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"Rauschverminuerungdschaltung und -sydtem" Zusammenfassung der Beschreibung
Eine Rauschverminderungsschaltung besteht aus einem veränderlichen Dämpfungsglied
mit mindestens zwei Dioden und einem Widerstand, auf welches ein Eingangssignal
gegeben wird. Der Grad der Dämpfung des veranderlichen Dampfungsgliedes wird verändert
mit llilfe einer Vorspannungsquelle und eines Gleichrichterelementes, welches über
den Dioden liegt. Wenn kein Signal vorhanden ist, dann wird keine Steuergleichspannung
von dem Gleichrichterelement geliefert, und ein Durchlaßstrom wird von der Vorspannungsquelle
durch die Dioden geschickt. In diesem Fall wird der Grad der Dämpfung zu einem Maximum.
Wenn das Signal vorhanden ist, wird eine Steuergleichspannung an die Diuden geliefert,
die die Dioden in Sperrichtung vorspannt, so daß kein Durchlaßstrom fließt, und
der Grad der Dämpfung wird
zu einem Minimum. Dementsprechend kann
das Ausgangsrauschen während der Eingangssignalpausen entfernt werden.
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Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft allgemein Rauschverminderungsschaltungen
und insbesondere Rauschverminderungsschaltungen und -systeme für Verstärker, die
im Tonfrequenzbereich arbeiten.
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Stand der Technik Im allgemeinen enthalt aus vun uen Verstärkern augenommene
Ausgangssignal verschiedene Rauscharten, wie das Verstärkerrauschen, das Rauschen
des Aufzeichnungsmediums usw. Deshalb ist das Signal-Rausch-Verhältnis des Verstärkerausgangssignals
begrenzt, und die qualität aes Ausgangssignals ist vermindert. Bis jetzt wurden
verschiedene Verfahren zur Rauschverminderung entwickelt.
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Z.. wird in einem Rauschvermiderungssystem, welches für Aufnahme-
und Wiedergabeapparate entwickelt wurde, das aufzuzeichnende signal aurch Verwendung
eines nichtlinearen Elementes modifiziert, um die Signalkomponenten mit niedrigem
Pegel zu uetonen, und das vom Aufzeichnungsmedium wiedergege@ene Signal wird durch
ein nichtlineares element modifiziert, welches komplementäre Kennlinien zu denen
des ersten Elementes aufweist, so daß ein Signal wiedergegeben werden kann, welches
die gleiche Wellenform wie das Originalsignal aufweist.
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Dieses Rauschverminderungssystem hat jedoch nachteile, die im folgenden
beschrieben werden. Da die Linearität des Ausgangssignals vom Grad der @@ereinstimmung
der komplementären kennlinien abhängt, sit es notwendig, die Kennlinien genau einzustellen.
Da die Komplementären Kennlinien nur schwer genau einzustellen sind, tritt eine
harmonische Verzerrung im Ausgangssignal auf. Darüberhinaus wird die Schaltungsanordnung
Komplex, da die
nichtlinearen Elemente sowohl für die Aufnahme als
auch für die Wiedergabe norwendig sind.
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Zusammenfassung der Erfindung Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist
eine Rauschverminderungsschaltung, welche das Rauschen während der Abwesenheit von
Signalen entfernt.
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Ein weiteres Ziel tier inrfinaung ist eine Rauschverminderungsschaltung
ohne Veränderung der signale aufgrund von Verzerrung und Frequenzgangänderung.
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Bin weiteres biel der Erfindung ist eine Rauschverminderungsschaltung,
die den Grau der Rauschdämpfung gemäß der Verstirkung des Verstarkers verändert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Rauschverminderungsschaltung
und ein System, welches durch den Einschwingzustand der Rauschdämpfung gesteuert
wird.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein neues, verbessertes Rauschverminderungssystem,
welches das Modulationsrauschen ohne Veränderung der Signale aufgrund von Verzerrung
vermindert.
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Ein zusätzlisches Ziel der Erfindung ist ein neuartiges Rauschverminderungssystem
für stereophonische Verstärker.
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£in weiteres Ziel uer erfindung ist ein Rauschverminderungssystem,
welches die unerwünscht große Verstärkung steuert, die bei Verstärkern mit automatischer
Verstärkungssteuerung während der Abwesenheit eines Eingangssignals auftritt.
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Die Erfindung liefert Schaltungen und Systeme zum erreichen dieser
Ziele.
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Eine Ausführungsform der ftauschverminderungsschaltungen gemäß dieser
erfindung umfaßt ein veränderliches Dämpfungsglied mit zwei in Reihe geschalteten
Dioden, deren Widerstand gem den Vorspannungsbedingungen der Dioden verändert wird,
einen Eingangswiderstand, der zwischen der Signaleingangsklemme und einem Verbindungspunkt
der Dioden liegt, eine Vorspannungsquelle, die eine Durchlaßvorspannung an die Dioden
des veränderlichen Dämpfungsgliedes anlegt, wenn kein bingangssignal vorliegt, Ausgangsvorrichtungen,
z.B. einen herkömmlichen Verstärker, um daß Signal von dem veränderlichen Dämpfungsglied
abzunehmen und das Ausgangssignal an eine geeignete Last zu liefern, und einen Gleichrichter,
tier eine Gleichspannung erzeugt und an die Dioden in Sperrichtung anlegt, die proportional
dem Eingangssignal ist Das Eingangssignal wira an das veränderliche Dämpffungsgliea
über den t'ingan6switierstand angelegt. Der Zustand des veränderiicüen Dämpfungsgliedes
wird durch gen Vorspannungszustand der Dioden verändert. Die Dioden weruen in IJurchlaB-richtung
durch die Vorspannungsquelle vorgespannt, wenn das Signal nicht vorhanden ist, und
in Sperrichtung durch den Gleichriohter vorgespannt, wenn das Signal vorhanden ist.
