DE2706040C3 - Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder- Expansion - Google Patents

Description

Das llauptpatent 2406 25(>.f> geht aus von einer Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion in einem Nutzsignalweg mit Mitteln /.um Ändern des Übertraglingsmaßes, bei der vom Ausgang bzw. Eingang des Nut/signalwcges ein Weg abgezweigt ist, auf dem aus dem Nutzsignal in einem Slnicrs.piinmiMgscrzcuge.r eine Slcucrspunuung gewonnen wird, die den Mitteln zum Ändern des IJlier-Iragungsmaßes im Nut/signalwcg zugeführt wird. Dm ein solches Kompaiuler-System mit einem vergleichsweise geringen Aufwand so /u realisieren, daß eine gute Oiialilät bezüglich der komplementären Übereinstimmung der Kennlinien bei Kompression und \|i.iiisiiin und eine μιιΐο Kcpindii/ierbai keil der verlangten Parameter hei Geräten verschiedener Iabrikationsserien er/ielt wird, wird die Sieuerspaniuing auch im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung des ÜberlragungsmaUes zugeführt, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg.

Die Kompressionsschaltung eines solchen Kompander-Systems besteht also aus mehreren, nach Art eines Kettenverstärkers hintereinander geschalteten Verstärkern, wobei dem ersten Verstärker das zu verarbeitende Eingangssignal zugeführt und dem Ausgang eines der Verstärker, insbesondere des ersten Verstärkers das komprimierte Ausgangssignal entnommen wird. An dem Ausgang des letzten dieser in Serie geschalteten Verstärker ist der Steuerspannungserzeuger angeschlossen.

Der verwendete Steuerspannungserzeuger ist vorteilhaft so aufgebaut, daß er beim Überschreiten eines Schwellwertes seines Eingangssignals eine Steuerspannung erzeugt, die unabhängig vom Nutzsignal von einer Schwelle aus schnell ansteigt, so daß das von dieser Stcuerspannung gesteuerte Übertragungsmaß der vordem Steuerspannungserzeuger liegenden Verstärker des Kettenverstärkers so weit heruntergesteuert wird, daß das Eingangssignal des Steuerspannungserzeugers unter den erwähnten Schwellwert sinkt. Auf diese Weise wird die Eingangsspannung für den Steiierspaniuiiigserzeuger konstant gehalten, und zwar auf den erwähnten Schwcllwert.

Damit die beschriebene Schaltung verzerrungsfrei arbeitet, muß der Schwellwert der Eingangsspannung des Steuerspannungserzeugers gleich oder kleiner sein als die bei normalem Betrieb maxima! mögliche Ausgangsspannung des letzten Verstärkers. Da diese Spannung z. B. durch die Art der verwendeten Verstärker vorgegeben ist. ist eine Anpassung des erwähnten Schwellwertes des Steuerspannungserzeugers an die verwendeten Verstärker erforderlich. Dieser Schwellwert ist zwar theoretisch in beliebiger Höhe realisierbar. Beider praktischen Ausführung einer solchen Schaltung zeigt es sich jedoch, daß für den Schwellwert auf besondeis einfache Weise bestimmte Werte realisiert werden können, die z. B. gleich dem ganzzahligen Vielfachen der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors sind. Die hier aufgezeigten Probleme ergeben sich entsprechend auch bei dem Aufbau einer Expansions-Schaltung für das beschriebene Konipander-System.

