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DE2911487A1 - Fm-stereophonie-empfangs-schaltungsanordnung - Google Patents

Fm-stereophonie-empfangs-schaltungsanordnung

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DE2911487A1
DE2911487A1 DE19792911487 DE2911487A DE2911487A1 DE 2911487 A1 DE2911487 A1 DE 2911487A1 DE 19792911487 DE19792911487 DE 19792911487 DE 2911487 A DE2911487 A DE 2911487A DE 2911487 A1 DE2911487 A1 DE 2911487A1
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DE
Germany
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frequency
signal
shifted
tone
circuit arrangement
Prior art date
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DE19792911487
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Ray Milton Dolby
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Description

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT
Orthstraße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5
Telex 5212744 · Telegramme interpatent
V-
D26 P4 D
Ray Milton Dolby 50 Wal nut Street San Francisco, CaI., USA
FM-Stereophonie-Empfangs-Schaltungsanordnung
Prioritäten: 27. März 1978 - USA - Ser.No. 890 498 12. März 1979 - USA -
Zusammenfassung
Es wird ein System für Töne innerhalb des Hörfrequenzbereiches unter der Hörbarkeitsschwelle beschrieben, mit dem FM-Stereophonie-Rundfunksendungen identifiziert werden können, die speziell kodiert sind, beispielsweise mit einer Kodierung zur Verbesserung der Dynamik oder einer Kodierung für die Quadrophonie. Ein Pilotton konstanter Frequenz wird auf einem niedrigen Pegel (beispielsweise bei -70 dB) zum
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Sendesignal addiert bei oder nahe der oberen Frequenzgrenze des Herbereichs (15 kHz). Der Hörfrequenzbereich wird nicht gekerbt oder in anderer Weise geändert, um den Ton zu berücksichtigen. FM-Stereophonie-Empfanger detektieren den Pilotton dadurch, daß der empfangene Ton mit einem stabilen Mischsignal bei 15,2 kHz überlagert wird, das vom 19 kHz-FM-Stereo-Pilotton abgeleitet wird. Der verschobene Frequenzton wird einem Niederfrequenz-Schmalbanddetektor zugeführt, der eine Sichtanzeige steuern kann und eine entsprechende Signaldekodierschaltung einschalten kann, wenn der Ton detektiert wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft den Hörrundfunk und insbesondere ein System zur Identifizierung einer FM-Stereophonie-Sendung, die speziell kodiert ist.
Seit einigen Jahren sieht eine wachsende Anzahl von FM-Stereophonie-Rundfunksendestationen in den USA und anderen Ländern eine Kodiertechnik in ihren Sendungen vor, die kommerziell als Dolby FM-Kodierung bezeichnet wird. Gleichzeitig wird eine wachsende Anzahl von FM-Stereophonieempfängern mit dem komplementären Dolby-Dekoder ausgerüstet. Ein Problem für Benutzer solcher Empfänger liegt darin, daß es keine positive Möglichkeit gibt, festzustellen, ob eine bestimmte Station tatsächlich das speziell kodierte Signal sendet. Gewöhnlich verläßt sich der Benutzer auf eine Liste der Stationen, von denen bekannt ist, daß sie die speziell kodierten Signale senden und schaltet entsprechend den Dekoder ein, wobei er sich auf den Glauben verläßt, daß die Liste genau und auf dem neuesten Stand ist.
Es ist deshalb ein System sehr erwünscht, mit dem speziell kodierte Rundfunksendungen identifiziert werden können, so daß der Benutzer leicht solche Sendungen erkennen kann und den Dekoder einschalten kann oder daß der Empfänger automatisch den Dekoder einschalten kann, während er einen Empfang einer solchen Sendung anzeigt, beispielsweise mit einer Lampe.
