CH656270A5 - Schaltungsanordnung zum modifizieren des dynamikbereichs. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung ganzen Dynamikbereich hinweg;

nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. (b) Schaltungsanordnungen mit einer Charakteristik, die

Kompressoren und komplementäre Expander werden zwei oder mehr Teile hat, von denen nur einer lienar ist («unihäufig gemeinsam benutzt (ein Kompandersystem), um eine linear»).

Geräuschminderung zu erzielen; das Signal wird vor der 60

Übertragung oder Aufzeichnung komprimiert und nach dem Eine Schaltungsanordnung mit bilinearer Charakteristik

Empfang oder der Wiedergabe aus dem Übertragungskanal hat besondere Vorteile und ist weit verbreitet. Die Schwelle expandiert. Es können jedoch auch Kompressoren allein kann oberhalb des Eingangsrauschpegels oder des Rauschpe-

benutzt werden, um den Dynamikbereich zu verkleinern, z.B. gels des Übertragungskanals festgesetzt werden, um die um ihn an die Kapazität eines Übertragungskanals anzu- es Wahrscheinlichkeit einer Steuerung der Schaltung durch passen, ohne dass anschliessend eine Expansion vorge- Rauschen auszuschliessen. Aufgrund des Hochpegelteils mit nommen wird, wenn das komprimierte Signal für den im wesentlichen konstanter Verstärkung wird eine nichtli-

gewünschten Zweck angemessen ist. Ausserdem werden neare Behandlung von Hochpegelsignalen vermieden, die

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sonst Verzerrungen bringen würde. Im Fall eines Audiosignals, für das die Schaltung syllabisch sein muss, bietet der Hochpegelteil ausserdem einen Bereich, innerhalb dessen die Überschwingungen behandelt werden können, die bei einer syllabischen Schaltung auftreten, wenn der Signalpegel abrupt steigt. Die Überschwingungen werden durch Clipperdioden oder ähnliche Einrichtungen unterdrückt. Diese Kombination von Vorteilen ist nur mit bilinearen Charakteristiken erzielbar.

Bekannte Schaltungen mit einer einzigen Stufe mit bilinearer Charakteristik, wie sie heutzutage in Audioerzeugnissen für Heimgebrauch verwendet werden, ermöglichen 10 dB Kompression und Expansion, was für viele Zwecke angemessen ist. Allerdings verbleibt für einige Hörer dabei noch ein gewisses Rauschen, und um die bestmögliche Wiedergabetreue zu erzielen ist eine stärkere Kompression und Expansion wünschenswert, beispielsweise 20 dB. Es wird auch schon eine neue Schaltung in Audioprodukten für den Heimgebrauch verwendet, die in den belgischen Patentschriften 889 428,889 427,889 426, in «Audio», Mai 1981, S. 20-26 und in einer Veröffentlichung J-6 und einem Vorabdruck beschrieben ist, der beim Kongress der Audio Engineering Society in New York im November 1981 vorgelegt wurde.

Vor den oben erwähnten Schaltungen waren Schaltungen bekannt und im Handel erhältlich, die eine Kompression oder Expansion von 20 dB und sogar noch mehr ermöglichten; aber das waren meistens logarithmische Schaltungsanordnungen mit konstanter Neigung, bei denen im gesamten Dynamikbereich oder nahezu im gesamten Dynamikbereich die Verstärkung sich ständig ändert. Solche Schaltungen leiden bei sehr niedrigen und sehr hohen Signalpegeln stärker unter Verzerrungs- und Signalgleichlaufproblemen als die bilinearen Schaltungen, bei denen die Änderung der Verstärkung auf einen Zwischenbereich der Charakteristik beschränkt ist, und Überschwingungsprobleme treten stärker auf als bei Anordnungen mit bilinearer Charakteristik. Bei bekannten Kompandern mit konstanter Neigung liegen die Kompressionsverhältnisse im Bereich von 1,5:1,2:1 und 3:1, wobei 2:1 das üblichste Verhältnis ist.

Hinsichtlich der Staffelung bilinearer Schaltungen gemäss der belgischen Patentschrift 889 428 folgt auf eine erste Schaltung, die eine bilineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristik hat, eine oder mehrere weitere Schaltungen, die gleichfalls bilineare Charakteristiken bei jeder beliebigen Frequenz innerhalb eines Schaltungen gemeinsamen Frequenzbereichs haben. Die Schwellen und Dynamikbereiche der Schaltungen sind auf verschiedene Werte eingestellt, um die Zwischenoder Mittelpegelteile der Charakteristiken der Schaltungen so zu staffeln, dass eine Verstärkungsänderung über einen grösseren Bereich von Mitteleingangspegeln als für jede der Schaltungen allein erzielt wird, und dass zwischen den Verstärkungen bei niedrigem und hohem Eingangspegel ein grösserer Unterschied erhalten wird. Dabei ist jedoch das maximale Kompressions- oder Expansionsverhältnis im wesentlichen nicht grösser als das maximale Kompressionsverhältnis einer einzelnen Schaltung allein, aufgrund der Staffelung.

Wenn bei Audioschaltungen die Schaltungen Elemente zum Unterdrücken (Begrenzen) von Überschwingungen haben, können deren Schwellen gleichfalls gemeinsam mit der Staffelung der syllabischen Schwellen gestaffelt werden. Die Überschwingungen der Schaltungen oder Stufen mit dem niedrigeren Pegel werden entsprechend herabgesetzt, wobei eine minimale Gesamtüberschwingung der verschiedenen Stufen erfolgt. Dies steht im Gegensatz zu bekannten logarithmischen Kompressoren, bei denen von Natur aus starke Überschwingungen erzeugt werden.

Jede der Schaltungen kann eine Änderung des Spektralgehalts des Signals einführen, z.B. eine Höhenanhebung bei niedrigem Pegel im Fall eines Kompressors. So kann jede nachfolgende Stufe durch ein Signal mit einem sich pro-s gressiv ändernden Spektralgehalt betätigt werden. Im Fall von komplexen Signalen hat das zur Folge, dass die Fehlerchancen bei der Decodierfunktion spektral ausgebreitet werden. Im Fall eines Bandaufzeichnungsgeräts mit ungleichmässiger Frequenzgangcharakteristik verringert z.B. io die Tendenz zu spektraler Verlagerung die Gesamtfehler der Dynamik und des Frequenzganges im decodierten Ergebnis.

Die Möglichkeit der Staffelung bilinearer Stufen gibt dem Konstrukteur ein zusätzliches Mittel, um eine Gesamtschaltung zu optimieren. Dabei können die Gestalten der Komis pressionscharakteristiken einzelner Stufen insbesondere im Hinblick auf die Staffelung ausgelegt werden. Die Übergangscharakteristiken der Schaltungen werden gleichfalls berücksichtigt, und es wird vorzugsweise die Möglichkeit genutzt, die Schwellen der Überschwingungsunterdrückung in Audio-20 kompressoren und Expandern zu staffeln, um zu einer minimalen Gesamtüberschwingung zu kommen.

