DE2216498C3

DE2216498C3 - Anordnung zur frequenzabhängigen Amplitudenkompression elektrischer Signale und Expansion der komprimierten Signale

Info

Publication number: DE2216498C3
Application number: DE2216498A
Authority: DE
Inventors: Yoshitoshi Fujisawa Kanagawa Fujita; Yukinobu Yamato Ishigaki; Yasuo Tokio Itoh; Kazunori Fujisawa Nishikawa; Nobuaki Yamato Takahashi
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1971-04-06
Filing date: 1972-04-06
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DK145190C; US3795876A; GB1367002A; BE781712A; FI57502B; NL163389C; FI57502C; DE2216498A1; FR2136186A5; NL163389B; NL7204599A; CH562535A5; IT957498B; CA962604A; DK145190B; SE382292B; DE2216498B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DT-AS 10 36 930 bekannt und dient zur Geräuschverminderung und Verbesserung des Rauschabstands in

Naehrichtenübertragungs- und Signalübertragungssystemen, bei denen ein Signal gesendet und empfangen wird oder ein Signal auf ein Aufzeichnungsmedium, beispielsweise ein Magnetband oder ein» Schallplatte, aufgezeichnet und das aufgezeichnete Signal wiedergegeben wird.

Bei solchen Anordnungen enthält dtr Kompresser im allgemeinen ein Netzwerk veränderbarer Dämpfung mit einem Steuerelement und der Expander einen negativen Rückführverstärker mit einem Steuerelement in der ntgativen Rückführschleife. Wenn man das Eingangssignal des Kompressers mit X, das Ausgangssignal des Kompressers (d. h. das Eingangssignal des Expanders) mit Y, das Ausgangssignal des Expanders mit Z, das Kompressionsverhältnis in dem Kompresser mit K, den Verstärkungsgrad des Expanders mit A und das Rückführverhältnis mit β bezeichnet und das Verhältnis zwischen dem Kompressionsverhältnis K und dem Rückführverhältnis β derart wählt, das K = ß, kann man die Beziehung zwischen dem Eingangssigna! X und dem Ausgangssignal V des Konipressers durch die folgende Gleichung ausdrucken:

V = KX.

Die Beziehung zwischen dem Eingangssignal Y und dem Ausgangssignal Z ist durch die folgende Gleichung gegeben:

AY

+ A₁;

Wenn A > 1, kann man die Gleichung (2) wie folgt schreiben:

Z =

(3)

Für K = β folgt aus den Gleichungen (1) und (3) die folgende Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Expanders und dem Eingangssignal des Kompressers:

Z =

KX

= X.

(41

Auf diese Weise wird die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Signals in der gesamten Kompressions- und Expansionsanordnung linear, und in dem Übertragungsweg auftretendes Rauschen wird wirksam vermindert.

Bei der oben beschriebenen Anordnung tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß durch die Kennlinien der Verstärkungssteuerelemente in dem Kompresser und dem Expander Signalverzerrungen hervorgerufen werden. Dies wird im folgenden im einzelnen erläutet t. Die im allgemeinen als Steuerelemente verwendeten Halbleiterbauelemente, beispielsweise Transistoren und Feldeffekttransistoren, haben eine derartige Kennlinie, daß sie bei einer kleinen Steuersignalspannung einen hohen Widerstandswert und bei einer großen Steuersignalspannung einen kleinen Widerstandswert aufweisen. Für den Kompresser und den Expander wird jedoch eine Steuersignal-Widerstands-Kennlinie benötigt, die der oben beschriebenen Kennlinie der Halbleiterbauelemente entgegengesetzt ist. Halbleiterbauelemente sind daher an sich als Steuerelemente für den Kompresser und den Expander nicht geeignet. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann man die Basis eines Transistors in geeigneter Weise vorspannen und der Transistorbasis eine negative Steuersignalspannung zuführen, die in Abhängigkeit von dem Signalpegel in negativer Richtung zunimmt Demgemäß ändert sich die Spannung an der Basis des Transistors in negativer Richtung, wenn der Signalpege! zunimmt, so daß auch der Widerstand zwischen dem Kollektor und dem Emitter zunimmt

Der Innenwiderstand eines Halbleiterbauelements ändert sich jedoch bei einer anliegenden Wechselsignalspannung in einem hohen Maß, selbst wenn die dem Halbleiterbauelement zugeführte Steuerspannung konstant ist Je höher der Innenwiderstand ist, um so höher ist auch seine Änderung. Wenn man einen Transistor in der obigen Weise verwendet, tritt ein großes Wechselspannungssignal auf, wenn der Transistor einen hohen Inr^enwiderstand darbietet. Dies hat eine große Verzerrung des Signals zur Folge. Weiterhin stellt die Änderung des Innenwiderstands bei einem niedrigen Pegel der Wechselsignalspannung eine stufenweise Neigung gegenüber der Änderung der Sieuersignalspannung dar. Eine solche Kennlinie ist jedoch für die erforderliche Steuerung des Kompressers und des Expanders nachteilig.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde bereits eine Schaltung vorgeschlagen, bei der ein Halbleiterbauelement mit der oben erwähnten Steuersignalspannimg-Innenwiderstand-Kennlinie als Steuerelement in den einen Zweig einer Brückenschaltung geschaltet ist. Durch das Halbleiterbauelement werden jedoch ni htlineare Verzerrungen in dem Signal hervorgerufen, und zwar insbesondere in der niederfrequenten Signalkomponente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur frequenzabhängigen Amplitudenkompression und bzw. oder Amplitudenexpansion zu schaffen, die möglichst verzerrungsfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen im Kennzeichendes Anspruchs 1 gelöst.

Nach der Erfindung wird somit eine Kompressionsund bzw. oder Expansionsanordnung geschaffen, die in der Lage sind, die Kennlinie eines als Steuerelement benutzten Halbleiterbauelements wirksam auszunutzen, das seinen Widerstand in Abhängigkeit von einer zugeführten Steuersignalspannung ändert. Die Schaltungseinrichiungen mit den veränderbaren Frequenzgängen enthalten die Steuerelemente, die die Frequenzgänge in Übereinstimmung mit der zugeführten Steuersignalspannung derart ändern, daß sie sich bei abnehmendem Signalpegel einem ebenen Verlauf nähern und sich bei zunehmendem .Signalpegel von dem ebenen Verlauf entfernen, also angehoben bzw. abgesenkt werden. Die konstanten Frequenzgänge sind zu den zugeordneten veränderbaren Frequenzgängen genau komplementär, wenn der Pegel des Steuersignals hoch ist. Die gesamte Anordnung ist derart getroffen, daß das Signal nach dem Durchlaufen der Schaltungseinrichtung mit dem konstanten Frequenzgang und der Schaltungseinrichtung mit dem veränderbaren Frequenzgang bei einem hohen Signalpegel einen Verlauf , zeigt, der der ebenen Frequen^.gangkurve angenähert ist, und bei einem kleinen Signalpegel einen Verlauf zeigt, der angehoben oder abgesenkt ist Auf diese Weise wird bei verzerrungsfreier Wiedergabe eine Kompression und Expansion zur wirksamen Geräusch-, verminderung erreicht.

Bei einer Weiterbildung ist das gesamte Frequenzband vorzugsweise in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt, deren Signale zur Geräuschverminderung kompri-

miert und expandiert werden. Die jedem Frequenzband zugeordnete Schaltungseinrichtung mit veränderbarem Frequenzgang wird von einem Steuersignal gesteuert, das in einer jeweils zugeordneten Steuersignalerzeugungseinrichtung gewonnen wird. Jede Steuersignalerzeugungseinrichtung weist ein Filter auf, dessen Durchlaßband von den Durchlaßbändern der Filter in den anderen Steuersignalerzeugungseinrichtungen verschieden ist.

Die nach der Erfindung aufgebaute Kompressionsund bzw. oder Expansionsanordnung kommt auch bei einer Aufteilung des Gesamtfrequenzbandes in mehrere Frequenzbänder mit einfachen Schaltungselementen aus und zeigt einen einfachen Aufbau.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der F.rfindung werden an Hand von Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines nach der Erfindung aufgebauten Kompressions- und Expansionssystems.

Fig. 2A und 2B zeigen ein Beispiel für die Frequenzgänge des in der Fig. 1 dargestellten Kompressers und Expanders.

Fig. 3A und 3B zeigen ein weiteres Beispiel für die Frequenzgänge des Kompressers und des Expanders.

Fig.4A und 4B zeigen ein Schaltungsbeispiel des Kompressers und des Expanders nach der Fig. 1.

F i g. 5A und 5B zeigen ein weiteres Schaltungsbeispiel des Kompressers und des Expanders nach der Fig.l.

F i g. 6 stellt einen Frequenzgang dar.

