DE2423475C2

DE2423475C2 - Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereichs eines Nachrichtensignals

Info

Publication number: DE2423475C2
Application number: DE2423475A
Authority: DE
Inventors: Ray Milton London Dolby
Original assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Current assignee: Dolby Laboratories Licensing Corp
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1984-01-05
Also published as: NL186053B; SE403333B; DE2423475A1; US3909733A; FR2230119B1; SE7710588L; JPS5920205B2; NL186053C; FR2230119A1; SE421264B; CA1000617A; JPS5032814A; NL7406698A; DE2463192C2; DE2463193C2

Description

Dynamikbereichsänderung ausnehmen, und die veränderbaren Schaltelemente eine reaktive Impedanz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Impedanz (L oder C) mit einem negativen Widerstand (Ri) zusammengeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (VX Fig. 5; V3 Fig. 4) an die Eingangsklemmen angeschlossen ist und an den Ausgangsklemmen ein Ausgangssif;nal (V₂ F i g. 5; K₄ F i g. 4) erscheint, das vom durch die veränderbaren Schaltelemente (Z_s) fließenden Strom (i\ F i g. 5; i₂ F i g. 4) abhängig ist.

3. Schaltungsanordnung nacb Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle (i\ F i g. 4; i₂ F i g. 5) an die Eingangsklemmen angeschlossen ist und an den Ausgangsklemmen ein Ausgangssignal (V₂ Fig.4; V₄ Fig.5) erscheint, das von der Spannung über den veränderbaren Schaltelementen abhängig ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Komponente (L oder C) parallel zum negativen Widerstand (R_L) liegt.

5. Schahungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein Impedanznetzwerk wenigstens eine lineare Impedanzkomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Wert des Widerstandes der linearen Impedanzkomponente (Z₁) etwa 3.16 beträgt und der des negativen Widerstandes (Ri) etwa 2,16, um eine Änderung des dynamischen Bereiches von etwa 1OdB zu erhalten.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die reaktive Impedanz veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwert der reaktiven Impedanz (L oder C) auf einer Seite einer Übergangsfrequenz hoch ist gegen den negativen Widerstand und auf der anderen Seite der Übergangsfrequenz vernachlässigbar gegen diesen ist. und daß sich der Impedanzwerf de, reaktiven Impedanz (L oder C) im gleichen Sinne wie der Eingangssigrialpegel auf einer der beiden Seiten der Übergangsfrequenz ändert, so daß die Übergangsfrequenz verschoben wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Impedanzwert der reaktiven Impedanz (L oder C) im Sinne eines Anstiegs der Übergangsfrequenz ändert, wenn der Eingangssignalpegel oberhalb der Übergangsfre-

quenz steigt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Widerstand (Ri) veränderbar ist

S: Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung des negativen Widerstandes das frequenzselektive Netzwerk (Z_s) zwei Anschlüsse (1,2) aufweist, zwischen denen sich ein Stromweg erstreckt, und eine frequenzselektive Schaltung (36 bis 40; Ci, C₂, Äi, R₂, Ry, 18), die auf den im Stromweg fließenden Strom anspricht, um an den Stromweg zwischen den beiden Klemmen eine Spannung mit einer solchen Polarität anzulegen, daß die Charakteristik einer Impedanz erzeugt wird, die die negative Widerstandskomponente einschließt

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektive Schaltung ein variables Filter (R₂, C₂, Rv, 18) aufweist

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektive Schaltung eine Vielzahl von Signalwegen (20,21,22, 23) aufweist um Wegausgangssignale zu erhalten, und Einrichtungen (26) zur Vereinigung der Wegausgangssignale, L.Ti die anzulegende Spannung zu erzeugen, wobei jeder Signalweg aus einem Filter (24), das ein für diesen Weg individuelles Frequenzband definiert, und Begrenzungseinrichtungen (25) besteht.

r> Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereichs eines Nachrichtensignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnuß^-ist bekannt (DE-OS 11 347). Diese bekannte Schaltungsanordnung er-

4" möglicht es, einen Presser, einen Dehner bzw. eine aus Presser und Dehner bestehende Störsignalverminderungseinrichtung aufzubauen, bei der nur ein einziger Übertragungskanal erforderlich ist, der im übrigen aber äquivalent bekannten Schaltungsanordnungen zur Än-5 derung des dynamischen Bereichs eines Nachrichtensignals ist, bei denen neben dem eigentlichen Übertragungskanal wenigstens ein paralleler weiterer Kanal mit Begrenzereigenschaften, die auch frequenzselektiv wirken können, vorgesehen ist (DE-OS 14 87 276;

>(» 19 00 639; 19 54 328); statt den Kanal mit begrenzenden Figenschaften auszustatten, ist es auch bekannt, diesen mit Übertrager-Eigenschaften auszustatten, d. h. dieser Kanal überträgt ein oberhalb eines bestimmten Schwellwertes liegendes Signal linear, weist jedoch

Ti unterhalb des Schwellwertes eine mit der Signalamplitude abnehmende Verstärkung auf (DE-OS 23 21 686).

