DD234549A1

DD234549A1 - Schaltungsanordnung fuer einen breitbandkompander

Info

Publication number: DD234549A1
Application number: DD27297085A
Authority: DD
Inventors: Helmut Milde
Original assignee: Zentr Wissenschaft & Tech Veb
Priority date: 1985-02-01
Filing date: 1985-02-01
Publication date: 1986-04-02

Abstract

Schaltungsanordnung fuer einen Breitbandkompander fuer Phono- und Rundfunkgeraete mit einfachem Schaltungsaufbau, die als Kompressor oder Expander benutzt werden kann, wobei das komprimierte Signal technisch befriedigend wiedergebbar ist. Diese Schaltungsanordnung besteht aus einem Operationsverstaerker 1 als Eingang, an den ausgangsseitig ein steuerbarer Verstaerker 2, eine Gleichrichterschaltung 3 mit einem nachgeschalteten zur zeitlichen Steuerung des Uebergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerk 5, dessen Ausgang an den Steuereingang des Verstaerkers 2 angeschlossen ist und eine Rueckkopplungsleitung 4 zum invertierenden Eingang des Operationsverstaerkers 1 angeschlossen sind. Parallel zum Schaltungsnetzwerk 5 ist eine lineare Kenngroesse realisierende Baugruppe 7 geschaltet, die ueber eine Addierstufe mit dem Verstaerker 2 zusammengeschaltet ist, in der das Ausgangssignal der Baugruppe 7 und des Schaltungsnetzwerk 5 addiert werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander, der in Phono- und Rundfunkgeräten zur Vergrößerung des Störabstandes des Nutzsignals zum Störsignal eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß man den Störabstand einer elektroakustischen Signalübertragung in einem begrenzten Kanalabschnitt (z.B. zwischen Eingang und Ausgang eines Tonbandgerätes) dadurch verbessern kann, daß man kleine Signale vor der Einspeisung in diesen Kanalabschnitt zusätzlich verstärkt und am Ende dieses Kanalabschnittes wieder um den gleichen Betrag dämpft. Die Verbesserung des Störabstandes entsteht dadurch, daß bei dieser Dämpfung auch das Störsignal aus diesem Kanalabschnitt mit gedämpft wird. Die zusätzliche Verstärkung muß dabei mit größer werdendem Signal vermindert werden, weil sonst eine Übersteuerung des Kanals eintreten würde.

Um die ursprünglichen Verhältnisse am Kanalende wieder herzustellen, muß die Dämpfung am Kanalende mit größer werdendem Signal entsprechend vermindert werden. Die automatisch optimale Einstellung von zusätzlicher Verstärkung und Dämpfung wird mit sogenannten Kompressor- und Expanderschaltungen realisiert. Wesentlich für den hier betrachteten Anwendungsfall ist, daß die beiden Schaltungen bezüglich ihres stationären und ihres dynamischen Verhaltens genau aufeinander abgestimmt sein müssen, damit die exakte Reproduktion des ursprünglichen Signales gewährleistet ist. Falls die Schaltungen in einem Gerät oder Baustein vereinigt sind oder durch geeignete Umschaltung gewonnen werden können, spricht man von einem Kompander.

Eine Methode zur Realisierung von genau komplementären Kompressor- und Expanderschaltungen besteht darin, daß in beiden Fällen die gleiche aktive Schaltung verwendet wird, einmal als einfache Schaltungskette, zum anderen mit der aktiven Schaltung in der Gegenkopplung eines Operationsverstärkers. Dabei ist es unerheblich, ob die aktive Schaltung selbst als Kompressor oder als Expander wirkt

Die wesentlichsten Elemente der aktiven Schaltung sind:

1. eine Schaltung zur Messung des Eingangssignalpegels.

2. ein Netzwerk zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens und ggf. zur Umformung des Meßsignals in ein geeignetes Steuersignal

3. ein steuerbarer Verstärker oder ein steuerbares Dämpfungsglied

Ein besonderes Problem ergibt sich bei der Anwendung eines Kompandersystems über eine „offene" Übertragungskette, wie sie bei Rundfunk- und Schallplattenübertragung besteht, weil der Eingang dieser Kette (Modulatoreingang, Eingang des Schallplattenschneidgerätes) dem Benutzer (Hörer) nicht zugänglich ist, und er dadurch nicht entscheiden kann, ob ein Kompressor angewendet werden soll oder nicht (AEG-Telefunken Semiconductorinformation 2.80 HIGH-COM U 401 BR). In diesem Falle ist unbedingt zu fordern, daß auch das komprimierte Signal hohen ästhetischen Ansprüchen genügt. D. h. die Kompression muß so erfolgen, daß die Dynamik im komprimierten Signal nicht als verfälscht empfunden wird und Verstellvorgänge nicht störend bemerkt werden (Kompatibilitätsforderung).

