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Die Erfindung betrifft eine Stufe zur Rauschunterdrückung, mit einem ersten Signalpfad, der einen Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor, um ein anliegendes Signal mit regelbarem Verstärkungsfaktor zu verstärken.
Kompandor-Rauschunterdrückungssysteme, um ein Rauschen und Verzerrungen herabzusetzen, die ein wiedergegebenes Informationssignal begleiten, sind in der Technik bekannt. Derartige Rauschunterdrückungsstufen sind so aufgebaut, dass sie den Aussteuerbereich jenes Signals vergrössern, das auf einem Aufzeichnungsträger, beispielsweise auf einem Magnetband, aufgezeichnet oder von diesem wiedergegeben werden kann. Beispielsweise sind Rauschunterdrückungsstufen, die im Hochfrequenzbereich den Aussteuerbereich des Signals um etwa 10 dB durch eine Pegelkompression und eine komplementäre Pegelexpansion der Hochfrequenzanteile des anliegenden Eingangssignals verbreitern, in der US-PS Nr. 3, 631, 365 (Dolby) und der US-PS Nr. 3, 911, 371 (Nakamura) geoffenbart.
Im allgemeinen verwenden diese Rauschunterdrückungsstufen eine regelbare Filterstufe, die ein regelbares Widerstandselement aufweist, das beispielsweise aus einem FET oder einem Bipolartransistor besteht, um den oben erwähnten Kompressions- und Expansionsbetrieb durchzuführen.
Durch die Verwendung der regelbaren Filterstufe entstehen jedoch Einschränkungen beim Aufbau der Rauschunterdrückungsstufe. Durch die diskreten Schaltelemente, die mit den oben erwähnten Transistoren verwendet werden, wird es beispielsweise schwierig, wenn nicht gar unmöglich, derartige regelbare Filterstufen als integrierte Schaltkreise aufzubauen. Weiters können die oben erwähnten Transistoren, die in den regelbaren Filterstufen verwendet werden, eine Temperaturabhängigkeit besitzen, die in vielen Fällen nur schwer zu beherrschen ist und tatsächlich zu einer Gleichstromverschiebung führen kann, die beispielsweise durch die resultierende Widerstandsänderung des Transistors mit der Temperatur erfolgt. Dies kann zu Änderungen oder Schwankungen in der Frequenzkennlinie des Schaltkreises führen.
Weiters sind die oben erwähnten Rauschunterdrückungsstufen untereinander nicht austauschbar, d. h. ein mit der Dolby-Stufe aufgezeichnetes Informationssignal muss nur mit der Dolby-Stufe wiedergegeben werden. Zusätzlich zu den oben erwähnten Einschränkungen beim Aufbau des Schaltkreises ist es schwierig, ein regelbares Widerstandselement zu erhalten, das über genaue Kennlinien verfügt. Dies bedeutet, dass es schwierig wird, die gewünschten Kennlinien der Rauschunterdrückungsstufe zu verbessern, wodurch deren Aussteuerbereich nur auf etwa 10 bis 20 dB verbreitert werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Stufe zur Rauschunterdrückung zu liefern, die die oben beschriebenen Schwierigkeiten bekannter Stufen vermeidet, beim Aufbau des Schaltkreises einen grossen Freiheitsgrad bietet und mit andern Arten von Rauschunterdrückungsstufen leicht austauschbar ist. Weiters soll gemäss der Erfindung eine Stufe zur Rauschunterdrückung geschaffen werden, die einen spannungsgeregelten Verstärker mit sehr genauen und regelbaren Kennlinien besitzt und die Schwankungen in ihrer Frequenzkennlinie sowie irgendeine Gleichstromverschiebung gegenüber Rauschunterdrückungsstufen in bisheriger Technik verkleinert, um den Ansteuerbereich der Stufe stark zu verbreitern. Schliesslich soll die erfindungsgemässe Stufe relativ einfach aufgebaut und in ihrer Herstellung und im Betrieb billig sein.
