DE2407406A1

DE2407406A1 - Frequenzmultiplex-system

Info

Publication number: DE2407406A1
Application number: DE19742407406
Authority: DE
Inventors: Yoshimutsu Hirata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-08-22
Also published as: GB1445274A; US3991277A; AU6567374A; FR2217871A1; FR2217871B1

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BuHLiNG - KlNNE 2407406

TEL. (089) 53 96 53-56 TELEX: 524845 tipat CABLE ADDRESS: Garmaniapatent München

8000 München 2

Bavariaring 4 15. Februar 1974 Postfach 202403

B 5848

Yoshimutsu Hirata
Tokyo / Japan

Frequenzmultiplex-System

Die Erfindimg betrifft ein-MuItiplex-System, und zwar im einzelnen ein Frequenzmultiplex-System, in dem Kammfilter verwendet werden.

Es sind verschiedene Arten von Multiplex-Systemen verfügbar, die es ermöglichen, die Brauchbarkeit einer Übertragungsleitung auf der Basis der Frequenzteilung und der Zeitteilung aufzuteilen. In konventionellen Frequenzteilungssystemen wird in der Sendebzw. Übertragungsendstelle jeder Kanal gemäß einer bestimmten Frequenzzuteilung moduliert, wobei jeder Kanal einem einzigen Teil des Trägerfrequenzspektrums zugeordnet ist. Als Modula-. tionstechnik kann Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation Anwendung finden. Im Bereich der Sprachsignalübertragung ist man neuerdings fortlaufend bestrebt, die Bandbreite jedes Kanals zu verringern, um die Anzahl der Multiplexkanäle, die auf einer einzigen Übertragungsleitung untergebracht werden

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können, zu erhöhen. Ein Ergebnis dieser Bemühungen ist der Vocoder. In einem Vocoder werden Steuersignale niedriger Frequenz, die ein Sprachsignal repräsentieren, an einem Analysator abgeleitet. Diese Steuersignale werden dann über einen Übertragungskanal schmaler Bandbreite zu einem Synthesierer übertragen, wo sie dazu benutzt werden, eine Reproduktion des Sprachsignals zu erstellen. Jedoch sind derartige Einrichtungen sowohl kompliziert als auch teuer, was oftmals dazu führt, daß sich die Verwendung von Vocodern in üblichen Anlagen verbietet, und zwar selbst dann, wenn die Leistungsfähigkeitscharakteristika für die Verwendung derartiger Einrichtungen sprechen.

Mit der Erfindung soll daher ein neuartiges Frequenzteilungsmultiplex-System, das abgekürzt auch als Frequenzmultiplexsystem bezeichnet wird, geschaffen werden, welches in Verbindung mit sich verändernden Signalen, wie beispielsweise Sprach- und Musiksignalen, verwendet werden kann.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein· Frequenzmultiplex-System zur Verfügung gestellt, das Kammfilter verwendet, d.h. Filter mit kammförmigem Frequenzspektrum, insbesondere Wellen- bzw. Frequenzfilter, deren Frequenzspektrum aus einer Anzahl von in gleichem Abstand befindlichen Elementen besteht, ähnlich den Zinken eines Kammes.

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Weiterhin soll das erfindungsgemäße Frequenzmultiplexsystem eine Frequenz-Mehrfachausnutzung gestatten, ohne daß eine Erhöhung der Inanspruchnahme im FrequenzSpektrum erforderlich ist.

Außerdem soll mit der Erfindung ein Frequenzmultiplexsystem zur Verfügung gestellt werden-, das im Betrieb leistungsfähig ist und mit einem Minimum von Komponenten auskommt.

Schließlich wird mit der Erfindung ein Frequenzduplex-System zur Verfügung gestellt, das zusammen bzw. in Verbindung mit vorhandenen Multiplex-Systemen verwendbar und in der Lage ist, die Übertragungskapazität der Systeme zu verdoppeln.

Endlich wird mit der Erfindung ein Frequenzduplex-System vorgeschlagen, das zur Verwendung in Multikanalaufzeichnungs- und · -Wiedergabesystemen geeignet ist.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein neuartiges Frequenzmultiplex-System, das in Verbindung mit sich verändernden Signalen bzw. Augenblicks- oder Stoßsignalen, wie beispielsweise in Verbindung mit Sprach- und Musiksignalen verwendbar ist. Ein Ausführungsbeispiel weist ein Paar Kammfilter auf, deren Frequenzcharakteristiken gestaffelt bzw. versetzt sind, so daß die Durchlaßbereiche des einen Kammfilters mit den Dämpfungsbereichen des

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anderen Kammfilters übereinstimmen. Jedes Kanalsignal wird durch sein zugehöriges Kammfilter gefiltert, und dann werden die erhaltenen Signale kombiniert, so daß ein Kammfrequenzduplex-Signal (CFDD -Signal) hervorgebracht wird, das über ein Übertragungsmedium übertragen werden kann. In der Empfangsstation wird das CFDD-Signal in die einzelnen Kanäle dekombiniert und durch ein weiteres Paar Kammfilter hindurchgeschickt, wobei die Frequenzcharakteristik jedes Kammfilters die gleiche wie diejenige des Kammfilters in dem entsprechenden Eingangskanal ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Aufzeichnungs- und Wiedergäbesystem vorgesehen, welches das CFDD-Signal aufzeichnet, d.h. zwei Informationskanäle in einer einzigen Spur auf Platte oder Band, und welches die derart aufgezeichnete Information wiedergibt.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Dämpfung bzw. Unterdrückung einiger der in Hörsignalen vorhandenen Frequenzen die Natürlichkeit und Verständlichkeit der Signale nicht wesentlich herabsetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt ein Gesamtblockschaltbild, das ein Frequenzduplexsystem gemäß einem* bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2A und 2B zeigen'die idealen Frequenzcharakteristiken von zwei Paaren von Kammfiltern, die in dem System der Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines nichtrekursiven Digitalfilters, das eine Kamm-Signalcharakteristik " besitzt;