Fig. 7A und 7B sowie 8A und 8B zeigen weitere Schaltungsbeispiele für den Kompresser und den Expander nach der F i g. 1.

Fig.9A und 9B sind konkrete Ausführungsformen der elektrischen Schaltungen des Kompressers und des Expanders.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines nach der Erfindung aufgebauten Kompression*- und Expansionssystems.

Fig. 11A, 11B, HC und 11D zeigen die Frequenzgänge von den in der Fig. 10dargestellten Schaltungen mit festem und veränderbarem Frequenzgang.

F i g. 12A bis 12D zeigen Ausführungsbeispiele für die elektrischen Schaltungen der in der F i g. 10 dargestellten Schaltungen mit festem und veränderbarem Frequenzgang.

F i g. 13 ist ein Blockschaltbild einer Abwendung des in der F i g. 10 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Fig. 14 ist ein Schaltbild einer konkreten Ausführungsform der elektrischen Schaltung des in der Fig. 13 gezeigten Blockschaltbilds.

Fig. 15 ist ein Schaltbild einer weiteren konkreten Ausführungsform der elektrischen Schaltung des in der F i g. 13 dargestellten Blockschaltbilds.

Fig. 16 ist ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines nach der Erfindung aufgebauten Kompressions- und Expansionssystems.

Fig. 17A bis 17D zeigen die Frequenzgänge von den in der Fi g. 16 dargestellten Schaltungen mit festem und veränderbarem Frequenzgang.

Fig. 18 bis 20 sind konkrete Schaltungsbeispiele für die elektrischen Schaltungen von den in der Fig. 16 dargestellten Schaltungen mit festem und veränderbarem Frequenzgang.

F i g. 21 zeigt Frequenzgänge von den in den F i g. 18 bis 20 dargestellten Schaltungen.

An Hand der Fig.l wird ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung aufgebau-

ten Kompressions- und Expansionssystems beschrieben. Auf einer Sende- oder Aufnahmeseite wird das von einer .Signalquelle einer Eingangsklemme 10 zugeführte Signal durch eine Schaltung Il mit festem Frequenzgang und eine Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang geleitet. In diesen Schaltungen wird das Signal komprimiert. Das Signal gelangt dann zu einem Übertragungskanal oder einer Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung mit einem Aufzeichnungsmedium. Diese Einrichtung oder dieser Kanal werden im folgenden Übertragungssystem 13 genannt. Wenn es sich bei dem Übertragungssystem 13 um eine Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung handelt, wird das Signal auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. Ferner wird das Ausgangssignal der Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang einer Steuerschaltung 14 zugeführt. Das Ausgangssignal der Steuerschaltung 14 wird an die Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang als Steuerspannung gelegt. Die Steuerschaltung 14 enthält ein Hochpaß- oder ein Bandpaßfilter 15, einen Verstärker 16 und einen Signalpegeldetektor (Hüllkurvendetektor) 17. Das von dem Filter 15 durchgelassene Signal wird nach seiner Verstärkung im Verstärker 16 dem Detektor 17 zugeführt. In dem Detektor wird die Hüllkurve des zugeführten Signals eleminiert. Das Spannungsausgangssignal des Detektors 17 entspricht dem Pegel des Signals, das das Filter 15 durchläßt und ein vorbestimmtes Band aufweist. Das Spannungsausgangssignal wird als Steuersignal der Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang zugeführt. Die Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang enthält eine Schaltung mit einem Steuerelement, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der zugeführten Steuerspannung ändert und das mit einem Kondensator in Reihe geschaltet ist. Die Änderung des Frequenzverhaltens der Schaltung 12 in Abhängigkeit von der zugeführten Steuerspannung wird noch beschrieben Ein Kompresser setzt sich aus den Frequenzgangschaltungen 11 und 12 und der Steuerschaltung 14 zusammen.

Die Frequenzgangschaltung 11 weist einen vorgegebenen passenden Frequenzgang auf, wie er beispielsweise in den F i g. 2A und 3A durch die Kurven /ι und /; dargestellt ist. Wie man sieht, tritt dabei in einem vorbestimmten Frequenzband eine Verstärkung au. Wenn es sich bei dem Übertragungssystem 13 um eine Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung, beispielsweise ein Magnetband handelt, sollte der feste Frequenzgang der Schaltung 11 vorzugsweise genormt sein.

Die Schaltung 12 mit veränderbarem Frequenzgang verändert in Abhängigkeit von dem Steuersigna! der Steuerschaltung 14 ihren Frequenzgang zwischen einer Kurve K\ bzw. Ki nach der F i g. 2A bzw. 3A und einer geraden flachen Kurve. Die Kurve K\ bzw. /C₂ ist mit der zuerst genannten Kurve Jy bzw. /2 komplementär. Die abgesenkte Kurve K\ bzw. K2 wird angehoben und nähert sich der flachen Kurve, wenn die Steuerspannung abnimmt, und wird abgesenkt, wenn die Steuerspannung zunimmt. Bei maximaler Steuerspannung ist die Kurve K\ brw. K.2 nahezu vollständig mit der Kurve /1 bzw. / komplementär.

Das Signal das durch das Übertragungssystem 13 übertragen wird bzw. im Fall einer Aufzeichnungs- unc Wiedergabeeinrichtung wiedergegeben wird, wird ir einer Schaltung 18 mit veränderbarem Frequenzgang und einer Schaltung 19 mit festem Frequenzgang expandiert und danach einer Ausgangsklemme 2C zugeführt Ferner wird das Signal des Übertragungssy-

stems 13 einer Steuerschaltung 21 zugeführt. Das Ausgangssignal der Steuerschaltung 21 wird als Steuerspannung der Schaltung 18 mit veränderbarem Frequenzgang zugeführt. Die Steuerschaltung 21 enthält ein Hochpaß- oder Bandpaßfilter 22, einen Verstärker 23 und einen Signalpegeldetektor (Hüllkurvendetektor) 24. Die Steuerschaltung 21 liefert in gleicher Weise wie die Steuerschaltung 14 eine Steuerspannung. Ein Expander setzt sich aus den Frequenzgangschaltungen 18 und 19 sowie der Steuerschaltung 21 zusammen.

Die Frequenzgangschaltung 19 weist einen vorgegebenen Frequenzgang auf, beispielsweise einen durch die Kurve N\ oder N₂ in den F i g. 2B oder 3B dargestellten Verlauf, der in einem vorgegebenen Frequenzband abgesenkt ist. Die Kurven N] und N₂ sind mit den Kurven J\ und J₂ der Schaltung 11 mit festem Frequenzgang im Kompresser komplementär.

Die Frequenzgangschaltung 18 ändert in Abhängigkeit von dem Steuersignal, das ihr von der Steuerschaltung 21 zugeführt wird, ihren Frequenzgang zwischen einer Kurve Mi oder M₂ nach der F i g. 2B oder 3B und einem flachen ebenen Kurvenverlauf. Die Kurven M\ bzw. M₂ sind den zuvor erwähnten Kurven N\ bzw. N₂ komplementär. Die Kurve Mi oder M₂ nähen sich der ebenen Kurve, wenn das Steuersignal abnimmt. Bei zunehmender Steuerspannung treten hingegen die Anhebungen auf. Bei maximaler Steuerspannung ist die Kurve Mi oder M₂ der Kurve ΛιΊ oder N₂ vollkommen komplementär.

In dem Frequenzband, das der Kompression und Expansion durch den Kompresser und dem Expander ausgesetzt ist, ioll das Rauschen vermindert werden.

Das der Geräuschverminderung unterworfene Frequenzband soll in einem Kompresser von einem angehobenen Verlauf entsprechend der Zunahme des Signalpegels in einen flachen Verlauf geändert werden. Wenn der Signalpegel abnimmt, tritt der umgekehrte Vorgang auf. Entsprechend soll in einem Expander das der Geräuschverminderung unterworfene Frequenzband in Übereinstimmung mit der Zunahme des Signalpegels von einem abgesenkten Verlauf in Richtung auf einen flachen Verlauf angehoben werden.

Bei dem nach der Erfindung aufgebauten Kompresser dient die Schaltung 11 zum Anheben des Frequenzbands, in dem die Geräuschverminderung vorgenommen werden soll, und zwar entsprechend dem Kurvenverlauf/ι oder/2, und die Schaltung 12 dient zum Absenken des angehobenen Verlaufs in Abhängigkeit vom Signalpegel, und zwar entsprechend des Kurvenverlaufs K] oder K₂. Der kombinierte Frequenzgang der Schaltung 11 und der Schaltung 12 nähert sich von einem angehobenen Verlauf einem flachen Verlauf bei zunehmendem Signalpegel. Diese Kennlinie genügt der obenerwähnten Anforderung an den Kompresser. Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Expander senkt die Schaltang 19 in dem fraglichen Frequenzband den Verlauf stets ab, und zwar entsprechend der Kurve M oder Nz, und die Schaltung 18 hebt den Verlauf mit zunehmendem Signalpegel an, und zwar entsprechend dem Verlauf M\ oder M2. Der kombinierte Frequenzgang der Schaltung 18 und der Schaltung 19 nähen sich somit bei zunehmendem Signalpegel von einem abgesenkten Verlauf einem flachen Verlauf. Diese Kennlinie genügt der obenerwähnten Anforderung an den Expander.

