteil, daß sowohl die Filter BP wie auch die Teilvorrichtung TE für den gleichen Frequenzbereich bemessen sein können. Besonders die Frequenzteilung der tiefsten Sprachfrequenzbänder kann Schwierigkeiten bereiten, welche durch die erwähnte Frequenzanbebung ebenfalls vermieden werden.

Auch bei Anlagen mit Kennwertbildung nach Fig. 8 ist eine Vertauschung der Teilsignale zur Erhöhung der Geheimhaltung möglich, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Permutiervqrrichtiung P vertauscht dabei beispielsweise alle Teüsignale s_v S₂ . . . S_n und alle Kennwerte k_v k, . . . k_n untereinander. Die vertauschten Kennwerte werden durch nochmalige Modulation mit den Hilfsfrequenzen (I₁ usw. wieder in einen für die Übertragung geeigneten Frequenzbereich verschoben, während die vertauschten Teilfrequenzbänder ebenfalls durch eine weitere Modulation M' mit den Hilfsfrequenzen e₁ um ungleiche Beträge rückverschoben werden.

Eine weitere Erhöhung der Geheimhaltung kann noch durch eine Inversion mindestens eines Teiles der Teüfrequenzkanäle durch Modulation mit Hilfsf requenzen erzielt werden.

Eine der Fig. 3 entsprechende Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 11 etwas ausführlicher dargestellt unter Verwendung der beispielsweise in Frage kommenden Einzelkreise. Der Amplitudenbegrenzer AB ist dabei aus zwei Trioden V₁, V₂ aufgebaut, von denen jede wegen dem unteren Knick ihrer Charakteristik für negative Eingangssignale Begrenzerwirkung aufweist. Wegen der Phasenumkehrwirkung von V₁ ergeben positive Eingangssignale von V₁ entsprechende negative Eingangs- signale von V₂, so daß die Begrenzerwirkung von V₂ für positive und die Begrenzerwirkung von V₁ für negative Eingangsspannungen wirksam wird. Zur Freqtienzteilung (Schaltkreis TE) wird beispielsweise ein Multivibrator mit den Röhren V₃, V_i verwendet, dessen Eigenfrequenz in einem ganzzabligen. Verhältnis zur mittleren Durchlaß frequenz von BP steht, so daß die Multivibratorfrequenz dauernd durch die Frequenz des Teilbandes U₁ mitgenommen wird und einen ganzzahligen Bruchteil derselben darstellt. Zur Unterdrückung der Miulti.vibrator-Oberschwingungen ist noch ein Tiefpaßfilter mit den Schaltelementen L, C vorgesehen. Der Modulator M ist beispielsweise als Gegentaktschaltung mit den Röhren V₅, V₆ in bekannter Weise aufgebaut. Die bei Modulation entstehenden Summenfrequenzen werden durch das angedeutete Tiefpaßfilter TP unterdrückt, während BP das Bandpaßfilter für die Unterteilung des Sprachspektrums in Teilfrequenzbereiche darstellt.

Wenn es sich um die Übertragung mehrerer Nachrichten handelt, so können auch die frequenzgeteilten Teilsignale verschiedener Nachrichten untereinander vertauscht werden, wodurch eine besondere Geheimhaltung zustande kommt. In diesem Falle wird eine besondere Permutier-Schaltvorriehtung verwendet, mit welcher z. B. das zweite Teilsignal der ersten Nachricht mit dem zweiten Teilsignal der dritten Nachricht nach vereinbartem Schlüssel vertauscht wird usw. Analog ist auch Vertausehiung der unter Umständen getrennt übertragenen Amplitudenkennwerte möglich. Bei Verwendung von Einrichtungen nach Fig. 9 oder 10 ist auch z. B. Vertauschung des dritten Teilsignals der ersten Nachricht mit dem fünften Teilsignal der zweiten Nachricht usw. möglich, weil dort die Teüsignale vor der Vertauschung durch. Modulation mit Hilfsfrequenzen b in den gleichen Frequenzbereich .verlegt werden.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können auch bei der Registrierung von Nachrichten verwendet werden. Wenn es sich beispielsweise um Schallplattenaufzeichnungen handelt, so wird dadurch das bekannte Nadelgeräusch, welches in den Bereich der höheren Sprachfrequenzen fällt, vermieden, weil diese höheren Frequenzen für die Aufzeichnung nicht mehr benötigt werden.

