DD234549A1

DD234549A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A BROADBAND COMPOKER

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.Circuit arrangement for a broadband compander for phono and Rundgergeraete with simple circuitry, which can be used as a compressor or expander, the compressed signal is technically reproducible reproducible. This circuit consists of an operational amplifier 1 as an input to the output side a controllable amplifier 2, a rectifier circuit 3 with a downstream serving for timing the transient response circuit network 5, whose output is connected to the control input of the amplifier 2 and a feedback line 4 to the inverting input of the operational amplifier 1 are connected. Parallel to the circuit network 5 is a linear characteristic realizing assembly 7 is connected, which is connected together via an adder with the amplifier 2, in which the output signal of the module 7 and the circuit network 5 are added.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander, der in Phono- und Rundfunkgeräten zur Vergrößerung des Störabstandes des Nutzsignals zum Störsignal eingesetzt wird.The invention relates to a circuit arrangement for a broadband compander, which is used in phonograms and radios to increase the signal-to-noise ratio of the useful signal to the interfering signal.

Characteristic of the known technical solutions

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.It is known that one can improve the signal-to-noise ratio of an electroacoustic signal transmission in a limited channel section (eg between input and output of a tape recorder) by additionally amplifying small signals before feeding into this channel section and again by the same amount at the end of this channel section attenuates. The improvement of the signal-to-noise ratio arises from the fact that, with this attenuation, the interfering signal from this channel section is also attenuated. The additional gain must be reduced with increasing signal, otherwise an overload of the channel would occur.

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.To restore the original conditions at the end of the channel, the attenuation at the end of the channel must be reduced accordingly with increasing signal. The automatically optimal setting of additional amplification and damping is realized with so-called compressor and expander circuits. Essential for the application considered here is that the two circuits must be matched with respect to their steady state and their dynamic behavior exactly to each other, so that the exact reproduction of the original signal is guaranteed. If the circuits are combined in one device or module or can be obtained by suitable switching, one speaks of a compander.

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 wirktA method for the realization of exactly complementary compressor and expander circuits is that in both cases, the same active circuit is used, once as a simple circuit chain, on the other hand with the active circuit in the negative feedback of an operational amplifier. It is irrelevant whether the active circuit itself acts as a compressor or as an expander

Die wesentlichsten Elemente der aktiven Schaltung sind: The most essential elements of the active circuit are:

1. eine Schaltung zur Messung des Eingangssignalpegels.1. a circuit for measuring the input signal level.

2. ein Netzwerk zur zeitlichen Steuerung des Übergangsverhaltens und ggf. zur Umformung des Meßsignals in ein geeignetes Steuersignal2. a network for timing the transient response and possibly for converting the measurement signal into a suitable control signal

3. ein steuerbarer Verstärker oder ein steuerbares Dämpfungsglied3. a controllable amplifier or a controllable attenuator

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).A particular problem arises when using a Kompandersystems on an "open" transmission chain, as it consists in radio and record transfer, because the input of this chain (Modulator input, input of the record cutting device) the user (listener) is not accessible, and he thereby can not decide whether a compressor should be used or not (AEG-Telefunken Semiconductor Information 2.80 HIGH-COM U 401 BR) In this case, it is imperative that the compressed signal meet high aesthetic requirements, ie compression must be done so that the dynamics in the compressed signal is not perceived as distorted and Verstellvorgänge not disturbing be noticed (compatibility requirement).

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 ÜbertragungsfunktionIt is known that compressors are used for optimum modulation of broadcasts and recordings even without the intention of later expansion. It is also known how the stationary characteristics and the transition behavior of such compressors must be designed so that their effect is not distracting. In an active circuit of a compressor has de; adjustable amplifier doing the following transfer function

U₃ = ki Ist u_e U ₃ = ki is u _e

Damit gilt für stationäre Signale auch This also applies to stationary signals

ü_a = k, Ist dein der Meßschaltung wird der Spitzenwert gemessen, es gilt alsoü _a = k, Is your measuring circuit, the peak value is measured, so it applies

U_ = k₂ü_e U_ = k ₂ ü _e

Im Netzwerk wird die Spannung U_ in einen Steuerstrom umgewandelt, es gilt Ist = k₃ U-In the network, the voltage U_ is converted into a control current, where Ist = k ₃ U

l_st = k3 k₂ u_e. ;l _st = k3 k ₂ u _e . ;

Damit wird die Ausgangsspannung der aktiven SchaltungThis will be the output voltage of the active circuit

ü_a = ki k₂ k₃ u_e ü_e ü _a = ki k ₂ k ₃ u _e _e

U_a = k4 Ül (1)U _a = k4 (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. . -. -In the level measurement, this results in a bent straight line as the characteristic curve. The limitation of the working range at low levels results from a reference voltage in the network between the measuring circuit and the adjustable amplifier. , -. -

: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: s now shows that a compander with this characteristic and suitable transition behavior creates a high interference suppression (maximum 2OdB) and adjustment processes are practically not perceived disturbing. However, the dynamics in the compressed signal are so tightly packed that playback without expansion is no longer satisfactory in all cases. In order to improve ias, a less compressive characteristic must be set. One waives a part of the possible interference suppression, but gains a much improved compatibility of the compressed signal. A detailed examination shows that in order to set this desired characteristic, the exponent would have to be changed in equation (1). This would mean that in a part of the circuit, for. As in the network, a nonlinear member about with the Jbertragungsverhalten

U₃ = k U_e'^/! U ₃ = k U _e ' ^/!

iingefügt werden müßte.should be added.

