DE577222C - Signaluebertragungssystem - Google Patents

Die Erfindung bezieht sich auf Signalübertragungssysteme und insbesondere auf Stromkreise zur Regelung der Energiehöhe in Übertragungssystemen.

In Signalübertragungssystemen, beispielsweise in Kabeln mit künstlich erhöhter Selbstinduktion oder in Radiostromkreisen, empfängt die Sendestation oft Signale von sehr verschiedener mittlerer Lautstärke. In den meisten Fällen ist der kennzeichnende augenblickliche Lautstärkebereich derselbe, aber dieser Bereich kann sich ändern. Die verschiedenen mittleren Lautstärken können den Fernsprechsystemen entstehen,

in

denen Fernleitungen von verschiedenen elektrischen Längen vorhanden sind; sie können aber auch dadurch entstehen, daß die Teilnehmer teils laut, teils leise sprechen. Weil die Übertragung von Signalen auf Grund dei

ao elektrischen Eigenschaften der Apparate oder Leitungen gewissen Begrenzungen unterworfen ist, kann es mit Schwierigkeiten verbunden sein, an eine ferne Empfangsstation Signale zu übermitteln, deren mittlere Lautstärken sich stark voneinander unterscheiden.

Wenn ein Fernsprechsystem mit einem Radiosystem, z. B. mit einer Radioanlage für Überseeverkehr, verbunden ist, muß die Übertragung im Radiosystem bei der höchst erreichbaren Leistungshöhe erfolgen, weil die Geräuschstärke, d. h. die Intensität der von äußeren Quellen herrührenden Störungen, besonders groß und die empfangene Energie besonders schwach ist. In Systemen dieser Art kann Sprache nur innerhalb eines bestimmten Energiehöhenbereiches übermittelt werden. Die obere Grenze dieses Bereiches wird von der Belastbarkeit des Senders, d. h. von dem Wert der maximalen Belastung, die der Sender aufnehmen kann, oder von einem Röhrenverstärker oder einer anderen Verstärkereinrichtung im Stromkreis bestimmt, während die untere Grenze von der Geräuschstärke bestimmt wird.

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die obenerwähnten Nachteile und Störungen bei Übertragungssystemen verschiedener Art zu beseitigen. Diese Vorschläge können in zwei Gruppen zergliedert werden, indem eine Gruppe ein sogenanntes Lautstärkenregelungsverfahren und die andere Gruppe ein sogenanntes Lautstärkeverdichtungsverfahren als wesentliches Merkmal umfaßt. Ein Lautstärkeregelungsverfahren ist ein Verfahren, das imstande ist, in einem bestimmten Punkt eines Systems eine konstante maximale Leistungsspitzenhöhe aufrechtzuerhalten ohne Rücksicht auf die Höhe, mit

welcher die Sprechleistung in diesem Punkempfangen wird. Eine Anordnung zur Lautstärkeregelung enthält gewöhnlich ein Poten tiometer, mit welchem die Verstärkung ankommender Sprechströme derart geregelt werden kann, daß die abgehenden, den verschiedenen Teilnehmerstimmen entsprechenden Energien immer dieselbe durchschnittliche Intensität haben. Die Regelung kann ίο hierbei in bekannter Weise selbsttätig oder von Hand erfolgen. Ein Lautstärkeverdichtungsverfahren ist ein Verfahren, das imstande ist, den augenblicklichen Lautstärkebereich zu verringern oder den Unterschied zwischen der maximalen Spitzenhöhe und der minimalen Spitzenhöhe der Signale herabzusetzen. Anordnungen dieser Art bestehen in an sich bekannter Weise im allgemeinen aus Verstärkern oder Übertragern mit nichtlinearen Arbeitskennlinien, die die Wellen hoher Amplitude mit geringerer Verstärkung als Wellen niederer Amplitude übertragen, wodurch sämtliche Signale in einen verengten Amplitudenbereich zusammengebracht werden, aber nicht Signale für Übertragung erzeugt werden, die denselben Lautstärkebereich haben.

