Verfahren zur selbsttätigen Dynamihregelung bei elektroalmstischen Übertragungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei Einrichtungen zur selbsttätigen Dy- namikregelung bei elektroakustischen Über tragungen wird die zur Beeinflussung des Regelgliedes dienende Steuerspannung all gemein durch Gleichrichtung eines Teils des schallentsprechenden Nutzstromes erzeugt.
Hauptbedingung für die Anwendung der artiger Steuerspannungen ist, dass diese modu- lationsfrei sind, das heisst dass die in Ab hängigkeit der Amplitude der tonfrequenten Nutzspannung sich ändernde Steuerspan nung keine innerhalb des hörbaren Bereiches liegenden Frequenzen enthalten darf, wodurch eine Verzerrung der dynamikgeregelten Nutzspannung entstehen kann.
Es ist schon bekannt, zur Vermeidung der artiger hörbarer Frequenzen die Steuerspan nung auszuglätten, und zwar mittels Glät- tungseinrichtungen, bestehend aus einem oder mehreren Siebkreisen, bei denen die Auflade zeit der Siebkondensatoren wesentlich kürzer ist als die Entladezeit. Dabei ist die Glät- tungswirkung durch die Zeitkonstanten der Siebkreise bedingt, und die Glättung- der Steuerspannung wird um so besser, je kürzer die Aufladezeit und je länger die Entladezeit der Siebschaltung ist.
Anderseits sind die Zeitkonstanten, des Siebkreises aber auch für die Abhängigkeit der Steuerspannungsänderungen von den Amplituden der schallentsprechenden Wech selspannung massgebend, und zwar derart, dass bei grossem Unterschied zwischen der Aufladezeit und der Entladezeit des betref fenden Siebkreises die Steuerspannung sich hauptsächlich in Abhängigkeit der Amplitu- denspitzen ändert.
Ein solcher Zusammen hang zwischen der Steuerspannungsänderung und den schallentsprechenden Schwingungen ist insofern ungünstig, da die Amplituden spitzen dadurch eine viel zu grosse Einwir kung auf die Dynamikregelung haben. Bei spielsweise würde bei Dynamikregelung mit Kompression ein plötzlich erscheinender Amplitudenspitz eine plötzliche Herab setzung der Verstärkung zur Folge haben, wobei die nachfolgenden Amplituden zu viel heruntergeregelt würden.
Zweck der Erfindung ist, die zur Beein flussung des Regelgliedes dienende Steuer spannung derart zu erzeugen, dass sie einer seits von einer Modulation hörbarer Frequenz befreit ist und anderseits sich in Abhängi0;- keit der Amplitude der schallentsprechenden Nutzspannung, deren Dynamik geregelt wer den soll, ändert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Dynamikregc- lunb bei elektroakustischen Übertragun"en und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei diese beiden Forde rungen bezüglich der Steuerspannung erfüllt sind.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch er reicht, dass die durch Gleichrichtung eine Teils des schallentsprechenden Nutzstromes. dessen Dynamik geregelt werden soll, ent stehende Spannung einem Siebglied zu--e- führt wird, dessen Entlade- und Auflaclezeit praktisch von derselben Grössenordnung sind, und die Ausgangsspannung dieses Siebgliedes durch ein zweites Siebglied, dessen Entlade zeit bedeutend länger ist als dessen A-uf- lädezeit, geglättet wird, das Ganze derart, dass die an den Aus-,
an gsl@lemmen des zwei ten Siebgliedes gewonnene Steuerspannung einerseits zufolge der Eigenschaften des ersten Siebgliedes sich in Abhä,ngigheit der Amplitude der schallentsprechenden Nutz spannung ändert und anderseits durch die. verschiedenen Zeitkonstanten des zweiten Siebgliedes praktisch von einer Modulation hörbarer Frequenz befreit ist.
Besonders bei Dynamikregehing während der Herstellung eines Tonfilmes ist ein sol cher Zusammenhang zwischen der Steuer spannung und der schallentsprechenden Wechselspannung mit Rücksicht auf die Qualität der Schallübertragung von grösster Bedeutung.
Die Schaltung zur Erzeugung der Steuer spannung kann derart getroffen sein, da.ss die zur Dynamikregehing dienende Steuerspan nung sieh proportional dem Mittehvert
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also proportional der Amplitude der schall entsprechenden Nutzspannung zc ändert.
L m zu erreichen. dass die Steuerspannung sich proportional der mittleren Energie
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also proportional dem Quadrat der Ampli tude derutzsch-iu@@nu@@ ic ändert.
muss der zur Erzeu-ung der Steuerspannung verwen dete Gleiehriehter eine quadratische Kenn linie haben, es sei denn, dass die dem Gleieh- rich.ter zugefiihrten Sehwin"iln-en im voraus einer lo"-aritliniisclien Deformation unter en worden sind, so wie es zum Beispiel bei. der Dy namikregebing finit logarithmischer Kompression oder Expansion der Fall ist.