Die eingangs genannte bekannte Schaltungsanordnung ermöglicht es nun, solche mit einem einzigen Übertragungskanal aufzubauen, die den bekannten

c<> Schaltungsanordnungen mit Parallelschaltung äquivalent sind, bei denen in Schaltungen mit Begrenzer im Presser eine Vorwärtsregelung und im Dehner eine Rückwärtsregelung vorgesehen ist bzw. bei Schaltungen mit Übertragereigenschaften im Presser eine

i"> Rückwärtsregelung und im Dehner eine Vorwärtsregelung (in der Ausdrucksweise der DE-OS 23 21 68b Parallelanordnungen vom Typ I und 4). Mit der eingangs genannten Schaltungsanordnung ist es jedoch

nicht möglich, Schaltungsanordnungen mit einem einzigen Übertragungskanal aufzubauen, die Parallelanordnungen vom Typ 2 bzw. 3 äquivalent sind, d.h. Schaltungsanordnungen mit Begrenzereigenschaften, bei denen im Presser Rückwärtsregelung und im Dehner Vorwärtsregelung vorgesehen ist bzw. bei Schaltungsanordnungen mit Übertragereigenschaften im Presser Vorwärtsregelung und im Dehner Rückwärtsregelung vorgesehen ist. Diese letzteren Schaltungsanordnungen sind aber vor allem für Videozwecke interessant

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden, daß Schaltungsanordnungen mit einem einzigen Übertragungskanal aufgebaut werden können, die Parallelanordnungen vom Typ 2 oder Typ 3 äquivalent sind, die vor allem für Videozwecke von Interesse sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergebe", sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. la stellt eine nach dem Prinzip der Parallelen-Ordnung vom Typ 1 arbeitende Störsignalverminderungseinrichtung schematisch dar.

Fig. Ib stellt eine nach dem Prinzip der Parallelanordnung vom Typ 3 arbeitende Störsignalvenninderungseinrichtung schematisch dar.

Fig. Ic stellt eine nach dem Prinzip der Serienanordnung vom Typ 1 oder Typ 2 arbeitende Störsignalverminderungseinrichtung schematisch dar.

F i g. 2a stellt eine nach dem Prinzip der Parallelanordnung vom Typ 2 arbeitende Störsignalverminderungseinrichtung schematisch dar.

F i g. 2b stellt eine nach dem Prinzip der Parallelanordnung vom Typ 4 arbeitende Störsignalverminderungseinrichtung schematisch dar.

F i g. 2c stellt eine nach dem Prinzip der Serienanordnung vom Typ 2 oder Typ 3 arbeitende Störsignalverminderungseinrichtung schematisch dar.

Fig.3a zeigt die Pressungs- und Dehnungs-Prüfton-Frequenzgänge von Pressern und Dehnern, die nach dem Prinzip der Serienanordnung a'beiten und ein einfaches frequenzselektives Widerstandsnetzwerk enthalten.

F i g. 3b zeigt die Pressungs- und Dehnungs-Prüfton-Frequenzgänge von Pressern und Dehnern, die nach dem Prinzip der Serienanordnung arbeiten und die Serienanordnung eines linearen Widerstands und eines einfachen frequenzselektiven Widerstandsnetzwerks aufweisen.

Fig.3c zeigt die Pressungs- und Dehnungs-Prüfton-Frequenzgänge von Pressern und Dehnern, die nach dem Prinzip der Serienanordnung arbeiten und die Serienanordnung eines linearen Widerstands und eines frequenzselektiven Widerstandsnetzwerks enthalten, das eine Beschränkung des Grades der Dynamikbereichsänderung bewirkt.

Fig.4 stellt ein schematisches Schaltbild einer

Hochfrequenz-Störsignalverminderungseinrichtung
dar, die nach dem Prinzip der Serienanordnung vom Typ 2 arbeitet.

Fig.5 stellt ein schematisches Schaltbild einer

Hochfrequenz-Störsignzlverminderungseinrichtung
dar, die nach dem Prinzip der Serienanordnung vom Typ 3 arbeitet.

F i g. 6 stellt ein verallgemeinertes frequenzselektives Widerstandsnetzwerk dar.

Fig.6a stellt eine praktische Ausführungsform des Widerstandsnetzwerks nach F i g. 8 dar.

F i g. 7 stellt ein frequenzselektives Widerstandsnetzwerk dar, das für eine Heim-Störsignalverminderungseinrichtung geeignet ist

F i g. 7a stellt eine Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 9 mir. Mitteln zum Begrenzen von Überschwingungen dar; und

F i g. 7b stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung dar, die zur Überschwingungsbegrenzung verwendet werden kann.

Zunächst erscheint es zweckmäßig, die erfindungsgemäßen Anordnungen den bekannten Pressern, Dehnern und Störsignalverminderungseinrichtungen in Parallelanordnung vom Typ 1 bis 4 zuzuordnen. So stellt Fig. la eine Störsignalverminderungseinrichtung vom Typ 1 in Parallelanordnung dar. Bei dieser Anordnung wird einem begrenzenden weiteren Kunal 10 ein Signal zugeführt das im Falle des Pressers vom Eingangssignal V₁ und im Falle des Dehners vom Ausgangssignal V₄ abgeleitet ist Die vom weiteren Kanal 10 gebildete Signalkomponente wird im Presser durch eine Über-IagerungSichaltung 11 zu einer Hauptsignalkomponente, die vom Hauptkanal 12 gebildet wird, hinzuaddiert um das Presserausgangssignal Vi zu bilden. Dieses Signal wird nach Übertragung und Empfang oder nach einer Aufzeichnung und Wiedergabe zum Dehnereingangssignal Vy, das dem durch ein Störsignal verfälschten Signal V₂ entspricht.

