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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Eingangs- und/oder Ausgangsteil
von allgemeinen Informationskommunikationsgeräten, elektroakustischen Geräten, Messinstrumenten
und Systemen, die ein analoges akustisches Signal handhaben. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen digitalen Sender/Empfänger, der
in digitalen Sprachkommunikationssystemen implementiert ist.
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Herkömmlicherweise
verwendete Sprachkommunikation, die ein digitales Kommunikationssystem
nutzte, einen Analog-/Digital-Wandler, um eine Umwandlung von einem
analogen Sprachsignal zu einer digitalen Übertragung an der Senderseite durchzuführen, und
dieses wird durch einen Digital-/Analog-Wandler zu einem Analogsignal
wiederhergestellt, um einen Lautsprecher oder Kopfhörer an der
Empfängerseite
anzusteuern.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen
digitalen Kommunikationssystems, das analoge Signale handhabt, darstellt.
Senderseitig bezeichnet die Bezugsziffer 11 ein analoges
Mikrofon; die Bezugsziffer 12 bezeichnet einen A/D-Wandler;
und die Bezugziffer 13 bezeichnet einen digitalen Kommunikationskanal.
Empfängerseitig
bezeichnet die Bezugsziffer 14 einen D/A-Wandler und die
Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Lautsprecher oder Kopfhörer.
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In
solch einem herkömmlichen
Kommunikationssystem bestand das Problem, dass das System mehrere
Komponenten wie z. B. einen A/D-Wandler, einen
D/A-Wandler und mehrere an diesen hängende Stromquellen erfordert,
und Störungen
wie Rauschen, Kreuzkopplung, Überlagerungen
oder Abhören
in dem Analogsignal auftreten.
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Die
EP-A-0 966 178 betrifft einen digitalen elektroakustischen Wandler.
Der Wandler ist ein Empfänger
zum Verbessern der Sprachqualität
von Schall unter verrauschten Umständen. Schall erzeugende Einheiten
und zwar Kondensatorkopfhörer und
eine Schall empfangende Einheit, und zwar ein Kondensatormikrofon,
sind in einem Hohlraum in einem schalldichten Gehäuse angeordnet.
Die Einheiten sind in einer Rückkopplungsschleife
vorgesehen, wobei der Ausgangspegel der Schall empfangenden Einheit
durch einen Vorverstärker
gesteuert ist. Der Ausgang des Vorverstärkers wird abgetastet und deltamoduliert.
Es gibt eine arithmetische Schaltung, um ein Ansteuersignal für die Schall
erzeugenden Einheiten zu erzeugen.
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Die
Japanische Patentzusammenfassung Vol. 1998 Nr. 10
JP 10 126 886 offenbart einen digitalen
elektroakustischen Wandler. Der Wandler besitzt Ansteuerungselektroden
in Form gekrümmter Sektoren
eines kreisförmigen
Körpers.
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Die
Japanische Patentzusammenfassung Vol. 008 Nr. 008 (E-221)
JP 58 171 199 betrifft
einen statischen elektroakustischen Wandler. Eine Vielzahl von quadratischen
Elektrodenzellen, die Bit-Elektroden bildet, ist in einer Matrix
auf einer Fixierplatte benachbart einer Kreisschwingungsplatte angeordnet.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Sender/Empfänger bereitzustellen,
der in der Lage ist, die oben erwähnten Probleme in Zusammenhang
mit dem vorhergehenden analogen Signal und dem direkten Verbinden
von analoger Sprache und digitalen Kommunikationssystemen miteinander
zu beseitigen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein digitaler Sender/Empfänger
mit einer leitenden Schwingungsmembran, mehreren akustischen Quelleneinheiten, die
elektrostatische Ansteuerungselektroden umfassen und der leitenden
Schwingungsmembran zugewandt eingebaut sind, und einer Schall empfangenden
Sensoreinheit, die der leitenden Schwingungsmembran zugewandt eingebaut
ist, wobei die Sensoreinheit eine Schwingungsdetektionselektrode
umfasst, die mit einem Vorverstärker
versehen ist, hergestellt, wobei der digitale Sender/Empfänger umfasst:
eine Elektrodenansteuerungsschaltung zum Ausgeben von Daten eines
digitalen Signals an die akustischen Quelleneinheiten in Ansprechen
auf ein Elektrodenansteuerungssignal, wobei die akustischen Quelleneinheiten