In verschiedenen Fällen, z. B. bei Ton- wiedergabe mit erweitertem Amplitnden- bereich (Expansion), kann es manchmal er laubt oder so < -ar er\vii,iseht sein, mit Verhält- nismässig, h111--ernsschR-in;zeit cler Stener- spannu.ngsseliAtiui- zli arbeiten.
In solchen Fällen ( T 'li*iti"iij,>-,-#uijiri(#httiii-,en mit lail\@er Entladezeit des Siebkondensators all- g;emein zur Glä fni- der genläl@ der mittleren Energie oder dein Mittelwert der -.\7utzspan- nung sieh ändernden Steuerspannung aus reichen.
Eine verhältnismässig lange Aus- sch -iagzeit der Steuerspannung: wird manch mal a,ius rein akustischen Gründen angestrebt, beispielsweise mit Rücksicht auf Korrektion der Naclilia,llzeit in einem Raiuii, in welchem der Seball mit Expaizsioii wiederzugeben ist.
L m die möglichst günstige Dynamikrege- luno.@. zu erreichen, kann man den Entlade- kreis des Siel)kondunators im zweiten Sieb glied so einrichten, dass die Steuerspanming nach dein Aufbören der Nutzspannung pro portional mit der Zeit abnimmt.
Dies kann dadiareh erreicht werden, dass die Entladung des Siebkondensators des zweiten Siebgliedes zwecks Aufrechterhaltung eines konstanten Entladestromes über eine Penthode erfolgt.
In vielen Fällen, z. B. bei elektroakusti scher Schallübertragung mit logarithmischer Kompression ist die Verwendung eines zwei ten Siebgliedes mit verhältnismässig langer Entladezeit nicht ohne weiteres zulässig, da eine solche Siebschaltung eine Verzerrung der übertragenen Schwingungen verursachen kann. In solchen Fällen kann man die not ivendige Glättung der Steuerspannung da durch erreichen, dass man die Entladung des Siebkondensators im zweiten Siebglied wäh rend eines gewissen Zeitraumes beliebig ver zögert, so dass während dieses Zeitraumes die Entladung des Siebkondensators über haupt nicht stattfinden kann.
Dies kann da durch erreicht werden, dass dem Siebkonden sator des zweiten Siebgliedes über einen Sperrgleichrichter, der im Entla,deweg dieses Siebkondensators liegt, ein von der gleichge richteten Wechselspannung aufgeladener Sperrkondensator parallel geschaltet wird.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung an Hand der Zeichnung, welche Schaltungen zur Erzeu gung der Steuerspannung zeigen, näher er läutert.
Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung des Verlaufes einer durch Gleichrichtung und teilweise Glättung einer Wechselspan nung erzeugten Steuerspannung; Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltung zur Erzeugung der Steuer spannung; Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungs form einer Schaltung zur Erzeugung der Steuerspannung; Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Verlaufes der Kondensatorspannungen der in Fig. 3, gezeigten Schaltung;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Ausschwingzeiten für zwei verschiedene Werte der Steuerspannung bei der Schaltung nach Fig. 3; Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Schaltung zur Erzeugung der Steuer spannung.
In Fig. 1 veranschaulicht die Kurve 1, den Verlauf einer Wechselspannung in Funktion der Zeit, während die Kurve 2 den Verlauf einer durch Gleichrichtung der Wechselspannung 1 erzeugten und durch ein Siebglied teilweise geglätteten Steuerspan nung darstellt. Vorausgesetzt, dass die Kurve 1 der normalerweise tiefsten Frequenz ent spricht, z. B. 30 Hertz, ersieht man, dass, falls die Entladezeit des Siebkondensators relativ kurz ist, z.
B. von derselben Grössenordnung wie die Aufladezeit, die Spannung über dem Siebkondensator gleich nach dem Entstehen einer gleichgerichteten Wechselspannungs- ha.lbwelle zu sinken beginnen wird, und die Kurve 2 erhält daher den in Fig. 1 gezeig ten Verlauf, der eine bedeutende Modulation aufweist.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit zwei in Reihe geschalteten Siebgliedern. Das erste Siebglied besteht aus einem Querkondensator Cl, einem vor C, liegenden Längswiderstand R, und einem nach Cl liegenden Querwider stand R2. Die durch den Gleichrichter El gleichgerichtete Wechselspannung wird dem Kondensator C,. über den Längswiderstand B1 zugeführt.