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Ein solches System sollte vorzugsweise in die Parameter einer üblichen FM-Stereophonie-Sendung passen, um die Implementierung zu vereinfachen. Das hörbare Signal darf in keiner Weise beeinträchtigt werden, beispielsweise durch Kerben im Spektrum. Das System muß auch billig zu verwirklichen sein und eine hohe Betriebszuverlässigkeit haben. Vorzugsweise sollte das System mehr als einen getrennt identifizierbaren Modus ermöglichen, so daß andere kodierte Funktionen (beispielsweise Quadrophonie) gesteuert werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Identifizierungston verwendet, der innerhalb des Hörfrequenzbereichs gesendet wird, jedoch auf einem ausreichend niedrigen Pegel, so daß der Ton unter dem erlaubten gemessenen Geräuschpegel des Sendesignals liegt und, in jedem Falle, unter der Hörbarkeitsschwelle. Eine hoch im Hörfrequenzbereich liegende Frequenz (d.h. bei etwa 15 kHz) wird gewählt, so daß bei der Aussendung von normalem Hörmaterial eine relativ kleine Menge Signalenergie sich in einer schmalen Bandbreite findet, die auf diese Frequenz zentriert ist. Eine hohe Frequenz minimiert weiterhin die Möglichkeit, daß der Ton gehört wird, da das menschliche Ohr bei sehr hohen Frequenzen relativ schwach anspricht.
Es ist wichtig, daß das Detektorsystem im Empfänger ausreichend selektiv ist, so daß das Programmaterial bei der Frequenz des Pilottons nicht gekerbt zu werden braucht, so daß eine Verschlechterung des Programms vermieden wird. Damit der Pilotton direkt bei einer hohen Frequenz detektiert werden kann, würde normalerweise ein komplizierter und aufwendiger Schmalbanddetektor benötigt. Bisher wurde eine solche Möglichkeit nicht als praktikabel oder wirtschaftlich durchführbar angesehen. Zweck der Erfindung ist es deshalb, ein solches Ergebnis in praktischen Empfängern einfach und billig zu erreichen. Das geschieht dadurch, daß die verläßliche Frequenzstabilität des 19 kHz-Stereophonie-Pilotsignals dazu verwendet wird,
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ein Mischsignal abzuleiten, das dazu verwendet wird, den Teil des Hörbereichs, der den Identifizierungston enthält, durch überlagerung in einen niedrigen Frequenzbereich zu transponieren, wo eine Phasenverrastungsschleife oder ein anderer ähnlicher Detektor mit einer sehr schmalen effektiven Bandbreite verwendet werden kann.
Die Frequenzbeziehungen werden so gewählt, daß ein Mischsignal verwendet werden kann, das leicht vom 19 kHz-Stereophonie-Pilotton abgeleitet werden kann. Insbesondere wird die Tatsache ausgenutzt, daß ein 76 kHz-Ton, der vom 19 kHz-Pilot abgeleitet wird, in Stereodekodern mit Phasenverrastungsschleife verfügbar ist. Wenn dieser Ton einfach durch fünf geteilt wird, ist erfreulicherweise das Resultat die sehr passende Frequenz von 15,2 kHz, die sich an der oberen Kante des Durchlaßbandes des scharfen 15 kHz-Tiefpaßfilters befindet, die üblicherweise in FM-Tonketten verwendet wird. Wenn also beispielsweise der Identifizierungston auf 15,0 kHz eingestellt wird, beträgt die Schwebungsfrequenz 200 Hz, d. h. eine 75-fache Frequenzherabsetzung. Ein praktischer Fangbereich für eine Phasenverrastungsschleife beträgt einige Prozent. Wenn also eine Phasenverrastungsschleife für 200 Hz - 10 % eingestellt wird, beträgt das effektive Detektorband des Systems 15 kHz - 20 Hz ( und 15,4 kHz - 20 Hz). In ähnlicher Weise können Identifizierungstöne auf beispielsweise 15,1 kHz, 14,9 kHz usw. gelegt werden; diese Töne können auch auf Frequenzen über 15,2 kHz gelegt werden, beispielsweise 15,3 oder 15,4 kHz.