Deshalo wird eine maximale Dämpfung, d.h. "ein Rauschverminderungszustand", während
der Abwesenheit der Signale erzielt, und eine minimale Dämpfung, d.h. "ein Signaldurchgangszustand",
wird währenu ues auftretens der oignaleerreicht. Als Ergebnis kann während der Abwesenheit
der Eingangssignale das Ausgangsrauschen entfernt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird jetzt unter
Bezugsnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 ein Schaltbild
der Grundform der Rauschverminderungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, Fig. z ein Schaltbild einer anderen Htauschverminderungsschaltung gemäß der
vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 3 ein Schaltbild des Verstärkersystems
mit einem Lautstärkaregler ist, das die Rauschverminderungsschaltung gemäi3 der
vorliegenden Erfindung verwendet.
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Fig. 4 ein schaltbild einer anderen Rauschverminuerungsschaltung gemäß
der vorliegenden erfindung ist, die das Binschwingverhalten verbessert, Fig. 5 ein
Schaltbild des Rauschverminderungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
welches das Einschwingverhalten verbessert, Fig. 6 ein Schaltbild eines anderen
Rauschverminderungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, welches das Zinschwingverhalten
verbessert, Fig. 7 ein Blockdiagrarnm eines Rauschverminderungssystems der vorliegenden
Erfindung ist, welches geeignet ist zur Verringerung des Modulationsrauschens, und
Fig. 8 ein blockdiagramm eines stereophonischen Verstärkersystems ist, welches die
Rauschverminderungsschaltung gemäid der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Beschreibung der Ausführungsform Im Schaltbild gemäl3 Fig. 1 wird
das Grundrauschen enthaltende Eingangssignal durch einen herkömmlichen Vorverstärker
1 verstarkt. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 1 wird auf den Verbindungspunkt
der Parallelkombination einer Kapazität 11 und eines iterstandes 13 und der Parallelkombination
einer Kapazitat 12 und eines Widerstandes 14 gegeben, wobei mit diesem Verbindungspunkt
ein pannungsteiler verbunden ist, der aus einem Widerstand 2 in Reihe mit einem
mit Masse verbundenen Widerstand 3 besteht. Der Verbindungspunkt der Widerstände
2 und 3 liegt am Verbindungspunkt der Dioden 19 und 20, tiie in Reihe geschaltet
und in der gleichen Richtung gepolt sind. Die Ausgangssignale werden über den herkömmlichen
Verstärker 4 vom Verbindungspunkt der Dioden 19 und 20 an eine Last geliefert.
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Die Anode der Diode 19 liegt über einen Widerstand 21 an einer positiven
Gleichspannung +E und an einer Kapazität 17, deren
andere Seite
geerdet ist. In ähnlicher Weise ist die Kathode der Diode 20 über einen Widerstand
22 mit einer negativen Gleichspannung -E und mit einer Kapazität 18 verounden, ueren
andere eite geerdet ist. Die Kathode einer Gleichrichterdiode 15 liegt am anderen
Verbindungspunkt des Widerstandes 13 und der Kapazität 11, und die Anode davon ist
mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 21 und der Kapazität 17 verbunden. In
ähnlicher Weise ist die anode einer Gleichrichterdiode 16 mit dem anderen Verbindungspunkt
des Widerstandes 14 uno der Kapazität 12 und die Kathode mit dem Verbindungspunkt
des Widerstandes 22 und der Kapazität 18 verbunden.
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Gemäß Fig. 1 wird das an die Eingangsklemme angelegte signal etwas
durch den Vorverstärker 1 verstärkt unti auf das Gleichrichterelement geliefert,
welches aus tien Dioden 15 unti- 16, tien Widerständen 13 und 14, tien Kapazitäten
11 und 12 unti tien Speicherkapazitäten 17 und 18 besteht. Da die Diode 15 so geschaltet
ist, daß das signal auf die Kathode der Diode 15 gelangt, ergibt sich eine gleichgerichtete
negative Gleichspannung über der Kapazität 17. Die Diode 16 ist ähnlich wie die
Diode 15, nur in anderer Richtung geschaltet, so daß die leichgerichtete spannung
über der Kapazität 18 positiv ist.
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Das verstarkte signal wird auch über den Spannungsteiler gegeben,
der aus den Widerständen 2 und 3 besteht, unc das geteilte signal wird auf den Verbindungspunkt
der Diolen 19 und 20 geliefert, die als veränderlicher Widerstand wirken. Da die
Speicherkapazitäten 17 und 18 auch als @@leitkapazität uienen können, wird der kleine
Signalwiderstand des veranuerlichen Widerstandselementes fast vollständig durch
die Widerstände der Dioden bestimmt, tiie sich gemäß dem Vorspannungszustand tier
Dioden verändern.
