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Appareil électro - acoustique
On connaît la description de divers appareils électro- acoustiques qui décomposent les spectres de fréquences d'oscil- lations microphoniques en des oscillations partielles, celles- ci étant redressées pour fournir des variations énergétiques partielles qui actionnent des enregistreurs électro-mécaniques, tels que des oscillographes, ou des relais. Ces appareils connus fournissent des renseignements sur les composantes énergétiques des sons en fonction de la fréquence (spectrographes), ou ils peuvent, dans certaines conditions particulières, actionner des relais en fonction des composantes énergétiques stationnaires de certains sons.
Les dispositifs connus ne sont pas en mesure, par exem- ple, de transformer des éléments phonétiques ou phonèmes (tels
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que voyelles et consonnes) en des éléments graphiques, tels que symboles alphabétiques ou codifiables.
En effet, chaque son en général, et chaque phonème en particulier, est un train d'ondes acoustiques (concert d'ondes sinusoïdales, selon le théorème de Fourier) que l'ouïe trans- forme en une image sonore (concert d'impulsions nerveuses).
Physiquement, le son se présente tantôt comme un phéno- mène ondulatoire dans l'air, tantôt comme un phénomène mécani- que ou corpusculaire dans les fibres nerveuses.
L'appareil conforme à l'invention reproduit électro- mécaniquement certaines fonctions physiologiques de l'oreille, du système nerveux, du cerveau et des muscles. Il décompose les spectres de fréquences d'une oscillation microphonique (excitée par un son) en un nombre n d'oscillations partielles, à l'aide de n filtres de bande acoustiques, dont les fréquences moyennes sont fn et dont les largeurs de bande relatives Qn = fn :#fn sont du même ordre de grandeur que les largeurs de bande relatives Q'n des résonateurs de l'émetteur du son. Ces oscillations partielles sont transformées en des variations énergétiques à l'aide de circuits redresseurs, suivis de fil- tres passe-bas, dont les constantes de temps Tn sont du même ordre de grandeur que les constantes de temps T'n des parties transitoires du son émis.
Puis des effets différentiels de ces variations énergétiques sont transformés en des impulsions é- lectriques, dont certaines combinaisons peuvent actionner des oscillographes deux-dimensionnels ou des relais.
D'une manière générale, l'appareil conforme à l'invention peut être nommé "sonographe", du latin sonus = son, et du grec graphe = action d'écrire.
Il permet de transformer certaines catégories de sons en certaines catégories de graphiques, ou en des télécommandes caractéristiques. Quand la catégorie de sons est celle de
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phonèmes, on peut nommer l'appareil "sonographe phonétique".
Quand l'appareil comprend un oscillographe deux-dimensionnel, on peut le nommer "sténo-sonographe". Quand il comprend une machine à écrire typographique, on peut le nommer 'typo-sono- graphe.
Les produits graphiques du "sonographe" peuvent être
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nommés lisonogrammesn. Le procédém"sonographie". Les impulsions électriques pouvant être transmises à distance par fil ou par ondes électro-magnétiques, l'appareil conforme à l'invention peut transmettre oralement des télégrammes (télé- ou radio-so-
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nogrammes) .
Les figures 1 à 43 illustrent quelques dispositifs con- formes à l'invention, à titre d'exemples.
La figure 1 représente les spectres de fréquence transi- toires des principaux éléments phonétiques ou phonèmes français.
Ils permettent d'en déduire les largeurs de bande relatives émises Q'n' pour un sonographe phonétique. La figure 2 est le schéma de principe d'un sténo-sonographe phonétique à 6 compo- santes. La figure 3 donne des bandes passantes correspondant à la figure 2. La figure 4 est le schéma de principe d'un typo- sonographe théorique à 4 composantes. La figure 5 est le sché- ma électrique d'un sonographe à 7 composantes, dont les bandes sont indiquées par la figure 6. Les figures 6 et 7 sont la vue et la coupe d'un transformateur pour filtre de bande. La figure 9 est la coupe d'un relais électro-dynamique. La figure 10 est le tableau des combinaisons pour un typo-sonographe phonétique à 7 composantes, dont les bandes sont indiquées par la figure 11.
La figure 12 est le schéma électrique d'un typo-sonographe limité à la différentiation de 5 voyelles. La figure 13 en in- dique les oscillations et variations de courant correspondantes.
La figure 14 les bandes de fréquences, la figure 15 le tableau de combinaisons, la figure- 16 une caractéristique de tube
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électronique correspondant à la figure 12. Les figures 17 et
18 indiquent des variantes aux relais de la figure 12. Les fi- gures 19 à 22 donnent des tableaux de combinaisons utilisant une partie des bandes de fréquences de la figure 14 et se li- mitant à la différentiation de 3 voyelles. La figure 23 montre
5 bandes de fréquences permettant de différencier 6 ou 8 voyel- les selon les tableaux de combinaisons des figures 24 et 25. La figure 26 indique 7 bandes de fréquences et la figure 27 la cpmbinaison en étoile des bobines sténo-sonographiques corres- pondantes. La figure 28 montre la disposition en étoile de 8 composantes.
La figure 29 indique quelques valeurs pratiques cor respondant aux schémas tels que de la figure 5. Les figures
31 et 32 montrent des schémas simplifiés pour la différentia- tion d'un nombre restreint de voyelles prononcées isolément.
Les figures 33,34 montrent 4 composantes.
Les figures 35 à 38 reproduisent des sténo-sonogrammes phonétiques à 2 et à 4 composantes. Les figures 39 à 43 sont des vues et des coupes d'un oscillographe deux-dimensionnel perfectionné pouvant servir à un sténo-sonographe à 6 composan- tes.
La figure 1 indique les spectres de fréquences acousti- ques de la partie transitoire initiale de trains d'ondes cons- tituant les principaux éléments phonétiques ou phonèmes de la langue française. On constate qu'entre 400 et 4000 hertz la lar- geur de bande relative Q' des sons émis croit environ entre 1,5 et 3. Voir aussi une publication de l'auteur dans les "Helveti- ca Physica Acta", Vol.XIX, Fasc.6-7 (1946) intitulée "S@r les spectres transitoires d'éléments phonétiques (analyse sonogra- phique)", selon le compte-rendu des communications à la Séance de la société / Suisse de Physique du 8 septembre 1948 à Sûrich.
D'autre part, la bande de 90 à 390 hertz n@ peut guère être subdivisée, car la hauteur de voix du parleur peut varier normalement entre ces limites, de sorte que la largeur de bande
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relative doit y être fn :#fn = 240 : 300 = 0,8 = Qn, où fn = (390 + 90) : 2 = 240, et#fn = 390 - 90 = 300 hertz. Il exis- te encore une bande comprise entre 40 et 80 hertz et qui peut aider à caractériser les consonnes plosives telles que b,p.
Des recherches expérimentales de l'auteur ont montré que les frontières caractéristiques entre ou et o, o et a, à et un, un et u, u et i, se trouvent vers 380, 720, 1260, 1750 et 2500 hertz.
Par conséquent, on peut décpmposer les spectres de fré- quences phonétiques transitoires en 8 bandes de fréquences, dont les fréquences moyennes fn et les fréquences-frontières fn,n+l sont les suivantes :
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<tb> n <SEP> = <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fn= <SEP> 60 <SEP> 230 <SEP> 550 <SEP> 1000 <SEP> 1500 <SEP> 2i50 <SEP> 3000 <SEP> 4000 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fn,n <SEP> +1 <SEP> = <SEP> 40 <SEP> 80 <SEP> 380 <SEP> 720 <SEP> 1250 <SEP> 1800 <SEP> 2500 <SEP> 3400 <SEP> 4600 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> #fn= <SEP> 40 <SEP> 300 <SEP> 340 <SEP> 530 <SEP> 550 <SEP> 700 <SEP> 900 <SEP> 1200 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Qn= <SEP> 1,5 <SEP> 0,77 <SEP> 1,6 <SEP> 1,9 <SEP> 2,7 <SEP> 3 <SEP> 3,3 <SEP> 3,
4
<tb>
On peut souvent se passer des bandes 1 et 8, et parfois d'autres bandes, dans les cas de décompositions simplifiées.
La figure 2 montre le schéma de principe d'un sténo-so- nographe phonétique à 6 composantes, dont les bandes de fréquen- ces sont indiquées par la figure 3.
