CH656996A5 - Schaltungsanordnung zum modifizieren des dynamikbereichs. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamikbereichs eines Eingangssignals, z.B.

eines Audiosignals, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Modifizieren des Dynamikbereichs werden Kompressoren und komplementäre Expander häufig gemeinsam benutzt (Kompandersystem), um eine Geräuschminderung zu erzielen; das Signal wird vor der Übertragung oder Aufzeichnung komprimiert und nach dem Empfang oder der Wiedergabe aus dem Übertragungskanal expandiert. Es können jedoch auch Kompressoren allein benutzt werden, um den Dynamikbereich zu verkleinern, z.B. um ihn an die Kapazität eines Übertragungskanals anzupassen, ohne dass anschliessend eine Expansion vorgenommen wird, wenn das komprimierte Signal für den gewünschten Zweck angemessen ist. Ausserdem werden Kompressoren allein bei gewissen Erzeugnissen benutzt, insbesondere bei Audioerzeugnissen, die nur komprimierte Rundfunksendungen übertragen oder im voraus aufzuzeichnende Signale aufzeichnen sollen. Es werden auch Expander allein in gewissen Erzeugnissen benutzt, insbesondere im Fall von Audioerzeugnissen, die nur bereits komprimierte Rundfunksendungen empfangen oder im voraus aufgezeichnete Signale wiedergeben sollen. Bei gewissen Erzeugnissen, insbesondere Erzeugnissen für die Tonaufnahme und Wiedergabe ist häufig eine einzeln vorgesehene Vorrichtung umschaltbar, so dass sie als Kompressor zum Aufzeichnen von Signalen und als Expander zur Wiedergabe komprimierter Rundfunksendungen oder im voraus aufgezeichneter Signale arbeitet.

Das Ausmass der Kompression oder Expansion lässt sich in dB ausdrücken. Eine Kompression von 10 dB bedeutet z.B.,

dass ein Eingangsdynamikbereich von N dB zu einem Ausgangsbereich von (N-10) dB komprimiert wird. Bei einem Rauschminderungssystem spricht man bei einer Kompression von 10 dB, auf die eine komplementäre Expansion von 10 dB folgt, von 10 dB Rauschminderung.

Es sind Schaltungsanordnungen zum Modifizieren des Dynamikbereichs eines Eingangssignals bekannt, die eine bilineare Charakteristik haben (wobei «linear» in diesem Zusammenhang eine konstante Verstärkung bedeutet), die aus Folgendem zusammengesetzt ist:

1.) einem linearen Niedrigpegelteil bis zu einer Schwelle,

2.) einem nichtlinearen Mittel- bzw. Zwischenpegelteil (mit variabler Verstärkung) oberhalb der Schwelle bis zu einem Endpunkt, der ein vorherbestimmtes maximales Kompressionsverhältnis oder Expansionsverhältnis liefert, und

3.) einem linearen Hochpegelteil, dessen Verstärkung sich von derjenigen des Niedrigpegelteils unterscheidet.

Die Charakteristik wird deshalb als bilinear bezeichnet, weil zwei Teile mit im wesentlichen gleichbleibender Verstärkung vorhanden sind.

In der Praxis ist die Schwelle und der Endpunkt häufig nicht ein sehr genau festgelegter «Punkt». Die beiden Übergangsbereiche, wo der Zwischenpegelteil in den linaren Niedrigpegelteil und in den linearen Hochpegelteil übergeht, können jeweils eine veränderliche Form von einer glatten bis zu einer scharf gebogenen Kurve haben, je nach der Steuerkennlinie des Kompressors und Expanders.

Es sei ausserdem noch darauf hingewiesen, dass Schaltungsanordnungen mit bilinearer Charakteristik sich von zwei anderen bekannten Klassen von Schaltungsanordnungen unterscheiden, nämlich

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

(b) Schaltungsanordnungen mit einer Charakteristk, die zwei oder mehr Teile hat, von denen nur einer linear ist («unilinear»). Wie weiter unten noch näher erläutert wird, ist die Erfindung auch für unilineare Schaltungen anwendbar.

Eine Schaltungsanordnung mit bilinearer Charakteristik hat besondere Vorteile und ist weit verbreitet. Die Schwelle kann oberhalb des Eingangsrauschpegels oder des Rauschpegels des Übertragungskanals festgesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Steuerung der Schaltung durch Rauschen auszu-schliessen. Aufgrund des Hochpegelteils mit im wesentlichen konstanter Verstärkung wird eine nichtlineare Behandlung von Hochpegelsignalen vermieden, die sonst Verzerrungen bringen würde.

Zwei allgemein bekannte Arten bilinearer Schaltungen werden als «Sliding Band»-Schaltungen und Festbandschaltungen (oder Spaltband- oder Mehrfachbandschaltungen) (fixed band, split band, multiband circuits) bezeichnet.

«Sliding Band»-Schaltungen erzeugen die spezielle, gewünschte Charakteristik für den Fall der Audiokompression oder Expansion von hohen Frequenzen durch Anwendung einer Hochfrequenzanhebung (für die Kompression) oder Absenkung (für die Expansion) mit Hilfe eines Hochpassfilters mit veränderlicher unterer Grenzfrequenz. Wenn der Signalpegel im Hochfrequenzband steigt, verschiebt sich die Grenzfrequenz des Filters nach oben und engt dadurch das angehobene oder abgesenkte Band ein und schliesst das Nutzsignal von der Anhebung oder Absenkung aus. Beispiele für diese Schaltungen finden sich in den US-PS Re 28 426, US-PS 3 757 254, 4 072 914, 3 934 190 und der japanischen Patentanmeldung 55529/71. Diese Schaltungen können auch so gestaltet sein, dass sie bei niedrigen Frequenzen wirken. In diesem Fall erfolgt mit Hilfe eines Tiefpassfilters mit veränderlicher oberer Grenzfrequenz eine Anhebung oder Absenkung der niedrigen Frequenzen.

Bei Festbandschaltungen wird das Frequenzspektrum durch entsprechende Bandpassfilter in eine Vielzahl von Bändern unterteilt und die Kompression oder Expansion in jedem Band im Fall eines Kompressors mittels einer Verstärkungssteuervorrichtung (entweder ein selbsttätig ansprechender, diodenartiger Begrenzer oder ein gesteuerter Begrenzer) bewirkt, wobei im Falle eines Expanders entsprechende reziproke oder komplementäre Schaltungen vorgesehen sind. Beispiele für diese Art von

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Schaltkreisen finden sich in US-PS 3 846 719, 3 903 485 und im Journal of the Audio Engineering Society, Band 15, Nr. 4, Oktober 1967, S. 383-388. Mit diesen Festbandschaltungen ist ein unabhängiges Wirken in den verschiedenen Frequenzbändern möglich.

Es ist bekannt, bilineare Kompressoren und Expander, sowohl der «Sliding Band»- als auch der Festbandart unter Verwendung nur eines einzigen Signalweges aufzubauen. Meist 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 vom 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 zweckmässigsten, wenn die Hauptschaltung und die weitere Schaltung getrennt identifizierbare Signalwege sind. Meistens ist mehr als eine weitere Schaltung im Fall von Festbandvorrichtungen vorgesehen. Oft wird eine bilineare Vorrichtung mit einer Hauptschaltung und weiteren Schaltungen als Dualwegvorrichtung (Dual path device) bezeichnet.

Derartige bekannte «Dual Path»-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.

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).

Es ist es nicht unbedingt notwendig, die gewünschte Art der bilinearen Charakteristik durch «Dual Path»-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 55529/71 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.

Es sind ferner Kompressoren und Expander bekannt, bei denen bilineare Schaltkreise in Reihenschaltung, z.B. Mehrfachstufen verwendet sind. Derartige Anordnungen sind in der belgischen PS 889 428 beschrieben.

Bei Kompressoren und Expandern, insbesondere bei frequenzselektiven Vorrichtungen oder Mehrfachbandvorrichtungen ist erwünscht, dass starke Signale in einem Frequenzbereich das Verhalten von Signalen in einem anderen Frequenzbereich nicht unzulässig beeinflussen sollen. Die Standardmethode, diese Schwierigkeit anzugehen, besteht bisher darin, in den verschiedensten Schaltkreisen, sowohl in logarithmischen Vorrichtungen als auch in SpezialVorrichtungen, wie den unilinearen und bilinearen Schaltungen, die oben beschrieben wurden, für Filtern und Entzerrung zu sorgen. Bei diesen bekannten Schaltungen wird das Gleichstromsteuersignal, welches die Vorrichtung mit veränderbarer Verstärkung/Verlust (z.B. verstärkungsveränderliche Vorrichtung, wie ein spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) oder ein Variolosser, wie ein Feldeffekttran-sistor-Dämpfer) oder einen variablen Filter steuert, aus der linearen additiven Kombination der Passbandsignale und der Bandsperrsignale geformt, die die Steuerschaltung erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese einfache Kombination in einer vom Pegel abhängigen Weise wirksam zu ändern, um das bestmögliche Kompressor- oder Expanderverhalten bezüglich der Passband-: Bandsperrsignale zu erhalten.

Dies wird erfindungsgemäss durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal erreicht. '

Die Ansprüche 2 bis 13 geben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an. Grundsätzlich arbeitet die vorliegende Schaltungsanordnung bei Eingangssignalen von niedrigem Pegel im wesentlichen wie ein herkömmlicher Kompressor oder Expander, bei Eingangssignalen mit hohem Pegel wird jedoch die Kompressor- oder Expanderwirkung durch eine Modulationskontrolle modifiziert, wobei die Empfindlichkeit der Anordnung gegen Steuerung durch unerwünschte Signale verringert werden kann.

Eine Nebenwirkung besteht im Modifizieren der Eingangs-Ausgangspegel-Übertragungscharakteristik der Vorrichtung bei irgendeiner bestimmten Frequenz oder Frequenzkombination. Der Gesamteffekt ist unwichtig und kann bei der vorherrschenden Frequenz in bilinearen Systemen sogar unmerkbar bleiben. Im Fall von logarithmischen Systemen soll die Wirkung der Modulationskontrolle, die hauptsächlich im Hochpegelteil des Dynamikbereichs wirksam wird, ein Abweichen von der rein logarithmischen Charakteristik hervorrufen. Das kann im jeweiligen Anwendungsfall wichtig sein oder nicht.