Frequenzen sehr nahe an 15,2 kHz können ebenfalls verwendet werden. Eine Frequenz von 15,16 kHz würde einen 40 Hz-Ton ergeben, so daß sich ein Detektorband von - 4 Hz ergibt, eine Selektivitätsverbesserung entsprechend dem 375-fachen der einer direkt wirkenden Phasenverrastungsschleife.Eine Frequenz von 40 Hz würde eine adäquat schnellere Ansprechzeit ergeben und doch nicht Störungen durch Netzfrequenzen von 50 Hz und 60 Hz unterworfen sein. Andere ähnlich vorteilhafte Frequenzen können ebenfalls gefunden werden.
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Der Pegel des Tons wird so gewählt, daß er sich unter der Hörschwelle befindet, jedoch hoch genug, um den Aufwand für die Wiedergewinnung herabzusetzen. Ein Pegel von etwa 70 dB unter 100 ί Modulation (bezogen auf 400 Hz) erfüllt diese Forderung.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird wahlweise eine Amplitudenmodulation vorgesehen, so daß eine niedrige Amplitude, beispielsweise -70 dB verwendet wird, wenn hochfrequente Signale fehlen; sind solche Signale vorhanden, wird der Pegel entsprechend einer Funktion des hochfrequenten Signalpegels erhöht, so daß er zum leichteren Detektieren so hoch wie möglich ist, jedoch vollständig vom Signal maskiert wird. Im Falle von Dolby FM-Kodierung bilden die Gleichstromsteuersignale der beiden Dolby-B-Schaltungen eine geeignete Kontrolle für ein solches Modulationssystem. Die beiden Steuersignale können summiert werden, oder eine Schaltung zur Auswahl des höheren der beiden kann verwendet werden.
Diese und weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild des Sendeteils eines Systems nach der Erfindung; und
Figur 2 ein Blockschaltbild des Empfangsteils eines Systems nach der Erfindung.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Sendeteil eines Systems, in dem die Erfindung verkörpert ist, wird das NF-Spektrum (das Programmaterial) einem Kodierer 2 zugeführt, bei dem es sich um einen Typ handeln kann, der kommerziell als DoIby-FM-Kodierer erhältlich ist. Das kodierte Grundband-(L + R)-NF-Spektrum wird abgeleitet und in einem Matrix-Kombinierer 4 mit einem Identifizierungston summiert, bei dem es sich um einen hochfrequenten Ton im Hörbereich mit niedriger Amplitude handelt, der von einem Tongenerator 6 erzeugt wird. Das Signal, das
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0RIG,KSAL. INSPECTED
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den 38 kHz-Multi pi ex-Hilfsträger (L - R) moduliert, kann wahlweise an Stelle des Grundbandes verwendet werden; in diesem Falle kann eine Kerbe wahlweise in das L - R-Signal bei der Identifizierungstonfrequenz gesetzt werden, um die Signalwiedergewinnung zu erleichtern. Das hat den Effekt, daß irgendwelche Signale im Bereich des Identifizierungstones auf Monophonie reduziert werden, was von der Hörbarkeit her zulässig sein kann. Der Generator 6 ist kristall gesteuert oder in anderer Weise stabilisiert, so daß der Pilotton eine Frequenzstabilität des 19 kHz-Stereophonie-Pilotsignals hat. Falls notwendig, können ein oder mehrere ähnliche Identifizierungstöne für andere Funktionen vom Generator 7 zur Verfugung gestellt werden.
Um ein Detektieren im Empfänger zu erleichtern, erhöht ein wahlweise vorzusehender Amplitudenmodulator 5, der von einem Steuersignal 3 betätigt wird, den Pegel des Identifizierungstons, sobald hochfrequente Komponenten auf hohem Pegel im Programmaterial enthalten sind. Das Steuersignal kann durch eine entsprechende Filter- und Gleichrichter-Schaltung erzeugt werden, oder es kann vom Steuersignal der Dolby-FM-Kodiereinheit 2 abgeleitet werden.