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Wenn das Eingangssignal einen bestimmten Schwellenpegel überschreitet,
bei dem die Rauschverminderungswirkung beginnt, beginnen die gespeicherter Spannungen
der Kapazitäten 17 und 18
anzusteigen. Diese Speicherspannungen
sinu viel höher als die Signalspannung am Verbindungspunkt der Dioden 19 und 2U
auf grund des aus den Widerständen 2 und 3 gebildeten Spannungsteilers, so daß die
Dioden 19 und 20 in Sperrichtung vorgespannt werden können. Die Sperrvorspannung
der Diode ergibt einen sehr hohen Widerstand des veränderlichen Widerstandes. Dementsprechend
geht das -an cien veränderlichen Widerstand angelegte signal ohne Dämpfung hindurch,
wird vom Ausgangsverstärker 4 verstärkt und an die Last geliefert.
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Wenn das Eingangssignal niedriger als tier Schwellenpegel ist, oder
während der Signalpausen, wird keine zum sperren der Dioden 19 und 20 ausreichende
Spannung in den Kapazitäten 17 und 18 gespeichert. Deshalb fließt ein Durchlaßstrom
von der positiven Versorgung tE zur negativen Versorgung -E er uen Vorspannungswiderstand
21, die Dioden 19 und 20 und den Vorspannungswiderstand 22. Dieser Widerstandswert
des veränderlichen Widerstandes wird sehr viel kleiner-als der der Parallelkombination
uer Widerstande 2 und 3. Deshalb wird daß an den veränderlichen Widerstand angelegte
Rauschen stark gedämpft. In dieser Schaltung wird die Einregelzeit, d.h. die Zeitdauer
von Ende der Dämpfung bis zum Beginn des Durchlassens, bestimmt durch den Durchlaßwiderstand
der Dioden 15, 16 und die Werte der Kapazitäten 17, 18, tia die Kapazität 11 und
12 so gewählt sind, sie tieren Werte wesentlich größer sind als die der Kapazitäten
17 und 18. Der Durchlaßwiderstand der Diode ist sehr niedrig, wie z.B. einige 10
Ohm, und deshalb kann die Einregelzeit bis auf etwa 1@ ms herabgesetzt werden, um
die Qualität des Signals nicht zu beeinträchtigen.
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Die Entladezeitkonstante der in den Speicherkapazitäten 17 und 18
gespeicherten Spannung oder die Zeitdauer vom Ende des Durchlassens bis zum Beginn
der Rauschverminderungswirkung wird bestimmt durch die Kapazität 17 und den Widerstand
21 oder die Kapazität 18 und den Widerstand 22. Gewöhnlich wird sie so gewählt,
daß
die Größe der Kapazität 17 gleich ist der Kapazität 18 und der Wert des Widerstandes
21 gleich dem des Widerstandes 22 ist.
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Der Schwellenpegel hängt im wesentlichen sowohl von der in den Kapazitäten
17 unti 18 gespeicherten Spannung als auch von der Amplitude des auf den veränderlichen
Widerstand gegebenen signals au. Da dieses signal gesteuert wird durch Veränderung
des Teilverhältnisses des Spannungsteilers aus den Widerständen 2 und 3, wirti uer
Schwellenpegel so eingestellt, daß er gerade über dem Iiauschpegel liegt, so daß
während der Signalpausen das Ausgangs rauschen verschwindet.
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Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist eine weitere husführungsform
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 2 wird das das Grundrauschen enthaltende Eingangssignal uurch
einen herkömmlichen Vorverstärker 1 verstärkt. Das Ausgangsignal des Vorverstärkers
1 gelangt auf einen Verbindungspunkt eines Steuersignalverstärkers 25 und eines
Eingangswiderstandes 26. Das andere nue des Widerstandes 26 liegt über eine Kapazität
27 an einem Verbindungspunkt tier Dioden 19 und 2t, die in gleicher Richtung gepolt
und in Reihe geschaltet sind.
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Das Ausgangssignal wird über einen herkömmlichen Ausgangsverstärker
4 vom Verbindungspunkt des Widerstandes 26 und der Kapazität 27 an eine Last geliefert.
Die anode der Diode 19 liege üoer einen Widerstand 21- an einer positiven Gleichspannung
+E und an einer einseitig geerdeten Kapazität 17. Die Kathode der Diode 20 ist geerdet.
Die Kathode einer Gleichrichterdiode 15 liegt über eine Kapazität 11 am Ausgang
des oteuersignalverstärkers 25 und an einem Widerstand 13, der einseitig geerdet
ist, und die Anode der Diode 15 liegt am Verbindungspunkt des Widerstandes 21 und
der Kapazität 17.
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Das auf die Eingangsklemme geliefert Signal wird etwas durch den-Vorverstärker
1 verstärkt und auf den Steuersignalverstärker 25
gegeben. Das
Ausgangssignal des oteuersignalverst-irkers 25 gelangt auf ein Gleichrichterelement
aus der Kapazität 11, dem Widerstand 13, der Diode 15 und der Speicherkapazität
17. Da die Diode 15 das Signal an der Kathode erhält und die Anode mit der Kapazität
17 verbunden ist, ergibt sich eine gleichgerichtete negative Spannung über der Kapazität
17. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 1 wird auch über den Widerstand 26 und
die Kapazität 27 an den Verbindungspunkt der Dioden 19 und 20 gegeben, die als ein
veränderlicher Widerstand wirken. Der kleine Signalwiderstand der Dioden verändert
sich mit ihrem Vorspannungszustand. Da die Speicherkapazität 17 auch als ADleitkapazität
dienen kann, wird der kleine Signalwiderstand des veränderlichen Widerstandselementes
fast ausschlie-i3lich durch den Widerstand der Dioden bestimmt.
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Wenn das Eingangssignal den bestimmten Schwellenpegel überschreitet,
steigt die In der Kapazität 17 gespeicherte spannung an.