Die Erfindung leitet sich von der Beobachtung her, dass im Idealfall die Kompression oder Expansion bei Kompressoren oder Expandern nur auf die Pegel von Signalen innerhalb der gewünschten Frequenzbänder und nicht auf die Pegel von Signalen mit anderen Frequenzen, von denen man sagen kann, dass sie in sperrenden Bändern liegen, anspricht. In einem idealen Schaltkreis sollte z.B. die Kompression oder Expansion nicht durch den Pegel von Signalen ausserhalb des Durchlasses des Festbandes oder des Durchlasses des «Sliding Band» (gleichgültig ob in Ruhestellung oder nicht) beeinflusst werden. Bei einer «Sliding Band»-Schaltung gemäss der Erfindung wird das Ausmass der Frequenzverschiebung des variablen Bandes nicht grösser als nötig, um sicherzustellen, dass das vorherrschende Steuersignal (im Fall der Kompression) nicht über einen Bezugspegel angehoben wird.

Bei ihrer Anwendung in bilinearen Schaltungen, insbesondere denen in «Dual Path»-Ausführung macht sich sie vorliegende Anordnung eine weitere, diesen Schaltungen innewohnende Charakteristik zu nutze: bei hohen Eingangssignalpegeln ist das Hauptwegsignal wesentlich grösser als das Signal bzw. die Signale in dem weiteren Weg bzw. den weiteren Wegen.

Infolgedessen sind Hochpegelsignalmanipulationen im weiteren Weg im wesentlichen unhörbar und ausser bei Phasenverschiebungen im wesentlichen nicht messbar (vernachlässigbare

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Pegeländerungen). Diese Eigenschaft bilinearer Schaltungen wird am leichtesten im Zusammenhang mit einer «Dual Path»-Schaltung verständlich. Das Prinzip gilt aber auch bei bilinearen Schaltungen der Einwegausführung, bei denen zwei oder mehr Signalkomponenten im gleichen Weg statt in getrennt identifizierbaren Wegen vorhanden sind.

Die vorliegende Anordnung nutzt den Vorteil der oben beschriebenen Beobachtungen hinsichtlich der Charakteristiken bilinearer Schaltungen. Im Vergleich zu bekannten bilinearen Kompressoren und Expandern ermöglicht sie weitere Manipulationen des Signals (Modulationskontrolle) im Bereich hoher Eingangssignalpegel, wo das Gesamtansprechen des Kompressors oder Expanders linear ist. Die verhältnismässig niedrigpegelige Rauschreduktionskomponente des Signals wird auf diese besondere Weise nur bei hohen Signalpegeln manipuliert, so dass gewährleistet ist, dass für den Signalkanal wichtige Auswirkungen durch die grosse Hauptsignalkomponente überschattet sind.

Bei bilinearen Schaltungen in «Dual Path»-Ausführung besteht eine Wirkung der vorliegende Anordnung darin, die Übertragungscharakteristik des weiteren Weges so zu modifizieren, dass die Charakteristik des weiteren Weges selbst bilinear wird statt sich bei hohen Eingangssignalpegeln abzuflachen oder dann abzufallen. Dies ist eine Folge des Proportionalitätsaspekts der Modulationskontrolle. Das bedeutet, dass bei hohen Eingangspegeln der Seitenwegpegel nicht unter einen vorgewählten Teil des Hauptwegpegels (z.B. ein Viertel oder ein Zehntel) absinkt. Das ist akzeptabel, weil das Seitenwegsignal immer noch wesentlich kleiner bleibt als das Hauptwegsignal bei hohen Eingangssignalpegeln, und weil das sperrende Band gegenüber dem Signalkanal des Hauptweges meistens beträchtlich in der Phase verschoben ist.

Aus den gleichen Gründen kann die vorliegende Schaltungsanordnung in unilinearen Schaltungen verkörpert werden, deren Ansprüchen bei hohen Signalpegeln linear ist.

Anders betrachtet bewirkt die vorliegende Anordnung eine Erhöhung des Pegels von Bandsperrsignalkomponenten im Ausgang der Vorrichtung bei hohen Signalpegeln, allerdings nicht in solchem Ausmass, als dass es Schwierigkeiten mit dem Übertragungs- oder Aufzeichnungskanal gäbe, denn relativ gesprochen bleiben sie immer noch klein. Das Anheben des Pegels der Bandsperrsignalkomponenten ist an sich nicht besonders vorteilhaft, aber es ist nötig, um eine bessere Dynamik-Wirkung und Rauschminderung innerhalb des Passbandes zu erhalten. Das Anheben des Pegels von Bandsperrsignalen im Ausgang der Vorrichtung bei Signalen von hohem Pegel wird erreicht durch eine Herabsetzung des Pegels von Bandsperrsignalkomponenten im Steuersignalkanal bei hohem Signalpegel oder dadurch, dass die Anordnung so getroffen wird, dass das Steuersignal erzeugt wird, als ob ein herabgesetzter Pegel der Bandsperrsignalkomponenten in dem Signal vorhanden wäre, das benutzt wird, um das Steuersignal bei hohem Signalpegel zu erzeugen (z.B. durch Filtern und Begrenzen in den Steuerschaltungen oder durch frequenzabhängige, dem Steuersignal entgegenwirkende Anordnungen).

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Anordnung besteht darin, dass bei Hörtests die sogenannten Pumpwirkungen von allein verwendeten Kompressoren und Expandern deutlich herabgesetzt, wenn nicht ganz ausgeschaltet werden. Zusätzlich zu ihrer Verwendung in komplementären Rauschminderungssystemen ist die vorliegende Anordnung also besonders nützlich zur Verwendung in alleinstehenden Kompressoren und Expandern, d.h. Kompressoren zur Benutzung bei der Kompression von Signalen, die nicht anschliessend expandiert werden, und Expandern für die Expansion von Signalen die nicht vorher komprimiert wurden.

Es haben sich zwar in der Praxis schon verschiedene Ausführungsformen von Rauschminderungsschaltungen als erfolgreich erwiesen; aber derartige Schaltungen weichen zu einem gewissen Grad von der Idealvorstellung im Betrieb ab, weil es das Problem mit den Bandsperrsignalen gibt, die die Kompression und Expansion unzulässig steuern. Diese Nachteile machen sich in verschiedener, miteinander in Wechselbeziehung stehender Weise bemerkbar:

1.) eine geringere Rauschminderungswirkung in einem Teil des Passbandes des Rauschminderungssystems;

2.) Rauschmodulationswirkungen, z.B. der Pegel eines Signals mit einer Frequenz moduliert den Rauschpegel in einem anderen Teil des Frequenzspektrums;

3.) Signalmodulationswirkungen, z.B. der Pegel eines Signals mit einer Frequenz moduliert den Pegel eines Signals mit einer anderen Frequenz;

4.) Kreuzmodulationswirkungen, z.B. Nebenmodulationsprodukte, die aus einer oder mehreren der beiden zuletzt genannten Modulationswirkungen resultieren.

Das Ausmass, in dem sich diese Nachteile bemerkbar machen, hängt von der Art der im Rauschminderungssystem verwendeten Schaltungen, dem Aufnahme- und Wiedergabegerät, dem Aufnahme/Wiedergabekanal oder Medium und der Art des Signalmaterials ab. In vielen Fällen sind diese Nachteile ausser durch Prüfinstrumente im wesentlichen nicht bemerkbar. Trotzdem ist es wünschenswert, diese Mängel zu beseitigen. Da die genannten Nachteile bekannter Kompressoren, Expander und Rauschminderungssysteme sich auf Modulationswirkungen, sei es der Signale oder des Rauschens beziehen, wird die hier beschriebene Anordnung, mit der diese Mängel behoben werden sollen, als Modulationskontrolle bezeichnet.

Wie ernst diese Modulationswirkungen sind, hängt grossen Teils von der Gleichförmigkeit des Übertragungskanals zwischen dem Kompressor und Expander ab. Bei Magnetbandaufnahme-und Wiedergabeanordnungen tritt z.B. eine Erscheinung im Frequenzgang auf, die als «Kopfstösse» (head bumps) bezeichnet wird. Selbst in professionellen Anordnungen, insbesondere solchen, die mit 72 cm/s arbeiten, ist die Wiedergabe unterhalb 100 Hz ungleichmässig wegen des Verhältnisses zwischen der Signalwellenlänge auf dem Band und der Wiedergabekopfabmessung, die im gleichen Grössenordnungsbereich liegen. Wenn das Kompressor/Expandersystem für Signale im Kopfbereich empfindlich ist, können diese Signale bei der Wiedergabe den Expander in einer nichtkomplementären Weise so steuern, dass Signale oder Rauschen von höherer Frequenz von z.B. bis zu 3 kHz von den Signalen im Bereich von oder unterhalb 100 Hz moduliert werden.

Bei bekannten Festbandschaltungen mit Einfachband oder Mehrfachband sind verschiedene Filtertechniken angewendet worden, um die Steuerung der Kompression und Expansion durch unerwünschte Signale auf ein Minimum einzuschränken. Gemäss diesen Verfahren werden scharfe Filter, d.h. mit steiler Flanke im Signalweg oder in der Steuerschaltung des Begrenzers angeordnet.

Allerdings führt die Verwendung von Signalwegfiltern, die steiler sind als 6 dB/Oktave, d.h. einpoliger Filter in Mehrfachbandkompressoren und Expandern zu Amplituden- und Phasenwirkungen, so dass bei der erneuten Kombination des Gesamtsignalspektrums Amplituden- und Phasenfehler auftreten. Dies Problem wird noch besonders verstärkt, wenn Filter verwendet werden, die steiler sind als 12 dB/Oktave. Eine Filterneigung von nur 6 oder 12 dB/Oktave ist andererseits unter Umständen nicht ausreichend, um gegen alle unerwünschten Signale diskriminierend zu wirken. Die bilinearen Mehrfachbandschaltungen (Festbandschaltungen), beispielsweise gemäss US-PS 3 846 719 und im Journal of the Audio Engineering Society, Band 15, Nr. 4, Oktober 1967, S. 383-388, haben Filter mit einer Steilheit von 12 dB/Oktave im Signalweg von dreien der vier Festbänder. Ein flacher Gesamtfrequenzgang wird nur durch die Verwendung einer komplexen Filtercharakteristik in dem den steilen Filtern benachbarten Frequenzband erzielt.

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Es liegt auf der Hand, dass eine solche Lösung nicht universell anwendbar ist.