Die Werte der Widerstände R1 und .R2 und die Kennlinie des Gleich richters El sind derartig angepasst, dass die erzeugte Steuerspannung am Ausgang der Schaltung proportional dem Quadrat der Amplitude, also proportional der mittleren Energie der schallentsprechenden Wechsel spannung sich ändert. Zur Glättung der am Ausgang des ersten Siebgliedes auftretenden Spannung wird ein zweites Siebglied verwen det, welches einen Siebkondensator C:, ent hält, der mit einer Penthode P zwecks Er zielung einer passend langen Entladezeit be lastet ist.
Durch Einschaltung eines Sperr gleichrichters EZ wird verhindert, dass der Kondensator<B><U>C.</U></B> sich- über den Widerstand BZ entladen kann.
Durch Zusammenwirkung der beiden Siebglieder wird an den Ausgangsklemmen der Schaltung eine Steuerspannung erzeugt, die einerseits zufolge der Eigenschaften des ersten Siebgliedes mit der mittleren Energie der Eingangswechselspannung proportional variiert und anderseits durch die verschiede nen Zeitkonstanten des zweiten Siebgliedes von einer Modulation hörbarer Frequenz praktisch befreit ist.
In der in Fig. 3 veranschaulichten Schal tung besteht das erste dem Gleichrichter E" folgende Siebglied aus dem Längswiderstand dem Querkondensator Cl und dem Quer widerstand R2, während das zweite Siebglied einen Teil des Widerstandes 1f" den Sieb kondensator C3 und den Sperrgleichrichter E., enthält.
Der Siebkondensator C, ist wie in Fig. 2 mit einer Penthode P belastet, jedoch ist im Entladeweg des Siebkondensators ein weiterer Sperrgleichrichter E; eingeschaltet:. Über diesen letzten Sperrgleichrichter ist dem Siebkondensator C, ein Sperrkondensator C, parallel geschaltet, der von der vollen Aus gangsspannung des ersten Siebgliedes über den Sperrgleichrichter E, aufgeladen wird.
Dadurch wird die Entladung des Siebkon- densators C3 so lange verzögert, bis die Sperr spannung des Kondensators C., durch Ent ladung über die Penthode P unter den Wert der Spannung des Kondensators C3 herabge sunken ist. Erst dann kann der Kondensator C, sich über den Sperrgleichrichter E, und die Penthode P entladen.
Die Spannung des Kondensators C3 wird also während eines ge wissen Zeitraumes konstant gehalten, und die von diesem Kondensator abgezweigte Steuer spannung wird folglich während dieses Zeit raumes modulationsfrei.
Der Sperrkondensator C., wird bedeutend langsamer als der Kondensator C, dessen Entladezeit etwa 10 Millisekunden beträgt, entladen, nämlich mit einer Entladezeit, deren Grössenordnung etwa 100 Millisekun- den beträgt.
Der Verlauf der Spannungen e,, e.. und e; der Kondensatoren Cl, C, und G, ist in Fig. 4 veranschaulicht.
Die Einschwingzeit aller drei Spannungen ist durch das Zeitintervall <I>4 - t,</I> zeweben. Die Spannunz e, des Kon- densators C, ist infolge der kurzen Entlade zeit dieses Kondensators stark- moduliert und c lässt sich deshalb nicht direkt als Steuer spannung benutzen. Die Spannung e. des Kondensators C". folgt. in der Hauptsache den Änderungen der Spannung e,, jedoch wird die Modulation.
auf Grund der längeren Ent- c ladezeit des Kondensators C_ hier weniger hervortreten. Wenn die Verhältnisse eine passend lange Entladezeit des Kondensators C..
erlauben - welches sich im Diagramm dadurch zu erkennen gibt, da.ss die gerade Linie u - 1-., die die Entladung der Konden satoren Cund C.,, darstellt, weniger steil aus fällt -, wird man einen solchen geringen Modulationsgrad erzielen können, dass sie sich direkt als Steuerspannung verwenden lässt, i wie es bei der Schaltung nach Fig. \3 ge schieht.
Die Kurve e., gibt den Verlauf der als Steuerspannung 'zur Verwendung gelangen den Spannung des Kondensators C; in Fig. 3 an. Es ergibt sich, dass diese Span nung innerhalb der mit t,-1" und t3 <I>-</I> t:
i bezeichneten Zeitintervalle konstant und des halb auch modula.tionsfrei ist, während die Grösse der Steuerspannung innerhalb dieser Intervalle durch die Spannung e, gegeben ist, so dass die erzeugte Steuerspannung e3 einerseits zufolge der Eigenschaften des ersten Siebgliedes sich proportional dem Mit telwert, also proportional der Amplitude, oder sich proportional der mittleren Energie, also proportional dem Quadrat der Ampli tude der scha.llentspreehenden Nutzspannung ändert und anderseits durch die verschiede nen Zeitkonstanten des zweiten Siebgliedes von einer Modulation hörbarer Frequenz be freit ist.