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Diese gespeicherte Spannung ist viel höher als die oignalspannung
am Verbindungspunkt der Dioden 1-9 und 20 aufgrund des Jteuersignalverstärkers 2,
so daß die Dioden 19 und 20 in Sperrichtung vorgespannt werden können. Die Sperrvorspannung
der Dioden ergibt einen sehr hohen Widerstand des veränderlichen Widerstandes im
Vergleich zum Widerstandswert des Eingangswiderstandes 26. Dementsprechend. läuft
das an den-veränderlichen Widerstand angelegte Signal ohne Dämpfung hindurch, wird
vom usgangsverstä.rker 4 verstärkt und an die Last geliefert.
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Wenn das Eingangssignal niedriger als der Schwellenpegel ist oder
während der Signalpausen, wird nicht die ausreichende spannung zur Sperrung der
Dioden 19 und 20 in der Kapazität 17 gespeichert. Deshalb fließt ein Durchlaßstrom
von +E in die Dioden 19 und 20 durch den Widerstand 21. Der Widerstandswert es veränderliohen
Widerstandes wird viel kleiner als der des Eingangswiderstandes 26, so daß das an
den veränderlichen Widerstand angelegte signal gedämpft wird. Das Dämpfungsverhältnis
kann 20 dß oder darüber betragen. In dieser Schaltung wird die Einregelzeit, d.h.
die Zeitdauer vom Ende der Dämpfung
ois zum Beginn des Durchlassens,
im wesentlichen oestimmt durch den Durchlaßwiderstand der Diode 15 und die Größe
der Kapazität 17, da die kapazität 11 so gewählt ist, daß deren Größe sehr viel
größer ist als die tier kapazität 17. Da tier Durchlaßwiderstand der Diode sehr
niedrig ist, wie z.B. einige 10 uhm, kann die Einregelzeit auf niedrigere werte
als 10 ms gebracht werden, um aie Qualität des Signals nicht zu oeeintrichtigen.
Die Entladezeitkonstante aer in der Speicherkapazität 17 gespeicherten Gleichspannung
oder die Zeitdauer vom Enue des Durchlassens bis zum beginn der Rauschverminderungswirkung
wird bestimmt durch die Kapazität 17 und den Widerstand 21. Der ichwellenpegel hängt
im wesentlichen von der in der Kapazität 17 gespeicherten spannung und von dr an
den veränderlichen Widerstand angelegten Signalamplitude ab. Da die gespeicherte
Spannung gesteuert wird durch Veränderungen der Verstärkung es Steuersignalverstärkers
25 wird der Schwellenpegel auf eine Größe eingestellt, die ein wenig über dem Rauschpegel
liegt, so daß während der Signalpausen das Ausgangsrauschen verschwindet.
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Die in Fig,. 3 gezeigte Schaltung ist eine Ausf@hrungsform, in der
die Schaltung gemäß Fig. 2 auf ein Verstärkersystem angewendet wird, das ein Potentiometer
zur Lautstärkeregelung enthält. In Fig. 3 wird das das Grundrauschen enthaltende
Eingangssignal durch einen herkömmlichen Vorverstärker 1 verstärkt. Das Ausgangssignal
des Vorverstärkers 1 wird durch das Potentiometer 32 auf einen geeigneten Wert eingestellt
und durch einen herkömmlichen Ausgangsverstärker 4 verstärkt und gelangt dann auf
einen Lautsprecher 33 als Last. Der Schleifer des Potentiometers 32 liegt über eine
Kapazität 27 am Verbindungspunkt der Dioden 19 und 20, die in Reihe geschaltet und
in der gleichen Richtung ge@olt sind. Die Anode der Diode 19 liegt an einer positiven
spannung +E üuer den ;itierstand 21 und an einer Kapazität 17, deren anderes Ende
geerdet ist. Die Kathode der Diode 2U ist geerdet. Die Kathode einer Gleichrichterdiode
15 ist über eine Kapazität 1i mit dem Ausgangsverstärker 4 und mit der Anode einer
Diode 31 verbunden, deren Kathode geerdet ist. Die
Anode der Diode
15 liegt am Verbindungspunkt des Widerstandes 21 und der kapazität 17.
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Gemäß Fig. 3 wirti tias auf die Eingangsklemme gegebene Signal etwas
durch den Vorverstärker 1 verstärkt und auf das Potentiometer 32 gegeben. Das durch
das Potentiometer 32 eingestellte Signal wird durch den Ausgangsverstärker 4 verstarkt
und auf das Gleichrichterelement geliefert, welches aus der Kapazität 11, den Dioden
15 und 31 und der Speicherkapazität 17 besteht.
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Dieses Gleichrichterelement ist ein bekennter Spannungsverdopplergleichrichter.
Da die Diode 15 das Signal an tier Katode empfängt und die Anode mit der Kapazität
17 verbunden ist, ergibt sich eine gleichgerichtete negative spannung über der Kapazität
17. Das durch das Potentiometer 32 eingestelle Signal gelangt auch über die Kapazität
27 auf den Verbindungspunkt der Dioden 19 und 20, die als veränderlicher Widerstand
arbeiten. Der kleine Signalwiderstand uer Dioden verändert sich gemäß deren Vorspannungszustand.
Da die Speicherkapazität 17 auch als @@leitkapazität wirken kann, wird uer kleine
Signal widerstand des veränderlichen Widerstandselementes fast ausschlieislich durch
uen widerstand der Dioden oestimmt.