Ausgehend von einer Stufe der eingangs angeführten Art wird dies erfindungsgemäss erreicht durch eine im ersten Signalpfad angeordnete Integrationsstufe, um zumindest einen Teil des Signals zu integrieren, der den Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor durchläuft, durch eine Steuerstufe, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor zu regeln, durch eine erste Stufe, die mit dem ersten Signalpfad verbunden ist, um einen unteren Grenzwert des Verstärkungsfaktors zu liefern, der einem an die Stufe anliegenden Signal aufgeprägt wird, wobei die erste Stufe eine Rückführungsschaltung enthält, welche das am Eingang der Rauschunterdrückungsstufe anliegende Signal deren Ausgang positiv rückführt, so dass das Eingangssignal mit dem Ausgangssignal kombinierbar ist, und durch eine zweite Stufe,
die mit dem ersten Signalpfad verbunden ist, um einen oberen Grenzwert für den Verstärkungsfaktor zu liefern, der dem an die Stufe anliegenden Signal aufgeprägt wird, wobei die zweite Stufe eine Rückführungsschaltung enthält, welche das kombinierte Eingangs/Ausgangssignal an den Eingang der Rauschunterdrückungsstufe negativ rückführt.
Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften
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sonderen wird der Vorwärtsregelzweig --15-- ebenfalls mit dem Ausgang der Subtraktionsstufe - angesteuert und liefert seinerseits ein Ausgangssignal für den zweiten Additions- oder positiven Eingang der Additionsstufe --17--. Wie später noch ausführlich gezeigt wird, dient der Vorwärtsregelzweig --15-- dazu, um einen unteren Grenzwert für die Grösse des Verstärkungsfaktors zu liefern oder zu bestimmen, der für hohe Frequenzen dem Tonsignal aufgeprägt wird, das die Rauschunterdrückungsstufe durchläuft. Die Additionsstufe --17-- erzeugt das Ausgangssignal für die Rauschunterdrückungsstufe --10-- an deren Ausgang --12--.
Weiters liegt ein dritter Signalpfad oder Rückkopplungszweig --16--, der eine im wesentlichen lineare Frequenzkennlinie besitzt, über eine Subtraktionsstufe --18-- parallel zum ersten
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im wesentlichen keine Verstärkungsregelung und kann beispielsweise lediglich aus einem Widerstand bestehen. Der Rückkopplungszweig --16-- wird mit dem dekodierten Ausgangssignal der Additionsstufe --17-- angesteuert und liefert seinerseits ein Ausgangssignal für den Subtraktionsoder negativen Eingang der Subtraktionsstufe --18--, in der er vom Eingangssignal des Eingangs - abgezogen wird.
Wie später noch ausführlich gezeigt wird, dient der Rückkopplungszweig - dazu, um einen oberen Grenzwert für die Grösse des Verstärkungsfaktors zu liefern oder zu bestimmen, der für niedrige Frequenzen dem Tonsignal aufgeprägt wird, das die Rauschunterdrückungsstufe durchläuft. Das von der Subtraktionsstufe--18--erzeugte resultierende Signal wird daraufhin an den Eingang des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 gelegt.
Wenn bei der Rauschunterdrückungsstufe --10-- der Pegel des am Eingang --11-- anliegenden Eingangssignals mit x, der Pegel des Ausgangssignals vom Ausgang --12-- mit y, der Pegel des Ausgangssignals der Subtraktionsstufe --18-- mit z, der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 mit G, die Übertragungskennlinie der Integrations- stufe-14-mit 1/sT bezeichnet wird, wobei s = jw und T eine vorhergegebene Konstante sind,
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Gleichungen entwickeln, die das Verhältnis zwischen dem ersten, zweiten und dritten Signalpfad festlegen :
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z=x-FHy.