Die Realisierung solcher nichtlinearer Glieder bereitet schaltungstechnisch Schwierigkeiten bezüglich Aufwand, Stabilität und SenauigkeitThe realization of such non-linear links causes circuitry difficulties in terms of effort, stability and accuracy

Ziel der ErfindungObject of the invention

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. Z) e of the invention is to provide a simple circuit arrangement for a broadband compander, in which no technical difficulties in terms of effort, stability and accuracy occur.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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 FormelThe invention has for its object to provide a circuit arrangement for a broadband compander, which can be used as <ompressor and as Expanderr, wherein the compressed signal is technically reproducible reproducible. This object is achieved in a circuit arrangement for a Breitbandkompander consisting of an operational amplifier as input, from a output side connected controllable amplifier from a rectifier circuit also connected to Dperationsverstärker with a downstream, serving for timing the Juegangsverhaltens circuit network whose output at the control input of the controllable Amplifier is connected, and esteht from a feedback of the output of the operational amplifier to its inverting input, according to the invention solved in that parallel to the serving for timing the transient response circuit network is a linear characteristic realizing assembly is connected, which interconnected via an adder with the controllable amplifier is. For this purpose, a constant current source is connected to the control input of the controllable amplifier via the adder, to which the output of serving for timing the transient response circuit network is also connected. The controllable amplifier can also be followed by the adder. At the other input of the adder then the output of the controllable amplifier connected in parallel, adjustable transmission network is connected. Furthermore, a voltage source 'can also be connected via the adder stage to the circuit network serving to control the transition behavior over time. This circuit has a characteristic which corresponds to the formula

Ü_a=K₅ü_e + k_eü| · (2)Ü _a = K ₅ ü _e + k _e ü | · (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.equivalent. This characteristic is flatter only in a sufficient portion than the characteristics described in the prior art. This range largely coincides with the radio range of the active circuit. The constants K ₅ and K ₆ are to be selected by adjusting the current or the transmission network so that the characteristic gets the desired course. This balancing requires little effort in the connection of a voltage source via the adder to the timing circuit of the Übertragungsverhaitens serving switching network and the connection of the constant current source via the adder to the control input of the controllable amplifier little effort, the characteristics of the coupling point as output impedance and feedback impedance for the compressor Negative feedback can not be influenced. This ensures that an uncompressed signal is transmitted over this circuit arrangement for a broadband compander so that the output of the playback without expansion, the dynamics of the signal is not perceived as distorted.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandkompander mit einer einstellbaren Konstantstromqueile.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a circuit arrangement for a Breitbandkompander with an adjustable 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.To an operational amplifier 1, a controllable amplifier 2, a rectifier circuit 3 and a feedback line 4 to the inverting input of the operational amplifier 1 is connected. Connected to the rectifier circuit 3 is a circuit network 5 serving for the time control of the transient response, the output of which is connected via an adder 6 to the control input of the controllable amplifier 2.

Am zweiten Eingang der Addierstufe 6 ist eine einstellbare Konstantstromquelle 7 angeschaltet.At the second input of the adder 6, an adjustable constant current source 7 is turned on.

Das vom Operationsverstärker 1 abgegebene Signal wird im^steuerbaren Verstärker 2 entsprechend seiner Dynamik verstärkt.The output from the operational amplifier 1 signal is amplified in ^ controllable amplifier 2 according to its dynamics.

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.The control of the controllable amplifier 2 is effected by the signal Hamit obtained in the evaluation circuit of the dynamics consisting of the Gieichrichterschaltung 3 and the circuit network 5 here, the quadratic variable of the equation (2) is realized. The linear part of the equation (2) is realized by the constant current of the constant current source 7. In the adder 6, these parts are joined together, so that the complete transfer function is realized at the output. The parameters of the functional parts are set in the circuit network 5 and by setting the constant current.

Claims

claims:

1. Circuit arrangement for a Breitbandkompander with an operational amplifier, a controllable amplifier connected thereto, a rectifier circuit with a downstream for timing the transmission behavior serving circuit network and a feedback of the output of the operational amplifier to its second input, characterized in that parallel to the timing of the transient response serving circuit network (3,5) is a linear characteristic realizing assembly (7) is connected, which is connected via an adder (6) with the controllable amplifier (2).

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that at the control input of the controllable amplifier (2) via the adder (6) next to the output of the timing of the transient response serving circuit network (5) is a constant current source (7) is connected.

3. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that at the timing of the transient response serving circuit network (5) via the adder (6) is connected to a controllable voltage source.

4. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable amplifier (2) the adder (6) is connected downstream and that the output of a controllable amplifier (2) connected in parallel adjustable transmission network is connected to the other input of the adder (6).

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