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Wenn das Eingangssignal den vorbestimmten Schwellenpegel überschreitet,
steigt die Speicherspannung der kapazität 17 an. Diese Speicherspannung ist viel
größer als die Signalspannung am Verbindungspunkt der Dioden 19 und 2u aufgrund
des Ausgangsverstärkers 4, so daß die Dioden 19 und 20 gesperrt werden können. Die
sperrung der Dioden ergibt einen sehr hohen Widerstand des veränderlichen Widerstandes
im Vergleich zum Eingangswiderstand, welcher Ausgangswiderstand ist am Schleifer
des Potentiometers 3d. Dementsprechend geht das an den veränderlichen Widerstand
gelieferte Signal ohne Dämpfung hindurch und wird durch uen Ausgangsverstärker 4
verstärkt und an den Lautsprecher 33 als Last geliefert. Wenn das Eingangssignal
niedriger als der Schwellenpegel ist, oder während der Signalpausen, kann keine
ausreichende Spannung zur Sperrung der
Dioden 19 und 20 in der
Kapazität 17 gespeichert werden. Deshalb fließt ein rom on der positiven Versorgung
+E über den Widerstand 21 durch die Dioden 19 und 20. Der Widerstand des veränderlichen
Widerstandes wird viel kleiner als der Wert des Eingangswiderstandes. Dementsprechend
wird das an den veränderlichen Widerstand gelieferte Signal gedämpft.
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In dieser Schaltung kann die binregelzeit auf 10 ms oder weniger einbestellt
werden, ähnlich der ausführungsform der Fig. 2, und die Entladezeitkonstante wird
bestimmt durch die Kapazität 17 und den Widerstand 21. Der Schwellenpegel wird gesteuert
durch Veränderung tier Verstärkung ges Ausgangsverstärkers 4 und wird nicht verändert
durch Einstellung des Schleifers des Potentiometers 32. Das Rauschverminderungsverhältnis
wird bestimmt durch den Ausgangswiderstand des Potentiometers und den Wi-derstand
der Dioden 19 und 20 in Durchlaßrichtung. Das Rauschverminderungsverhältnis ist
beinahe proportional dem Ausgangswiderstand des Potentiometers, da der Durchlaßwiderstand
der Diode vernachlässigbar und konstant ist; darüoer hinaus ist er so gewählt, daß
der Ausgangswiderstand des Vorverstärkers 1 viel größer als tier Widerstand des
Potentiometers 32 ist. Deshalb ist das Rauschverminderungsverhältnis proportional
der Stellung der lautstärkeregelung. Infolgedessen wird die Rauschverminderung bei
einer niedrigen Stellung des Lautstarkereglers in der Grö.3e geringe so daß natürliche
Töne ermöglicht werden.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die Schaltung, uie das Verhalten
der Einschwingperiode der Rauschdämpfung nach einer Signalpause verbessert. Da die
Schaltung gemaß Fig. 4 die gleiche wie tiie in Fig. 2 ist, mit Ausnahme des zusätzlichen
widerstandes 41 und der Diode 42, wird nur die Arbeitsweise dieses zusätzlichen
Schaltungsteiles im folgenden beschrieben.
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Der Widerstand 41 und tiie Diode 42 liegen in Reihe, und das eine
n,nde ues Widerstandes 41 liegt am Verbindungspunkt der Speicherkapazität 17, des
Vorspannungswiderstandes 21, der Gleichrichterdiode 15 und der veränderlichen Widerstandsdiode
19,
und die Anode- der Diode 42 ist geerdet.
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Wenn das Eingangssignal niedriger als der--chwellenpegel ist, wird
die Speicherkapazität 17 nicht auf eine aus-reichende negative Spannung aufgeladen,
und der Durchlaßstrom fließt durch den Vorspannungswiderstand 21 zu den Dioden 19
und 20. In diesem Fall ist die Diode 42 in Sperrichtung vorgespannt, und die Reihenschaltung
aus dem Widerstand 41 und der Diode 42 hat keinen Einfluß auf die andere Schaltung.
Wenn das Singangssignal höher als der Schwellenpegel ist, wird die Speicherkapazität
17 auf eine ausreichende negative Spannung aufgelauen, und die Dioden 19 und 20
sind gesperrt. Dann wird die Diode 42 durch die negative Spannung an der Kapazität
17 leitend, und die Reihenschaltung aus dem Widerstand 41 und der Diode 42 wirkt
als zusätzlicher Entladekreis für die Speicherkapazität 17. Der Widerstandswert
des Widerstandes 41 wird viel kleiner gewählt als der ert des Widerstandes 21. Sobald
eine Signalpause eintritt, beginnt die Speicherkapazität 17 deshalb sich sehr schnell
über den Widerstand 41 und die Diode 42 nach Masse zu entladen, so daß die gespeicherte
Spannung einen niedrigen inert erhält und die Diode 42 wieder abgeschaltet wird.
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Dementsprechend wird nach dem abschalten des Entladekreises aus dem
Widerstand 41 und der Diode 42 die verbleibende gespeicherte Spannung langsam über
den Widerstand 21 entladen. Da sich der Wert des veränderlichen -Widerstandes aus
den Dioden 19 und 20 aufgrund der Spannung über den Dioden verändert, wenn eine
Signalpause vorliegt, wird das Rauschen sehr schnell auf einen bestimmten Pegel
verringert und dann langsam auf den Minimalpegel vermindert. Line solche Rauschverminderungsfunktion
ist für den hörer sehr vorteilhaft, da in de-n Signalpausen das Rauschen sofort
stark, doch nicht abrupt zu verschwinden beginnt.