(2)
Die Gleichungen (1) und (2) können vereinigt werden, um eine Gleichung für den Pegel y des Ausgangssignals als Funktion des Pegels. x des Eingangssignals zu bilden :
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In Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Gleichung (3) gegeben. Wie man sieht, besitzt die resultierende Kurve zwei Übergangsfrequenzen fl und f2, die dem oberen und unteren Grenzwert des Verstärkungsfaktors entsprechen, der dem Signal aufgeprägt wird, das die Rauschunter- drückungsstufe --10-- durchläuft. Die Übergangsfrequenzen können dabei durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden : fl = 1/ (2 ), (4) f2 = 1/ (211 T 2). (5)
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Dabei sind die Zeitkonstanten Tl und T2 durch die folgenden Gleichungen bestimmt :
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Wenn die Gleichungen (4) bis (7) in die Gleichung (3) eingesetzt werden, wird der untere Grenzwert des Verstärkungsfaktors, der von der Rauschunterdrückungsstufe --10-- aufgeprägt wird, gleich FL/ (l + FH. FL) und der obere Grenzwert des Verstärkungsfaktors gleich 1/FH. Wie Fig. 2 zeigt, wird der obere Grenzwert des Verstärkungsfaktors zur Erläuterung auf 0 dB festgesetzt und tritt für Frequenzen bei oder unterhalb der unteren Übergangsfrequenz fl auf. Auf ähnliche Weise wird der obere Grenzwert des Verstärkungsfaktors in Fig. 2 nur zur Erläuterung auf - 10 dB festgesetzt, und tritt für Frequenzen bei oder oberhalb der andern Übergangsfrequenz f2 auf. Weiters wird die Steigung der Kurve zwischen den Übergangsfrequenzen fl und f2 von der Kennlinie der Integrationsstufe --14-- bestimmt.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Frequenzkennlinie der Rauschunterdrückungsstufe - sich mit Schwankungen im Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 so ändert, wie dies die Kurven von Fig. 3 zeigen. Im besonderen besitzt die Integrationsstufe --14-- eine geradlinige Kennlinie mit einer festen Kennliniensteigung von beispielsweise 6 dB/Oktav, wobei der Übertragungsfaktor oder Ausgang mit ansteigenden Frequenzen des anliegenden Signals fällt. Die geradlinige Kurve der Integrationsstufe --14-- wird mit Schwankungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 in Pfeilrichtung A von Fig. 3 verschoben, um eine regelbare Integrationskennlinie zu erzeugen, die in den Kurven Dl, D2, D3 und D4 strichliert eingezeichnet ist.
Im besonderen werden die strichlierten Integrationskurven von Fig. 3 in Richtung von Kurve D1 bis D4 verschoben, wenn der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 verkleinert wird.
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prägt wird, die vom Vorwärtsregelzweig --15-- bzw. vom Rückkopplungszweig --16-- bestimmt werden, bleiben während der oberen erwähnten Verschiebung der Kurven Dl bis D4 konstant. Dies bedeutet, dass die Gesamtfrequenzkennlinie C der Rauschunterdrückungsstufe --10-- zwischen den Übergangsfrequenzen fl und f2 in Pfeilrichtung B von Fig. 3 verschoben wird, wie dies die mit Vollinien dargestellten Kurven Cl bis C4 zeigen, die den Integrationskurven D1 bis D4 entsprechen.
Aus den Gleichungen (4) bis (7) erkennt man, dass das Verhältnis fl/f2 der Übergangsfrequenzen und damit das Verhältnis T2/Tl der entsprechenden Zeitkonstanten unabhängig von Änderungen im Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 konstant ist.
Auf diese Weise wird ein sogenannter Gleitbandeffekt erzeugt, bei dem in Übereinstimmung mit dem Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 eine Verschiebung der Kurve C in Richtung der Frequenzachse, d. h. in Pfeilrichtung B von Fig. 3 erzeugt wird, wobei ein konstantes Übergangsfrequenzverhältnis fl/f2 aufrechterhalten wird. Anders ausgedrückt : Schwankungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 besitzen auf den oberen und unteren Grenzwert des Übertragungsfaktors Rmax und Rmin keinen Einfluss, sondern verändern nur die Lage des Übergangsbandes zwischen den Übergangsfrequenzen fl und f2.
