Verstärker für zur Aufzeichnung bestimmte tonfrequente Signale, mit Mitteln zur automatischen Dynamikkompression. Die Erfindung betrifft einen Verstärker für zur Aufzeichnung bestimmte tonfrequente Signale, mit Mitteln zur automatischen Dyna- mikkompression.
Bei Tonaufzeichnungsvorrichtungen, die zur Aufzeichnung von von verschiedenen Quellen herrührenden Signalen verwendet werden, beispielsweise von Telephongesprä- chen, Konferenzgesprächen, Bürodiktaten, Radiosendungen und dergleichen, bei welchen der mittlere Eingangssignalpegel in einem weiten Bereich, z. B. von -120 bis + 10 dB, liegen kann und die Dynamik das heisst der Lautstärkeschwankungsbereich gross ist, z. B.
60 bis 70 dB, ist es notwendig, alle Signale ohne Rücksicht auf ihre verschiedenen ursprüngli chen Pegel auf einen vorgegebenen mittleren Pegel zu verstärken, welcher notwendig ist, um das Aufzeichnungselement zu betätigen, beispielsweise 10 bis 20 dB, und die Dynamik der verstärkten Signale zu verkleinern, so dass das Aufzeichnungselement nicht übersteuert bzw. der Tonträger nicht überschnitten wer den kann, beispielsweise auf 25 bis 30 dB. Es ist üblich, diese Ergebnisse dadurch zu er reichen, dass man automatische Lautstärke regelanordnungen verwendet.
Bei diesen An ordnungen sind zwei allgemeine Typen zu unter scheiden: die vorwärtswirkende und die rückwärtswirkende Type. Die erstere ist eine Anordnung, bei welcher ein Teil des Ein gangssignals durch einen besonderen Verstär- ker verstärkt, gleichgerichtet und dem Steuer gitter einer Regelröhre (Exponentialröhre) derart zugeführt wird, dass die Verstärkung abhängig von der Amplitude des Eingangs signals geregelt wird.
Bei der rückwärtswir- kenden Type wird ein Teil. des Ausgangs signals gleichgerichtet und auf das Steuer gitter einer Regelröhre zurückgeleitet, um ihren Verstärkungsfaktor ebenfalls abhängig von der Amplitude des Eingangssignals zu regeln.
Die vorwärtswirkende Type ist ver hältnismässig einfach in der Bauweise und der Betätigung, wobei ihre Arbeitscharakteristik dahin neigt, degenerativ zu sein; aber sie hat den Nachteil, dass in manchen Fällen der V er- stärkungsausgangspegel ohne Rücksicht auf den Eingangspegel praktisch konstant gehal ten wird, so dass, wenn ihre Zeitkonstante ge nügend gross ist, um praktisch verwendbar zu sein, sie das verstärkte Signal vollständig dessen Dynamik beraubt, das heisst, dass im verstärkten Signal die lauten und leisen Stel len des ursprünglichen Signals gleich stark sind, was gewöhnlich höchst unerwünscht ist. Die Kurve einer solchen Arbeitscharakteristik ist mit B in Fig.1 bezeichnet.
Das rückwärts- wirkende Verfahren der automatischen Laut stärkeregelung bewirkt, dass der Verstärker so arbeitet, dass der Bereich der Lautstärke- änderung an seinem Eingang entsprechend einem vorausbestimmten Verhältnis an seinem Ausgang verkleinert wird. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass der Verstärker ein Kompressionsverhältnis 2 zu 1 besitzt, und wenn das Eingangssignal in einem Bereich von 40 dB variiert, wird das Ausgangssignal nur in einem Bereich von 20 dB variieren.
Die Kurve einer solchen Arbeitscharakteristik ist mit C in Fig. 1 bezeichnet. Ein solches System hat den Vorteil, dass eine gewisse Dynamik erhaltenbleibt. Der Lautstärkebe- reich des aufzuzeichnenden Signals kann auf den Lautstärkebereich herabgesetzt werden, welcher von dem Aufzeichnungselement noch bewältigt werden kann.