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Die stusführungsform gemäß Fig. 5 ist eine weitere Schaltung, die
das Verhalten der Sinschwingperiode der Rauschdämpfung verbesser, wenn eine Signalpause
eingetreten ist0 Diese Verbesserung wird erzielt durch stuSenweise Ausdehnung des
Frequenzbereiches
des zu vermindernden Rauschens mit Hilfe der
zahlreichen Rauchverminderungsschaltungen. In der Schaltung gemai3 Fig. 5 wird tias
das Grundrauschen enthaltende Eingangssignal an einen Regelsignalverstärker 25 und
über einen gemeinsamen Eingangswiderstand 26 an einen Punkt A gegeben. Der Punkt
k ist mit den blöcke N1, 2 und N3 über die Kapazitäten 27, 51 bzw. 59 verbunden.
Diese blöcke N1, N2 und N3 enthalten identische Schaltungen und arbeiten identisch.
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In dem Block N1 ist das andere Ende mit dem Punkt A verbundenen Kapazität
27 mit einem Verbindungspunkt tier in Reiche geschalteten und in der gleichen Richtung
gepolten Dioden 19 und 20 verbunden. Die Anode der Diode 19 liegt über einen Widerstand
21 an einer positiven Spannung +E unu an einer Kapazität 17, tieren anderes Ende
geerdet ist. Die Kathode aer Diode 20 ist geerdet. Die Anode einer Gleichrichterdiode
15 ist mit einem Verbindungspunkt des Widerstandes 21 und der Kapazitat 17 verbunden,
und uie Kathode dieser Diode liegt an einer Diode 31, tieren Kathode geerdet ist,
unu über eine ajazitt 11 an dem Spannungsteiler.
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Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen 67, 68 und 6'J, die
in Reiche geschaltet sind, und liefert verschiedene Spannungen an jede Gleichrichterdiode
der Blöcke N1, N2 und N3. Das andere Ende des Widerstandes 67 ist geerdet, und das
andere Ende des Widerstandes 69 ist mit der Ausgangsklemme des Regelsignalverstärkers
25 verbunden. Die Schaltung des Spannungsteilers und der Kapazität 11 der Blöcke
N1, N2 und N3 ist wie folgt; Der 3lock 141 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände
67 und 68, der Block N2 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 68 und 69 und der
Block N3 mit dem heißen Ende des Spannungsteilers verbunden. Das Ausgangssignal
wird über einen Ausgangsverstärker 4 vom Punkt A abgenommen und an eine Last geliefert.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird die Arbeitsweise der Schaltung kurz
beschrieben, da der Schaltungs@lock N1 im wesentlichen ähnlich ist den Schaltungen
der Figuren 2 und 4. Wenn das Eingangssignal den Schwellenpegel überschreitet, werden
die Dioden 19 und 20 durch die gespeicherte Spannung der Kapazität 17 gesperrt.
Deshalb wird das Signal am Punkt A nicht durch die Kapazität 27 nach Masse geleitet,
sondern auf den Ausgangsverstarker 4 gegeben. Wenn das Eingangssignal niedriger
als der Schwellenpegel ist, fließt ein Strom durch die Dioden 19 und 20.
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ln diesem Fall wird das Signal am Punkt A uure:h die Kapazität 27
nach Masse geleitet, und dementsprechend wird das Signal nicht an den Ausgangsverstärker
4 geliefert.
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Bei diesem Schaltungsblock N1 wird die Einregelzeit leicht auf Werte
unter 10ms gebracht, ähnlich wie in den Ausführungsformen 2, 3 und 4. Die Entladezeitkonstante
wird bestimmt durch die Kapazität 17 und den Widerstand 21.
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Die Werte der Kapazitäten 27, 51 und 59 sind so gewählt, daß ihre
Größen ausgedruckt werden können durch C1<C2<C3, wobei C1, C2 und C3 die kapazitätswerte
der Kapazitäte@ 27, 51 bzw.
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59 sind und so gewählt sind, daß die Kapazität 27 Frequenzkomponenten
über 10 kHz, die Kapazität 51 Frequenzkomponenten über 1 kHz und die Kapazität 59
die gesamten Frequenzkomponenten durchlassen, während die Dioden 19 und 20 leiten.
Darüberhinaus wird das Regelsignal vom Spannungsteiler zu den Blöcken N1, N2 und
N3 so eingestellt, daß es am niedrigsten am Block 1 ist, einen mittleren dert am
Block N2 hat undam höchsten am Block N3 ist Dementsprechend liegt der Schwellenpegel
am höchsten bei Block N1, auf einem mittleren Wert bei Block N2 und am niedrigsten
bei Block N3. Der höchste Schwellenpegel sollte etwa gleich dem Rauschpegel am Punkt
A sein.
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Wenn demnach eine Signalpause eintritt, werden zuerst die Dioden des
Blockes N1 leitend, und die Frequenzkomponenten über 10 kHz werden über die kapazität
27 nach Masse angeleitet. Wenn sich
dann der Rauschpegel vermindert
durch die Dämpfung des Bloekes N1 auf den Schwellenpegel des Blockes N2, werden
die Dioden dieses Blockes leitend, und die Frequenzkomponenten über 1 kHz werden
durch die Kapazität 51 nach Masse abgeleitet. Wenn schließlich der Rauschpegel durch
die Dämpfung des Bluckes N den Schwellenpegel des blockes N3 erreicht, werden die
Dioden dieses Blockes leitend, und die gesamten Frequenzkomponenten werden durch
die Kapazität 59 nach Masse abgeleitet. Wen dementsprechend eine Eingangssignalpause
eintritt, wird das Hauschen schrittweise in aer genannten Reihenfolge für das Hochfrequenzband,
das Mittelfrequenzband und das Niederfrequenzband vermindert. Diese Funktion der
Rauschverminderung ist für das Hören sehr geeignet. Selbstverständlich wird das
Eingangssignal, welches den Schwellenpegel überschreitet, nicht gedämpft, sondern
durch den Ausgangsverstärker 4 verstärkt und an die Last geliefert.