Die Pegelexpansionskennlinie der Rauschunterdrückungsstufe --10-- ist in der Kurve von Fig. 4 dargestellt. Wie man sieht, sind dabei im besonderen die Bezugseingangs-und Ausgangspegel jeweils auf 0 dB festgesetzt und die Pegelexpansionskennlinie des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 ist in der Kurve EP strichliert dargestellt. Wenn der Pegel des Eingangssignals für die RauschunterdrUckungsstufe --10-- fällt, wird der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 ebenfalls verkleinert bis man den unteren
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Grenzwert Rmin des Übertragungsfaktors als Ergebnis des Vorwärtsregelzweiges --15-- erhält, wie dies in Fig. 4 durch die strichpunktierte Kurve FL/ (l + FH. FL) dargestellt ist.
Wenn anderseits der Pegel des Eingangssignals für die Rauschunterdrückungsstufe --10-- angehoben wird, wird der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 gleichfalls angehoben bis man den oberen Grenzwert Rmax als Ergebnis des Rückkopplungszweiges --16-- erreicht, wie dies in Fig. 4 durch die strichpunktierte Kurve 1/FH dargestellt ist. Auf diese Weise wird die Gesamt-Eingangs/Ausgangs-Kennlinie der Rauschunterdrückungsstufe --10-- in Fig. 4 durch die Kurve mit Vollinien dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass diese Erfindung klare Vorteile gegenüber den oben erwähnten Rauschunterdrückungsstufen in bisheriger Technik bietet. Im besonderen werden Schwankungen in den Frequenzkennlinien, die durch die Verwendung eines regelbaren Widerstandselements, beispielsweise eines FET oder eines Bipolartransistors, auftreten, durch diese Erfindung im wesentlichen verkleinert, um die Grösse von irgendwelchen Gleichstromverschiebungen herabzusetzen. Weiters werden durch die Verwendung eines spannungsgeregelten Verstärkers gemäss dieser Erfindung, der sehr genaue und regelbare Kennlinien und einen breiten Bereich des regelbaren Verstärkungsfaktor liefert, Probleme im wesentlichen vermindert, die durch Restströme in FET oder Bipolartransistoren auftreten.
Dabei ist ersichtlich, dass verschiedene Abänderungen bei den Anschlüssen der einzelnen Bauelemente der Rauschunterdrückungsstufe von Fig. 1 vorgenommen werden können, während die oben erwähnten und erwünschten Kennlinien aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann die Lage des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 und der Integrationsstufe --14-- im ersten Signalpfad vertauscht werden, d. h. es ist nur wichtig, dass die Integrationsstufe --14-jenes Signal integriert, das den Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 durchläuft.
Zusätzlich kann das Signal, das an dem vom Hochpassfilter --19a-- und der Steuerstufe --19b-erzeugten Regelzweig liegt, an irgendeiner Stelle des ersten Signalpfades abgegriffen werden.
Beispielsweise kann das Hochpassfilter --19a-- entweder mit dem Eingang oder mit dem Ausgang des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 verbunden sein, oder auch mit einem Signal angespeist werden, das der Summe oder der Differenz des Eingangs- und Ausgangssignals zu und vom Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 entspricht.
Obwohl der Vorwärtsregelzweig parallel zum ersten Signalpfad liegt, um einen minimalen Verstärkungsfaktor oder einen unteren Grenzwert des Verstärkungsfaktors des Schaltkreises zu liefern, wenn der Pegel des anliegenden Eingangssignals extrem niedrig wird, kann in Übereinstimmung mit dieser Erfindung dies auch dadurch erreicht werden, dass man für das Regelsignal der Steuerstufe --19b-eine Einstellung des minimalen Verstärkungsfaktors vornimmt, oder den Vorwärtsregelzweig --15-- mit einer Tiefpasskennlinie ausstattet.
Obwohl die Rauschunterdrückungsstufe --10-- hier als Dekodierstufe verwendet wird, um eine Pegelexpansion der Informationssignale, die beispielsweise auf einem Magnetband aufgezeichnet wurden, zu liefern, kann diese Stufe auch als Kodierstufe mit einer Pegelkompression verwendet werden, die zu den entsprechenden Kennlinien der oben erwähnten Rauschunterdrückungsstufe - von Fig. 1 komplementär ist.
