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Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung Bei der Sprachübertragung,
insbesondere über Fernsprechverbindungen, ist die Lautstärke des ankommenden Gespräches
infolge der unterschiedlichen Dämpfung der verwendeten Leitungen oder drahtlosen
Übertragungsstrecken häufig starken Schwankungen unterworfen. Die Lautstärke ist
auch je nach der Sprachlautstärke der Teilnehmer verschieden. Ebenso finden häufig
während des Gespräches ein und desselben Teilnehmers Schwankungen durch verschieden
lautes Sprechen statt. Für viele Zwecke ist jedoch eine durchschnittlich immer gleichbleibende
Lautstärke erforderlich, um Übersteuerungen von Verstärkern, Sendern, Aufzeichnungsgeräten
od. dgl. zu vermeiden. Auch eine zu geringe Lautstärke muß mit Rücksicht auf den
Störpegel vermieden werden. Geräte zur Erzielung einer möglichst gleichbleibenden
Lautstärke sind als sogenannte Amphtudenregler bekanntgeworden.
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Die Amplitudenregler dürfen die Dynamik der Sprache, d. h. normale
Lautstärkeunterschiede, wie sie innerhalb einzelner Worte oder Silben vorkommen,
nicht beeinflussen. Es soll lediglich das durchschnittliche Sprachvolumen auf einen
konstanten Wert eingeregelt werden.
Die bekannten Schaltungen sind
jedoch nicht in der Lage, die an einen Amplitudenregler zu stellenden Anforderungen
zu erfüllen. Dies soll an Hand der Fig. i bis 3 im folgenden näher erläutert werden.
Von Fig. i seien zunächst nur die Schaltelemente i, 2, 3, 4 und 8 in Betracht gezogen,
die eine bekannte Schaltung zur Amplitudenregelung darstellen. Zwischen dem Eingang
E und dem Ausgang A der Regelschaltung sind das Regelglied i und der Verstärker
2 eingeschaltet. Das Regelglied i kann durch einen gesteuerten Regelverstärker oder
durch ein gesteuertes Dämpfungsglied, beispielsweise einen Gleichrichter, gebildet
werden. Die Schaltelemente zur Erzeugung der Steuerspannung sind vor dem Regelglied
abgezweigt, so daß es sich bei dem dargestellten Beispiel um einen sogenannten Vorwärtsregler
handelt. Die nachfolgend angestellten Überlegungen treffen jedoch auch auf die bekannten
Rückwärtsregler zu.
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In Fig. 2 ist die Kennlinie des gesteuerten Regelgliedes i dargestellt,
und zwar ist die Ausgangsspannung U2 des Gliedes in Abhängigkeit von der Eingangsspannung
U1 aufgetragen. Innerhalb eines gewissen Bereiches bleibt also die mittlere Ausgangsspannung
unabhängig von der Größe der Eingangsspannung. Die vor dem Eingang des Regelgliedes
abgezweigte Spannung wird in dem Verstärker 3 verstärkt und im Gleichrichter 4 gleichgerichtet.
Die gleichgerichtete Spannung steuert über den Verstärkergleichrichter 8 das Regelglied.
Das Glied 4 hat eine mittlereAnsprechzeit, d. h. von etwa 2 Sekunden, und eine lange
Nachwirkezeit, d. h. von etwa 2o Sekunden.
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Es sei angenommen, daß an die Schaltung eine Eingangsspannung Up,
angelegt wird, deren Verlauf in Fig. 3 a in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt
ist. Die Ausgangsspannung erhält dann den in Fig. 3 b dargestellten Verlauf. Infolge
der langen Ansprechzeit des Gliedes 4 stellt sich der zur Regelung des Regelgliedes
i erforderliche Steuerstrom nur langsam ein, so daß die Ausgangsspannung auch nur
langsam heruntergeregelt wird. Dies ist aus dem allmählich abfallenden Amplitudenverlauf
in Fig. 3 b ersichtlich. Wird die Eingangsspannung abgeschaltet und nach der Zeit
t' wieder eingeschaltet (vgl. Fig. 3 a), so stellt sich infolge der langen Nachwirkezeit
des Gliedes 4 sogleich die richtige Ausgangsspannung ein.
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Ein derart gebauter Amplitudenregler würde nicht befriedigend arbeiten,
da nach jeder Pause, die länger dauert als die N achwirkezeit des Gliedes 4, zunächst
eine Übersteuerung der nachfolgenden Geräte eintreten würde. Dies könnte an sich
durch eine Verringerung der Ansprechzeit des Gliedes 4 verhindert werden. Dies ist
jedoch nicht möglich, da sonst jeder kurzdauernde Impuls, z. B. Schaltstöße, gelegentliche
sehr laute Sprachspitzen usw. während der sehr großen Nachwirkezeit des Gliedes
4 die richtige Einregelung für lange Zeit fälschen würden. Andererseits kann auch
die Nachwirkezeit nicht verkürzt werden, da sonst die Dynamik der Sprache verändert
werden würde.