In der logarithmischen Mehrfachbandkompressor/Expanderschaltung (Festband), die in «Rundfunktechn. Mitteilungen», Jahrg. 22 (1978) H. 2, S. 63-74 beschrieben ist, wird das Eingangssignal durch einpolige Filter in vier Bänder unterteilt. Die Steuerschaltungen für jedes Band arbeiten jedoch mit steilen 18 dB/Oktave Filtern. Ein steiler Steuerschaltungs-Filter (12 dB/Oktave) wird auch in einer Einfach-Festband-Kompressor/ Expander-Schaltung benutzt, die unter dem Warenzeichen «dbx II» auf dem Markt ist. Allerdings führt die Verwendung von steilen Filtern in der Steuerschaltung zu einer übermässigen Verstärkung von Hochpegelsignalen ausserhalb des Passbandes des Filters der Steuerschaltung, wenn innerhalb desselben keine Signale von hoher Amplitude vorhanden sind, was zu einer möglichen Übersteuerung des Übertragungskanals führt, wenn nicht auch im Signalkanal steile Abbruchfilter vorgesehen werden.

Ein bekanntes Verfahren, welches als «Schief-Spektrum» (spectral skewing) bezeichnet wird, geht aus der belgischen Patentschrift 889 427, Audio, Mai 1981, S. 20-26 und der Veröffentlichung J-6 und dem Vorabdruck hervor, die auf dem Kongress der Audio Engineering Society in New York im November 1981 vorgelegt wurde. Das sogenannte «Schief-Spektrum» befasst sich auch mit der Unterdrückung von Modulationseffekten, die aus Nichtkomplementarität von Kompressor und Expander aufgrund von Übertragungskanalfehlern resultieren. Die «Schiefe»-Technik lehrt, mindestens im Kompressor für scharfes Filtern bei einer Frequenz zu sorgen, die gut innerhalb des normalen Passbandes des Systems und innerhalb des flachen Frequenzgangbereichs des Übertragungskanals liegt. Mit dem «Schief-Spektrum» können zwar Störsignalmo-dulationswirkungen, die durch Kanalunregelmässigkeiten hervorgerufen werden, erfolgreich verringert werden, aber das Problem einer übermässigen Frequenzverschiebung bei «Sliding Band»-Systemen oder einer übermässig starken Dämpfung bei Festbandsystemen wird nicht angegangen.

Mit der vorliegenden Anordnung kann das Steuern der Expansion und Kompression durch unerwünschte Signale ohne die beim Stand der Technik auftretenden Nebenwirkungen und/oder die Kompliziertheit des Systems auf ein Minimum eingeschränkt werden.

Auch wenn messbare Modulationseffekte mit der vorliegenden Anordnung nicht vollkommen unterdrückt werden, werden die Wirkungen bei Anwendungsfällen im Audiobereich doch unterstützt durch psychoakustische Verdeckung, so dass die wahrzunehmenden Auswirkungen für die meisten Hörer und den grössten Teil des Musikmaterials unhörbar sind. Das bedeutet, dass nur die Modulation eines Signals oder von Signalen, welches in der Frequenz weit genug vom Modulationssignal entfernt liegt, vom menschlichen Ohr wahrgenommen wird. Diese Modulation wird durch die Erfindung auf ein Minimum eingeschränkt. Dagegen ist es weniger wahrscheinlich, dass die Modulation eines Signals oder von Signalen durch ein anderes Signal, welches in der Frequenz nur einen kleinen Abstand hat, durch die Erfindung beeinflusst oder verbessert wird. Es ist nicht wahrscheinlich, dass diese Erscheinungen vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden, und zwar aus zwei miteinander in Beziehung stehenden Gründen:

a) Ein schwaches Signal, welches in der Frequenz einem starken Signal naheliegt, wird von dem starken Signal so verdeckt, dass das schwache Signal unhörbar ist, oder b) wenn das in dichtem Abstand liegende Signal vor der Kompression hörbar ist oder sein Pegel durch den Kompressor so verstärkt wird, dass es hörbar wird, besteht eine psychoakustische Toleranz für Modulationseffekte wegen des geringen Frequenzabstandes.

Infolgedessen kann das menschliche Ohr Modulationseffekte von Signalen mit in dichten Abständen liegenden Frequenzen nicht unterscheiden, so dass die Anordnung für diese Signale nicht voll wirksam sein muss.

Die vorliegende Schaltungsanordnung kann praktisch in einer Festband- oder «Sliding Band»-Kompressor- oder Expanderschaltung eingesetzt werden, die eine variable Schaltung aufweist, welche üblicherweise von einem Gleichstromsteuersignal gesteuert wird und hauptsächlich im unteren Teil des gesamten Dynamikbereichs wirksam ist. Modulationskontrolleinrichtungen sind im oberen Teil des Dynamikbereichs vorgesehen, um zu verhindern, dass die Wirkung der variablen Schaltung stärker wird als nötig, um die benötigte nominale Dämpfung der dominierenden Signale zu erzielen, gleichgültig ob diese Signale Frequenzen im Passband oder im sperrenden Band haben. In der Praxis schliesst die Kontrolle der Tätigkeit der variablen Schaltung meistens eine Einwirkung auf das Steuersignal ein, welches die Schaltung steuert.

Die Modulationskontrolle kann in Form aktiver oder passiver Steuersignalbegrenzungseinrichtungen verwirklicht werden, die bei hohen Signalpegeln wirksam werden, oder in Form von Einrichtungen, die mit Schaltungen arbeiten, welche das Vorhandensein von Signalen hohen Pegels feststellen und Signale erzeugen, die dem Anstieg des Steuersignalpegels entgegenwirken. Diese Steuersignalbegrenzung kann in einem oder mehreren frequenzselektiven Steuersignalkanälen erfolgen. Bei Benutzung von mehr als einem solchen Kanal sind Einrichtungen vorgesehen, die die Steuersignale auswählen oder kombinieren, um dem variablen Schaltungselement ein optimales Steuersignal zu liefern. Wenn eine Wahrnehmungsschaltung für ein hochpegeli-ges Signal oder ein Modulationskontrollgenerator verwendet wird, sind verschiedene Arbeitsweisen möglich, die ein Mass für Signalpegel mindestens im oberen Teil des Dynamikbereichs ergeben. Das Modulationskontrollsignal kann z.B. vom Eingangs- oder Ausgangssignal des Kompressors oder Expanders abgeleitet werden. Praktisch liefert das Modulationskontrollsignal ein Bezugssignal für das Gleichstromsteuersignal, welches an das variable Schaltkreiselement angelegt wird (VCA oder spannungsgesteuerter Filter). Das Bezugssignal wird in Gegenphase, d.h. mit entgegengesetzter Polarität oder entgegenwirkend mit dem Gleichstromsteuersignal kombiniert, welches in erster Linie in Abhängigkeit von Bandsperrsignalkomponenten erzeugt wird, um eine Grenze zu schaffen, bis zu der das Steuersignal am variablen Schaltkreiselement in Abhängigkeit von Signalen im sperrenden Band anwachsen kann, d.h. ausserhalb des Durchlasses des Festbandes oder «Sliding Band». In der Praxis kann diese Grenze entweder ziemlich «hart» oder ziemlich «weich» gestaltet werden, d.h., dass weitergehende Steigerungen das Steuersignal entweder abrupt angehalten werden können, oder das man sie mit reduzierter Rate weiterlaufen lässt.

Es ist auch eine Ableitung des Modulationskontrollsignals aus der variablen Schaltung (VCA oder variables Filter) durch Messung von Spannungs- oder Stromkomponenten der variablen Schaltung und, wenn nötig Entzerrung möglich, um ein Signal zu erzeugen, welches zur Bildung einer Grenze benutzt werden kann, bis zu der das Steuersignal der variablen Schaltung in Abhängigkeit von Signalen im sperrenden Band wachsen kann.

Vom Ergebnis her bietet die entweder in Festband- oder in «Slinding Band»- Vorrichtungen angewandte Anordnung eine beträchtliche Immunität gegenüber Signalen ausserhalb des Durchlasses des Festbandes oder des «Slinding Band». Bei «Sliding Band»-Vorrichtungen hat die vorliegende Anordnung den weiteren, hiermit zusammenhängenden Vorteil, dass das «Sliding Band» in Abhängigkeit von einem dominierenden Signal nur so weit verschoben wird wie es nötig ist, um die Verstärkung bei der Signalfrequenz im wesentlichen auf eins zu bringen, mindestens was Pegel auf der Höhe oder oberhalb der

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Höhe eines Bezugspegels betrifft. Der Bezugspegel liegt auf dem oberen Abschnitt oder in der Nähe des oberen Abschnitts des Dynamik-Betriebsbereichs der Vorrichtung, z.B. etwa innerhalb 6-20 dB des maximal erlaubten Pegels. Bekannte «Sliding Band»-Schaltungen neigen zu übermässig starker Verschiebung, so dass die Grenzfrequenz des variablen Filters weiter verschoben wird, als bei Hochpegelsignalen nötig wäre. Das verursacht nicht nur mögliche Modulationseffekte, sondern führt auch zu einem Verlust an Rauschminderungswirkung in einem Teil des Spektrums.

Im einfachsten Ausführungsbeispiel ermöglicht die vorliegende Anordnung, wenn sie in «Sliding Band-Dual Path»-Schaltungen vorgesehen wird, das Gleichrichten und Glätten des Eingangs- oder Ausgangssignals und das Kombinieren des entstehenden Gleichstrom-Bezugssignals mit dem am variablen Filter anliegenden Steuersignal. Der Pegel des Bezugssignals kann für einen gewünschten Grenzanteil auf ein dominierendes Signal des weiteren Weges im Verhältnis zur entsprechenden Komponente des Hauptwegsignals eingestellt werden. Der Betrieb der Modulationskontrollschaltung kann z.B. so ausgelegt werden, dass beispielsweise in den oberen 20 dB des Dynamikbereichs der Begrenzer nur so viel Dämpfung liefert, wie nötig ist, um die dominierende Signalkomponente im weiteren Weg auf einem verhältnismässig konstanten Bruchteil dieser Komponente im Signal des Hauptwegs zu halten (z.B. 15 dB darunter).

Beim einfachsten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Anordnung in Anwendung an Festband-Dual Path-Schaltungen wie bei der «Sliding Band»-Ausführungsform das Gleichrichten und Glätten des Eingangs- oder Ausgangssignals, um ein Modulationskontrollsignal zu erzeugen, welches in erster Linie auf die Hochpegelsignalkomponenten des Eingangssignals anspricht. Bei Festbandschaltungen ist jedoch ein steiles Filter in der Passbandsteuerschaltung vorgesehen, um ein Passbandsteuersignal zu liefern. Ausserdem ist eine Bandsperrsteuerschaltung vorgesehen, um ein Bandsperrsteuersignal zu liefern. Das Modulationskontrollsignal liefert ein Bezugssignal für das Bandsperrsteuersignal, d.h. es wirkt ihm bei hohen Signalpegeln entgegen. Das auf das Bezugssignal bezogene Bandsperrsteuersignal wird mit dem Passbandsteuersignal verglichen, und die beiden werden kombiniert, im allgemeinen wird dabei das grössere favorisiert, über eine Auswahlschaltung für das Maximalsignal, das dann den VCA steuert. Die Gesamtwirkung der Schaltung besteht darin, die nötig Dämpfung (Gesamtkompres-sionsgesetz) im Passband zu liefern und eine Steuerung der Passbanddämpfung durch grosse Signalkomponenten im sperrenden Band zu vermeiden und die Möglichkeit übermässiger Verstärkung von Hochpegelsignalen im sperrenden Band zu vermeiden, und zwar vom Ausgang des Gesamtkompressors gesehen.