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Die in Fig. 6 gezeigte ausführungsform ist eine weitere Schaltung,
die das Verhalten der Einschwingperiode der Rauschdämpfung ver@essert, wenn eine
wignalpause eintritt, mit hilfe der schrittweisen Verminderung des IiauschenJ durch
Verwendung mehrerer Rauschverminderungsschaltungen.
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In der in rig. 6 gezeigten Schaltung wird das das Grundrauschen enthaltende
Eingangssignal auf einen Regelverstärker 25 und über einen gemeinsamen Widerstand
26 auf einen Punkt B gegeben.
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Der Punkt B ist mit den gestrichelt umrandeten Blöcken M1, M2 und
M3 über Kapazitäten 27, 28 und 29 verbunden.
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In dem Block liegt aus andere Ende der mit dem Punkt 33 verbundenen
Kapazität 27 über einem Widerstand 71 am Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten
und in der gleichen Richtung gepolten Dioden 19 und 20. Die Anode der Diode 19 liegt
über einen Widerstand 21 an einer positiven spannung +E und an einer Kapazität 17,
deren anderes Ende geerdet ist. Die Kathode der Diode 20 ist geerdet. Die Anode
einer Gleichrichterdiode 15 ist
mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes
21 und der Kapazität 17 verbunden, und die Kathode liegt an der Diode 31, deren
Kathode geerdet ists und an dem Ausgang des Regelsignalverstärkers 25 über -die
Kapazität 11. Der Block M2 ist der gleiche wie der Block M1, nur daß der Widerstand
72 verhaltnismäßig klein ist im Vergleich zum Widerstand 71 und die Zeitkonstante
der Kombination eines Widerstandes 55 und einer kapazität 54 relativ hoch ist im
Vergleich zu der der Kombination des Widerstandes 21 und der Kapazität 17. Der Block
M3 ist der gleiche wie der Block M2, nur daß der Widerstand, wie der Widerstand
72, weggelassen ist und die Zeitkonstante der Kombination aus dem Widerstand 63
und der Kapazität 62 relativ hoch ist im Vergleich zu der der Kombination des Widerstandes
55 und der Kapazität 54.
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Das Ausgangssignal wird über einen Ausgangsverstärker 4 vom Verbindungspunkt
B abgenommen und an die Last geliefert.
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Da der Schaltungsblock M1 im wesentlichen ähnlich ist den Schaltungen
gemäß den Figuren 2, 3 und 4, wird die Arbeitsweise der Schaltung nur kurz beschrieben.
enn das Eingangssignal den Schwellenpegel überschreitet, werden die Dioden 19 und
20 durch die in der Kapazität 17 gespeicherte Spannung gesperrt. Deshalb wird das
Signal am, Punkt 3 nicht über die Kapazität 27 und den Widerstand 71 nach Masse
abgeleitet, sondern auf den Ausgangsverstärker 4 gegeben. Wenn das Eingangssignal
niedriger als der Schwellenpegel ist, fließt ein Durchlaßstrom zu den Dioden 19
und 20. In diesem Fall wird das Signal am Punkt B über die Kapazität 27 und den
Widerstand 71 nach Masse abgeleitet, und dadurch' hat das an den Ausgangsverstärker
4 angelegte Signal eine geringe Größe.
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In dem Schaltungsblock M1 wird die Einregelzeit leicht auf weniger
als 10ms gebracht, ähnlich wie in der Ausführungsform der Figuren 2, 3 und 4. Die
Entladezeitkonstante wird bestimmt durch die Kapazität 17 und den Widerstand 21.
Der Schwellenpegel wird durch Veränderung der Verstärkung des Regelsignalverstärkers
25 eingestellt. Die Dämpfung jedes Blockes wird
bestimmt durch
den Wert des Eingangswiderstandes 26, des Widerstandes 21 und des Durchlaßwiderstandes
tier Dioden 19 und 20.
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Die Entlandezeitkonstante jedes Blockes M1, L12 und tri3 wird gewählt
gemäß der Beziehung #1<#2<#3 wobei #1,#2 und #3 die Zeitkonstanten der Blöcke
I M2 bzw. M3 sind. Diese verschiedenen Zeitkonstanten werden entweder durch Veränderung
der Widerstände 21, 55 und 63 oder durch Veränderung der Kapazitäten 17, 54 unu
62 erzielt. Die Dämpfung des BlOckes M1 ist niedriger als die des Blockes M2, da
der Widerstand 71 größer als der Widerstand 72 ist. Die Dämpfung des Blockes M2
ist niedriger als die des Blockes M3, da der Block t;r3 keinen Widerstand wie den
widerstand 72 enthält. Infolgedessen wird bei Signalpausen zuerst die Diode des
Blockes M1, der die kleinste Entladezeitkonstante ¼ hat, leitend, und das Rauschen
wird durch die Dämpfung aufgrund des Blockes M1 vermindert. Als nächste wird die
Diode des Blockes M2, der die mittlere Entladezeitkonstante #2 aufweist, leitend,
und eine Dämpfung aufgrund des Blockeo M2 wird zu der Rauschdämpfung hinzugefügt.