Fig. 4 zeigt die Frequehzcharakteristiken eines Paares komplementärer Digitalfilter der in Fig. 3 veranschaulichten Art;

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Analogprobefilters, das eine Kamm-Signalcharakteristik aufweist;

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines nichtrekursiven Digitalfilters, das eine Kamm-Signalcharakteristik besitzt;

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen Form eines Kammfilters, das eine n-Stufenverzögerungsschaltung mit positiver (oder negativer) Vorwärtseinspeisung aufweist;

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Fig. 8 zeigt ein Schaltbild, welches eine Stufe des in Fig. 7 dargestellten Kammfilters veranschaulicht; und

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Vierkanal-Aufzeichnungs- und -Wiedergabeanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

Es sei nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein gemäß der technischen Lehre der Erfindung aufgebautes Frequenzduplex-System dargestellt ist. In diesem System sind zwei Kanäle 1 und 2 zum Zwecke der Ableitung eines Kamm-Frequenzduplex-Signals (CFDD-Signal) kombiniert, wobei dieses Signal wieder in zwei entsprechende Kanäle dekombiniert wird.

In der Sende- bzw. Übertragungsstelle des Duplexsystems wird jedes Kanalsignal durch einen Verstärker 11 (1), 11(2) verstärkt und durch ein Kammfilter 12 (l), 12 (2) gefiltert. Diese Filter können vom Analog- oder Digitaltyp sein. Das Ausgangssignal jedes Kammfilters wird in eine Kombinierschaltung 13 eingespeist, wo es mit jedem anderen Signal zum Zwecke der Ausbildung des CFDD-Signals für die Übertragung über ein Übertragungsmedium kombiniert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Übertragungsmedium eine Telefonleitung, ein Koaxialkabel

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oder eine Rundfunkfrequenz-Trägerwelle oder jedes andere geeignete Ubertragungsmedium (beispielsweise auch ein Laserstrahl) sein kann. Das Signal kann, obwohl dieses im einzelnen nicht dargestellt ist, durch das Übertragungsmedium an der Übertragungsstation mittels eines Senders ausgestrahlt und an der Empfangsstation des in Fig. 1 veranschaulichten Duplex-Systems mittels eines Empfängers aufgenommen werden.

Die Empfangsstation weist außerdem eine Dekombinierschaltung auf, die in Reihe mit dem Empfänger verbunden ist. Die Dekombinierschaltung trennt das empfangene CFDD-Signal in zwei einzelne Kanäle 1 und 2 auf. Jeder Kanal besitzt ein Kammfilter 22(1), 22(2), welches von der Dekombinierschaltung die bestimmten Frequenzkomponenten des von der Sendestation übertragenen CFDD-Signals auswählt. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erläutert werden wird, besitzt das Kammfilter 22(1) eine Frequenzcharakteristik, die gleich derjenigen des Kammfilters 12(1) ist, während das Kammfilter 22(2) eine Frequenzcharakteristik aufweist, die gleich derjenigen des Kammfilters 12(2) ist. Nach dem Filtern wird das Signal jedes Kanals in einen Verstärker ■23(1), 23(2) eingegeben, und dann zu der gewünschten Benutzungseinrichtung weitergeleitet, beispielsweise zu einem Lautsprecher oder Kopfhörer (nicht dargestellt).

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Die idealen Frequenzcharakteristiken der jeweiligen Kammfilter 12(1), 22(1) und 12(2), 22(2) sind in den Fig. 2A bzw. 2B veranschaulicht. Es sei darauf hingewiesen, daß es viele aufeinanderfolgende Sperr-(oder Dämpfungs-) und Durchlaßbereiche über das FrequenzSpektrum des zu übertragenden Signalenergiebandes hinweg gibt. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß die Dämpfungsbereiche (die auch als Dämpfungsbänder bezeichnet werden können) der Kammfilter in einem Kanal, beispielsweise der Kammfilter 12(1) und 22(1), mit den Durchlaßbereichen (die auch als Durchlaßbänder oder übertragene Frequenzbänder bezeichnet werden können) der Kammfilter des anderen Kanals, beispielsweise der Kammfilter 12(2) und 21(2), übereinstimmen. Infolgedessen wird jedes Signal, welches durch das Kammfilter 12(1) hindurchgeht, auch durch das Kammfilter 22(1) hindurchgelassen, jedoch wird es durch das Kammfilter 22(2) gedämpft bzw. nicht hindurchgelassen. In entsprechender Weise kann jedes Signal, welches durch das Kammfilter 12(2) hindurchgeht, nur durch das Kammfilter 22(2) hindurchgehen. In anderen Worten gesagt bedeutet das, daß ein Signal, welches aus dem Kanal 1 herkommt, durch das Kammfilter 12(1) zur Kombinierschaltung 13 läuft. Da Frequenzen in dem Signal, die in die Dämpfungs- bzw. Unterdrückungsbereiche des Kammfilters 12(1) fallen, von dem Kammfilter gedämpft bzw. unterdrückt bzw. nicht durchgelassen werden, gelangen nur diejenigen Frequenzen, die in die Durchlaßbereiche des Kammfilters 12(1)

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fallen, weiter zu dem einen Eingang der Kombinierschaltung 13. In dem Fall, in welchem ein Signal aus dem Kanal 2 kommt, erscheinen nur diejenigen Frequenzen, die in die Durchlaßbereiche des Kammfilters 12(2) fallen, am anderen Eingang der Kombinierschaltung 13. Wegen der gestaffelten bzw. versetzten Beziehung bzw. wegen des gestaffelten bzw. versetzten Aufbaus der Frequenzcharakteristiken der Kammfilter 12(1) und 12(2) werden beide gefilterten Signale zum Zwecke der Erzeugung des CFDD-Signals komplementär durch die Kombinierschaltung 13 kombiniert bzw. zusammengefügt.