Es sei noch einmal erwähnt, daß die Schaltung 12 bei zunehmendem Signalpegel den Verlauf absenkt während die Schaltung 18 bei zunehmendem Signalpegel den Verlauf anhebt. Selbst wenn man daher als Steuerelement Halbleiterbauelemente verwendet, rufen Signalpegelschwankungen in einem gewünschten Fres quenzband keine Signalverzerrung hervor, und der Frequenzverlauf kann in einer gewünschten Weise geändert werden.

Eine konkrete Ausführungsform der Schaltungsanordnung für einen Kompresser mit den Frequenzgangschaltungen 11 und 12, die die in Fig. 2A dargestellten Frequenzgänge J] und K] aufweisen, ist in der Fig. 4A dargestellt. Eine konkrete Ausführungsform der Schaltungsanordnung eines Expanders mit den Frequenzgangschaltungen 18 und 19, die die in der Fig.2B s dargestellten Frequenzgänge Mi und N] aufweisen, ist in der Fig.4B dargestellt. Die in der Fig.4A gezeigte Schaltung 11 enthält einen Transistor 30, einen Widerstand 31, eine Spule 32, einen Kondensator 33 und einen Widerstand 34, die an den Emitter des Transistors 30 angeschlossen sind. Die Schaltung 12 enthält einen Widerstand 35, eine Spule 36, einen Kondensator 37 und einen veränderbaren Widerstand 38, die an den Kollektor des Transistors 30 angeschlossen sind. Die Steuerschaltung 14 ist zwischen die Ausgangsleitung am

2s Kollektor des Transistors 30 und den Schleifer des veränderbaren Widerstands 38 geschaltet. Die in der F i g. 4B gezeigte Schaltung 18 enthält einen Transistor 39, einen Widerstand 40, eine Spule 41, einen Kondensator 42 und einen veränderbaren Widerstand

43. Die Schaltung 19 enthält einen Widerstand 44, eine Spule 45, einen Kondensator 46 und einen Widerstand 47, die mit dem Kollektor des Transistors 39 verbunden sind. Die Steuerschaltung 21 ist zwischen die Basis des Transistors 39 und den Schleifer des veränderbaren

3s Widerstands 43 geschaltet. Die veränderbaren Widerstände 38 und 43 stellen die Steuerelemente von Halbleitern dar.

Die Widerstandswerte der Widerstände 31 (44), 40 (35) und 34 (47) werden mit Ra, Rb und Rc, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 33 (46) und 42 (37) mit Ca und Cb, die Induktivitätswerte der Spulen 32 (45) und 41 (36) mit La und Lb und die minimalen Widerstandswerte der veränderbaren Widerstände 38 und 43 mit VR_m,„ bezeichnet. Die Werte für die Schaltungselemente werden derart gewählt, daß sie der folgenden Gleichung genügen:

Ra : Rb= Rc: VR_mm = Cb: Ca = La : Lb

Entsprechend dem obigen Aufbau arbeiten der Kompresser und der Expander derart, daß der Frequenzgang flach wird, wenn der Pegel eines Eingangssignals einen vorgegebenen Signalpegel überschreitet, bei dem die Widerstandswerte der veränderbaren Widerstände 38 und 43 den Wert VR_mm annehmen. Wenn der Pegel des Eingangssignals unter dem vorgegebenen Signalpegel ist, arbeiten der Kompresser und der Expander derart, daß der Frequenzverlauf im Kompresser angehoben und im Expander abgesenkt wird, und zwar in zunehmendem Maße bei abnehmendem Eingangssignalpegel. Das Frequenzband, in dem sich der Frequenzverlauf ändern kann, wird durch die Spule 32 und den Kondensator 33 oder durch die Spule 41 und den Kondensator 42 bestimmt

Eine konkrete Ausführungsform der elektrischen Schaltung eines Kompressers mit den Frequenzgangschaltungen 11 und 12, die die in der Fi g. 3A gezeigten Frequenzgänge J₂ und K₂ aufweisen, ist in der Fi g. 5A

dargestellt. Eine konkrete Ausführungsform der Schaltungsanordnung eines Expanders mit den Frequenzgangschaltungen 18 und 19, die die in der Fig. 3B dargestellten Frequenzgänge M2 und Nj aufweisen, ist in der Fig.5B gezeigt. Die in der Fig.5A dargestellte Schaltung 11 enthält einen Widerstand 50 sowie einen Widerstand 51 und einen Kondensator 52, die dem Widerstand 50 parallel geschaltet sind. Die Schaltung 12 enthält einen Widerstand 53 sowie einen Kondensator 54 und einen veränderbaren Widerstand 55, die dem Widerstand 53 parallelgeschaltet sind. Ein Verstärker 56 ist an den Ausgang der Schaltung 11 angeschlossen. Die Steuerschaltung 14 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 56 und den Schleifer des veränderbaren Widerstands 55 geschaltet. Die in der Fig. 5B dargestellte Schaltung 18 enthält einen Widerstand 57 sowie einen Kondensator 58 und einen veränderbaren Widerstand 59, die dem Widerstand 57 parallel geschaltet sind. Der Schleifer des veränderbaren Widerstands 59 ist an die Steuerschaltung 21 angeschlossen. Die Schaltung 19 ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 60 verbunden und enthält einen Widerstand 61 sowie einen Widerstand 62 und einen Kondensator 63, die dem Widerstand 61 parallel geschaltet sind. Die Schaltungen 19 und 18 enthalten eine negative Rückführschaltung zu dem Verstärker 60. Die veränderbaren Widerstände 55 und 59 sind die Widerstandswerte von Steuerelementen von Halbleitern.

Die Widerstandswerte der Widerstände 50 (61), 53 (57) und 51 (62) werden mit Ra, Rb und Rc, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 52 (63) und 54 (58) mit Ca und Cb und die Widerstandswerte der veränderbaren Widerstände 55 (59) mit VR„,i„ bezeichnet. Die Werte für die Schaltelemente werden derart gewählt, daß sie der folgenden Gleichung genügen:

Ra. Rb= Rc: VR_1111n = Cb : Ca.

Gemäß dem obigen Aufbau arbeiten der Kompresser und der Expander derart, wie es bei der bereits beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, so daß also der Frequenzgang flach wird, wenn der Pegel eines Eingangssignals einen vorgegebenen Signalpegel überschreitet, bei dem die Widerstandswerte der veränderbaren Widerstände (d. h. der Kontrollelemente) 55 und 59 den Wert V7?_m,„ annehmen. Wenn der Eingangssignalpegel unter dem vorgegebenen Signalpegel liegt, arbeiten der Kompresser und der Expander in der gleichen Weise wie bei der beschriebenen Ausführungsform, so daß also der Frequenzverlauf in dem Kompresser angehoben und in dem Expander abgesenkt wird.

Damit die Schakung 11 den Pegel eines Signals bei hohen Frequenzen um ot dB über den Pegel 1 des Signals bei tiefen Frequenzen anheben kann, wie es in der F i g. 6 dargestellt ist und die Schaltung 12 den Pegel eines Signals bei hohen Frequenzen um « dB unter den Pegel 1 absenken kann, wenn der Widerstandswert des Steuerelements 55 seinen minimalen Wert einnimmt, und damit diese Schaltungen 11 und 12 lediglich Signalkomponenten in einem erforderlichen Frequenzband anheben oder absenken können, sollten die Schaltelemente in diesen Schaltungen gemäß den folgenden Gleichungen gewählt sein:

Ra = iiRb, Rc = nVR_ml„, Ch = nCa.

2 1 Rudi

Ca

I 2.7«/)- Ch

2.7 I'«..

Ch

Dabei sind F\ und /'> die Frequenzen an den Knickpunkten der Frequenzgangkurve und η ist ein Koeffizient, der 2 beträgt, wenn λ in der Größenordnung von 10 dB ist, und der 4 beträgt, wenn λ in der Größenordnung von 14 dB ist.

