DE2427233C3 - Rauschunterdrückungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ein. ichiung /ur Unterdrückung von höherfrcquenlcm Tonfrequen/rausehcn. mit einem Filier in der Signalübertragungsstre:ke. dessen Durchlaßcharakterislik im höheren Tonfrequenzbercich miitcls einer Steuereinrichtung veränderbar ist, mit einer steuerbaren Impedan/sehalliing, die über einen Sleucrvcrxtärkcr und über eine Glcichrichterschaltung im Sinne abnehmender Impedanz dann wirksam wird, wenn das Eingangssignal einen über einem vorgegebenen Wert liegenden 1. Pegel oder höherfrequente Tonfrcque.izkomponcnten mit einem über einem vorgegebenen Wert liegenden 2. Pegel hat.

Ein bekanntes, einfaches Verfahren /um Eliminieren des höherfrcquentcn Tonfrequen/rauschcns. beispielsweise des Zisch-Gcräusches, das bei der Tonbandwicdergabe auftritt, oder andere Geräusche, die bei der Wiedergabe von FM Radiosignalen auftreten, besteht darin, ein Filter mit einer Dämpfungscharakteristik in den höheren Tonfrequenzen in einem Teil der Wicdergabcschaluing eine·; Tonbandgeräts oder eines FM-Empfängcrs vorzusehen. Dieses Verfahren hat jedcch den Nachteil, daß eine Hi-Fi-Keproduktion nicht durchgeführt werden kann, da das Filter nicht nur die Rauschkomponente, sondern auch die höheren Tonfre qucn/cn ties wiederzugebenden Originalsignals absorbiert.

/um besseren Verständnis (ίο.- Erfindung sind noch einige Bemerkungen /u der Empfindlichkeit lies menschlichen Gehörs zu machen. Wenn ein /ti reproduzierendes Tonsignal, das aus einer niederfre ((!leinen Tonfrequen/komponcnle besteht, die von einer hiiherfrcquenten Tonfre(|iienzk(imponente begleitet ist. wiedergegeben wird, so empfindet das menschliche Gehör das hnherfretinente 'lonfreaiienzrauschcn sehr stark. In diesem Fall sollte daher ein Sperrfilter für die höheren Tonfrequenzen in einer Wiedergabeschaltung für das Tonsignal vorgesehen sein, um die Rauschkomponente zu eliminieren.

Wenn andererseits ein zu reproduzierendes Tonsignal, das aus einer höherfrequenten Tonfrequenzkomponente besteht, der eine Rauschkomponente mit höherer Tonfrequenz überlagert ist, wiedergegeben werden soll, so wird die Rauschkomponente von dem menschlichen Gehör nicht als störend empfunden, da die Rauschkomponente durch die höherfrequente Tonfrequenzkomponente der Programrn-Signalquclle überdeckt ist. Dasselbe trifft zu, wenn die Amplitude des zu reproduzierenden Tonsignals groß ist. In diesem Fall sollte das oben genannte Sperrfilter für höhere Tonfrequenzen aus der Widergabeschaltung entfernt werden, um die höherfrequente Tonfrequen/koniponente der Programm-Signalqueile getreu wiedergeben zu können.

Eine Einrichtung der oben beschriebenen Art ist bereits aus der US-PS 20 9b 760 bekannt, bei der das /ur Steuerung des Filters erforderliche Ausgleichssignal über Hochpaßfilter erzeugt wird. Damit wird selbst dann, wenn keine hochfrequente Komponente \orhanden und das Nutzsignal als ganzes einen großen Pegel aufweist, das Filter gesteuert. Dies ist jedoch nach den Überlegungen der A,nmcldcrin bei einem hohen Pegel des Nutzsignals nicht erforderl'ch und hat nur eine Beeinträchtigung der Hi-Fi- Widcrgabe zur Folge.

Weiterhin ist aus der US-PS 27 59 049 eine Einrichtung zur Unterdrückung von höherfrequcntem Tonfrequen/rauschcn bekannt, bei der in Abhängigkeit vom Eingangspegel der Einrichtung die Grenzfrequcn/ eines Tiefpaßfilters dahingehend verändert wird, daß bei kleinem Pegel die höheren Frequenzen zunehmend gedämpft oder vollständig unterdrückt werden. Dabei werden jedoch die höheren Frequenzen auch dann gedämpft, wenn das Eingangs- b/w. Nul/signal höherfrequente Anteile aufweist. Dies ist aber, auch im Hinblick auf eine Ili-Fi-Qualitä! nicht nötig, da das höherfrequente Tonfrequcn/rauschen in diesem Fall von den höherfrequenten Tonfrequenzkomponentcn des Nut/s'gnals überblendet wird. Darüberhinaus wird bei dieser Hinrichtung sowohl die obere als auch die unlere Grcn/frcq-ien/ entsprechend gedämpft, so daß die Hi-Fi Wiedergabe noch mehr verschlechtert wird.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Einrichtung /ur Unterdrückung von höherfrequenlem Tonfrequen/rauschcn zu schalfen, bei der gleichwohl eine Wiedergabe des Nut/.signals in Hi-Fi-Qualitiii möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Filter in einem Tiefpaßzweig einen Transistor und einen Kondensator aufweist, der /wischen der Basis .!es Transistors und Erde geschaltet ist. und dall dem Kondensator ein Ausgleichssignal so zugeführt wird, daß der von der liasis des Transistors über den Kondensator /ur Erde (ließende Strom vermindert b/w. unterdrückt wird, wobei das Ausgleichssignal vom Eingang des Filters über einen Verstärker und die Impcdan/.schalliing abgeleitet ist

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wir:l erreicht, daß das 1 Hler einen der I Ii-Fi-Qualiläi entsprechenden linearen Frequenzgang aufweist. Da durch, daß die Slcuereinrichlung direkt mit dem Filter verbunden ist. kann außerdem auf ein /usät/liches Trennfilter für das Hingangssignal verzichtet werden.

Bei einer bcvomiiiten Aiisfühningsform der Erfin-

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dung weist die Einrichtung eine Rüekkupplungseinrichtung auf, die zwischen dem Steuerverstärker und dem Verstärker geschaltet ist und eine Störung des Ausgleichssignuls vermindert.

Dadurch, daß die Phase des in seiner Durehlaßcharakterislik veränderbaren Filters mit der Phase des Ausgleichssignals zusammenfällt, kann die Durchlaßeharakterislik noch weiter verbessert werden. Außerdem kann durch die Verminderung einer Störung im Ausgleichssignal die Welligkeit, die nach einer Gleichstromumwandlung auftreten kann, vermindert werden, wodurch die Durchlaßcharakteristik des Filters verbessert wird. Zusätzlich dazu kann die Eingangsimpedan/ des Ausgleichssignalverslärkers erhöht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Schaltung des Ausführungsbeispiels von Fig.l;

Fig. ' ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für einen Hochfrequenzsperrfilter;

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel einer Schallung für einen Bandfilter: und

F i g. 5 charakteristische Kurven der Rauschunlerdruckungseinrichtung gemäß der Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist ein Filter I mit variabler Bandbreite in einem Tonsignal-Übertragungsweg 2 vorgesehen, über das das Original-Tonsignal einer Programm-Signalquelle mit einer höherfrequentcn Tonfrequenz-Rauschkomponentcn übertragen wird. Das Filter I läßt alle Frequenzen des Tonsignals durch, wenn kein Kompcnsationssignal am Steuereingang la des Filters 1 anliegt, das von dem Kompensationssignalvcrstärkcr 3 kommt. Andererseits wirkt das Filter 1 als Sperrfilter für höhere Tonfrequenzen, d;>s die höheren Tonfrcquenzkomponenten mit mehr als etwa 4kllz eliminiert (Fig. 5), wenn beispielsweise ein Kompensaiionssigna! am Steuereingang I.j anliegt.

Ein Teil des Original-Tonsignals wird von dem Anschluß \b des Filters 1 abgenommen. Dieses abgenommene Tonsignal, das einen Teil des ursprünglichen Eingangssignals darstellt, wird an den Verstärker 3 angelegt. Die Ausgänge des Verstärkers 3 werden an den Eingangsanschluß la des Filters 1 und an einen Stcucrvers'ärker < angelegt. Der .'iteuerverstärker 4 erzeugt ein Ausgangssigrial, wenn das ursprüngliche Tonsignal eine höhere Tonfrequen/koniponente hat oder wenn die Amplitude des Original-Tonsignals großer als ein vorbesiim."tcr Wert ist.

Das Ausgangssignal des Steuerverstärkers 4 wird in einem Gleichrichter 5 gleichgerichtet und danach an eine variable Impedan/schaltung 6 angelegt, die die Eingangsimpedan/ des Eingangsanschlusses la des Filters 1 hcrabsct/i.

F.ine negative Rückkopplung 7 ist /wischen dem Steucrverslärkcr 8 und dem Verstärker 3 vorgesehen, um die Fillcrcharaktcristikcn des Filters 1 zu verbessern.

Wenn im Retrieb ein Original-Tonsignal an den l\ingangsanscnltiB des liltcis 1 angelegt wird, wird ein Teil des Original-Tonsignal.s von dem Ausgangsali Schluß 1Λ abgeleitet und dem Verstärker 3 zugeführt, in dem das abgeleitete Signal verstärkt und dem Steuerversl;irker4 zugeführt wird.

Wenn das Origirialsignal eine höhere Tonfrequenzkomponente oder eine '!roße Amplitude hat, erzeugt der Verstärker 4 ein AiisgangsMgnal. 'Jas an den Gleichrichter 5 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 5 wird an die variable l'iipedanzschaltung 6 angelegt, um die Eingangsimpedanz der Schaltung 6 herabzusetzen, wodurch die Eingangsimpedan/des Eingangsansehlusses lades Filters 1 ebenfalls herabgesetzt wird, so daß das von dem Ausgleichssignal-Verstärker 3 zugeführte AusgleichssigiiLl verschwindet.

Dann arbeitet das Filter 1 als Vollbereich-Überiragungsschaltung und gestattet, daß das Original-Tonsignal direkt zu dem Ausgangsanschluß 8 durchtritt.

Wenn das Ausgangssignal, das an dem Ausgangsanschluß 8 des Filters I ansteht, von einem Lautsprechersystem wiedergegeben wird, kann die hohe Tonfrequenzkomponente des Original-Tonsignals der Programm-Signalquelle wiedergabegetreu reproduziert werden. In diesem Fall nimmt das menschliche Gehör die Rauschkomponente nicht wahr, obwohl die höherfrcqucnte Tonfrequen/rausehkomponente von dem Filier 1 nicht eliminiert worden ist. ri" das Originalpro granim die Rauschkomponente ücjfdeckt. wie rmch beschrieben wird.

Wenn das Originalsignal keine höhere Tonfrequenzkomponente außer der Zisch-Rauschkomponeii..· enthält, oder wenn seine Amplitude klein ist, erzeugt der Sleuerverstärker 4 kein Ausgangssignal, so daß die variable Impedanzschaltung 6 ihre hohe Impedanz behält. Daher kann das Ausgleichssignal von dem Verstärker 3 an de:. Eingangsanschluß la des Filters I angelegt werden. Das Filter 1 arbeitet dann als Sperrfilter für höhere Tonfrequenzen, wenn das Aui-glcichssignal angelegt wird, so daß die Zisch-Rauschkomponcnie in dem Filter 1 ausgefiliert wird. Auf diese Weise uird nur das Nutz-Tonsignal reproduziert.

Eine schematiche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in I ι g. 2 ge/.eigl. Das Original-Tonsignal wird an die Basis eines ersten Transistors IO angelegt, der zusammen mit den Widerständen R 1 bis R 5 und den Kapazitäten Cl his C» das Filter I bildet. Die Basis des Transistors 10 ist an die Kapazität C2 angeschlossen, an die das Ausgleichssignal angelegt wird.

Wenn bei dem in ("ig. 2 gezeigten I iler 1 kein Ausglcichssignai an den einen Arrchluß W der Kapazität C2 angelegt wird, kann die Schaltung durch die Ersatzschaltung von F ι g. 4 dargestellt werden, die als Vollbcrcich-Bandpaßschallung arbeitet.

Wenn jedoch ein Ausgleichssignal, das ähnlich dem Strom Ic ist, der von der Basis des Transistors 10 durch die Kapazität C2 zur Erde fließt, an den Punkt Il angelegt wird, kann das Filter I durch die Ersatzschaltung von Fig. 3 dargestellt werden, die aufgrund der Kapazität C2. die /wischen der Basis und Erde eingeschaltet ist, als Sperrfilter für höhere Tonfrequen /.cn arbeitet. Um ein Ausglcichssignai /u/uiühren. das dieselbe Phase wie der Strom Ic hat. wird von dem Originalsignal an dem Verbindungspunkt des Widerstands R\ unci des variablen Widerstands R 2 ein Teilsignal abgeieitet. Das abgeleitete Teilsignai wird über die Kapazität ( 7, die /iir I-.r/ielung einer hohen Zusalzvcrstärkung vorgesehen ist. der Kams eines Transistors 12 zugeführt, der den Verstärker 3 für das Ausgleichssignal bildet. Der Kollektorausgang des Transistors 12 wire' durch Widerstände RU und Rl an den Punkt 11 als Ausgleichssignal angelegt.

Andererseits wird (.!er Kollektorausgang des Transistors 12 an clic Masis eines transistors IS ani'i'let'l. der

mn clem Widerslaid WH und der K.ip.i/iliil ( β den Sleiierv erstarker 4 Ivkiel. Die Kap,ι/il.it ( b ist in dem l.mitlcrkrcis ungesehen, so dall ein großes Steuersignal an dem Kollektor des Irnnsisiors Il nur dann abgeleitet werden kann, wenn das Ongmalsign.il eine höhere Tonfrequeii/komponenle dder eine große '\mplnude hai.

D.is Steuersignal w ird an die (ileichi ichlerschalliing "i angelegt, die aus den kapazitäten (7. (H. ilen Dioden /) I bis I)4 und den Kapazitäten ( '4 und (' IO besu-hl. die beide die /eilkonstanle tier erfindungsgcniaßen Schaltung bestimmen Die /eitkonstante tier (deich ncliterschalturig wird klein gewühlt, so dal.! sieh die Charakteristik ties Filters in Abhängigkeit von einer Änderung des Fingangssignals schnell iindert.

Die Kathode tier Diode I) I lsi an tlie Anode der Du nie I) 5 angeschlossen, deren Kathode mit der Anode einer Diotle Db verbunden ist. Die Kathode tier Diode Db ist mit tier Anode tier Diode I) 1 ν erblinden.

Der Verbintkmgspunkt der Dioden 1)5 und Db ist mit dem Verbindungspunkl tier Widerstände Rb und Rl verbunden. Bei dieser Schaltung wird, wenn die Dioden /J5 und Db gesperrt sind, die Impedanz /o zwischen dem Verbindungspunkt IH und lirde hoch gehalten, so daß das Ausgleichssignal an dem l'iinkt Il auftreten kann. Wenn andererseits die Dioden D 5 und Db leitfähig sind, weil eine Gleichspannung von der Gleichrichterschnllung 5 zugeführt wird, wird die Impedanz, herabgesetzt, so daß tlas Ausgleichssignal an dem Punkt Il verschwindet.

Wenn das Originalsignal eine höhere Tonfrequenzkoinponente enthält, erzeugt daher der Ste.ier\erstärker 4 ein Ausgangssignal, tlas von der Gleichrichterschaltung 5 gleichgerichtet wird, so dall die Dioden D 5 und Db leitfähig werden. Dadurch wird die Impedanz herabgesetzt, und das Ausgleichssignal verschwindet, so daß das Tilter I als Vollbereich Tilter wirkt.

Wenn das Original-Tonsignal keine höhere Tonfrequenzkomponente enthält, erzeugt der Transistor 13 kein Ausgangssignal. Folglich werden die Dioden 1)5 und Db nicht leitend, so daß die Impedanz Zo auf einem honen Vveri genauen wnu. »uuci ü.i> Aiisgii_-ii.!i.-.Mt:M.il an die Kapazität C2 angelegt wird und das Filter als Sperrfilter für hohe Tonfrequenzen arbeitet. Daher wird die höherfrcqiiente Tonfrequenz-Rauschkomponente in dem I liter I ausgeliltert

/wei Dioden Dl odei DH sind zwischen dem Kollektor und der Hasis d'.-s I'ransislors 12 als negative \Kιickkonphiin*ssrh.iltum* \oi resehrn. um das Aus ■ glenhssign.il bezüglich seiner Verzerrung zu verlies sein. Da/u wird das 'Nusgleichssign.il dem Filler I π einer solchen Weise zugefulirl. dall die Dioden Dl und DH die Spitzen sowohl in der posii sen als auch in der ti'.'galiven !'hase ties l.ingangssiguals svnimclrisch abkappen, wenn das Niveau d· s l'ingangssignals einen vorbestimmten Wert übersteigt, so dall das Niveau des Atisgleichssignals herabgesetzt wird. Daher ist das Kollektor-Ausgangssignal des Transistors H in beiden Phasen symmetrisch, so dal! die jeweiligen Niveaus der

^; Vollvvellen-Gleichstromausgangssigrialc tier Gleich rtchlerschaluing 5 gleich groß werden. Folglich wird die Impedanz der jeweiligen Dioden D5 und Db gleich groß, so daß beide Phasen ties Aiisgleichssignals diir.h die entsprechenden Dioden 1)5 und Db symmetrisch

.'" übertragen werden können. Dadurch wird, selbst wenn das Niveau des Fangangssignals groß ist. die Verzerrung ties Ausgleichssignals reduziert, tlie durch eine Verzerrung der Wellenform des Steuersignals verursacht werden kann.

Im Betrieb der Schaltung von I ig 2 ändert sich die Plinst des Kollektor-Ausgangssignals des dritten Iransisiors ΙΪ in Abhängigker von dem Wen der Kapazität Cb. Daher kann die Phase des Ausgleiehssignals. das von dem Kollektor des Transistors 12 an die

i" Basis des Transistors 10 angelegt wird, durch Wahl des Wertes der Kapazität C'6 und des Widerstandes 7 ordnungsgemäß eingestellt werden.

Andererseils wird die Verzerrung des Ausgangssignals des Verstärkers 3 durch die negative Rückkopp-

i' hilfsschaltung 7 herabgesetzt. Folglich wird die Welligkeit des Gleichstrom-Ausgangssignals reduziert, tlas von der Gleichrichterschaltung S beliefert wird.

F i g. .5 zeigt den Frequenzgang der Schaltung von F i g. 2. wobei auf der waagerechten Achse die Frequenz und auf der senkrechten Achse das Ausgangssignaini veau des Bandfilters 1 aufgetragen ist. Bei jeder Kurve ..-.I UCLI L-IIIgUII₆JH₆,,UIM,'....1I. ..,Γ, . Γ, Γ ö . .'. ^ . ^ Γ f. C Π ...... M C 7, .

Diese Betriebskurven zeigen, daß das Dämpfungsmaß des Bandfilters I im Hochfrequenzbereich nut abfallen-ι dem F.ingangssignalniveau an dem Bandfilter 1 steigt

Hierzu 2 Blatt Zeicliiiunecn

Claims (2)

1 Paientansprüche:

1. Einrichtung zur Unterdrückung von höherfrequentem Tonfrequenzrauschen, mit einem Filter in der Signalübertragungsstrecke, Jessen Durchlaßcharakteristik im höheren Tonfrequenzbereich mittels einer Steuereinrichtung veränderbar ist, mit einer steuerbaren Impedanzschaltung, die über einen Steuerverstärker und über eine Gleichrichterschaltung im Sinne abnehmender Impedanz dann wirksam wird, wenn das Eingangssignal einen über einem vorgegebenen Wert liegenden I. Pegel oder höherfrequente Tonfrequenzkomponenten mit einem über einem vorgegebenen Wert liegenden 2. Pegel hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (1) in einem Tiefpaßzweig einen Transistor (10) und einen Kondensator (C2) aufweist, der zwischen der Basis des Transistors (10) und Erde geschaltet ist, und daß dem Kondensator (Cl) ein Ausgleichii'.gnal so zugeführt wird, daß der von der Basis des sransistors {!0) über den Kondensator (C2) zur Erde fließende Strom vermindert bzw. unterdrückt wird, wobei das Ausgleichssignal vom Eingang (\b)des Filters (1) über einen Verstärker (4) und die lmpedanzschaltung(6) abgeleitet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Rückkopplungscinrichiung aufweist, die zwischen dem .Steuerverstärker (4) und dem Verstärker (3) geschaltet ist und eine Störung des Ausgleichssignals vermindert.