Le train d'ondes acoustiques V1, constituant par exemple le son de la voyelle e, est transformé en une oscillation mi- crophonique V2, à l'aide d'un microphone et d'un amplificateur compensé. Cette oscillation microphonique Vest transformée en 6 oscillations partielles V31 à V36 à l'aide d'un analyseur de fréquence comprenant 6 filtres de bande, dont les fréquences moyennes et les fréquences-frontières sont indiquées par la figure 3. Ces 6 oscillations partielles sont transformées en
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6 variations de courant redressé (ouvariations énergétiques partielles) V41 à V46 à l'aide de 6 redresseurs à double alter- nance suivis de 6 filtres passe-bas.
Les constantes de temps de ces circuits sont choisies de sorte que les variations de courant redressé reproduisent l'enveloppe des parties transi- toires du train d'onde. Ainsi ces constantes de temps pourront dans le cas phonétique, être de l'ordre de 10 millisecondes,ce qui permet d'éliminer les fréquences acoustiques supérieures à 100 hertz et de sélectionner les variations transitoires.
Chaque variation de courant redressé présente ainsi une partie transitoire initiale, et une partie transitoire finale, entre lesquelles se trouve parfois (voyelles longues) une par- tie quasi-stationnaire. Ces variations de courant redressé V4I à V46 sont transformées en 6 impulsions initiales V5PPPPP11 à V516 et éventuellement en 6 impulsions finales V521 à V526, à l'ai- de de circuits différentiateurs du sens de variation croissant ou décroissant des courants redressés. Ces circuits peuvent comprendre-:des condensateurs de couplage et des redresseurs de sens contraires, les impulsions initiales étant positives et les impulsions finales négatives, par exemple.
Les 6 impulsions initiales V511 à V516 parcourent les 6 bobines disposées en étoile B1 à B6 d'un oscillographe deux- dimensionnel et leurs résultantes ont pour effet différentiel combiné de faire décrire au scripteur un graphique Ci¯6 qui est enregistré par une feuille de papier, par exemple, animée d'un mouvement de translation M .
Ce graphique ou sonogramme peut servir soit comme spec- trogramme différentiel en coordonnées polaires, soit comme sym- bole codifiable ou alphabétique.
La résultante V6 des impulsions finales, telles que V521 à V526, peut servir à ramener à zéro l'oscillation microphonique V2 dans l'amplificateur, de manière à rendre le train d'onde suivant indépendant dû précédent. Ceci peut Si effectuer à l'aide
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d'un oscillateur à relaxation qui envoie une impulsion négative très brève (quelques millisecondes) sur la grille d'un tube é- lectronique amplificateur, chaque fois qu'il reçoit une résultan te finale V6.
La figure 4 montre le schéma de principe d'un typo-sono- graphe phonétique théorique à n = 4 composantes. Le générateur d'impulsions initiales et finales est analogue à celui de la figure 2. Mais l'oscillographe deux-dimensionnel est remplacé par un combinateur et un intégrateur à relais. Les n impulsions
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initiales, telles que V511 à V5l4 peuvent être différentiées deux à deux dans un nombre maximum de D = (2) , tel que (4) = 6, tels que 1 112 à 6 62.
Une touche de machine à écrire peut être déclenchée par un relais d'action, tel que 1 142" chaque fois qu'un nombre S de contacts en série, tels que 2 contacts
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115 et 41 ' sont fermés simultanément par autant de relais différentiels différents, tels que 1 112 et 4 142'
Le nombre maximum A de relais d'action qui peuvent être déclenchés à l'aide de D relais différentiels et de S contacts
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en série est A= (g). 2S, tel que A= ().2 = 15.4 = 60, tels que 1 1 2 1 à 5262.
Le nombre maximum P de paires de contacts par relais différentiels est P=S.A:D, tel que P=2.60:6 =2.10=20, tels que
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111 à 1 20 ou 611 à 6 20 A titre d'exemple, le tableau ci-dessous ind-igme des nombres D maxima de relais différentiels en fonction de nombres n de composantes (impulsions initiales et filtres de bande) compris entre 2 et 10 :
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n = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D = ( 2) - 1 3 6 10 15 21 28 36 45
D'autre part, le tableau ci-dessous indique des nombres maxima A de relais d'action (ou de touches typographiques) en fonction de divers nombres D de relais différentiels et de
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nombres S de contacts en série :
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<tb> D <SEP> = <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 28
<tb>
<tb>
<tb> S=2 <SEP> ;A <SEP> = <SEP> (DS).2S= <SEP> A <SEP> = <SEP> 4 <SEP> 12 <SEP> 24 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 84 <SEP> 112 <SEP> 144 <SEP> 180 <SEP> 420 <SEP> 1512
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> = <SEP> 8 <SEP> 32 <SEP> 80 <SEP> 160 <SEP> 260 <SEP> 448 <SEP> 672 <SEP> 960 <SEP> 2640 <SEP> 26208
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> = <SEP> 16 <SEP> 80 <SEP> 240 <SEP> 6501120 <SEP> 2016 <SEP> 33 <SEP> 60 <SEP> 21840 <SEP> 343600
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> A <SEP> = <SEP> 1024 <SEP> 20.10
<tb>
Ces chiffres n'ont évidemment de signification qu'en tant que valeurs-limite théoriques.
Toutes les combinaisons de relais différentiels et de contacts en série ne sont pas pratica-bles. Il faut choisir au contraire les combinaisons correspondant, pour chaque phonème, aux "formants" ou bandes de fréquences caractéristiques de ceux- ci. Cette condition restreint considérablement les combinaisons Praticables, ainsi qu'on 1'exposera plus loin.
La figure 5 montre le schéma électrique d'un sonogrphe à n = 7 composantes dont les bandes de fréquences sont indiquées par la figure 6.
L'oscillation microphènique fournie par le microphone M1 est amplifiée par les tubes électroniques E1,E2. Le circuit anodique de E2 comprend une série de 7 filtres'de bande n=l à n=7 qui décomposent l'oscillation microphonique en 7 oscillatio@ partielles telles que 0 il , Celle-ci comprend une partie transitoi re de durée t1, une partie transitoire finale de durée t3, et parfois une partie quasi-stationnaire de durée t2. Les durées t1 de phonèmes sont généralement de l'ordre de 5 à 50 millisecon des. Les durées t2 peuvent varier entre 0 ms pour les consonnes plosives et plusieurs secondes pour des voyelles très longues.
Chaque filtre de bande comprend un transformateur à deux enroulements séparés, d'inductivités Ln1 et Ln2, accordé par les condensateurs Cnl et Cn2. Des résistances variables Rnl et Rn2 permettent d'ajuster le coefficient, d'amortissement.
Le couplage entre Lnl et Ln2 est variable.
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Le secondaire de chaque transformateur accordé est connec té avec deux circuits redresseurs à doubles alternances, com-
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prenant les résistances Rn3' Rn4' les condensateurs Cn3' 9 C n4 110 n'* n<3 et les redresseurs (tels que diodes à cristal) Gnl,Gn2.
Chaque circuit redresseur est suivi d'un filtre passe-
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bas avec' les résistances R c) Rn6 et les condensateurs Ce, Cens.
Les constantes de temps Rn. Cn = Tn de ces circuits sont com- prises entre 5 et 50 ms environ. On peut choisir T1= 5 ms pour les consonnes plosives, et T2) T7 comprises entre 10 et 20 ms pour les autres phonèmes.
Ainsi les oscillations partielles, telles que 01 sont transformées en deux variations de courant redressé (ou vara- tions énergétiques partielles) de sens- contraires, telles que
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02 et 0., dont les potentiels positif et négatif apparaissent aux bornes des résistances R n5 et R n 6.
Les condensateurs de couplage Cn7,Cn8' C sélectionnent les parties transitoires (croissante et décroissante) de ces variations et qui apparaissent comme impulsions transitoires
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(initiale et finale) 04à 07 aux bornes des résistances R0 à R -2, shuntée par les condensateurs CnlO à cnja, et formant d'autres cellules de filtres passe-bas. Ainsi' les parties quasi-stationnaires des variations de courant redressé sont éli- minées.
Le redresseur Gn3 et la résistance variable Rn13 sélecti-
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onnent l'impulsion initiale positive 04, cui¯devient 0. tout en éliminant 05. Le redresseur Gn4, de sens. contraire, sélectionne l'impulsion finale négative 05, qui devient 09, tout en éliminant 05. Le redresseur Gn5 sélectionne l'impulsion initiale négative 06, qui devient 010, tout-en éliminant l'impulsion fi- nale positive 07.