An der Empfangsstation dämpft bzw. unterdrückt bzw. sperrt das Kammfilter 22(1) alle diejenigen Frequenzen des GFDD-Signals, die in die Dämpfungs- bzw. Sperrbereiche des Filters fallen, was zu einem Ausgangssignal führt, das gleich dem Ausgangssignal des Kammfilters 21(l) im Kanal 1 ist. In entsprechender Weise ist das Ausgangssignal des Kammfilters 22(2) ein Signal, das die gleichen Frequenzkomponenten besitzt wie dasjenige Signal, welches das Kammfilter (12)2 verläßt. Auf diese Weise ist ersichtlich, daß mit dieser Anordnung zwei Kanalsignale kombiniert bzw. zusammengefügt werden, so daß man ein CFDD-Signal erhält, welches eine Bandbreite besitzt, die gleich der Bandbreite eines Kanalsignals ist und welches dann in zwei einzelne Kanäle dekombiniert bzw. aufgetrennt werden kann.

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Wenn bestimmte Frequenzen in einem üblichen Sprachsignal entfernt werden, dann ist dieses Signal, wie an sich bekannt, noch verständlich. Weiterhin haben kürzliche Untersuchungen, die im Rahmen der Erfindung durchgeführt wurden, erkennen lassen, daß dann, wenn die Breite der Durchlaßbereiche und der Abstand zwischen den Durchlaßbereichen der Kammfilter richtig bzw. genau gewählt sind, d^ an der Empfangsstation zu hörende Signal nur einer geringen oder sogar im wesentlichen überhaupt keiner Beeinträchtigung in Bezug auf seine Natürlichkeit ausgesetzt ist. Von diesen Untersuchungsergebnissen wird in der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild eines typischen Ausführungsbeispiels eines·in Fig. 1 gezeigten Kammfilters darstellt. Das abgebildete Kammfilter umfaßt ein nichtrekursives Digitalfilter 25 mit einem Aufbau, der eine angezapfte Verzögerungsleitung aufweist. Ein Analog-Eingangssignal wird durch ein Filter 27 einer Tiefpaßfilterung unterworfen und dann mittels eines Analog-zu-Digital-Wandlers 30 in ein Digitalsignal umgewandelt, bevor es an das Digitalfilter 25 angelegt wird. In dem nichtrekursiven Digitalfilter der Fig. 3 wird das Eingangssignal, d.h. ein Signal, welches aufeinanderfolgend digitalkodierte Teile der durch das Filter zu verarbeitenden Information repräsentiert, an einen Multiplikator 32(0) und eine Verzögerungseinheit 34(0) angelegt. Der

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Multiplikator 32(0) multipliziert die angelegten Teile mit einem digitalcodierten Koeffizienten a_Q und gibt die resultierenden Produkte an einen Addierer 36. Der Addierer 36 kombiniert jedes durch den Multiplikator 32(0) erzeugte Produkt mit anderen Produkten, die gleichzeitig erzeugt worden sind, wie weiter unten näher erläutert wird. Das Ausgangssignal des Addierers 36 ist das gefilterte Ausgangssignal.des nichtrekursiven Digitalfilters 25. Digitalcodierte Teile, die an die Verzögerungseinheit 34(0) angelegt worden sind, werden um die Zeit τ- verzögert, die für einen Filterzyklus benötigt wird, und dann werden sie an einen Multiplikator 32(1) und eine Verzögerungs einheit 34(1) angelegt·. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zeit "£ gleich dem Intervall T der digitalcodierten Teile (diese- Teile lassen sich auch als Proben bezeichnen und das Intervall als Probenintervall). Der Multiplikator 32(1) führt eine gleiche Funktion aus wie der Multiplikator 32(0) und multipliziert jedes digital- . codierte Teil, das ihm eingegeben wird, mit dem Koeffizienten a-,, und er gibt das resultierende Produkt in den Addierer 36 ein. Die Verzögerungseinheit 34(1), die gleich der Verzögerungseinheit 34(0) ist, verzögert jeden an sie angelegten digitalcodierten Teil um die Zeit T , bevor sie ihn an den nächsten Multiplikator, beispielsweise einen Multiplikator 32(2), und die nächste Verzögerungseinheit, beispielsweise eine Verzögerungseinheit 34(2) (nicht dargestellt) anlegt, die sich in der fortschreitenden Reihe von Multiplikatoren und Verzögerungseinheiten

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befinden. Alle Einrichtungen 32 und 34 sind jeweils gleich bzw. gleichartig, und sie arbeiten alle in jeweils gleichartiger Weise. Die sich ergebenden gefilterten Signale, die am Ausgang des Addierers 36 erscheinen, werden durch einen Digital-zu-Analog-Wandler 38 in Analogform umgewandelt und durch ein Filter 40 einer Tiefpaßfilterung unterworfen, damit man eine kontinuierliche Wellen- bzw. Signalform erhält. Das Ausgangssignal vom Tiefpaßfilter 40 wird in die Kombinierschaltung 13 eingegeben. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß das digitale Ausgangssignal vom Addierer 36 zunächst mit demjenigen vom Addierer des Kammfilters im anderen Kanal kombiniert werden könnte, und daß es dann durch den Digital-zu-Analog-Wandler in Analogform umgewandelt werden kann.

