DE2346126C2 - Schaltungsanordnung zur Veränderung des dynamischen Bereichs von Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen zur Änderung des dynamischen Bereichs eines Nachrichtensignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Schaltungsanordnungen sind bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 22 11 374).

Bei den Schaltungsanordnungen gemäß dem älteren Vorschlag werden mehrere in Serie geschaltete Impedanznetzwerke verwendet, die bei vorhandenem Eingangssigna! strom- oder spannurigsgesieuert werden. Zur Störgeräuschverminderung ist es dabei wesentlich, daß die veränderbaren Schaltelemente das Band einengen und auf diese Weise hochpegelige Signalkomponenten von der Dynamikbereichsveränderung ausnehmen. Bei den Schaitungsanordnungen nach dem älteren Vorschlag sind deshalb relativ umfangreiche und komplexe Impedanznetzwerke vorgesehen.

Zur physiologischen Lautstärkeregelung ist ein relativ einfach aufgebautes variables Filter bekannt geworden, bei diesem wird jedoch nicht in der gewünschten Weise das übertragene Band eingeengt, sondern es wird der Grad variiert, mit dem gewissen Teile eines vorgegebenen Frequenzbereichs relativ zu anderen Teilen unterdrückt werden (US-PS 31 82 271). Eine solche Arbeitsweise ist für Kompressor- oder Expander-Charakteristiken unerwünscht, weil sich dadurch eine störende Geräuschmodulation ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltanordnung

nach dem älteren Vorschlag so auszubilden, daß sie sehr einfach aufgebaut werden kann, d. h. anstelle der komplizierten Impedanznetzwerke nur zwei Reaktanzen (Kapazitäten oder Induktivitäten) und ein Widerstandsnetzwerk vorgesehen sein brauchen, obwohl selbstver ständlich die Netzwerke, falls erforderlich, weitere Schaltelemente, insbesondere Transistoren, enthalten können. Der eigentliche Unterschied zu den Schaltungsanordnungen nach dem älteren Vorschlag besteht

ίο darin, daß beim älteren Vorschlag eine Reihenschaltung von Impedanznetzwerken vorgesehen ist, während erfindungsgemäß eine Parallelschaltung verwendet wird, wobei allerdings ebenfalls Spannungs- oder Stromsteuerung angewandt werden kann.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Schaltanordnung nach dem älteren Vorschlag gemäß dem Kennzeichenteil des Anspruchs I ausgebildet

Spezielle Ausführungsformen der Erfindun-j ergeben sich aus Ansprüchen 2 und 3.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben.

Fig. 1 bis 4 zeigen vier Schaltungsanordnungen nach der Erfindung;

Fig. la, 2a und 4a zeigen die entsprechenden Kurvenverläufe der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Ausführungsformel?..

Die Fig. 1 zeigt eine spannungsgesteuerte Schaltungsanordnung, die entweder als Hochfrequenzkom- pressor (d. h. als Teil einer Anlage zur Verminderung des hochfrequenten Rauschens) oder als Niederfrequenzexpander (d. h. als Teil einer Anlage zur Verminderung des Funkelrauschens) eingesetzt werden kann. In der dargestellten Schaltungsanordnung bestehen die erste und die zweite Reaktanz aus Kapazitäten C1 und Cl und das in Serie geschaltete Widerstandsnetzwerk aus einem variablen Widerstand R1. Ein Regelkreis CC tastet die Spannung über dem Widerstandsnetzwerk ab und erzeugt auf der Leitung CSfM gleichgerichtetes und geglättetes Regelsignal, welches den Wert von Ri regelt. Al kann z. B. einen Transistor, einen Feldeffekttransistor oder einen lichtempfindlichen Widerstand enthalten, der vor einer von dem Regelsignal gesteuerten Lampe angestrahlt wird.