Eine als «sliding band circuit» allgemein bekannte Schaltung, die als erste und zweite Schaltung verwendet werden kann, erzeugt die spezielle, erwünschte Charakteristik für den 2s Fall einer Hochfrequenz-Audiokompression oder Expansion durch Anwenden einer Hochfrequenzanhebung im Fall der Kompression oder Absenkung im Fall der Expansion mit Hilfe eines Hochpassfilters mit veränderlicher unterer Grenzfrequenz. In dem Mass, in dem der Signalpegel im Hochfre-30 quenzband steigt, gleitet die Grenzfrequenz des Filters nach oben und engt dabei das angehobene oder abgesenkte Band ein und schliesst das Nutzsignal von der Anhebung oder Absenkung aus. Beispiele für derartige Schaltungen finden sich in US-PS Re 28 426, US-PS 3 757 254,4 072 914,

35 3 934 190 und der japanischen Patentanmeldung 55 529/71.

Entsprechend kann sowohl die erste als auch die zweite Schaltung eine derartige «Sliding Band»-Schaltung sein. Im Prinzip können die Ruhegrenzfrequenzen der beiden «Sliding Band»-Schaltungen unterschiedlich sein, und das kann 40 dazu genutzt werden, einen Grad an Kompression oder Expansion zu erhalten, der in einem Teil des behandelten Frequenzbandes grösser ist als in einem anderen. Jedoch sind bei einer abgewandelten Ausführungsform die Grenzfrequenzen im wesentlichen identisch gewählt. Das hat den Vor-45 teil stärkerer Diskriminierungen zwischen dem Frequenzbereich, in welchem eine Anhebung oder Absenkung angewendet wird, und dem Bereich, in dem das nicht geschieht, und dementsprechend eine schärfere Diskriminierung zwischen dem Bereich, in dem eine Rauschminderung nicht so mehr stattfindet, weil ein signifikantes Nutzsignal auftritt, und dem Bereich, in dem die Rauschminderung wirksam bleibt.

Andererseits sind aber auch Schaltungen allgemein bekannt, bei denen das Frequenzspektrum durch entspre-55 chende Bandpassfilter in eine Vielzahl von Bändern unterteilt wird, die Kompression oder Expansion in jedem Band im Fall eines Kompressors mittels einer Verstärkungssteuervorrichtung (entweder ein selbsttätig ansprechender, diodenartiger Begrenzer oder ein gesteuerter Begrenzer) erfolgt und 60 im Falle eines Expanders beliebige reziproke oder komplementäre Schaltungen vorgesehen sind. Beispiele für diese Art von Schaltreisen finden sich in US-PS 3 846 719. Diese Spalt-band- oder Mehrfachbandschaltungen haben den Vorteil, dass sie in den verschiedenen Frequenzbändern unabhängig 65 wirken, und wenn diese Eigenschaft erwünscht ist, können solche Schaltungen als erste, zweite oder weitere Stufe in den Reihenanordnungen verwendet werden.

Es ist bekannt, bilineare Kompressoren und Expander,

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sowohl der «Sliding Band»- als auch der Spaltbandart unter Verwendung nur eines einzigen Signalweges aufzubauen. Insgesamt wird jedoch eine Konstruktion derartiger Vorrichtungen bevorzugt, die eine Hauptsignalschaltung, welche hinsichtlich der Dynamik linear ist, mit einer Kombinationsschaltung in der Hauptschaltung, und eine weitere Schaltung aufweist, die ihren Eingang oder Ausgang der weiteren Schaltung ableitet und deren Ausgang mit der Kombinationsschaltung gekoppelt ist. Zu der weiteren Schaltung gehört ein (selbstwirkender oder gesteuerter) Begrenzer, und im Fall der Kompression wird durch das begrenzte Signal der weiteren Schaltung das Signal der Hauptschaltung in der Kombinationsschaltung verstärkt bzw. angehoben, während dem Signal der Hauptschaltung im Fall der Expansion entgegengewirkt wird. Das begrenzte Signal des weiteren Weges ist kleiner als das Signal des Hauptweges im oberen Teil des Eingangsdynamikbereichs. Es ist am vorteilhaftesten und zweck-mässigsten wenn die Hauptschaltung und die weitere Schaltung getrennt identifizierbare Signalwege sind.

Derartige bekannte Kompressoren und Expander sind besonders vorteilhaft, weil sie es ermöglichen, die gewünschte Art von Übertragungscharakteristik auf exakte Weise ohne die Schwierigkeiten einer Hochpegelverzerrung zu erzielen. Der Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung wird erhalten, indem man dem weiteren Weg eine Schwelle oberhalb des Rauschpegels gibt; unterhalb dieser Schwelle ist der weitere Weg linear. Der Zwischenpegelteil wird von demjenigen Bereich geschaffen, in welchem die Begrenzungswirkung des weiteren Weges teilweise wirksam wird, und der Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung ergibt sich, nachdem der Begrenzer voll wirksam geworden ist, so dass das Signal des weiteren Weges nicht mehr zunimmt und im Vergleich zum Signal des Hauptweges vernachlässigbar wird. Im höchsten Teil des Eingangsdynamikbereichs ist der Ausgang der Schaltungsanordnung tatsächlich nur das vom linearen Hauptweg hindurchgelassene Signal, d.h. linear im Hinblick auf den Dynamikbereich. Bei «Dual-Path»-Audioschaltungen ist es besonders bequem, für Überschwingungsunterdrückung zu sorgen.

Beispiele dieser bekannten Schaltungen finden sich in US-PS 3 846 719,3 903 485 und US-PS Re 28 426. Es sind auch analoge Schaltungen bekannt, mit denen ähnliche Ergebnisse erzielt werden, bei denen jedoch der weitere Weg Charakteristiken hat, die zu Begrenzercharakteristiken invers sind, und bei denen der Ausgang des weiteren Weges dem Signal des Hauptweges zur Kompression entgegenwirkt und das Signal des Hauptweges zur Expansion verstärkt bzw. anhebt. (US-PS 3 828 280 und 3 875 537).

Jede dieser bekannten bilinearen Schaltungen kann folglich als erste und zweite Schaltung der erfindungsge-mässen Reihenschaltungsanordnungen verwendet werden.

Wie schon erwähnt, ist es nicht unbedingt wichtig, die gewünschte Art der bilinearen Charakteristik durch solche «Dual-Patch»-Techniken zu erzeugen. Es gibt auch Alternativen, bei denen mit Einzelwegen gearbeitet wird, wie z.B. in US-PS 3 757 254,3 967 219,4 072 914,3 909 733 und der japanischen Patentanmeldung 55 529/71 beschrieben. Mit diesen alternativen Schaltungen können meistens nicht so gute Ergebnisse erzielt werden wie mit «Dual Path»-Schaltungen oder sie können weniger zweckmässig und deshalb weniger wirtschaftlich sein; aber sie können insgesamt gleichwertige Ergebnisse hervorbringen. Folglich können diese bekannten Schaltungen auch als eine oder mehr der Schaltungen einer Reihenschaltungsanordnung gemäss der Erfindung benutzt werden. Gegebenenfalls kann eine der Schaltungen, die erste oder die zweite, eine «Dual Path»-Schaltung und die andere eine Einwegschaltung sein.