Bei Signalsystemen, die nur Signale übertragen können, deren Amplituden innerhalb eines engen Bereiches liegen, ist es nicht möglich, mittels Lautstärkeregelungsanordnungen allein einen genügend beschränkten Sprechstromlautstärkenbereich zu schaffen, und die Lautstärkeverdichtungsanordnungen sind oft nur imstande, einen engen Lautstärkenbereich zu behandeln, so daß sie ihren Zweck nicht erfüllen, wenn sie allein benutzt werden.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die durchschnittliehen Lautstärken der von einem laut sprechenden und von einem leise sprechenden Teilnehmer erzeugten Signale auf dieselbe Höhe gebracht werden und der Lautstärkebereich in Übereinstimmung mit den Begrenzungen des Systems verdichtet wird. Wenn derGesamtbereich der Signalamplituden nicht zu groß ist und es wünschenswert erscheint, können die Lautstärkebereiche der verschiedenen Signale zuerst verdichtet werden, worauf die Signale derart eingestellt werden, daß sie eine maximale Spitzenhöhe erhalten. Am Empfangsende des Systems kann es in gewissen Fällen notwendig sein, einen Lautstärkeausdehner anzuordnen, um die Wirkung des Verdichters umzukehren. Dies gilt insbesondere bei Vierdrahtsystemen, in denen es zweckmäßig ist, sowohl bei hohen als bei niedrigen Höhen dieselbe Gesamtdämpfung .im Stromkreis aufrechtzuerhalten. Wenn in den Endstellenstromkreisen durch Sprache gesteuerte Schalter verwendet werden, um die Anlage zeitweise für Einwegeverkehr einzustellen, ist es aber nicht vorteilhaft, einen Ausdehner in der Empfangsstation anzuordnen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt an Hand von Kurven die Wirkungsweise der Anordnungen zur Lautstärkeregelung und Lautstärkeverdichtung.

Abb. 2 und 3 stellen schematisch die Lagen dar, die die Anordnungen zur Lautstärkeregelung und -verdichtung in verschiedenen Systemen einnehmen. ■

Abb. 4 zeigt ein System mit Anordnungen zur Lautstärkeregelung.

Abb. 5 zeigt ein System mit Anordnungen zur Lautstärkeverdichtung.

Abb. 6 zeigt ein System, bei dem die Sendestation mit Anordnungen zur Lautstärkeregelung und -verdichtung und die Empfangsstation mit Anordnungen zur Lautstärkeausdehnung versehen sind.

In dem in Abb. 4 gezeigten System stellt FLvS" eine Quelle veränderlicher Lautstärke dar, deren Leiter 1 und 2 über das Potentiometer 4 mit einem Verstärker 3 .verbunden sind. Die Ausgangsleistung des die Leiter 5 und 6 enthaltenden Ausgangsstromkreises wird konstant und auf einem maximalen Wert gehalten. Die Lautstärkeregelungsmit-' tel CM, welche mit den Ausgangsleitern 5 und 6 verbunden sind, regeln in an sich bekannter Weise das Potentiometer 4, um den Ausgangsstrom des Verstärkers 3 auf einer konstanten Maximalhöhe zu halten. Steigt der Pegel im Ausgangsstromkreis, so betätigen die Steuermittel CM das Potentiometer'4, welches wiederum den Verstärker 3 beeinflußt, so daß der Pegel im Ausgangsstromkreis herabgesetzt ,wird. Zeigt der Pegel im Ausgangsstromlcreis Neigung zum Sinken unter die festgesetzte Grenze, so betätigen die Steuermittel CM ebenfalls das Potentiometer 4, welches seinerzeit den Verstärker 3 derart beeinflußt, daß der Ausgangsstrom auf den festgesetzten Maximalwert gebracht wird.

Abb. 5 zeigt ein an sich bekanntes System mit Mitteln zur Verdichtung des Lautstärkebereiches der übermittelten Signale. Eine Quelle veränderlicher Lautstärke ist mittels der Leitungen 7 und 8 mit dem Röhrenverstärker 9 verbunden. Bei Verdichtungssystemen dieser Art ist es zweckmäßig, eine Verögerungsschaltung DC vor dem Verstärker 9 anzuordnen. Der Verstärker ist mittels der Ausgleichsübertragerschaltung 12 mit den Leitungen 10 und 11 verbunden. Die Übertragerschaltung enthält eine Wheatstonebrükcenanordnung 13, deren einer Arm 14 ge-

steuert wird, um den Bereich der übermittelten Signale zu ändern. Die Impedanz des Armes 14 wird mittels eines Steuermechanismus 15 in Übereinstimmung mit der Stärke der Signale in den Leitungen 7 und 8 geregelt. Die veränderlichen Ströme, die der Verstärker 9 über die Leiter 7 und 8 empfängt, werden somit in an sich bekannter Weise verdichtet, so daß die den Leitern 10 und 11 zugeführten Signale einen verringerten Lautstärkebereich haben.