Wird die Schaltungsanordnung als Hochfrequenzkompressor eingesetzt, so wird der Wert von R i verkleinert, wenn der Mittelwert der über diesem Widerstand abfallenden Spannung zunimmt Besitzt R 1 einen großen Wert, so besitzt die Schaltungsanordnung als

so Funktion der Frequenz die in Fig. la durchgezogen dargestellte Übertragungsfunktion. Nimmt der Wert von R i ab, so geht die Übertragungsfunktion über den strichpunktiert dargestellten Verlauf schließlich in den gestrichelt dargestellten Verlauf über. Für ein Signal der Frequenz /findet Kompression auf folgende Weise statt. Bei kleinem Signalpegel (z. B. — 30 dB) ist die Amplitude der Übertragungsfunktion für eine Frequenz / groß, insbesondere an der Stelle Pi, an der z. B. eine Verstärkung von 1OdB stattfindet Ist dagegen der Si gnalpegel der Frequenz /groß (beträgt er z. B. seinen Maximalwert von 0 dB), so verläuft die Übertragungsfunktion bei kleineren Werten, und der Wert an der Stelle /ist klein, insbesondere an der Stelle Pl, an der keine Verstärkung stattfindet. Der Übergang zwischen diesen beiden Extremfällen verläuft stetig, und die allmähliche, an das Anwachsen des Signalpegels gekoppelte Verminderung der Verstärkung schafft die Kompressorcharakteristik.

Der Kompressor naon Fig. ! kann zusammen mit einem komplementären Expander zur Rauschverminderung in einem Hochfrequenzband, z. B. zur Verminderung des hochfrequenten Rauschens eines Tonbandes eingesetzt werden. Ein geeigneter Expander soil weiter unten anhand der Fig. 2 beschrieben werden. Dem Widerstand R 1 wird bevorzugt ein fester Widerstand R 2 paraüelgesch.altet, um eine untere Frequenzgrenze festzulegen, z. B. 1 kHz, oberhalb derer in der Schaltungsanordnung nach F ig. 1 Kompression stattfindet

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann als Niedertrequerizexpander eingesetzt werden, wenn der Wert vor. R 1 bei einer Zunahme des Mittelwerts der Spannung über R 1 zunimmt Selbst bei kleinen Signalpegeln sollte R 1 einen genügend großen Wert besitzen, um eine obere Frequenzgrenze (z. B. einige hundert Hertz) festzulegen, unterhalb derer eine Expansion stattfindet Falls erforderlich, kann für diesen Zweck ein weiterer Widerstand in Serie zuÄl geschaltet werden.

Werden, wie in F i g. 2 dargestellt, die Kapazitäten C1 und C2 durch Induktivitäten L1 und L 2 ersetzt, so wird das in Fig. 1 bevorzugte Hochpaßverhalten durch ein Tiefpaßverhalten ersetzt, die Übertragungsfunktion besitzt dann den in F i g. 2a dargestellten Verlauf. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung kann für Hochfrequenzexpansion oder Niederfrequenzkompression verwendet werden.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 1 und 2 arbeiten nach dem Prinzip der Spannungsteilung. Im folgenden sollen nun Schaltungsanordnungen beschrieben werden, die analog nach dem Prinzip der Strointeilung arbeiten. F i g. 3 zeigt eine allgemeine Schaltungsanordnung, in der als Beispiel zwei parallele Impedanzzweige Zl und Z2 dargestellt sind Jeder beliebige Strom /wird in das Netzwerk von einer Stromquelle (oder von einer Spannungsquelle mit einer Serienimpedanz ZS) eingespeist und teilt sich entsprechend den relativen Impedanzen der beiden Zweige auf. Werden die Zweigströme mit ή und h bezeichnet, so gelten die Beziehungen i\ = Z2i/(Zi + Z2) und h = ZMI(ZX + Z2), d.h. im Zweig mit der größeren Impedanz fließt der kleinere Strom, im Zweig mit der kleineren Impedanz der größere Strom.

Das Ausgangssignal kann von einem der beiden Zweige abgeleitet werden und ist proportional zu /| oder h- Wie gezeigt ist, ist ein kleiner Widerstand R 3 zur Entnahme einer zu η proportionale*. Ausgangsspannung in Serie mit Z2 geschaltet

Ein Regelkreis CC verändert, wie in der Zeichnung dargestellt, Z2 in Abhängigkeit von dem durch Z2 fließenden Strom. Wie schon in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 kann die Schaltungsanordnung als Kompressor oder als ExpanJer wirken, je nach Richtung, in der ZI verändert wird, wenn der Strom durch Z2 zunimmt. Außerdem kann z. B., wenn bei einer Ableitung des Ausgangssignah vom Strom ·_: eine Signaikompression stattfindet, be\ .-!,biciiiiir'/ rfr-v ."-uspafiguSigiials vom Strom /Ί eine Signalexpansion staiiunden.