Es ist an sich bekannt, daß in der Geräteausbildung des in Fig. gezeigten Filteraufbaus digitale Verzögerungsleitungen und bistabile Multivibratoren allgemein für Verzögerungseinheiten verwendet werden, während jede der vielen Arten von Multiplikatoren dazu angewandt werden kann, die erforderlichen Multiplikationen auszuführen. Es gibt weiterhin viele bekannte Arten von Addierern, die dazu geeignet sind, gleichzeitig erzeugte Produkte zu summieren.

Im allgemeinen ist die Frequenzcharakteristik des Digitalfilters der Fig. 3 definiert durch die Gleichung

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]ß_c f >)=.}_ a-n. exP C^TLnTf J

/Ά-0

worin die einzelnen Zeichen folgende Bedeutung haben: a = Filterkoeffizient; j=-J-l) T = das Probenintervall; und f = Eingangssignalfrequenz.

Es sei nun angenommen, daß a_Q = 1, a-, = 1, a = O (n>2) , dann ist die Frequenzcharakteristik von S^(f) in Termen ihrer Amplitude

B(f) = 2 cos ("U Tf).

Nimmt man andererseits an, daß &q= 1, a-^ = -1, a_n = O (n>2), dann wird die Frequenzcharakteristik durch die folgende Glei-' chung wiedergegeben

B(f) = 2 sin (XTf).

Es sei darauf hingewiesen, daß die Aufeinanderfolge von Filterkoeffizienten a , die erforderlich ist, um die einfachste Form eines Digitalfilters für den praktischen Gebrauch wie folgt ist:

„= a ~ 1, und a.^ 2, was ergibt

=. 4

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und daß eine komplementäre Aufeinanderfolge von Filterkoeffizienten folgende ist:

a_n~a„--1, und a-, - 2, was ergibt

B₂(f)—4 sin²(7i>Tf).

Wie man in Fig. 4 sieht, repräsentieren B-. (f) und Bp(f) ein Paar komplementärer KammsignalCharakteristiken, wie sie zur Verwirklichung des Konzepts der Erfindung erfordert werden. Diese Werte der Koeffizienten sind in Tabelle I wiedergegeben. Außerdem sind in Tabelle I andere Paare von Aufeinanderfolgen von Filterkoeffizienten gegeben, welche komplementäre Kammsignalcharakteristiken ergeben.

Tabelle I

normalisierte X='

Frequenzcharakteristik Folge von Koeffizienten

B(f)/R CL^

cos X sin X

cos²X sin²X

cos⁵X sin⁵X

cos⁴X sin⁴X

	1	1,	1.	•	1.
	-1	1,	-1.	•	-1.
	1,	, 2	, ι	, ι
	1,	, 2	,-i	, ι
	4	3,	3,
	-4	-3,	3,
1,	, 6	, 4
1,	, 6	,-4

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normalisierte Frequenzcharakteristik

B(f)/R

X =
Folge von Koeffizienten

cos X cos 2X sin X sin 2X

cos²X cos²2X sin²X cos²2X

1, 1, 1, 1. 1,-1, 1, -1.

1, 2, 3, A, 3, 2, 1. -1, 2,-3, 4,-3, 2,-1.

Es sei darauf hingewiesen, daß in den Kammfiltern des Typs, die eine Frequenzcharakteristik haben, welche als" cos (7CTf) und sinⁿ(TTTf) definiert ist, die Breite der Durchlaßbereiche mit dein Zunehmen von η abnimmt, worin η gleich der Anzahl der Koeefizienten plus eins im Falle des Filters der Fig. 3 ist. Weiterhin sollte beachtet werden, daß der Abstand zwischen je zwei benachbarten Durchlaßbereichen des Filters mit Zunahme der Verzögerungszeit T, welche durch jede Verzögerungseinheit 34 gegeben ist, abnimmt. Wie man erkennt, hängen die Bemessungserfordernisse von Kammfiltern von der Umgebung ab, in welcher die Kammfilter benutzt werden.

Im allgemeinen wird bei den Multiplexsystemeigenschaften und -anordnungen von den Sprachübertragungsanforderungen als Stan-

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dard ausgegangen. Beispielsweise besteht im Falle der teueren Multiplex-Systeme, welche die Satellitenkommunikation einschließen, eine der wichtigsten Erwägungen darin, die Leistungsfähigkeit der Übertragung vom Standpunkt der Bandbreite zu maximalisieren, und zwar selbst dann, wenn dadurch die Qualität oder Natürlichkeit des Sprachsignals, das man an der Empfangsstation hört, beeinträchtigt werden würde. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß es in Fällen, in denen das Konzept der Fig. 1 benutzt wird, die Übertragungskapazität jedes Kanals des vorhandenen Multiplex-Systems zu verdoppeln, genügt, Kammfilter des cos ("TTfT) und sin C/L*fT) Typs mit einer Verzögerungszeit T, die gleich 3 bis 10 Millisekunden beträgt, anzuwenden. Mit einer Verzögerung von 5 Millisekunden ist beispielsweise der Abstand zwischen den Durchlaßbereichen der Kammfilter in der Nähe von 200 Hz.