Dieses Störsignal wird relativ zu dem vorher zusammengepreßten Informationssignal durch die Wirkung des Dehners verringert. Im Dehner wird das Ausgangssignal des weiteren Kanals 10 von der Hauptkomponente V₃ subtrahiert, was schematisch durch eine Umkehrstufe 13 vorder Überlagerungsschaltung 11 dargestellt ist. In ähnlicher Weise werden dem weiteren Übertragungskanal 14 bei der Anordnung vom Typ 3 nach Fig. Ib vom Pressereingangssignal V, bzw. vom LJehnerausgangssignal V₄ abgeleitete Eingangssignal zugeführt Die Komponente des weiteren Kanals wird dann von der Hauptkanalkomponente im Presser subtrahiert und im Dehner zur Hauptkanalkomponente addiert. Wie man sieht, führt dies zu einer Zusammenpressung von Vi relativ zu V\ und einer Dehnung von V₄ relativ zu V₃, vorausgesetzt, daß der weitere Kanal eine Übertragungskennlinie aufweist, wie sie in DE-OS 23 21 686 erläutert ist.

Im Hauptsignaikani'l können lineare Netzwerke 15 vorgesehen sein, die jedoch gewöhnlich lediglich eine Verstärkung oder Dämpfung bewirken. Die wesentliche Eigenschaft dieser Netzwerke 15 besteht jedoch darin, daß sie einen linearen Dynamikbereich bei jeder auftretenden Frequenz aufweisen. Der Frequenz- oder Phasengang ist nicht notwendigerweise linear und kann einen vorbestimmten Verlauf haben, um beispielsweise eine Kompensation oder Entzerrung zu bewirken.

Serienanordnungen vom Typ 1 und 3 sind in Fig. Ic dargestellt. Ein Eingangssignal V, wird in einen proportionalen Strom /Ί umgeformt, der durch die Anordnung von Widerstandsnetzwerken Zi und Z₅ geleitet wird. Die Spannung/Strom-Umformung ist schematisch durch einer kleinen Kreis 16 dargestellt. In der Praxis kann /Ί durch eine Stromquelle mit hohem Innenwiderstand erzeugt werden. Z\ ist ein Netzwerk aus festen Widerständen, während Z, ein frequenzselektives Widerstandsnetzwerk mit veränderbaren (A h

nichtlinearen) Eigenschaften bzw. Kennlinien ist, die für eine Niederpegel-Presserschaltung (z. B. mit einem Schwellwert von 20 dB bis 40 dB unter dem maximalen Nennsignalpegel) geeignet sind. Das Ausgangssignal des Pressers ist die durch den Strom /Ί an der Anordnung Zi, Z_s hervorgerufene Spannung V2. Die Spannung V₂ wird übertragen oder aufgezeichnet und wiedergegeben und erscheint schließlich als proportionale Spannung V₃ (durch Störsignale verfälscht) am Eingang des Dehners. Die Spannung Vj wird dort an die gleiche Widerstandsanordnung wie im Presser angelegt. Infolgedessen fließt in dieser Anordnung ein Strom /'2, der gleich oder proportional dem Strom /Ί im Presser ist. Ein Strom/Spannung-Umformer formt dann den Strom /2 in eine Spannung V₄ um, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Dehners handelt. Auf diese Weise liefert der Dehner eine Spannung V₄, die der Eingangsspannung V, des Pressers proportional ist. Die Strom/Spannungs-Umformung ist schematisch durch einen kleinen Kreis 17 dargestellt. In der Praxis kann V₄ an einem kleinen ohmschen Widerstand abgegriffen werden, der mit Z, und Z₁ in Reihe geschaltet ist.

Die wesentliche Eigenschaft der Widerstandsanordnung Zi, Z₁ ist die, daß ihre Impedanz mit zunehmendem Strom /1 oder /2 abnimmt. Im Presser wird dadurch die r> Dynamik oder der Lautstärkeumfang von V₂ zusammengepreßt, weil V₂ bei hohen Amplituden bzw. Pegeln an einer kleineren Impedanz als bei niedrigen Amplituden bzw. Pegeln abfällt. Im Dehner dehnt die gleiche Eigenschaft die Dynamik von V₄, weil /₂ bei J» hohen Amplituden bzw. Pegeln durch eine kleinere Impedan;: als bei niedrigen Amplituden bzw. Pegeln fließt. Diese Wirkung verlangt nicht das Vorhandensein von Zi. Lediglich der veränderbare Widerstand Z, ist unbedingt notwendig, wie es nachstehend noch näher erläutert wird.