Les impulsions initiales positives 0 , nettoyées par les
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condensateurs Cnl3' Cnl6' sont amplifiées par les tubes électro-
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niques En1' dont les courants anodiques sont pratiquement nuls en l'absence d'impulsions (classe C), et elles parcourent les bobines magnéto-motrices différentielles Bllà B , qui peuvent être par exemple celles d'oscillographes deux-dimensionnels ou de relais différentiels indiqués aux figures 2 et 4. Ceux-ci sont sélectifs de durée d'impulsions, soit qu'ils agissent com- me résmnnateurs mécaniques pour une fréquence sub-acoustique comprise entre 20 et 10 hertz environ, soit que des fréquences sub-acoustiques comprises entre 30 et 5 hertz soient sélectionné par des filtres électriques associés à ces relais.
Il est ainsi possible de différencier économiquement des phonèmes plosifs, par ex.
Une résultante appropriée des impulsions finales négati- ves 09 peut servir à déclencher une impulsion négative brève (2 à 10 ms), à l'aide d'un oscillateur E , et qui ramène à zéro la fin de l'oscillation microphonique, en agissant sur la gril- le du tube électronique E2. Ceci permet de décomposer les sylla- bes en phonèmes.
Une résultante appropriée des impulsions initiales négati ves 010 peut servir soit à compenser des variations d'intensité indésirables des trains d'onde, soit à répéter les impulsions dans le cas de parties quasi-stationnaires excédant une certai- ne, durée. Cette résultante peut agir sur la grille du tube é- lectronique E1 par l'intermédiaire d'un dispositif à tubes élec- troniques E5. Les dispositifs E4et E5 peuvent être analogues à ceux qui sont connus soit pour. des oscillateurs de relaxation soit pour des réglages automatiques de volume.
Les figures 7 et 8 indiquent la vue et la coupe schéma- tique d'un transformateur pouvant servir aux filtres de bande n=l à n=7. Les enroulements primaires et secondaire 1 et 2 sont bobinés autour de paquets de tôles 3 et 4, dispoeés symétriquement de part et d'autre d'un entrefer dont l'écartement est variable
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de manière à varier le coefficient de couplage entre 0,98 et 0,@ par exemple. Ainsi la largeur de bande passante peut être ajus- tée dans des limites très étendues.
La figure 9 est la coupe schématique d'un relais électrc dynamique différentiel pouvant comprendre deux enroulements tels que B11, B21 de la figure 5. Ces enroulements sont bobinés sur une bobine mobile 8 suspendue dans l'entrefer d'un aimant permanent 9 par un système de lames de ressort telles que 10, situées dans un plan normal aux déplacements de la bobine mobi- le 8. Selon que des impulsions telles que On sont plus fortes dans un enroulement que dans 1-'autre, des contacts tels que 11, 12 ou 13,14 seront fermés. Contrairement aux relais électro-ma- gnétiques usuels, de dispositif permet de reproduire fidèlement des effets différentiels d'impulsion simultanées ou déphasées.
Le temps de réponse de ces relais peut être varié entre 0,1 et plusieurs millisecondes. Des condensateurs Cn15, Cn16 peuvent servir soit à compenser soit à produire des déphasages relatifs entre les impulsions.
Les figures 10 et 11 indiquent le tableau de combinaisons d'un typo-sonographe phonétique à 7 composantes n=o à n=6, comprenant 16 relais différentiels DG1 à D56 et 32 touches ty- pographiques correspondant à des phonèmes, ces touches pouvant être déclenchées par des séries de 3 4 contact chacune. Par exemple, la touche'ô sera déclenchée par la fermeture simultanée de 3 contacts 21, 13,34 actionnés par les 3 relais différentiels D12,D13 et D34. (L'inversion des chiffres d'un relais diffé- rentiel' indique l'inversion de la fermeture de celui-ci).
Ainsi, du nombre maximum D=21 de relais différentiels possibles à l'aide de 7 composantes, on peut n'en choisir que 16. Et du nombre maximum A plus grand que 2000 de relais d'action possible on n'en choisit que 32.
Les figures 12 à 25 indiquent les schémas électriques et les bandes de fréquences de typo-sonographes phonétiques res-
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treints à la commande par certaines voyelles (sonographes de voyelles), au nombre de 5 ou 3 ou 6 ou 8.
Selon la figure 12, l'oscillation fournie par le micro- phone 21 est amplifiée par l'amplificateur compensé 32, puis décomposée en 4 oscillations partielles, telles que V11, V12 dans la figure 13, à l'aide de 4 filtres de bande n=l à n=4, dont les bandes passantes sont indiquées par la figure 14. Des circuits comprenant les redresseurs G11, à G14, les résistances R4I à R44 et les condensateurs C41 à C44' ainsi que les filtres passe-bas de résistances R51 à R54 shuntées par les condensateur C51 à C54, fournissent 4 variations de courant redressé, telles que V21 ,V22. Celles-ci sont transformées en des impulsions initiales et finales telles que V3I' V51 et V32 V42' par les condensateurs de couplage C61 à C64 et les résistances variables R71 à R74.
Les tubes électroniques redresseurs G21 à G24, dont la caractéristique est indiquée par la figure 16, sélectionnent et amplifient les impulsions initiales telles que V ,V .
51 52 Les 3 relais différentiels D ,D ,D obéissent à des différen-
12 23 34 ces d'impulsions émanant de composantes successives disposées dans l'ordre des bandes de fréquences . Chaque circuit de voyel- le, tel que OU; O,A,E,I, se ferme quand deux contacts en série situés sur deux relais différentiels se ferment simultanément sous l'effet de la voyelle correspondante prononcée devant le microphone 21. Les combinaisons directionnelles des relais dif- férentiels sont indiquées par la figure 15.
Les constantes de temps des circuits décrits peuvent ê- tre choisies entre 20 et 100 millisecondes .Pour de grandes constantes de temps un mot prononcé réagira que par les voyelles qu'il contient . Il sera par exemple indifférent de prononcer les voyelles EO,1,A, ou le mot"Véronica".
Selon la figure 17 chaque relais différentiel polarisé à deux enroulements, tels que D , peut être remplacé par deux
12 relais simples à deux enroulements.
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Selon la figure 18 chaque relais différentiel à 2 enrou- lementspeut être remplacé par un relais polarisé à un enroule- ment en utilisant des circuits à ponts compren@ant des redres- seurs tels que G15, G16,G25, G26.
Les figures 19 à 22 indiquent des tableaux de combinai- sons d'impulsions différentielles analogues à celles des figu- res 12 et 15, mais simplifiées pour n'obéir qu'à 3 voyelles, telles que OU,A,I ou O,A,E, ou OU,O,I. A cet effet, il peut suf= fire de 3 filtres de bande, tels que n=1,3,4 ou 2,3,4, et de deux relais différentiels, tels que D13,D34 (OU,A,I) ou D23' D34 (0,A,E) pour différencier 3 voyelles différentes.
La figure 23 indique 5 bandes passantes et la figure 24 les combinaisons correspondantes de 3 relais différentiels D12, D23,D45, permettant, à l'aide de séries de 2 contacts, de différencier les 6 voyelles OU,O,A,U,E,I.
La figure 25 indique les combinaisons de 4 relais diffé- rentiels, permettant, à l'aide des 5 bandes passantes de la fig re 23 et de séries de 3 contacts, de différencier les 8 voyel- les OUO,O,A,U,E,E,I.
Les figures 26 et 27 indiquent les 7 bandes passantes et la disposition en croix de 7 bobines magnéto-motrices d'oscillo- graphe deux-dimensionnel permettant de constituer un sténo-sono- graphe phonétique à 7 composantes, ainsi que certains catégories de graphiques pouvant être produits par le scripteur 52 sur le papier 51. Le scripteur peut être à encre, électro-chimique, électro-thermique, ou selon un autre procédé d'inscription di- recte. Il peut être aussi remplacé par un procédé d'inscription photographique à l'aide d'un oscillographe cathodique spécial à 7 composantes.
D'une manière analogue, la figure 28 indique la disposi- tion octogonale en étoile d'un sténo-sonographe phonétique à 8 composantes.
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La figure 29 indique quelques valeurs pratiques correspon dant au schéma électrique de la figure..5.