Eine weitere wichtige Möglichkeit der Benutzung des Vorschlags der Erfindung betrifft die Stereorundfunksendungen, d.h. die Sendung von zwei Kanalsignalen über- einen einzigen Übertragungskanal. Es wurde gefunden, daß die Qualität oder Natürlichkeit des Signals, wie es an der Empfangsstation gehört wird, im allgemeinen verbessert wird, wenn η abnimmt. Bei der Übertragung von Hörsignalen relativ hoher Güte, wie beispielsweise Musiksignalen, ist es wichtig, daß die Qualität oder Natürlichkeit der Signale nur eine geringe oder im wesentlichen keine Beeinträchtigung erfährt. Jedoch kann man aus anderer Sicht

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sicher sagen, daß die obigen Erfordernisse erfüllt werden, wenn eine derartige Beeinträchtigung des Signals von einem üblichen Hörer in der Empfangsstation nicht durch das Gehör wahrgenommen wird. Kürzliche, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß es bei derartigen Anwendungen und mit einem Grad der Stereotrennung von angenähert 10 db empfehlenswert ist, Kammfilter des cos (T^Tf)_- und sin (TtTf) Typs mit einer Verzögerungszeit T, die angenähert gleich 10 Millisekunden ist, anzuwenden. In diesem Falle ist die Durchlaßbereichbreite der Kammfilter im wesentlichen gleich dem Durchlaßbereichabstand, sie liegt in der Nähe von 100 Hz.

Es sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Analogprobenfilter veranschaulicht ist, das nach dem gleichen Prinzip wie das Digitalfilter der Fig. 3 aufgebaut ist. Das Analogprobenfilter 42 weist ein vierstufiges Analogschieberegister 44 auf, das allgemein unter der Bezeichnung der "bucket brigade"-Geräte bekannt ist, und dieses Analogschieberegister ist mit einem Tiefpaßfilter 46 in Reihe zur Aufnahme eines Analogsignals geschaltet. Das "bucket brigade"-Gerät ist eine Ladungsübertragungseinrichtung derart, wie sie unter der Bezeichnung M31 von der Amperex Electronic Corporation (USA) oder unter der Bezeichnung TCA-350 von Inter Metal (Bundesrepublik Deutschland) verkauft wird, und diese Einrichtung umfaßt eine p-Kanal-MOS integrierte Schaltung mit einer Anzahl von Stufen. Das Analog-

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schieberegister 44 wird außerdem mit Zeitgebungs- oder Probesignalen von einem Taktgeber 45 beaufschlagt, um das Eingangssignal zu prüfen und dann eine Übertragung von Ladungen, die derartige geprüfte Signale repräsentieren, von einer Stufe zur nächsten in Ansprechung darauf zu bewirken. Durch Auswahl der Frequenz der Zeitgebungs- ader Probesignale derart, daß sie einen geeigneten Wert besitzt, der größer als das Doppelte der Eingangssignalfrequenz ist, ist es möglich, die gewünschte Zeitverzögerung für jedes "bucket brigade"-Gerät zu erzielen. Jedes dieser Geräte ist mit dem Eingang eines Operations- bzw. Rechenverstärkers 50 über einen Trennverstärker 52 und einen als Multiplikator wirkenden Widerstand 54 verbunden. Der Operations- bzw. Rechenverstärker 50 arbeitet sowohl als Strom-Spannungs-Signalumsetzer wie auch als Addierer. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 50 ist an ein Tiefpaßfilter 56 angekoppelt. Da das Analogschieberegister direkt mit Analogsignalen arbeitet, besteht keine Notwendigkeit, Analogzu-Digital- und Digital-zu-Analog-Wandler in der Eingangs- bzw. der Ausgangsseite des Analogprobenfilters vorzusehen. Mit den vier Verzögerungseinheiten und fünf Multiplikatoren, wie sie im Falle der Fig. 5 vorgesehen sind, kann das Analog-Probenfilter ein Kammfilter des sin (TCTf) oder cos (T Typs ergeben, wie er in Tabelle"! veranschaulicht ist.

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Es wird nunmehr auf Fig. 6 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild einer anderen Digitalfilteranordnung dargestellt ist, die allgemein als "rekursives Digitalfilter" bekannt ist. Gleichartig wie bei der Anordnung der Fig. 3 wird ein Analogsignal durch ein Filter 60 einer Tiefpaßfilterung unterworfen und in eine Folge von digitalcodierten Teilen (die auch als Proben bezeichnet werden können) mittels eines Analog-zu-Digital-Wandlers 62 umgewandelt, bevor es an das rekursive Digitalfilter 64 angelegt wird. Jedes digitalcodierte Teil wird durch einen Addierer 66 geschickt und an eine Verzögerungseinheit 68 angelegt. Die Verzögerungseinheit 68 verzögert jedes daran anliegende digitalcodierte Teil um die Zeit T, bevor sie dieses Signal an einen Multiplikator 70 anlegt. Der Multiplikator 70 multipliziert die angelegten digitalcodierten Teile mit einem digitalcodierten Koeffizienten r und gibt die resultierenden Produkte in einen zweiten Eingang des Addierers 66. Das Ausgangssignal des Addierers 66 ist das Ausgangssignal des rekursiven Filters 64. Das digitale Ausgangssignal des rekursiven Filters 64 wird mittels eines Digital-zu-Analog-Wandlers 72 umgewandelt und durch ein Filter 74 einer Tiefpaßfilterung unterworfen. Es ist darauf hinzuweisen, daß das digitale Ausgangssignal des rekursiven Filters 64 zuerst mit demjenigen des rekursiven Filters im anderen Kanal kombiniert und dann durch den Digital-zu-Analog-Wandler in Analogform umgewandelt werden könnte.

