DD242517A1

DD242517A1 - Kompressor-expander-system fuer elektroakustische uebertragungswege

Info

Publication number: DD242517A1
Application number: DD28202385A
Authority: DD
Inventors: Helmut Milde; Heinrich Eras
Original assignee: Zentr Wissenschaft & Tech Veb
Priority date: 1985-10-24
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1987-01-28
Also published as: DE3642366A1

Abstract

Kompressor-Expander-System fuer elektroakustische Uebertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tontraegern bei Rundfunkuebertragungen, Schallplattenaufzeichnungen u. a. Dabei soll die Dynamikreduzierung nicht unangenehm in Erscheinung treten, die Verstellvorgaenge sollen praktisch unbemerkt und die Stereo-Balance erhalten bleiben. Dazu wird das Steuersignal fuer das Nutzsignal komprimierenden Stellverstaerker bei verschiedenen Pegelveraenderungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten geformt, anschliessend logarithmiert, bedaempft und entlogarithmiert. Die Schaltungsanordnung besteht aus einer an den Uebertragungskanaelen angeschlossenen Spitzenwertgleichrichterschaltung, der eine Speicherschaltung folgt, an der zwei parallele Speicherzweige angeschlossen sind. Die Ausgaenge der Speicherzweige sind in einer Addierstufe zusammengefuehrt, der eine Kompressionsgradeinstellstufe folgt, an deren Ausgang die Steuereingaenge der Stellverstaerker angeschlossen sind. Fig. 2

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern und bei Rundfunkübertragungen, Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern und bei Rundfunkübertragungen, Schallplattenaufzeichnungen und Schallplattenwiedergabegeräten u.a.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß man den Störabstand eine elektroakustischen Signalübertragung in einem begrenzten Kanalabschnitt dadurch verbessern kann, daß man kleine Signale vor der Einspeisung in diesen Kanalabschnitt zusätzlich verstärkt und am Ende dieses Kanalabschnittes wieder bedämpft. Die Verbesserung des Störabstandes entsteht dabei dadurch, daß bei der Bedämpfung auch das Störsignal aus diesem Kanalabschnitt mit bedämpft wird.

Solche bisher in der Heimgerätetechnik verwendeten Systeme sind Dolby-B, Dolby-C, High-Com, dbx u.a. Bei diesen Systemen wird vorausgesetzt, daß der Benutzer des Systems über den entsprechenden Expander verfügt, denn das komprimierte, d. h. bei kleinen Signalpegeln zusätzlich verstärkte Signal ist ohne Expansion so stark verfälscht, daß dessen künstlerisch-ästhetische Qualität nicht mehr befriedigt. Das ist ein Hauptgrund, weshalb die o.g. Kompandersysteme bisher nicht für Schallplatten- und Rundfunkübertragung eingesetzt werden, denn man kann nicht voraussetzen, daß alle anspruchsvollen Hörer über entsprechende Expander verfügen.

Es ist auch bekannt, daß in Schallplatten- und Rundfunkstudios zur Reduzierung der Programmdynamik Kompressoren verwendet werden, ohne daß vorgesehen ist, das so komprimierte Signal wieder zu expandieren. Besonders bei den mit Digitalaufzeichnung hergestellten Urbändern wird eine solche Dynamikreduzierung vor der Aufzeichnung auf Schallplatten bzw. der Übertragung im Rundfunk notwendig. Dabei geht die hohe und vom künstlerischen Standpunkt wünschenswerte Programmdynamik dieser Aufzeichnung verloren.

Beim Hörer bestehen jedoch je nach Situation unterschiedliche Vorstellungen bezüglich der wünschenswerten Programmdynamik:

1. In störungsarmer Umgebung, wenn dem künstlerischen Inhalt aufmerksam zugehört wird (Musik), besteht der Wunsch nach der originalen, in der Regel großen Programmdynamik.

2. In akustisch gestörter Umgebung, wenn vorwiegend dem sachlichen Inhalt zugehört wird (Nachrichten, Texte) oder wenn bei der Übertragung noch eine andere Tätigkeit ausgeübt wird (Hintergrundmusik), besteht der Wunsch nach verringerter Programmdynamik.

