DE2536285A1 - Schaltung zur wiedergabe von tonspuren - Google Patents

Description

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iF. Wilhelm Reichel Dipl.-Ing. Wolfgang Reichel

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DOLBY LABORATORIES INC., New York N.Y. 10036, V.St.A.

Schaltung zur Wiedergabe von Tonspuren

Die Erfindung betrifft die Wiedergabe optischer Tonspuren veränderlicher Breite oder Fläche.

Üblicherweise werden derartige Tonspuren mit Hilfe eines schmalen Lichtschlitzes und einer Fotozelle abgetastet, um eine Schwingung, d.h. ein Signal zu erzeugen, welches der Breitenmodulation der optischen Tonspur entspricht. Wenn man vergleichsweise eine magnetische Tonaufzeichnung betrachtet, ist das Signal-Rauschverhältnis der optischen Tonspur ungünstig. Es treten daher Schwierigkeiten auf, wenn man die optische Tonaufzeichnungstechnik bei Mehrkanalwiedergaben verwenden will.

In der US-PS 2 347 084 ist eine Anlage beschrieben, bei der die Tonspur wiederholt über ihre Breite mit einem sehr kleinen Abtastfleck abgetastet wird. Das fotoelektrisch erzeugte Signal ist dann im wesentlichen ein Rechtecksignal, dessen Dauer von der Breite der Tonspur abhängt. Durch Integration dieses Sinais mit einer geeigneten Zeitkonstante läßt es sich in ein amplitudenmoduliertes Tonsignal umwandeln. Dieses bekannte Verfahren

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hat zwar einige Vorteile bezüglich des Geräuschpegels von Tonspuren veränderlicher Breite, bei denen die Störungen gewöhnlich in Form von dunklen Flecken (Staub oder abgeriebenen Filmteilchen) auf den hellen oder durchsichtigen Teilen der Spur oder in anderen Änderungen der Dichte dieser Flächenteile bestehen. Die schwarzen Flächen, welche die Spur auf der Seite begrenzen, sind verhältnismäßig frei von Rauschen. Durch eine Begrenzung des Rechteckssignals vor der Integration oder Demodulation läßt sich ein Teil der Störgeräusch vermindern, aber durch schwarze Flecken auf den hellen oder durchsichtigen Flächenteilen werden trotzdem Störgeräusch erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, lajfc der eine bessere Störgeräuschunterdrückung erzielt werden kann. Die Aufgabe bezieht sich insbesondere auf Anordnungen, bei denen es sich um die Wiedergabe von dualen bilateralen Tonspuren, d.h. von doppelten Tonspuren mit beiderseitiger Begrenzung handelt, bei denen das Rauschen vermindert werden soll. Insbesondere soll eine Mehrkanalwiedergabe mit vermindertem Störgeräusch erreicht werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung zur Wiedergabe von optischen Tonspuren veränderlicher Fläche derart ausgebildet, daß sie Abtasteinrichtungen enthält, die die Breite der Spur wiederholt abtasten, um ein erstes Rechtecksignal zu erzeugen; dabei wird ein zweites elektrisches Signal von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel bei einem Übergang in dem ersten Signal umgeschaltet, der eintritt, wenn die Abtasteinrichtung von der Abtastung eines schwarzen Flächenteiles auf einen hellen Flächenteil übergeht, und das zweite Signal wird von dem zweiten Pegel wieder auf den ersten Pegel in einem von dem ersten Signal unabhängigen Bezugszeitpunkt zurückgeschaltet. Um die Zurückschaltung auf den ersten Pegel zu bewirken, können z.B. Bezugsimpulse verwendet werden, die mit der Äbtastein-

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richtung synchronisiert sind.

Da das zweite Signal auf den zweiten Pegel bei einem Übergang von schwarz auf hell umgeschaltet wird und der schwarze Flächenteil wesentlich störfreier ist als der helle Flächenteil, hat die führende Flanke des Impulses mit dem zweiten Pegel eine genaue Zeitlage mit Bezug auf den Rand der Spur. Andererseits ist die Zurückschaltung auf den ersten Pegel unabhängig von dem ersten Signal. Das Rauschen in dem hellen Flächenteil wird daher vollständig außer Acht gelassen. Bei einfachen bilateralen Spuren kann die Zurückschaltung am Ende der Abtastung erfolgen. Bei dualen bilateralen Spuren, bei denen zwei Übergänge von schwarz auf hell pro Abtastung vorhanden sind, kann die Zurückschaltung durch Bezugsimpulse bewirkt werden, die mit der Abtasteinrichtung synchronisiert sind. Bei solchen dualen bilateralen Spuren, die häufig benutzt werden, können die Bezugsimpulse aufgefaßt werden, als ob sie bei der Abtastung von hypotetischen Bezugslinien am Rande bzw. zwischen den bilateralen Spuren und parallel zur Länge der Spur erzeugt werden.