Es hat jedoch den Nachteil, dass seine Arbeitscharakteristik dahin strebt, regenerativ zu sein, so dass es, selbst wenn es sorgfältig gebaut ist, einem An- und Abschwellen unterworfen ist, wenn es nicht mit Schaltungen versehen ist, welche grosse Zeitkonstanten besitzen, ein Konstruk tionsmerkmal, welches .für viele praktische Anwendungen das Verfahren -unbrauchbar macht.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Dynamikkompression des verstärkten Signals über einen grossen Bereich des Eingangs signalpegels durch vorwärtswirkende auto matische Lautstärkeregelung dadurch bewirkt, dass die Signalspannung den Eingängen zweier Verstärkerkanäle zugeführt ist, von denen jeder wenigstens eine durch (-z'leichvorspan- nungsänderung in ihrer Verstärkung regel bare Elektronenröhre aufweist,
wobei das Ausgangssignal des zweiten dieser Verstärker kanäle zur Erzielung einer Regelgleichspan- nung gleichgerichtet wird, die dem ersten Ver- stärkerkanal, dessen Ausgangssignal zur Auf zeichnung bestimmt ist, zur Regelung seiner Verstärkung zugeführt ist, und dass gleich zeitig ein Teil dieser Regelgleichspannung dem zweiten Verstärkerkanal zur Regeh -uig seiner Verstärkung zugeführt. ist.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Fig. 1 zeigt typische Arbeitscharakteristi ken verschiedener Typen von automatischen Lautstärke-Regelungssystemen einschliesslich einer solchen des Ausführungsbeispiels gemäss der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt das Schaltungsschema des Aus führungsbeispiels des Verstärkers gemäss der vorliegenden Erfindung.
Die Kurve A zeigt die Arbeitscharakteri- stik, das heisst den Verlauf des Ausgangspegels in Abhängigkeit vom Eingangspegel eines Systems ohne automatische Lautstärkerege- lung, bei welchem die Dynamik des verstärk ten Signals der des ursprünglichen entspricht.
Die Kurve B zeigt die Arbeitscharakteristik eines typischen Verstärkers, welcher mit einer bekannten vorwärtswirkenden Type der Lautstärkeregelanordnung versehen ist, bei wel cher der Ausgangspegel direkt proportional dem Eingangspegel bis zu dem Punkt X in Fig. 1 wächst, bei welchem die automatische Lautstärkeregelanordnung zu wirken beginnt., wonach der Ausgangspegel auf einem kon stanten Wert ohne Rücksicht auf ein weiteres Anwachsen des Eingangssignalpegels gehalten wird.
Die Kurve C ist die Arbeitscharakte- ristik eines typischen Verstärkers, welcher mit der üblichen rückwärtswirkenden Type der automatischen Lautstärkeregelungsschaltung versehen ist, bei welcher der Ausgangspegel direkt proportional mit dem Eingangspegel.
bis zum Punkt X wächst., bei welchem die automatische Lautstärkeregelanordnung wirk sam zu werden beginnt, und darauf der Aus gangspegel in einem vorbestimmten festen Verhältnis weniger zunimmt als der Eingangs signalpegel, so dass beispielsweise ein Dyna- mikverhältnis von 2 zu 1 besteht.
Mittels des in Fig. 2 dargestellten Verstärkers kann eine Arbeitscharakteristik der Art, wie sie durch die Kurve C dargestellt ist, durch vorwärts wirkende automatische Lautstärkeregelung erreicht werden, und die Neigung der Kurve oberhalb des Punktes X, welche gewöhnlich das Kompressionsverhältnis genannt wird, kann eingestellt werden, um sie den besonde ren Bedürfnissen der zur Ausführung gelan genden Aufzeichnung anzupassen.
