Ringmodulator für die Transkommunikations-Anlage

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Autoren

Stefan ('Evpfan')

Einführung

Beim Experimentieren mit dem Live-Audio-Stream der ITK-Versuchsanlage hat Margot T. etwas Interessantes entdeckt: Durch multiplikatives Mischen des Ausgangssignals der Anlage mit einem 50-Hz-Sinuston oder mit einer zweiten Aufnahme desselben Signals klingen die Stimmen zwar "roboterhaft", sie werden aber besser verständlich. Margot hat damit einige sehr interessante und bezugnehmende Aussagen erhalten.

Nachdem ich dann selbst einige Versuche mit dieser Methode unternommen habe, konnte ich dies bestätigen: Während ich in dem "Singsang" der Anlage sonst kaum etwas verstehe, konnte ich durch diese Nachbearbeitung in Audition mindestens 11 EVPs in einer 90-Sekunden-Sequenz ausmachen. Zwei dieser Aussagen handelten von einem "Bumerang" – ein Wort, das ich zuvor noch nie in einer Einspielung gehört habe, und hier gleich zweimal. Ich fragte Margot, ob das Wort "Bumerang" für sie irgend eine Bedeutung hat. Sie antwortete, daß ihr Hund Emily zwei Tage zuvor ihr Lieblingsspielzeug, einen lila Stoff-Bumerang, kaputtgemacht habe und sie ihr nun unbedingt einen neuen kaufen müsse. Es handelte sich also um eine eindeutige Bezugnahme der Stimme auf eine aktuelle Situation, von der ich nichts wissen konnte.

Hier die dazugehörigen Audio-Beispiele - jeweils in zwei Versionen: erst die durch den Ringmodulator behandelte Version, dann das unbehandelte Original:

Wie man hören kann, sind die Stimmen bereits in dem Original-Signal enthalten, jedoch treten sie in der Ringmodulator-Version für mein Empfinden deutlicher hervor.

Funktionsprinzip eines Ringmodulators

Ein Ringmodulator (auch Ringmischer genannt) mischt zwei Signale so, daß das Ausgangssignal dem Produkt beider Eingangssignale entspricht. Beträgt z.B. zu einem bestimmten Zeitpunkt die Amplitude des einen Signals 10 mV und die des anderen 30 mV, dann beträgt die Amplitude des Ausgangssignals 10 * 30 = 300 mV. Die Multiplikation der Amplituden beider Eingangssignale erfolgt fortlaufend. Das Ausgangssignal enthält dadurch die Summen- und die Differenzfrequenzen beider Eingangssignale. Werden z.B. zwei Sinustöne von 300 Hz und 500 Hz multiplikativ gemischt, dann enthält das Ausgangssignal die Summe beider Frequenzen (300 Hz + 500 Hz = 800 Hz) und die Differenz beider Frequenzen (500 Hz - 300 Hz = 200 Hz).

In der Funktechnik werden Ringmischer zur Unterdrückung des HF-Trägers bei der Amplitudenmodulation verwendet. Als Ergebnis erhält man die beiden Seitenbänder. Beispiel: Trägerfrequenz = 7.100.000 Hz, Audiofrequenz = 1000 Hz, unteres Seitenband = 7.100.000 Hz - 1000 Hz = 7.099.000 Hz, oberes Seitenband 7.100.000 Hz + 1000 Hz = 7.101.000 Hz. Diese Modulationsart nennt sich "Double Side Band"-Modulation (DSB). Durch anschließendes Herausfiltern eines der beiden Seitenbänder erhält man dann ein "Single Side Band"-Signal (SSB). Empfängerseitig kann das ursprüngliche Audiosignal dann durch Hinzumischen des fehlenden HF-Trägers und anschließende AM-Demodulation wieder hörbar gemacht werden.

In der Tontechnik finden Ringmischer vor allem als Effektgeräte zur Klangverfremdung Verwendung. Hierbei wird als Trägersignal ein Ton im Audiobereich (wenige Hz bis einige kHz) verwendet, die mit dem zu verfremdenden Audiosignal moduliert wird. Das Resultat ist ein metallisch bis roboterhaft klingendes Ursprungssignal.

Verwendung von Audio-Software zur multiplikativen Mischung

Bei den Experimenten in Cool Edit bzw. Audition wurde der aufgezeichnete Stream der Anlage auf zweierlei Weise bearbeitet:

1. Multiplikative Mischung mit einem Sinuston von 50 Hz

Hierbei wird die Aufnahme mit einem 50-Hz-Sinuston multiplikativ gemischt, oder anders ausgedrückt: Ein 50-Hz-Sinuston wird mit der Aufnahme moduliert.

Vorgehensweise in Audition 1.0:

  • Aufnahme öffnen
  • Alles markieren: Tastenkombination <Strg><A> oder Menü "Edit > Select Entire Wave"
  • In die Zwischenablage kopieren: Tastenkombination <Strg><C> oder Menü "Edit > Copy"
  • In neues Fenster einfügen: Tastenkombination <Strg><Shift><N> oder Menü "Edit > Paste To New"
  • 50-Hz-Sinuston erzeugen: Menü "Generate > Tones" + Button "OK"
Audition: Generate Tones
  • In die Zwischenablage kopieren: Tastenkombination <Strg><C> oder Menü "Edit > Copy"
  • Zum Fenster mit der Aufnahme zurückkehren: Tastenkombination <Strg><Tab> oder Menü "Window > (Fenstername)"
  • Modulieren: Tastenkombination <Strg><Shift><V> oder Menü "Edit > Mix Paste" + Button "OK"
Audition: Mix Paste

Vorgehensweise in Audacity 2.0.6:

Das Vorgehen in Audacity ist wesentlich einfacher, erfordert jedoch die vorherige Installation eines kleinen Plugins. Hierzu die Datei ringmodSB.ny herunterladen und ins Verzeichnis "Plug-Ins" im Installationsverzeichnis von Audacity kopieren, dann Audacity neu starten.