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Die Frequenzcharakteristik des rekursiven Digitalfilters der Fig.' 6 ist in absoluter normalisierter Form durch die folgenden Gleichungen definiert:

A₁Cf)- Icos^feTJOi- \±~ή3±η* (VTf)I - Q(f)J U > Γ > 0) ;Und ■ A₂ Cf )- fs in² OuTf ) + (~^) cos ² (r^Tf )1j ^. QCf)J <-l<.V" < 0 )

worin r der Filterkoeffizient und T die Verzögerungszeit bedeuten, und Q(f) die folgende Bedeutung besitzt:

=T] jcos²C2ⁿruTf)+~-J sin²C2VTf)J j (m^ 2ⁿ) .

Es sei darauf hingewiesen, daß A-^(f) und A₂(f) komplementäre Kammsignalcharakteristiken repräsentieren, wie sie zur Wirkung als Kammfilter der Fig. 1 erforderlich sind.

In Fig. 7, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kammfilters dargestellt, das eine n-stufige Verzögerungsschaltung mit positiver (oder negativer) Vorwärtseinspeisung umfaßt. Wie dargestellt, weist jede Stufe der Schaltung eine Verzögerungseinheit 80 und eine arithmetische Einheit 82 für das arithmetische Kombinieren von verzögerten und unverzögerten Signalen auf. Die arithmetische Einheit 82 verwirklicht die Funktion des Addierens oder Subtrahierens der beiden Eingangssignale bei einem Amplitudenverhältnis

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von 1: 1.

Die Frequenzcharakteristik von einer Stufe des Filters der Fig. 7 wird definiert durch

₁ = cos(1CTf)
B₂(f) = sin(iC Tf)

abhängend davon, ob die Eingangssignale summiert oder subtrahiert werden. Das bedeutet, daß dann, wenn T = η -ψ- oder (η+ —τ~) -ψ— (η = EingangsSignalfrequenz) ist, die arithmetische Einheit die verzögerten und unverzögerten Signale aufhebt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Reihenschaltung der η-Filter der in Fig. gezeigten Art die nachstehend definierte Frequenzcharakteristik ergibt:

B_ln(f) = cosⁿ(-iTTf); und B_2n(f) = sinⁿCiiTf)

Weiterhin ist zu beachten, daß es in der Anordnung der Fig. 7 möglich ist, den Verstärkungsgrad der Signalenergie in deren Dämpfungsbereichen dadurch zu verändern, daß man die Verzögerungszeit jeder Verzögerungseinheit 80 so wählt, daß diese aufeinanderfolgend unterschiedlich ist, und zwar entweder in ansteigender oder absteigender Reihenfolge.

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In Fig. 8 ist ein Schaltbild eines typischen Ausführungsbeispiels der Kammfilteranordnung der Fig. 7 gezeigt, wobei allerdings zu beachten ist, daß aus Gründen der vereinfachten Darstellung nur eine Stufe derselben dargestellt ist. Ein Analogsignal wird durch ein Filter 90 einer Tiefpaßfilterung unterworfen, bevor es in den Eingang des Kammfilters eingegeben wird. Das Kammfilter umfaßt in seinem Signalverzögerungszweig einen PNP-Transistor 92, dessen Basis über einen Kondensator C-, mit dem Eingang des Filters verbunden ist. Die Basis des Transistors 92 ist außerdem mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus den Widerständen R₁ und R₂ besteht, während der Emitter des Transistors über einen Widerstand R, an eine Gleichspannungsquelle geführt ist. Der Kollektor des Transistors 92 ist Mt der Eingangsstufe 96 einer ladungsgekoppelten Einrichtung 98 (nachstehend als "CCD" bezeichnet) des in der US-Patentschrift 3 700 932 beschriebenen Typs verbunden. Ein Treibimpulsgenerator 100 ist mit einem Dreileitungs-Ansteuerungssystem für die CCD-Einrichtung 98 verbunden, so daß er eine Mehrzahl von Feldplatten 102 aufeinanderfolgend vorspannt. Ladungsträger, welche das Analogeingangssignal repräsentieren, werden durch die Eingangsstufe 96 injiziert und durch die Wirkung eines scheinbaren Wanderfeldes, das längs der Oberfläche eines isolierenden oder semi-isolierenden Körpers 106 erzeugt wird, zu einer Ausgangsstufe 104 geleitet. Das Ausgangssignal der CCD-Einrichtung 98 ist an den Eingang eines Operations- bzw, Rechenverstärkers

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108 angekoppelt, wo es mit dem unverzögerten Eingangssignal kombiniert wird, das seinerseits über einen Umschalter 110, einen Kondensator 112 und einen Widerstand 114 übertragen worden ist. Die Funktion des Operationsverstärkers 108 besteht sowohl darin, die beiden Eingangssignale zu addieren oder zu subtrahieren, wie auch darin, als Strom-Spannungs-Signalwandler zu dienen. Das Ausgangssignal, des Operationsverstärkers 108 wird in eine Halteeinrichtung 116 eingespeist, welche den Spitzenwert während jeder Periode der Treibimpulse aufrecht-' erhält, und dann gelangt es zu einem Tiefpaßfilter 118. Je nach der Stellung des Umschalters 110 besitzt das Filter der Fig. 8 · eine Kammsignalcharakteristik, die durch die Gleichung sin(TuTf) oder cos(itTf) wiedergegeben wird. ■

Es sei darauf hingewiesen, daß im Kammfilter der Fig. 7, welches η-Stufen des in Fig. 8 dargestellten Aufbaus umfaßt, nur zwei Tiefpaßfilter erforderlich sind, nämlich das Tiefpaßfilter am Ausgang und am Eingang des Filters.