Bei einer von der Anmelderin entwickelten und in handelsüblichen Schaltungen bereits benutzten bekannten Anordnung von zwei bilinearen Reihenschaltungen die Gegenstand der US-Patentanmeldung Nr 325 529 vom 1.12.1981 ist, ist zwischen den getrennten Steuerschaltungen in jeder Vorrichtung eine kreuzweise Kopplung vorgesehen. Eine Steuersignalkomponente aus der Niedrigpegelschaltung wird über ein Kopplungsnetzwerk der Steuerschaltung des Hochpegelprozessors zugeführt.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, zusätzliche Techniken der Kopplung bilinearer, gestaffelter Reihenschaltungen zu schaffen. Diese sollen a) dazu beitragen, das System gegenüber Steuerung durch unerwünschte Signale immun zu machen, b) dazu beitragen, die Rauschmodulationswirkungen zu verringern, c) wilde Antworten unterdrücken, d) eine Herabsetzung von einzelnen Anforderungen an die Schaltung erlauben, e) die Kompression oder Expansion ohne Nebenwirkungen vergrössern, f) die Kompliziertheit und Kosten usw. der Gesamtschaltung herabsetzen.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Massnahme erzielt. Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Ein Merkmal der gestaffelten bilinearen Reihenschaltungen besteht darin, dass sie mit verschiedenen Betriebsschwellen arbeiten und meistens auch mit verschiedenen Überschwingungsschwellen (mindestens im Fall von Audiovorrichtungen). Folglich sprechen die Schaltungen unterschiedlich an. Die Kreuzkopplung von Wechselstromsignalen zwischen oder unter den Reihenschaltungen gibt dem Konstruktionsingenieur einen zusätzlichen Konstruktionsparameter, der zur optimalen Gestaltung des Betriebs des Systems nützlich sein kann.

Bei bilinearen «Dual Path»-Schaltungen kann z.B. der Signalausgang des Rauschminderungsweges einer Schaltung mit höherem Schwellenpegel an die Schaltung mit niedrigerem Schwellenpegel angelegt und bei geeignetem Frequenzgang und Phasenmodifizierungen in die festen und variablen Filtersignalschaltungen eingegeben werden, um so aktive Filterwirkungen hervorzurufen, die die «Sliding Band»-Wirkung und die anschliessende Rauschminderungswirkung fördern.

Ausserdem ist die Schaltung weniger kompliziert, und die Kosten sind niedriger bei Verwendung einer einzigen Steuerschaltung für zwei oder mehr Stufen bilinearer Schaltungen in Reihe, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgänge der einzigen Steuerschaltung zwischen oder unter den in Reihe geschalteten Stufen kreuzweise gekoppelt sind.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen beispielhaften Satz von Kurven zur Darstellung komplementärer bilinearer Kompressions- und Expansionscharakteristiken;

Fig. 2 ein allgemeines Blockschaltbild bilinearer, in Reihe geschalteter Vorrichtungen;

Fig. 3 ein Schaltschema eines bekannten «Sliding Band»-Kompressors;

Fig. 4 ein Schaltschema eines bekannten «Sliding Band»-Expanders;

Fig. 5 ein Schaltschema einer Abwandlung der Vorrichtung gemäss Fig. 3 und 4;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines bilinearen «Dual Path»-« Sliding Band»-Kompressors wie im Zusammenhang mit Fig. 3 oder Fig. 3 mit der Abwandlung gemäss Fig. 5 beschrieben;

Fig. 7 und 8 Blockschaltbilder eines bekannten Festbandkompressors und -expanders;

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Fig. 9 ein allgemeines Blockschaltbild der Erfindung;

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einem bilinearen zweistufigen Kompressor und -Expander verwirklicht ist;

Fig. 11 ein detaillierteres Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäs Fig. 10;

Fig. 12 ein Schaltschema eines beispielhaften Kreuzkopplungsnetzwerks zur Verwendung beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11;

Fig. 13 ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einer Anordnung mit einer gemeinsamen Steuerschaltung für bilineare, in Reihe geschaltete «Sliding Band»-Vorrichtungen verwirklicht ist;

Fig. 14 ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einer Anordnung verwirklicht ist, welche bilinearen, in Reihe geschalteten Festbandvorrichtungen eine gemeinsame Steuerung liefert.

In Fig. 1 sind beispielhafte bilineare komplementäre Kompressions- und Expansionsübertragungscharakteri-stiken bei einer bestimmten Frequenz gezeigt, die für die Kompressionscharakteristik den Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung, die Schwelle, den Teil, wo die dynamische Aktion erfolgt, den Endpunkt und den Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung zu erkennen geben.

Fig. 2 zeigt allgemein bilineare, in Reihe geschaltete Vorrichtungen; ein erster bilinearer Kompressor 2 erhält Eingangsinformation und liegt mit seinem Ausgang an einem zweiten bilinearen Kompressor 4 an, der mit ihm in Reihe geschaltet ist und dessen Ausgang an einem rauschbehafteten, Information übertragenden Kanal N anliegt. Ein Paar in Reihe geschaltete bilineare Expander 6 und 8 erhalten den Eingang vom Kanal N am Expander 6 und liefern am Ausgang des Expanders 8 einen Rauschminderungssystemaus-gang. Die Bereiche der Dynamikwirkung der in Reihe liegenden Vorrichtungen sind im Verhältnis zueinander innerhalb des den Vorrichtungen gemeinsamen Frequenzbereichs voneinander getrennt oder gestaffelt. Obwohl in der Figur je zwei Vorrichtungen an jeder Seite des Informationskanals N vorgesehen sind, können nicht nur zwei sondern auch mehr Vorrichtungen verwendet werden. Die Erfindung sieht die Kreuzkopplung von zwei oder mehr bilinearen, in Reihe geschalteten Kompressoren oder Expandern vor, wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird. Bei einer Ausführung als komplementäres Rauschminderungssystem sind bilineare Kompressoren und Expander in Reihenschaltung in gleicher Anzahl vorgesehen.

Die im Kompressor gewählte Reihenfolge der Stufen, die eine bestimmte Charakteristik haben, ist im Expander umgekehrt. Die letzte Stufe des Expanders ist z.B. zur ersten Stufe des Kompressors in jeder Hinsicht komplementär - eingeschwungener Zustand und zeitabhängiges dynamisches Ansprechen (Frequenz, Phase und Übergangsansprechverhalten unter allen Bedingungen des Signalpegels und der Dynamik).

Wie schon erwähnt, ist vorzugsweise meistens die Hochpegelstufe die erste in einer Kompressorreihe und die Niedrigpegelstufe die letzte. Jedoch ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich. Im umgekehrten Fall braucht der Steuerverstärker der ersten Stufe eine starke Verstärkung, um die nötige niedrige Schwelle zu erreichen. Diese niedrige Schwelle gilt dann sogar in Anwesenheit von Signalen mit hohem Pegel, was bei den bekannten «Sliding Band»-Systemen meistens zu einem schlechten Verhalten hinsichtlich Rauschmodulation des Gesamtsystems führt. In dieser umgekehrten Anordnung muss jede Stufe eine ausreichende Verstärkung des Steuerverstärkers haben, um die für

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diese Stufe erforderliche Schwelle zu erreichen. Ausserdem ist jede Schwelle im wesentlichen fest und unabhängig vom Betrieb der anderen Stufen. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass die Signal verstärkung jeder früheren Stufe im wesent-5 liehen auf Eins abgesunken ist, wenn die Schwelle für die entsprechende nachfolgende Stufe erreicht ist.