Darüber hinaus soll eine eindeutige Zuordnung zwischen der Kompander-Keiinlinie und den Signalpegeln bestehen, damit die verlangten Parameter auch bei Geräten verschiedener Eabrikationsserien erzielt vcrden. Ein darauf gerichteter Abgleich würde sinngemäß eine Verschiebung der Lage der Konipander-Kennlinie im Pegeldiagramin in Richtung der die Alisgangsspannung kennzeichnenden Achse bewirken. Um diese Zuordnung zu erzielen, könnte ein Spannungsteiler mit bestimmtem Teilerverhältnis /wischen dem Ausgang des Sleiierspannimgser/eugers und den Eingängen der steuerbaren Verstärker ungeordnet werden,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung/u schaffen, bei der einerseits die erwähnte Anpassung des .Schwcllwertes ties Steuerspanmmgser/eugers und andererseits die gewünschte Zuordnung /wischen Kompaiulcr-Kcnnlinic und Sigiialpcauf einfache Weise realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der im (»beibegiiH des Pa

pL'hs I beschriebenen Kompauder-Sehaltiing erlindungsgemäU durch ilic kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dali beide Forderungen von derselhen Schaltung realisiert werden.

Hrgiht sich aufgrund der verlangten Lage der Kennlinie im Pegeldiagramni und aufgrund der Betriebsdaten (maximal zulässige Hingangs- und Ausgangsspamiuiig) der verwendeten Verstärker der Fall, daß bei Nennpegel die Verstärker mit einer einen unerwünschten Betrieb bewirkenden Hingangsspannung angesteuert werden, so kann vorteilhaft ein Verstärkungsglied (bzw. Dämpfungsglied) mit konstanter Verstärkung \or dem eisten Verstärker des Kettenverstärkers und ein entsprechendes Dämpfungsglied (bzw. Verstärkungsglied) vor der Ausgangsklemme der Kompander-Schallung eingeschaltet werden.

Die Hrfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels. das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

Fig. i eine bekannte Kiimpressions-Schaltung nach dem Hauptpatent.

I-'ig. 2 eine bekannte Expansions-Selviltung nach dem Hauptpatent,

Fig. 3 ein Kennlinienfeld zu ilen Schaltungen nach I-ig. 1 und 2, und

Fig. 4 ein Ausfiihrungsbeispiel der Hrfindung.

In Fig. 1 ist die Anwendung der bekannten Schaltung nach dem Hauptpatent bei der Kompression von VVechsclspannungssignalcn als Blockschaltbild dargestellt. Hine solche Schaltung kann z. IJ. beim Bespielen eines Tonbandgerätes verwendet werden.

Hs ist beabsichtigt, die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Hillgangssignale /V₁ mit einem bestimmten Dynamikumfang in Signale //, umzuwandeln, die an der Ausgangsklemme 2 abgreifbar sind und einen kleineren Dynamikumfang aufweisen. Zu dem beschriebenen Zweck ist im Nutzsignalweg zwischen den Klemmen 1 und 2 ein in seiner Verstärkung steuerbarer Verstärker 3 angeordnet. Der Verstärker 3 besitzt einen Steuereingang 4, über den zwecks Änderung des Übertragungsmaßes eine Verstärkung mittels einer SteuergleichspaniHing steuerbar ist.

Zur Gewinnung der Sleuergleichspannung ist ein Zweigweg mit einem weiteren Verstärker 7 vorgesehen, dessen Eingang an den Ausgang des Verstärkers 3 angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 7 speist einen Steuerspannungserzeuger 5. der zur Erzeugung seiner von der Amplitude ihrer Eingangs wechselspannung abhängigen Gleichspannung am Punkt Q dient. Sie wird als Steuerspaniuing den Steuereingängen 4 und 6 eier Verstärker 3 und 7 zugeführt.

Die beschriebene Schaltung engt den Dynamikumfang des Nutzsignals ein, weil mit zunehmender Ausgangsspannung des Verstärkers 3 am Ausgang des Steucrspannungscr/.eugers 5 eine zunehmende Stcucrgleichspannung erscheint, die die Verstärkung ties Verstärkers 3 herunterregelt. Außerdem wird dann auch die Verstärkung des Verstärkers 7 heruntergeregelt, so daß im Zweigweg eine Gegenregelung stattfindet, die die Rcgelkennlinic tier Kompressionsschaltiing in I-ig. I nahe/u linearisiert. Die Steuerspanniing ist also in Fig. I eine Kegelspannung. An Hand der I ig. 3 wird unten diese Wirkung erläutert.

