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Verfahren zur Verbesserung des Störabstandes frequenzmodulierter magnetischer
Aufzeichnungen Die Aufzeichnung von breiten Frequenzbändern, insbesondere von Videosignalen
auf Magnetschichten kann wegen des großen Verhältnisses der höchsten zur niedrigsten
übertragenen Frequenz (z. B. 10s bei Videosignalen) nicht direkt, sondern in bekannter
Weise nur auf dem Umweg über die Modulation einer Trägerfrequenz f. erfolgen. Um
hierbei unerwünschte Amplitudenschwankungen unterdrücken zu können, wird als Modulationsform
allgemein Frequenzmodulation gewählt. Da für das modulierte Signal ein Frequenzband
bis etwa 10 MHz zur Verfügung steht, das Modulationssignal aber Frequenzkomponenten
bis 5 MHz enthält, darf der Frequenzhub eine gewisse Größe nicht überschreiten.
Der Wert ist durch die Forderung gegeben, daß für die höchsten Modulationsfrequenzen
f1 im frequenzmodulierten Signal nur die Seitenfrequenzen erster Ordnung (f,) ±
f1) vorhanden sein dürfen (F i g. 1). Die Amplituden der Seitenfrequenzen zweiter
(fo ± 2f1) und höherer (f. ± nfi) Ordnung müssen so klein sein, daß
sie keine wesentlichen Störungen mehr hervorrufen können. Praktisch muß der Modulationsindex
kleiner als 0,2 sein; dann betragen die Amplituden der Seitenfrequenzen zweiter
Ordnung (f o ± 2 f l) 5 % der Amplituden der Seitenfrequenzen
erster Ordnung. F i g. 1 zeigt das entstehende Frequenzspektrum bei Frequenzmodulation
des Trägers fo durch eine hochfrequente Schwingung f1. Für die folgenden gebrachten
Überlegungen ist die Tatsache wesentlich, daß - wie aus F i g. 1 zu ersehen ist
- die obere Seitenfrequenz zweiter Ordnung (f -f- 2f,) außerhalb des Übertragungsbereiches
f, des magnetischen Aufzeichnungsvorganges fällt, während die untere Seitenfrequenz
zweiter Ordnung (f0-2f,) zu einer negativen Frequenz führen würde. Durch Spiegelung
der unteren Seitenfrequenz zweiter Ordnung an der Nullinie des Frequenzspektrums
wird entsprechend ihrer Amplitude und ihrem Abstand vom Träger fo eine Störfrequenzmodulation
des Trägers f0 erzeugt. Diese Störung erscheint nach der Demodulation als Amphtudenmodulation
des demodulierten Signals.
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Für den Störabstand gegenüber statistischen Schwankungen ist das Verhältnis
der bei Wiedergabe hauptsächlich infolge der Inhomogenität der Magnetschicht entstehenden
Rauschspannungen zur Amplitude des Trägers f0 maßgebend. Bei Frequenzmodulation
ist darüber hinaus der Frequenzabstand der einzelnen Rauschanteile vom Träger fo
von Bedeutung. Eine gleichmäßige Rauschverteilung im modulierten Signal (weißes
Rauschen) führt zu einer nach höheren Frequenzen linear ansteigenden Rauschverteilung
im demodulierten Signal.
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Es ist bekannt, durch eine geeignete Vor- und Nachentzerrung des Modulationssignals
die durch die Inhomogenität der Magnetschicht bedingten Rauschspannungen wirksam
zu unterdrücken und dabei bei der Wiedergabe eine Verbesserung des Störabstandes
gegenüber statistischen Schwankungen im demodulierten Signal zu erzielen. Das bekannte
Verfahren besteht darin, daß vor den Modulator, d. h. in den Leitungsweg des Modulationssignals,
ein Netzwerk geschaltet wird, das das Modulationssignal nach hohen Frequenzen um
4 bis 10 dB anhebt, ehe dieses dem Modulator zugeführt wird. Auf der Wiedergabeseite
wird in den Leitungsweg des demodulierten Signals, d. h. hinter den Demodulator,
ein entsprechendes gegenläufiges Netzwerk eingeschaltet, das die Anhebung wieder
rückgängig macht. Durch diese Maßnahme wird der Störabstand in der Weise vergrößert,
daß die ursprünglich nach hohen Frequenzen ansteigende Rauschverteilung im demodulierten
Signal geglättet oder sogar abfallen wird und damit eine Verringerung des Rauscheffektivwertes
eintritt.