Im Gegensatz zu dieser umgekehrten Anordnung besteht bei der bevorzugten Anordnung, bei der die Hochpegelstufe die erste in der Kompressorkette und die Niedrigpegelstufe io die letzte ist, eine nützliche Wechselwirkung zwischen den Stufenverstärkungen und Schwellen. Die Schwellen der nachgeschalteten Stufen sind teilweise von den Signalverstärkungen der vorausgehenden Stufen bestimmt. In einem zweistufigen System mit einer 10 dB Niedrigpegel Verstärkung pro 15 Stufe ist die erforderliche Verstärkung des Steuerverstärkers der zweiten Stufe aufgrund der Niedrigpegelsignalverstärkung der ersten Stufe um 10 dB verringert. Wenn ein Signal mit hohem Pegel auftritt, wird die 10 dB Verstärkung der ersten Stufe ausgeschaltet und die Schwelle der Niedrigpegel-20 stufe effektiv um 10 dB erhöht. Bei «Sliding Band»-Kompan-dern verbessert dies das Verhalten der Rauschminderungswirkung hinsichtlich Rauschmodulation.

Bei der bevorzugten Anordnung sind die Verstärkungen aller voraufgehenden Stufen bis zur Schwelle jeder beliebigen 25 nachfolgenden Stufe voll wirksam. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System mit umgekehrter Reihenfolge werden also bei der bevorzugten Anordnung die vorherrschenden Signalverstärkungen der einzelnen Stufen bestmöglich ausgenutzt. Das bedeutet:

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1. Bei Signalbedingungen mit sehr niedrigem Pegel (unterhalb der Schwelle) ist die in jeder Stufe erforderliche Verstärkung des Steuerverstärkers um ein Ausmass verringert, welches den kumulativen Signalverstärkungen aller vorher-

35 gehenden Stufen entspricht.

2. Es wird eine vom Signal abhängige, variable Schwellenwirkung erzielt, wodurch bei «Sliding Band»-Stufen die Rauschmodulationseffekte verringert werden. Die effektiven Schwellen der Niedrigpegelstufen werden mit zunehmendem

40 Signalpegel bei einer bestimmten Frequenz progressiv erhöht. Bei hohen Signalpegeln (im linearen Hochpegelteil der Übertragungscharakteristik) wird die effektive Schwelle der Stufe mit dem niedrigsten Pegel um einen Wert angehoben, der allen Niedrigpegelstufenverstärkungen (unter-45 halb der Schwelle) bis zu diesem Punkt entspricht.

Eine bekannte Ausführungsform bilinearer, in Reihe geschalteter Prozessoren arbeitet mit in Reihe geschalteten «Sliding Band»-Vorrichtungen: die Kompressoren 2 und 4 so und die Expander 6 und 8 gemäss Fig. 2 sind «Sliding Band»-Vorrichtungen wie sie in US-PS Re 28 426 beschrieben sind, mit Abwandlungen gemäss der belgischen Patentschrift 889 428. Zu diesen Abwandlungen gehört, dass die syllabischen und Überschwingungsschwellen gestaffelt 55 und die Filtergrenzfrequenz geändert sind.

Einzelheiten der grundlegenden Schaltung sind in den Fig. 3,4 und 5 gezeigt, die den Fig. 4,5 bzw. 10 der US-PS Re 28 426 entsprechen, und weitere Einzelheiten dieser Schaltungen, ihr Betrieb und die ihnen zugrundeliegende Theorie 60 ist dort beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung der Fig. 3,4 und 5 ist zu einem grossen Teil aus US-PS Re 28 426 entnommen.

Die Schaltung gemäss Fig. 3 ist besonders zum Einbau in den Aufnahmekanal eines Heimbandgeräts ausgelegt, wobei 65 zwei solche Schaltungen für ein Stereogerät nötig ist. Das Eingangssignal wird an einem Anschluss 10 an eine Emitterfolgerstufe 12 angelegt, die ein Niedrigimpedanzsignal liefert. Dies Signal wird zunächst über einen Geradeaus-

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Hauptweg, der aus einem Widerstand 14 besteht, an einen Signal am Begrenzer und damit am Widerstand 18 kann mit-

Ausgangsanschluss 16 angelegt und zweitens über eine wei- tels eines Schalters 53 zur Erde kurzgeschlossen werden,

teren Weg, dessen letztes Element ein Widerstand 18 ist, wenn der Kompressor ausser Betrieb geschaltet werden soll,

gleichfalls an den Anschluss 16 angelegt. Die Widerstände 14 Der Verstärker 30 ist ein NPN-Transistor mit einem und 18 addieren die Ausgänge des Haupt- und des weiteren s Emitter-Zeitkonstanten-Netzwerk 52, welches bei hohen Fre-

Weges, um das geforderte Kompressionsgesetz zu verwirk- quenzen eine grössere Verstärkung ergibt. Starke hohe Fre-

lichen. quenzen, z.B. ein Beckenschlag führen deshalb zu einer

Der weitere Weg besteht aus einem festen Filter 20, einem raschen Verengung des Bandes, in welchem eine Kompres-Filter 22 mit variabler Grenzfrequenz, unter Einschluss eines sion erfolgt, um eine Signalverzerrung zu vermeiden. FET 24 (diese bilden den Filter/Begrenzer), und einem Ver- io Der Verstärker ist mit dem Glättungsfilter 32 über die stärker 26, dessen Ausgang mit einem Doppeldiodenbe- Gleichrichterdiode 31 verbunden. Der Filter weist einen Rei-grenzer oder Clipper 28 und mit dem Widerstand 18 ver- henwiderstand 54 und einen Nebenschlusskondensator 56 bunden ist. Der nichtlineare Begrenzer unterdrückt Über- auf. Im Nebenschluss zum Widerstand 54 ist eine Siliziumschwingungen des Ausgangssignals mit abrupt steigenden diode 58 vorgesehen, die ein rasches Aufladen des Kondensa-Eingangssignalen. Der Verstärker 26 verstärkt das Signal im îs tors 56 für einen schnellen Anstieg gemeinsam mit guter Glät-weiteren Weg auf einen solchen Pegel, dass der Kennlinienk- tung in eingeschwungenem Zustand ermöglicht. Die Spannick des Begrenzers bzw. Überschwingungsunterdrückers 28, nung am Kondensator 56 liegt unmittelbar am Gate des FET der Siliziumdioden aufweist, bei dem entsprechenden Signal- 24 an.

pegel unter Übergangsbedingungen wirksam ist. Die wirk- Ein vollständiges Schaltbild des komplementären Expan-same Schwelle des Überschwingungsunterdrückers liegt 20 ders ist in Fig. 4 gezeigt. Eine vollständige Beschreibung ist etwas oberhalb der des syllabischen Filter/Begrenzers. Die jedoch deshalb nicht nötig, weil die Schaltung identisch mit Widerstände 14 und 18 sind so bemessen, dass der erforder- der in Fig. 3 gezeigten ist, so dass auch Werte der Bäuerliche Kompensationsgrad der Dämpfung dann für das Signal mente grösstenteils in Fig. 4 nicht gezeigt sind.

im weiteren Weg zur Verfügung steht. Zwischen Fig. 3 und 4 bestehen folgende Unterschiede:

Der Ausgang des Verstärkers 26 ist auch mit einem Ver- 25 Gemäss Fig. 4 leitet der weitere Weg seinen Eingang vom stärker 30 verbunden, dessen Ausgang durch eine Germani- Ausgangsanschluss 16a ab, der Verstärker 26a ist invertie-

umdiode 31 gleichgerichtet und durch einen Glättungsfilter rend, und die von den Widerständen 14 und 18 kombinierten