Aus technischen Gründen kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Sprachfrequenzen in verschieden breite Teilfrequenzbänder zu zerlegen, wobei dann die tieferen Sprachfrequenzen in schmiäilere Teüfrequenzbänder zerlegt werden als die höheren Sprachfrequenzen, so daß das Auftreten zweier Komponenten in einem tieferen Teüfrequenzkanal sicher vermieden wird.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtungen in Mehrkanal-Übertragungsanlagen wird durch geeignete Frequenzverschiebung dafür gesorgt, daß das Ausgangssignali ν jeweils in. den gewünschten Übertragungsfrequenzbereich zu liegen kommt. Bei einer Anlage nach Fig. 9 oder 10 ist

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dies in einfacher Weise durch entsprechende Wahl der Demodulations-Hilfsfrequenzen e_v O₁ möglich.

Claims

Patentansprüche·. 5

i. Verfahren zur Frequenzrafiung bei der Übertragung von Sprachsignalen durch Zerlegung des Spraehspektrums mittels Frequenzteilung in mehrere Teilfrequenzbereiche und

ίο Bildung von Schmalbandsignalen, welche zu

diesen Teilfrequenzbereichen in bestimmter Beziehung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfrequenzbereiche schmaler sind als die übliche Grundfrequenz dter gesprochenen Vokale, derart, daß jeder Teilfrequenzbereich höchstens eine Komponente gesprochener Vokale enthält und daß die so herausgegriffenen Komponenten je einer getrennten. Frequenzteilung um einen ganzzahligen Faktor und einer Amplitudensteuerung unterworfen werden, wodurch Komponenten des zu übertragenden Schmalbandsignals entstehen, deren Momentanfrequenzen zu den Momentanfrequenzen der einzelnen ursprünglichen Komponenten in einem ganzzahligen Verhältnis stehen und deren Amplituden von den Amplituden der einzelnen ursprünglichen Komponenten nach vorgegebener Beziehung abhängen.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig Bandpaßfilter zur Unterteilung des ursprünglichen Signals in höchstens je eine Komponente gesprochener Vokale enthaltende Teilfrequenzbereiche und Frequenz-

35' teiler für jeden Teilfrequenzbereich zur Erzeugung von Teilsignalen geringerer Bandbreite sowie Mittel zur Amplitudensteuerung der Teilsignale vorgesehen sind, während auf der Em.pfangsseite Bandpaßfilter zur Zerlegung des empfangenen Schmalbandsignals in Teilsignale und Frequenzvervielfacher sowie amplitudensteu-. ernde Mittel zur Gewinnung des ursprünglichen Sprachsignals vorgesehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilung durch Bildung des Modiulationsproduktes aus der ursprünglichen Spannung und der auf konstante Amplitude gebrachten frequenzgeteilten Spannung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilung durch Bildung des Modiulationsproduktes aus der ursprünglichen Spannung und der amplitudenbegrenzten geteilten Spannung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ampliitudenbegrenzte geteilte Spannung frequenzvervielfacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Frequenz zu teilenden Frequenzbänder durch Modulation mit Hilfsfrequenzen in eine höhere Frequenzlage gebracht werden, so daß das Verhältnis zwischen Bandbreite und mittlerer Frequenz kleiner wird und der Vorgang der Frequenzteilung auch bei den vorkommenden Frequenzschwankungen innerhalb dieses Bandes nicht gestört wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der geteilten Frequenzbänder durch eine Amplitudensteuerung in Übereinstimmung mit den Amplituden der entsprechenden ursprünglichen Komponenten gebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auf konstante Amplitude gebrachte Teilsignal durch Modulation mit einem durch Gleichrichtungund Tiefpaßfilterung aus dem entsprechenden Teilkanal erhaltenen Kennwert gesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Amplitudensteuerung der geteilten Frequenzbänder auch eine zusätzliche Dynamikkompression mit ampHtudenabhängigen Kontrollgrößen vorgesehen ist, so daß der Amplitudenumfang der zur Übertragung gelangenden Frequenzbänder kleiner ist als der Amplitudenempfang der ursprünglichen Frequenzbänder.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkompression der einzelnen Sprachfrequenzbänder durch nichtlineare Übertragung der amplitudengesteuerten Frequenzbänder mit geteilter Frequenz erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch, gekennzeichnet, daß die durch nichtlineare Übertragung entstehenden Oberwellen durch Bandpaß- oder Tiefpaßfilterung unterdrückt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkompression durch Amplifcudensteuerung der geteilten Frequenzbänder mit einer durch, nichtlineare Gleichrichtung der zu teilenden Frequenzbänder gewonnenen Hilfsspannung erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkompression durch Amplitudensteuerung der geteilten Frequenzbänder mit einer durch nichtlineare Übertragung aus den gleichgerichteten ungeteilten Frequenzbändern gewonnenen S teuer spannung erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empf angsseitige Frequenzvervielfachung der Teilfrequenzbänder durch Bildung des Modulationsproduktes aus diesen Teilfrequenzbändern und den durch Amplituden-,begrenzung dieser Teilfrequenzbänder gewonnenen Hilfsfrequenzen erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die amplitudenbegrenzten Hilfsfrequenzen frequenzvervielfacht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der ursprünglichen Sprachfrequenzbänder auf der Empfangsseite die amplitudenbegrenzten Teilfrequenzbänder frequenz vervielfacht und durch Amplitudensteuerung mit einem amplitudenpropor-