Die Impulse mit dem zweiten Pegel haben eine Dauer, die der Spurbreite von dem schwarzen zum hellen Übergang bis zur nächsten hypotetischen Bezugslinie entsprechen. Wie weiter unten noch erläutert wird, können Maßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen,, daß diese Linien eine vorbestimmte Lage haben, z.B. genau am Rand oder entlang der Mittellinie der Spur. Eine Veränderung in der Lage der Bezugslinie kann eine Verzerrung der Schwingung ergeben, infolge einer Begrenzung des hochmodulierten Signals. Die Veränderung der Modulationstiefe des amplitudenmodulierten Tonsignals kann in ansich bekannter Weise aus dem zweiten Signal durch Integration oder eine andere Demodulationstechnik, der durch die Impulsbreite modulierten Impulse abgeleitet werden.

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Um Mehrkanal spuren wiederzugeben, ist es lediglich notwendig, zeitgesteuerte Schalter zu verwenden, um die Signale, die den verschiedenen Spuren zugehören, auszuwählen.

In den Ausführungsbeispielen sind zur Vereinfachung der Darstellung Verfahren mit Lichtpunktabtastung beschrieben, es sei jedoch bemerkt, daß dieses Verfahren für die Erfindung nicht wesentlich ist. Die Abtastung kann entweder auf der Belichtungsseite mit einer fotoelektrischen Aufnahmevorrichtung voller Apertur erfolgen, wie es bei einem Lichtpunktabtaster der Fall ist oder sie kann auf der Aufnahmeseite mit einer voll ausgeleuchteten Öffnung erfolgen, wie es der Fall ist bei einem Vidikonabtaster. Außerdem gibt es bekannte Verfahren elektronischer oder nichtelektronischer Natur zur Erzeugung der Abtastbewegung einschließlich der mechanisch-optischen Verfahren, wie sie unter Verwendung von umlaufenden oder schwingenden Prismen oder Spiegeln oder von Nipkoscheiben durchgeführt werden können. Anordnungen dieser Art haben unter Umständen Vorteile gegenüber dem Lichtpunktabtaster, der in dem Beispiel beschrieben ist, weil es schwierig ist, die ausreichende Leuchtfleckhelligkeit bei der hohen Auflösung zu erzielen. Es ist auch möglich, auf der Eingangsseite mit einem abgelenkten Laserstrahl zu arbeiten, der z.B. durch eine piezoelektrische Ablenkvorrichtung abgelenkt wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abtastverfahrens.

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Fig. 2 ist eine Darstellung einer bilateralen Tonspur.

Fig. 3 zeigt verschiedene Schwingungen, die bei der Abtastung der Tonspur auftreten können.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit Fig. 3*

Fig. 5 zeigt verschiedene Schwingungen bei einer anderen Abtastart der Tonspur.

Fig. 6 zeigt eine duale bilaterale Stereotonspur.

Fig. 7 zeigt Schwingungsformen bei der Abtastung der dualen Tonspur.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild eines Teiles eines zweiten Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung zur Verwendung für duale Tonspuren und

Fig. 9 zeigt scheraatisch ein abgeändertes Abtastverfahren.

Fig. 1 zeigt eine Abtastanordnung, bei der ein Kathodenstrahlabtaster 10 mit abgelenktem Lichtpunkt benutzt wird, bei dem der Lichtpunkt lediglich in der X-Richtung abgelenkt wird und zwar unter der Einwirkung einer Ablenkschaltung 12, die mit einem Zeitimpulsgenerator 14 synchronisiert ist. Die Abtastfrequenz beträgt ein Vielfaches der höchsten vorkommenden Tonfrequenz,z.B. liegt sie in dem Bereich von 30 kHz bis 100 kHz. Ein Bild des Leuchtflecks wird auf die Tonspur 16 eines Filmes 18 mit einer Linse 20 abgebildet, um die Abtastung in Querrichtung vorzunehmen, wobei der Film in Längsrichtung in üblicher Weise bewegt wird. Das durch die Tonspur

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fallende Licht wird von einer fotoelektrischen Zelle 22 aufgefangen, an deren Ausgangsklemme 24 das oben erwähnte erste Signal auftritt.