Die Regelung des veränderbaren Zweiges Z2 wird bevorzugt so ausgelegt, daß die Änderung des dynamische:; Bereich-es auf Signalkomponenten mit k:di,.;-:n Pegel, z. B. Signalkomponenten unter —20 dB, begrenzt ist, um Störungen und andere unerwünschte Effekte auf

ίο die Signalkomponenten mit großem Pegel zu vermeiden.

Die Impedanzen Zl und Z 2 können sehr einfach aufgebaut sein, sie können z. B. aus Kapazitäten, Widerständen und Induktivitäten bestehen, obwohl auch umfangreichere, aktive Schaltungen enthaltende Netzwerke, falls erforderlich, verwendet werden können.

Fig. 4 zeigt eine stärker in Einzelheiten gehende Ausbildung der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung, dargestellt ist eine Schaltungsanordnung für einen Hochfrequenzexpander. Ein Transistor Tl mit dem Emitterwiderstand R 6 stellt eine Stromquelle dar, aus der der Strom / in die beiden parallelen Impedanzzweige, den unveränderlichen Zweig CZ und den veränderlichen Zweig mit C 4, R 4 und RS eingespeist wird.

Das Ausgangssignal wird vom Strom k im veränderbaren Zweig abgeleitet, wobei der Transistor T2 als ein Strom/Spannungswandler dient Die Impedanz ZS der Quelle wird durch T\ gebildet

Bei niedrigen Frequenzen sind die kapazitiven Reaktanzen von Ci und C 4 groß. Dann fließt zur Erzeugung des Ausgangssignals der gesamte Eingangsstrom im wesentlichen durch den Widerstand R 4. Für sehr kleine Pegel besitzt der Widerstand RS einen sehr hohen Wert Für hohe Frequenzen, bei denen die kapazitive Reaktanz von C4 viel kleiner ist als A4, teilt sich der Eingangsstrom zwischen C3 und C4 entsprechend ihrem Kapazitätsverhältnis auf. Ist z. B. C3 = 2,16 χ C4, so fließt der größte Teil des hochfrequenten Stromes durch C3, der Strom durch C4 ist 10 dB kleiner als der Eingangsstrom; in diesem Fall findet eine Hochfrequenzexpansion statt Für Hochfrequenzsignale mit großen Pegeln reduziert der Regelkreis den Wert von RS und verschiebt damit die Übergangsfrequenz in Richtung höherer Werte und engt das Band ein, in dem Expansion stattfindet, wie in F i g. 4a dargestellt ist

Eine weitere Schaltungsanordnung kann durch Ersetzen der Kapazitäten C3 und C4 durch Induktivitäten verwirklicht werden.
Die Kompressoren oder Expander nach dieser Erfindung können auch in einen negativen Rückkopnlungszweig eines Verstärkers mit hohem Verstärkungsfaktor gelegt werden, um eine komplementäre Frequenzcharakteristik zu erzeugen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereichs eines Nachrichtensignals, bei der eine Anzahl von Impedanznetzwerken mit den Eingangsklemmen verbunden sind und bei der Ausgangsklemmen an einem oder mehreren der Netzwerke vorgesehen sind, von denen mindestens eines ein frequenzselektives Netzwerk ist, das ein begrenztes Frequenzband bestimmt, innerhalb dessen die Änderung des dynamischen Bereichs stattfindet, und das veränderbare Schaltelemente aufweist, die auf den Pegel der innerhalb des Bandes liegenden Signalkomponenten ansprechen und das Ausmaß der Dynamikänderung vermindern, wenn der Pegel der Signalkomponente zunimmt, bei der die veränderbaren Schaltelemente das Band einengen, wenn der Pegel der Signalkomponente innerhalb des Bandes zunimmt und auf diese Weise diese Signalkomponenten von der Dynamikbereichsänderung ausnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Netzwerke eine unveränderbare reaktive Impedanz (Ct; Li; C3)und das frequenzselektive Netzwerk eine mit der erstgenannten gleichartige, unveränderbare reaktive Impedanz (Cl; L 2; C4Juiid einen variablen Widerstand (R 1; Ä 5; enthält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unveränderbarer Widerstand parallel zum (R 2; R4)bzw. in Reihe mit (R3)dem variablen Widerstund (Ri; RS) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nac'._ Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanznetzwerke parallel geschaltet sind.