La figure 31 montre un appareil électro-acoustique anale gue à celui de la figure 25, mais restreint à l'usage de voyel- les ou de consonnes longues prononcées isolément, avec des si- lences intermédiaires. Dans ces conditions, l'appareil peut être simplifié et on peut se passer de tubes électroniques. Il peut être nommé sonographe pour voyelles épelées. Il comprend 5 filtres de bande, dont les courbes de résonance sont indiquées par la figure 30. On peut prévoir des couplages galvaniques par les résistances variables Rn5 ou des couplages par conden- sateurs à grande constante de temps (100ms). Malgré la simpli- cité de l'appareil, on peut différencier dans des conditions particulières de prononciation des voyelles telles que OU,O,A, IN,EU,U,E,I, à l'aide de 5 relais différentiels D12 à D51.
Les 12 51 variations de courant redressé Vn2 ne sont pas différenciées dans le temps, mais seulement dans l'espace. On peut compenserdes déphasages entre deux variations différenciées, telles que Vn3, Vn4dont la différence est Vn4 à l'aide de condensateurs Cn5' donnant Vn6 pour différence.
Pour un nombre plus restreint de voyelles épelées, mais pour obtenir une énergie d'action plus grande on peut utiliser le schéma de la figure 32, comprenant 4 filtres dont les bandes sont indiquées par la figure 33, et 4 relais différentiels D12 à D41. Ainsi une oscillation partielle, telle que Wn1 est transformée en Wn2, puis en ² n3 et Wn4 à l'aide des tubes élec- troniques redresseurs-amplificateurs Gn3. La différence dépha- sée Wn6 ou synchronisée à l'aide de condensateurs Cn5, Cn6' telle que Wn7' entre deux impulsions Wn4, W , actionne un re- lais différentiel tel que D12.
Les 4 filtres dont les bandes sont indiquées par la fi- gure 33 peuvent actionner un oscillographe deux-dimensionnel à
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4 composantes en croix 1 à 4, selon la figure 34. Le transport du papier s'effectue dans la direction de la bissectrice 5. Les composantes sont différenciées dans le temps à l'aide d'un schc ma analogue à celui de la figure 5.
Pour l'enregistrementdautres sons que ceux spécifiquement phonétiques, on peut utiliser n filtres de bande autres que ceux indiqués. Par exemple, on peut utiliser des fréquences moyennes fn' le rapport de deux fréquences moyennes successives étant dans un rapport constant K = fn+1/In , et la largeur de ban- de relative Qn étant Qn = k+1/K-1Le rapport K peut être choisi égal à une fraction de nombres entiers, telle que 5/3 = 1,665 = grande sixte, 8/5 =1,6 = petite sixte, 3/2 = 1,5 = quinte, 4/3 = 1,33 = quarte, 5/4 = 1,25 = tierce, ou finalement 16/15 = 1,065= demi-ton majeur. Il est ainsi possible de reproduire les caractères de sons musicaux ou autres. D'une manière généra- le, la largeur de bande relative Qn du récepteur sonographique sera du même ordre de grandeur que celle Q'n de l'émetteur de sons.
On peut éliminer l'effet phonèmographique et détecter, par exemple, la hauteur de voix ou l'émotion d'un parleur en utilisant un sténo-sonographe à 4 composantes en croix, les 4 bandes de fréquences étant comprises entre 100 et 400 hertz.
On peut construire un sonographe universel permettant de varier les composantes en fréquenôes, en constantes de temps, et en combinaisons à l'aide d'un commutateur multiple.
Les figures 35 à 38 reproduisent quelques phonèmogrammes enregistrés à l'aide d'un sténo-sonographe à 4 composantes en croix selon les figures 33,34. La figure 35 reproduit les spec- trogrammes différentiels résultant de deux composantes diamé- trales 1-3 et 2-4. La figure 36 reproduit des phonèmogrammes à 4 composantes 1 à 4 de phonèmes répétés 4 fois avec des haute@ de voix variées entre 100 et 250 hertz-. La figure 37 reproduit
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une sorte d'alphabet sténo-sonographique, parmi un nombre illi- mité de possibilités. La figure 38 reproduit quelques syllabes.
Les figures 39 à 43 indiquent la réalisation mécanique perfectionnée d'un sténo-sonographe à 6 composantes correspon- dant à une partie de la figure 2, l'aiguille étant suspendue par une rotule élastique et le papier se remplaçant automati- quement.
L'appareil comprend un certain nombre n de paires de moteurs électro-dynamiques, tels que 101 et 102, 103 et 104, 105 et 106, disposés régulièrement en étoile autour de l'axe 107 de l'aiguille enregistreuse 108. Le nombre n peut être 2, 3,4,5 etc. Chaque paire comprend deux moteurs, tels que 101 et 102 diamétralement opposés. Les angles compris entre les diamè- tres sont 360 : 2n. Dans l'exemple présent, il y a 3 paires de moteurs, c'est-à-dire 6 moteurs en tout, et les angles sont de 60 .
Chaque moteur,tel que 101, comprend une bobine mobile 109 suspendue par un système de ressorts tels que 110, 111, dans l'entrefer d'un aimant permanent 112. Chaque bobine mobile comprend deux enroulements tels que 113, 114. Quand un enroule- ment 113 est parcouru par une oscillation de courant électrique, de fréquences acoustiques ou sub-acoustiques, la bobine 109 exécute des vibrations translatoires d'amplitude a. Ces vibra- tions sont transmises à l'aiguille 108 par l'intermédiaire de tiges rigides 115 et de fils d'acier flexibles 116, 117, for- mant des rotules sans jeu ni usure. L'aiguille est suspendue par un système de lames de ressort coudées 118 à 120 conatitu- ant une rotule axialement élastique.
Cette rotule maintient le point de rotation 121 de l'aiguille 108 dans l'axe 107, tout en permettant au point de rotation 121 de se déplacer élastiquement le long de cet axe. Ainsi, les vibrations translatoires des bobines, telles que 109, sont transformées en des vibrations
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amplifiées de la pointe de l'aiguille 108 qui peut suivre une courbure du papier enregistreur 122, tout en exerçant une cert- aine pression sur celui-ci.
Les lames de ressort suspendant l'aiguille sont situées, au repos, dans un plan normal à l'axe de l'aiguille. Chaque lame peut comprendre un certain nombre de secteurs et de seg- ments annulaires.
La suspension de la bobine mobile 109 peut comprendre deux systèmes 110, 111 parallèles constitués par des lames de ressort analogues à 118 à 120. Les lames peuvent être disposée régulièrement en étoile, au nombre de 3,4,5,6...
Afin d'équilibrer dynamiquement la commande de l'aiguil- le 108, deux paires d'enroulements diamétralement opposés, tels que 123,125, ou 124,126, peuvent être parcourues en série ou en parallèle par la même oscillation de courant électrique.
Dans l'exemple décrit, les 12 paires d'enroulements, tels que 123,124, peuvent être parcourues par 6 oscillations de courant électrique différentes, simultanées ou déphasées.
Ainsi, l'aiguille 108 décrit des graphiques deux-dimensionnels qui reproduis-ent fidèlement l'effet résultant de 6 composantes.
L'aiguille 108 peut être creuse et servir de canal en * creur, l'encre étant amenée du réservoir 127 par le tube souple 128. Le point de rotation 121 se trouvant au voisinage du rac- cord entre l'aiguille 108 et le tube souple 128, celui-ci ne perturbepas les oscillations de l'aiguille. L'aiguille peut contenir un fil métallique flexible bouchant et débouchant automatiquement la pointe de l'aiguille vibrante.
Le papier enregistreur peut avoir la forme rectangulaire 131 et être enroulé autour du cylindre rigide 133. Ce cylindre peut être animé d'un mouvement de rotation, communiqué, par friction, par la roue motrice 134, et d'un mouvement de transla- tion communiqué par la roue 135 qui s'engage dans une rainure
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hélicoïdale 136 de- l'arbre rigide 137. Relativement à la pointe de l'aiguille 108 au repos, la projection de cette aiguille sur la surface du papier décrit une ligne hélicoïdale. Une fois que la feuille de papier 122 est planée, cette ligne se présente sous la forme d'une succession de lignes parallèles et inclinées telles que 1-2,2-3,... 5-6 dans la figure 43.
On peut prévoir un dispositif de remplacement automatique de la feuille de papier, permettant l'enregistrement ininter- rompu pendant plusieurs dizaines d'heures, et l'enregistrement étant réparti sur une succession de feuilles au format normali- sé.