in eine Vielzahl von Gruppen eingeteilt sind, wobei die Ansteuerungselektroden
in diesen eingeteilten Gruppen parallel geschaltet sind, wobei die
Anzahl von Gruppen derart verteilt ist, dass eine ganzzahlige Potenz
von 2 vorliegt, die der digitalen Position von jedem Bit für das digitale
Signal entspricht, und die Elektrodenansteuerungsschaltung zwischen
einem Ansteuerungselektrodenanschluss der verteilten einzelnen Gruppen
und einer Elektrodenansteuerungs-Stromquelle EIN/AUS schaltet; einen
Pegeleinstellungs-Vorverstärker für ein Schwingungsverschiebungssignal
einer Schwingungsmembran, das von einem Anschluss erhalten wird,
mit dem eine Schwingungsdetektionselektrode der Empfangssensoreinheit
verbunden ist; einen ersten Wandlerschaltkreis, in dem ein Ausgangssignal von
dem Pegeleinstellungs-Vorverstärker
mittels einer konstanten Taktfrequenz abgetastet wird, um ein Eingangsabtastsignal
zu erhalten; wobei der Pegel mit dem vorhergehenden Abtastsignal
verglichen wird; wobei, wenn das Vergleichsergebnis den vorbestimmten
Schwellenwert übersteigt,
ein Impuls von +1 erzeugt wird; wenn er den vorbestimmten Schwellenwert
negativ übersteigt,
ein Vorzeichenimpuls von –1
ausgegeben wird; und wenn er gleich oder kleiner als der Schwellenwert
ist, ein Vorzeichenimpuls von 0 ausgegeben wird; wobei die vorstehenden
Vorzeichen +1, –1
und 0 als Binärwerte
für eine
kumulative Addition angesehen werden; und die resultierenden binären Stellen
einer Datenabtastung unterzogen werden mittels eines Taktes, der
dem einer außen angeschlossenen
Schnittstelle entspricht, so dass ein Ausgabeabtastsignal vorliegt;
einen zweiten Wandlerschaltkreis zum Umwandeln des Ausgabeabtastsignals
in ein digitales Ausgangssignal in ein vorbestimmtes Format, wobei
das digitale Ausgangssignal an einen digitalen Kommunikationskanal
ausgegeben wird; und eine Addierer- und Seriell/Parallel-Wandlerschaltung
(28, 29) zum Empfangen eines externen digitalen
Eingangssignals von dem digitalen Kommunikationskanal, zum Mischen
des digitalen Ausgangssignals und des externen digitalen Eingangssignals
miteinander, wobei diese gemischten Signale der Elektrodenansteuerungsschaltung
als das Elektrodenansteuerungssignal zugeführt werden, wobei ein Taktsignal
von dem Eingangsabtastsignal zur kumulativen Addition auf eine Frequenz
festgelegt ist, die doppelt so groß oder größer ist als das Taktsignal
im Anschluss an das Ausgabeabtastsignal, wobei die akustischen Quelleneinheiten
akustische Impulse, die den jeweiligen Bits entsprechen, in Ansprechen
auf das digitale Signal der Elektrodenansteuerungsschaltung erzeugen
und ein analoges akustisches Signal synthetisieren, indem die akustischen
Impulse in einem Hohlraum kombiniert werden, ein externer analoger
Schall, der von einem Benutzer empfangen wird, mit dem analogen
akustischen Signal in dem Hohlraum gemischt wird, um ein analoges
Sprachsignal zu erzeugen, und das analoge Sprachsignal zu dem Benutzer über einen
akustischen Anschluss übertragen
wird.
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Das
Ziel und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden verständlicher
aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines elektronischen Schaltkreisabschnitts und
eines digitalen Eingangs/Ausgangsabschnitts durch einen Querschnitt
eines elektroakustischen Wandlerabschnitts in einem digitalen Sender/Empfänger zur
Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2A-2D illustrative
Darstellungen sind, die eine Konfiguration der Einheit A in dem
elektroakustischen Wandlerabschnitt zur Veranschaulichung einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
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3 eine
illustrative Darstellung ist, die ein Beispiel zum Konfigurieren
eines Kommunikationssystems, das den Sender/Empfänger gemäß der illustrativen Ausführungsform
praktisch nutzt, veranschaulicht; und
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4 ein
Blockdiagramm ist, das eine schematische Konfiguration eines herkömmlichen
digitalen Sprachkommunikationssystems zeigt.
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Die
gleichen oder entsprechende Elemente oder Teile sind in den Zeichnungen
mit gleichen Bezugziffern bezeichnet.