Obwohl vorstehend die Erfindung in Verbindung mit der Übertragung zweier Kanäle, von Hörfrequenzsignalen über einen einzigen Ubertragungskanal erläutert worden ist, läßt sich in Kenntnis dieser obigen Ausführungsbeispiele verstehen, daß das Prinzip der Erfindung auch auf ein Multiplex-System anwendbar ist, welches dazu geeignet ist, eine Mehrzahl von HörSignalkanälen,

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beispielsweise von drei Hörsignalkanälen , zu übertragen. Ein Beispiel eines derartigen Multiplex-Systems ist ein Triplex-System, welches Kammfilter des cos (ItTf), sin (TCTf) und sin²(2Ti^Tf) Typs verwendet.

Das erfindungsgemäße System kann zusätzlich zur Übertragung von mehr als einem Kanal von Hörsignalen mittels eines einzigen Übertragungskanals auch dazu dienen, durch Hinzufügung einer konventionellen Aufzeichnungs- und Wiedergabeausrüstung ein stereophonisches oder quadrophonysehes Klangsystem zu bilden. Ein Beispiel eines Vierkanal-Aufzeichnungssystem ist in Fig. 9 wiedergegeben.

In den letzten Jahren sind viele stereophonische und quadrophonische Klangsysteme vorgeschlagen worden, um von einer Aufzeichnung in einem durchschnittlichen Raum eine genaue oder getreue Wiedergabe der Konzertsaalklänge zu erzielen. Diese Arten von Systemen benutzen eine Mehrkanalaufzeichnung, beispielsweise eine Vierkanalaufzeichnung, der aufgezeichneten Informationen, die jeweils an vier in räumlicher Beziehung stehende Lautsprecher abgegeben wird. Für die Aufzeichnung derartiger Informationen sind Vierkanalbänder üblicherweise verfügbar, jedoch kann eine Plattenaufzeichnung, die am preisgünstigsten herstellbar ist, die beste Klangqualität besitzt und am meisten in Heimsystemen Verbreitung gefunden hat, nor-

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malerweise nur zwei Aufzeichnungsspuren aufnehmen, und infolgedessen ist eine teuere und komplizierte elektronische Ausrüstung erforderlich, wenn man mehr als zwei Spuren auf einer Aufzeichnung aufzeichnen und von dieser Aufzeichnung abspielen will. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ein Vierkanal-Aufzeichnungssystem vorgeschlagen, das zur Verwendung in Verbindung mit Aufzeichnungsplatten geeignet und einfach im Aufbau sowie leistungsfähig im Betrieb ist. Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch Bänder in gleicher Weise als Aufzeichnungsmedium im Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem der Erfindung Verwendung finden können.

Aus Fig. 9 ist ersichtlich·, daß es mit der dort gezeigten Anordnung möglich ist, vier Informationskanäle in zwei Spuren zusammenzufassen. Das Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem 130 kann ein Zweispur-Platten- oder Magnetband-System sein. Es ist ohne weiteres verständlich, daß, wenn die Aufzeichnung von zwei Informationskanälen auf einer einzigen Spur wünschenswert ist, ein Einspur-Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem verwendet werden kann.

In gleichartiger Weise wie bei der Anordnung der Fig. 1 wird jedes Kanalsignal durch einen Verstärker II¹ verstärkt und dann mittels eines Kammfilters 12¹ gefiltert. Die Kammfilter 12'(1) und 12'(2) haben komplementäre Kamm-Signalcharakteristiken, wie

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sie in den Fig. 2A und 2B dargestellt sind, während die Kammfilter 12^f(3) und 12'(4) in entsprechender Weise komplementäre Kamm-Signalcharakteristiken besitzen. Die Ausgangssignale der Kammfilter 12'(1) und 12*(2) werden mittels eines ersten Koifibinierers 13' zum Zwecke der Ausbildung eines ersten CFDD-Signals kombiniert, das seinerseits.in einen ersten Kanal des Aufzeichnungsteils des Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems 130 eingegeben wird. In gleichartiger Weise werden die Ausgangssignale von den Kammfiltern 12^f(3) und 12'(4) mittels eines zweiten Kombinierers 13" zum Zwecke der Ausbildung eines zweiten CFDD-Signals kombiniert, das in einen zweiten Kanal des Aufzeichnungsteils eingegeben wird. Das System 130 weist weiterhin einen Wiedergabeteil zur Wiedergabe der zwei Kanäle aufgezeichneter Information auf. Eine erste und zweite Dekombinierschaltung 15' und 15" sind mit dem System 130 zur Aufnahme der von dem ersten bzw. zweiten Kanal des Wiedergabeteils reproduzierten Information verbunden. Die Ausgangssignale des ersten Dekomibinierers 15' werden durch ein Paar Kammfilter 22^f(l) und 22'(2) geschickt, während die Ausgangssignale des Dekombinierers 15" durch ein zweites Paar Kammfilter 22·(3) und 22'(4) übertragen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß jedes Kammfilter 22 eine Frequenzcharakteristik besitzt, die gleich derjenigen des Kammfilters 12 in dein entsprechenden Eingangskanal ist. Nachdem jedes Kanalsignal durch das Kammfilter 22 gefil-

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tert ist, wird es mittels eines Verstärkers 23 verstärkt und dann an eine nicht dargestellte Anwendungseinrichtung angelegt, "beispielsweise an Wiedergabelautsprecher.