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Dieses bekannte Verfahren der Vor- und Nachentzerrung von magnetisch
aufzuzeichnenden und wiederzugebenden Breitbandsignalen weist jedoch neben dem erwähnten
Vorteil der Glättung der Rauschverteilung andere schwerwiegende Nachteile auf, die
sich bei der Übertragung und Speicherung von Breitbandsignalen bzw. Videosignalen
schädlich auswirken: Die Vor- und Nachentzerrung des Modulationssignals bedingt,
daß sowohl der Modulator als auch der Demodulator einen großen Aussteuerungsbereich
aufweisen müssen und daß aus diesem Grunde an die Linearität von Demodulator und
Modulator erhöhte Anforderungen gestellt werden müssen. Die Anhebung der hohen Frequenzen
des Modulationssignals
vor dem Modulator führt zu einer Amplitudenvergrößerung
der Seitenfrequenzen im modulierten Signal, wobei die Seitenfrequenzen erster Ordnung
nur linear, die Seitenfrequenzen zweiter Ordnung jedoch quadratisch angehoben werden.
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Der Störe;nfluß von gespiegelten Seitenfrequenzen zweiter Ordnung
wird damit größer und wird vor allem durch die nach der Demodulation erfolgende
Absenkung nicht wieder beseitigt. Ferner werden infolge der resultierenden größeren
Anzahl von Seitenfrequenzen die Möglichkeiten für das Auftreten von Störungen durch
Fehler im Übertragungskanal (Frequenz und Phasengang, Aussteuerungslinarität) vervielfacht,
beispielsweise in der Form, daß schädliche Kombinationsfrequenzen entstehen. Die
genannten Nachteile des bekannten Verfahrens der Vor- und Nachentzerrung von Breitbandsignalen
bzw. von Videosignalen bei der magnetischen Aufzeichnung bewirken eine Verkleinerung
des Abstandes gegenüber periodischen Störspannungen im demodulierten Signal und
heben weitestgehend die Vorteile der Vor-und Nachentzerrung hinsichtlich der Verringerung
des Rauschspannungsanteiles auf.
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Diese Nachteile vermeidet ein Verfahren zur Verbesserung des Störabstandes
frequenzmodulierter, magnetischer Aufzeichnungen mit Hilfe von Vor-und Nachentzerrungsnetzwerken
erfindungsgemäß dadurch, daß aufnahmeseitig ein zwischen den Modulator und den Aufnahmekopf
des magnetischen Aufzeichnungsträgers geschaltetes Vorentzerrungsnetzwerk die Trägerfrequenzamplitude
des aufzuzeichnenden frequenzmodulierten Signals unverändert läßt, jedoch dessen
Seitenbandnutzenergie anhebt und daß wiedergabeseitig ein zwischen den Wiedergabekopf
und den Demodulator geschaltetes, resonanzähnliches Nachentzerrungsnetzwerk die
Trägeramplitude des wiedergegebenen, frequenzmodulierten Signals resonanzähnlich
überhöht und die die Nutz-und Störenergie seiner Seitenbänder entsprechend ihrer
aufnahmeseitigen Anhebung wieder absenkt.
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In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens wird bei Vorhandensein
einer gleitenden Trägerfrequenz der gesamte Hubbereich durch das Vorentzerrungsnetzwerk
abgesenkt und durch das Nachentzerrungsnetzwerk wieder angehoben.
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Das neue Verfahren bringt folgende Vorteile: An die Linearität des
Modulators und Demodulators werden keine erhöhten Anforderungen gestellt. Da die
Amplituden des Modulationssignals (Breitband-bzw. Videosignals) weder durch das
Vor- noch durch das Nachentzerrungsnetzwerk verändert werden, tritt keine Amplitudenvergrößerung
der Seitenfrequenzen zweiter Ordnung sowie keine zusätzliche Entstehung von schädlichen
Kombinationsfrequenzen ein, die eine Herabsetzung des Störabstandes gegenüber periodischen
Störspannungen bewirken; andererseits bewirken die Vor- und Nachentzerrungsnetzwerke
eine wesentliche Herabsetzung der Rauschspannung und damit eine Vergrößerung des
Rauschabstandes.