Das von der Signalquelle 100 (Mikrophon, Telephonhörkreis, Radioempfänger oder der gleichen) gelieferte aufzuzeichnende tonfre- < luente Signal wird über den Eingangstrans formator 2'-1 dem Gitter 12 der Pentode V-1 der Vorverstärkerstufe 102 aufgedrückt. Diese Pentode 6'-1 ist mit dein üblichen Kathodenvorspannungswiderstand R-1 mit Nebensehlusskondensator C-7. versehen,
we- che mit einer gemeinsamen Erdleitung 10 ver bunden sind, und ihr Fanggitter 15 ist in der üblichen Weise mit ihrer Kathode 11 verbun den. Ihre Anode 13 ist über einen Anoden widerstand R-'und ihr Schirmgitter 14 über einen Serienwiderstand R-3 mit. einer positi ven Klemme 118 des Netzanschlussgerätes 116 verbunden, wobei das Sehirmgitter 11 über einen Kondensator C-2 auch mit Erde ver bunden ist.
Das am Anodenwiderstand R=? auftretende verstärkte Signal wird über einen Kopplungskondensator C-4 dem Steuergitter 22 der Exponential-Schirmgitterpentode V-2 in der automatisch lautstärkegeregelten Verstär- kerstufe 104 zugeleitet, wo es verstärkt wird, so da (i das verstärkte Signal an ihrem Anoden widerstand R-4 auftritt, welcher mit einer positiven Klemme 122 des Netzanschlussgerä tes 116 verbunden ist.
Das Fanggitter 25 der Regelpent.ode V-2 ist in üblicher Weise mit der Kathode 21 verbunden, welche ihrerseits mit der gemeinsamen Erdleitung 10 verbun den ist. Die Pentode V-2 ist ebenfalls mit einem Schirmgitter-Serienwiderstand R-5 und Nebenschlusskondensator C-5 versehen.
Das verstärkte Signal von der Vorverstär- kerstufe 102 wird auch der automatisch laut stärkegeregelten Verstärkerstufe 106 über einen Kopplungskondensator C-6 dem Steuer gitter 32 der Exponentialpentode V-3 zuge führt, wo es verstärkt wird, bevor es durch den Gleiehriehter 108 gleichgerLehtet wird.
Diese Regelpentode V-3 ist versehen mit. dem üblichen Gitterableitwiderstand R-6, einem Kathodenvorspannungswiderstand R-7 mit seinem Nebensehlusskondensator C-7, Schirrn- git.terwiderstand R-8 mit seinem Nebensehluss- kondensator C-8 und Anodenwiderstand R-9. der mit einer positiven Klemme 120 des Netz anschlussgerätes 116 verbunden ist. Ihr Fang gitter 35 ist in üblicher Weise mit ihrer Kathode 31 verbunden.
Die verstärkte Signal- spannung, welche an dem Anodenwiderstand R-9 der Pentode V-3 auftritt, wird über einen Kopplungskondensator C-9 der Gleichrichter röhre V-4 zugeführt.
Diese Gleiehrichterröhre V-4 ist eine Doppeldiode, welche in einer Spannungsverdoppelungsschaltung, wie auf der Zeichnung ersichtlich, angeordnet ist, so dass die gleichgerichtete, als Lautstärkeregel- spannung dienende Spannung an dem -Wider stand R-10 auftritt., welchem ein Kondensator C."-10 parallel geschaltet ist.
Diese Spannungs- verdoppler-Gleichrichteranordnung arbeitet kurz wie folgt : Während der negativen Halb periode des dem Gitter 32 der Verstärker röhre V-3 aufgedrückten Signals nimmt der Strom durch diese Röhre ab, so dass der Span nungsabfall an, dem Anodenwiderstand R-9 abnimmt und das positive Potential der Anode 33 und des Belages des mit ihr ver bundenen Kopplungskondensators C-9 zrr.- nimmt.. Dies bewirkt,
dass der Kondensator C-9 über die Anode 44 und die Kathode 43 einer der Dioden der Gleichrichterröhre V-4 auf eine Spannung gleich der Spitzenspannung dieser Spannungsänderung aufgeladen wird. Während der positiven Halbperiode der Signalspannung nimmt der Strom durch die Röhre V-3 zu, so dass der Spannungsabfall an dem Anodenwiderstand R-9 zunimmt und dadurch das Potential der Anode 33 der Röhre V-3 und dadurch des Belages des Kon- densators C-9, der mit der Anode verbunden ist, abnimmt.