A cet effet, le cylindre 133 est pourvu d'une fente axi- ale 138, dont la longueur est la même que la hauteur de la feuille de papier 131, et dont la largeur est d'une fraction de millimètre. Un rouleau de papier 139, pouvant fournir la ma- tière de plusieurs centaines ou milliers de feuilles de papier, est logé à l'intérieur du cylindre 133. L'extrémité du papier 122 sort par la fente 138, fait un tour complet autour du cy- lindre 133, rentre par la même fente, passe entre deux paires de roulettes motrices 140 à 143, et fait encore un tour complet dans la cavité entre le cylindre 133 et le rouleau de papier 139. Un couteau 144, actionné par la came 145 coupe le papier et libère l'extrémité 146 après enregistrement.
Le fonctionnement du remplacement automatique est le- sui- vant : l'aiguille 108 ayant rempli la feuille 122 de graphiques, la roue dentée 147 ou 147' bute contre la roue dentée motrice 148 ou 148'. Les roulettes 140 à 143 font avancer le papier d'une largeur en sens contraire à celui qui est communiqué à la périphérie du cylindre 133 par la roue motrice 134. Simul- tanément un commutateur inverse diamétralement l'alimentation électrique des moteurs électro-dynamiques 101 à 106. Dès que la largeur du papier est remplacée par la suivante, le sens de
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rotation de la roue motrice 134 est inversé et le cylindre re- vient en arrière jusqu'à sa position de départ. L'inscription de la première largeur se fait selon les lignes 1-2 à 5-6 de la feuille 131.
Celle de la largeur suivante selon les lignes ren- versées 6-7 à 10-11 de la feuille 132. L'inscription de chaque première ligne d'une feuille 131 ou 132 s'effectue pendant que le cylindre 133 est arrêté et que le papier se déplace relati- vement à ce cylindre à la même vitesse que la périphérie de ce cylindre se déplace ensuite relativement à la pointe de l'aiguil le. On pourrait aussi utiliser des différences de vitesses pé- riphériques entre celle du cylindre et celle du papier.
Il en résulte l'enregistrement ininterrompu sur une suc- cession de feuilles de papier normalisées, le couteau 144 libé- rant automatiquement la feuille terminée, qui peut être retirée par l'ouverture circulaire 149 pratiquée dans les flasques 150, 151 du cylindre 133.
Pour le remplacement du rouleau de papier 139, on peut déserrer les vis 152,153, faire pivoter les supports 154,155 autour des axes 156,157 et retirer ainsi tout le cylindre 133 et son contenu.
Les lames de ressorts, telles que 118 à 120 peuvent com- prendre des parties constituées par des segments d'anneaux pourv vus de fentes. Ceci permet de régler la force antagoniste du ressort en faisant coulisser des vis dans ces fentes.
Les caractéristiques mécaniques de l'oscillographe doives être telles qu'il reproduise fidèlement des fréquences sub-acous tiques comprises entre 5 et 50 hertz environ. Ceci peut être obtenu en choisissant le moment d'inertie des masses associées à l'aiguille 108 et le moment d'élasticité des ressorts 110,111 de sorte que la résonnance mécanique de l'oscillographe soit su- périeure à 50 hertz. Cette résonnance mécanique peut être compen sée à l'aide de filtres électriques antirésonnants.
Ces conditions mécaniques sont faciles à remplir du fait
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que l'oscillographe reproduit essentiellement des fréquences sur- acoustiques.
D'une manière générale, le dispositif conforme à l'inven tion, nommé sonographe est essentiellement un appareil qui trang forme les fréquences acoustiques d'un son en des groupes d'im- pulsions, de fréquences sub-acoustiques, correspondant aux par- ties transitoires du son. alors que la moyenne des fréquences acoustiques d'un phonème se situe autour de 2500 hertz, la fréquence sonographique correspondante est de 25 hertz environ, soit 100 fois plus petite. Ainsi le transport du papier enregis- treur d'un sténo-sonographe peut s'effectuer à une vitesse rédui te, comprise entre 5 et 1 cm/sec, en moyenne. De même, il suf- fit d'une machine à écrire électrique effectuant 25 frappes par seconde. L'avancement du papier et le fonctionnement du scripteur peuvent être contrôlés par les impulsions différen- tielles.
L'avancement peut ainsi s'effectuer entre les temps d'enregistrement.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Electro - acoustic device
We know the description of various electro-acoustic devices which decompose the spectra of frequencies of microphonic oscillations into partial oscillations, these being rectified to provide partial energy variations which actuate electro-mechanical recorders, such as oscillographs. , or relays. These known devices provide information on the energy components of sounds as a function of frequency (spectrographs), or they can, under certain specific conditions, actuate relays according to the stationary energy components of certain sounds.
Known devices are not able, for example, to transform phonetic elements or phonemes (such as
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as vowels and consonants) into graphic elements, such as alphabetic or codifiable symbols.
In fact, each sound in general, and each phoneme in particular, is a train of acoustic waves (concert of sine waves, according to Fourier's theorem) that hearing transforms into a sound image (concert of impulses nervous).
Physically, sound sometimes presents itself as a wave phenomenon in the air, sometimes as a mechanical or corpuscular phenomenon in the nerve fibers.
The apparatus according to the invention electromechanically reproduces certain physiological functions of the ear, the nervous system, the brain and the muscles. It decomposes the frequency spectra of a microphonic oscillation (excited by a sound) into a number n of partial oscillations, using n acoustic band filters, whose average frequencies are fn and whose relative bandwidths Qn = fn: #fn are of the same order of magnitude as the relative bandwidths Q'n of the sound emitter resonators. These partial oscillations are transformed into energy variations using rectifier circuits, followed by low-pass filters, whose time constants Tn are of the same order of magnitude as the time constants T'n of the transient parts of the sound emitted.
Then differential effects of these energy variations are transformed into electrical pulses, some combinations of which can actuate two-dimensional oscillographs or relays.
In general, the device according to the invention can be called "sonograph", from the Latin sonus = sound, and from the Greek graph = action to write.
It allows certain categories of sounds to be transformed into certain categories of graphics, or into characteristic remote controls. When the category of sounds is that of
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phonemes, we can call the device "phonetic sonograph".
When the device includes a two-dimensional oscillograph, it can be called a "steno-sonograph". When he understands a typographic typewriter, we can call him a typo-sonographer.
The graphic products of the "sonographer" can be
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named lisonogrammesn. The "sonography" procedure. Since the electrical impulses can be transmitted remotely by wire or by electromagnetic waves, the apparatus according to the invention can transmit telegrams orally (tele- or radio-so-
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nograms).
FIGS. 1 to 43 illustrate some devices in accordance with the invention, by way of example.
FIG. 1 represents the transient frequency spectra of the main phonetic elements or French phonemes.
They make it possible to deduce therefrom the relative transmitted bandwidths Q'n 'for a phonetic sonograph. Figure 2 is a block diagram of a 6-component phonetic steno-sonograph. FIG. 3 gives pass bands corresponding to FIG. 2. FIG. 4 is the block diagram of a theoretical 4-component typosonographer. Figure 5 is the electrical diagram of a 7-component sonograph, the bands of which are indicated by Figure 6. Figures 6 and 7 are the view and section of a transformer for a band filter. Figure 9 is the section of an electro-dynamic relay. Figure 10 is the table of combinations for a 7-component phonetic typo-sonograph, the bands of which are shown in Figure 11.
Figure 12 is the electrical diagram of a typo-sonographer limited to the differentiation of 5 vowels. Figure 13 shows the corresponding oscillations and variations in current.
Figure 14 the frequency bands, figure 15 the combination table, figure- 16 a characteristic of tube
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electronics corresponding to figure 12. Figures 17 and
18 indicate variants of the relays of figure 12. Figures 19 to 22 give tables of combinations using part of the frequency bands of figure 14 and being limited to the differentiation of 3 vowels. Figure 23 shows
5 frequency bands making it possible to differentiate 6 or 8 vowel according to the combination tables of Figures 24 and 25. Figure 26 indicates 7 frequency bands and Figure 27 the star combination of the corresponding steno-sonographic coils. Figure 28 shows the star arrangement of 8 components.
Figure 29 indicates some practical values corresponding to diagrams such as in figure 5. Figures
31 and 32 show simplified diagrams for the differentiation of a small number of vowels pronounced in isolation.
Figures 33,34 show 4 components.
Figures 35 to 38 reproduce 2 and 4 component phonetic shorthand sonograms. Figures 39-43 are views and cross sections of an improved two-dimensional oscillograph usable in a 6-component steno-sonograph.