Bei diesen und weiteren Ausführungsformen, bei denen ein Entgegenwirken des Bezugssignals erzeugt wird, kann dieses Signal vom Eingang oder Ausgang abgeleitet werden, weil bei den hohen Signalpegeln, wo die Anordnung wirksam wird, der Eingangs- und Ausgangspegel nahezu das gleiche sind. Bei manchen Ausführungsformen kann das Modulationskontrollsignal vor dem Gleichrichten einer Filterung oder Entzerrung unterworfen werden. Diese Entzerrung bewirkt gemeinsam mit dem festen oder variablen Filtern oder Entzerren, welches in den Signalschaltungen und Steuerschaltungen vorgesehen ist, eine Gesamtmodulationskontrolle, die am wirksamsten die Steuerung durch Signalkomponenten im sperrenden Band unterdrückt und dabei gleichzeitig die Steuerung durch Signalkomponenten im Passband so wenig wie möglich stört.

Weitere Ausführungsformen werden nachfolgend beschrieben. Der verstärkte Wechselstromausgang des variablen Filters des «Sliding Band» kann z.B. in zwei oder mehr Bandpasskanäle unterteilt werden, von denen jeder Kanal gewählten Grenzschwellen unterworfen, gleichgerichtet und kombiniert wird,

um ein Steuersignal zu erzeugen. Durch Wahl entsprechender Schwellen hat die Gleichstromsteuerschaltung des «Sliding Band»-Kompressors oder -Expanders dann eine frequenzabhängige Maximalausgangscharakteristik, welche bewirkt, dass die s Steuerung des Kompressors oder Expanders durch Signale ausserhalb des verschiebbaren Passbandes auf ein Minimum eingeschränkt wird.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform mit nur einem Steuerschaltungskanal ist im Steuerverstärker eine Niedrigfre-10 quenz-Anhebungsschaltung angeordnet. Dieser folgt ein Amplitudenbegrenzer und dann eine Hochfrequenz-Anhebungsschal-tung. Das resultierende Wechselstromsignal wird dann gleichgerichtet und geglättet, um das Steuersignal zu bilden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften 15 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;

20 Fig. 2 ein Schaltschema eines bekannten «Sliding Band»-Kompressors;

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

Fig. 4 ein Schaltschema einer Abwandlung der Vorrichtung 25 gemäss Fig. 2 und 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines bekannten «Sliding Band»-Kompressors;

Fig. 6 ein Satz Suchtonkurven, die die «Sliding Band»-Wirkung der Schaltung gemäss Fig. 2 und 4 zeigen; 30 Fig. 7-10 eine Reihe von Suchtonkurven, die die Wirkungen der Modulationskontrolle der vorliegenden Anordnung verwirklicht in einem «Sliding Band»-Kompressor, zeigen;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, verwirklicht in einem «Sliding Band»-35 Kompressor;

Fig. 12 - 15 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in «Sliding Band»-Kompressoren verwirklicht ist;

Fig. 16 und 17 Blockschaltbilder eines bekannten Festband-40 kompressors und -expanders;

Fig. 18-20 Frequenzgangkurven, die die Wirkungen der Modulationskontrolle der vorliegenden Anordnung, verwirklicht in einem «Sliding Band»-Kompressor, zeigen;

Fig. 21 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungs-45 beispiels der Erfindung, verwirklicht in einem Festbandkompressor;

Fig. 22 ein Blockschaltbild eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung, verwirklicht in einem Festbandkompressor.

so In Fig. 1 sind beispielhafte bilineare komplementäre

Kompression- und Expansionsübertragungscharakteristiken bei einer bestimmten Frequenz gezeigt, die für die Kompressionscharakteristik den Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung, die Schwelle, den Teil, wo die Dynamik-55 Wirkung erfolgt, den Endpunkt und den Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung zu erkennen geben.

Einzelheiten einer bilinearen «Dual Path»-«Sliding Band»-Schaltung sind in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Die vorliegenden Gleitbandausführungsformen werden in Anwendung auf 60 diese Schaltung beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf eine Anwendung in solchen Schaltungen beschränkt ist. Die Fig. 2, 3 und 4 entsprechen den Fig. 4, 5 bzw. 10 der US-PS Re 28 426, in der weitere Einzelheiten dieser Schaltungen, ihr Betrieb und die ihnen zugrundeliegende Theorie erläutert sind. 65 Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Fig. 2 mit oder ohne die in Fig. 4 gezeigte Abwandlung. Die folgende Beschreibung der Fig. 2, 3 und 4 stammt zum grossen Teil aus US-PS Re 28 426.

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Die Schaltung gemäss Fig. 2 ist besonders zum Einbau in den Aufnahmekanal eines Heimbandgeräts ausgelegt, wobei zwei solche Schaltungen für ein Stereogerät nötig sind. Das Eingangssignal wird an einem Anschluss 10 an eine Emitterfolgestufe 12 angelegt, die ein Niedrigimpedanzsignal liefert. Dies Signal wird zunächst über einen Geradeaus-Hauptkanal der aus einem Widerstand 14 besteht, an einen Ausgangsanschluss 16 angelegt und zweitens über einen weiteren Weg, dessen letztes Element ein Widerstand 18 ist, gleichfalls an den Anschluss 16 angelegt. Die Widerstände 14 und 18 addieren die Ausgänge des Haupt- und weiteren Weges, um das geforderte Kompressionsgesetz zu verwirklichen.

Der weitere Weg besteht aus einem festen Filter 20, einem Filter 22 mit variabler Grenzfrequenz, unter Einschluss eines FET 24 (diese bilden den Filter/Begrenzer), und einem Verstärker 26, dessen Ausgang mit einem Doppeldiodenbegrenzer oder Clipper 28 und mit dem Widerstand 18 verbunden ist. Der nichtlineare Begrenzer unterdrückt Überschwingungen des Ausgangssignals mit abrupt steigenden Eingangssignalen. Der Verstärker 26 verstärkt das Signal im weiteren Weg auf einen solchen Pegel, dass der Kennlinienknick des Begrenzers bzw. Überschwingungsunterdrückers 28, der Siliziumdioden aufweist, bei dem entsprechenden Signalpegel unter Übergangsbedingungen wirksam ist. Die wirksame Schwelle des Überschwingungsunterdrückers liegt etwas oberhalb der des syllabischen Filter/Begrenzers. Die Widerstände 14 und 18 sind so bemessen, dass der erforderliche Kompensationsgrad der Dämpfung dann für das Signal im weiteren Weg zur Verfügung steht.

Der Ausgang des Verstärkers 26 ist auch mit einem Verstärker 30 verbunden, dessen Ausgang durch eine Germaniumdiode 31 gleichgerichtet und durch einen Glättungsfilter 32 integriert wird, um die Steuerspannung für den FET 24 zu erhalten.

Es werden zwei einfache RC-Filter benutzt, obwohl auch gleichwertige LC- oder LRC-Filter verwendet werden könnten. Das feste Filter 20 liefert eine Grenzfrequenz von 1700 Hz (nun 1500 Hz), unterhalb der eine vermindernde Kompression stattfindet. Das Filter 22 weist einen Reihenkondensator 34 und einen Nebenschlusswiderstand 36 auf, denen ein Reihenwiderstand 38 und der FET 24 folgen, wobei der Source-Drain-Weg dieses Transistors als Nebenschlusswiderstand geschaltet ist. Im Ruhezustand mit einem Nullsignal am Gate des FET 24 ist dieser gesperrt und bietet eine im wesentlichen unendlich grosse Impedanz; das Vorhandensein des Widerstandes 38 kann dann ignoriert werden. Die Grenzfrequenz des Filters 22 ist damit 800 Hz (nun 750 Hz), was ersichtlich ganz beträchtlich unter der Grenzfrequenz des festen Filters 20 liegt.

Wenn das Signal am Gate so weit ansteigt, dass der Widerstand des FET auf weniger als z.B. 1 k£i absinkt, überbrückt der Widerstand 38 effektiv den Widerstand 36 und die Grenzfrequenz steigt, wodurch das Passband des Filters deutlich eingeengt wird. Der Anstieg der Grenzfrequenz ist natürlich ein progressiver Vorgang.

Die Verwendung eines FET ist deshalb zweckmässig, weil eine solche Vorrichtung innerhalb eines geeigneten, eingeschränkten Bereichs von Signalamplituden im wesentlichen wie ein linearer Widerstand (für Signale der einen oder anderen Polarität) wirkt, dessen Wert von der Steuerspannung am Gate bestimmt ist.

Der Widerstand 36 und der FET sind zu einem verstellbaren Abgriff 46 in einem Potentialteiler zurückgeführt, der eine Germaniumdiode 48 zum Temperaturausgleich enthält. Der Abgriff 46 ermöglicht eine Einstellung der Kompressionsschwelle des Filters 22.

Der Verstärker 26 weist komplementäre Transistoren auf, die eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz ergeben. Da der Verstärker den Diodenbegrenzer 28 treibt, ist eine begrenzte Ausgangsimpedanz nötig, die ein Koppelwiderstand 50 zur Verfügung stellt. Wie schon gesagt, handelt es sich bei den Dioden 28 um Siliziumdioden mit einem scharfen Knick in der Gegend von 1/2 V.

Das Signal am Begrenzer und damit am Widerstand 18 kann mittels eines Schalters 53 zur Erde kurzgeschlossen werden, wenn der Kompressor ausser Betrieb geschaltet werden soll.

Der Verstärker 30 ist ein NPN-Widerstand mit einem Emitter-Zeitkonstanten-Netzwerk 52, welches bei hohen Frequenzen eine grössere Verstärkung ergibt. Starke hohe Frequenzen, z.B. ein Beckenschlag führen deshalb zu einer raschen Verengung des Bandes, in welchem eine Kompression erfolgt, um eine Signal Verzerrung zu vermeiden.