Es müssen dagegen sowohl Z\ als auch Z₅ vorhanden sein, wenn es möglich sein soll, mit Vorrichtungen in Parallelanordnung vom Typ 1 und 3 vergleichbare Vorrichtungen und den Vorteil dieser in Parallelanord- *o nung aulgebauten Vorrichtungen (nämlich daß hohe Signale durch Schaltungen behandelt werden, die hinsichtlich der Dynamik linear sind) zu erhalten und zwischen Vorrichtungen vom Typ 1 und Typ 3 in Serienanordnung unterscheiden zu können. -»5

Betrachtet man daher den Fall, daß Zi und Z, vorgesehen sind, dann würde Zi dem Hauptkanal der Parallelanordnung entsprechen und eine Komponente von V₂ oder h mit Dynamiklinearität in bezug auf Vi oder Vy. je nach Lage des Falls, bilden. Bei Zi kann es so sich um einen rein ohmschen Widerstand handeln, obwohl es sich in Aaalogie zu dem linearen Netzwerk 15 um einen komplexen Widerstand handeln kann, der einen nichtlinearen Frequenz- oder Phasengang bewirkt, jedoch die Linearität in bezug auf die Dynamik bzw. den Lautstärkeumfang bewahrt Z₅ entspricht dem weiteren Kanal und kann ein veränderbarer ohmscher Widerstand sein, ist jedoch vorzugsweise ein derart gewählter komplexer Widerstand, daß die Wirkung des Pressers und Dehners durch das Prinzip der Bandeinengung hervorgerufen wird, wie nachstehend noch erläutert wird.

Bei einer Vorrichtung vom Typ 1 in Serienanordnung (vergi. DE-OS 22 i ί 347) ist die ohmsche Komponente des Widerstands Z₅ in dem beschränkten bzw. eingeengten Frequenzbereich bzw. Frequenzband positiv, und sie fällt mit steigendem /; oder i₂, so daß die Gesamtimpedanz von Zi und Z₅ abnimmt, wie dies nach vorstehender Erläuterung erforderlich ist. Bei einer Vorrichtung vom Typ 3 in Serienanordnung muß die ohmsche Komponente des Widerstands Z, erfindungsgemäß negativ (jedoch kleiner als die von Z,) in dem beschränkten Frequenzband sein, und sie fällt mit steigendem /ι oder /2, so daß wieder die Gesamtimpedanz von Zi und Z₅ abnimmt.

Die entgegengesetzten Fälle bei Vorrichtungen vom Typ 2 und Typ 4 sind in den F i g. 2a, 2b und 2c dargestellt. F i g. 2a stellt einen Presser in Parallelanordnung dar, bei dem dem begrenzenden weiteren Kanal 10 ein vom Presserausgangssignal abgeleitetes Eingangssignal zugeführt wird. Bei dem komplementären Dehner wird dem begrenzenden weiteren Kanal 10 als Eingangssignal ein vom Dehnereingangssignal abgeleitetes Signal zugeführt. F i g. 2b zeigt den entsprechenden Fall einer Anordnung vom Typ 4, bei der der weitere Kanal nicht s!s Begrenzer, sondern als Übertrager (DE-OS 23 21 686) wirkt. Die Kombination bzw. Überlagerung der Signalkomponenten des Haupt- und weiteren Kanals erfolgt in jedem Falle wie in dem entsprechenden Fall nach den F i g. 1 a und 1 b.

Bei der als Serienanordnung ausgebildeten Störsignalverminderungseinrichtung nach F i g. 2c wird im Presser eine Eingangsspannung Vi an eine Serienanordnung der Widerstandsnetzwerke Zi und Z, angelegt, so daß ein Strom it fließt. Der Strom stellt die Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Eingangsgröße V, dar, was den Parallelanordnungen nach den Fig.2a und 2b entspricht. Das Ausgangssignal de= Pressers wird daher durch Bildung eines Ausgangssignals V₂ in Abhängigkeit vom Netzwerkstrom /Ί gewonnen.

Nach einer Übertragung oder Aufzeichnung erscheint das Pressersignal V₂ als Dehnereingangssignal V₃. Wie die Fig.2a und 2b zeigen, wird bei den Paraüelanordnungen vom Typ 2 und 4 das Eingangssignal des weiteren Kanals vom Dehnereingangssignal abgeleitet. Das Dehnereingangssignal V₃ wird dabei in einen proportionalen Strom i₂ umgeformt, der durch Z₁ und Z₅ fließt. Das Ausgangssignal V₄ ist der Spannungsabfall am gesamten Widerstandsnetzwerk Z,, Z₅. Das Ausgangssignal V₄ der Störsignalverminderungseinrichtung ist daher dem Eingangssignal V, proportional.

Bei der Anordnung nach F i g. 2c muß die Gesamtimpedanz von Zi und Z₅ mit V, zunehmen. Dadurch wird die Dynamik von V₂ zusammengepreßt da V, bei hohen Amplituden an einer größeren Impedanz als bei niedrigen Amplituden anliegt, und die Dynamik von V₄ gedehnt da V₄ bei hohen Amplituden an einer größeren Impedanz als bei niedrigen Amplituden abfällt Bei einer Vorrichtung vom Typ 2 in Serienanordnung wird die Impedanzzunahme dadurch bewirkt <iaß man die ohmsche Komponente der Impedanz von Z₅ erfindungsgemäß negativ macht und die negative Impedanz mit zunehmendem Strom /Ί oder h abnehmen läßt Bei einer Vorrichtung vom Typ 4 in Serienanordnung wird die Zunahme der Impedanz dadurch bewirkt daß man die ohmsche Komponente der Impedanz von Z, positiv macht und Z₅ mit Z₁ oder h zunehmen läßt (vergl. DE-OS 22 11 347).