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Die Wirkungsweise des neuen Verfahrens wird an Hand des Ausführungsbeispieles
F i g. 2 und 3 erläutert. Nach F i g. 2 wird das magnetisch zu speichernde Breitband-
bzw. Videosignal f1 zunächst dem Modulator 1 zugeführt und in diesem in bekannter
Weise einer im Übertragungsbereich des magnetischen Aufzeichnungsvorganges liegenden
Trägerfrequenz f. aufmoduliert. Das vom Modulator 1 abgegebene frequenzmodulierte
Signal fo ± nfl wird über die magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung
3 auf der Magnetschicht 2 aufgezeichnet. Bei der Wiedergabe der auf der Magnetschicht
2 gespeicherten Aufzeichnung wird aus dem abgetasteten frequenzmodulierten Signal
f. ± hfl über den Demodulator 4 das ursprüngliche Modulationssignal f1 wieder
gewonnen.
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Nach dem neuen Verfahren wird nun aufnahmeseitig in den Leitungsweg
zwischen Modulator 1 und Magnetkopf 3 (und den Aufsprechverstärker) ein Vorentzerrungsnetzwerk
5 und auf der Wiedergabeseite zwischen den Magnetkopf 3 (sowie den Wiedergabeverstärker)
und den Demodulator 4 ein Nachentzerrungsnetzwerk 6 eingeschaltet.
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Die Vor- und Nachentzerrungsnetzwerke 4 und 6 sind so ausgelegt, daß
ihre Frequenzcharakteristik gegenläufig verläuft. Ein Ausführungsbeispiel der Frequenzcharakteristik
von Vor- und Nachentzerrungsnetzwerk 5 und 6 ist in F i g. 3 dargestellt. Die Kurve
I stellt die Frequenzcharakteristik für das Vorentzerrungsnetzwerk 5 und die Kurve
1I diejenige des Nachentzerrungsnetzwerkes 6 dar. Die Frequenzcharakteristik der
beiden Netzwerke 5 und 6 richtet sich im einzelnen nach der von der Magnetschicht
abgegebenen Rausch- und Nutzsignalverteilung; erfindungsgemäß muß jedoch wegen des
Einflusses des Verhältnisses von Rauschamplitude zur Trägeramplitude auf den Störabstand
die Trägeramplitude bei der Wiedergabe der magnetischen Aufzeichnung durch eine
resonanzähnliche Überhöhung hervorgehoben werden, während die Seitenbänder sowie
die im Bereich der Seitenbänder liegenden Rauschanteile abgesenkt werden. Die Kurve
1I stellt eine Frequenzcharakteristik des Nachentzerrungsnetzwerkes 6 dar, bei der
die Trägeramplitude sehr stark angehoben wird, während die Seitenbänder abgesenkt
werden. Der durch die Absenkung der Seitenbänder bedingte Energieverlust wird durch
das gegenläufige Verhalten des Vorentzerrungsnetzwerkes während der Aufnahme wieder
ausgeglichen, d. h., die Frequenzcharakteristik des Vorentzerrungsnetzwerkes 5 ist
so ausgelegt, daß die Trägeramplitude des frequenzmodulierten Signals unverändert
bleibt.
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Das Auftreten einer gleitenden Trägerfrequenz, wie sie zum Beispiel
bei Modulation des Trägers durch Videosignale mit großflächigen Grauwerten entsteht,
kann eine Verbreiterung des in F i g. 3 gezeigten resonanzähnlichen Verlaufs der
Kurve 1I erfordern, wobei sich der Bereich konstanter Amplitude über den gesamten
Hubbereich erstreckt, Dabei wird sich der Störabstand etwas verschlechtern. Jedoch
kann speziell bei Übertragung von Videosignalen angenommen werden, daß schwarze
und weiße Bildteile im Durchschnitt seltener auftreten als graue. Darüber hinaus
findet das menschliche Auge einen im Bildsignal konstanten Rauschpegel in schwarzen
und weißen Bildteilen weniger störend als bei einem mittleren Grauwert. Es ist deshalb
durchaus möglich, trotz der gleitenden Trägerfrequenz schmale Entzerrungskurven
wegen der damit verbundenen Verbesserung des Gesamtstörabstandes zu verwenden. Das
Maximum bzw. Minimum wird dabei zweckmäßig auf die dem mittleren Grauwert entsprechende
Frequenz gelegt. Wegen der Trägerüberhöhung wird dann für diese Frequenz der Störabstand
am größten, während er bei benachbarten Frequenzen (entsprechend schwarzen und weißen
Bildteilen) etwas schlechter ist. Dies tritt infolge der
Eigenschaften
der fernsehtechnischen Wiedergabeeinrichtung und der Empfindlichkeit des Auges nicht
störend in Erscheinung. Die Möglichkeit der selektiven Störabstandsverbesserung
ist ebenfalls ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und mit dem bekannten
Verfahren nicht möglich.