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Die Erfindung geht zur Beseitigung der erläuterten Unvollkommenheit
der bisher bekannten Regler von dem Gedanken aus, während der Ansprechzeit des Kreises
4 einen Kreis mit kleiner Ansprechzeit einzuschalten, um die Ausgangsspannung schnell
auf den richtigen Wert zu bringen. Damit die Änderung der Sprachdynamik durch diesen
Kreis verhindert wird, muß dieser nach Ablauf der Ansprechzeit des Kreises 4 abgeschaltet
werden. Dies wird gemäß der Erfindung in einer Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung
durch Steuerung von Regelwiderständen oder Regelverstärkern mit Hilfe einer durch
Gleichrichtung aus der Nutzspannung gewonnenen Regelspannung dadurch verwirklicht,
daß zur Vermeidung von Fehlregelungen infolge verzögerter Erzeugung der Regelspannung
diese aus einer Hauptregelspannung und Hilfsregelspannungen additiv zusammengesetzt
ist, indem die Hilfsregelspannungen durch Differenzbildung aus durch Gleichrichtungen
der Nutzspannung erzeugten Gleichspannungen gewonnen sind, deren einer Stromkreis
dieselbe Zeitkonstante wie der Stromkreis der Hauptregelspannung, deren anderer
eine wesentlich kleinere Zeitkonstante als dieser aufweist.
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Es ist eine Schaltung zur Dynamikregelung bekanntgeworden, bei der
zwei Regelspannungen, die in Stromkreisen mit verschiedener Zeitkonstante erzeugt
werden, gegeneinander geschaltet sind. Diese Schaltung hat den Zweck, eine Übersteuerung
durch den Dynamikregler zu verhindern. Es wird also eine andere Wirkung als bei
der Schaltung gemäß der Erfindung angestrebt. Es ist ferner bekannt, in einer Schaltungsanordnung
zur Amplitudenregelung mehr als zwei Regelspannungen mit verschiedenen Zeitkonstanten
zu verwenden. Bei der bekann- i ten Anordnung dieser Art wird jedoch eine Unterteilung
des Frequenzbandes in mehrere Teilbänder vorgenommen und für j edes Teilband eine
Regelspannung erzeugt. Eine Differenzbildung der aus den einzelnen Teilbändern abgeleiteten,
den Hüllkurven dieser Bänder entsprechenden Spannungen findet jedoch nicht statt.
Es wird lediglich eine Addierung durch Reihenschaltung vorgenommen. Es kann daher
auch die durch die Erfindung erzielte Wirkung nicht erreicht werden.
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Die weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird an Hand der
in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Nach der Erfindung
wird die aus den Gliedern i, 2, 3, 4 und 8 bestehende bekannte Schaltung durch die
Glieder 5, 6, 9 und 7 ergänzt. 5 und 6
sind Gleichrichter,
von denen der Gleichrichter 6 dieselben Zeitkonstanten aufweist wie der Gleichrichter
4, d. h. die Nachwirkezeit hat einen großen und die Ansprechzeit einen mittleren
Wert. Der Gleichrichter 5 dagegen hat eine kurze Ansprechzeit und eine verhältnismäßig
kleine Nachwirkezeit. In dem Netzwerk 9 wird die Differenz der von den Gleichrichtern
5 und 6 gelieferten Spannungen gebildet. Diese Differenzspannung ist über den Verstärkergleichrichter
7 an den Eingang des Verstärkergleichrichters 8 derart angelegt, daß sie sich zu
der von dem Gleichrichter 4 gelieferten Spannung addiert.
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Es sei angenommen, daß beispielsweise infolge geringer Dämpfung des
Übertragungsweges oder lauten Sprechens eine verhältnismäßig große Eingangsspannung
dem Amplitudenregler zugeführt wird. Die von dem Kreis 5 gelieferte Steuerspannung
Ur, hat dann den in Fig. 4 gezeichneten Verlauf. Die von dem Glied 6 gelieferte
Steuerspannung U6 zeigt dagegen infolge der größeren Ansprechzeit und der längeren
Nachwirkezeit den in Fig. 5 dargestellten Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit.
Die in dem Netzwerk 9 gebildete Differenzspannung U,-U, ändert sich dann in Abhängigkeit
von der Zeit t in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise. Es ist dabei vorausgesetzt,
daß die bei der Differenzbildung unter Umständen entstehenden negativen Spannungen
unterdrückt sind. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß die Differenzspannung
auf das Gitter einer Röhre gegeben wird, deren Arbeitspunkt so gewählt ist, daß
negative Anteile unterdrückt werden. Dies ist in Fig. 7 beispielsweise dargestellt.