FIG. 1 indicates the acoustic frequency spectra of the initial transient part of wave trains constituting the main phonetic elements or phonemes of the French language. It is found that between 400 and 4000 hertz the relative bandwidth Q 'of the emitted sounds increases approximately between 1.5 and 3. See also an author's publication in "Helvetica Physica Acta", Vol. XIX, Fasc.6-7 (1946) entitled "S @ r transient spectra of phonetic elements (sonographic analysis)", according to the report of the communications to the Sitting of the society / Switzerland of Physics of September 8 1948 in Sûrich.
On the other hand, the 90 to 390 hertz band n @ can hardly be subdivided, since the speaker's pitch can vary normally between these limits, so that the bandwidth
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relative y must be fn: #fn = 240: 300 = 0.8 = Qn, where fn = (390 + 90): 2 = 240, and # fn = 390 - 90 = 300 hertz. There is still a band between 40 and 80 hertz which can help characterize plosive consonants such as b, p.
Experimental research by the author has shown that the characteristic boundaries between or and o, o and a, at and un, un and u, u and i, lie around 380, 720, 1260, 1750 and 2500 hertz.
Consequently, we can decouple the transient phonetic frequency spectra into 8 frequency bands, of which the average frequencies fn and the border frequencies fn, n + l are as follows:
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<tb> n <SEP> = <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fn = <SEP> 60 <SEP> 230 <SEP> 550 <SEP> 1000 <SEP> 1500 <SEP> 2i50 <SEP> 3000 <SEP> 4000 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fn, n <SEP> +1 <SEP> = <SEP> 40 <SEP> 80 <SEP> 380 <SEP> 720 <SEP> 1250 <SEP> 1800 <SEP> 2500 <SEP> 3400 <SEP> 4600 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> # fn = <SEP> 40 <SEP> 300 <SEP> 340 <SEP> 530 <SEP> 550 <SEP> 700 <SEP> 900 <SEP> 1200 <SEP> hz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Qn = <SEP> 1.5 <SEP> 0.77 <SEP> 1.6 <SEP> 1.9 <SEP> 2.7 <SEP> 3 <SEP> 3.3 <SEP> 3,
4
<tb>
We can often do without bands 1 and 8, and sometimes other bands, in the case of simplified decompositions.
Figure 2 shows the block diagram of a 6-component phonetic steno-sonograph, the frequency bands of which are shown in figure 3.
The train of acoustic waves V1, constituting for example the sound of the vowel e, is transformed into a microphonic oscillation V2, using a microphone and a compensated amplifier. This microphonic oscillation Vest transformed into 6 partial oscillations V31 to V36 using a frequency analyzer comprising 6 band filters, the average frequencies of which and the border frequencies are indicated by figure 3. These 6 partial oscillations are transformed in
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6 rectified current variations (partial energy variations) V41 to V46 using 6 double-wave rectifiers followed by 6 low-pass filters.
The time constants of these circuits are chosen so that the rectified current variations reproduce the envelope of the transient parts of the wave train. Thus, in the phonetic case, these time constants may be of the order of 10 milliseconds, which makes it possible to eliminate the acoustic frequencies greater than 100 hertz and to select the transient variations.
Each rectified current variation thus presents an initial transient part, and a final transient part, between which there is sometimes (long vowels) a quasi-stationary part. These rectified current variations V4I to V46 are transformed into 6 initial pulses V5PPPPP11 to V516 and possibly into 6 final pulses V521 to V526, with the aid of differentiating circuits of the increasing or decreasing direction of variation of the rectified currents. These circuits may include: coupling capacitors and rectifiers in opposite directions, the initial pulses being positive and the final pulses negative, for example.
The 6 initial pulses V511 to V516 run through the 6 coils arranged in a star B1 to B6 of a two-dimensional oscillograph and their resultants have the combined differential effect of making the writer describe a graph Cī6 which is recorded by a sheet of paper , for example, animated by a translational movement M.
This graph or sonogram can be used either as a differential spectrogram in polar coordinates, or as a codifiable or alphabetical symbol.
The resultant V6 of final pulses, such as V521 to V526, can be used to zero the microphone oscillation V2 in the amplifier, so as to make the next wave train independent of the previous one. This can be done using
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of a relaxation oscillator which sends a very short negative impulse (a few milliseconds) on the grid of an electronic amplifier tube, each time it receives a final result V6.
FIG. 4 shows the principle diagram of a theoretical phonetic typo-sonographer with n = 4 components. The generator of initial and final pulses is similar to that of figure 2. But the two-dimensional oscillograph is replaced by a combiner and a relay integrator. The n pulses
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initials, such as V511 to V514 can be differentiated two by two in a maximum number of D = (2), such as (4) = 6, such as 1112 to 6 62.
A typewriter key can be triggered by an action relay, such as 1142 "whenever an S number of contacts in series, such as 2 contacts
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115 and 41 'are closed simultaneously by as many different differential relays, such as 1 112 and 4 142'
The maximum number A of action relays that can be triggered using D differential relays and S contacts
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in series is A = (g). 2S, such that A = (). 2 = 15.4 = 60, such that 1 1 2 1 in 5262.
The maximum number P of pairs of contacts per differential relay is P = S.A: D, such that P = 2.60: 6 = 2.10 = 20, such as
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111 to 1 20 or 611 to 6 20 By way of example, the table below shows the maximum numbers D of differential relays as a function of numbers n of components (initial pulses and band filters) between 2 and 10 :
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n = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D = (2) - 1 3 6 10 15 21 28 36 45
On the other hand, the table below indicates the maximum numbers A of action relays (or typographical keys) as a function of various numbers D of differential relays and of
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S numbers of contacts in series:
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<tb> D <SEP> = <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP > 28
<tb>
<tb>
<tb> S = 2 <SEP>; A <SEP> = <SEP> (DS) .2S = <SEP> A <SEP> = <SEP> 4 <SEP> 12 <SEP> 24 <SEP> 40 <SEP > 60 <SEP> 84 <SEP> 112 <SEP> 144 <SEP> 180 <SEP> 420 <SEP> 1512
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> A <SEP> = <SEP> 8 <SEP> 32 <SEP> 80 <SEP> 160 <SEP> 260 <SEP> 448 <SEP> 672 <SEP> 960 <SEP> 2640 <SEP > 26208
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> A <SEP> = <SEP> 16 <SEP> 80 <SEP> 240 <SEP> 6501120 <SEP> 2016 <SEP> 33 <SEP> 60 <SEP> 21840 <SEP> 343600
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> A <SEP> = <SEP> 1024 <SEP> 20.10
<tb>
These figures obviously only have meaning as theoretical limit values.
Not all combinations of differential relays and series contacts are practicable. On the contrary, it is necessary to choose the combinations corresponding, for each phoneme, to the "formants" or characteristic frequency bands thereof. This condition considerably restricts the practicable combinations, as will be explained later.
Figure 5 shows the electrical diagram of a sonogrph with n = 7 components whose frequency bands are indicated by figure 6.
The microphene oscillation provided by the microphone M1 is amplified by the electron tubes E1, E2. The anode circuit of E2 comprises a series of 7 band filters n = 1 to n = 7 which break down the microphone oscillation into 7 partial oscillations such as 0 11, This includes a transitional part of duration t1, a final transient part of duration t3, and sometimes a quasi-stationary part of duration t2. The durations t1 of phonemes are generally of the order of 5 to 50 millisecons. The durations t2 can vary between 0 ms for plosive consonants and several seconds for very long vowels.
Each band filter comprises a transformer with two separate windings, inductivities Ln1 and Ln2, tuned by capacitors Cnl and Cn2. Variable resistors Rnl and Rn2 make it possible to adjust the damping coefficient.
The coupling between Lnl and Ln2 is variable.
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The secondary of each tuned transformer is connected with two full-wave rectifier circuits, including
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taking the resistors Rn3 'Rn4' the capacitors Cn3 '9 C n4 110 n' * n <3 and the rectifiers (such as crystal diodes) Gnl, Gn2.
Each rectifier circuit is followed by a pass filter
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low with 'resistors R c) Rn6 and capacitors Ce, Cens.
The time constants Rn. Cn = Tn of these circuits are comprised between approximately 5 and 50 ms. One can choose T1 = 5 ms for the plosive consonants, and T2) T7 between 10 and 20 ms for the other phonemes.