32 integriert wird, um die Steuerspannung für den FET 24 zu Signale liegen am Eingang (Basis) der Emitterfolgerstufe 12

erhalten. an, deren Ausgang (Emitter) mit dem Anschluss 16a ver-

Es werden zwei einfache RC-Filter benutzt, obwohl auch 30 bunden ist. Um eine niedrige Treibimpedanz zu gewährlei-

gleichwertige LC- oder LCR-Filter verwendet werden sten, ist der Eingangsanschluss 10a über eine Emitterfolger-

könnten. Der feste Filter 20 hat eine Grenzfrequenz von stufe 60 mit dem Widerstand 14 verbunden. Es müssen ent-

1700 Hz (nun 1500 Hz), unterhalb der eine verminderte Kom- sprechende Massnahmen getroffen werden, um zu verhin-

pression stattfindet. Der Filter 22 weist einen Reihenkonden- dern, dass Vorspannung in den Expander gelangt.

sator 34 und einen Nebenschlusswiderstand 36 auf, denen ein 35 Der Verstärker 26a wird dadurch invertierend gemacht, Reihenwiderstand 38 und der FET 24 folgen, wobei der dass der Ausgang vom Emitter statt vom Kollektor des Source-Drain-Weg dieses Transistors als Nebenschlusswider- zweiten (PNP) Transistors genommen wird. Zu dieser Ände-stand geschaltet ist. Im Ruhezustand mit einem Nullsignal rang gehört eine Verlagerung des 10 k Q. Widerstandes 62 am Gate des FET 24 ist dieser gesperrt und bietet eine im (Fig. 3) vom Kollektor zum Emitter (Fig. 3), wodurch autowesentlichen unendlich grosse Impedanz; das Vorhanden- 40 matisch eine geeignete Ausgangsimpedanz zum Treiben des sein des Widerstandes 38 kann dann ignoriert werden. Die Begrenzers erhalten wird. Deshalb fehlt in Fig. 4 der Wider-Grenzfrequenz des Filters 22 ist damit 800 Hz (nun 750 Hz) stand 50.

was ersichtlich ganz beträchtlich unter der Grenzfrequenz des Es sei noch darauf hingewiesen, dass es beim Abgleichen festen Filters 20 liegt. eines vollständigen Rauschminderungssystems wichtig ist,

Wenn das Signal am Gate so weit ansteigt, dass der Wider- 45 gleiche Signalpegel an den Emittern der Transistoren 12

stand des FET auf weniger als z.B. 1 k £2 absinkt, überbrückt sowohl im Kompressor als auch im Expander zu haben. Des-

der Widerstand 38 im wesentlichen effektiv den Widerstand halb sind, wie gezeigt, mit diesen Emittern Messanschlüsse M

36, und die Grenzfrequenz steigt, wodurch das Durchlass- . verbunden.

band des Filters deutlich eingeengt wird. Der Anstieg der Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Schaltung zum Ersatz der

Grenzfrequenz ist natürlich ein progressiver Vorgang. so Schaltung zwischen den Punkten A, B und C in den Fig. 3

Die Verwendung eines FET ist deshalb zweckmässig, weil und 4. Wenn der FET 24 gesperrt ist, ist das zweite RC-Netz-

eine solche Vorrichtung innerhalb eines geeigneten, einge- werk 22 ausser Betrieb, und das erste RC-Netzwerk 20

schränkten Bereichs von Signalamplituden im wesentlichen bestimmt dann das Verhalten des weiteren Weges. Die ver-

wie ein linearer Widerstand (für Signale der einen oder besserte Schaltung vereinigt die Phasenvorteile, die darin anderen Polarität) wirkt, dessen Wert von der Steuerspan- ss bestehen, dass im Ruhezustand nur eine einzige RC-Sektion nung am Gate bestimmt ist. vorhanden ist, während bei Vorhandensein eines Signals die

Der Widerstand 36 und der FET sind zu einem verstell- Dämpfungscharakteristik eines RC-Filters mit zwei Sek-

baren Abgriff 46 in einem Potentialteiler zurückgeführt, der tionen mit 12 dB pro Oktave gegeben ist.

eine Germaniumdiode 48 zum Temperaturausgleich enthält. Bei der Verwirklichung der Schaltung unter Verwendung

Der Abgriff 46 ermöglicht eine Einstellung der Kompres- 60 von MPF104 FET's ist der 39 k Q Widerstand 36a nötig, um sionsschwelle des Filters 22. eine endliche Source-Impedanz zuerhalten, in die der FET

Der Verstärker 26 weist komplementäre Transistoren auf, arbeiten kann. Auf diese Weise wird das Kompressionsver-

die eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Aus- hältnis bei allen Frequenzen und Pegeln auf einem Maximum gangsimpedanz ergeben. Da der Verstärker den Diodenbe- von ca. 2 gehalten. Der 39 k Q Widerstand 36a hat die gleiche grenzer 28 treibt, ist eine endliche Ausgangsimpedanz nötig, 6s Funktion der Begrenzung des Kompressionsverhältnisses bei die ein Koppelwiderstand 50 zur Verfügung stellt. Wie schon dieser verbesserten Schaltung wie der Widerstand 36 bei der gesagt, handelt es sich bei den Dioden 28 um Siliziumdioden Schaltung gemäss Fig. 6 oder 7. Darüberhinaus liefert dieser mit einem scharfen Knick in der Gegend von 1 /2 V. Das Widerstand einen Niedrigfrequenzweg für das Signal.

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Gewisse Einzelheiten der Schaltung gemäss Fig. 3,4 und 5 sind im Lauf der Jahre entwickelt worden, und es gibt Veröffentlichungen über modernere Formen der Schaltung, die in der Technik bekannt sind. Die Bezugnahme auf die spezielle Schaltung gemäss US-PS Re 28 426 erfolgt aus Gründen der Zweckmässigkeit bei der vorliegenden Darstellung.

In der belgischen Patentschrift 889 428 sind Abwandlungen der gerade beschriebenen Schaltung offenbart, die besonders zum Zweck des Betriebes zweier derartiger Schaltungen in Reihe bestimmt sind. Zu diesen Abwandlungen gehört die Änderung der Frequenzen der Filter 20 und 22, die Änderung der Überschwingungsunterdrückungspegel und die Änderung der syllabischen Schwelle einer der Schaltungen durch Modifizieren des Steuerverstärkers 30. Dies geschieht durch Ändern der Preemphasis-Charakteristiken, die vom Emitter-Zeitkonstanten-Netzwerk 52 gesteuert sind. Ein Anheben des Kondensatorwertes im Emitter-Netzwerk des Steuerverstärkers 30 steigert die Verstärkung des Verstärkers bei einer gegebenen Frequenz, wodurch der auf Signale niedrigeren Pegels anzusprechen. Wie oben und in US-PS Re 28 426 erläutert, steigt die Grenzfrequenz des variablen RC-Filters 22 mit steigender Steuerspannung (vom Verstärker 30, Gleichrichter 31 und Glättungsfilter 32). Bei höheren Werten der Kapazität im Netzwerk 52 (wodurch die Übergangsfrequenz des Steuerverstärkers abgesenkt wird) spricht das variable Filter mit einem Anstieg seiner Frequenz gegenüber seinem Ruhewert an. Die Schwelle des Überschwingungsunterdrückers wird durch Anlegen geeigneter Gleichstromvorspannungen (in Vorwärtsrichtung) an die Dioden 28 gesenkt. Gemäss einer Alternative kann die Verstärkung des Verstärkers 26 (Fig. 3) entweder auf das nötige Niveau angehoben oder auf einen hohen Pegel gebracht und Dämpfung angewandt werden, um den Signalpegel an die Dioden anzupassen.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer bilinearen «Dual Path»-Kompressor- und Expanderausführung mit festem Band.