In I ig. 2 ist die Anwendung der bekannten Schaltung nach dem 1 lauplpatciil bei der Expansion \on Wechselspannungsi.igiuden dargestellt. linie solche Schaltungdientz. B.dazu,die mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung von U₁ auf /<\ komprimierten Signale so /u expandieren, daß die Ausgangssignale f , wieder den Dynamikumfang der Eingangssignalc /' der Schaltung nach Fig. 1 aufweisen.

Die Expansionsschaltung in Fig. 2 enthält zwischen der Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 11 einen steuerbaren Verstärker 8. Der Zweigweg, dessen Eingang in diesem Fall statt an den Ausgang au den Eingang des Verstärkers 8 im Nutzsignalweg angeschlossen ist, enthält den schon an Hand der Fig. 1 beschriebenen steuerbaren Verstärker 7. Der Steuereingang 9 des Verstärkers 8 sowie der Steuereingang 6 des Verstärkers 7 werden von dem Ausgang (J des Steuerspannungserzeugers 5 gespeist. Der Verstärker 8 ist wegen der verlangten Expansion so aufgebaut, dall die Steigung seiner Steuerkemilinie das umgekehrte Vorzeichen aufweist wie die Steigung der Steuerkennlinie des Verstärkers 3. während der Verstärker 7 in Fig. 2 mit dem V-.'stärker 7 in Fig. 1 übereinstimmt und wie dieser bCgongeregelt wird. Wenn die Eingangsspannung (L/,) steigt und damit der Betrag der Steuergleichspannung an den Steucreingängen 9 und 6 steigt, dann hat dies also zur Folge, daß lie Verstärkung des Verstärkers 8 vergrößert wird, während die Verstärkung des Verstärkers 7 verringert wird. Dies kann auch dadurch bewirkt werden, daß zwischen dem Steuerspaniiungserzeuger 5 und dem einen der beiden ansonsten gleich aufgebauten Verstärker 7 und 8 eine Phasenumkehrschaltung für die SteuergleichspaniHing liegt. Gleich aufgebaute Verstärker können auch dann verwendet werden, wenn die Verstärkung jeweils durch einen Gegenkopplungsspaniuingsteiler bestimmt wird. Die für beide Verstärker gleiche Steuergleichspannung steuert dann in bekannter Weise (DE-OS 221HN23) bei Kompression den einen Spannungsteilerwiderstand und bei Expansion den anderen Spannung ^;teilerwiderstand.

In Fig. 3 ist ein Pcgeldiagramni in üblicher Darstel-JUg wiedergegeben. Die zu verarbeitenden Nutzsignale /V₁ bei Kompression liegen auf der Abszisse zwischen — 75 dB (angenommene Schwelle des Rauschens der Quelle) und dem Ncnnpegel von 0 dB. Der absolute Wert der Eingangsspannung steigt auf der Abszisse von links nach rechts bis zum Nennpegel an. Die Ausgangspegel U, bei Kompression bzw. die Eingangspegel (iV,) bei Expansion liegen zwischen -45 dB und 0 dB. Der absolute Wert der Ausgangsspannung steigt auf der Ordinate von unten nach oben bis zum Nennpegel an. Bei exakter Expansion liegen die Aiisgangssignale ((V₁) ebenfalls zwischen den ge-Dii'inten Werten von —75 dB und OdB.