Thus partial oscillations, such as 01 are transformed into two rectified current variations (or partial energy variations) in opposite directions, such as
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02 and 0., whose positive and negative potentials appear at the terminals of resistors R n5 and R n 6.
The coupling capacitors Cn7, Cn8 'C select the transient parts (increasing and decreasing) of these variations and which appear as transient pulses
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(initial and final) 04 to 07 across resistors R0 to R -2, shunted by capacitors Cn10 to cnja, and forming other low-pass filter cells. Thus, the quasi-stationary parts of the rectified current variations are eliminated.
The rectifier Gn3 and the variable resistor Rn13 select
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Onnent the initial positive impulse 04, cuī becomes 0. while eliminating 05. The rectifier Gn4, of sense. Conversely, selects the negative final pulse 05, which becomes 09, while eliminating 05. Rectifier Gn5 selects the negative initial pulse 06, which becomes 010, while eliminating the positive final pulse 07.
The initial positive pulses 0, cleaned by the
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capacitors Cnl3 'Cnl6' are amplified by the electro tubes
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En1 'whose anode currents are practically zero in the absence of pulses (class C), and they travel through the differential magneto-motor coils Bllà B, which can be for example those of two-dimensional oscillographs or differential relays shown in Figures 2 and 4. These are selective in terms of pulse width, either because they act as mechanical resmnnateurs for a sub-acoustic frequency between approximately 20 and 10 hertz, or that sub-acoustic frequencies included. between 30 and 5 hertz are selected by electric filters associated with these relays.
It is thus possible to economically differentiate plosive phonemes, e.g.
An appropriate resultant of the negative final pulses 09 can be used to trigger a short negative pulse (2 to 10 ms), using an oscillator E, and which brings the end of the microphonic oscillation to zero, by acting on the grill of the electron tube E2. This allows the syllables to be broken down into phonemes.
A suitable resultant of the initial negative pulses 010 can be used either to compensate for undesirable variations in intensity of the wave trains, or to repeat the pulses in the case of quasi-stationary parts exceeding a certain duration. This resultant can act on the grid of the electronic tube E1 by means of an electronic tube device E5. The E4 and E5 devices can be analogous to those known either for. relaxation oscillators or for automatic volume adjustments.
Figures 7 and 8 show the view and schematic section of a transformer that can be used for band filters n = 1 to n = 7. The primary and secondary windings 1 and 2 are wound around packages of sheets 3 and 4, arranged symmetrically on either side of an air gap, the spacing of which is variable
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so as to vary the coupling coefficient between 0.98 and 0, @ for example. Thus the passband width can be adjusted within very wide limits.
Figure 9 is the schematic sectional view of a differential dynamic electrc relay which may include two windings such as B11, B21 of figure 5. These windings are wound on a voice coil 8 suspended in the air gap of a permanent magnet 9 by a system of leaf springs such as 10, located in a plane normal to the movements of the moving coil 8. Depending on whether pulses such as On are stronger in one winding than in 1-'other, contacts such as 11, 12 or 13.14 will be closed. Contrary to the usual electromagnetic relays, this device makes it possible to faithfully reproduce the differential effects of simultaneous or out of phase impulses.
The response time of these relays can be varied between 0.1 and several milliseconds. Capacitors Cn15, Cn16 can be used either to compensate or to produce relative phase shifts between the pulses.
Figures 10 and 11 show the combination table of a 7-component phonetic typo-sonograph n = o to n = 6, comprising 16 differential relays DG1 to D56 and 32 typographical keys corresponding to phonemes, these keys possibly being triggered by series of 3 4 contacts each. For example, the key will be triggered by the simultaneous closing of 3 contacts 21, 13, 34 actuated by the 3 differential relays D12, D13 and D34. (The inversion of the digits of a differential relay 'indicates the inversion of the closing of this one).
Thus, from the maximum number D = 21 of differential relays possible using 7 components, we can only choose 16. And from the maximum number A greater than 2000 of possible action relays, only 32.
Figures 12 to 25 show the electrical diagrams and the frequency bands of similar phonetic typo-sonographs.
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treints to order by certain vowels (vowel sonographs), 5 or 3 or 6 or 8.
According to figure 12, the oscillation supplied by the microphone 21 is amplified by the compensated amplifier 32, then decomposed into 4 partial oscillations, such as V11, V12 in figure 13, using 4 band filters n = 1 to n = 4, the pass bands of which are shown in figure 14. Circuits comprising the rectifiers G11 to G14, the resistors R4I to R44 and the capacitors C41 to C44 'as well as the low-pass filters of resistors R51 to R54 shunted by capacitors C51 to C54, provide 4 variations of rectified current, such as V21, V22. These are transformed into initial and final pulses such as V3I 'V51 and V32 V42' by the coupling capacitors C61 to C64 and the variable resistors R71 to R74.
The rectifier electron tubes G21 to G24, the characteristic of which is shown in figure 16, select and amplify the initial pulses such as V, V.
51 52 The 3 differential relays D, D, D obey different
12 23 34 these pulses emanating from successive components arranged in the order of the frequency bands. Each vowel circuit, such as OR; O, A, E, I, closes when two contacts in series located on two differential relays close simultaneously under the effect of the corresponding vowel pronounced in front of the microphone 21. The directional combinations of the differential relays are indicated by the figure. 15.
The time constants of the circuits described can be chosen between 20 and 100 milliseconds. For large time constants a spoken word will react only by the vowels it contains. It will for example be irrelevant to pronounce the vowels EO, 1, A, or the word "Véronica".
According to figure 17 each polarized differential relay with two windings, such as D, can be replaced by two
12 simple two-winding relays.
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According to figure 18 each 2-winding differential relay can be replaced by a polarized one-winding relay using bridge circuits including rectifiers such as G15, G16, G25, G26.
Figures 19 to 22 show tables of differential pulse combinations similar to those in Figures 12 and 15, but simplified to obey only 3 vowels, such as OR, A, I or O, A , E, or OR, O, I. For this purpose, it can suffice of 3 band filters, such as n = 1,3,4 or 2,3,4, and of two differential relays, such as D13, D34 (OR, A, I) or D23 'D34 (0, A, E) to differentiate 3 different vowels.
Figure 23 indicates 5 bandwidths and figure 24 the corresponding combinations of 3 differential relays D12, D23, D45, allowing, using series of 2 contacts, to differentiate the 6 vowels OR, O, A, U, E , I.
Figure 25 shows the combinations of 4 differential relays, making it possible, using the 5 bandwidths in fig. 23 and series of 3 contacts, to differentiate the 8 vowel OUO, O, A, U, E, E, I.
Figures 26 and 27 show the 7 bandwidths and the cross-layout of 7 two-dimensional oscillograph magneto-motor coils making it possible to constitute a 7-component phonetic steno-sonogram, as well as certain categories of graphics which can be produced by writer 52 on paper 51. Writer can be ink, electro-chemical, electro-thermal, or some other direct writing method. It can also be replaced by a photographic inscription process using a special 7-component cathode oscillograph.
Similarly, Figure 28 shows the octagonal star arrangement of an 8-component phonetic steno-sonograph.
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Figure 29 indicates some practical values corresponding to the electric diagram of figure..5.
Figure 31 shows an anal electroacoustic apparatus similar to that of Figure 25, but restricted to the use of vowel or long consonants pronounced in isolation, with intermediate pauses. Under these conditions, the apparatus can be simplified and one can dispense with electron tubes. It can be called a sonographer for spelled vowels. It includes 5 band filters, the resonance curves of which are shown in figure 30. It is possible to provide galvanic couplings by variable resistors Rn5 or couplings by capacitors with a large time constant (100ms). Despite the simplicity of the device, it is possible to differentiate vowels such as OU, O, A, IN, EU, U, E, I, under specific pronunciation conditions, using 5 differential relays D12 to D51. .
The 12 51 variations of rectified current Vn2 are not differentiated in time, but only in space. It is possible to compensate for phase shifts between two differentiated variations, such as Vn3, Vn4, the difference of which is Vn4, using capacitors Cn5 ′ giving Vn6 as the difference.
For a smaller number of spelled vowels, but to obtain a greater energy of action, the diagram in figure 32 can be used, comprising 4 filters whose bands are indicated by figure 33, and 4 differential relays D12 to D41. Thus a partial oscillation, such that Wn1 is transformed into Wn2, then into ² n3 and Wn4 using the electronic rectifier-amplifier tubes Gn3. The phase-shifted difference Wn6 or synchronized using capacitors Cn5, Cn6 'such as Wn7' between two pulses Wn4, W, activates a differential relay such as D12.