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In
der Folge werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektronischen Schaltkreisabschnitts und
eines digitalen Eingangs-/Ausgangsabschnitts durch einen Querschnitt
eines elektroakustischen Wandlerab schnitts in einem digitalen Sender/Empfänger zur
Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. In dem elektroakustischen Wandlerabschnitt bezeichnet
die Bezugsziffer 21 ein Ohrmuschelpolster, das den Sender/Empfänger in
Kontakt mit der Ohrmuschel des Benutzers bringt; die Bezugsziffer 22 bezeichnet
eine akustische Öffnung
zum Übertragen
eines akustischen Signals in eine Ohrmuschel; die Bezugsziffer 23 bezeichnet
ein kleines Loch zum Ausgeben nur des Grundteils des aus dem digitalen
elektrischen Signal in einem Hohlraum 24 umgewandelten
und zusammengesetzten analogen akustischen Signals; die Bezugsziffer 24 bezeichnet
den Hohlraum zum Erzeugen eines analogen akustischen Signals und Mischen
von akustischen Signalen, die damit übertragen werden sollen; die
Bezugsziffer 25 bezeichnet eine Spracheinleitungsröhre zum
Einleiten der Sprachsignale, die übertragen werden sollen; und
die Bezugsziffern 261 , 262 , ..., 26n sind
alle gleich und bezeichnen mehrere Kondensatorlautsprecher (akustische
Quelleneinheiten, die elektrostatische Ansteuerungselektroden umfassen
und nachstehend als „Einheit
A" bezeichnet werden);
und die Bezugsziffer 27 bezeichnet ein Kondensatormikrofon
(Empfangssensoreinheit, nachstehend als „Einheit B" bezeichnet).
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Des
Weiteren bezeichnet an dem elektronischen Schaltkreisabschnitt und
dem digitalen Eingangs-/Ausgangsabschnitt die Bezugsziffer 28 einen Seriell/Parallel-Digitalsignalwandler;
die Bezugsziffer 29 bezeichnet einen Addierer; die Bezugsziffer 30 bezeichnet
einen Ausgabeabtastschaltkreis; die Bezugsziffer 31 bezeichnet
eine arithmetische Schaltung; die Bezugsziffer 32 bezeichnet
einen Sigma-Delta-Modulator; die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen
Eingangsabtastschaltkreis; die Bezugsziffer 34 bezeichnet
einen Pegeleinsteller (der den vorstehend erwähnten „Pegeleinstellungs-Vorverstärker" bildet); die Bezugsziffer 35 bezeichnet
einen digitalen Ausgangsanschluss; die Bezugsziffer 36 bezeichnet einen
digitalen Ein gangsanschluss; die Bezugsziffer 37 bezeichnet
Gate-Schaltungen (die die vorstehend erwähnte „Elektrodenansteuerungsschaltung" bilden); und die
Bezugsziffer 38 bezeichnet eine Elektrodenansteuerungsstromquelle.
Die akustischen Quelleneinheiten sind einer leitenden Schwingungsmembran
zugewandt eingebaut.
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Der
Betrieb des digitalen Senders/Empfängers mit der vorhergehenden
Konfiguration wird an dieser Stelle beschrieben.
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Die
Kondensatorlautsprecher, die Einheit A in dem elektroakustischen
Wandlerabschnitt, und das Kondensatormikrofon, die Einheit B sind
jeweils gut bekannt. Es ist bekannt, dass in dem Kondensatormikrofon
seine Ausgangsspannung proportional zu einer Verschiebung einer
Schwingungsmembran auf Grund des Schalldrucks auf der Schwingungsmembran
und eines Elektret-Oberflächenpotentials (oder
einer Polarisationsspannung) ist. Zusätzlich ist in dem Kondensatorlautsprecher
sein Ausgangschalldruck proportional zu der Ansteuerungskraft, die
elektrostatisch auf die Schwingungsmembran aufgebracht wird. Die
Größe der Ansteuerungskraft wird
bestimmt, in Abhängigkeit
von: einem Produkt des Elektret-Oberflächenpotentials (oder der Polarisationsspannung)
und einer von außen
zugeführten Signalspannung;
und der Größe in der
Fläche
für eine
Ansteuerungselektrode, die der Schwingungsmembran gegenüberliegt.