Der Anodenstrom, I" kann nur bei aufgedrückten Gitterspannungen U9 fließen, die
positiv sind. Es ist einleuchtend, daß bei Hinzufügen der Spannung U.-U, zu der
vom Gleichrichter 4 gelieferten Spannung U4, deren Verlauf in Fig. 3 c dargestellt
ist, die aus Fig. 3 b ersichtliche störende Überhöhung der Ausgangsspannung Ug während
der Ansprechzeit des Gliedes 4 vermieden wird. Durch die Schaltung gemäß der Erfindung
wird also der zu einer Übersteuerung der angeschlossenen Geräte führende Nachteil
der bekannten Schaltungen beseitigt, ohne daß die Dynamik der Sprache wesentlich
verändert wird.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß
die Stärke der Begrenzung besonders lauter Sprachspitzen durch Veränderung des Verhältnisses
der Größe der Steuerspannungen U5 und U6 beliebig eingestellt werden kann. Bei den
den Fig. 4 bis 6 zugrunde gelegten Verhältnissen würden beispielsweise nach Ablauf
der Ansprechzeit des Gliedes 4 die anfangs bezeichneten normalen Sprachspitzen unverändert
übertragen werden, während die am Ende der Kurve (Fig. 4) gezeichnete große Sprachspitze
infolge der an dieser Stelle vorhandenen Differenzspannung U5 UB (vgl. Fig.6) begrenzt
werden würde.
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Dadurch, daß gemäß Fig.7 die negativen Anteile der Differenzspannung
U"-U, unterdrückt sind, wird ein plötzliches und für längere Zeit anhaltendes Heruntergehen
der Eingangsspannung UE erst nach Ablauf der Nachwirkezeit des Gliedes 4, d. h.
nach längerer Zeit (etwa nach ao Sekunden) ausgeglichen. Für viele Zwecke ist jedoch
erforderlich, einen derartigen Ausgleich schneller herbeizuführen. Dies kann gemäß
einem weiteren Gedanken der Erfindung in folgender Weise geschehen: Nach der in
Fig.8 dargestellten Schaltung, die der Einfachheit halber nur die Teile 4, 5, 6,
9, 7 und 8 der Schaltung nach Fig. i enthält, wird die von dem Netzwerk 9 gebildete
Differenzspannung einem weiteren Gleichstromverstärker io zugeführt. Die Zuführung
erfolgt mit einer derartigen Polarität, daß in diesem Verstärker nicht die negativen,
sondern die positiven Anteile der Differenzspannung unterdrückt werden. Die Ausgangsspannung
Uio des Verstärkergleichrichters io zeigt also den aus Fig. 9 ersichtlichen Verlauf,
wenn eine Eingangsspannung U.E von dem darüber dargestellten Verlauf zugeführt wird.
Die Steuerspannung Ulo wird zu der von dem Verstärkergleichrichter 7 gelieferten
Steuerspannung, deren Verlauf dem in Fig. 6 dargestellten entspricht, hinzugefügt.
Dies hat zur Folge, daß die zu geringe -Lautstärke während der Zeit t" (Fig. 9)
ausgeglichen wird. Die Zeitkonstante des Gliedes io wird dabei so gewählt, daß die
Dynamik der Sprache nicht zu stark beeinflußt wird, d. h. die Ansprechzeit wird
zu etwa 5 Sekunden gewählt. Damit ein nachfolgender Anstieg der Lautstärke nicht
zu einer Übersteuerung führt, erhält das Glied io eine geringe Nachwirkezeit von
etwa Zoo ins. Auf diese Weise und durch geeignete Wahl des Größenverhältnisses der
Spannungen von den Gliedern 5 und 6 kann erreicht werden, daß das Herunterregeln
nicht zu häufig geschieht. Der Anschluß des Eingangskreises des Verstärkergleichrichters
io kann auch vor dem differenzbildenden Netzwerk 9 vorgenommen werden. Man erhält
dann die Möglichkeit, auf den Verstärkergleichrichter io ein anderes Verhältnis
der Spannungen U5 und U6 einwirken zu lassen als auf den Verstärkergleichrichter
7, indem man gesonderte Glieder 5 und 6 verwendet.
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Um zu verhindern, daß das Gerät während der Sprechpausen sogleich
hochregelt, kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, die beim völligen Aufhören
der Sprache beispielsweise mit Hilfe eines Relais den Verstärkergleichrichter io
unwirksam macht.
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Das beschriebene Gerät würde bei längeren Sprachpausen, die über die
Nachwirkezeit des Gliedes 4 hinausgehen, auf größte Verstärkung
einregeln.
Um die damit verbundenen Nachteile, wie große Geräuschlautstärke am Ausgang, Gefährdung
der Stabilität des Sprechkreises usw., zu vermeiden, kann eine zusätzliche Einrichtung
vorgesehen werden, die bei zu hohen Geräuschen eine Herunterregelung bewirkt.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung ist eine Vorwärtsregelung
angewendet worden. Eine Verminderung der unter Umständen hierbei auftretenden großen
Änderungen der Steuerspannungen kann erzielt werden, wenn, wie in Fig. =o schematisch
angedeutet, eine zusammengesetzte Vor- und Rückwärtsregelung zur Anwendung kommt.
Es sind hier zwei Regelglieder i und i' vorgesehen, die von der Ausgangsspannung
des Verstärkergleichrichters 8 gesteuert werden. Vor dem Verstärkergleichrichter
8 sind die in Zusammenhang mit Fig. i näher erläuterten Glieder 4, 5, 6, 7 und g
schematisch angedeutet.