DE2919280A1 - Schaltung zur wahlweisen automatischen dynamik-kompression oder -expansion - Google Patents
Schaltung zur wahlweisen automatischen dynamik-kompression oder -expansionInfo
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- Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
- Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1
6000 Frankfurt/Main 70
Hannover, den 08.05.1979 K9E2-Kör/gn
Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression
oder -Expansion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kompander werden ζar Störabstandsverbesserung bei der
Signalübertragung auf Strecken sowie bei der Signalspeicherung eingesetzt. Die Arbeitsweise besteht darin,
schwache Signale vor der Übertragung oder Speicherung in ihrem Pegel anzuheben und nach der Übertragung oder
Wiedergabe abzusenken. Dabei werden die auf dem übertragungsweg e hinzukommenden Störsignale mit abgesenkt.
Außerdem können Sbörsignale durch ITutzsignale mehr oder weniger verdeckt werden. Der Verdeckungseffekt ist eine
physiologische Erscheinung tind hängt davon ab, wieweit
das Nutzsignal und das Btörsignal in der Frequenz voneinander
abweichen. Es ist deshalb zweckmäßig, das Niederfrequenzspektrum in mehrere frequenzselektive Kanäle
aufzuteilen und das Übertragungsmaß in diesen Kanälen nur in Abhängigkeit von den darin auftretenden Nutssignalen·
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zu regeln. Ein für professionelle Zwecke ausreichender
Verdeckungseffekt läßt sich mit vier frequenzselektiven Kanälen erzielen. Für semiprofessionelle - und Konsumzwecke
ist ein geringerer Aufwand erwünscht. Ausgehend von der Überlegung, daß der Aufwand und damit die Kosten
etwa proportional der Anzahl der Kanäle sind, ist für semiprofessionelle Zwecke die Beschrankung auf zwei
Kanäle sinnvoll.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solcher Kompander, der
nach den Grundsätzen eines Vierkanal-Kompander - mit Ausnahme der anderen Übergangsfrequenzen - konzipiert
wurde, bereits einen Rauscheffekt bei bestimmten extremen Signaldarbietungen zeigt, z.B. starke,spektralreine
Signale .im Grundtonbereich. Wenn es nur darauf ankäme, diese Signale rauschfrei zu behandeln, könnte die Übergangsfrequenz der beiden Kompanderkanäle herabgesetzt werden.
Dies führt aber zu einem ungünstigen Rauschverhalten im Diskantbereich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Aufteilung des Übertragungsbereichs in zwei Frequenzbereiche
mit subjektiv etwa gleicher Rauschleistung, die Stör- und Rauschbefreiung tieffrequenter Signale zu
verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen
Merkmale gelöst, oder bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 2
durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
3 und 4 angegeben.JBei der erfindungsgemäßen
Lösung spielen folgende Überlegungen eine Rolle: Die auf ^
Frequenzinterval entfallende Rauschleistung· nimmt mit
zunehmender Frequenz zu. Die Amplitudenstatistik üblicher
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Audiosignale zeigt im mittleren und hohen Frequenzbereich einen niedrigeren Amplitudenverlauf als im unteren
Frequenzbereich. Es wurde herausgefunden, daß auch bereits im niederfrequenten Kompanderkanal die höherfrequenten
Signalanteile schwächer vertreten sind als die niederfrequenten. Aus diesen Überlegungen wurde gefolgert,
daß eine höhere Rauschunterdrückung erzielbar ist, wenn die Signalkompandierung im oberen Frequenzbereich des
niederfrequenten Kanals bereits bei kleineren Signalamplituden.erfolgt
als im unteren Frequenzbereich. Eine Zunahme des öauschpunipens im unteren Frequenzbereich
durch diese Maßnahme ist wegen der schwächeren höher-frequenten oignalanteile praktisch nicht zu erwarten.
Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung
des Frequenzspektrums in zwei Kanäle. Dem Kompander v/erden die Eingangssignale über eine Eingangsklemme
1 zugeführt und über einen Kondensator 2 an den nichtinvertierenden
Eingang 5 eines Di.l"ferenzverstärkers 4- angelegt.
Zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 5 und
Masse ist ein Widerstand 3 angeordnet, der zur Festlegung eines bestimmten Eingangswiderstandes dient. Von
dem Ausgang 7 des DifferenzVerstärkers 4 ist ein Gegenkopplungsweg
zu dem invertierenden Eingang 6 geführt. Bei der Betriebsart "Kompression" verläuft der Gegenkopplungsweg für das obere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung
16 und für das untere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 22 zu einer Vereinigungsschaltung 38· Die Vereinigungsschaltung 38 ist als
nichfcinverbierender Summierverstärker ausgebildet. Der
weitere Gegenkopplungsweg verläuft von dem Ausgang der
Vereinigungsschalfcung über einen Kondensator 15,
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einen ersten Schalter 12, einen zweiten Schalter 10 und einen weiteren Kondensator 9 zu dem invertierenden
Eingang 6 des Differenzverstärkers 4. Durch den niederohmigen Ausgang der Vereinigungsschaltung 33
wird ein direkter Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4 über einen V/iderstand 8 für das Signal unterbrochen.