Die grundlegenden Merkmale dieses Systems sind in US-PS 3 846 719,3 903 485 und in dem Journal of the Audio Engineering Society, Band 15, Nr. 4, Oktober 1967, S. 383-388 offenbart.

Bei dem bekannten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 werden durch Netzwerke 250 im weiteren Weg vier Bänder geschaffen.

Die Bänder 1,3 und 4 haben herkömmliche 12 dB/Oktave Eingangsfilter: einen 80 Hz-Tiefpassfilter 252 am Eingang des Bandes 1, einen 3 kHz-Hochpassfilter 254 am Eingang des Bandes 3 und einen 9 kHz-Hochpassfilter 256 am Eingang des Bandes 4. Auf jedes folgt eine Emitterfolger-Isolier-stufe 258. Das Band 2 hat einen Frequenzgang, der zu dem der Bänder 1 und 3 komplementär ist. Ein solches Verhalten wird durch Addieren der Ausgänge der Emitterfolgestufen 258 in den Bändern 1 und 3 (in einer Additionsstufe 260) und Subtrahieren dieser Summe vom Gesamteingangssignal (in einer Subtraktionsstufe 262) abgeleitet. Der Ausgang der Emitterfolgerstufe 258 in jedem Band und der Ausgang der Subtraktionsstufe 262 wird an entsprechende Begrenzer 264 und 264' angelegt. Die Begrenzer 264 und 264' sind identisch mit Ausnahme der Tatsache, dass die Begrenzer 264' in den Bändern 1 und 2 Zeitkonstanten haben, die doppelt so gross sind wie in Bändern 3 und 4 entsprechen. Die Ausgänge der Bänder 1-4 werden in einer Kombinationsstufe 266 mit dem Hauptwegsignal kombiniert. Der Kompressorausgang wird an einen rauschbehafteten Kanal angelegt, um an den komplementären Expander weitergegeben zu werden, in welchem der Ausgang der identischen Netzwerke des weiteren Weges vom Eingangssignal abgezogen wird, um die komplementäre Expansionscharakteristik zu erhalten.

Fig. 8 zeigt weitere Einzelheiten der Begrenzer 264 und 264', zu denen jeweils ein FET-Dämpfer 270 gehört, der in Abhängigkeit von einem Steuersignal arbeitet. Der Dämpferausgang wird von einem Signalverstärker 272 verstärkt, s dessen Verstärkung so eingestellt ist, dass die gewünschte Niedrigpegel-Signalverstärkung erzielt wird. Die Ausgänge aller Bänder werden mit dem Hauptsignal so kombiniert,

dass ein Niedrigpegelausgang vom Kompressor erzeugt wird, der bis zu ca. 5 kHz gleichmässig um 10 dB höher ist als das io Eingangssignal, während oberhalb dieses Wertes die Pegel-anhebung bis zu 15 dB bei 15 kHz gleichmässig ansteigt.

Der FET-Dämpfer wird von einer Steuersignal-Unterschaltung gesteuert, die eine Kompressionsschwelle von 40 dB unterhalb eines Spitzenbetriebspegels liefert. Zu der ls Steuerunterschaltung gehört ein Steuersignalverstärker 276, auf den ein Phasenteiler 278 folgt, der einen Vollweggleichrichter 280 treibt. Das entstehende Gleichstromsignal wird an ein Glättungsnetzwerk 282 angelegt, dessen Ausgang das Steuersignal darstellt. Zum Netzwerk 282 gehört eine RC-20 Vorintegrationsstufe, ein Emitterfolgerund eine endgültige RC-Integrationsstufe, die mit Dioden so zusammenwirken, dass sowohl die Vorintegrationsstufe als auch die endgültige Integrationsstufe nichtlineare Charakteristiken haben, die von den Dioden erzeugt werden. Rasche grosse Änderungen 25 der Signalamplitude werden schnell weitergegeben, während kleine Änderungen langsam weitergegeben werden. Diese dynamische Glättungswirkung erzeugt optimale Ergebnisse hinsichtlich Modulationseffekten, Niedrigfrequenzverzerrung und Verzerrungskomponenten, die vom Steuersignal 30 erzeugt werden. Die Schaltung ermöglicht eine rasche Erholung und eine geringe Signalverzerrung.

Fig. 9 zeigt ganz allgemein die mögliche Kreuzkopplung zwishen zwei bilinearen, in Reihe geschalteten Vorrichtungen. Wenn mehr als zwei Vorrichtungen in Reihe 35 betrieben werden, steigt die Zahl der möglichen Kreuzkopplungskonfigurationen. So kann z.B. die erste Vorrichtung mit der dritten Vorrichtung kreuzweise gekoppelt sein usw. In Fig. 9 sind «n» mögliche Kreuzkopplungen vom Kompressor 2 zum Kompressor 4 gezeigt, die jeweils Übertra-40 gungsfunktionen fi(s), f2(s) bis fn(s) haben. Es sind auch «n» mögliche Kreuzkopplungen vom Kompressor 4 zum Kompressor 2 gezeigt, die entsprechende Übertragungsfunktionen gi(s), g2(s), bis gn(s) haben. In der komplementären Expanderanordnung der Expander 6 und 8 sind die Kreuz-45 kopplungen umgekehrt, so dass die gi(s), g2(s) und gn(s) Kreuzkopplungen vom Expander 6 zum Expander 8 und die fi(s), g2(s) und gn(s) Kreuzkopplungen vom Expander 8 zum Expander 6 gehen. Insgesamt kann also eine oder es können mehrere Kreuzkopplungen entweder vorwärts oder rück-50 wärts - f(s) oder g(s) - vorgesehen sein, und die Kreuzkopp-lung(en) kann nur in einer Richtung erfolgen, wobei z.B. entweder die f(s) oder die g(s)-Richtungen fehlen, oder alternativ in beide Richtungen über eine einzige Kopplungseinrichtung.

Die Übertragungsfunktionen fi(s), f2(s), gi(s) usw. können 55 durch verschiedene aktive oder passive Vorrichtungen verwirklicht sein, die frequenz- und/oder pegelabhängige Elemente enthalten können. Die Eingangs- und Ausgangsverbindungen der Kreuzkopplungswege können geeignete Punkte enthalten, um von einem der folgenden Signalwege 60 abzuleiten oder mit einem derselben zu koppeln: Eingangssignalweg, Ausgangssignalweg, Signalweg «Hauptweg» (in einer bilinearen «Dual Path»-Vorrichtung), Signalweg «weiterer Weg» (in einer bilinearen «Dual Path»-Vorrichtung) und der Wechselstromeingangssignalweg zu der Steuerschal-65 tung bzw. den Steuerschaltungen.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Signalweg-Kreuzkopplungsanordnung zwischen den weiteren Wegen bilinearer «Dual Path»-Kompressoren und «Expander. Die in Reihe