Der Verstärker ist mit dem Glättungsfilter 32 über die Gleichrichterdiode 31 verbunden. Der Filter weist einen Reihenwiderstand 54 und einen Nebenschlusskondensator 56 auf. Im Nebenschluss zum Widerstand 54 ist eine Siliziumdiode 58 vorgesehen, die ein rasches Aufladen des Kondensators 56 für einen schnellen Anstieg gemeinsam mit guter Glättung in eingeschwungenem Zustand ermöglicht. Die Spannung am Kondensator 56 liegt unmittelbar am Gate des FET 24 an.

Eine vollständige Schaltung des komplementären Expanders ist in Fig. 3 gezeigt. Eine vollständige Beschreibung ist jedoch deshalb nicht nötig, weil die Schaltung im wesentlichen identisch mit der in Fig. 2 gezeigten ist, so dass auch Werte der Bauelemente grösstenteils in Fig. 3 nicht gezeigt sind.

Zwischen Fig. 2 und 3 bestehen folgende Unterschiede: Gemäss Fig. 3 leitet der weitere Weg seinen Eingang vom Ausgangsanschluss 16a ab, der Verstärker 26a ist invertierend, und die von den Widerständen 14 und 18 kombinierten Signale liegen am Eingang (Basis) der Emitterfolgestufe 12 an, deren Ausgang (Emitter) mit dem Anschluss 16a verbunden ist. Um eine niedrige Treibimpedanz zu gewährleisten, ist der Eingangsan-schluss 10a über eine Emitterfolgestufe 60 mit dem Widerstand 14 verbunden. Es müssen entsprechende Massnahmen getroffen werden, um zu verhindern, dass Vorspannung in den Expander gelangt.

Der Verstärker 26a wird dadurch invertierend gemacht,

dass der Ausgang vom Emitter statt vom Kollektor des zweiten (PNP) Transistors genommen wird. Zu dieser Änderung gehört eine Verlagerung des 10 kfì Widerstandes 62 (Fig. 2) vom Kollektor zum Emitter (Fig. 2), wodurch automatisch eine geeignete Ausgangsimpedanz zum Treiben des Begrenzers erhalten wird. Deshalb fehlt in Fig. 3 der Widerstand 50.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass es beim Abgleichen eines vollständigen Rauschminderungssystems wichtig ist, gleiche Signalpegel an den Emittern der Transistoren 12 sowohl im Kompressor als auch im Expander zu haben. Deshalb sind, wie gezeigt, mit diesen Emittern Messanschlüsse M verbunden.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Schaltung zum Ersatz der Schaltung zwischen den Punkten A, B und C in den Fig. 2 und 3. Wenn der FET 24 gesperrt ist, ist das zweite RC-Netzwerk 22 ausser Betrieb und das erste RC-Netzwerk 20 bestimmt dann das Verhalten des weiteren Weges. Die verbesserte Schaltung vereinigt die Phasenvorteile, die darin bestehen, dass im Ruhezustand nur eine einzige RC-Sektion vorhanden ist, während bei Vorhandensein eines Signals die Dämpfungscharakteristik eines RC-Filters mit zwei Sektionen mit 12 dB pro Oktave gegeben ist.

Bei der Verwirklichung der Schaltung unter Verwendung von MPF 104 FET's ist der 39 k£2 Widerstand 36a nötig, um eine endliche Source-Impedanz zu erhalten, in die der FET arbeiten kann. Auf diese Weise wird das Kompressionsverhältnis bei allen Frequenzen und Pegeln auf einem Maximum von ca. 2 gehalten. Der 39 k£2 Widerstand 36a hat die gleiche Funktion der Begrenzung des Kompressionsverhältnisses bei dieser verbesserten Schaltung wie der Widerstand 36 bei der Schaltung gemäss Fig. 2 oder 3. Darüberhinaus liefert dieser Widerstand einen Niedrigfrequenzweg für das Signal.

Gewisse Einzelheiten der Schaltung gemäss Fig. 2, 3 und 4

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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.

Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, welches die Hauptelemente des Kompressors gemäss Fig. 2 und 4 zeigt. Die kombinierende Schaltung 15 stellt die kombinierenden Widerstände 14 und 18 gemäss Fig. 2 und 3 dar.

Die «variables Band»-Wirkung der «Sliding Band»-Vorrich-tung ist in Fig. 6 erkennbar, die eine tatsächliche Blattschreiberaufzeichnung des Suchton-Ansprechverhaltens zeigt, welches mit der Schaltung gemäss Fig. 2, die auch Fig. 4 enthielt, erhalten wurde. Die «variables Band»-Wirkung ist durch Auftragen des Kompressorfrequenzganges mittels eines niedrigpegeligen Suchtons (dessen Pegel unterhalb der Kompressorschwelle liegt) in Gegenwart eines hochpegeligen Signals gezeigt. Der Suchton wird am Kompressorausgang mit Hilfe eines Nachlauffilters de-tektiert. Das Signal mit hohem Pegel bewirkt, dass die Kompressorschaltung arbeitet. Die graphische Darstellung zeigt die Auswirkung auf die Übergangsfrequenz des Filters.

Bei der vorliegenden «Sliding Band»-Vorrichtung sollte die Amplitude des dominierenden Signals bzw. des Signals mit hohem Pegel, welches die «Sliding Band»-Wirkung hervorruft,

kein zu starkes Verschieben verursachen, und die Anwesenheit anderer Signale von hohem Pegel ausserhalb des «Sliding Band»-Durchlassbandes sollte auch kein übermässig starkes Verschieben verursachen. Ein übermässiges Verschieben heisst, dass die Übergangsfrequenz des variablen Filters weiter als nötig bewegt wird, um eine «Sliding Band»-Kompressorcharak-teristik zu erzeugen, die ein Anheben der dominierenden Signale über einen Bezugspegel vermeidet. Der absolute Wert des Bezugspegels wird vom Konstruktionsingenieur gewählt, liegt aber üblicherweise einige 10 dB unterhalb den normalerweise benutzten höchsten Pegeln.

Fig. 7 zeigt einen weiteren Satz tatsächlich mit einem Blattschreiber aufgezeichneter Suchtonkurven bei Verwendung einer «Sliding Band»-Kompressorschaltung von ähnlichem Aufbau wie dem in Fig. 2 gezeigten (einschliesslich der Abwandlung gemäss Fig. 4), aber mit einer Niedrigpegelverstärkung von 8 dB und einer Filterruhefrequenz von 800 Hz. Der Suchtonpegel liegt bei —40 dB, also unterhalb der Kompressorschwelle. Die Kurven sind für ein 100 Hz-Signal bei —20, —10, 0, + 10 und + 20 dB aufgezeichnet, wobei 0 dB der Bezugspegel ist. Es ist auch eine Kurve für kein 100 Hz-Signal gezeigt. Die mit dem Blattschreiber aufgezeichneten Kurven für —10, 0, + 10 und + 20 dB beginnen alle bei ca. 200 Hz. Dies gilt auch für Fig. 8. In Fig. 9 und 10 sind auch Kurven für den Zustand ohne Signal enthalten.

Um noch einmal auf Fig. 7 zurückzukommen, so wäre es ideal, wenn in Abhängigkeit von einem 100 Hz-Signal keine Verschiebung erfolgte, weil dieses weit ausserhalb des Passbandes der Schaltung bei deren niedrigster (Ruhe-)Frequenz liegt. Trotzdem verschiebt sich das Band nach oben, wenn der Pegel des 100 Hz-Signals zunimmt. Die Kurven für —10, 0, + 10 und + 20 dB brauchen nicht weiter verschoben zu sein als die Kurve —20 dB, damit eine nennenswerte Anhebung des 100 Hz-Si-gnals vermieden wird. Das unnötige Verschieben hat zwei Folgen: a) bei der Wiedergabe geht eine beträchtliche Rauschminderungswirkung verloren, weil kein Anheben bei Frequenzen erfolgt, bei der das normalerweise stattfinden könnte, und b) das 100 Hz-Signal kann, in dem Mass, in dem sich seine Amplitude ändert, Signale mit höheren Frequenzen modulieren, wenn sich das «Sliding Band» unter seiner Steuerung ändert, was möglicherweise zu einer unrichtigen Wiederherstellung des Signals durch den Expander führt, wenn der Aufzeichnungs- oder Übertragungskanal einen unregelmässigen Frequenzgang in der Nachbarschaft von 100 Hz hat.

Fig. 8 zeigt einen Satz tatsächlich mit einem Blattschreiber aufgezeichneter Suchtonkurven für die gleiche Schaltung, aber unter Hinzufügung einer Modulationskontrollschaltung gemäss der nachfolgenden Beschreibung. Im wesentlichen erfolgt bei 5 den gleichen Pegeln des 100 Hz-Signals wie bei der Anordnung gemäss Fig. 7 kein Verschieben. Der «Sliding Band»-Kompres-sor ist im wesentlichen gegenüber starken Signalen ausserhalb seines Passbandes immun gemacht. Das «Sliding Band»-An-sprechen ist im wesentlichen dasselbe wie das Ansprechverhal-10 ten unterhalb der Schwelle in Gegenwart von keinen dominierenden Signalen.

Die Wirkung der Modulationskontrolle bei «Sliding Band»-Kompressoren ist weiter anhand von Fig. 9 und 10 gezeigt, die gleichfalls tatsächliche Blattschreiberaufzeichnungen von Such-15 tonkurven mit der gleichen Schaltung und dem gleichen Suchtonpegel wie im Fall von Fig. 7 und 8 zeigen. Hier ist die Wirkung eines dominierenden Signals mit 800 Hz gezeigt, d.h. einer Frequenz innerhalb des gewünschten aktiven Bereichs der Schaltung. Idealer weise braucht das Verschieben nur so weit zu 20 gehen, dass das 800 Hz-Signal nicht über den 0 dB-Bezugspegel angehoben wird. Beim Verhalten gemäss Fig. 9 ohne Modulationskontrolle ist das vom 800 Hz-Signal bei Pegel von —10, 0, + 10 und +20 dB verursachte Verschieben zu stark. Fig. 10 zeigt das Verhalten der Schaltung mit Modulationskontrolle: 25 Das Verschieben bei oder oberhalb von 0 dB ist stark vermindert. Die Wirkung nimmt bei niedrigen Signalpegeln progressiv ab, ist aber in gewissem Ausmass bei dem —10 dB-Signalpegel zu beobachten.