Das in Abb. 6 dargestellte Übertragungssystem weist in der Sendestation Mittel zur Lautstärkeregelung und -verdichtung auf, und die Empfangsstation ist mit Anordnungen zur Lautstärkeausdehnung ausgestaltet. Eine Sendestation 18 ist mit einer Lautstärkesteueranordnung 19 der in Abb. 4 dargestellten Art und mit einer Verdichtungsanordnung ao der in Abb. 5 dargestellten Art versehen. Diejenigen Teile der Abb. 6, welche mit Teilen der Abb. 4 und S übereinstimmen, haben dieselben Bezugszeichen wie die letzteren erhalten. Aus nachträglich zu erläuternden Gründen sind in der Sendestation die Steuerstromkreise 19 den Verdichtungsstromkreisen 20 vorgeschaltet. Die umgekehrte Anordnung ist jedoch auch möglich.

In der in Abb. 6 dargestellten Empfangsstation 21 ist eine an sich bekannte Ausdehnungsschaltung 22 vorgesehen. Die Leiter 10 und 11 sind mit einer Übertragerschaltung 23 verbunden, die einen Wheatstonebrückenstromkreis 24 aufweist. Die Impedanz des Armes 25 des Brückenstromkreises wird mittels der Lautstärkeausdehnungsanordnung 26 geregelt. Die Anordnung 26 wird von der Sendestation 18 derart gesteuert, daß sie die von der Verdichtungsschaltung 20 im Sender ausgeübte Wirkung umkehrt. Die Übertrageranordnung 23 ist durch die Leiter 27 und 28 mit einem Empfangsstromkreis verbunden. Übrigens können in Verbindung mit der Erfindung Verdichtungs- und Steuerungssysteme beliebiger Art verwendet werden.

Zwecks Erklärung der Wirkungsweise der in den Abb. 4 und 5 dargestellten Schaltungen soll nunmehr die Abb. 1 betrachtet werden, in welcher die Abszissen den veränderlichen Pegel der den Systemen gemäß Abb. 4 und 5 zugeführten Energie angeben, während die Ordinaten den Ausgangspegel dieser Systeme darstellen. Die Ordinaten und Abszissen sind in Ausdrücken für den Lautstärkebereich nach einem willkürlich gewählten Maßstab eingeteilt.

Eine geeignete Einheit für die Skala können z. B. die bekannten Übertragungseinheiten, nämlich das Decibel oder Neper sein, die durch den Logarithmus der zugeführten Leistung zu der empfangenen Leistung in einem System bestimmt werden. Das Decibel wird

durch io log ίο ~ ausgedrückt, wobei P₁ die

"a

von einem System abgeleitete Leistung und P₂ die von dem System empfangene Leistung bedeuten. Ein Neper ist eine natürlich-logarithmische Einheit, die dem Ausdruck log e ρ
rr~ entspricht.

Der Lautstärkebereich der zugeführten Leistung OP in Abb. 1 ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Der von den verschiedenen Arten der Fernleitungen empfangene nützliche Lautstärkebereich umfaßt im allgemeinen mindestens etwa 20 Decibel. Es wird angenommen, daß der Eingangspegel, dargestellt durch die Strecken OM und 2VP in Abb. i, sich um 30 bis 40 Decibel ändert und daß jeder den Lautstärkebereich eines Fernleitungsstromkreises darstellt. Jeder Lautstärkebereich kann in einer bedeutenden Durchschnittshöhe oder in einer geringen Durchschnittshöhe liegen. Die Lage ist davon abhängig, ob der Teilnehmer laut oder leise spricht und ob er über eine kurze oder lange Fernleitung spricht. Der durch lautes oder leises Sprechen bedingte Pegelunterschied kann 25 bis 30 Decibel betragen, während der Pegelunterschied auf Grund der elektrischen Länge der Fernleitungen 10 bis 15 Decibel betragen kann.