Wie Fig. 5 genauer zeigt, weist eine kodierende Rauschunter- drückungsstufe --20-- eine Rauschunterdrückungsstufe --10-- auf, die im Rückkopplungszweig eines Operationsverstärkers --23-- liegt. In diesem Fall besitzt der Operationsverstärker --23-- einen nichtinvertierenden Eingang, der mit einem Eingang --21-- verbunden ist, um ein aufzuzeichnendes Eingangssignal zu empfangen, und einen invertierenden Eingang, der mit dem Aus- gang --12-- der Rauschunterdrückungsstufe --10-- verbunden ist.
Der Ausgang des Verstärkers - liegt am Eingang --11-- der Rauschunterdrückungsstufe --10-- und an einem Ausgang
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Ausgang zum invertierenden Eingang des Verstärkers --23-- angeschlossen, wie es oben beschrieben wurde, um am Ausgang --22-- pegelkomprimierte Informationssignale zu erzeugen. Ein Eingangsinformationssignal, beispielsweise von einem Mikrophon oder einem Empfänger, wird daher über den Eingang --21-- geliefert, kodiert und dann am Ausgang --22-- bereitgestellt, um auf einem Aufzeichnungsträger mit einem Aufzeichnungswandler, beispielsweise einem Magnetkopf, aufgezeichnet zu werden.
Die Bauelemente und die Verbindungen der Rauschunterdrückungsstu-
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fe --10-- zwischen deren Eingang --11-- und Ausgang --12-- sind dabei mit denen von Fig. l ident, so dass aus Gründen der Vereinfachung auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird. Weiters ist, um die Beschreibung kurz zu halten, der Regelzweig der Rauschunterdrückungsstufe --10- in Fig. 5 nicht dargestellt.
Im Betrieb, d. h. bei einer Verwendung im Dekodierbetrieb, wird die Übertragungsfunktion H der Rauschunterdrückungsstufe --10-- mit H bezeichnet und als Rückkopplungsverstärkung für den Verstärker --23-- verwendet. Wenn der Verstärkungsfaktor des offenen Regelkreises des Ver- stärkers --23-- mit A bezeichnet wird, so erhält man den Gesamtverstärkungsfaktor oder die Übertragungsfunktion U der Rauschunterdrückungsstufe --20-- zu :
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Dies ist tatsächlich der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers, der über eine Rückkopplung verfügt.
Wenn nun der Verstärkungsfaktor A des Verstärkers --23-- sehr gross ist, d. h. das Produkt AH genügend gross ist, so dass AH l, dann ist der Verstärkungsfaktor oder die Übertragungskennlinie der Stufe --20-- etwa gleich l/H. Wenn somit die Stufe --10-- mit dem Verstärker --23-- als Rückkoppelstufe verbunden ist, ist die Gesamtkennlinie der Rauschunterdrückungsstufe --20-- der Dekodierübertragungskennlinie H invers oder komplementär. Es ist somit ersichtlich, dass dann, wenn die Stufe --10-- mit dem Verstärker --23-- im Kodierbetrieb verwendet wird, ein pegelkomprimiertes Signal erzeugt wird, das eine Kennlinie besitzt, die zur Dekodierkennlinie komplementär ist, um auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet zu werden.
Fig. 6 zeigt die Frequenzkennlinie für die Rauschunterdrückungsstufe --20--. Im besonderen erhielt man die Kennlinienkurven von Fig. 6 mit einem Zweisignaleingang, d. h. mit einem ersten Bezugssignal, das den gewünschten Verstärkungsfaktor und eine Frequenz von beispielsweise 400 Hz besass, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13 einzustellen, und einem zweiten Wobbelsignal, das diesem Signal überlagert war und dessen Frequenz in dem in Fig. 6 gezeigten Bereich verändert wurde. Die verschiedenen Kurven erhielt man mit Werten des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 13, die von-50 bis 10 dB reichten.