Das Programmaterial und der im Band liegende Ton werden dann einem konventionellen Stereophonie-FM-Modulator 6 und einem konventionellen Sender 8 zur Aussendung von einer Antenne 10 zugeführt.
Die Amplitude des Tongenerators 6 wird so eingestellt, daß ein Ton in der Größenordnung von 70 dB unter dem Pegel von 100 % Modulation bei niedrigen Frequenzen erhalten wird. Die Tonfrequenz wird bei oder nahe der oberen Frequenzgrenze von etwa 15 kHz gewählt. Eine Frequenz, die deutlich größer ist, ist zwar technisch möglich, ihre Verwendung würde jedoch durch das Vorhandensein der scharfen 15 kHz-Tiefpaßfilter kompliziert, die im Stereophonie-FM-Modulator 6 oder in anderen Schaltungen oder Sendesystemen zwischen dem Matrixkombi nierer 4 und dem Sender 8 verwendet werden. Die Tonfrequenzwahl beeinflußt auch die Fähigkeit, ein leicht ableitbares Mischsignal im Empfänger zu verwenden,
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um den Pilotton durch überlagerung auf eine Frequenz zu transponieren, die leicht mit einem einfachen Detektor aufgenommen wird.
In Figur 2 ist der Empfangsteil eines die Erfindung verkörpernden Systems in Verbindung mit einem FM-Stereophonie-Tuner oder -Empfänger dargestellt.
Ein empfangenes FM-Stereosignal von einer Antenne 12 wird konventionellen HF- und ZF-Einrichtungen 14 zugeführt, um den Signal typ zu erhalten, der von einem konventionellen FM-Demodulator 16 gefordert wird, der am Ausgang die modulierte 38 kHz-Information (L-R), das Grundband- (L + R)-Programmaterial, und den 19 kHz-Stereophonie-Pilotton liefert. Der Dekoder 18 ist vorzugsweise ein Dekoder vom Phasenverrastungstyp, wie er üblicherweise in derzeitigen FM-Stereophonie-Empfängern verwendet wird. Solche Dekodierer multiplizieren den 19 kHz-Pilotton mit 4, um zwei Phasen des Pilottons zu erzeugen. Dieses 76 kHz-Signal, das im Dekoder 18 bereits vorhanden ist, wird einem Teiler 22 zugeführt, der in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform durch fünf teilt, um ein stabiles Signal von 15,2 kHz für einen Mischer (Vervielfacher) 24 zu erhalten. Wenn im Dekoder 18 kein 76 kHz-Signal vorhanden ist, das vom 19 kHz-Stereopiloten abgeleitet ist, kann ein geeigneter Vervielfacher für diesen Zweck vorgesehen sein.
Die Signalausgänge vom Stereodekoder werden durch Tiefpaß-Multipi exFilter 19 geschickt, um Störkomponenten abzuweisen. Der Identifizierungston wird vorzugsweise an diesem Punkt dadurch abgezapft, daß die L- und R-Programmsignale von Filtern 19 verarbeitet werden. Die Multiplexfilter werden also ausgenutzt, um störende Kreuzmodulationsprodukte zu reduzieren, die im Mischer 24 erzeugt werden. Die Signale werden in einem Kombinierer 21 dadurch kombiniert, daß additiv kombiniert wird, wenn der Sender den Ton an das L + R-Grundbandsignal anlegte,oder dadurch, daß substraktiv kombiniert wird, wenn der Sender den Ton an das L - R-Hilfsträgersignal anlegte
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Der Filter 20 nimmt den Ausgang vom Kombinierer 21 auf und filtert wenigstens alle tiefen Frequenzen (beispielsweise unter 500 Hz) aus. In der Praxis kann es sich um einen Bandpassfilter handeln, der auf die transponierte Identifizierungstonfrequenz zentriert ist. Wenn das Filterausgangssignal beispielsweise eine Schwebung mit einem 15 kHz-Identifizierungston ist, ergibt sich als transponierte Differenz 200 Hz. .--·■■_
Der' Mischer 24 wird so betrieben, daß die Differenz der angelegten Signale erzeugt wird, damit steht am Ausgang der gefilterte demodulierte Ausgang des Demodulators 16, transponiert durch das 15,2 kHz-Mischsignal vom Teiler 22, d.h. 200 Hz. Das Fiter 25 ist ein Bandpassfilter, das so ausgelegt ist, daß alle unerwünschten Modulationsprodukte vom Mischerausgang gedämpft werden.