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Dann
werden die Einheiten A in die Anzahl von Stellen gruppiert, um digitale
Signaldaten zu konfigurieren; und die Anzahl der Einheiten A ist
definiert bei einem Verhältnis,
das durch die unten stehende Formel (1), die den digitalen Positionen
der entsprechenden Bits für
das digitale Signal entspricht, ausgedrückt ist. 20:
21 : 22 : 23: 24 : ... = 1:
2: 4: 8: 16: ... (1)
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In
dem Fall, in dem das Bit existiert, wird eine Verbindung zwischen
einer Stromquelle 38 mit konstanter Spannung für die Elektrodenansteuerung
und ihrer Einheitengruppe in „Verbindung" gesetzt, um eine
Ansteuerungskraft aufzubringen. Auf diese Weise wird ein Schalldruckimpuls
in einer Größe, die dem
digitalen Signalwert entspricht, in dem Hohlraum 24 ausgestrahlt.
Die Größe des gesamten Schalldrucks
in dem Hohlraum 24 ist durch die Formel (2) ausgedrückt: b0·20 + b1·21 + b2·22 + ... (2)wobei
b0, b1, b2 .... ein Vorzeichen von 0, +1 oder –1 bezeichnet.
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Das
heißt,
eine elektroakustische Umformung und eine Digital-Analog-Wandlung werden gleichzeitig über die
Einheiten A durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt, wenn ein digitales elektrisches Signal eine
konstante Spannung für
alle digitalen Positionen und eine ausreichend hohe Taktfrequenz
aufweist, können
die Frequenzkennlinien der Ansteuerungskraft als flach angesehen
werden. Zusätzlich wird,
selbst wenn ein Produkt zwischen einer Netzspannung für alle einzelnen
digitalen Positionen und der Anzahl von Einheiten A in einer Gruppe
auf Basis des vorhergehenden Verhältnisses festgelegt wird, ein ähnliches
Verfahren durchgeführt.
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Die
Größe dieses
Hohlraums 24 ist verglichen mit der Wellenlänge des
Frequenzbereiches klein genug und somit kann der Schalldruck in
dem Hohlraum an allen Positionen als einheitlich angesehen werden.
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In
dem Vorstehenden wurde eine Umformung eines elektroakustischen digitalen
Signals beschrieben. Das so ausgestrahlte akustische Signal wird
mit einem akustischen Übertragungssignal,
das von außen
durch die Spracheinleitungsröhre 25 in den
Hohlraum 24 eingeleitet werden soll, gemischt. Dann wird
das gemischte Signal mittels einer Detektionselektrode der Einheit
B, die in demselben Hohlraum wie die Einheit A eingebaut ist, detektiert
und an eine Ohrmuschel als ein Empfangssprachsignal übertragen.
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Das
detektierte akustische Signal wird in der Zeitdomäne mittels
des Eingangsabtastschaltkreises 33 abgetastet, nachdem
sein Pegel mittels des Pegeleinstellers 34 eingestellt
wurde. Dann wird in dem Sigma-Delta-Modulator 32 (der den vorstehend
erwähnten „ersten
Wandlerschaltkreis" bildet)
sein Abtastwert mit der vorhergehenden Abtastung verglichen. In
dem Fall, in dem eine Differenz zwischen diesen Werten den vorbestimmten
Pegel übersteigt, wird
ein Ausgangsimpuls von +1 wird. In dem Fall, in dem die Differenz
den Pegel negativ übersteigt,
wird ein Ausgangsimpuls von –1
erzeugt. Des Weiteren wird, wenn die Differenz innerhalb des Schwellenwertpegels
liegt, ein Signal von Null erzeugt. Das heißt, es wird eine Delta-Modulationsverarbeitung durchgeführt.
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Der
so erhaltene Ausgang von +1, –1
oder 0 wird als eine binäre
Stelle angesehen und wird der arithmetischen Schaltung 31 zugeführt. Die
arithmetische Schaltung 31 (die den vorstehend erwähnten „zweiten
Wandlerschaltkreis" bildet)
addiert und subtrahiert kumulativ den zugeführten Wert und erzeugt immer
einen neuen digitalen Wert.