In allen Fällen ist der feste Widerstand Z, fakultativ. Presser und Dehner für Störsignalverminderungseinrichtungen sind jedoch vorzugsweise mit Zi versehen, um bei hohen Sigr.alamplituden eine verzerrungsfreie lineare Signalkomponente zu erhalten. Der Widerstand Z₅ ist durch ein Netzwerk mit veränderbarer Impedanz gebildet das so ausgelegt ist daß es den Frequenzbereich einengt in dem eine Dynamikänderung erfolgt

wenn die Signalamplitude den Schwellwert überschreitet. Die Impedanz von Z₅ kann einen verhältnismäßig einfachen oder komplizierten Verlauf in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude haben. Die Impedanz kann in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude rein ohmsch oder rein reaktiv oder eine Kombination davon .«»in. Die ohmsche Komponente ist bei bekannten Schaltungsanordnungen positiv; erfindungsgemäß ist sie dagegen negativ, um Typ 2 oder Typ 3 Parallelanordnungen auch in Serienform realisieren zu können.

Ein solcher Widerstand kann aus festen Elementen in Kombination mit veränderbaren Elementen gebildet sein, die ihrerseits wieder auf verschiedene Art gebildet sein können, z. B. durch passive Kreise mit ohmschen Widerständen, Kondensatoren, Spulen und Transformatoren, oder durch aktive Kreise, wie rückgekoppelte Verstärker, Miller-Effekt-Schaltungen, Gyrator-Schaltungen und dergleichen an sich bekannte Mittel und Anordnungen. Die einzige Einschränkung besteht darin, daß es sich insgesamt um einen Widerstandszweipol handeln sollte, d. h. ein Netzwerk, an dessen Anschlüssen eine Spannung auftritt, wenn ein Strom hindurchfließt, oder durch das ein Strom hindurchfließt, wenn eine Spannung an seinen Anschlüssen angelegt wird. Dabei kann die zur Bildung des Widerstands erforderliche Schaltungsanordnung Zuleitungen aufweisen. Diese sollten die Impedanz jedoch nicht beeinflussen. Der Widerstand kann völlig potentialfrei in bezug auf die Spannungsquelle sein oder mit einem Anschluß auf Bezug5DOtential liegen, was jedoch die Art einschränkt, in der der Widerstand verwendet werden kann.

Die Fig.3a, 3b und 3c dienen der weiteren Erläuterung, wie das frequenzselektive Widerstandsnetzwerk zugeführte Signale beeinflußt. Fig.3a zeigt den Fall, daß Z\ weggelassen und Z, als einfacher frequenzselektiver Widerstand ausgebildet ist, der die Eigenschaft einer veränderbaren induktivität hai, die in einer Vorrichtung vom Typ 1 oder Typ 2 verwendet wird und eine Spannungsverstärkung bei hohen Frequenzen in Abhängigkeit von einem Eingangsstrom bewirkt Die ansteigenden Linien des Diagramms stellen Frequenzgänge des Netzwerks bei einem Prüfton niedriger Amplitude und verschiedenen Steuersignalzuständen dar. Die abfallenden Linien stellen entsprechende Dehnungskennlinien dar.

Wenn Presser oder Dehner in Störsignalverminderungseinrichtungen verwendet werden, ist es günstig, wenn ein lineares Bauteil in dem Widerstandsnetzwerk enthalten ist F i g. 3b zeigt den Fall, daß Z\ ein ohmscher Widerstand ist und Z, wieder einfach die Kennlinie einer veränderbaren Induktivität hat. Das Diagramm stellt die Prüfton-Frequenzgänge des Pressers und Dehners mit einem solchen Netzwerk dar. Ohne eine Beschränkung der Verstärkung beim Zusammenpressen kann jedoch in der Praxis eine Schwierigkeit hinsichtlich einer Hochfrequenzüberlastung des Mediums oder mittleren Kompressionsverhältnisses und/oder ein zu hohes Kompressionsverhältnis (dB eingangsseitig über dB ausgangsseitig bei einer bestimmten hohen Frequenz) entstehen. Bei der Dehnung können die schnell abfallenden Kurven bei hohen Frequenzen Störsignalmodulationseffekte bei fehlender Modifikations- bzw. Änderungseinschränkung zur Folge haben. Ferner kann eine Modulation des Gesamtfrequenzganges der Störsignaiverminderungseinrichtung erfoigen, wenn eine Verstärkung oder Verluste oder eine Frequenzgangänderung im Aufzeichnungs- oder Wiedergabekanal auftreten.

Bei einer praktisch ausgeführten Störsignalverminderungseinrichtung sollte daher eine Änderungsbegrenzung vorgesehen sein. F i g. 3c zeigt den Fall, daß Z\ ein ohmscher Widerstand ist und Z₅ die Kennlinie bzw. Eigenschaft einer veränderbaren Induktivität in Parallelschaltung mit einem ohmschen Widerstand Rl hat, wie bei den nachstehend beschriebenen Fig.4 und 5. Die Änderungsbegrenzung bewirkt der ohmsche Widerstand Rl- Die Kompressions- und Expansionskurven vom allgemeinen Typ nach Fi g. 3c sind besonders für Störsignalverminderungseinrichtungen geeignet. Sie bewirken eine Störsignalverminderung ohne merkliche Störsignalmodulationseffekte und ohne besondere Hervorhebung von Aufzeichnungs- oder Übertragungsfehlern. Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich auf Störsignalverminderungseinrichtungen von dem in F i g. 3c dargestellten Typ.