Es ist bekannt, daß zur optimalen Aussteuerung von Rundfunksendungen und Schallplattenaufzeichnungen auch ohne die Absicht der späteren Expansion Kompressoren eingesetzt werden. Es ist auch bekannt, wie die stationären Kennlinien und das Übergangsverhalten solcher Kompressoren gestaltet sein müssen, damit deren Wirkung nicht störend bemerkt wird. In einer aktiven Schaltung eines Kompressors hat de; verstellbare Verstärker dabei folgende Übertragungsfunktion

U₃ = ki Ist u_e

Damit gilt für stationäre Signale auch

ü_a = k, Ist dein der Meßschaltung wird der Spitzenwert gemessen, es gilt also

U_ = k₂ü_e

Im Netzwerk wird die Spannung U_ in einen Steuerstrom umgewandelt, es gilt Ist = k₃ U-

l_st = k3 k₂ u_e. ;

Damit wird die Ausgangsspannung der aktiven Schaltung

ü_a = ki k₂ k₃ u_e ü_e

U_a = k4 Ül (1)

Im Pegelmaß dargestellt ergibt sich daraus als Kennlinie eine geknickte ansteigende Gerade. Die Begrenzung des Arbeitsbereiches bei kleinen Pegeln ergibt sich durch eine Referenzspannung im Netzwerk zwischen Meßschaltung und verstellbarem Verstärker. . -. -

:s zeigt sich nun, daß ein Kompander mit dieser Kennlinie und geeignetem Übergangsverhalten eine hohe Störunterdrückung irzeugt (maximal 2OdB) und Verstellvorgänge praktisch nicht störend wahrgenommen werden. Die Dynamik im komprimierten signal ist aber so stark zusammengedrängt, daß die Wiedergabe ohne Expansion nicht mehr in allen Fällen befriedigend ist. Um ias zu verbessern, muß eine weniger stark komprimierende Kennlinie eingestellt werden. Man verzichtet dabei auf einen Teil der nöglichen Störungsunterdrückung, gewinnt aber eine wesentlich verbesserte Kompatibilität des komprimierten Signales. :ine genaue Betrachtung zeigt, daß zur Einstellung dieser gewünschten Kennlinie der Exponent in Gleichung (1) geändert verden müßte. Das würde bedeuten, daß in einem Teil der Schaltung, z. B. im Netzwerk, ein nichtlineares Glied etwa mit dem Jbertragungsverhalten

U₃ = k U_e'^/!

iingefügt werden müßte.

Die Realisierung solcher nichtlinearer Glieder bereitet schaltungstechnisch Schwierigkeiten bezüglich Aufwand, Stabilität und Senauigkeit

Ziel der Erfindung

Z)e\ der Erfindung ist es, eine einfache Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander zu schaffen, in der keine ichaltungstechnischen Schwierigkeiten bezüglich Aufwand, Stabilität und Genauigkeit auftreten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander zu finden, die als <ompressor und als Expanderr benutzt werden kann, wobei das komprimierte Signal technisch befriedigend wiedergebbar ist. Diese Aufgabe wird in einer Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander, die aus einem Operationsverstärker als Eingang, aus einem daran ausgangsseitig angeschlossenem steuerbaren Verstärker, aus einer ebenfalls am Dperationsverstärker angeschlossenen Gleichrichterschaltung mit einem nachgeschalteten, zur zeitlichen Steuerung des Jbergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerk, dessen Ausgang am Steuereingang des steuerbaren Verstärkers angeschlossen ist, und aus einer Rückkopplung des Ausgangs des Operationsverstärkers zu seinen invertierenden Eingang aesteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zum zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerk eine eine lineare Kenngröße realisierende Baugruppe geschaltet ist, die über eine Addierstufe mit dem steuerbaren Verstärker zusammengeschaltet ist. Dazu ist am Steuereingang des steuerbaren Verstärkers über die Addierstufe, an der der Ausgang des zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerkes ebenfalls angeschlossen ist, eine Konstantstromquelle angeschlossen. Dem steuerbaren Verstärker kann auch die Addierstufe nachgeschaltet sein. Am anderen Eingang der Addierstufe ist dann der Ausgang eines dem steuerbaren Verstärker parallel geschalteten, einstellbaren Übertragungsnetzwerk angeschlossen. Weiterhin kann auch über die Addierstufe an das zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienende Schaltungsnetzwerk eine Spannungsquelle' angeschlossen sein. Diese Schaltungsanordnung hat eine Kennlinie, die der Formel