Fig. 2 zeigt eine einfache bilaterale Tonspur 26, in die die Abtastzeile 28 des Lichtpunktabtasters eingezeichnet ist. Die beiden Ränder der Tonspur 1 und 2 werden von der Abtastzeile 28 überquert.

Wenn nach Fig. 3 die Ablenkung des Lichtflecks einen sägezahnförmigen Verlauf hat, wobei die Rückläufe ausgetastet werden, ergibt sich an der Fotozelle eine Ausgangsgröße, die in der Kurve B dargestellt ist, wobei die Punkte 1 und 2 entsprechend der Fig. 2 liegen und kleine Schwingungen das Rauschen in den hellen Teilen der Spur darstellen. Der Taktgeber 14 kann Zeitbezugsimpulse c erzeugen, die bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Abtastung einer hypotetisehen Bezugslinie 30 am Rand der Spur 26 in Fig. 2 übereinstimmen. Ein zweites Signal d in Fig. 3 besteht aus Impulsen, welche mit dem Übergang 1 von schwarz zu hell des ersten Signales b beginnen und mit dem Bezugsimpuls c enden, wobei alle Modulationen auf der rechten Seite des Übergangs 1 ausgetastet oder unterdrückt wird, einschließlich des Überganges 2 von hell zu schwarz und des danachfolgenden schwarzen Flächenteils. Die Impulse d haben eine Dauer, welche die Spurbreite darstellt, wobei jedoch die Dauer gänzlich unbeeinflußt von den Störschwingungen im Signal b sind.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Übereinstimmung mit Fig. 3 arbeitet. Das Signal b von der Klemme 24 wird über einen Eingangsverstärker 32 und eine wahlweise vorgesehene Linearisierungsschaltung 34 einem Tiefpaßfilter 36 zugeführt. Die Schaltung 34 kann Nichtlinearitäten der Fotozelle 22 und/oder des Filmes 18 ausgleichen, um

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nachträßHch geändert

Rauschen und Verzerrungen auf einen Minimalwert zu bringen. Das Filter 36 dämpft hochfrequente mit niedriger Amplitude auftretende Störgeräusch infolge von Filmkorn, Staub und Abrieb. Das Filter hat eine Grenzfrequenz von mehreren hundert kHz und kann linear oder nichtlinear in seiner Wirkung sein.

Die Ausgangsgröße des Filters 36 kann direkt einer Differenzierschaltung 38 zugeführt werden. Es wird jedoch vorgezogen, eine weitere Schaltung einzufügen, die ein mögliches Rauschen in den schwarzen Flächenteilen vermindert. Obwohl normalerweise kein Rauschen in den schwarzen Flächenteilen eines neuen Filmes auftritt, so ist dies bei abgenutzten Filmen nicht ohne weiteres der Fall und es können z.B. weiße Kratzer auf der schwarzen Fläche irrtümlich den Rand 1 vortäuschen. Aus diesem Grund wird die Ausgangsgröße des Filters 36 einer Verzögerungsschaltung 37 mit sehr kurzer Verzögerungszeit zugeführt und die Ausgangsgröße der Schaltung 37 und des Filters 36 wird einer UND-Schaltung 39 zugeleitet und die Ausgangsgröße der UND-Schaltung 39 einer Differenzierschaltung 38 zugeführt. Die Ausgangsgröße der Torschaltung 39 tritt erst auf, wenn der Abtastfleck sich von dem Rand 1 wegbewegt hat. Im Fall eines weißen Fleckes in dem schwarzen Flächenteil wird, wenn die Ausgangsgröße der Verzögerungsschaltung 37 auftritt, die Ausgangsgröße des Filters 36 auf den Ausgangswert zurückgekehrt sein und die Ausgangsgröße der Tprschaltung 39 wird auf dem Wert verbleiben.

Die Impulse der Differenzierschaltung 38 setzen an den Übergängen 1 der Fig. 3b eine bistabile Schaltung 40, die als Austastschaltung arbeitet. Die Schaltung wird am Ende der Abtastzeile durch den Bezugsimpulse c zurückgesetzt, der von dem Taktgeber 14 über die direkte Leitung 15 und einen Impulsumformer 44 zugeführt wird. -- a - en

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Die bistabile Schaltung 40 liefert das zweite Signal der Fig. 3b und dies wird einer Integrations schaltung 46 oder einer anderen geeigneten Impulsbreitendemodulationsschaltung zugeführt. Das demodulierte Signal wird durch eine Ausgleichsschaltung 48 auf Verluste durch die Schlitzbreite durch Anhebung der hohen Frequenzen korrigiert und das Ausgangssignal an der Klemme 50 steht für die Tonwiedergabe zur Verfügung.