Die Fig.4 und 5 stellen eine Störsignalverminderungseinrichtung vom Typ 2 bzw. 3 dar. In beiden Fällen wird der Hochfrequenzteil des Spektrums beeinflußt, da dieser auf dem Gebiet der Audio- oder Videotechnik und auf anderen Gebieten häufig von größter praktischer Bedeutung ist. Der Prüf ton-Frequenzgang entspricht dem nach F i g. 3c. In allen Fällen erfolgt eine Verstärkung oder Dämpfung hoher Frequenzen um 1OdB (1OdB entspricht einem Spannungs- oder Stromfaktor von 3,16). Es lassen sich jedoch auch Störsignalverminderungseinrichtungen mit wesentlich komplizierteren Kennlinien ausbilden. Die angegebenen Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung des allgemeinen Prinzips in einheitlicher Form, so daß die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Anordnungen klarer erkennbar sind.

Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungen von Pressern, Dehnern und Störsignalverminderungseinrichtungen wird das Steuersignal vorzugsweise an einer Sieiie der Schaltungsanordnung abgenommen, an der die Spannung oder der Strom bei hohen Signalamplituden auf einen kleinen Wert begrenzt ist. Bei der Serienanordnung vom Typ 2 nach F i g. 4 wird daher die Steuerspannung V₁ von der Spannung an der veränderbaren Impedanz L abgeleitet. Die Steuerspannung wird durch eine Schaltung 18 gleichgerichtet und geglättet, um eine sich ändernde Gleichspannung zu bilden, die der Wechselsignalspannung entspricht. Das gleichgerichtete und geglättete Steuersignal verändert die Parameter des frequenzselektiven Impedanznetzwerks in der Weise, daß Signalkomponenten mit hoher Amplitude von einer Dynamikänderung ausgeschlossen werden.

B.";i der Störsignalverminderungseinrichtung vom Typ 2 nach F i g. 4 wird die lineare Signalkomponente durch den ohmschen Widerstand Z₁ von 3,16 Kilo-Ohm und die veränderbare Komponente durch den ohmsehen Widerstand Rl von —2,16 Kilo-Ohm und die veränderbare Induktivität L gebildet Die veränderbare Induktivität hat einen großen Wert bei kleinen Amplituden und einen kleinen Wert bei hohen Amplituden. Bei kleinen Amplituden und niedrigen Frequenzen ist die Reaktanz der Induktivität klein im Verhältnis zu dem ohmschen Widerstand von —2,16 Kilo-Ohm, so daß er durch diese praktisch kurzgeschlossen ist Die Gesamtimpedanz beträgt daher praktisch 3,16 Kilo-Ohm, die den unveränderten Strom /ι in Abhängigkeit von der Einganpspannung Vj bestimmt Bei niedrigen Amplituden und hohen Frequenzen wird die Reaktanz der Induktivität groß im Verhältnis zur Resistanz von —2,16 Kilo-Ohm. Die

negative Resistanz kompensiert einen Teil der positiven Resistanz, so daß sich eine Gesamtresistanz von 1 Kilo-Ohm ergibt. Diese bestimmt die geänderte oder zusammengepreßte Charakteristik, wobei der Strom 3,16mal höher als bei der Impedanz von 3,16 Kilo-Ohm ist, wie sie bei niedrigen Frequenzen vorliegt. Ein Strom/Spannun^s-Umformer bildet dann die Presserausgangsspannung V₂.

Das aufgezeichnete oder übertragene Signal Vs wird in einen Strom /2 umgeformt, der durch den von Z\ und Z_s gebildeten ohmschen Widerstand von 3,16 Kilo-Ohm fließt. Das gleiche Signal /2 wird daher sowohl zur Bildung der linearen als auch zur Bildung der nichtlinearen Komponente des Ausgangssignals verwendet. Dies entspricht der Parallelanordnung vom Typ 2 nach F i g. 2a. Bei der Serienanordnung stellt das Ausgangssignal daher die Kombination bzw. Überlagerung der linearen .Snannungskomnonente und der nichtlinearen, von Z, gebildeten Komponente dar. Bei niedrigen Amplituden und niedrigen Frequenzen ist die Reaktanz der Induktivität L klein im Vergleich zur Resistanz von —2,16 Kilo-Ohm. Die Induktivität schließt die negative Resistanz daher praktisch kurz und verhindert dadurch eine Dämpfung der linearen Spannungskomponente. Auf diese Weise bleibt die Dynamik unverändert. Bei niedrigen Amplituden und hohen Frequenzen ist die Reaktanz der Induktivität groß im Vergleich zur Resistanz Rl von —2,16 Kilo-Ohm. Die negative Resistanz kompensiert daher einen Teil der positiven Resistanz, so daß sich insgesamt eine Resistanz von 1 Kilo-Ohm ergibt. Auf diese Weise erscheint an den Ausgangsanschlüssen eine dem Strom h entsprechende, gedämpfte Spannung V₄. Bei hohen Amplituden wird die Induktivität verringert, so daß die negative Resistanz praktisch kurzgeschlossen wird und am Ausgangsanschluß eine unveränderte Spannung erscheint.