In der Schaltung 12 ist der Widerstand 53, dessen Widerstandswert l/n von demjenigen des Widerstands 50 ist, mit dem Kondensator 54 und dem Steuerelement

i_s 55 parallel geschaltet, die hintereinander liegen. Eine dem Steuerelement 55 zugeführte Wechselspannung wird somit infolge des Kondensators 54 und des Widerstands 53 vermindert. Selbst wenn der Pegel des der Schaltung 11 zugeführten Signals hoch ist, wird infolge des Steuerelements 55 in dem Signal keine Verzerrung hervorgerufen, und die Schaltung 11 kann ein Signal mit hinreichendem Pegel an die nächste Stufe abgeben.

In den Fig. 7A und 7B sind Ausführungsformen des Kompressers und des Expanders dargestellt, in denen die Spulen 32, 36, 41 und 45 der Ausführungsformen nach den Fig.4A und 4B weggelassen sind. In den Figuren sind ähnliche Schaltungselemente mit denselben Bezugszeichen versehen, und wegen der Ähnlich-

,0 keit wird auf eine genaue Beschreibung verzichtet.

Die F i g. 8A und 8B zeigen weitere Ausführungsformen des Kompressers und des Expanders. Bei dem in der Fig.8A dargestellten Kompresser wird ein Signal zunächst von der Schaltung 11 bei hohen Frequenzen in seinem Pegel angehoben. Die Schaltung 11 enthält Widerstände 50 und 51 sowie einen Kondensator 52. Über einen negativen Rückführverstärker 56 ist eine negative Rückführschaltung vorgesehen. Der Betrag, um den der Signalpegel in dem hohen Frequenzband

.₁₀ abgesenkt wird, kann durch die Schaltung 12 eingestellt werden, die einen Widerstand 53, einen Kondensator 54 und ein Steuerelement 55 enthält. Die Schaltung 12 ist an den Eingang des Verstärkers 56 angeschlossen. In dem in der Fig.8B dargestellten Expander wird das Signal anfangs durch die Schaltung 19 bei den hohen Frequenzen in seinem Pegel abgesenkt. Die Schaltung 19 enthält Widerstände 61 und 62 sowie einen Kondensator 63. Die Schaltung 19 ist an den Eingang eines Verstärkers 60 angeschlossen. Der Betrag, um den der Signalpegel in dem hohen Frequenzband angehoben wird, kann durch die Schaltung 18 eingestellt werden, die einen Widerstand 57, einen Kondensator 58 und ein Steuerelement 59 enthält. Die Schaltung 18 ist in der negativen Rückführschaltung eines Verstärkers 60 vorgesehen.

Die Fig.9A und 9B zeigen weitere konkrete Ausführungsformen von elektrischen Schaltungsanordnungen für den Kompresser und den Expander. Bei diesen Ausführungsformen werden als Steuerelemente Feldeffekttransistoren 70 und 71 verwendet Diejenigen Schaltungsteile, die den in der F i g. 1 gezeigten Blöcken entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das der Steuerschaltung 14 zugeführte Eingangssignal von der Schaltung 12 geliefert Dieses Eingangssignal kann man vom Eingang zu der Schaltung 11 erhalten. Das Eingangssignal zu der Steuerschaltung 21 kann man

vom Ausgang der Schaltung 19 erhalten anstatt vom Eingang der Schaltung 18. Weiterhin kann man die Reihenfolge der Verbindungen zwischen den Schallungen 11 und 12 und zwischen den Schaltungen 18 und 19 umkehren.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung aufgebauten Systems beschrieben.

Wenn die Kompression und Expansion gleichmäßig über ein ganzes Frequenzband (oder ein breites Frequenzband) eines Signals vorgenommen werden, dann werden die gesamte Kompression und txpansion von einer Signalkomponente eines Frequenzbandes hoher Energie beherrscht. Demzufolge wird eine Veränderung in einer Vertikalrichtung in dem Geräuschpegel des Signals in einem Frequenzband, das frequenzmäßig von dem Frequenzband, in dem die Kompression und Expansion vorgenommen wird, beabstandet ist, durch die Änderung in dem Pegel des Signals akustisch deutlich wahrgenommen. Um selbst bei der tiefsten Frequenz in dem Frequenzband eine hinreichend gute Glättung zu erzielen, was Gegenstand der Steuerung ist, und dabei das Auftreten von Verzerrungen zu vermeiden, muß man für die Zeitkonstante in der Gläuungsschaltung der Steuerschaltung einen großen Wert wählen. Dadurch entsteht eine lange Ansprechzeit und es treten Schwankungen im Geräuschpegel auf, die sich störend bemerkbar machen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits ein Kompressions- und Expansionssystem vorgeschlagen, bei dem das Band aufgeteilt wird. Bei einem derartigen System wird ein Eingangssignal in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt, und die Kompression und Expansion werden getrennt in den einzelnen aufgeteilten Frequenzbändern vorgenommen. Dabei unterscheidet man zwischen einem seriellen und einem parallelen Kompressions- und Expansionssystem mit aufgeteiltem Band.

Das serielle bandaufgeteilte Kompressions- und Expansionssystem enthält mehrere Kompresser (oder Expander) mit gegenseitig verschiedenen Betriebsfrequenzbändern, die in Reihe geschaltet sind (US-PS 23 58 045). Dieses System weist jedoch den Nachteil auf, daß eine Kompressionskurve (oder Expansionskurve) in jedem Kompresser (oder Expander) bei Frequenzen in der Nähe von zwei aneinandergrenzenden Betriebsfrequenzbändern als Kurvensumme von zwei Kompressern (oder Expandern) erscheint, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Weiterhin neigt dieses System bei auftretenden Geräuschen zu einer fehlerhaften Arbeitsweise. Das serielle System ist daher für hochwertige Wiedergabeeinrichtungen nicht geeignet.

Um die oben erwähnten Nachteile des seriellen Systems zu überwinden, hat man bereits vorgeschlagen, mehrere Kompresser (oder Expander) mit voneinander verschiedenen Betriebsfrequenzbändern parallel zu schalten. Ein solches System soll im einzelnen erläutert werden, das beispielsweise einen Aufbau hat, bei dem mehrere Kompresser (oder Expander) parallel geschaltet sind, von denen jeder mit einem Hochpaßfilter, einem Bandpaßfilter oder einem Tiefpaßfilter in Reihe liegt

Es sei angenommen, daß dem Kompresser ein Eingangssignal mit einem hohen Pegel zugeführt wird, dessen Frequenz /j etwas höher ist als die obere Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters, also etwas höher als die untere Grenzfrequenz des Bandpaßfilters. Das Signal mit der Frequenz f\ liegt somit im Durchlaßbereich des Bandpaßfilters und außerhalb des Durchlaßbereichs des Tiefpaßfilters. Das Signal mit der Frequenz /Ί wird somit als Signal mit einem hohen Pegel dem an das s Bandpaßfilter angeschlossenen Kompresser zugeführt, in dem es infolge seines hohen Pegels nicht komprimiert wird. Andererseits wird das Signal mit einem niedrigen Pegel dem an das Tiefpaßfilter angeschlossenen Kompresser zugeführt, in dem es komprimiert wird. Die

ίο Folge davon ist, daß das Signal mit der Frequenz /Ί dem Übertragungssystem als Summensignal zugeführt wird, das sich aus dem komprimierten und aus dem nicht komprimierten Signal zusammensetzt.

Das von dem Übertragungssystem übertragene Signal mit der Frequenz /i wird in dem an das Bandpaßfüter angeschlossenen Expander expandiert. Obwohl dieser Expander, der an das Bandpaßfüter angeschlossen ist, nur das Signal des an das Bandpaßfüter angeschlossenen Kompressers expandieren sollte, empfängt der Expander tatsächlich das Summensignal aus dem komprimierten Signal und dem nicht komprimierten Signal, wie oben beschrieben. Die Arbeitsweise des mit dem Bandpaßfüter verbundenen Kompressers auf der Kompresserseite entspricht somit nicht der Arbeitsweise des mit dem Bandpaßfilter verbundenen Expanders auf der Expanderseite. Dadurch entsteht ein Ungleichgewicht zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal in dem gesamten Kompressions- und Expansionssystem.

_;o Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann man die Flankensteilheit der Filter erhöhen. Steiie Flanken verursachen jedoch einen Unterschied in der Verzögerungszeit zwischen den Filtern, Phasenfehler in dem Signal und eine beträchtliche Verschlechterung des zusammengesetzten Frequenzverlaufs des aus den gefilterten Signalen gebildeten Gesamtsignals. Darüber hinaus ist es schwierig und aufwendig. Filter mit steilen Flanken zu schaffen. Wenn es sich bei dem Übertragungssystem um eine Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung mit einer Schallplatte oder einem Magnetband als Aufzeichnungsmedium handelt, verändert sich darüber hinaus die Frequenz des wiedergegebenen Signals in einem geringen Maß, und zwar infolge von Schwankungen in der Drehzahl oder Laufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums. Dadurch entsteht ein Signal mit einer nahe bei der Grenzfrequenz liegenden Frequenz, die infolge der oben erwähnten Schwankungen zwischen den Durchlaßbändern der beiden Filter hin- und herläuft, selbst wenn die Filter steile Flanken aufweisen. Demzufolge weicht das Ausgangssignal sehr stark von dem Eingangssignal ab.

Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich nun auf ein frequenzbandgeteiltes Kompressions- und Expansionssystem, das die obenerwähnten Schwierigkeiten nicht aufweist

Auf der Kompresserseite wird das an der Eingangsklemme 10 auftretende Signal Schaltungen Ha, 11 b und lic mit festem Frequenzgang zugeführt Die den Frequenzverlauf in einer vorbestimmten Weise ändernden Schaltungen 11a bis lic mit festem Frequenzgang haben wie die den Frequenzverlauf in einer vorbestimmten Weise ändernden Schaltung 11 mit festem Frequenzgang des ersten Ausführungsbeispiels vorbestimmte feste Frequenzgangkurven Ja, Jb und Jc die das jeweils zu steuernde Frequenzband anheben, wie es in der F i g. 11A dargestellt ist

Die Schaltung 11a kann den Frequenzgang eines Hochpaßfilters, die Schaltung Ub den Frequenzgang

eines Bandpaßfilters und die Schaltung lic den Frequenzgang eines Tiefpaßfilters haben.

Die Ausgangssignale 'er Schaltungen 11a bis lic werden getrennt Schaltungen 12a, 12b und 12c mit veränderbarem Frequenzgang zugeführt. Die den Frequenzverlauf steuerbar ändernden Schaltungen 12a bis 12c enthalten Steuerelemente, die aufgrund von zugeführten Steuerspannungen von zugeordneten Steuerschaltungen 14a, 14b und 14c ihren Widerstand ändern. Die Schaltungen 12a bis bearbeiten derart, daß sich ihre Frequenzgänge bei zunehmenden Steuersignalpegeln Frequenzgängen nähern, die den festen Frequenzgängen der Schaltungen 11a bis Hc komplementär sind, und sich bei abnehmenden Steuersignalen flachen Frequenzgängen annähern.

Die Signale, die durch die Frequenzgangschaltungen 12a bis 12c komprimiert sind, werden vereint und durch das Übertragungssystem 13 zu einem Expander übertragen. Auf der Expanderseite werden die durch das Übertragungssystem 13 übertragenen Signale Schaltungen 18a, 186 und 18c mit veränderbaren Frequenzgängen zugeführt. Die den Frequenzverlauf steuerbar ändernden Schaltungen 18a bis 18c mit veränderbaren Frequenzgängen enthalten wie die Schaltung «8 mit veränderbarem Frequenzgang des ersten Ausführungsbeispiels Steuerelemente, die aufgrund von Steuerspannungen von Steuerschaltungen 21a bis 21c ihre Widerstände ändern. Die Schaltungen 18a bis 18c ändern ihre Frequenzgänge in Abhängigkeit von dem Steuersignalpegel, jedoch in einer entgegengesetzten Weise wie die Schaltungen 12a bis 12c mit veränderbaren Frequenzgängen. Die veränderbaren Frequenzgangkurven Ma, Mb und Mc sind in der Fig. 11C dargestellt.

Die veränderbaren Frequenzkurven Ka. Kb und Kc der Schaltungen 12a bis 12c sind in der Fig. IIB dargestellt.

Die Ausgangssignale der Schaltungen 18a bis 18c mit veränderbaren Frequenzgängen werden getrennten Schaltungen 19a, 196 und 19c mit festen Frequenzgängen zugeführt. Die den Frequenzverlauf in einer festen Weise ändernden Schaltungen 19a bis 19c haben in ähnlicher Weise wie die Schaltung 19 mit festem Frequenzgang des ersten Ausführungsbeispiels vorbestimmte Frequenzgangkurven Na, Nbund /Vc,die in der Fig. 11D dargestellt sind und die den Frequenzgängen der Schaltungen 11a bis lic komplementär sind, um in dem ihnen zugeordneten Frequenzband eine Absenkung vorzunehmen. Die expandierten und durch die Schaltungen 19a bis 19c in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführten Signale werden vereint und treten an der Ausgangsklemme 20 auf.

Die Steuerschaltungen 14a und 14c auf der Kompres· serseite enthalten in ähnlicher Weise wie die Steuerschaltung 14 des ersten Ausführungsbeispiels F'ilter 15a bis 15c, Verstärker und Amplitudenbegrenzungsschaltungen 16a bis 16c sowie Gleichrichter- und Glättungsschaltungen 17a bis 17c. Bei den Filtern 15a, 15b und 15c handelt es sich um ein Hochpaßfilter, Bandpaßfilter und ein Tiefpaßfilter. Die Steuerschaltungen 21a bis 21c auf der Expanderseite enthalten in ähnlicher Weise wie die Steuerschaltung 21 des ersten Ausführungsbeispiels Filter 22a bis 22c, Verstärker und Amplitudenbegren· /ungsschaltungen 23a bis 23c sowie Gleichrichter- und Glättungsschaltungen 24a bis 24c Bei den Filtern 22;/. 226 und 22c handelt es sich um ein Hochpaßfilter, ein Bandpaßfilter und ein Tiefpaßfilter.

Wie berei

erw

enthülsen die

14a bis 14c sowie 21 a bis 21c Filter 15a bis 15c bzw. 22a bis 22c, deren Frequenzbänder die der Steuerung unterworfenen Signale durchlassen. Die Steuerspannungen setzen sich daher lediglich jeweils aus einer Signalkomponente zusammen, die in ein zugeordnetes Frequenzband fällt. Lediglich diese Steuersignalkomponente wird den Steuerelementen in den Schaltungen 12a bis 12c und 18a bis 18c mit den veränderbaren Frequenzgängen zugeführt. Die Kompression und Expansion wird daher in den einander zugeordneten Schaltungen 12a und 18a, 126 und 18b sowie 12cund 18c in dem jeweils zugeordneten Frequenzband vorgenommen, das in dem zugeordneten Schaltungspaar im Hinblick auf das gleiche Signal einer Steuerung unterworfen wird. Daher stimmt bei dem erfindungsgemäßen System nach der Kompression und Expansion das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal überein.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Frequenzgangschaltungen 11a bis lic sind in der Fi g. 12A dargestellt. Bei der Fig. 11a ist ein Widerstand 31a an den Emitter eines Transistors 30a angeschlossen. Dem Widerstand 31a ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 33a und einem Widerstand 34a parallel geschaltet. Bei der Schaltung Hb sind ein Kondensator 33b, eine Spule 3.i und ein Widerstand 34b einem Widerstand 31b parallel geschaltet, der an den Emitter eines Transistors 30b angeschlossen ist. Bei der Schaltung lic sind einem an den Emitter eines Transistors 30c angeschlossenen Widerstands 31c eine Spule 32cund ein Widerstand 34cparallel geschaltet. In der F i g. 12B sind die Ausführungsformen der Schaltungen 12a, 12b und 12c gezeigt. Bei der Schaltung 12a ist an die Senke eines Feldeffekttransistors 38a ein Kondensator 37a angeschlossen. Bei der Schaltung 12b ist an die Senke eines Feldeffekttransistors 38b eine Spule 36b und ein Kondensator 37b angeschlossen. Bei der Schaltung 12c ist an die Senke eines Feldeffekttransistors 38c eine Spule 36c angeschlossen. Die Ausführungsformen der Schaltungen 18a bis 18c sind in der Fig. 12C dargestellt. Bei der Schaltung 18a sind Kondensatoren 42a und 80a zwischen die Senke eines Feldeffekttransistors 43a und den Emitter eines Transistors 39a geschaltet. Bei der Schaltung 18b sind Kondensatoren 42b und 80b sowie eine Spule 41b zwischen die Senke eines Feldeffekttransistors 43b und den Emitter eines Transistors 39b geschaltet. Bei der Schaltung 18c sind eine Spule 41c und ein Kondensator 80 zwischen die Senke eines Feldeffekttransistors 43c und den Emitter eines Transistors 39c geschaltet. Die Ausführungsformen der Schaltungen 19a bis 19c sind in der Fig. 12D dargestellt. Bei der Schaltung 19a sind zwischen die Ausgangsleitung und Masse ein Kondensator 46a und ein Widerstand 47a geschaltet. Bei der Schaltung 19b sind zwischen die Ausgangsleitung und Masse ein Kondensator 46b, eine Spule 45b und ein Widerstand 47b geschaltet. Bei der Schaltung 19c sind zwischen die Ausgangsleitung und Masse eine Spule 45c und ein Widerstand 47cgeschaltet.