Es ist dazu bekannt, das Signal mit der in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltung zu komprimieren (Funkschau 1981/24, S. 67-69). Dabei durchlaufen die Signale der Stereokanäle L und R je einen Vorverstärker 3 und 4 einen Stellverstärker 1 und 2. Von den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 werden über je einen Hochpaß 5 und 6 Signale an die Meßschaltung 7 geführt. Der jeweils größte Spitzenwert aus der positiven oder negativen Halbwelle des rechten oder linken Kanales bestimmt die Aufladung der Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstanten T₀. Über das Zeitkonstantensystem Ti bis T₄ gelangt das Steuersignal an die Steuereingänge der Stellverstärker 1 und 2. Dadurch haben diese immer die gleiche, jeweils der größten Ausgangsspitzenspannung umgekehrt proportionale Verstärkung. Die der Meßschaltung 7 zugeführte Referenzspannung bewirkt, daß bei Unterschreitung eines Mindestpegels das Steuersignal nicht weiter vermindert wird und die Verstärkung der Stellverstärker 1 und 2 konstant bleibt.

Die Schaltung verändert die Stereo-Balance und die spektrale Zusammensetzung der übertragenen Signale nicht. Durch die Verwendung eines Stellverstärkers 1 und 2, bei dem die Verstärkung zur Steuersignalgröße umgekehrt proportional ist, und ausschließlich linearer Übertragungsglieder im Steuersignalweg entsteht ein festgelegter Kompressionsgrad zwei. Trotz bereits weitgehend optimaler Wahl der Zeitkonstanten To bis T₄ ist damit die Dynamikreduzierung in vielen Fällen unangenehm stark. Außerdem treten in ungünstigen, aber nicht seltenen Fällen Verschiebungen der musikalischen Balance auf.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Kompressor anzugeben, dessen Eigenschaften so eingestellt werden können, daß die Dynamikreduzierung nicht mehr unangenehm in Erscheinung tritt und weitere Nebeneffekte vermieden werden. Außerdem soll das komprimierte Signal mit einer komplementär aufgebauten Expanderschaltung wieder zum ursprünglichen Dynamikumfang expandiert werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kompressor-Expander-System für elektronische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern zu finden, in dem der Kompressor die Verstellvorgänge so ausführt, daß sie praktisch unbemerkt bleiben, er die Verstellung in einer solchen Größe vornimmt, daß die verbleibende Programmdynamik noch hohen künstlerischen Ansprüchen genügt, er die Stereo-Balance im komprimierten Signal gegenüber dem Ursprungsignal nicht verändert, er keine spektralen Veränderungen verursacht, und in dem die Verstellung mit einem äquivalenten Expander praktisch wieder vollständig aufgehoben werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufzeichnungen wahlweise ohne eine Expandierung als auch mit Expandierung wiedergegeben werden können. Dazu wird das aufzuzeichnende Signal durch Stellverstärker komprimiert, deren Steuersignal bei kleinen Pegeländerungen mit einer Zeitkonstanten τ_Ί, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₂ beschleunigt, bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten T₃ und bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten T₄ abklingend den Zeitkonstanten T₁ bis T₃ überlagernd geformt, anschließend logarithmiert, zur Einstellung des Kompressionsgrades bedämpft und anschließend entlogarithmiert wird, so daß das umgekehrt proportional zur Verstärkung des Stellverstärkers ist. Die so bespielten Aufzeichnungsträger sind entsprechend gekennzeichnet. Dazu ist eine Schaltungsanordnung für ein Kompressor-Expander-System aufgebaut, die für den rechten und linken Übertragungskanal je einen Stellverstärker enthält, an deren Steuereingängen eine Steuersignalschaltung angeschlossen ist, deren Eingang aus an die Übertragungskanäle angeschlossenen Hochpässen mit nachfolgender Spitzenwertgleichrichterschaltung, die außerdem an einer Referenzspannungsquelle angeschlossen ist, besteht. Erfindungsgemäß ist am Ausgang der Spitzenwertgleichrichterschaltung eine Speicherschaltung angeschlossen, der zwei parallelgeschaltete Speicherzweige folgen, wobei dem einen Speicher mehrere Zeitglieder mit verschiedenen Zeitkonstanten vorgeschaltet sind, von denen einige außerdem an die Referenzspannungsquelle angeschlossen sind, und dem anderen Speicher ein ebenfalls zusätzlich an die Referenzspannungsquelle angeschlossenes Zeitglied mit einer Zeitkonstanten vorgeschaltet ist. Die Ausgänge der Speicherzweige sind in einer Addierstufe zusammmengeführt. Der Addierstufe folgt eine Kompressionsgradeinstellstufe, an deren Ausgang die Steuereingänge der Stellverstärker angeschlossen sind. Das Ursprungsignal wird über die Stellverstärker in die beiden Übertragungskanäle eingespeist. Die Stellverstärker ändern ihre Verstärkung umgekehrt proportional zur Größe des Steuersignals und beeinflussen die spektrale Zusammensetzung des übertragenen Signals nicht. Die Steuereingänge sind parallel geschaltet, so daß keine Veränderungen der Stereo-Balance auftreten. Aus den in den Übertragungskanälen vorhandenen Signalen wird über die Hochpässe das Steuersignal gewonnen. Die Spitzenwertgleichrichterschaltung ist so gestaltet, daß der nachfolgende Speicher mit der Zeitkonstanten T₀ auf den jeweils höchsten Spitzenwert der positiven oder negativen Halbwelle des Signals des rechten oder linken Übertragungskanals aufgeladen wird. Bei Signalpegeln, die kleiner als ein festgelegter Mindestpegel sind, verbleibt in diesem Speicher eine Restladung, deren Größe durch die Referenzspannung bestimmt wird. Damit wird erreicht, daß bei derartig kleinen Signalpegeln keine weitere Veränderung der Verstärkung in den Stellverstärkern erfolgt. Das Ausgangssignal wird den parallelgeschalteten Speicherzweigen zugeführt. Der Speicher im Speicherzweig mit mehreren Zeitgliedern wird bei kleinen Pegeländerungen mit der Zeitkonstante τ_Ί des ersten Zeitgliedes geladen bzw. entladen, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen zusätzlich über das nächste Zeitglied der Zeitkonstante T₂ beschleunigt geladen und bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen zusätzlich über das folgende Zeitglied mit der Zeitkonstante T₃ beschleunigt entladen. Bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird dieser Speicherzweig durch den parallelgeschalteten Speicherzweig kurzzeitig umgangen und das Ausgangssignal des ersten Speichers T₀ mit der Zeitkonstante T₄ über den parallelgeschalteten Speicher abklingend der Kompressionsgradeinstellstufe direkt zugeführt. Dabei wird dieses Signal in dem Summierglied dem Ausgangssignal des ersten Speicherzweiges additiv überlagert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1: die Prinzipschaltung eines Kompressors zum Stand der Technik Fig.2: ein zugehöriges Blockschaltbild des Kompressors

Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei gleichen Stellverstärkern 1 und 2 für den linken und rechten Übertragungskanal und einer Steuersignalschaltung, die mit den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 zur Gewinnung eines Meßsignals verbunden ist und ein Steuersignal an die Steuereingänge der Stellverstärker 1 und 2 abgibt.

Das Meßsignal wird aus einer Spitzenwertgleichrichterschaltung 8 gewonnen, die über je einen Hochpaß 5 und 6 an den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 angeschlossen ist. Die Spitzenwertgleichrichterschaltung 8 ist so gestaltet, daß eine Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstante T₀ auf den jeweils höchsten Spitzenwert der positiven oder negativen Halbwelle des Signals des rechten oder linken Kanals aufgeladen wird. Bei Signalpegeln, die kleiner als ein festgelegter Mindestpegel sind, verbleibt in dieser Speicherschaltung 9 eine Restladung, deren Größe durch die Referenzspannung bestimmt wird. Damit wird erreicht, daß bei derartig kleinen Signalpegeln keine weitere Veränderung der Verstärkung in den Stellverstärkern 1 und 2 erfolgt.

Das am Ausgang der Speicherschaltung 9 anliegende Meßsignal wird mit den Zeitkonstanten T₁, τ₂ und τ₃ in folgender Weise in den Speicher 10 übertragen:

— Bei kleinen Pegeländerungen wird der Speicher 10 mit der Zeitkonstante T₁ geladen bzw. entladen.

— Bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird der Speicher 10 zusätzlich mit der Zeitkonstante T₂ beschleunigt geladen.

— Bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen wird der Speicher 10 zusätzlich mit der Zeitkonstante T₃ beschleunigt entladen.

— Bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird der Speicher 10 kurzzeitig umgangen und das Ausgangssignal der Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstante T₄ abklingend über den Speicher 11 einer Addierstufe 12 zugeführt und dabei additiv mit dem Ausgangssignal des Speichers 10 überlagert.

Das durch die Speicher 10 und 11 in seinem zeitlichen Verlauf geformte Meßsignal steht nach einer

Kompressionsgradeinstellstufe 13 als fertig geformtes Steuersignal zur Verfügung, dessen Größe umgekehrt proportional zur in den Stellverstärkern 1 und 2 einzustellenden Verstärkung ist.

Die Stellverstärker 1 und 2 ändern ihre Verstärkung umgekehrt proportional zur Größe des Steuersignales und beeinflussen die spektrale Zusammensetzung des übertragenen Signales nicht. Die Steuereingänge sind parallel geschaltet, so daß keine

Veränderungen der Stereo-Balance auftreten.

Entscheidend für die Wirkung der Schaltung ist die Kombination der in Tabelle 1 zusammengestellten Parameter.

Tabelle 1

Parameter	Einstellbereich	opt. Wert
Grenzfrequenz der Hochpässe 5 und 6	>100Hz	100Hz
Zeitkonstante
für Aufladung von Speicherschaltung 9	<2ms	1 ms
für Entladung von Speicherschaltung 9	>8ms	10ms
Zeitkonstante T₁	>2s	2s
Zeitkonstante T₂	<30ms	30 ms
Zeitkonstante T₃	>1,2s	1,2s
Zeitkonstante T₄	entsprechend T₂	entsprechend^
Ansprechschwelle für die beschleunigte
Auf- und Entladung für Speicher 10
bei Bezugspegel	0,9...1,2 dB	1dB
Ansprechschwelle für die kurzzeitige
Umgehung von Speicher 10 bis Bezugspegel	1,8...2,4dB	2 dB

Claims

Patentansprüche:

1. kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern, bei dem das aufzuzeichnende Signal durch Stellverstärker komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die Verstärkung der Stellverstärker (1,2) bei kleinen Pegeländerungen mit einer Zeitkonstanten T₁, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₂ beschleunigt, bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₃ und bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₄ abklingend den Zeitkonstanten τ-, bis τ₃ überlagernd geformt und anschließend logarithmiert, zur Einstellung des Kompressionsgrades bedämpft und anschließend entlogarithmiert wird, so daß es umgekehrt proportional zur Verstärkung der Stellverstärker (1,2) ist.
2. Schaltungsanordnungen für ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege nach Anspruch 1, deren Eigenschaften als Kompressor durch die nachfolgend beschriebene Schaltung festgelegt sind, die für den rechten und linken Übertragungskanal je einen Stellverstärker enthalten, an deren Steuereingängen eine Steuersignalschaltung angeschlossen ist, deren Eingang aus an die Übertragungskanäle angeschlossenen Hoch passen mit angeschlossener Spitzenwertgleichrichterschaltung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Spitzenwertgleichrichterschaltung (8) eine Speicherschaltung (9) angeschlossen ist, der zwei parallelgeschaltete Speicherzweige folgen, wobei dem einen Speicher (10) mehrere Zeitglieder mit verschiedenen Zeitkonstanten (τι a 2sek, τ₂ ^ 30ms, T₃ > 1,2s) vorgeschaltet sind, von denen einige außerdem an die Referenzspannungsquelle angeschlossen sind, und wobei dem anderen Speicher (11) ein ebenfalls zusätzlich an die Referenzspannungsquelle angeschlossenes Zeitglied mit einer Zeitkonstanten (τ₄ < 30ms) vorgeschaltet ist, daß die Ausgänge der Speicherzweige in einer Addierstufe (12) zusammengeführt sind und daß der Addierstufe (12) eine Kompressionsgradeinstellstufe (13) folgt, an deren Ausgang die Steuereingänge der Stellverstärker (1 und 2) angeschlossen sind.