Mit diesen Werten wurden die Übertragungsfunktionen des Vorwärts-
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die in Fig. 6 dargestellt sind, den oben erwähnten Gleitbandeffekt aufweisen und damit die gleichen Vorteile liefern, wie sie bei der Dekodierstufe von Fig. l erwähnt wurden.
Nunmehr wird auf Fig. 7 Bezug genommen. In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform einer
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den, so dass aus Gründen der Kürze auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird. Im besonderen wird ein wiedergegebenes Tonsignal über einen Eingang --31-- an den Additionseingang einer Subtraktionsstufe --38-- angelegt.
Der Ausgang der Subtraktionsstufe --38-- liegt über einen ersten Signalpfad, der aus einem Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 33 und einer Integrationsstufe --34-- besteht, am Additionseingang einer Additionsstufe --37--. Zusätzlich wird der Ausgang der Subtraktionsstufe --38-- über einen Vorwärtsregelzweig --35-- gelegt, der mit dem Vorwärtsregelzweig --15-- von Fig.1 ident ist, wobei der Ausgang des Vorwärtsre- gelzweiges --35-- an den andern Additionseingang der Additionsstufe --37-- gelegt wird.
Der Ausgang der Additionsstufe --37-- wird über ein Tiefpassfilter --39-- an einen Ausgang --32-der Rauschunterdrückungsstufe --30-- gelegt. Der Ausgang des Tiefpassfilters --39-- liegt über
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um die Beschreibung kurz zu halten, doch ist ersichtlich, dass diese Regelstrecke mit der Regelstrecke von Fig. l ident ist, die aus dem Hochpassfilter --19a-- und der Steuerstufe --19b-- be- steht.
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Das Tiefpassfilter --39-- arbeitet mit der Integrationsstufe --34-- zusammen, um die Frequenzverzerrungskennlinie des Schaltkreises zu verändern, um die Steigung der Frequenzkennlinie anzuheben, d. h. eine Hochfrequenzentzerrungs- (Niederfrequenzverzerrungs)-Kennlinie zu liefern. Dies führt zu einer stärkeren Signaltrennung im Nieder- und Mittelfrequenzbereich von Signalen im Hochfrequenzbereich, wodurch eine Herabsetzung der Rauschmodulation entsteht. Bei einer Rauschmodulation werden Rauschanteile als Funktion von Eingangssignalpegeländerungen verändert.
Wie Fig. 8A mit einer Vollinie zeigt, besitzt die Frequenzkennlinie des Tiefpassfilters --39-im Hochfrequenzbereich der Tonsignale eine Grenz- oder Übergangsfrequenz fc und steigt zum Niederfrequenzbereich mit einer Neigung von beispielsweise 6 dB/Oktav an.
Nunmehr wird auf Fig. 8B Bezug genommen. Fig. 8B zeigt die regelbare Frequenzkennlinie für den Schaltkreis von Fig. 7, die der Kennlinie von Fig. 3 für den Schaltkreis von Fig. l ähnlich ist. Wie bei den Kurven von Fig. 3 werden die Kurven in Fig. 8B in Richtung der Frequenzachse, d. h. in Pfeilrichtung B in Übereinstimmung mit Veränderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 33 verschoben. Weiters werden die Frequenzkennlinien des Tiefpassfilters --39-- (s.
Fig. 8A) und des übrigen Schaltkreises --30-- (in Fig. 8B mit Vollinien dargestellt) in der Rauschunterdrückungsstufe --30-- vereinigt, um dadurch den Anstieg einer jeden in Fig. 8B mit Vollinien dargestellten Kurve zu erhöhen, wie dies die strichlierten Kurven zeigen, die einen Anstieg von beispielsweise 12 dB/Oktav besitzen. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die resultierenden Kurven von Fig. 8B eine Senkung besitzen, die von der erhöhten Phasenverschiebung des Tiefpassfilters --39-- herrührt. Diese Auswirkung kann dadurch beseitigt werden, dass eine zweite Grenz- oder Übertragungsfrequenz fc für das Tiefpassfilter --39-- am niederfrequenten Ende des Tonbereiches vorgesehen wird, wie dies in Fig. 8A strichpunktiert dargestellt ist.