Der Tondetektor 26, der dieses Signal aufnimmt, hat einen Annahmebereich in der Größenordnung von ί 10 % oder 20 Hz bei der Tonfrequenz von 200 Hz. Ein solcher Annahmebereich wird in einfachen und billigen Phasenverrastungsschleifen erreicht, in denen Bauelemente gewöhnlicher Toleranzen verwendet werden. Ein solcher Detektor mit einem Annahmebereich von t 20 Hz kann bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 200 Hz leicht.verwirklicht werden, ein Detektor mit einem solchen Annahmebereich bei der ursprünglichen Frequenz von 15 kHz des Pilottones würde wirtschaftlich nicht verwirklichbar sein.
Wenn der Detektor 26 das Vorhandensein eines Tons von im wesentlichen 200 Hz für eine ausreichende Zeitspanne festgestellt hat, damit die Phasenverrastungsschleife verrastet, wird ein Anzeigesignal für eine Anzeige 28 gebildet, bei der es sich beispielsweise um eine Anzeigelampe am Empfänger handeln kann,und für einen Dekodierer 30, der die Dekodiererschaltung einschaltet, um die Programmsignale vom Stereodekoder 18 zu dekodieren. Bei einem System, in dem Dolby-FM-Kodierung
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verwendet wird, ist der Dekodierer 30 ein komplementärer Dolby-Dekoder Type B und eine Einrichtung 23 zur Änderung der Nachentzerrungs-Zeitkonstante von 75 MikroSekunden (oder 50 MikroSekunden) auf 25 Mikrosekunden. Stattdessen kann der Dekodierer 30 manuell vom Benutzer geschaltet werden, wenn dieser die Anzeige 28 sieht. Der Detektor enthält vorzugsweise einen Integrator, der im Betrieb linear oder nichtlinear sein kann, so daß ein falsches Triggern vermieden wird. Auch eine kurze Interferenz mit dem Ton durch momentane Spitzen von kohärenten Signalen, die sich auf der Identifizierungstonfrequenz befinden können, sollte das Anzeigesignal nicht auslöschen. Eine Verkettung der Betriebsweise der Tonindikatorschaltung mit dem Betrieb des Stereoindikatorlichtes trägt dazu bei, falsche Anzeigen zu unterdrücken, insbesondere bei der Sendersuche.
Das beschriebene System ist auch bei anderen Arten von speziell kodierten FM-Stereophonie-Sendungen anwendbar. Beispielsweise können andere Identifizierungstonfrequenzen, beispielsweise 14,9 kHz, die vom Detektor 27 detektiert werden, dazu verwendet werden, die Sendung von Quadrophonie-kodierten Signalen anzuzeigen.