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Claims

Patentansprüche

Frequenzmultiplex-System mit einer Mehrzahl von Eingangssignal-Kanälen und einer Mehrzahl von Ausgangssignal-Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Kammfilter (12(1), 12(2); 12'(1), 12'(2), 12'(3), 12'(4))in jedem der Eingangssignal-Kanäle vorgesehen ist, wobei die Dämpfungs- bzw. Sperrbereiche des ersten Kammfilters in jedem der Eingangssignal-Kanäle mit den Durchlaßbereichen des ersten Kammfilters oder der ersten Kammfilter in dem anderen Eingangssignal-Kanal oder den anderen EingangsSignalkanälen übereinstimmen; und daß ein Signalkombinierer (13; 13', 13") zum Kombinieren der Ausgangssignale von der Mehrzahl der Eingangssignal-Kanäle vorgesehen ist; daß jeder der Ausgangssignal-Kanäle betriebsmäßig so angeordnet bzw. ausgebildet ist, daß er das Ausgangssignal vom Signalkombinierer empfängt; und daß ein zweites Kammfilter (22(1), 22(2); 22'(l), 22«(2), 22'(3), 22«(4) ) in jedem der Ausgangssignal-Kanäle vorgesehen ist, wobei jedes der zweiten Kammfilter die gleiche Frequenzcharakteristik besitzt, wie sie das erste Kammfilter in dem entsprechenden Eingangssignal-Kanal aufweist.

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Eingangs- und Ausgangssignal-Kanäle jeweils zwei beträgt.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Kammfilter ein Paar nichtrekursiver Digitalfilter (25) mit komplementären Frequenzcharakteristiken aufweist "bzw. ist.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Frequenzcharakteristiken der nichtrekursiven Digitalfilter (25) in den beiden Eingangsund Ausgangssignal-Kanälen durch cos^TfTf) und sinⁿ(7f Tf) repräsentiert werden, worin η die Anzahl der Verzögerungseinheiten (34), T das Proben- bzw. Teilintervall und f die Eingangssignalfrequenz bedeuten.
5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Kammfilter ein Paar Analogprobe- bzw. -teilefilter (42) mit komplementären Frequenzcharakteristiken aufweist bzw. ist.

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6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogprobe- bzw. -teilefilter (42) ein Analogschieberegister (44) aufweist, das eine Mehrzahl von "bucket brigade"-Einrichtungen bzw. eine Mehrzahl von Einrichtungen mit zu einer Gruppe vereinigter Auffangelektroden besitzt.
7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Kammfilter ein Paar rekursiver Digitalfilter (64) mit komplementären Frequenzcharakteristiken aufweist bzw. ist.
8. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Kammfilter ein Paar η-stufiger Verzögerungsschaltungen (80, 82) mit positiver und/oder negativer Vorwärtseinspeisung mit komplementären Frequenzcharakteristiken auf v/eist bzw. ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe der Verzögerungsschaltungen, mit positiver oder negativer Vorwärtseinspeisung eine Verzögerungseinheit (80(1), 80(2), 80(n) ) zum Verzögern eines Eingangssignals und eine Arithmetikeinheit (81(1), 82(2), 82(n) ) zum Summieren oder Subrathieren des verzögerten und unverzögerten Eingangssignals besitzt.

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10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzcharakteristik jeder Stufe der Verzögerungsschaltung mit positiver oder negativer Vorwärtseinspeisung (delay positive /or negative feed-forward) durch cos (TfTf) oder sin(it'Tf) repräsentiert wird.
11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinheit eine ladungsgekoppelte Einrichtung (98) aufweist bzw. ist.
12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Signalkombinierers (13; 13', 13") durch ein Übertragungsmedium zu der Mehrzahl von Ausgangssignal-Kanälen übertragen bzw. gesendet wird.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmedium eine Telephonleitung, Koaxialkabel, oder Rundfunkträgerwelle umfaßt bzw. ist.
14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Eingangs- und Aussgangssignal-Kanäle jeweils drei beträgt.

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15- System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Frequenzcharakteristiken der ersten und zweiten Kammfilter durch cos (XTf), sin (TC^Tf) und sin (2"JfTf) repräsentiert werden.
16. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß das Ausgangssignal" des Signalkombinierers (13'» 13") auf einem Aufzeichnungsmedium, vorzugsweise in einer einzigen Spur, aufgezeichnet wird.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichn e t, daß das Aufzeichnungsmedium eine Aufzeichnungsplatte, ein Magnetband o. dgl. umfaßt bzw. ist.
18. System nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Signalkombinierers (13¹, 13") reproduziert und an die Mehrzahl der Ausgangssignal-Kanäle angekoppelt wird.
19. System, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-18, insbesondere Aufzeichnungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Kammfilter (12'(I), 12«(2), 12'(3), 12·(4) ) in den Eingangssignal-Kanälen aufweist, sowie einen Signalkombinierer und ein Aufzeichnungsmedium des Systems nach Anspruch 16, 17 oder 18 besitzt.

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20. System, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 18, insbesondere Wiedergabesystem, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Aufzeichnungsmedium und ein zweites Kammfilter (22'(I), 22'(2), 22'(3), 22'(4) ) in den Ausgangssignal-Kanälen des Systems nach Anspruch 16, 17 oder 18 aufweist:

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