Dies bewirkt seinerseits, dass der Kondensator C-9 sich über die Kathode 41 und die Anode 42 der andern Diode der Gleichrichterröhre V-4 und den Kondensator C-10 entlädt, wodurch bewirkt wird, dass der Kondensator C-10 auf eine Spannung aufge laden wird, welche praktisch gleich der Span nungsänderung an dem Anodenwiderstand R-9 der Röhre V-3 während einer vollstän digen Periode der Signalspannung ist.
Diese Entladung des Kondensators C-9 bereitet ihn für die nächste negative IIalbperiode der Signalspannung vor und erzeugt gleichzeitig am Widerstand R-10 die Gleichspannung, welche als Lautstärkeregelungsspannung zu verwenden ist, die eine Funktion der Grösse des Eingangssignals ist.
Ein Teil dieser Span nung, welcher durch die Stellung eines Gleit- kontaktes 46 am Widerstand R-10 bestimmt ist, wird als negativ wirksame Vorspannung für die Regelpentode V-3 mittels einer Ver- bindiuig von diesem Gleitkontakt 46 über den Gitterableitwiderstand R-6 zum Steuergitter 32 der Röhre V-3 verwendet.
Durch Rück leitung eines Teils der Lautstärkeregelungs- Gleichspannung zum Gitter der Regelröhre V-3 wird eine automatische Lautstärkeregel- wirkung der -ursprünglichen automatischen LautstärkeregeIwirkang überlagert, so dass der Signalbereich, über den die automatische Lautstärkeregelanordnung wirksam ist, in hohem Masse vergrössert wird.
Wie im folgen den beschrieben wird, kann durch geeignete Einstellung des Gleitkontaktes 46 am Wider stand R-10 zum Bestimmen des Teils der Laut stärkeregelungs-Gleichspannung, welcher zur Röhre V-3 zurückgeführt wird, die Neigung der Arbeitscharakteristik der automatischen Lautstärkeregelung in gewünschter Weise vor ausbestimmt werden.
Ein Vorspannangswider- stand R-11 ist zwischen die Kathode 43 der Gleichrichterröhre V-4 und die gemeinsame Erdleitung 10 eingeschaltet, und das an die Kathode 43 angeschlossene Ende dieses Wider standes R-11 ist mit einem Gleitkontakt 48 an einem Überbrückilngswiderstand R'-20 an die Ausgangsklemmen 118 und 128 des Netz anschlussgerätes 116 angeschlossen.
Durch die soeben beschriebene Verbindung wird eine positive Vorspannung der Kathode 43 einer Diode der Gleichrichterröhre V-4 zugeführt, -um eine Vorspannimg zu erzielen, welche die automatische Lautstärkeregelungsanordnung verhindert wirksam zu werden, bis die Signal spannung einen vorausbestimmten Wert über schreitet, wie dies im nachfolgenden noch aus führlicher beschrieben wird.
Die am Wider stand R-10 erzeugte Regelungsgleichspannung wird von dem negativen Ende<B>130</B> dieses Widerstandes über einen Gitterwiderstand R-12 dein Steuergitter 22 der automatisch laütstärkegeregelten Exponentialpentode V-2 zu,Teführt, um den Verstärkungsfaktor dieser Röhre ui regeln und so den Betrag der Ver- stärkung des Signals in dem Verstärkungs system zu bestimmen.