  • Aufnahme öffnen
  • Modulieren: Menü "Effect > Ringmodulator" + Button "OK"
Audacity: Ringmodulator

2. Modulation der Aufnahme mit sich selbst

Diese Vorgehensweise ist dieselbe wie zuvor, außer daß statt eines erzeugten Sinustons die zweite Hälfte der Aufnahme mit der ersten Hälfte moduliert wird.

Vorgehensweise in Audition 1.0

  • Aufnahme öffnen
  • Zweite Hälfte der Wellenform markieren
  • Ausschneiden: Tastenkombination <Strg><X> oder Menü "Edit > Cut"
  • Cursor an den Anfang der Wellenform setzen: Taste <Pos 1>
  • Modulieren: Tastenkombination <Strg><Shift><V> oder Menü "Edit > Mix Paste" + Button "OK"
  • Lautstärke Normalisieren: Menü "Effects > Amplitude > Normalize" + Button "OK"
Audition: Normalize

In Audacity ist diese Form der Bearbeitung leider nicht möglich.

Einsatz eines analogen Ringmodulators in der ITK-Versuchsanlage

Mit der Audio-Software ist nur eine nachträgliche Bearbeitung von Aufnahmen möglich. Bei einer Anwendung des Modulationseffekts in Echtzeit könnten eventuell auftretende EVPs vielleicht schon direkt während einer Einspielung verstanden werden, was einen Dialog ermöglichen würde. Hierzu wird entweder ein Computer mit entsprechender Echtzeit-Bearbeitungssoftware benötigt, oder ein Ringmischer als analoges Gerät. Ersteres wäre zu aufwendig, da hierzu ständig ein Computer laufen müßte und man auch erst eine entsprechende Software zur Echtzeit-Audiobearbeitung finden oder selbst erstellen müßte. Als analoges Gerät gibt es Ringmischer fertig zu kaufen, diese kosten allerdings oft dreistellige Beträge. Daher habe ich auf vorhandene Elektronik-Bauelemente zurückgegriffen und einen Ringmischer auf Basis des IC-Bausteins MC1496 probeweise auf einer Steckplatine aufgebaut.

Hierbei wird nur die relativ einfach zu bewerkstelligende multiplikative Mischung mit einem Sinuston angewendet:

Multiplikative Mischung mit einem 50-Hz-Sinuston

Die Mischung mit einem anderen Teil desselben Signals wäre viel aufwendiger, da hierfür das Signal laufend zwischengespeichert und zeitverzögert mit dem Live-Signal moduliert werden müßte:

Multiplikative Mischung mit einer zeitverzögerten Kopie desselben Signals

Diese zeitliche Verzögerung ließe sich wohl nur mit einem Computer bewerkstelligen, da eine Schaltung mit A/D- und D/A-Wandler und Speicher zu aufwendig wäre. Eventuell könnte man dazu den vorhandenen Raspberry Pi benutzen, der das Signal als Audio-Stream bereitstellt. Er bräuchte dann einen zweiten USB-Soundstick und ein noch zu erstellendes Programm, das vom Mic-Eingang dieses Sticks das Signal in einen entsprechend großen Puffer aufnimmt und es nach 30 Sekunden wieder über den Line-Ausgang desselben Sticks ausgibt. Da dies alles sehr zeitaufwendig wäre und ich mich dazu erst noch in Linux-Programmierung einarbeiten müßte, beschränke ich mich bei der Umsetzung vorerst auf die erste Methode mit dem Sinuston.

Umsetzung

Der Ringmodulator ist als letztes Glied hinter den DSP-Filter ("LINGUA V12 Sprachextraktor") eingefügt.

Hier die Schaltung:

Schaltung des Ringmischers

Mit dem Operationsverstärker IC1a wird ein in Frequenz und Amplitude einstellbarer Sinusgenerator (34 ... 1450 Hz) aufgebaut. Es handelt sich um einen "Wien-Robinson-Oszillator", der zur Stabilisierung der Ausgangsamplitude und zur Minimierung des Klirrfaktors einen Heißleiter (NTC) im oberen Teil des Spannungsteilers enthält. Üblicherweise wird hierzu eine kleine Glühlampe (Kaltleiter) im unteren Teil des Spannungsteilers verwendet, aber eine passende Glühlampe hatte ich gerade nicht vorrätig.

Kern der Schaltung ist das IC MC1496, ein Balance-Mischer oder auch "Gilbert-Zelle" genannt. Dieses IC ist heute scheinbar kaum noch erhältlich, eine Alternative wäre der Analog-Multiplizierer AD633, der zudem auch viel einfacher zu verwenden wäre, da er nicht so viele externe Widerstände und Kondensatoren benötigt wie der MC1496.

Die übrigen 3 Operationsverstärker dienen der Anpassung der verschiedenen Signalpegel.

Die experimentelle Umsetzung des Ringmischers erfolgte wie üblich zunächst auf einer Steckplatine:

Testaufbau des Ringmischers auf Steckplatine

Ob ich diese Schaltung später noch sauber auf einer Platine aufbauen und in ein schickes Kunststoffgehäuse einbauen werde, wird sich zeigen und hängt davon ab, ob sich diese Maßnahme in der Praxis bewährt. Zunächst einmal soll die Anlage einige Zeit mit diesem provisorischen Versuchsaufbau laufen und Einspielungen damit gemacht werden.