Entsprechende Presser, Dehner und Störsignalverminderungseinrichtungen vom Typ3 sind in Fig.5 dargestellt. Bei den Anordnungen vom Typ 3 sind Übertrager anstelle vor: Begrenzern in den weiteren Kanälen der Parallelanordnung vorgesehen. Bei der Serienanordnung gestattet das entsprechende frequenzselektive Widerstandsnetzwerk, daß sich bei hohen Amplituden eine hohe Spannung anstelle einer niedrigen Spannung, wie bei den Serienanordnungen vom Typ 1 und 2, an dem Netzwerk ausbildet. Anstelle des Spannungsabfalls an dem veränderbaren Widerstand des frequenzselektiven Widerstandsnetzwerks wird daher der durch diesen veränderbaren Widerstand hindurchfließende Strom i_c bei hohen Signalamplituden auf einen kleinen Wert begrenzt So wird bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 das Steuersignal von dem durch den veränderbaren Kondensator C fließenden Strom abgeleitet Ein Gleichstrom-Steuersignal wird durch Gleichrichtung und Glättung des Eingangssignals i_c der Steuerschaltung 19 in dieser gebildet und zur Veränderung der Kapazität des Kondensators verwendet Dabei bewirkt das Steuersignal eine Vergrößerung der Kapazität bei niedrigen Amplituden und eine Verringerung der Kapazität bei hohen Amplituden.

Die Wirkungsweise der Anordnung vom Typ 3 nach Fig.5 ist folgende. Die Eingangsspannung Vi wird in einen Strom Z₁ umgeformt der durch das Widerstandsnetzwerk fließt Bei niedrigen Amplituden und niedrigen Frequenzen ist die kapazitive Reaktanz groß im Vergleich zur Resistanz von —2,16 Kilo-Ohm des ohmschen Widerstands Ru Die negative Resistanz kompensiert daher teilweise die positive Resistanz, so daß sich ingesaml eine Resistanz von 1 Kilo-Ohm ergibt, die die unveränderte Dynamik bewirkt. Bei hohen Frequenzen hat der Kondensator eine niedrige Reaktanz im Vergleich zur Resistanz von —2,16 Kilo-Ohm. Der somit praktisch vorliegende Kurzschluß eliminiert die Wirkung der negativen Resistanz. Die volle positive Resistanz von 3,16 Kilo-Ohm bewirkt dann eine Änderung oder Anhebung des Presserausgangssignals V₂. Wenn eine Signalkomponente mit hoher Amplitude bei einer bestimmten Frequenz auftritt, wird die Kapazität verringert, um diese Frequenz von einer Dynamikänderung auszuschließen.

Der entsprechende Dehner erhält eine Spannung Vj, und die Ausgangsspannung V₄ wird in Abhängigkeit von dem resultierenden Strom /₂ gebildet Bei niedrigen Amplituden und niedrigen Frequenzen ermöglicht die hohe kapazitive Reaktanz eine teilweise Kompensation der positiven Resistanz durch die negative Resistanz, was einen hohen Strom zur Folge hat, um die unveränderte Dynamikcharakteristik zu bilden. Bei hohen Frequenzen und niedrigen Amplituden ist die kapazitive Reaktanz hinreichend klein, um die negative Resistanz praktisch kurzzuschließen. Der volle Wert der positiven Resistanz hat daher einen verringerten Strom zur Folge, der ein abgesenktes oder gedehntes Ausgangssignal V₄ bewirkt.

F i g. 6 stellt ein frequenzselektives Widerstandsnetzwerk Z₅ in verallgemeinerter Form mit zwei Anschlüssen 1 und 2 dar. Die Funktion F(i) stellt die Abhängigkeit der Spannung V₅ zwischen den Netzwerkanschlüssen 1 und 2 von dem durch das Netzwerk fließenden Strom i dar. Umgekehrt ist auch der Strom / nach Maßgabe der Funktion F(i)\on der angelegten Spannung V₁ abhängig. Die Impedanz des Widerstandsnetzwerks Z₁ ist gleich dem Quotienten von V₅ und /. Dies sind Eigenschaften, die jeder Widerstandszweipol aufweist.

Fig.6a stellt eine praktische Ausführung der verallgemeinerten Darstellung nach Fi?. 6 etwas ausführlicher dar. Das WiderstandsnetzwerK Z, kann nur aus rein passiven Bauelementen aufgebaut sein, doch ist üblicherweise die Ausbildung negativer ohmscher Widerstände durch die Anwendung aktiver,

d. h. verstärkender Bauelemente möglich. F i g. 6a zeigt ein Widerstandsnetzwerk Z₅, dessen Impedanz gleich dem Quotienten von V₁ und / ist. In diesem Falle ist Z₅ zwischen den Anschlüssen 1 und 2 potentialfrei dargestellt, doch ist es in einigen Fällen möglich oder kein großer Nachteil, wenn einer der Anschlüsse auf einem Bezugspotential liegt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein niederohmiger Widerstand 35 zur Erfassung des Stroms vorgesehen. Das resultierende Signal wird über einen Transformator 36 und Verstärker 37 geleitet und dann in der Störsignalverminderungsschaltung 38 entsprechend verarbeitet Das resultierende Störsignalverminderungssignal V< erscheint dann schSießlich in dem Kreis zwischen den Anschlüssen 1 und 2.