Die Fig. 5 zeigt als Alternative die Verwendung einer symmetrischen dreieckigen Ablenkschwingung a, die abwechselnd in verschiedenen Richtungen die Tonspur abtastet, so daß beide Ränder 1 und 2 benutzt werden. Die Schwingung b ist das erste Signal (PEC-Ausgang), während die Schwingung c die differenzierte Schwingung b darstellt. Die bistabile Schaltung 40 spricht nur auf positive Impulse an und wird daher durch die in der Kurve d gezeigten Impulse gesetzt. Die Bezugsimpulse e sollen nun am Beginn jeder Abtastung auftreten. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, werden die Impulse des Generators 14 direkt dem Rücksetzeingang der bistabilen Schaltung 40 zugeführt.

Die Darstellung der Fig. 6 ähnelt der Fig. 2, zeigt jedoch eine duale bilaterale Tonspur, bei der die beiden Spuren getrennt moduliert sind, so daß sich eine stereophone Zweikanaltonspur 58 mit den linken und rechten Spuren 60 und 62 ergibt. Die Abtastzeile schneidet nun die Ränder 1, 2, 3 und 4. Fig. zeigt, wie diese Spuren mit Hilfe einer Sägezahnschwingung a abgetastet werden können. Die Ausgangsgröße PEC ist als Kurve b wiedergegeben. Die Torsignale c und d für den linken und rechten Kanal können synchron mit der Sägezahnschwingung erzeugt werden und werden dazu benutzt, um die linken und rechten Ausgangssignale e und f aus dem Signal b auszutasten.

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Die Signale d und e können nun so weiterverarbeitet werden, wie dies im Zusammenhang mit der Schaltung der Fig. 4 beschrieben worden ist und zwar getrennt für die beiden Kanäle.

Das Beispiel der Fig. 7 kann auch entsprechend der Fig. 5 weiter ausgestaltet werden und wenn die beiden Richtungen der Abtastungen mit A und B in Fig. 5 bezeichnet werden, ist es möglich, getrennte linke Kanalsignale A und linke Kanalsignale B auszutasten sowie rechte Kanalsignale A und rechte Kanalsignale B. Eine derartige getrennte Behandlung ist vorteilhaft für monoduale bilaterale Tonspuren. Die hierfür erforderliche Schaltung ist in Fig. 8 dargestellt, in der vier Torschaltungen 64 vier zyklisch ineinandergreifende Schwingungen zugeführt erhalten, die von einem Austastgenerator 66 erzeugt werden, der mit dem Taktgenerator 14 synchronisiert ist. Die sich ergebenden vier ersten Signale werden getrennten logischen Schaltungen und Demodulatoren 68 zugeführt, die je aus den Elementen 38, 40 und 46 der Fig. 4 bestehen. Die Elemente und 39 können auch in jeder Schaltung 68 vorhanden sein oder können dem Filter 36 folgen, um alle Schaltungen 68 zu bedienen. Jeder Schaltung 68 werden auf einer Leitung 70 die erforderlichen Bezugsimpulse zugeführt, um die bistabile Schaltung zurückzusetzen, entsprechend den Rändern 30 und 31 und zwar von dem Auslaßgenerator 66.

Für monoduale bilaterale Tonspuren liefern die Schaltungen 68 vier redundante Signale und diese können einer Majoritätsschaltung 72 zugeführt werden, bei der eine ansicht bekannte Technik benutzt wird, um einen Mittelwert gleicher Signale zu bilden und um solche Signale aus der Mittelwertbildung auszuschließen, die nicht im wesentlichen mit den anderen drei Signalen übereinstimmen. Die Ausgangsgröße der Schaltung 72

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speist die Ausgangsklemme 50 über eine Ausgleichsschaltung 48.

Wenn die Tonspur eine stereophone duallaterale Spur ist, dann kann die Majoritätsschaltung nicht benutzt werden, da nur zwei Aufzeichnungen in jedem Kanal vorhanden sind. Die Signale können dann jedoch mit etwas vereinfachten Schaltungen zur Mittelwertbildung benutzt werden. Die Austastung jedes Kanals kann durch eine einfache Torschaltung erfolgen. In ähnlicher Weise wird nur eine logische Schaltung und eine Demodulationsschaltung pro Kanal benutzt.