Dieser Weg dient nur noch zur Einstellung des Arbeitspunktes.
Der Signalweg verläuft vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers
4 über einen Kondensator 11 zu einer Ausgangsklemme 14. An dieser Ausgangsklemme sind bei der Betriebsart
"Kompression" die komprimierten Nutzsignale abgreifbar. In der Betriebsart "Expansion" wird der
Schalter 10 in die nicht eingezeichnete Stellung gelegt. . Der Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 4 verläuft
dann vom Ausgang 7 über den Widerstand 8 zum invertierenden
Eingang 6. Die bei der Betriebsart "Kompression" im Gegenkopplungsweg liegenden Schaltungselemente
sind bei "Expansion" im Signalweg angeordnet. Der Signalweg bei der Betriebsart "Expansion" verläuft
dann vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 über die
bereits erwähnten steuerbaren Filteranordnungen 16, 22 zu der VereinigungESchaltung 38. Vom Ausgang der Vereinigungsschaltung
verläuft der Signalweg weiter über den Kondensator I5 und den Schalter 12 zu einer Ausgangsklemme
Wird der Schalter 12 in die nicht eingezeichnete Stellung gebracht, so ist der Kompander unwirksam und die an der
Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale werden mit der konstanten Verstärkung 1 über den Differenzverstärker
4 und den Kondensator 11 an die Ausgangsklemmen 13 und
geführt.
Die Steuerung des Übertragungsmaßes bei jedem steuerbaren
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Filter erfolgt über jeweils einen der FiIteranordnungen
zugeordneten Zweigweg mit einem Steuerspannungserzeuger. Für den hochfrequenten Kanal ist ein Zweigweg 21 und für
den niederfrequenten Kanal ein Zweigweg 31 vorgesehen.
Die Zweigwege sind bis auf an ihren Eingängen und den Steuerspannungserzeugern liegende Bewertungsfilter sowie
die Zeitkonstanten in den zur Steuerspannungserzeugung dienenden Gleichrichtern im wesentlichen gleich aufgebaut. Der
Aufbau wird hier an dem Zweigweg für den niederfrequenten Kanal erläutert. Die bereits in der Dynamik verminderten
Signale werden über das Bewertungsfilter 32 und ein
Trimmpotentiometer 33 dem Eingang eines steuerbaren Verstärkers 34- zugeführt. Dieser Verstärker ist wie auch das
entsprechende steuerbare Filter 22 durch einen steuerbaren Widerstand 35 in der Verstärkung steuerbar. Die
Verstärkung wird dabei so gesteuert, daß die an der Eingangsklemme
1 angelegten Signale am Eingang des Zweigweges 31 im stationären Zustand auf den halben Dynamikwert und hinter dem Verstärker 3^ auf "den Dynamikwert
Null reduziert werden. Die Ausgangssignale des Verstärkers 34- werden über ein Bewertungsfilter 36 einem Steuerspannungserzeuger
37 zugeführt.
Der SteuerSpannungserzeuger 37 ist mit den Steuereingängen
des steuerbaren Widerstandes 35 und einem im steuerbaren Filter 22 angeordneten steuerbaren Widerstand 30 verbunden
und steuert die Widerstände im Sinne einer Widerstandsverminderung
bei zunehmender Nufczsignalamplitude. Die zwei steuerbaren Filteranordnungen unterteilen das
Frequenzspektrum in zwei Frequenzbänder. Die Frequenzcharakteristik ist vorzugsweise so bemessen, daß sich die
Frequenzgänge benachbarter Kanäle bei -3 dB schneiden.
Der Kanal für das hochfrequente Band 16 enthält einen Hochpaß aus einem Kondensator 17 sov/ie der Reihenschaltung
eines Widerstandes 18 und 20. Von dem gemeinsamen Ver-
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bindungspunkt der Widerstände 18 und 20 wird das Signal einerseits für -den Zweigweg 21 abgegriffen, andererseits
wird das oignal direkt einem als Stellglied dienenden steuerbaren Widerstand 19 zugeführt. Der
steuerbare Widerstand 19 ist an seinem anderen Ende mit
dem Eingang der Vereinigungsschaltung 38 verbunden. Der
für die Pegelanpassung des dem Stellglied zugeführten Signals verwendete Spannungsteiler aus den Widerständen
18 und 20 wird mit in das frequenzbestimmende Hochpaßfilter
einbezogen.