Dabei wird das Signal V₅ über einen Verstärker 39 mit niedrigem Ausgangswiderstand und einen Transformator 40 zwischen den Anschlüssen 1 und 2 eingekoppelt Ein negativer ohmscher Widerstand ergibt sich., wenn der Strom ein Signal in der Rückkopplungsschleife zur Folge hat das eine solche Polarität hat daß die Polarität von V_s entgegengesetzt zu der ist die durch einen normalen ohmschen Widerstand bewirkt würde. Der Wert der Resistanz hängt vom Schleifengewinn

(Verstärkung der geschlossenen Schleife) ab.

Reaktanzkomponenten von Z₅ werden durch Verwendung von Reaktanzen in dem Rückkopplungskreis verwendet. Die Art der resultierenden Reaktanz hängt von der Polarität und Art der in dem Rückkoppiungskreis verwendeten Reaktanz ab.

Bei den früheren Beispielen und Erläuterungen wurden lediglich die einfachsten Arten von frequenzselektiven Widerstandsnetzwerken durch Darlegung des Grundprinzips der Erfindung angeführt. F i g. 7 stellt ein ausführlicheres frequenzselektives Widerstandsnetzwerk dar, das für eine Heim-Störsignalverminderungseinrichtung geeignet ist. Die resultierenden Eigenschaften der Störsignalverminderungseinrichtung entsprechen den in DE-OS 19 54 328 beschriebenen. Der Strom / ruft einen Spannungsabfall V₅ entsprechend der Widerstandsfunktion F(i) hervor. Ein festes Hochpaßfilter, das durch C\ und /?i mit einer Grenzfrequenz von J,5 kHz gebildet ist, wird durch eine vorn Strom i abhängige Spannung ν gespeist. Das Ausgangssignal des festen Hochpaßfilters wird einem veränderbaren Hochpaßnetzwerk zugeführt, das einen Längskondensator Ci und einen veränderbaren ohmschen Parallelwiderstand Ry aufweist. Zur Erzielung eines optimalen Phasengangs liegt parallel zum Kondensator Cj ein ohmscher Widerstand /?2, so daß sich eine Zeitkonstante R2C2 ergibt, die einer Übergangsfrequenz von 750 Hz entspricht. Der veränderbare ohmsche Widerstand R_v wird in Abhängigkeit von der in ihm abfallenden Spannung V₅ so geregelt, daß die Spannung V₅ bei hohen Signalamplituden begrenzt wird. Die dabei erzeugte Spannung V, wird in Reihe in den Stromkreis eingekoppelt. Das frequenzselektive Widerstandsnetzwerk nach Fig.7 wird normalerweise verwendet, um eine Gesamtdynamikänderung und Störsignalverminderung von etwa 1OdB oberhalb von etwa 1,5 kHz zu bewirken.

Bei einem sprungartigen Anstieg der Signalamplitude kann eine Überschwingung im Signal V₅ entstehen. Wie F i g. 7a zeigt, ist es möglich, diese selbst bei extremen Übergangsbedingungen durch Verwendung eines nichtlinearen Begrenzers 27, der beispielsweise nichtlineare Elemente, wie Dioden, enthält, auf eine kleine Amplitude zu begrenzen. Konstantstromdioden können in ähnlicher Weise verwendet werden, wenn der durch den veränderbaren Widerstand fließende Strom, nicht die Spannung, bei hohen Eingangssignalamplituden auf einen kleinen Wert begrenzt wird. Die Dioden können an den veränderbaren ohmschen Widerstand R_v angeschlossen oder angekoppelt oder irgendwo später in dem Stromkreis so eingesetzt werden, daß sie Überschwingungen des Signals V₅ begrenzen. Bei F i g. 4 und 5 wird der Begrenzer 27 so angeordnet, daß er an Z₅ wirksam ist.

Die Signalamplitude an der Stelle, an der die Dioden angeordnet sind, ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine gute Begrenzungswirkung mittels herkömmlicher Dioden erzielt wird. Mitunter ist die verfügbare Signalspannung jedoch zu niedrig. In diesen Fällen ist es möglich, eine verstärkende negative Rückführung bzw. einen Rückkopplungskreis mit negativem Verstärkungsfaktor zu verwenden, die bzw. der Dioden 28 und einen Umkehrverstärker 29 enthält, wie es in Fig. 7b dargestellt ist. Die am Eingang erforderliche Spannungsampütude ist um den Faktor der Verstärkung des Rückkopplungskreises bzw. der Rückführung verringert, was zur Folge hat, daß der Begrenzungsschwellwert in entgegengesetzter Richtung gegenüber der des Eingangssignals verschoben wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ti ■'-'■■ι

1. Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereichs eines Naehrichiensignals, bei der eine Anzahl von Impedanznetzwerken in Reihenschaltung 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 bestimmtes 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

Ηΐαςο Λλ/Afcn Htcaco ^icmfiltnmnAnpntpn v/Ml Ae*r