Fig. 11 zeigt gesamthaft ein bevorzugtes Ausführungs-30 beispiel einer Modulationskontrolle, die in einer bilinearen «Dual Path-Sliding Band»-Vorrichtung verwirklicht ist. Soweit möglich, sind dieselben Bezugszeichen für gleiche und funktionsmässig ähnliche Elemente beibehalten wie in Fig. 5. Die in Fig. 7-10 gezeigten Kurven des Suchtonverhaltens 35 sind mit einer allgemein in Fig. 11 gezeigten «Sliding Band»-Vorrichtung erhalten worden, wobei die im gestrichelten Block 100 enthaltenen Unterschaltungselemente der Modulationskontrolle für die Ansprechkurven ohne Modulationskontrolle aus der Schaltung herausgenommen sind. Für Erläuterungszwecke 40 sind die detaillierten Schaltungselemente gemäss Fig. 11 im wesentlichen dieselben wie im Fall von Fig. 2 und 4. Die Schaltung kann wie oben beschrieben abgewandelt sein, ohne dass dies den grundlegenden Betrieb der Unterschaltungsanordnung für die Modulationskontrolle beeinträchtigt.

45 Wie Fig. 11 zeigt, leitet die Modulationskontroll-Unterschaltung ein Gleichstromsteuersignal vom Schaltungseingang oder wahlweise vom Ausgang der kombinierenden Schaltung 15 mittels eines Verstärkers 30', eines Gleichrichters 31' und einer Glättungsschaltung 32a' ab. Ein Potentiometer 102 ist gezeigt, 50 um anzudeuten, dass das Signal aus der Glättungsschaltung 32a' eine gesteuerte Verstärkung hat. In der Praxis wird diese Verstärkung meistens in der Konstruktion im voraus festgelegt. Eine kombinierende Schaltung 33 subtrahiert das von der Unterschaltung 100 gelieferte Signal vom Hauptsteuersignal, weiss ches über den Verstärker 30, den Gleichrichter 31 und die Glättungsschaltung 32a geliefert wird.

Die Glättungsschaltung gemäss Fig. 11 ist in zwei Stufen unterteilt, um die Kosten für die Schaltkreiselemente auf niedrigstem Niveau zu halten. Es können identische Blöcke 32a und 60 32a' vorgesehen sein, die jeweils nur einen einzigen RC-Fi-lter-abschnitt aufweisen, sowie ein Block 32b, der das kombinierte Steuersignal weiter glättet und einen weiteren RC-Filterab-schnitt aufweist.

Die Signale werden mittels der Gleichrichter 31 und 31 ' 65 gleichgerichtet auf Gleichstrom, ehe sie von der Schaltung 33 kombiniert werden, damit die Polaritätsungewissheit vermieden wird, die dann entstünde, wenn Wechselstromsignale kombiniert und danach gleichgerichtet würden, d.h. bei

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Wechselstromsignalen gäbe es zwei mögliche stationäre Zustände.

Die beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11 getroffene Anordnung liefert einen Bezugspegel zur Stabilisierung des Gleichstromsteuersignals, einen Bezugspegel, der sich dynamisch mit dem Eingangssignalpegel ändert, um auf diese Weise einen Teil der Dynamik-Wirkung des variablen Filters auf einen Pegelbereich zu verschieben oder zu transponieren, der vom Bezugspegel bestimmt ist. Die Anordnung hält die maximale Amplitude dominierender Signale im weiteren Weg der Rauschminderung auf einem gleichbleibenden Anteil des Eingangssignals bei hohen Signalpegeln. Der relative Pegel der Modulations-Kontroll-Unterschaltung 100 ist so gewählt, dass das Verschieben in Abhängigkeit von Signalen ausserhalb des «Sliding Band»-Durchlassbandes auf ein Minimum eingeschränkt ist.

Obwohl das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11 wirksam arbeitet, wenn der Eingang zur Modulationskontroll-Unter-schaltung 100 vom Breitbandeingang oder -ausgang entnommen wird, können auch andere Anordnungen vorgesehen werden, die ein Mass für Signalpegel am oberen Ende des Dynamikbereichs abgeben. So werden z.B. gewisse Modulationskontrolleffekte selbst dann erhalten, wenn der Eingang zur Unterschaltung 100 vom Ausgang des Passbandfilters 20 genommen wird. Idealweise ist in den Verstärkern 30 und 30' eine Entzerrung vorgesehen, um optimale Gesamtmodulationskontrollwirkun-gen zu erhalten, d.h. Steuerung durch Passbandkomponenten gegenüber Komponenten des sperrenden Bandes, wobei die kombinierten Frequenzgangwirkungen der Filter 20, 22 und der im Steuerverstärker 26 vorgesehenen Entzerrung berücksichtigt wird.

Wenn die vorliegende Schaltungsanordnung bei in Reihe geschalteten Einrichtungen verwirklicht ist, wie sie in der belgischen Patentschrift 889 428 beschrieben sind, kann eine einzige Modulationskontroll-Unterschaltung benutzt werden, um auf jeder Stufe ein Bezugssignal zu erhalten, Es ist vorteilhaft,

wenn eine solche Schaltung ihren Eingang vom Ausgang der letzten Kompressorstufe ableitet, wenn die Reihenstufen in der bevorzugten Reihenfolge so angeordnet sind, dass die erste Stufe die höchste Pegelschwelle hat. Durch das Ableiten des Bezugssignals vom Ausgang erhält die Niedrigpegelstufe bzw. die Niedrigpegelstufen die Modulationskontrollwirkung bei niedrigeren Signalpegeln, was die Modulationskontrollwirkung fördert.

Wie schon erwähnt, ist es auch möglich, eine Modulationskontrolle von «Sliding Band»-Schaltungen durch andere Mittel als das Ableiten eines Steuersignal-Bezugswertes vom Eingangsoder Ausgangssignal zu erzielen. Es können auch ein oder mehrere Steuersignale vom Ausgang des variablen Filters abgeleitet und so begrenzt werden, dass Ergebnisse ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel mit Gegenwirkung gemäss Fig. 11 erhalten werden. Das wesentliche Ergebnis bleibt dasselbe, nämlich dass die Dynamik-Modifikationswirkung der Schaltung gegenüber Signalen mit hohem Pegel innerhalb des sperrenden Bandes unempfindlich gemacht wird. Fig. 12, 13 und 14 sind auf Ausführungsbeispiele gerichtet, die mit Begrenzung arbeiten.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steuersignalgenerator (Blöcke 30, 31 und 33 in Fig. 5) durch Verstärker 30, 116 und 124 und Filter 110, 118 und 126 in drei Wege unterteilt, nämlich einen Hochfrequenzweg, einen Mittelfrequenzweg und einen Niedrigfrequenzweg. Jeder Weg enthält einen Begrenzer 112, 120, 128 mit im voraus eingestellter Schwelle. Die Begrenzer können gegensinnig geschaltete Dioden sein, wie die in Fig. 2 gezeigten Dioden 28. Ein Hochfrequenzaudiokompressor mit einem Verhalten wie es insgesamt in den Fig. 7-10 gezeigt ist, kann z.B. folgende Filterfrequenzen haben: Filter 126 - 200 Hz Tiefpass; Filter 118 - 200 bis 800 Hz Bandpass; 110 - 800 Hz Hochpass. Der Ausgang jedes Begrenzers wird von Gleichrichtern 114, 122 und 130 gleichgerichtet, kombiniert (oder gemäss Maximalwert ausgewählt) und an das Glättungsnetzwerk 32 angelegt. Gemäss einer Alternative können nach dem Gleichrichten Begrenzungsfunktionen vorgesehen sein. Im Betrieb sind die den niedrigen und mittleren Frequenzen zugeordneten Bandbegrenzer so eingestellt, dass sie die Auswirkung von Signalen ausserhalb des Passbandes auf das Verschieben ein Minimum herabsetzen. Im Hochfrequenzweg ist unter Umständen nur wenig oder gar keine Begrenzung nötig, und die von diesem Weg durchgeführte Steuerung kann dadurch gefördert werden, dass der Verstärker 30 eine Hochfre-quenzanhebung erhält, wie durch den Block 52 angedeutet.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung mit gespaltenem Weg. Bei diesem Beispiel sind zwei Wege vorgesehen, ein Hochfrequenzweg und ein Niedrigfrequenzweg. Der Hochfrequenzweg ist im wesentlichen derselbe wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 12, ausser dass hier der Begrenzer 112 fehlt. Der Niedrigfrequenzweg hat einen Verstärker 132 mit einem Hochfrequenz-Dämpfungs-Netzwerk 134. Der Verstärkerausgang liegt an einem Tiefpassfilter 136 und einem Begrenzer 138 an. Die Begrenzerschwelle wird gemeinsam mit den verschiedenen anderen Filter- und Verstärker-Filter-Charakteristiken eingestellt, um die beste Immunität gegenüber einer Steuerung des «Sliding Band» durch Sperrbandsignale zu erzielen. Die Signale in den beiden Wegen werden durch Gleichrichter 114 und 140 gleichgerichtet und am Eingang in die Glättungsschaltung 32 kombiniert.

Eine vereinfachte Ausführung des in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiels geht aus Fig. 14 hervor, bei der der Hoch-passfilter 110, der Tiefpassfilter 136 und das Verstärker-Hoch-frequenz-Dämpfungs-Netzwerk 134 fehlen. Ein Hochfrequenz-Preemphasis-Netzwerk 52' des Verstärkers 30 ist gegenüber dem Netzwerk 52 so abgewandelt, dass die Hochfrequenzanhe-bung bei einer höheren Frequenz wirksam wird. Infolgedessen führt nur der den Verstärker 132 enthaltende Breitband weg niederfrequente Signale gemeinsam mit hochfrequenten Signalen. Die Schwelle des Begrenzers 138 ist gemeinsam mit den Hoch-frequenzanhebungscharakteristiken des Netzwerks 52' eingestellt, um die Auswirkung von Sperrbandsignalen auf das Verschieben auf ein Minimum einzuschränken.

Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Steuerschaltung mit nur einem Weg, die einen von der Frequenz abhängigen Verstärker 141 aufweist, der ein niederfrequentes Anhe-bungsnetzwerk 142, gefolgt von einem Begrenzer 144 und einem Verstärker 146 mit einem Hochfrequenz-Anhebungsnetzwerk 148 aufweist. Im Betrieb wird der Niedrigfrequenzteil des Spektrums, der die Tendenz hat, unerwünschtes Verschieben zu verursachen, zuerst angehoben und dann begrenzt. Der Begrenzer 144 ist vorzugsweise syllabisch und hat seinen eigenen Regelschleifenverstärker, Gleichrichter, seine eigene Glättungsschaltung und sein eigenes gesteuertes Verstärkungselement, z.B. Blöcke 276, 280, 282 und 270 in Fig. 17. Der Verstärker 146 mit dem Hochfrequenz-Anhebungsnetzwerk 148 stellt eine Hochfrequenz-Preemphasis wieder her, die unter Umständen nötig ist. Dann wird der Ausgang des Verstärkers 146 von den Blöcken 114 und 32 gleichgerichtet bzw. geglättet. Bei dieser Einweg-Steuerschaltung werden die Sperrbandsignalkomponen-ten mit hohem Pegel an der Gleichrichterstelle 114 bedeutend herabgesetzt.