The 4 filters whose bands are shown in figure 33 can actuate a two-dimensional oscillograph with
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4 cross-shaped components 1 to 4, according to figure 34. The paper is transported in the direction of the bisector 5. The components are differentiated in time using a diagram similar to that in figure 5.
For recording sounds other than those specifically phonetic, n band filters other than those indicated can be used. For example, one can use average frequencies fn 'the ratio of two successive average frequencies being in a constant ratio K = fn + 1 / In, and the relative bandwidth Qn being Qn = k + 1 / K-1Le ratio K can be chosen equal to a fraction of whole numbers, such that 5/3 = 1.665 = large sixth, 8/5 = 1.6 = small sixth, 3/2 = 1.5 = fifth, 4/3 = 1 , 33 = fourth, 5/4 = 1.25 = third, or finally 16/15 = 1.065 = semitone major. It is thus possible to reproduce the characters of musical or other sounds. Generally, the relative bandwidth Qn of the sonographic receiver will be of the same order of magnitude as that Q'n of the sound transmitter.
One can eliminate the phonemographic effect and detect, for example, the pitch of the voice or the emotion of a speaker by using a steno-sonograph with 4 cross components, the 4 frequency bands being between 100 and 400 hertz.
We can build a universal sonographer allowing the components to be varied in frequencies, time constants, and combinations using a multiple switch.
Figures 35 to 38 reproduce some phonemograms recorded using a steno-sonograph with 4 cross components according to Figures 33,34. Figure 35 shows the differential spectrograms resulting from two diameter components 1-3 and 2-4. Fig. 36 reproduces 4-component phonemograms 1 to 4 of phonemes repeated 4 times with highs of voices varying between 100 and 250 hertz-. Figure 37 reproduces
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a sort of shorthand sonographic alphabet, among an unlimited number of possibilities. Figure 38 reproduces some syllables.
Figures 39 to 43 show the improved mechanical construction of a 6-component steno-sonograph corresponding to part of Figure 2, the needle being suspended by an elastic ball joint and the paper being replaced automatically.
The apparatus comprises a certain number n of pairs of electro-dynamic motors, such as 101 and 102, 103 and 104, 105 and 106, regularly arranged in a star around the axis 107 of the register needle 108. The number n can be 2, 3,4,5 etc. Each pair includes two motors, such as 101 and 102 diametrically opposed. The angles between the diameters are 360: 2n. In the present example, there are 3 pairs of motors, i.e. 6 motors in all, and the angles are 60.
Each motor, such as 101, includes a voice coil 109 suspended by a system of springs such as 110, 111, in the air gap of a permanent magnet 112. Each voice coil has two windings such as 113, 114. When one coils - ment 113 is traversed by an oscillation of electric current, of acoustic or sub-acoustic frequencies, the coil 109 executes translatory vibrations of amplitude a. These vibrations are transmitted to the needle 108 through rigid rods 115 and flexible steel wires 116, 117, forming ball joints without play or wear. The needle is suspended by a system of bent spring leaves 118 to 120 constituting an axially elastic ball joint.
This ball maintains the point of rotation 121 of the needle 108 in the axis 107, while allowing the point of rotation 121 to move elastically along this axis. Thus, the translatory vibrations of the coils, such as 109, are transformed into vibrations
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amplifications of the tip of needle 108 which can follow a curvature of recording paper 122 while exerting some pressure thereon.
The spring leaves suspending the needle are located, at rest, in a plane normal to the axis of the needle. Each blade can include a number of sectors and annular segments.
The suspension of the voice coil 109 can include two parallel systems 110, 111 formed by leaf springs similar to 118 to 120. The leaves can be arranged regularly in a star, 3,4,5,6 ...
In order to dynamically balance the drive of needle 108, two pairs of diametrically opposed windings, such as 123,125, or 124,126, may be traversed in series or in parallel by the same oscillation of electric current.
In the example described, the 12 pairs of windings, such as 123,124, can be traversed by 6 different oscillations of electric current, simultaneous or out of phase.
Thus, the needle 108 describes two-dimensional graphics which faithfully reproduce the effect resulting from 6 components.
Needle 108 may be hollow and serve as a hollow channel, ink being supplied from reservoir 127 through flexible tube 128. Point of rotation 121 being in the vicinity of the connection between needle 108 and tube. flexible 128, it does not disturb the oscillations of the needle. The needle may contain a flexible metal wire which automatically plugs and unplugs the tip of the vibrating needle.
The recording paper may have the rectangular shape 131 and be wound around the rigid cylinder 133. This cylinder may be driven by a rotational movement, communicated, by friction, by the drive wheel 134, and by a translational movement. communicated by the wheel 135 which engages in a groove
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helical 136 of the rigid shaft 137. Relative to the tip of needle 108 at rest, the projection of this needle onto the surface of the paper describes a helical line. Once the sheet of paper 122 is leveled, this line appears as a succession of parallel and inclined lines such as 1-2,2-3, ... 5-6 in figure 43.
A device can be provided for automatic replacement of the sheet of paper, allowing uninterrupted recording for several tens of hours, and the recording being distributed over a succession of sheets in the normalized format.
For this purpose, the cylinder 133 is provided with an axial slit 138, the length of which is the same as the height of the sheet of paper 131, and the width of which is a fraction of a millimeter. A roll of paper 139, capable of supplying the material of several hundred or thousands of sheets of paper, is housed inside cylinder 133. The end of the paper 122 exits through slot 138, makes a complete turn around the cylinder. cylinder 133, enters through the same slot, passes between two pairs of drive rollers 140 to 143, and makes another complete revolution in the cavity between cylinder 133 and paper roll 139. A knife 144, actuated by the cam 145 cuts the paper and releases end 146 after recording.
The operation of the automatic replacement is as follows: with needle 108 having filled sheet 122 with graphics, toothed wheel 147 or 147 'abuts against driving toothed wheel 148 or 148'. The rollers 140 to 143 advance the paper by a width in the opposite direction to that communicated to the periphery of the cylinder 133 by the driving wheel 134. Simultaneously a switch diametrically reverses the power supply of the electro-dynamic motors 101 to 106. As soon as the paper width is replaced by the next one, the direction of
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rotation of the drive wheel 134 is reversed and the cylinder returns back to its starting position. The registration of the first width is done on lines 1-2 to 5-6 of sheet 131.
That of the next width according to the inverted lines 6-7 to 10-11 of the sheet 132. The inscription of each first line of a sheet 131 or 132 is carried out while the cylinder 133 is stopped and the paper moves relative to this cylinder at the same speed as the periphery of this cylinder then moves relative to the tip of the needle. It would also be possible to use differences in peripheral speeds between that of the cylinder and that of the paper.
This results in uninterrupted recording on a succession of standardized sheets of paper, the knife 144 automatically releasing the finished sheet, which can be withdrawn through the circular opening 149 made in the flanges 150, 151 of the cylinder 133.
For the replacement of the paper roll 139, one can loosen the screws 152,153, rotate the supports 154,155 around the axes 156,157 and thus remove all the cylinder 133 and its contents.
The leaf springs, such as 118 to 120, may include parts constituted by segments of rings provided with slots. This makes it possible to adjust the antagonistic force of the spring by sliding screws in these slots.
The mechanical characteristics of the oscillograph must be such that it faithfully reproduces subacoustic frequencies between approximately 5 and 50 hertz. This can be achieved by choosing the moment of inertia of the masses associated with the needle 108 and the elastic moment of the springs 110, 111 so that the mechanical resonance of the oscillograph is greater than 50 hertz. This mechanical resonance can be compensated for using anti-resonant electric filters.
These mechanical conditions are easy to fulfill because
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that the oscillograph reproduces mainly overacoustic frequencies.
In general, the device in accordance with the invention, called a sonographer, is essentially an apparatus which transforms the acoustic frequencies of a sound into groups of pulses, of sub-acoustic frequencies, corresponding to the parts. transient ties of sound. While the average sound frequency of a phoneme is around 2500 hertz, the corresponding sonographic frequency is about 25 hertz, or 100 times smaller. Thus the transport of the recording paper of a steno-sonograph can be carried out at a reduced speed, between 5 and 1 cm / sec, on average. Likewise, an electric typewriter with 25 keystrokes per second is sufficient. The progress of the paper and the operation of the writer can be controlled by the differential pulses.
Progress can thus be made between recording times.
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