Das in der Lautstärke geregelte verstärkte Signal, welches an dein Anodenwiderstand R-4 der Regelröhre V-2 auftritt, wird über einen Kopplungskondensator C-11 und ein Aufzeichnungspegel - Regelpotentiometer P-1 zum Steuergitter 52 der Treiberröhre<B>V-5</B> ge leitet. Diese Verstärkerröhre V-5 ist mit dem üblichen Kathodenvorspannungswiderstand R,-12 mit Nebenschlusskondensator C-12 ver sehen, welche mit der gemeinsamen Erdlei tung 10 verbunden sind. Die Anode 53 der Röhre V-5 ist über einen Anodenwiderstand R-11 mit einer positiven Klemme 124 des Netzanschlussgerätes 116 verbunden.
Das Aus gangssignal der Treiberstufe 110 wird zur Kraftverstärkerstufe 112 dadurch zugeleitet, dass die Anode 53 der Treiberröhre V-5 durch einen Kopplungskondensator C-13 mit dem Steuergitter 62 der Pentode V-6 mit elektro nenoptischem System verbunden ist. Das Steuergitter 62 der Röhre V-6 ist auch mit der gemeinsamen Erdleitung 10 durch den üblichen Gitterwiderstand R-13 verbunden, und ihre Kathode 61 ist mit dieser Erdleitung 10 durch den üblichen Kathodenvorspan- nungswiderstand R-14 mit Nebenschlusskon- densator C-14 verbunden.
Die Anode 63 der Röhre V-6 ist mit der einen Seite der Primär wicklung des Ausgangstransformators<I>T-2</I> verbunden, während die andere Seite dersel ben mit einer positiven. Klemme 126 des Netz anschlussgerätes 116 verbunden ist. Das Schirmgitter 64 ist mit einer andern Klemme 124 desselben von etwas geringerer Spannung verbunden. Die Sekundärwicklung des Aus gangstransformators T-2 ist mit dem Auf zeichnungselement M-1 verbunden, und eine Seite dieser Sekundärwicklung ist mit der gemeinsamen Erdleitung 10 verbunden.
Dieses Aufzeichnungselement D1-1 kann in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein, um die übliche Tonrille auf einen Aufzeichnungs träger aufzudrücken, beispielsweise dem Wachszylinder 115.
Das Netzanschlussgerät 116 ist von der üblichen Doppelweggleichrichtertype. Es be- sitzt einen Netztransformator T-3, dessen Pri märwicklung mit der Wechselstromnetzleitung 150 über eine Sicherung F-1 und einen dop pelpoligen Schalter S-1 verbunden ist. Eine Doppelweggleichrichterröhre V-17, welche eine Kathode 71 und zwei Anoden 72 besitzt, ist in üblicher Weise mit der Sekundärwicklung des Transformators T-3 und einem Siebsystem verbunden.
Dieses weist mehrere Siebwider stände R-15, R-16, R-17, R-18, R-19, den Cberbrückungswiderstand R-20 und Siebkon densatoren C-15, C-16, C-17, C-18, C-19 und (.'-20 aui', welche in üblicher Weise geschaltet sind. Es erzeugt Speisegleielispannungen zwi- schen der negativen Klemme 128 und mehre- ren positiven Klemmen 118, 120, 122, 124 und 126, welche finit den verschiedenen Verstär- kerschaltungsteilen in der oben beschriebenen Weise verbunden sind.
Bei dein soeben beschriebenen Verstärker- systeii), welches die beschriebene vorwärts wirkende automatische Lautstärkeregelungs- sehaltung aufweist, ist es möglich, die Nei gung der automatischen Lautstärkeregehzngs- Arbeitscliarakt.eristik auf einen gewünschten Wert zwischen derjenigen.
der normalen rückwärtswirkenden automatischen Laut stärkeregelanordnung, wie sie durch die Kurve (.' mit dein Kompressionsverhältnis von ungefähr 2 zu 1 dargestellt ist, und derjeni gen der normalen vorwärtswirkenden auto matischen l.autstärkeregelungsschaltung, wie sie durch die Kurve B mit einem unendlich grossen Kompressionsverhältnis dargestellt ist, zu bringen. Eine derartige Einstellung des Kompressionsverhältnisses der automatischen Lautstärkeregelungsschaltung wird durch die Einstellung des Gleitkontaktes 46 am Wider stand R-10 erreicht.