Der niederfrequente Kanal enthält zur Kanaltrennung ein dem
Hochpaßfilter 17, 18, 20 entsprechendes Tiefpaßfilter aus
einem Widerstand 24 und einem Kondensator 23. Mit dem Tiefpaßfilter
ist ein als Trennverstärker dienender Spannungsjfolger
25 verbunden. Vom Ausgang des Trennverstärkers 25 wird
einerseits das Signal für den Zweigweg 31 abgegrifen, andererseits
wird das Signal einen ebenfalls als Tiefpaß ausgebildeten Netzwerk mit Widerständen 26 und 28 sowie
einem Kondensator 27 zugeführt. Dieses Netzwerk besitzt eine niedrigere andere Grenzfrequenz als das Filter 23,
24· und dient zur Höhenanhebung bei der Betriebsart "Kompression"
und Höhenabsenkung bei der Betriebsart "Expansion". Die bei "Kompression" erforderliche komplementäre
Frequenzcharakteristik kommt dadurch zustande, daß das Netzwerk bei "Kompression" im Gegenkopplungsweg des
Verstärkers 4- liegt. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 26 mit dem Kondensator 27 ist über einen Impedanzwandler
29 und ein Dämpfungsglied 39, 40 zur Pegelanpassung entsprechend
dem Dämpfungsglied 18, 20 i-m hochfrequenten
Kanal mit dem einen Anschluß eines steuerbaren Widerstandes 30 verbunden. Der andere Anschluß des steuerbaren
Widerstandes 50 ist mit der Vereinigungsschaltung 38 verbunden.
Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichtinvertierender
Summierverstärker ausgebildet, um die von den steuerbaren Filtern verursachte Dämpfung wieder auszu-
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gleichen.
Da's Bewertungsfilter 36 besitzt die gleiche Frequenzcharakter
Is eile wie das im Gegenkopplungsbetrieb arbeitende
Netzwerk 26, 27, 28.- Dadurch wird eine gleiche Frequenzcharakteristik für die geregelten Kettenverstärker
4 (beim niederfrequenten Kanal) und 34 erzielt.
Dies ist im Interesse eines geraden und parallelen Verlaufs der frequenzabhängigen Kennlinien-Scharen
im Kompressions-Expansions-Diagramm. Es ist nicht erforderlich,
daß das Filter 36 unmittelbar von dem Gleichrichter 37 liegt; es kann auch vor dem Verstärker
34 angeordnet sein oder mit dem'die Kanaltrennung bewirkenden
Filter 32 gemeinsam ausgebildet sein.
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Claims (1)
- -/- H 79/36Patentansprüche1. Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums auf mehrere frequenzselektive Kanäle, die Stellglieder zur Steuerung des Übertragungsinaßes enthalten, und einer Vereinigungsschaltung für die Ausgänge der Kanäle, dadurch gekennzeichnet, daß der niederfrequente Kanal (22) in der Betriebsart "Kompression" ein Höhenanhebungsnetzwerk (Pre-Emphase) und in der Betriebsart "Expansion" ein Höhenabsenkungsnetzwerk ( 26, 27» 28 De-Emphase) enthält.2. Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums auf mehrere frequenzse3ektive Kanäle, die Stellglieder zur Steuerung des Übertragungsmaßes enthalten, einer Vereinigungsschaltung für die Ausgänge der Kanäle und einem Steuerspannungserzeuger mit einer Reihenschaltung aus einem steuerbaren Verstärker und einer Gleichrichterschaltung zur Speisung der Stellglieder, dadurch gekennzeichnet, daß der niederfrequente Kanal (22) in der Betriebsart "Kompression" ein Hönenanhebungsnetzwerk "Pre-Emphase) und in der Betriebsart "Expansion" ein Höhenabsenkungsnetzwerk (26, 27, 28 De-Eraphase) enthält und daß ein gleichartiges Höhenanhebungsnetzwerk (36) als Bev/ertungsfilter vor der Gleichrichterschaltung (37) angeordnet ist.5. Schaltung nach Anspruch 1 odei* 2, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Betriebsarten dasselbe Netzwerk (26, 27, 28) zur Höhenanhebung bzw.- Absenkung dient, dieses bei "Kompression" im Gegenkopplungsweg zwischen einem Ausgang (7) und einem invertierenden Eingang (6)030047/0301- 2 - H 79/36eines Differenzverstärkers (4·) angeordnet ist und bei "Expansion" im Signalweg in Serie mit dem Differenzverstärker (4·) angeordnet ist.Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in beiden Betriebsarten dasselbe Hoch.pa3n.etzwerk zur Höhenanhebung bzw. -absenkung dient, dieses bei "Expansion" in Gegenkopplungsweg zwischen einem Ausgang (7) und einem invertierenden Eingang (G) eines Differenzverstärkers (4-) angeordnet ist und bei "Kompression" im Signalweg in Serie mit dem Differenzverstärker (4-) angeordnet ist.030047/0301
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