In vielen Stromkreisen ist ein bestimmter Leistungsbereich vorhanden, innerhalb welchem Sprache übermittelt werden kann. Die obere Grenze dieses Bereiches hängt von der Belastbarkeit des Senders und von den Verstärkern im Leitungszug ab, während die untere Grenze durch die Höhe der vorhandenen äußeren Störungen bedingt ist. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, Signale mit Leistungsunterschieden von 50 "bis 70 Decibeln über Leitungen zu senden, die jedoch sehr starken Begrenzungen unterworfen sind. In Abb. ι kann der Steuerbereich OM beispielsweise den Bereich eines leise sprechenden Teilnehmers für einen langen Sprechkreis bezeichnen, während die Strecke 2VP den Bereich eines laut sprechenden Teilnehmers für einen kurzen Sprechkreis darstellt. Wenn man den Eingangspegelbereich OP bei einem Lautstärkensteuerungssystem verwenden würde, so würde die gerade Linie OC, die mit OP einen Winkel von 45 ° bildet, die Ausgangshöhe darstellen.

Wenn die in Abb. 4 gezeigte Steuerschaltung verwendet wird, um die in Abb. 1 dargestellte zugeführte Leistung OP zu regeln, so wird der Lautstärkebereich OM des den langen Sprechkreis benutzenden und leise sprechenden Teilnehmers auf die Höhe des Teilnehmers gebracht, der einen kurzen

Stromkreis benutzt und laut spricht. Es wird angenommen, daß die Linie OM nach rechts bewegt wird, bis sie mit der Linie NP zusammenfällt. Die beiden Teilnehmer haben dieselbe Maximalhöhe, die auf der unter 45 ° gezogenen Linie mit BC bezeichnet ist und auf den Ausgangsstromkreis übertragen einen Lautstärkebereich gleich O'R ergibt. Wenn die in Abb. 4 gezeigte Regelungsschaltung xo verwendet wird, ist somit sowohl für den leise sprechenden als für den laut sprechenden Teilnehmer der an den Empfänger übermittelte Lautstärkebereich gleich der durch O'R angedeuteten Anzahl Decibel, d. h. also, daß die Kurve der aufgenommenen abgegebenen Leistung für die beiden Sprecher die beiden Strecken O'A' und BC umfaßt.

Wenn die durch OP angedeutete veränderliche Leistung einer Anlage aufgedrückt wird, welche Lautstärkeverdichtungsmittel besitzt (Abb. 5), so wird das in Verbindung mit der Linie OC in Abb. 1 beschriebene lineare System durch eine andere Kennlinie, beispielsweise durch die gestrichelte Linie OUF, ersetzt. Für praktische Betrachtungen und Ermittlungen empfiehlt es sich, der neuen Kennlinie die Form einer geraden Linie, z. B. ODEF, zu geben. Um die Anwendung eines Lautstärkeverdichtungssystems klarzulegen, soll wieder angenommen werden, daß OM den Bereich eines leise sprechenden Teilnehmers und NP den Bereich eines laut sprechenden Teilnehmers darstellt. Wie in Abb. 1 gezeigt, entstehen nach Durchgang durch die Verdichtungsstromkreise die engeren Bereiche OW und TS. Diese Bereiche auf der Ausgangsseite werden dadurch ermittelt, daß die Strekken OM und NP auf die Kennlinie ODEF übertragen werden.

Wenn davon ausgegangen wird, daß sowohl die Lautstärkeregelungsschaltung als die Lautstärkeverdichtungsschaltung in vollkommener Weise arbeiten, hängt die Wahl des Systems davon ab, ob der Gesamtverdichtungsbereich größer oder kleiner ist als der nützliche Lautstärkebereich eines einzelnen Teilnehmers. Der Bereich, der zu übertragen ist, wenn Verdichtungsstromkreise verwendet werden, ist durch 06" dargestellt, während der Bereich, welcher bei der Verwendung von Regelungsstromkreisen zu übertragen ist, durch O'R dargestellt ist. Je nachdem, ob 05" größer oder kleiner als O'S ist, sind Verdichtungsschaltungen oder Regelungsschaltungen zu verwenden.