Ü_a=K₅ü_e + k_eü| · (2)

entspricht. Diese Kennlinie verläuft nur in einem ausreichenden Teilbereich flacher, als die im Stand der Technik beschriebenen Kennlinien. Dieser Bereich fällt weitgehend mit dem Funkjionsbereich der aktiven Schaltung zusammen. Die Konstanten K₅ und K₆ sind durch Einstellung des Stromes bzw. des Übertragungsnetzwerkes so zu wählen, daß die Kennlinie den erwünschten Verlauf bekommt. Dieser Abgleich bedarf bei dem Anschluß einer Spannungsquelle über die Addierstufe an das zur zeitlichen Steuerung des Übertragungsverhaitens dienenden Schaitungsnetzwerk und beim Anschluß der Konstantstromquelle über die Addierstufe an den Steuereingang des steuerbaren Verstärkers wenig Aufwand, wobei die Eigenschaften der Koppelstelle wie Ausgangsimpedanz und Rückführungsimpedanz für die Kompressor-Gegenkopplung nicht beeinflußt werden. Damit wird erreicht, daß ein nichtkomprimiertes Signal über diese Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander so übertragen wird, daß am Ausgang bei der Wiedergabe ohne Expansion die Dynamik des Signals nicht als verfälscht empfunden wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander mit einer einstellbaren Konstantstromqueile.

An einen Operationsverstärker 1 ist ein steuerbarer Verstärker 2, eine Gleichrichterschaltung 3 und eine Rückkopplungsleitung 4 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 angeschlossen. An der Gleichrichterschaltung 3 ist ein zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienendes Schaltungsnetzwerk 5 angeschlossen, dessen Ausgang über eine Addierstufe 6 am Steuereingang des steuerbaren Verstärkers 2 angeschlossen ist.

Am zweiten Eingang der Addierstufe 6 ist eine einstellbare Konstantstromquelle 7 angeschaltet.

Das vom Operationsverstärker 1 abgegebene Signal wird im^steuerbaren Verstärker 2 entsprechend seiner Dynamik verstärkt.

Die Steuerung des steuerbaren Verstärkers 2 erfolgt durch das in der aus der Gieichrichterschaltung 3 und dem Schaltungsnetzwerk 5 bestehenden Bewertungsschaltung der Dynamik gewonnene Signal Hamit wird hier die quadratische Variable der Gleichung (2) realisiert. Der lineare Teil der Gleichung (2) wird durch den Konstantstrom der Konstantstromquelle 7 realisiert. In der Addierstufe 6 werden diese Teile zusammengefügt, so daß die vollständige Übertragungsfunkton am Ausgang realisiert ist. Die Parameter der Funktionsteile werden im Schaltungsnetzwerk 5 und durch Einstellung des Konstantstromes eingestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander mit einem Operationsverstärker, einem daran angeschlossenen steuerbaren Verstärker, einer Gleichrichterschaltung mit einem nachgeschalteten zur zeitlichen Steuerung des Übertragungsverhaltens dienendem Schaltungsnetzwerk und einer Rückkopplung des Ausgangs des Operationsverstärkers zu seinem zweiten Eingang, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerk (3,5) eine eine lineare Kenngröße realisierende Baugruppe (7) geschaltet ist, die über eine Addierstufe (6) mit dem steuerbaren Verstärker (2) zusammengeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuereingang des steuerbaren Verstärkers (2) über die Addierstufe (6) neben dem Ausgang des zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienenden Schaltungsnetzwerkes (5) eine Konstantstromquelle (7) angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens dienende Schaltungsnetzwerk (5) über die Addierstufe (6) eine regelbare Spannungsquelle angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem steuerbaren Verstärker (2) die Addierstufe (6) nachgeschaltet ist und daß am anderen Eingang der Addierstufe (6) der Ausgang eines dem steuerbaren Verstärkers (2) parallelgeschalteten einstellbaren Übertragungsnetzwerkes angeschlossen ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung