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 (Zs) 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 (RL) 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 (Zs) 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, Zs 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
Zs 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 ic 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 ic 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 Vs 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 Rv
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 Rv 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