Aus Gründen der Zweckmässigkeit und Einfachheit sind die «Sliding Band»-Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform eines «Sliding Band»-Kom-pressors beschrieben worden. Die Anordnung ist gleichermas-sen anwendbar bei Expandern, ohne dass eine Änderung an den in Fig. 11-14 gezeigten Ausführungsbeispielen der Steuerschaltungen für die Rauschminderung im weiteren Weg vorgenommen wird. Bei Rauschminderungssystemen mit Kompressoren und Expandern wird vorzugsweise die Modulationskontrolle

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an beiden Einrichtungen vorgenommen, um den komplementären Charakter sicherzustellen. Die Anordnung ist ebenfalls glei-chermassen anwendbar bei Niederfrequenz-«Sliding Band»-Schaltungen, bei denen die Kompressions- und Expansionswirkung im Niedrigfrequenzbereich erfolgen soll.

Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild einer bilinearen Kompressor- und Expanderausführung mit festem Band und «Dual-Path». 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. 16 werden durch die Nebenweg-Netzwerke 250 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-Isolierstufe 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 den Bändern 3 und 4. 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 komplementären Expansionscharakteristik zu erhalten.

Fig. 17 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, dessen Verstärkung so eingestellt ist, dass die gewünschte Niedrig-pegel-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 Eingangssignal, während oberhalb dieses Wertes die Pegelanhebung 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 des Spitzenbetriebspegels liefert. Zu der Steuerunterschaltung gehört ein Steuersignalverstärker 276, auf den ein Phasenteiler 278 folgt, der einen Vollweg-Gleichrichter 280 treibt. Das entstehende Gleichstromsignal wird an ein Glättungsnetzwerk 282 angelegt, dessen Ausgang das Steuersignal darstellt. Zum Netzwerk 282 gehört eine RC-Vorintegrationsstufe, ein Emitter-folger, und 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 der Signalamplitude werden schnell weitergegeben, während kleine Änderungen langsam weitergegeben werden. Diese dynamische Glättungswirkung erzeugt optimale Ergebnisse hinsichtlich der Modulationseffekte, Niedrigfrequenzverzerrung und Verzerrungskomponenten, die vom Steuersignal erzeugt werden. Die Schaltung ermöglicht eine rasche Erhöhung und eine geringe Signalverzerrung.

Fig. 18 zeigt eine tatsächliche Blattschreiberaufzeichnung des Verhaltens unterhalb der Kompressionsschwelle eines Festbandkompressors mit Niedrigpegelverstärkung von 8 dB und einer Passbandfilterfrequenz von 800 Hz Hochpass. Innerhalb des aktiven Frequenzbereichs der Vorrichtung, der durch die 800 Hz Eckfrequenz bzw. Grenzfrequenz bestimmt ist, wird bis zu Pegeln von ca. —10 dB in bezug auf einen 0 dB Bezugspegel eine Anhebung vorgenommen.

Fig. 19 zeigt die Auswirkung auf die Kompression, wenn ein Signal von hohem Pegel (+10 dB) bei 100 Hz vorhanden ist, was deutlich unterhalb der Filtergrenzfrequenz von 800 Hz liegt. Das starke 100 Hz Signal im Sperrband bewirkt eine wirksame Blockierung des Kompressors und verhindert jegliche Kompression innerhalb des Passbandes. Folglich geht die gewünschte Rauschminderung im Passband verloren. Wenn darüberhinaus das 100 Hz-Signal intermittierend ist, kommt und geht die Kompression mit dem steuernden 100 Hz-Signal, was eine Geräuschmodulation und/oder Signalmodulation verursacht.

Fig. 20 zeigt die Wirkung, die das Hinzufügen einer nachfolgend beschriebenen Modulationskontroll-Unterschaltung zu einer Festbandschaltung hat. Selbst in Anwesenheit des starken (+10 dB) 100 Hz-Signals wird die Kompression im Passbandbereich wieder-hergestellt. Die Modulationskontroll-Unterschaltung macht die Festbandschaltung tatsächlich gegenüber dem starken Sperrbandsignal immun.

Fig. 21 ist eine allgemeine Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Anwendung bei einem Band eines bilinearen Kompressors mit Festband und Dual-Path der im Zusammenhang mit Fig. 16 schon beschriebenen Art. Diese Schaltung umfasst zwei Zusätze, um die Modulationskontrolle zu erhalten. So ist eine Modulationskontroll-Unterschaltung 198 ähnlich der beim Ausführungsbeispiel mit «Sliding Band»-Vorrichtung gemäss Fig. 11 vorgesehenen Unterschaltung mit einem Gleichrichter 208' und einer ersten Glättungsstufe 210a' vorgesehen. Wahlweise kann die Modulationskontrolle vom Ausgang des Kompressors gespeist werden. Es können identische, aber getrennte Elemente 208, 208' und 210a, 210a' vorgesehen sein. Der Pegel des Modulationskontrollsignals der Glättungsschaltung 210a' wird von einem Dämpfer 212 oder einer anderen geeigneten Einrichtung eingestellt und mittels einer Schaltung 214 in entgegengesetzter Polarität zum Sperrband-Gleichstrom-Steuersignal der Glättungsschaltung 210a kombiniert. Ausserdem wird der Ausgang eines VCA 204 und eines Verstärkers 206 an einen Filter 216 angelegt, der vorzugsweise die gleiche Grenzfrequenz hat wie ein Filter 202, obwohl das nicht unbedingt wichtig ist. Die Vergleichskurven in Fig. 19 und 20 wurden mit einem einfachen 6 dB/Oktave 3 kHz Tiefpassfilter 216 gemacht. Trotzdem sollte der Filter 216 idealerweise eine verhältnismässig steile Grenzkennlinie haben, z.B. 12 dB oder 18 dB pro Oktave, z.B. ein 2- oder 3-poliger Filter mit etwa der gleichen Grenzfrequenz wie der Filter 202. Der Ausgang des Filters 216 wird von Blöcken 218 und 220 gleichgerichtet bzw. geglättet, um das Passbandsteuersignal zu erhalten. Das durch Blöcke 210a, 210a' und 210a" erhalten Glätten kann eine Vorfilterungsstufe sein, auf die weiteres Glätten in einer Schaltung 210b folgt. Der Ausgang des Passbandfilterkanals wird an einen Maximumwähler 222 angelegt, der an seinem anderen Eingang den Ausgang einer Kombinationsstufe 214 erhält, das Modulationsgesteuerte Sperrbandsteuersignal. In seiner einfachsten Form weist der Maximumwähler zwei Dioden auf, die das grössere der beiden Eingangssignale durchlassen; kompliziertere Schaltkreise arbeiten mit Operationsverstärkern, um den Diodenspannungsabfall auszuschalten und die Genauigkeit zu verbessern.

Im Betrieb werden die Signale des sperrenden Bandes der Wirkung der Unterschaltung 198 unterworfen, wenn innerhalb des Passbandes, wo eine Kompressionswirkung erwünscht ist, keine dominierenden Signale vorhanden sind. Obwohl also ein starkes Signal, wie das 100 Hz-Signal mit +10 dB, veranlasst,

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dass von den Blöcken 208 und 210a sowie 210b ein starkes Steuersignal erzeugt wird, wirkt diesem Steuersignal das Signal der Modulationskontroll-Unterschaltung entgegen, so dass die Verstärkung des VCA 204 nicht abgesenkt wird, um einen Kompressionsverlust im Passband hervorzurufen. Wenn andererseits im Pegelbereich von —20 dB ein 100 Hz-Signal auftritt, wird die genannte Gegenwirkung stark abgeschwächt, und dann kann das Sperrband-Steuersignal die Wirkung des Kompressors immer dann angemessen steuern, wenn die Signalbedingungen so sind, dass das Passband-Steuersignal den Kompressor nicht steuert. Sind starke Signale innerhalb des Aktiv-Bereich-Passbandes vorhanden, dem Ausgang des Steilfilterkanals, so steuert die Passband-Steuerschaltung den Maximumwähler und ermöglicht eine entsprechende Reaktion des VCA.

Der Pegel der Modulationskontroll-Unterschaltung wird in bezug auf den Eingang oder Ausgang so eingestellt, dass ein Dynamikbezugssignal im Bezug auf den Eingang erhalten wird, dessen Pegel ausreicht, im wesentlichen eine Immunität der Kompressorwirkung gegenüber starken Signalen ausserhalb des Passbandes zu gewährleisten.

Die im Zusammenhang mit «Sliding-Band»-Vorrichtung gemachten Angaben hinsichtlich entzerrter Steuer- und Modulationskontrollverstärker gelten auch für Ausführungsbeispiele mit Festband. Wahlweise können also in die entsprechenden Wege zu den Gleichrichtern 208' und 208 Filter/Entzerrer 224 und 226 eingesetzt sein. Allerdings bestehen bei der Festbandausführung geringere Möglichkeiten, eine frequenzabhängige Charakteristik vorteilhaft gegen eine andere auszunutzen als bei den Gleitbandausführungen. Das ist auch der Grund, weshalb bei der Festbandausführung eine zusätzliche Steuerschaltung nötig ist (3 Schaltungen gegenüber 2).

Es ist auch möglich, eine Modulationskontrolle bei Festbandschaltungen mit anderen Mitteln zu erreichen als durch Ableiten eines Bezuges für das Steuersignal vom Kompressoroder Expandereingangs- oder Ausgangssignal. Es können ein 5 oder mehrere Steuersignale vom Ausgang des steuerbaren Elements, d.h. des Dämpfers oder VCA abgeleitet und so begrenzt werden, dass Ergebnisse ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel mit Gegenwirkung gemäss Fig. 21 erzielt werden. Fig. 22 betrifft Ausführungsbeispiele mit einer solchen Begrenzung, io Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 22 ist der Steuersignalgenerator (Blöcke 276, 278, 280 und 282 in Fig. 17) in zwei Wege unterteilt, von denen einer einen Verstärker 228, ein Filter mit scharfem Abfall wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 21 und einen Gleichrichter 218 aufweist, während der an-15 dere einen Verstärker 230, einen Begrenzer 232 und einen Gleichrichter 218' enthält. Die Schwelle des Begrenzers 232, bei dem es sich z.B. um gegensinnig geschaltete Dioden handeln kann, ist so gewählt, dass die Begrenzungswirkung auf verhältnismässig hohem Pegel beginnt, nämlich etwa auf dem gleichen 20 Pegel, bei dem der Ausgang der Kombinationsstufe 214 beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 21 prädominierend zu werden beginnt. Die Ausgänge der Gleichrichter 218 und 218' können kombiniert und an eine Glättungsschaltung 210 angelegt werden, deren Ausgang als Steuersignal am VCA 204 anliegt. Die 25 Gleichrichterausgänge können auch an eine Maximumwählerschaltung angelegt werden oder als solche dienen (z.B. Block 222 in Fig. 21), deren Ausgang am Glättungsnetzwerk 210 anliegt.