Dadurch, dass ein Tiefpassfilter --39-- mit zwei Übergangsfrequenzen von beispielsweise 1 und 3, 16 kHz verwendet wird und dass der Übertragungsfaktor des Rückkopplungs- zweiges-36-auf 0 dB und des Vorwärtsregelzweiges --35-- auf -9,5 dB festgesetzt wurde, wie dies beim Schaltkreis von Fig. 5 der Fall war, ist die Frequenzkennlinie der Rauschunter- drückungsstufe-30-- in Fig. 9 dargestellt, wenn der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 33 auf 0,-20,-40 und-80 dB eingestellt ist. Aus den Kurven von Fig. 9 ist dabei ersichtlich, dass man die steilen Kennlinienneigungen dann erhält, wenn der Verstärkungsfaktor G gleich-40 und-20 dB ist, um irgendeine Rauschmodulation zu vermindern.
Nunmehr wird auf Fig. 10 Bezug genommen. In Fig. 10 ist eine andere Ausführungsform der
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verwendet werden kann und bei der Bauelemente --41 bis 45 und 47 bis 49-- in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion den entsprechenden Bauelementen --31 bis 35 bzw. 37 bis 39-- des Schaltkreises von Fig. 7 entsprechen. Aus Gründen der Kürze wird auf eine ausführliche Beschreibung dieser Bauelemente verzichtet. Statt ein lineares ohmsches Widerstandselement zu verwenden, wie
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--36-- der Rauschunterdrückungsstufe --30-- dertionsstufe --48-- liegt, von einem Tiefpassfilter gebildet. Auf diese Art wird hochpegeligen Signalen, die an der Rauschunterdrückungsstufe --40-- anliegen, eine Hochpassfilterkennlinie aufgeprägt.
Besonders dann, wenn der Pegel des Eingangssignals relativ niedrig ist, besitzt der Rückkopplungszweig --46-- nur einen geringen Einfluss auf dieses Signal. Anders ausgedrückt : Für derartige niedrigpegelige Signale ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 43 ebenfalls relativ niedrig, so dass das Signal, das über das Tief- passfilter --46-- rückgekoppelt wird, nur einen geringen Einfluss auf das Eingangssignal besitzt, von dem es in der Subtraktionsstufe --48-- abgezogen wird.
Wenn anderseits der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 43 für hochpegelige Signale relativ gross ist, liefert das Tiefpassfilter --46-- ein hochpegeliges Signal, dessen niederfrequente Anteile in Hinblick auf die hochfrequenten Anteile verzerrt sind, an die Subtraktionsstufe --48--. Die Subtraktionsstufe --48-- liefert somit ein hochfrequentes, verzerrtes Signal für den Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 43. Dies bedeutet, dass der Hochfrequenzbereich des Eingangssignals, das an der Rauschunterdrückungsstufe --40-- liegt, für hochpegelige Eingangs-
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signale weiter ausgedehnt wird, wie dies Fig. 11 zeigt.
Das Tiefpassfilter --46-- kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass es eine Kennlinie mit zwei Übergangsfrequenzen von beispielsweise
5 kHz im Niederfrequenzbereich und 10 kHz im Hochfrequenzbereich besitzt. So wie bei den oben beschriebenen Schaltkreisen werden die Kurven von Fig. 11 dann erzeugt, wenn die Übertragungsfaktoren des Vorwärtsregelzweiges --45-- und des Rückkopplungszweiges--46-auf-9, 5 bzw.
0 dB eingestellt werden. Dabei ist ersichtlich, dass durch die Verwendung des Schaltkreises von Fig. 10 gemäss dieser Erfindung die Expansion des Hochfrequenzbereiches für hohe Pegel des Eingangssignals zu einer Verbreiterung des linearen Arbeitsbereiches des Bandes führt, wobei man eine Verbesserung im maximalen Ausgangspegel, d. h. vor einer Sättigung, erhalten kann.
Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform einer Rauschunterdrückungsstufé --50-- gemäss dieser Erfindung, bei der Bauelemente-51 bis 59-- in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion den Bauelementen --31 bis 39-- der Rauschunterdrückungsstufe --30-- von Fig.7 ident sind, so dass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
Zusätzlich zu diesen Bauelementen weist die Rauschunterdrückungsstufe --50-- einen weiteren Vorwärtsregelzweig auf, der zum Vorwärts- regelzweig-55-parallel liegt und aus einem Hochpassfilter --61--, das mit dem Ausgang der Subtraktionsstufe --58-- angesteuert wird, und einer Antibegrenzer- oder Kernungsstufe --62-besteht, die den Ausgang des Hochpassfilters --61-- empfängt und ihrerseits einen Ausgang für einen weiteren Additions- oder positiven Eingang der Additionsstufe --57-- liefert. Zusätzlich weist die Rauschunterdrückungsstufe --50-- eine Regelstrecke auf, die ein Hochpassfilter --69a--, das mit dem Ausgang des Hochpassfilters --61-- angesteuert wird, sowie eine Steuerstufe --69b-enthält,
die den Ausgang des Hochpassfilters --69a-- empfängt und ihrerseits eine Regelspannung für den Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 53 liefert, der, wie oben erwähnt, aus einem spannungsgeregelten Verstärker aufgebaut ist. Dabei ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform der Bewertungsbetrieb von den beiden Hochpassfiltern --61 und 69a-- durchgeführt wird.
Ein Beispiel einer Antibegrenzerstufe --62--, die im Schaltkreis von Fig. 12 verwendet werden kann, ist in Fig. 13 dargestellt. Im besonderen weist die Antibegrenzerstufe --62-- von Fig. 13 einen Widerstand --64--, der mit dem Ausgang des Hochpassfilters --61-- über einen Eingang - angesteuert wird, sowie zwei entgegengesetzt gepolte Dioden --66 und 67-- auf, die zueinander parallelgeschaltet sind und zwischen dem Widerstand --64-- und einem Ausgang --65-der Antibegrenzerstufe --62-- in Serie liegen. Der Ausgang der Antibegrenzerstufe --62-- am Ausgang --65-- wird an den oben erwähnten Additionseingang der Additionsstufe--57--ge- legt.
Wenn bei der Rauschunterdrückungsstufe --50-- von Fig.12 der Eingangssignalpegel plötzlich ansteigt, wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 53 ebenfalls angehoben. Da der Verstärkungsfaktor des Verstärkers mit veränderbarem Verstärkungsfaktor 53 jedoch der Pegeländerung des Eingangssignals nicht sofort folgt, ergibt sich in der Übertragung eine dementsprechende Verzögerung, die zu einer Verzerrung der aufbereiteten Schwingungsform führt. Wenn beispielsweise die Rauschunterdrückungsstufe --50-- im Rückkopplungszweig eines Verstärkers betrieben wird, um einen Kodierbetrieb zu liefern, wird dann, wenn der Eingangssignalpegel plötzlich ansteigt, ein entsprechender Überschwingteil der Schwingungsform am Verstärkerausgang erzeugt, wodurch eine Sättigung des Bandes hervorgerufen wird.
Jene Zeitspanne, in der dieses Überschwingen auf den gewünschten Pegel zurückfällt, wird als Einschwingzeit bezeichnet. Die Antibegrenzerstufe --62-- dient deshalb dazu, um eine derartige nachteilige Auswirkung zu verhindern, und wird dann in Betrieb gesetzt, wenn der Pegel des Eingangssignals einen vorgegebenen Pegel überschreitet, um ein derartiges Signal zu kompensieren. Da die oben erwähnte Sättigung des Magnetbandes meist bei höheren Frequenzen des Eingangssignals auftritt, ist das Hochpassfilter --61-- im zweiten Vorwärtsregelzweig zwischen dem Ausgang der Subtraktionsstufe --58-- und dem Eingang der Antibegrenzerstufe --62-- vorgesehen.