Eine Abwandlung des als Blockschaltbild in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in der Fig. 13 gezeigt. Für ähnliche Blöcke werden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in der Fig. 10. Auf der Kompresserseiic werden die Signale hinter den Schaltungen 11abis llcmit den festen Frequenzgängen vereint, und das vereinte Signal wird allen Schallungen 12a bis 12c mit den veränderbaren Frequenzgängen zugeführt. Auf der Expanderseite wird das übertragene Signal allen Schaltungen 19a bis 19c mit den festen

Frequenzgängen zugeführt. Hinter den Schaltungen 19a bis 19c werden die Ausgangssignale dieser Schaltungen vereint, und das vereinte Signal allen Schaltungen 18a bis 18c mit den veränderbaren Frequenzgängen zugeführt. Bezüglich des weiteren Aufbaus und der s Arbeitsweise stimmt dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel mit demjenigen nach der F i g. 10 überein.

Eine Ausführungsform einer konkreten elektrischen Schaltung des Blockschaltbilds mit den in den Fig. 12A bis 12D dargestellten Schaltungen ist in der Fig. 14 gezeigt In den Fig. 12A bis 12D und 14 sind ähnliche Schaltungselemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein an der Eingangsklemme 10 anliegendes Signa! wird der Basis eines Transistors 30 über einen Kopplungskondensator 90 zugeführt. Ober Widerstände 91 und 92 ist die Basis des Transistors 30 in geeigneter Weise vorgespannt. Zwischen dem Emitter des Transistors 30 und Masse liegen in Parallelschaltung eine Schaltung 93 mit einem Kondensator 33a und einem Widerstand 34a eine Schaltung 94 mit einem Kondensator 336, einer Spule 326 und einem Widerstand 346, eine Schaltung 95 mit einer Spule 32c und einem Widerstand 34c und eine Schaltung mit einem Emitterwiderstand 31. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 30 und einem Belastungs- 2s widerstand 35 ist an die Basis eines Transistors % angeschlossen, der als Emitterfolger geschaltet ist.

Über einen Kopplungskondensator 98 und einen Widerstand 99 sind drei Steuerelementschaltungen 100, 101 und 102 sowie eine Verstärkerschaltung 103 an den Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors 96 und einem Emitterwiderstand 97 angeschlossen. Die Steuerelementschaltung 100 enthält einen Kondensator 37a und einen Feldeffekttransistor 38a. Die Steuerelementschaltung 101 enthält einen Kondensator 376, eine Spule 366 und einen Feldeffekttransistor 386. Die Steuerelementschaltung 102 weist eine Spule 36c und einen Feldeffekttransistor 38c auf. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 103 wird den Steuerschaltungen 14a bis 14c zugeführt. Die Steuerspaiinungen der Steuerschaltungen 14a bis 14c werden den Feldeffekttransistoren 38a bis 38c der zugeordneten Steuerelementschaltungen 100 bis 102 zugeführt.

Eine negative Rückführschaltung mit dem Transistor 30 und den Schaltungen 93 bis 95 übernimmt die Funktion der Schaltungen 11a, 116 und Hc mit den festen Frequenzgängen. Die Parallelanordnung aus dem Emitterwiderstand 31 und der Schaltung 93 gibt der Verstärkerschaltung mit dem Transistor 30 eine Eingangs Ausgangs-Kennlinie, die dem Frequenzgang

RS
Rl

IA Ll

R4

Cl C4

1.3 der Schaltung lla gleicht (Frequenzgang eines Hochpaßfilters bei der in der Figur gezeigten Ausführungs form). Die Parallelanordnung aus dem Emitterwiderstand 31 und der Schaltung 94 erzeugt den Frequenzgang der Schaltung 116 (Frequenzgang eines Bandpaßfilters). Die Parallelschaltung aus dem Emitterwiderstand 31 und der Schaltung 94 erzeugt den Frequenzgang der Schaltung 11 c (Frequenzgang eines Tiefpaßfilters). Die Widerstandswerte der Widerstände 34a, 346 und 34c sind verhältnismäßig hoch. Wenn man die Widerstände 34a bis 34c wegläßt, tritt infolge der Reaktanzelemente in den Schaltungen eine Parallelresonanz auf. Die Widerstände 34a bis 34c ermöglichen es, daß die oben beschriebenen Schaltungen die Frequenzgänge der Schaltungen Ha bis lic haben und unabhängig voneinander ohne gegenseitige Störung aufgebaut sein können.

Die aus dem Transistor 96 aufgebaute Emitterfolgerstufe stellt eine Signalquelle mit einem geringen Widerstand dar. Der Widerstand 99 bildet zusammen mit den Schaltungen 100 bis 102 die in dem Blockschaltbild der Fig. 13 dargestellten Schaltungen 12a bis 12c mit veränderbaren Frequenzgängen. Ein veränderbares Dämpfungsnetzwerk mit dem Widerstand 99 und der Steuerelementschaltung 100 zeigt den Frequenzgang der Schaltung 12a. Ein veränderbares Dämpfungsnetzwerk mit dem Widerstand 99 und der Steuerelementschaltung 101 zeigt den Frequenzgang der Schaltung 126, und ein veränderbares Dämpfungsnetzwerk mit dem Widerstand 99 und der Steuerelementschaltung 102 zeigt den Frequenzgang der Schaltung 12c

Wenn der Widerstandswert des Belastungswiderstandes 35 und derjenige des Emitterwiderstands 31 gleich groß gewählt sind, hat die Verstärkerschaltung des Transistors 30 eine Verstärkung von 1, falls in dem Emitterkreis des Transistors 30 lediglich der Emitterwiderstand 31 vorgesehen ist. Wenn man die Widerstandswerte der Widerstände 31, 34a, 346, 34c und 99 mit R 1, R 2, R 3, R 4 und R 5, die Induktivitätswerte der Spulen 326,32c, 366 und 36c mit L 1, L 2, L 3 und L 4, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 33a, 336, 37a und 376 mit Cl, C2, C3 und C4 und die minimalen Widerstandswerte der Steuerelemente 38a, 386 und 38c, die von den Steuerspannungen gesteuert werden, mit X1 Rmin, X 2R_mi„ und X 3R„„„ bezeichnet, kann man den Schaltungen lla bis lic und 12a bis 12c gewünschte Kennlinien geben, wenn man für die Schaltungselemente die folgenden Beziehungen wählt:

Das in der oben beschriebenen Schaltungsanordnung komprimierte Signal tritt am Ausgang des Verstärkers 103 auf und wird über das Übertragungssystem 13 zu einem Verstärker 104 in dem Expander übertragen. Das Ausgangsignai des Verstärkers 104 wird den Steuerschaltungen 21a bis 21c zugeführt und über einen (>n Widerstand 105 einer noch zu beschreibenden Schaltungsanordnung.

Eine Anordnung mit einer Schaltung 106 aus einem Kondensator 46a und einem Widerstand 47a in Reihe und mit dem Widerstand 105 hat den Frequenzgang der (.s in dem Blockschaltbild der Fig. 13 dargestellten Schaltung 19a. Eine Anordnung mit dem Widerstand 105 und mit einer Schaltung 107 aus einer Rcihcnschal- X 2 R_n
R 3

(I f'3

Al R,,
R2

konstant.

tung mit dem Kondensator 466, einer Spule 456 und einem Widerstand 476 zeigt den Frequenzgang der Schaltung 196. Eine Anordnung aus dem Widerstand 105 und einer Reihenschaltung 108 aus einer Spule 45c und einem Widerstand 47c zeigt den Frequenzgang der Schaltung 19c. Die Widerstände 47a bis 47c haben die gleiche Funktion wie die Widerstände 34a bis 34c\

Das Ausgangssignal dieser Schaltungen wird der Basis eines Transistors 112 über einen Kondensator 109 zugeführt. Widerstände 110 und 111, die mit der Basis des Transistors 39 verbunden sind, liefern eine passende Vorspannung. Der Kollektor des Transistors 39 ist an einen Belastungswidcrstand 44 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 39 ist mit einem Emitterwider·

stand -410 verbunden. Das Ausgangssignal tritt an der Ausgangsklemme 20 auf, die über einen Kopplungskondensator 112 an den Verbindungpunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 39 und dem Belastungswiderstand 44 angeschlossen ist

Steuerelementschaltungen 113 bis 113 sind über einen Kondensator 80 an den Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors 39 und dem Emitterwiderstand 40 angeschlossen. Die Steuerelementschaltung 113 enthält einen Kondensator 42a und einen Feldeffekttransistor 43a. Die Steuerelementschaltung 114 weist einen Kondensator 426, eine Spule 416 und einen Feldeffekttransistor 43b auf. Die Steuerelementschaltung 115 enthält eine Spule 41c und einen Feldeffekttransistor 43c Den Feldeffekttransistoren 43a bis 43c der Steuerelementschaltungen 113 bis 115 werden von den Steuerschaltungen 21a bis 21cSteuersigr.alspannungen zugeführt Die Parallelanordnung aus dem Emitterwiderstand 40 und der Steuerelementschaltung 113 gibt

RIO R6

CS Cl

Rl

C6 CS

Die Beziehungen zwischen den Schaltungselemente!! des Expanders und den Schaltungselemente!! des Kompressers lauten wie folgt:

Rl:R5:R6:RlO

= Ll:L4:Lb:LS

= R4:X3R_m,„:R9:X6R_mill

I 1 I I C2 C4 C6 CS

= IA: L3: LS: Ll

- R3:X2R_mi„:RS:XSR_m,„

11.11 Cl ' C3 ^: Γ5 ^; Cl

= R2:XlR_mi„:Rl:X4R_mn.