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In
dem Fall, in dem kein digitales elektrisches Signal von außen als
Empfangssignal zugeführt
wird, werden nur jene, die durch die additive Schwingkraft auf Grund
des mittels der Spracheinleitungsröhre 25 auf die Schwingungsmembranfläche der
Einheit B aufgebrachten Schalldrucks bewirkt werden, der arithmetischen
Schaltung 31 zugeführt,
nachdem sie mittels der Einheit B detektiert und an jedem Abschnitt
verarbeitet wurden. In diesem Fall werden der Schalldruck auf die
Schwingungsmembranfläche
der Einheit B, der durch eine Übertragungssprache,
die von außen
in den Hohlraum 24 eingeleitet wird, aufgebracht wird,
und der von den gruppierten Einheiten A durch die arithmetische
Schaltung 31, den Addierer 29, den Seriell/Parallel-Wandler 28 und
der gruppierten Gate-Schaltung 37 ausgestrahlte
synthetische Schalldruck innerhalb des Bereichs des Systemfehlers
innerhalb des Sprachpegels ausgeglichen und die Schalle innerhalb
des Hohlraums 24 werden unterdrückt.
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Der
vorstehend genannte Fehler wird immer addiert/subtrahiert, so dass
ein Ausgang der Einheit B in der arithmetischen Schaltung 31 klein
wird und somit innerhalb des wertniedrigsten Bits des digitalen Signals
liegt. Das heißt,
der Ausgang der arithmetischen Schaltung 31 ist der gleiche
wie ein zu übertragendes
digitalisiertes akustisches Signal. In diesem Fall wird die arithmetische
Schaltung 31 mittels eines Hochgeschwindigkeitstakts betrieben,
der ein Vielfaches einer Bitlänge
eines normalen digitalen Signals auf Grund seiner digitalen Modulationseigenschaften ist.
Somit wird der Hochgeschwindigkeitstakt mittels des Ausgabeabtastschaltkreises 30 in
einen Normalgeschwindigkeitstakt umgewandelt.
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Darüber hinaus
wird ein von einem Kommunikationskanal ankommendes digitales Empfangssignal
von einem digitalen Eingangsanschluss 36 zugeführt und
wird in dem Addierer 29 zu einem Ausgang der arithmetischen
Schaltung 31 addiert. Auf diese Weise wird das Signal reproduziert
und als analoger Signalschall übertragen
und ein Ziel der Kommunikation ist erreicht.
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Die 2A bis 2D sind
illustrative Darstellungen, die eine Konfiguration einer Einheit
A an einem elektroakustischen Umformerabschnitt zur Ver anschaulichung
einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung veranschaulichen. In diesen Figs. bezeichnet
die Bezugsziffer 41 eine Schwingungsmembran. Diese Membran
ist eine Isoliermembran mit einem FEP (Fluor-Ethylen-Propylen)-Harz
oder dergleichen und ein Metallleiter ist auf ihrer Seitenfläche (eine
obere Fläche
in dieser Ausführungsform)
abgeschieden. Vor dem Abscheiden wird der Leiter mittels einer Coronaentladung
oder dergleichen elektrisch geladen, so dass er ein Elektret ist.
Die Bezugsziffer 42 bezeichnet einen Isolierabstandhalter
mit einer dünnen
Platte, an der Durchgangsbohrungen 42a gesetzt sind; die
Bezugsziffer 43 bezeichnet gruppierte Elektroden mit einer
Vielzahl von leitenden Flächen 43a,
die an einem Isoliermaterial gesetzt sind und den Durchgangsbohrungen 42a des
Isolierabstandhalters 42 entsprechen. Die/der vorstehende/n
Schwingungsmembran 41, Isolierabstandhalter 42 und
gruppierten Elektroden 43 sind aneinander laminiert und
bilden dadurch ein Äquivalent
zu der Einheit A.
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3 ist
eine illustrative Darstellung, die ein Beispiel zum Konfigurieren
eines Kommunikationssystems, das den Sender/Empfänger gemäß der illustrativen Ausführungsform
in der Praxis verwendet, veranschaulicht, wobei die Bezugsziffer 51 einen
digitalen Sender/Empfänger
bezeichnet, der gemäß der illustrativen
Ausführungsform
konfiguriert ist; die Bezugsziffer 52 einen Verwürfler bezeichnet;
die Bezugsziffer 53 einen Modem bezeichnet; und die Bezugsziffer 54 einen
drahtgebundenen oder drahtlosen Sender/Empfänger bezeichnet.
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Wie
oben stehend beschrieben umfasst der digitale Sender/Empfänger der
vorliegenden Erfindung eine Funktion für eine Umwandlung zwischen einem
akustischen analogen Signal und einem digitalen elektrischen Signal;
ein Kommunikationssystem ist vollständig digitalisiert. Somit wird
ein sehr praktischer Effekt bereitgestellt, dass ein Verwürfler in
der Lage ist, eine im Wesentlichen unendliche Sicherheitsfunktion
sicherzustellen, und in der Lage ist, als Empfänger zu fungieren.