Wenn das Übertragungssystem starken Begrenzungen unterworfen ist, wie dies beispielsweise bei sehr langen, gleichmäßig belasteten Fernsprechseekabeln, Radioanlagen und anderen mit Kraftverstärkern oder magnetischen Einrichtungen arbeitenden Anlagen der Fall ist, kann es unter Umständen unmöglich sein, mittels Lautstärkeregelung oder Lautstärkeverdichtung eine befriedigende Übertragung zu erzielen. In diesem Falle kann durch eine Kombination der Regelungs- und Verdichtungsschaltungen eine verbesserte Übertragung zustande gebracht werden. In Abb. 2 wird der Eingangsstrom für die Übertragungsleitung zuerst der Lautstärkeverdichtungsschaltung VCP und darauf der Lautstärkeregelungsschaltung VCT aufgedrückt. In Abb. 3 sind diese Schaltungen in umgekehrter Reihenfolge angeordnet. Wenn die Verdichtungsschaltung der Regelungs- oder Steuerschaltung vorgeschaltet ist, muß sie die ganze durch OP dargestellte Eingangsenergie aufnehmen. In der Praxis kann es aber mit Schwierigkeiten verbunden sein, ein Verdichtungssystem herzustellen, welches einen so weiten Bereich bewältigen kann.

Betrachtet man die in der Abb. 2 gezeigte Anordnung mit der Abb. 1, so ersieht man, daß die Lautstärke OM des leise sprechenden Teilnehmers in dem Ausgangskreis der Lautstärkenverdichtungseinrichtüng durch die Lautstärke OW dargestellt wird und die Eingangslautstärke NP des laut sprechenden Teilnehmers auf die Lautstärke zusammengedrückt wird, wie sie durch TS dargestellt ist. Die Lautstärkenregelungseinrichtung wird dann benutzt, um diese Lautstärken zu ändern, damit sie gleich werden, d. h. damit entweder OW mit TS zusammenfällt oder umgekehrt. Die Endübertragungsanordnung hat sich dann nur mit einer Lautstärke zu befassen, die der Strecke OW in dem Ausgangskreis entspricht. In der Empfangsstation kann eine Lautstärkenausdehnungsvorrichtung Verwendung finden, die den Vorgang umkehrt, der durch die Lautstärkenverdichtungseinrichtung in der Sendestation ausgeführt wurde. Die Lautstärkenausdehnungsvorrichtung kann die Lautstärke, die OW entspricht, auf die Lautstärke, die OM entspricht, ausdehnen. Es ist aber nicht notwendig, den Vorgang der Lautstärkenregelungseinrichtung wieder ungeschehen zu machen.

In einer Anlage mit einer Lautstärkenregelungseinrichtung, die vor der Lautstärken-Verdichtungsvorrichtung sich befindet, wie dies in der Abb. 3 gezeigt ist, hat der Ausgangskreis der Lautstärkenregelungseinrichtung sowohl für den leise sprechenden als auch laut sprechenden Teilnehmer dieselbe Lautstärke, indem z. B. die Lautstärke OQ des leise sprechenden Teilnehmers nach O' R hochgehoben wird. Letztere Strecke stellt die Lautstärke des laut sprechenden Teilnehmers mit der Eingangslautstärke NP dar. Sowohl der leise sprechende als auch der laut sprechende Teilnehmer bekommen auf diese Weise

dieselbe Eingangslautstärke in der Lautstärkenverdichtungseinrichtung, und die Ausgangslautstärken hiervon für den laut sprechenden Teilnehmer als auch für den leise sprechenden Teilnehmer werden in dem Ausgangskreis der Lautstärke TJ? gleich sein. Am Empfangsende braucht eine Lautstärkenausdehnungsvorrichtung nicht vorgesehen zu werden, wie dies bei der Anordnung der Abb. 2 der Fall ist, die schon erläutert wurde. Der Vorteil der in der Abb. 3 dargestellten Anordnung gegenüber dem System der Abb. 2 besteht darin, daß die Lautstärkenverdichtungseinrichtung am Sendeende der Leitung viel einfacher ist, um den begrenzteren Teil EF der gesamten Verdichtungscharakteristik ODEF zu decken.