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geschalteten Vorrichtungen sind so angeordnet, dass die syl-labische Schwelle der ersten Kompressorschaltung auf einem höheren Pegel liegt als die zweite Kompressorschaltung. Zur Komplementarität ist die Reihenfolge in den in Reihe geschalteten Expanderschaltungen umgekehrt. Mit Block Ni und N2 sind die Schaltungen der weiteren Wege bezeichnet. Bei der Anordnung gemäss Fig. 10 wird der Ausgang des weiteren Weges der Hochpegelstufe 280, von Ni durch eine Kopplungsschaltung mit einer Transfer- oder Übertragungsfunktion f (s) in die «Weiterer Weg»-Schaltung, N2 der Niedrigpegelstufe 282 eingegeben. Die Übertragungsfunktion f(s) kann geeignete Frequenz- und Phasencharakteristiken haben, um die Begrenzungswirkung der Niedrigpegel-Kompressorstufe und folglich den Rauschminderungseffekt zu fördern. Wenn die bilinearen Vorrichtungen «Sliding Band»-Vorrichtungen sind, wird das Signal der Hochpegelstufe beispielsweise in die Filterschaltung der Niedrigpegelstufe eingegeben, um die «Sliding Band»-Wirkungzu fördern. Im komplementären Expander wird der Ausgang der Schaltung Ni in der Hochpegel-Expanderstufe über die gleiche Übertragungscharakteristik f(s) in die «Weiterer Weg»-Schaltung N2 der Niedrigpegelstufe eingegeben.

Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der in Fig. 10 allgemein gezeigten Anordnung ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Fig. 11 zeigt die in Reihe geschalteten Kompressorschaltungen 280 und 282, wobei die Eingangs- und Ausgangsverbindungspunkte für die Kreuzkopplung gezeigt sind, die die Übertragungsfunktion f(s) enthält. Fig. 12 zeigt die Einzelheiten des Netzwerks der Übertragungsfunktion f(s) und dessen Verbindung zur Filterschaltungseinrichtung des Kompressors 282. Aus Gründen der Zweckmässigkeit wird davon ausgegangen, dass die Filterschaltung des Kompressors 282 der im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen entspricht.

Zum Kreuzkopplungsnetzwerk gemäss Fig. 12 gehört ein Hochfrequenz-Anhebungsnetzwerk 284, welches bei hohen Frequenzen eine 10 dB-Anhebung bewirkt und dessen Grenzfrequenz der Ruhegrenzfrequenz des Filters der Schaltung 280 entspricht. Der Ausgang des Netzwerks 284 wird in zwei Wege gespalten und über eine einstellbare Verstärkungseinrichtung in den festen Filter 20 und den veränderlichen Filter 22 eingegeben. Ein Ende des 3,3 k £2 Widerstandes im festen Filter 20 wird von der Erde getrennt, und das über ein Potentiometer 286 und einen Verstärker 288 abgeleitete Signal wird dann angelegt. Das Ende des 39 k £2 Widerstandes 36a, welches vorher mit der Verbindungsstelle zwischen dem 0,033 ji.F Kondensator und dem 3,3 k £2 Widerstand verbunden war, wird von dieser Verbindungsstelle getrennt und das über ein Potentiometer 290 und einen Verstärker 292 abgeleitete Signal daran angelegt. Der Verstärker 288 hat eine Verstärkung von ca. 3/4 und der Verstärker 292 Verstärkung eins.

Im Betrieb wäre bei niedrigen Pegeln die Hochpegelschaltung 280 noch nicht in Funktion. Unter dieser Bedingung entspricht Spannung V2 der Spannung Vt, da Spannung V3 eine Niedrigpegel-Hochfrequenz-Anhebung enthält (die aus der Verstärkung unterhalb des Schwellwertes der Hochpegelschaltung 280 resultiert), die vom Anhebungsnetzwerk 284 nachgebildet wird. Die am festen Filter 20 und am variablen Filter 22 anliegenden Signalpegel können so eingestellt werden, dass die besten Ergebnisse erzielt werden. Wenn ca. 3/4 des Ausgangssignals des Netzwerks 284 an den 3,3 k £2 Widerstand gelangt, wird dessen wirksamer Widerstand ca. 13 k £2. Wenn die Hochpegelschaltung ihre Schwelle erreicht, würden beide Filter 20 und 22 der Niedrigpegelschaltung 282 bereits einen Bandverschiebungseffekt haben, der insgesamt das Verhalten hinsichtlich der Rauschmodulation verbessert, ohne Mittelbandmodulationswirkungen zu verschlechtern,

d.h. übertriebene Bandverschiebung wird auf ein Minimum reduziert.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kreuzkopplung von in Reihe geschalteten «Sliding Band-Dual Path»-Vorrichtungen. Die auch schon im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11 enthaltenen Bauelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 13 wird eine einzige Steuerschaltung (Blöcke 30,31,32) durch Addiererwiderstände 304 und 306 von den Ausgängen der weiteren Wege in jedem der in Reihe geschalteten Kompressoren 280 und 282 versorgt. Der Ausgang der Steuerschaltung wird an den variablen Filter 22 jedes der in Reihe geschalteten Kompressoren über entsprechende Pegeleinstelleinrichtungen 308 und 310 (falls benötigt) angelegt. Die Werte der Addiererwiderstände 304 und 306 können so gewählt sein, dass die steuernde Wirkung eines Kompressors im Vergleich zu der eines anderen gewichtet wird. Diese Anordnung ermöglicht eine Einsparung an Schaltkreiskomponenten, hat dabei aber eine Leistung. die grossenteils Ausführungsformen ähnlich ist, die für jede der in Reihe geschalteten Vorrichtungen jeweils eine Steuerschaltung aufweisen. Es kann auch eine einzige Steuerschaltung für den Fall von drei oder mehr in Reihe geschalteten Kompressoren oder Expandern vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Ausgang jedes weiteren Weges über eine Summiereinrichtung an den Steuerschaltungseingang angelegt, deren Ausgang über entsprechende Pegeleinstelleinrichtungen (falls benötigt) an die entsprechenden veränderbaren Filter angelegt wird.

Eine einzige Steuerschaltungsanordnung ist auch bei in Reihe geschalteten Festbandvorrichtungen möglich, wie das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 14 zeigt, bei dem Festbandkompressoren einen einzigen weiteren Weg aufweisen. Die Anordnung eignet sich auch für in Reihe geschaltete Festbandkompressoren und Expander, die jeweils eine Vielzahl weiterer Wege enthalten. In diesem Fall ist natürlich die gemeinsame Steuerschaltung zwischen die weiteren Wege geschaltet, die im gleichen Frequenzband arbeiten.

Gemäss Fig. 14 wird das Eingangssignal im Kompressor 326 in einen Hauptweg, der an ein kombinierendes Netzwerk 316 angelegt wird, und in einen weiteren Weg unterteilt, der einen festen Filter 312 und einen spannungsgesteuerten Verstärker VCA 314 enthält. Der VCA kann ein FET-Dämpfer sein, auf den ein Verstärker folgt, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben (Blöcke 270 und 272). Im zweiten Kompressor 328 wird die Schwelle eines VCA 314' gegenüber dem VCA 314 des ersten Kompressors 326 gestaffelt, wie in der belgischen Patentschrift 889 428 beschrieben. Eine gemeinsame Steuerschaltung (Blöcke 276,278,280 und 282, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben) wird durch Summierwiderstände 318 und 320 vom Ausgang des weiteren Weges in einer anhand des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 13 beschriebenen Weise versorgt. Der Ausgang der Steuerschaltung wird über Pegeleinstelleinrichtungen 322 und 324 an die beiden VCA 314 und 314' angelegt. Ebenso wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 13 erwähnt, ist auch diese Anordnung für drei oder mehr in Reihe geschaltete Festbandvorrichtungen verwendbar.