tionalen Kennwert auf die ursprüngliche Amplitude gebracht werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der amplitudenproportionale Kennwert durch Gleichrichtung der übertragenen Teilfrequenzbänder erhalten wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfahgsseite die Amplitudenunterschiede der ursprünglichen Sprachfrequenzen durch eine Dynamikexpansion hergestellt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 1.8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamikexpansion durch eine nichtlineare Übertragung der Teilfrequenzbänder erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der nichtlinearen Übertragung entstehenden Oberwellen durch Bandpaß- oder Tiefpaßfilterung unterdrückt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangsseitige Amplitudenexpansion durch Amplitudensteuerung der frequienzvervielfachten Teilfrequenzbänder mit durch nichtlineare Gleichrichtung der Teilfrequenzbänder gewonnenen Steuerspannungen erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangsseitige Amplitudenexpansion durch Amplitudensteuerung der frequienzvervielfachten Teilfrequenzbänder mit durch nichtlineare Übertragung der gleichgerichteten Teilfrequenzbänder gewonnenen Steuerspannungen erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der geteilten Frequenzbänder durch getrennte amplitudenproportionale Kennwertsignale charakterisiert werden.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Frequenzteilung gewonnenen Teilsignale konstanter Amplituden zusammen mit den die Amplitudenschwankungen der entsprechenden ursprünglichen Sprachrfrequenzen charakterisierenden Kennwertsignalen übertragen werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennwertsignale durch Modulation in einen für die Übertragung geeigneten Frequenzbereich verschoben werden.
26. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Frequenzteilung gewonnenen Teilsignale verminderter Bandbreite sende- und empfangsseitig nach einem vereinbarten Schlüssel vertauscht werden.
2J. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertauschung nach einem vereinbarten Programm wechselt.
28. Verfahren nach Anspruch. 26, dadurch gekennzeichnet, dlaß vor der Vertauschung die Teilfrequenzbereiche durch Bildung des Modulationsproduktes mit Hilfsfrequenzen in den gleichen Frequenzbereich gebracht und nach der Vertauschung durch eine nochmalige Modulation wieder um ungleiche Beträge rückverschoben werden.
29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlagen mit besonderen amplitudenproportionalen Kennwertsignalen diese letzteren vor ihrer Übertragung ebenfalls nach einem vereinbarten Schlüssel vertauscht werden.
30. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Teilfrequenzkanäle durch Modulation mit Hilfsfrequenzen auch noch frequenzinvertiert wird.
31. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung mehrerer Nachrichten Teilsignale verschiedener Nachrichten untereinander vertauscht werden.
32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung mehrerer Nachrichten mit amplitudenproportionalen Kennwertsignalen die Kennwertsignale verschiedener Nachrichten untereinander vertauscht werden.
33. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der zur Frequenzteilung gelangenden Sprachfrequenzbänder bei den hohen Sprachfrequenzen größer als bei den tiefen Sprachfrequenzen gemacht wird.
34. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilung mittels eines Röhrenkippgerätes erfolgt, welches durch die zu teilende Frequenz mitgenommen wiard, so daß die zu teilende Frequenz ein .ganzzahliges Vielfaches der Kippfrequenz beträgt.
35. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Frequenzteiler ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, das die bei der Frequenzteilung entstehenden Oberwellen unterdrückt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 594976, 722607; USA.-Patentschrift Nr. 1 821 004.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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