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Da schließlich die Dämpfung aufgrund des Blockes M3, der -die größte
Entladezeitkonstante aufweist, weiterhin hinzugefügt wird, wird das Rauschen stark
verminuert. D.h. tias Rauschen wird allmählich vermindert mit Hilfe der oben erwähnten
schrittweisen Dämpfung, wenn das Eingangssignal ausbleibt. Diese Rauschvermirlderur.
ist natürlich und für tias deren sehr angenehm. Wenn daß Eingangssignal den Schwellenpegel
@@erschreitet, wird das Signal selostverstandlich nicht gedämpft, sondern durch
den Ausgangsverstärker 4 verstärkt und an die Last, geliefert. Die schrittweise
Verminderung des Rauschens in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird ausgeführt
mit Hilfe des Spannungsteilers, während sie in der Schaltung gemäß j?ig 6 mit Hilfe
der verschiedenen Entladezeitkonstanten der Gleichrichter-Speicherspannung durchgeführt
wird. Selbstverständlich sind der Austausch dieser Mittel zur schrittweisen Verminderung
des Rauschens oder andere Veränderungen möglich.
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Das System der ii?ig. 7 kann das Rauschen nicht nur während tier Signalpausen,
sondern auch während eines vorhandenen Signals verminuern.
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In Fig. 7 gibt es eine Anzahl von Unterkanälen, die aus der Kombination
des Filters F und der Rauschverminderungsschaltung D bestehen, welche im Betrieb
ähnlich ist den Schaltungen der Figuren 1, 2 und 4, und einen Mischer P, der der
die Ausgangssignale der Unterkanäle miteinander addiert. Die Indizes 1,2, 3,4,.......
der Bandpassfilter F und der Rauschverminderungsschaltungen D kennzeichnen jeweils
die Kanalnummer.
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Das das Rauschen enthaltende Eingangssignal wird in Unterbandfrequenzen
durch die Filter F aufgespalten. Die auf das Filter folgende Rauschverminderungsschaltung
verhindert die übertragung des Signals an den Mischer P, wenn das Signal, welches
Frequenzkomponenten im Bandpaß dieses Kanals aufweist, kleiner ist als er Schwellenpegel.
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Zur Beschreibung der Schaltungsarbeitsweise wird angenommen, daß die
Frequenzen des Eingangssignals in der Bandbreite liegen, welche durch die Unterkanäle
1 und 2 (Filter F1, und F2) bedeckt werden, wogegen die Rauschkomponente in dem
Frequenzband des Unterkanals 3 (Filter F3) liegt. Die an Ü;e Unterkanäle 1 unti
2 angelegte Signalkomponente geht zum Mischer P hindurch, da die Rauschverminderungsschaltung
dieser Kan@äle nicht wirksam sind für Signale mit großer Amplitude. Da andererseits
die Rauschkomponente niedriger ist als der Schwellenpegel der Rauschverminderungsschaltung
des Unterkanals 3, wird sie vom Eingang des Mischers P entfernt. Deshalb wird ein
rauschfreies Ausgangssignal vom Mischer P erhalten.
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Das System gemäß Fig. 7 ist geeignet zum Entfernen des Modulationsrauschens,
welches bei Platten- und Bandaufzeichnungssystemen auftritt. Das Frequenzband jedes
Unterkanals oder jedes Filters und die Zahl der Unterkanäle können willkärlich gemäß
der
gewünschten Rauschverminderung gewählt werden.
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Fig. d ist ein Schaltbild von Stereo-Verstärkern, die die Rauschverminderungsschaltung
gemäß der Erfindung enthalten.
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Das system der Fig. 8 enthält einen Regelsignalverstärker 82 und zwei
Rauschverminderungsschaltungen 80 und, 81 ähnlich im Betrieb, denen der Figuren
1, 2 und 4. Die beiden Eingangssignale des linken und rechten Kanals werden auf
den eingang der Rauschverminderungsschaltungen 80 bzw. 81 und die Eingangsklemme
des Regelsignalverstärkers 82 gegeben, der die Eingangssignale miteinander addiert.
Das Ausgangssignal des Regelsignalverstärkers 82 wird auf beide Rauschverminderungsschaltungen
80 und 81 gegeben zur Steuerung der Arbeitsweise tier Rauschverminderungsschaltungen.
In tier schaltung gema f3 Fig. d kann tier Regelsignalverstärker so angeordnet werden,
daß die Regelgleichspannung für die Rauschverminderungsschaltung proportional ist
dem Mittelwert oder der Summe oder einem höheren Wert beider Kanaleingänge. In diesem
Fall sind beide Rauschverminderungsschaltungen sulange niaht wirksam, wie das Eingangssignal,
welches höher ist als der Schwellenpegel, entweder im linken oder im rechten Kanal
vorhanden ist, und sie werden wirksam, sobald das Eingangssignal in beiden Kanälen
nicht vorhanden ist, wodurch eine natürliche Tonwiedergabe ermöglicht wird.
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Obwohl einige Schaltungsformen beschrieben und dargestellt wurden
zur geeigneten Rauschverminderung in Tonverstärkern, können selbstverständlich viele
Abänderungen verwendet werden.
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Diese Erfindung soll demgemäß alle Abänderungen einschließen, die
in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen.
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-Patentansprüche-