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Claims (12)

2Sl 1487 D26 P4 D Patentansprüche
1. FM-Stereophonie-Empfangs-Schaltungsanordnung mit einer Einrichtung zum Demodulieren und Dekodieren eines FM-Stereophonie-Sendesignals, mit der hörbare Signale und ein FM-Stereophonie-Pilotsignal gebildet werden, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Anzeige des Empfangs eines speziell kodierten FM-Stereophonie-Sendesignals mit einem Identifizierungston innerhalb des hörbaren Signals zur Identifizierung des Vorhandenseins einer speziellen Kodierung, wobei dieser Ton eine Amplitude unterhalb der Hörbarkeitsschwelle bei einer hohen Frequenz bei oder nahe der oberen Frequenzgrenze der hörbaren Signale hat, und wobei diese Schaltung eine Einrichtung zum Empfang der hörbaren Signale und des Stereophonie-Pilotsignals zur Erzeugung eines Signals aufweist, das ein frequenzverschobenes Hörbereichsspektrum hat, das den Identifizierungston enthält, der auf eine niedrige Frequenz gleich einer Frequenz nahe der unteren Frequenzgrenze der hörbaren Signale verschoben ist, und Einrichtungen zum Detektieren des frequenzverschobenen Identifizierungstons zur Erzeugung eines Identifizierungssignals für die spezielle Kodierung.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Erzeugung eines frequenzverschobenen Hörbereichsspektrums eine Einrichtung zur Verarbeitung der Hörbereichssignale aufweist, um ein Signal mit einem Spektrum zu erzeugen, das den Identifizierungston bei der hohen Frequenz enthält, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Mischsignals aufgrund des Stereo-Pilotsignals, wobei die Frequenz des Mischsignals so ausgewählt ist, daß eine Differenzfrequenz gleich der gewünschten Frequenz des frequenzverschobenen Identifizierungstons gebildet wird, wenn die Differenzfrequenz des Mischsignals und des hochfrequenten Identifizierungstons erzeugt wird,
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und eine Einrichtung zur Erzeugung der Differenzfrequenz der verarbeiteten Hörbereichssignale und des Mischsignals.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, mit der die Hörbereichssignale linear zu einem kombinierten Signal kombiniert werden, und Einrichtungen zur Filterung des kombinierten Signals, so daß der hochfrequente Identifizierungston praktisch ungedämpft hindurchläuft und wenigstens die Frequenzen unterdrückt werden, die im wesentlichen gleich der Frequenz des frequenzverschobenen Identifizierungstons sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Detektieren des frequenzverschobenen Identifizierungstons nur auf Frequenzen innerhalb etwa t 10 % der Frequenz des frequenzverschobenen Identifizierungstons ansprechen.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Detektieren des frequenzverschobenen Identifizierungstons eine Phasenverrastungsschleife mit einer Mittenfrequenz gleich der Frequenz des frequenzverschobenen Identifizierungstons ist, um ein Verrastungssignal als Antwort auf den frequenzverschobenen Identifizierungston zu erzeugen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Detektieren des frequenzverschobenen Identifizierungstons Einrichtungen zur Erzeugung des Spezialkodierung-Identifizierungssignals als Antwort auf das Verrastungsignal aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Detektieren des frequenzverschobenen Identifizierungstons zur Erzeugung eines Spezialkodierung-Identifizierungssignals eine Sichtanzeige am Empfänger aufweist, um den Empfang des hochfrequenten Identifizierungstons anzuzeigen.
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ORIGiNAL INSPECTED
231 U87 - 3
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Spezialkodierung-Identifizierungssignals eine visuelle Anzeige am Empfänger aufweist, um den Empfang des hochfrequenten Identifizierungstons anzuzeigen.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Identifizierungstons im Bereich von 12 kHz bis 18 kHz liegt.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des frequenzverschobenen Identifizierungstons im Bereich von 10 Hz bis 3 kHz liegt.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Mischsignals das Ergebnis einer Multiplikation und Division des Stereophonie-Pilotsignals mit bzw. durch ganze Zahlen ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Mischsignal eine Frequenz von 15,2 kHz hat.
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DE19792911487 1978-03-27 1979-03-23 Fm-stereophonie-empfangs-schaltungsanordnung Ceased DE2911487A1 (de)

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