Die Fig. 15 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach der Fig. 14. In den Fig. 14 und 35 sind ähnliche Schaltungselemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei der abgewandelten Ausführungsform werden die in der Fig. 14 gezeigten Transistoren 30,96 und 39 usw. nicht verwendet In dem Kompresser sind die Schaltungen 100 bis 102 in eine negative Rückführschleife eines negativen Rückführverstärkers 120 geschaltet. In dem Expander ist eine Schaltungsanordnung, die sich aus den Schaltungen 106 bis 108 und den Schaltungen 113 bis 115 zusammensetzt, in eine negative Rückführschleife eines negativen Rückführverstärkers 121 geschaltet. Die Schaltungselemente werden in ähnlicher Weise ausgewählt wie bt\ der Schaltungsanordnung nach der Fig. 14.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung kommt man im Gegensatz zu den bekannten frequenzbandgeteilten Kompressions- und Expansionssystemen ohne Schaltungen mit steilen Grenzfrequenzflanken aus. Da Unregelmäßigkeiten bei den Schaltungselementwerten den Verlauf der Frequenzgangkurven nicht so stark beeinträchtigen, findet das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel insbesondere der Verstärkerschaltung mit dem Transistor 39 eine Eingangs-Ausgangs-Kennlinie, die dem Frequenzgang der in der Fig. 13 dargestellten Schaltung 18a entspricht In ähnlicher Weise erzeugt die Paralielschaltung aus dem Emitterwiderstand 40 und der Schaltung 114 bzw. 115 den Frequenzgang der Schaltung 186 bzw. 18c

Wenn man die Widerstandswerte der Widerstände 105,47a, 476,47c und 40 mit R 6, R 7, R 8, R 9 und R 10,

ίο die Induktivitätswerte der Spulen 456,45c, 416 und 41c mit L5, L6, Ll und L8, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 46a, 466, 42a und 426 mit C5, C6, Cl und CS und die minimalen Widerstandswerte der Steuerelemente 43a, 436 und 43c mit X4R_min. X5R_mm und X6R_m;„ bezeichnet, kann man den Schaltungen 19a bis 19c und 18a bis 18c gewünschte Kennlinien geben, wenn man für die Schaltungselemente die folgenden Beziehungen wählt:

RS

LS L6

X 6 R_n R9

- konstant.

Anwendung für Wiedergabegeräte mit 4-Kanal-Aufzeichnungen, deren Verwendung in vielen Wiedergabegeräten dergleichen Art gewährleistet sein soll.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems, das einen einfacheren Aufbau als die Anordnung nach der Fig. 13 zeigt, ist in der Fig. 16 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaltungen llabis llcsowie 19abis 19cmitden festen Frequenzgängen in der F i g. 13 durch eine einzige Schaltung 130 bzw. 131 mit einem festen Frequenzgang ersetzt Die Schaltungen 130 und 131 haben eine besondere feste Frequenzgangkurve, die aus den Frequenzgangkurven der Schaltungen lla bis lic bzw. 19a bis 19c zusammengesetzt ist. Wenn beispielsweise die Schaltungen 11a bis 11 edie Frequenzgangkurven Ja, Jb und Jc haben, wie es durch gestrichelte Linien in der Fig. 17A dargestellt ist, dann weist die Schaltung 130 eine Frequenzgangkurve Js auf, die durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist und die sich aus den Frequenzgangkurven ja bis Jc zusammensetzt. Wenn beispielsweise die Schaltungen 19a bis 19c die in der Fig. 17D gestrichelt eingezeichneten Frequenzgangkurven Na, Nb und Nc haben, die zu den Frequenzgangkurven Ja und Jc komplementär sind, dann weist die Schaltung 131 eine Frequenzgangkurve Ns auf, die durch eine ausgezogene Linie in der Fig. 17D dargestellt ist und die sich aus den Frequenzgangkurven Na bis - Nc zusammensetzt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf der Kompresserseite die Anhebung des Frequenzverlaufs bei der Kurve Ja groß, bei der Kurve Jb mittelmäßig und bei der Kurve Jc klein, wohingegen auf der Expanderseite die Absenkung des Frequenzverlaufs bei der Kurve Na groß, bei der Kurve Nb mittelmäßig und bei der Kurve Nc klein ist.

Die Schaltungen 12a bis 12c mit veränderbaren Frequenzgängen weisen die in der Fig. 17B gezeigten

<>o veränderbaren Frequenzgänge Ka, Kb und Kc auf. Die Frequenzgangkurven Ka bis Keder Schaltungen 12a bis 12c nähern sich bei zunehmendem Eingangssignalpegel abgesenkten Frequenzkurven, die zu den angehobenen Frequenzgangkurven Ja bis Jc komplementär sind.

(15 Wenn der Eingangssignalpegel absinkt, nähern sich diese Frequenzgangkurven einem ebenen Verlauf. Die veränderbaren Frequenzgänge der Schaltungen 18a bis 18c sind in der Fig. 17C durch die Kurven Ma, Mb und

Mc dargestellt. Die Frequenzgänge der Schaltungen 18a bis 18c nähern sich bei zunehmendem Eingangssignalpegel angehobenen Kurven, die zu den abgesenkten Frequenzgangkurven Na bis Nc komplementär sind. Bei abnehmendem Eingangssignalpegel nähern sich diese Frequenzgangkurven einem flachen ebenen Verlauf.

Die obenerwähnten Schaltungen Ua bis Wc, 130,19a bis 19cund 131 haben vorbestimmte feste Frequenzgänge, die sich in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals nicht ändern. Die allein verbleibende Schaltung 130 mit dem Frequenzgang Js übernimmt die gleiche Funktion wie die drei Schaltungen 11a bis lic, die die Frequenzgang Ja bis Jc haben und parallel zueinander geschaltet sind. In ähnlicher Weise übernimmt die allein noch verbleibende Schaltung 131 mit dem Frequenzgang Ns die gleiche Funktion wie die drei Schaltungen 19a bis 19c, die die Frequenzgänge Na bis Nr aufweisen und parallel zueinander geschaltet sind.

Anstatt mehrere Schaltungen mit festen Frequenzgängen in eine einzige Schaltung zu vereinigen, deren fester Frequenzgang aus den Frequenzgängen der anderen Schaltungen zusammengesetzt ist, kann man auch mehrere Schaltungen mit festen Frequenzgängen in mehrere Schaltungsgruppen vereinigen, die jeweils einen festen Frequenzgang aufweisen, der sich aus den Frequenzgängen von denjenigen Schaltungen zusammensetzt, die der betreffenden Schaltungsgruppe angehören. In diesem Fall sind die einzelnen Sch jltungsgruppen parallel zueinander geschaltet. Weiterhin kann man eine Schaltung mit einem zusammengesetzten festen Frequenzgang lediglich auf der Kompresserseite oder auf der Expanderseite vorsehen.

Im folgenden wird eine konkrete Ausführungsform einer Schaltung 130 beschrieben, deren synthetischer Frequenzgang sich aus zwei Frequenzbändern zusammensetzt. Die in der Fig. 18 dargestellte Schaltung ist einer Schaltung äquivalent, die in der Fig. 14 dargestellt ist und den Transistor 30 sowie die Schaltungen 93 und 94 enthält. Wenn man die Widerstandswerte der Widerstände 31, 34a, 346 und 35 mit R 1, R 2, R 3 und R 11 bezeichnet und R 1 = R 11 = 1 kΩ, R 2 = 164 Ω und #3 = 335 Ω wählt, die Kapazitätswerte der Kondensatoren 33a und 33b mit C1 und Cl bezeichnet und Cl = 0,484 μΡ und C2 = 2,!35μΡ wählt sowie den Induktivitätswert der Spule \2b mit L 1 bezeichnet und Li = 29,66 mH wählt, weist die in der Fig. 18 dargestellte Schaltung die in der F i g. 21 voll ausgezogene Frequenzgangkurve W auf. Diese Fi equenzgang-

s kurve setzt sich aus den gestrichelt eingezeichneten Frequenzkurven i/und Vzusammen.