Fig. 9 zeigt ein mechanisches Abtastsystem, bei dem eine Segmentscheibe benutzt wird, die z.B. auf fotografischem Wege hergestellt sein kann. Die Scheibe 74, die von einem Motor 76 angetrieben wird, hat einen segmentierten Rand 78, der eine Anzahl von etwa gleichen durchsichtigen und undurchsichtigen Flächen aufweist und es ist daher viel einfacher, eine solche Scheibe herzustellen als eine Scheibe mit einer Anordnung von feinen Abtastlöchern oder Schlitzen. Der Rand 78 wird von einer nichtdargestellten Lichtquelle beleuchtet und deren Bild wird auf die Spur 16 durch eine Linse 20 und eine feste Schlitzblende 21 abgebildet. Der Rand 18 jedes Segmentes (von dem mehrere hundert vorhanden sein können) bewegt sich über die Breite der Spur. Durch Differenzierung der Ausgangsgröße der Fotozelle 22 in einer Differenzierschaltung 80 kann das Signal an der Klemme 24 den gleichgestellt werden, das von Abtastöffnungen und nicht von Abtasträndern herrührt.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Anordnung zur Wiedergabe von optischen Tonspuren veränderlicher Fläche mit einer Abtasteinrichtung, die wiederholt die Breite der Spur abtastet, um ein erstes Rechtecksignal zu erzeugen,

   dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (38, 40) vorgesehen sind, die ein zweites elektrisches Signal von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel bei einem Übergang in dem ersten Signal umschalten, wenn die Abtasteinrichtung von der Abtastung eines schwarzen Flächenteiles auf einen hellen Flächenteil der Spur übergeht und daß Einrichtungen (14, 44) vorgesehen sind, die das zweite Signal von dem zweiten Pegel auf den ersten Pegel in einem von dem ersten Signal unabhängigen BezugsZeitpunkt zurückschalten.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14, 44) zum Zurückschalten des zweiten Signals auf den ersten Pegel von Bezugsimpulsen abhängt, die·mit der Abtasteinrichtung (10, 12) synchronisiert sind.
3. 3- Anordnung nach Ansprüchen 1 oder 2 zur Verwendung bei bilateralen Tonspuren,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (10, 12) so ausgebildet ist, daß sie abwechselnd die Spur in beiden Richtungen mit der gleichen Geschwindigkeit abtastet, daß die Schaltungselemente 38, 40), welche das zweite Signal, auf den

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   zweiten Pegel umschalten, auf jeden Übergang des ersten Signals ansprechen, der beim Übergang der Abtasteinrichtung von einem schwarzen Flächenteil auf einen hellen Flächenteil der Spur auftritt, und daß nach jedem solchen Übergang das zweite Signal auf den ersten Pegel durch die Schaltungselemente (14, 44) zurückgesetzt werden, die das zweite Signal in Abhängigkeit von symmetrisch zur Abtastung liegenden Bezugsimpulsen (Fig. 5) zurücksetzen, so daß die Dauer des zweiten Pegels des zweiten Signals, die sich aus der Abtastung einander gegenüberliegender Ränder der Tonspur ergibt, im wesentlichen einander gleich sind.
4. 4. Anordnung nach Ansprüchen 1, 2 oder 3» gekennzeichnet durch Einrichtungen (37, 39), die eine Einstellung des zweiten Signals auf den zweiten Pegel so lange verhindern, bis ein Übergang in dem ersten Signal eintritt, wenn die Abtastvorrichtung von der Abtastung einer schwarzen Fläche auf eine helle Fläche übergeht, und wenn darauf das erste Signal während einer vorbestimmten Zeitdauer auf einem Pegel gehalten wird, der der hellen Fläche der Spur entspricht.
5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung bei mehreren nebeneinander liegenden Spuren,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (10, 12) so eingerichtet ist, daß sie alle Spuren bei jeder Abtastung abtastet (Fig. 7) und daß eine Austastschaltung (64) auf die bei der Abtastung entstehenden Signale und auf Austast signale (66) anspricht, die mit der Abtasteinrichtung synchronisiert

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   sind, um getrennte erste Signale für jede Spur zu erzeugen und daß ein zweites Signal (68) von jedem ersten Signal abgeleitet wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von mehr als zwei redundanten zweiten Signalen erzeugt wird und daß eine Majoritätsschaltung (72) ein Ausgangssignal liefert, welches der Majorität der redundanten zweiten Signale entspricht.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Abtasteinrichtung Vorrichtungen zur Beleuchtung der Spur sowie Einrichtungen (74, 76) aufweisen, die wiederholt mit Verdunklungsblenden (78) den Lichtstrahl unterbrechen, daß fotoelektrische Einrichtungen (22) auf das von der Spur durchgelassene Licht ansprechen, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, und daß Einrichtungen (80) vorgesehen sind, um das zuletztgenannte Signal zu differenzieren und dadurch das erste Signal zu erzeugen.

   Re/Pi.

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