Im Betrieb arbeitet das in Fig. 22 gezeigte Ausführungsbei-30 spiel in ähnlicher Weise wie das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 21.

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18 Blätter Zeichnungen

Claims (13)

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1. Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamikbereichs eines Eingangssignals mit einer frequenzselektiven Schaltung (20, 22), die ein Frequenzpassband bestimmt, innerhalb dessen die Dynamikbereichmodifizierung stattfindet, und einer Dynamikmodifiziereinrichtung (30, 31, 32, 22), die eine progressive Dynamikmodifizierung von Signalkomponenten in dem Passband oder ein progressives Verschieben des Frequenzpassbandes bewirkt, wodurch der Dynamikbereich modifiziert wird, wobei die dynamische Wirkung der Dynamikmodifiziereinrichtung auf steigende Pegel der linearen additiven Kombination der Passbandsignalkomponenten und der Bandsperrsignalkomponenten innerhalb der Schaltungsanordnung anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik-Wirkung der Dynamikmodifiziereinrichtung bei Eingangssignalen mit hohem Pegel weniger stark auf Bandsperrsignalkomponenten anspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikmodifiziereinrichtung eine Vorrichtung mit veränderlicher Verstärkung oder veränderlicher Dämpfung oder ein variables Filter (22) aufweist, deren bzw. dessen veränderliche Dynamik-Wirkung von einer Steuerschaltung (30, 31, 32) gesteuert wird.

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PATENTANSPRÜCHE

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zweite Unterschaltung eine Einrichtung enthält, die die Verstärkung des Bezugssignals so festsetzt, dass die Wirkungen von Bandsperrsignalkomponenten im dritten Signal bei Eingangssignalen von hohem Pegel vermindert werden, und eine Einrichtung, die das grössere des dritten und vierten Signals als Steuersignal an den Steuereingang der Vorrichtung anlegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Einrichtung aufweist, die so auf Bandsperrsignalkomponenten anspricht, dass sie der entsprechenden progressiven Dynamikmodifizierung oder der progressiven Verschiebung des Frequenzbandes bei Eingangssignalen von hohem Pegel entgegenwirkt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegenwirkende Einrichtung eine Einrichtung aufweist, die die Bandsperrsignalkomponenten nichtlinear weiterverarbeitet.

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5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegenwirkende Einrichtung eine Unterschaltung (100) aufweist, die ein entgegenwirkendes Bezugssignal als Komponente der Signale erzeugt, auf die die Steuerschaltung anspricht, und dass das Bezugssignal mindestens bei hochpegeligen Eingangssignalen Information liefert, so dass die Wirkung der Bandsperrsignalkomponenten in der Steuerschaltung bei Eingangssignalen von hohem Pegel vermindert ist.

. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung mindestens einen Begrenzer (112, 120, 128) und frequenzselektive Schaltungen (110, 118, 126) aufweist, in der Weise dass der Begrenzer bzw. die Begrenzer vorzugsweise auf Signale im sperrenden Band so einwirken, dass die Auswirkung der Bandsperrsignalkomponenten in der Steuerschaltung bei Eingangssignalen von hohem Pegel vermindert ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine bilineare Charakteristik aufweist, die aus einem Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung bis zu einer Schwelle, einem Zwischenpegelteil oberhalb der Schwelle mit sich ändernder Verstärkung, die einen Maximalwert für das Kompressionsoder Expansionsverhältnis ergibt, und einen Hochpegelteil mit einer sich von der Verstärkung des Niedrigpegelteils unterscheidenden, im wesentlichen konstanten Verstärkung aufweist, oder eine unilineare Charakteristik, bei der auch der Niedrigpegelteil eine sich ändernde Verstärkung hat.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine bilineare «Dual-Path»-Vorrichtung ist, die einen Hauptweg aufweist, welcher in bezug auf den Dynamikbereich linear ist, eine kombinierende Schaltung (15) im Hauptweg, und einen weiteren Weg, dessen Eingang mit dem Eingang des Hauptweges oder Ausgang des weiteren Weges und dessen Ausgang mit der kombinierenden Schaltung (15) verbunden ist, dass der weitere Weg ein Signal liefert, welches mindestens in einem oberen Teil des

Frequenzbandes das Hauptwegsignal mittels der kombinierenden Schaltung anhebt oder ihm entgegenwirkt, aber selbst so begrenzt ist, dass es im oberen Teil des Eingangsdynamikbereiches kleiner ist als das Hauptwegsignal.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Weg eine bilineare Charakteristik hat, derart, dass bei Eingangssignalen von hohem Pegel der Pegel des Signals des weiteren Weges nicht geringer ist als ein gewählter Anteil des Pegels des Hauptwegsignals.

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10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 für Audiosignale, bei der die Dynamikmodifiziereinrichtung ein variables Filter enthält, das eine Anhebung oder Absenkung in einem hohen oder niedrigen Frequenzbereich des Signalbandes liefert und auf dominierende Signale anspricht und dabei veranlasst, dass sich die Filtergrenzfrequenz in einem den angehobenen oder abgesenkten Bereich verengenden Sinn verschiebt, und bei der die Steuerschaltung Gleichricht- und Verstärkereinrichtungen aufweist, die ein vom Filterausgang abgeleitetes Steuersignal an eine gesteuerte Impedanzvorrichtung des Filters liefern, um das Verschieben der Filtergrenzfrequenz zu bewirken, und die Steuerschaltung durch eine Unterschaltung gekennzeichnet ist, die ein Bezugssignal liefert, welches dem Steuersignal entgegenwirkt und vom Eingang oder Ausgang der Schaltungsanordnung abgeleitet ist und dessen Pegel sich dynamisch mit dem Pegel des Eingangs- oder Ausgangssignals ändert, und die Unterschaltung eine Einrichtung aufweist, mittels der die Verstärkung des Bezugssignals so einstellbar ist, dass die Wirkungen der Bandsperrsignalkomponenten im Steuersignal bei Eingangssignalen von hohem Pegel vermindert sind.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 für Audiosignale, bei der die Dynamikmodifiziereinrichtung ein variables Filter aufweist, das eine Anhebung oder Absenkung in einem hohen oder niedrigen Frequenzbereich des Signalbandes liefert und auf dominierende Signale so anspricht, dass er ein Verschieben der Filtergrenzfrequenz in einem den angehobenen oder abgesenkten Bereich einengenden Sinn veranlasst, und bei der die Steuerschaltung Gleichricht-, Glätt- und Verstärkereinrichtungen aufweist, die ein vom Filterausgang abgeleitetes Steuersignal an eine gesteuerte Impedanzvorrichtung des Filters liefern, um das Verschieben der Filtergrenzfrequenz zu bewirken, und die Steuerschaltung durch mindestens einen Begrenzer und eine frequenzselektive Schaltungseinrichtung gekennzeichnet ist, so dass der Begrenzer bzw. die Begrenzer vorzugsweise auf Signale im sperrenden Bandbereich so einwirken, dass die Wirkungen der Bandsperrsignalkomponenten bei Signalen von hohem Eingangspegel vermindert sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 für Audiosignale, bei der die Dynamikmodifiziereinrichtung eine Vorrichtung mit veränderlicher Verstärkung oder veränderlicher Dämpfung aufweist, die für eine Dynamikmodifizierung von Signalen im Durchlassband sorgt und auf dominierende Signale unter Be-wirkung einer progressiven Dynamikmodifizierung anspricht, und bei der die Steuerschaltung eine Einrichtung aufweist, die ein Steuersignal an einen Steuereingang der Vorrichtung liefert, um die progressive Dynamikmodifizierung zu bewirken, und die Steuerschaltung eine erste Unterschaltung aufweist, die mindestens einen steilen Filter mit Frequenzcharakteristiken ähnlich der der frequenzselektiven Schaltung aufweist, Gleichricht- und Verstärkereinrichtungen die ein erstes Signal liefern, und eine zweite Unterschaltung, die ein zweites Signal vom Ausgang der Verstärkungs- oder Dämpfungsvorrichtung ableitet und Gleichricht- und Verstärkereinrichtungen aufweist und ein drittes Signal vom Eingang oder Ausgang der Schaltungsanordnung ableitet und weitere Gleichricht- und Verstärkereinrichtungen aufweist, wobei das dritte Signal ein Bezugssignal zum Entgegenwirken gegen das zweite Signal ist, um ein viertes Signal zu liefern, wobei sich der Pegel des Bezugssignals dynamisch mit dem Pegel des Eingangs- oder Ausgangssignals ändert, die

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 für Audiosignale, bei der die Dynamikmodifiziereinrichtung eine Vorrichtung mit veränderlicher Verstärkung oder veränderlicher Dämpfung aufweist, die eine Dynamikmodifizierung von Signalen im Durchlassband liefert und auf dominierende Signale unter Bewirken einer progressiven Dynamikmodifizierung anspricht, und bei der die Steuerschaltung eine Einrichtung aufweist, die ein vom Ausgang der Verstärkungs- oder Dämpfungsvorrichtung abgeleitetes Steuersignal an einen Steuereingang der Vorrichtung liefert, um die progressive Dynamikmodifizierung zu bewirken, und die Steuerschaltung durch eine erste Unterschaltung gekennzeichnet ist, die mindestens einen steilen Filter mit Frequenzcharakteristiken ähnlich der der frequenzselektiven Schaltung enthält, Gleichricht-, Glätt- und Verstärkereinrichtungen sowie eine zweite Unterschaltung, die durch mindestens einen Begrenzer und eine frequenzselektive Schaltung gekennzeichnet ist, so dass der Begrenzer bzw. die Begrenzer vorzugsweise auf Signale im sperrenden Band derartig einwirken, dass die Wirkung von Bandsperrsignalkomponenten bei Eingangssignalen von hohem Pegel vermindert ist.