Die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 13 und 14 beruhen beide auf der Beobachtung, dass bei derartigen in Reihe geschalteten Kompressoren und Expandern die Dynamikwirkung auf einmal hauptsächlich in einer Stufe erfolgt. Ausgehend von Eingangssignalen niedrigen Pegels erzeugt beispielsweise die Stufe mit dem niedrigsten Pegel den grössten Anteil des kombinierten Steuersignals. In dem Mass, in dem

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der Eingangssignalpegel steigt, scheidet die Stufe des niedrig- mit dem nächst höheren Schwellenpegel wird aktiv und trägt sten Pegels aus der dynamischen Wirkung aus und die Stufe den grössten Teil zum kombinierten Steuersignal bei.

B

7 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

656270 2 PATENTANSPRÜCHE Kompressoren allein bei gewissen Erzeugnissen benutzt, ins-

1. Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamik- besondere bei Audioerzeugnissen, die nur komprimierte bereichs von Eingangsinformationssignalen mit einer ersten Rundfunksendungen übertragen oder im voraus aufzuzeich-Schaltung mit einer bilinearen Charakteristik, die aus einem nende Signale übertragen sollen. Es werden auch Expander Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung s allein in gewissen Erzeugnissen benutzt, insbesondere im Fall bis zu einer Schwelle, einem Zwischenpegelteil oberhalb der von Audioerzeugnissen, die nur bereits komprimierte Rund-Schwelle mit veränderlicher Verstärkung, die ein maximales funksendungen empfangen oder im voraus aufgezeichnete Kompressionsverhältnis oder Expansioiisverhältnis liefert, Signale wiedergeben sollen. Bei gewissen Erzeugnissen, ins-und einem Hochpegelteil mit einer von der Verstärkung des besondere Erzeugnissen für die Tonaufnahme und Wieder-Niedrigpegelteils unterschiedlichen, im wesentlichen kon- xo gäbe ist häufig eine einzeln vorgesehene Vorrichtung stanten Verstärkung zusammengesetzt ist, mindestens einer umschaltbar, so dass sie als Kompressor zum Aufzeichnen zweiten, auf die erste Schaltung folgenden Schaltung, die von Signalen und als Expander zur Wiedergabe kompri-gleichfalls eine bilineare Charakteristik innerhalb eines den mierter Rundfunksendungen oder im Voraus aufgezeichneter Schaltungen gemeinsamen Frequenzbereichs hat, wobei die Signale arbeitet.

Zwischenpegelteile der Charakteristiken der Schaltungen is Das Ausmass der Kompression oder Expansion lässt sich innerhalb eines den Schaltungen gemeinsamen Frequenzbe- in dB ausdrücken. Eine Kompression von 10 dB bedeutet z.B. reichs so gestaffelt sind, dass eine Änderung der Verstärkung dass ein Eingangsdynamikbereich von N dB zu einem Ausin einem grösseren Bereich von Zwischeneingangspegeln als gangsbereich von (N-10) dB komprimiert wird. Bei einem für jede der Schaltungen allein und eine vergrösserte Diffe- Rauschminderungssystem spricht man bei einer Kompres-renz zwischen den Verstärkungen bei niedrigem und hohem 20 sion von 10 dB, auf die eine komplementäre Expansion von Eingangspegel aber bei maximalem Kompressions- oder 10 dB folgt, von 10 dB Rauschminderung. Expansionsverhältnis erzielbar ist, welches im wesentlichen Schaltungsanordnungen zum Modifizieren des Dynamik-nicht grösser ist als das jeder beliebigen der Schaltungen bereichs eines Eingangssignals, können Reihenschaltungen allein, aufgrund der Staffelung, dadurch gekennzeichnet, aufweisen, die jeweils eine bilineare Charakteristik haben dass mindestens eine Kopplungsschaltung Informations- 25 (wobei «linear» in diesem Zusammenhang eine konstante Signalkomponenten in einer der Schaltungen mit einem Verstärkung bedeutet), die aus Folgendem zusammengesetzt Signalweg in einer anderen der Schaltungen verbindet, um ist:

die Aktion der genannten anderen Schaltung in Abhängigkeit vom Zustand der einen Schaltung zu modifizieren. 1.) einem linearen Niedrigpegelteil bis zu einer Schwelle,

2. Schaltungsànordnung nach Anspruch 1, bei der jede der 30 2.) einem nichtlinearen Mittel- bzw. Zwischenpegelteil mit einer Kopplungsschaltung verbundenen Schaltungen (mit variabler Verstärkung) oberhalb der Schwelle bis zu einen Hauptsignalweg, der eine lineare Charakteristik in einem Endpunkt, der ein vorherbestimmtes maximales Kom-Bezug auf den Dynamikbereich hat, und einen Nebensi- pressionsverhältnis oder Expansions verhältnis liefert, und gnalweg aufweist, der eine nichtlineare Charakteristik in 3.) einem linearen Hochpegelteil, dessen Verstärkung sich Bezug auf den Dynamikbereich hat und dessen Eingang mit 35 von derjenigen des Niedrigpegelteils unterscheidet.

dem Eingang oder Ausgang des Hauptsignalweges und dessen Ausgang mit kombinierenden Einrichtungen im Die Charakteristik wird deshalb als bilinear bezeichnet,

Hauptsignalweg verbunden ist, die das Signal des Neben- weil zwei Teile mit im wesentlichen gleichbleibender Verstär-

weges additiv oder subtraktiv mit dem Signal des Haupt- kung vorhanden sind.

weges kombinieren, dadurch gekeimzeichnet, dass die Kopp- 40 In der Praxis ist die Schwelle und der Endpunkt des Zwi-lungsschaltung einen Eingang hat, der mit dem Ausgang des schenpegelteils häufig nicht ein sehr genau festgelegter Nebenweges bzw. eines weiteren Weges der genannten einen «Punkt». Die beiden Übergangsbereiche, wo der Zwischenschaltung verbunden ist, und einen Ausgang, der zum Ein- pegelteil in den linearen Niedrigpegelteil und in den linearen geben eines Signals in den Nebenweg bzw. in einen weiteren Hochpegelteil übergeht, können jeweils eine veränderliche Weg der genannten anderen Schaltung verbunden ist. 45 Form von einer glatten bis zu einer scharf gebogenen Kurve

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch haben, je nach der Steuerkennlinie des Kompressors und gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Steuerschaltung vor- Expanders.

gesehen ist, die die Dynamikwirkung der Schaltungen steuert Es sei ausserdem noch darauf hingewiesen, dass Schal-

und die genannte Kopplungsschaltung darstellt und Signal- tungsanordnungen mit bilinearer Charakteristik sich von komponenten von den Schaltungen ableitet und ein Signal so zwei anderen bekannten Klassen von Schaltungsanord-

zum Steuern der Dynamikwirkung der Schaltungen liefert. nungen unterscheiden, nämlich

(a) einer logarithmischen oder nichtlinearen Schaltungsanordnung entweder mit fester oder sich ändernder Neigung ss und ohne linearen Teil; die Verstärkung ändert sich über den