Die Frequenzkurve W kann man mit einer Schaltung erreichen, die Widerstände und Kondensatoren enthält und deren Kennlinie die strichpunktierte eingezeichnete

ίο Asymptote /bildet Eine derartige Schaltung kann man ohne Spulen aufbauen, die kostspielig und unhandlich sind. Entsprechende Ausführungsformen einer solchen Schaltung sind in den F i g. 19 und 20 dargestellt.

Die in der Fig. 19 gezeigte Schaltungsanordnung

is enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 140 und einem Widerstand 141. Dieser Reihenschaltung ist ein Widerstand 31 parallelgeschaltet, der an den Emitter des Transistors 30 angeschlossen ist. Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 142 und einem Widerstand 143 ist dem Widerstand 141 parallel geschaltet. Die in der F i g. 20 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 141 und einem Widerstand 145. Dieser Reihenschaltung ist eine Reihenschaltung aus einem

2_s Kondensator 146 und einem Widerstand 147 parallel geschaltet- Ferner liegt diesen beiden Reihenschaltungen der Widerstand 31 parallel, der an den Emitter des Transistors 30 angeschlossen ist. Die Frequenzgangkurven der Schaltungen nach den Fig. 19 und 20 haben den durch die Kurve / in der Fig. 21 dargestellten asymptotischen Verlauf und nähern sich dein Frequenzgang Wder Schaltung nach der Fig. 18 an. Die obigen Ausführungsformen kommen mit einer geringeren Anzahl von Schaltungselementen aus, zeigen also einen einfacheren Aufbau, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt. Die obigen Ausführungen bezüglich der Schaltung 130 treffen gleichermaßen auf die Schaltung 131 zu.
Das oben beschriebene frequenzbandgeteilte zweite Ausführungsbeispiel und das oben beschriebene frequenzbandgeteilte dritte Ausführungsbeispiel sind nicht auf drei aufgeteilte Frequenzbänder beschränkt. Das gesamte Eland kann man beispielsweise auch in zwei, vier oder mehrere Bänder aufteilen.

13 Hhiii ZcicliiumsiL-n

Claims

Patentansprüche:

!. Anordnung zur frequenzabhängigen Amplitudenkompression elektrischer Signale und Expansion der komprimierten Signale enthaltend eine den Pegel eines Eingangssignals in einem vorgegebenen Frequenzband anhebende Kompressionseinrichtung mit einem ersten veränderbaren Frequenzgang, der in Abhängigkeit von einem Steuersignal veränderbar ist, das dem Pegel des Ausgangssignals der Kompressionseinrichtung entspricht, und enthaltend eine den Pegel des über eine Übertragungseinrichtung enpfangenen Ausgangssignals der Kompressionseinrichtung in dem vorgegebenen Frequenzband absenkende Expansionseinrichtung mit einem zweiten veränderbaren Frequenzgang, der zu dem ersten veränderbaren Frequenzgang komplementär ist und in Abhängigkeit von einem Steuersignal veränderbar ist, das dem Pegel des über die Übertragungseinrichtung empfangenen Ausgangssignals der Kompressionseinrichtung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine der beiden für die Kompression und die Expansion vorgesehenen Einrichtungen eine einen konstanten Frequenzgang (J₁ in Fig.2A, J₂ in Fig.3A bzw. N, in Fig.2B, AZ₂ in Fig.3B) aufweisende erste Schaltungseinrichtung (11 bzw. 19) enthält, die mit der den ersten bzw. zweiten veränderbaren Frequenzgang aufweisenden zweiten Schaltungseinrichtung (12 bzw. 18) in Reihe geschaltet ist, daß der erste bzw. zweite veränderbare Frequenzgang zwischen einem zu dem konstanten Frequenzgang komplementären Frequenzgang (K\ in F i g. 2A, K₂ in F i g. 3A bzw. Mi in F i g. 2B, M₂ in F i g. 3B) und einem eben verlaufenden Frequenzgang veränderbar ist und daß die den veränderbaren Frequenzgang der zweiten Schaltungseinrichtung beeinflussende Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, daß sich der erste bzw. zweite veränderbare Frequenzgang der zweiten Schaltungseinrichtung bei zunehmendem Pegel des Steuersignals dem komplementären Frequenzgang und bei abnehmendem Pegel des Steuersignals dem eben verlaufenden Frequenzgang nähert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungseinrichtung mehrere Schaltungen (Ha₁116, llcbzw. 19a, 19b, 19cin Fig. 10) mit konstanten Frequenzgängen (Ja, Jb₁ Jc in F i g. 11A bzw. Na, Nb, Nc in F i g. 11 D) enthält, die sich voneinander bezüglich der Frequenzbänder unterscheiden, in denen eine Geräuschunterdrükkung vorgenommen werden soll, daß die zweite Schaltungseinrichtung mehrere Schaltungen (12a, \2b, 12c bzw. 18a, 186, 18c in Fig. 10) enthält, von denen jede jeweils mit einer der Schaltungen mit den konstanten Frequenzgängen in Reihe geschaltet ist und einen veränderbaren Frequenzgang aufweist, der zwischen einem eben verlaufenden Frequenzgang und einem Frequenzgang (Ka, Kb, Kc in F i g. 11B bzw. Ma, Mb, Mein Fi g. 1 IC) veränderbar ist, der zu dem konstanten Frequenzgang der zugehörigen Schaltung der ersten Schaltungseinrichtung komplementär ist, daß die aus den Schaltungen mit den konstanten Frequenzgängen fts und den Schaltungen mit den veränderbaren Frequenzgängen jeweils gebildeten Reihenschaltungen zueinander parallelgeschaltet sind, daß die Steuereinrichtung mehrere Steuerelemente enthält, von denen jedes den veränderbaren Frequenzgang der jeweils zugeordneten Schaltung der zweiten Schaltungseinrichtung derart steuert, daß er sich bei zunehmendem Pegel des zugeordneten Steuersignals dem zugeordneten komplementären Frequenzgang und bei abnehmendem Pegel des zugeordneten Steuersignals dem eben verlaufenden Frequenzgang nähert, und daß das jeweils zugeordnete Steuersignal vom Ausgangssignal bzw. Eingangssignal der aus den genannten Reihenschaltungen gebildeten Parallelschaltung ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungseinrichtung mehrere zueinander parallelgeschaltete Schaltungen (Ua, 116, lic bzw. 19a, 196, 19c in Fig. 13) mit konstanten Frequenzgängen (Ja, Jb, Jc in Fig. 17A bzw. Na, Nb, Nc in Fig. 17D) enthält, die sich voneinander bezüglich der Frequenzbänder unterscheiden, in denen eine Geräuschunterdrückung vorgenommen werden soil, daß die zweite Schaltungseinrichtung mehrere zueinander parallelgeschaltete Schaltungen (12a, 126, 12c bzw. 18a, 186, 18cin Tig. 13) mit veränderbaren Frequenzgängen enthält, von denen jeder zwischen einem eben verlaufenden Frequenzgang und einem Frequenzgang (Ka, Kb, Kein Fig. 17B bzw. Ma₁ Mb, Mc in Fig. 17C) veränderbar ist, der zu einem der konstanten Frequenzgänge der Schaltungen der ersten Schaltungseinrichtung komplementär ist, daß die aus den Schaltungen mit den veränderbaren Frequenzgängen der zweiten Schaltungseinrichtung gebildete Parallelschaltung mit der aus den Schaltungen mit den konstanten Frequenzgängen der ersten Schaltungseinrichtung gebildeten Parallelschaltung in Reihe geschaltet ist, daß die Steuereinrichtung mehrere Steuerelemente enthält, von denen jedes den veränderbaren Frequenzgang von jeweih einer zugeordneten der Schaltungen der zweiten Schaltungseinrichtung derart steuert, daß er sich bei zunehmendem Pegel des zugeordneten Steuersignals dem zugeordneten komplementären Frequenzgang und bei abnehmendem Pegel des zugeordneten Steuersignals dem eben verlaufenden Frequenzgang nähert, und daß das jeweilige Steuersignal aus dem Ausgangssignal bzw. dem Eingangssignal der aus den beiden genannten Parallelschaltungen gebildeten Reihenschaltung abgeleitet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungseinrichtung anstelle der Vielzahl von Schaltungen (11a, 116, llcbzw. 19a, 196, 19c in Fig. 13) mit den konstanten Frequenzgängen nur eine einzige Schaltung (130 bzw. 131 in Fig. 16) mit einem konstanten Frequenzgang (Jsin Fig. !7A bzw. Nsin Fig. 17D) enthält, der aus den konstanten Frequenzgängen der genannten Vielzahl von Schaltungen mit den konstanten Frequenzgängen zusammengesetzt ist.