Das Intervall t, <I>-</I> t,; gibt die Ent- ladezeit des Kondensators C, an, während das Intervall t, <I>- t;</I> die Entladezeit des Konden- sators C, angibt.
Der Zusammenhang zwischen den Werten der Steuerspannung e3 und dem Zeitintervall t., <I>-</I> t3, die sogenannte Wartezeit t\., während der die Steuerspannung e_, konstant gehalten wird, ist in Fig. 5 dargestellt, welche die Ausschwingzeiten für zwei verschiedene Werte e'3 und e"3 der Steuerspannung, wel chen die Werte e'2 und e"2 der Sperrspannung des Sperrkondensators C_ entsprechen,
zeigt. Die Zeitintervalle t4 <I>-</I> t.',, und t4 <I>-</I> t"7 be zeichnen die Entladezeiten des Sperrkonden- sators C2 für die Werte e'" und e"2, wäh rend die Intervalle t4 <I>- t',</I> und t., <I>-</I> t", die entsprechenden Wartezeiten der Steuerspan- nungen e',
bezw. e", angeben.
Es ergibt sich also, dass, je grösser die Steuerspannung e3 ist, um so länger nor malerweise die Wartezeit t, wird.
Bei Musikübertragungen ist die akusti sche Energie der tieferen. Töne im allgemei nen vorherrschend, so dass die schallentspre chenden Schwingungen mit niedriger Fre quenz grössere Steuerspannungen hervorrufen als die den höheren Tönen entsprechenden Schwingungen. Dadurch wird also auch die Wartezeit bei den tiefen Tönen länger als bei den hohen Tönen. Da nun anderseits eine starke Modulation hörbarer Frequenz gerade bei der von den tiefen Tönen hervorgeru fenen Steuerspannung vorherrschend ist, so wirkt die Siebung durch die verlängerte Wartezeit bei den tiefen Tönen normaler weise nur begünstigend.
In besonderen Fällen, z. B. bei Rund funkübertragungen oder Schallplattenaufnah men, w o eine Frequenzkompensation durch Unterdrückung der tieferen Töne vorgenom men wird, werden diese nicht mit relativ grosser akustischer Energie erscheinen, und es hat dann keinen Zweck, verschiedene Zeit verzögerungen der Entladung des Siebkon- densators C3 bei verschiedenen Werten der Steuerspannung zu veranlassen. In solchen Fällen kann es vielmehr erwünscht sein, die Wartezeit unabhängig von der Grösse der Steuerspannung zu machen, oder sogar, dass die Wartezeit bei grösseren Werten der Steuerspannung kürzer wird.
Diese Verhältnisse sind durch die gestri chelte Linie e'z <I>-</I> t,"., in Fig. 5 dargestellt. Es ergibt sich, dass die Wartezeit e'3 <I>- x</I> bei der Steuerspannung e', die gleiche ist wie die Wartezeit t4 <I>-</I> t.", bei der Steuerspan nung e"3. In Fig. 6 ist eine Schaltung dargestellt, bei welcher die Wartezeit für die Entladung des Siebkondensators C3 unabhängig von dem Wert der Steuerspannung gemacht werden kann oder sich in voraus festgelegter Ab hängigkeit von der Nutzamplitude ändert.
Dies wird dadurch erreicht, dass das Steuergitter der Penthode P zwecks selbst tätiger Regelung des Entladestromes in Ab hängigkeit von der gleichgerichteten Nutz spannung mit einem dem Siebkreis parallel geschalteten Gleichrichterkreis verbunden ist.
Ein Teil der Nutzspannung wird über einen Kondensator C4 abgezweigt und einem Gleichrichter E4 zugeführt. Dadurch wird über einen Siebkondensator C, eine nach Mass gabe der Nutzspannung sich ändernde Gleich spannung erzeugt, welche über einen ver änderlichen Widerstand R3 abgezweigt und dem Steuergitter G der Penthode P zugeführt wird. Durch eine Batterie B wird eine nega tive Gittervorspannung e,. dem Steuergitter G erteilt.
Es wird ohne weitere Erläuterung ersichtlich, dass durch die Einwirkung der durch den Gleichrichter E4 erzeugten Gleich spannung auf das Steuergitter G der Pen- thode der Entladestrom durch die Penthode P mit zunehmender Nutzspannung propor tional steigen wird. Der Zusammenhang zwi schen der Nutzspannung und dem Entlade strom kann durch den veränderlichen Wider stand R3 nach Wunsch geregelt werden.