Wenn dieser Gleitkontakt an die positive Klemme 1.32 am Ende des Widerstandes R-10 bewegt wird, wird kein Anteil der Lautstärkeregel-CTleichspannung der Regelröhre V-3 zurückgeleitet, und die Schaltung wirkt als eine normale vorwärts wirkende automatische Lautstärkeregelsehal- tung, welche eine Arbeitskurve erzeugt, die der Kurve B der Fig. 1 entspricht.
Wenn der Gleitkontakt 46 an die andere Klemme 130 am negativen Ende des Widerstandes R-10 bewegt wird, so dass die gesamte automatische Lautstärkeregel-(Tleichspannung sowohl dem Steuergitter 32 der Regelröhre V-3 als auch dein Steuergitter 22 der Regelröhre V-2 zuge leitet wird, dann ist die Arbeitscharakteristik- kurve des Verstärkers diejenige einer üblichen riickwärtswirkenden automatischen Laut- stä.rkeregelschaltung, entsprechend der Kurve C in der Fig. 1, welche ungefähr ein Kom pressionsverhältnis von. 2 zu 1 hat.
Durch Einstellen des Gleitkontaktes 46 auf einen Punkt zwischen den Klemmen 1.30 und 1.32 des Widerstandes R-1.0 können mittlere Kom- pressionsv erhäl.tnisse erhalten werden, bei spielsweise Kompressionsverhältnisse von 4 zu 1 oder 8 zu 1, wie sie durch die Kurven. D und E (Fig. 1) erhalten werden. Eine weitere Änderungsmöglichkeit der Regelcharakteristik wird durch die Anordnung des Gleitkontaktes 48 an dem Überbrückungswiderstand R-20 er halten.
Wie oben beschrieben, bestimmt die Einstellung des Gleitkontaktes 48 den Betrag der festen positiven V orspannung, welche der Kathode 43 der Gleichrichterröhre V-4 zuge führt wird, wodurch der Punkt auf der Ar beitskurve beeinflusst wird, an welchem. die automatische Lautstärkeregelanordnung in Wirkung tritt.
Zusätzlich zur Ermöglichung einer Regelung der Neigung der automatischen Lautstä.rkeregelungscharakteristik über weite Grenzen macht es die beschriebene automati- sehe Lautstärkeregelschaltimg möglich, eine automatische Lautstärkeregelung zu erhalten, welche über einen ungewöhnlich grossen Be reich der Eingangssignalpegel wirkt, ein Merkmal, welches von erheblicher Wichtigkeit ist, um befriedigende Tonaufzeichnungen von einer grossen Verschiedenheit von Signalquel len zu machen.
Bei der üblichen automatischen Lautstärkeregelschaltung, bei der die Regel spannungs-Verstärkerröhre V-3 so betrieben wird, dass sie bei niedrigen Pegeln schon wirk sam ist, besteht die Neigung, dass bei hohen Signalpegeln die Röhre V-3 gesättigt wird. Wenn sie anderseits so betrieben ist, dass sie bei hohen Eingangssignalpegeln wirksam ist, ist sie unwirksam, wenn der Eingangssignal- pegel sehr niedrig ist. Der Eingangssignal pegelbereich, über welchen die automatische Lautstärkeregelanordnung wirksam ist, ist daher begrenzt.
Dieser Nachteil wird nun durch Rückführung eines Teils der Laut- stärkeregelspannung zur Regelspannungsver- stärkerröhre V-3 vermieden, so dass der Be reich ihrer wirksamen Arbeitsweise erheblich erweitert wird.
Es sind zahlreiche Änderungen gegenüber der dargestellten und beschriebenen Ausfüh rungsform des Erfindungsgegenstandes mög- lich.