Die Kurve 12 für die Abhängigkeit des Ausgangspegels /'', von C₁ stellt die Kennlinie der Kompressionsschaltung nach Fig. 1 dar. Zwischen -75 dB und — M) dB für (Z₁ liegt eine konstante Verstärkung von 30 dB vor (Neigung der Kennlinie 12 von 45 ). so daß bei gle.ch angenommener Maximal-Verstärkung der Verstärker 3 und 7 in Fig. 1 am Punkt /' eine Verstärkung von M) dB gegenüber dem Punkt 1 vorliegt. Erst bei einem Eingang.,pegel U₁ von

dl) dB (am Knick der Kennlinie 12). dem wegen tier Verstärkung von M) dB ein Pegel \on //, = OdIJ im Punkt /' entspricht, setzt im dargestellten Beispiel die Kegelwirkung (Kompressionfein, weil dort die Schwelle des Steuerspaiinungser/eugers (5 in Fig. I)

uhcischiiMcn wird. Von dein Y\ eil / ι (ill dH an

nimmt die Verstärkung lautend ab und hat bei einem lingangspegel von I) dl! den Wert II (IH also die Y ei si a ι kling I. Oberhalb von Il ilK ν ei 'lau 11 die Kurve 12 mil dem Vcrslärkimgswcrl I weiter, d.h. sie hildel cut".¹ I οι isetzuiii' der dei gestiichclt eingezeii luielen Geraden 15lüi die Verstärkung I. Man ei kennt, dall dei Dynamikimifang von 75 dli his Il dli tier I in gangssignalc C₁ aul einen llmlang von 45 (IH bis MdIi der Ausgangssignale / . verringert wird Die KiiiM 13 liu / , gibt den Verlaul der Spannung / ani l'iuikl /' wicilei. Sie verlaull zwischen Mi₁Ui \\nt\ MdH genau w.iageieclil. wenn ein Sleiicispan niingsei zeuget verwendet vvud. der so aufgebaut ist tl.ill ei heim 1'berschrciten eines Schvvellwerles des NulzMgiials und damit auch des T ingangssiguaK des Stciicispannuiigscrzeiigeis eine Slcueispannung eizeugt, die sich ii nabhii ng ig ν om Nutzsignal von einem Stiiwciiwei ι aus so seil neu vei.uiiiei ι. his das i hei ii a gungsinall im Zweigweg ( Y erstai kci 7) so weil herab gesetzt ist. daIJ das liingaiigssignal ties Steuerspanluiiigscizeiigeis unter den ciwahntcn Scliwellwci t smkl. Hei Verwendung eines üblichen Stcucrspaii iniiigseizeugers mit Diodengleichiichluiig steig! die Kennlinie dagegen allmählich an. weil die Wechselspannung am l'uiikt /' in I ig I hei zimehmeiuiei Nutzsignalspaniiiiiig wegen ties Ri gclvorgaugcs im /weigweg etwas ansteigt. Diese Kennlinie ist ge· ki iiiiiiiit. und ihre krümmung hangt von der Toleranz dei Diode ah Diese krümmung ühci trägt sich abgeschwächt mit die kennlinien 12 ii nil 14. was ihre I incaiilat also entsprechend hcciiiliachtigt.

T ntsprechend der Koinpiessjon verlaull im best Iu iehenen Tall auch die Txpansion Die hierzu erloidei liehe Kennlinie ist mn dem Hczugszeichen 14 veisehen. In diesem Tall liegen die liinganssignale I/ I in T ig. 3 (Abszisse) zwischen 45 dH (komprimierte Schwelle ties Rauschens) und M tlH. wobei bei

'M dH (am Knickpunkt der Kennlinie 14) die Ver-Maikungsauderuiig einsetzt. Aus diesen liingangspe- ^: gein wird über die Kennlinie 14 der Txpansionsschal-111 tu¹ \v Ii ί Ii' ι ι Ii τ iirsnriiiKilirhi · ll\ tv.iiniLiiiiii'.inu \ ι \ η

⁷^ dli bis MdH. Die Kurve 13 Im (C) gibt ilen Y'ei Liiil tier Spannung I ί' ι am l'uiikl /' wieder. 1 linsichllich der Kennlinie gilt das im vorstehenden Ah- ^: satz (iesagle.

Dei wesentliche \Urteil tier beschriebenen Schaltung zeigt sich tiarin, daIJ tier mittlere Abschnitt der Kennlinien 12 bzw. 14. der fur die Regelung mallgeheiid ist. inlolge der (iegenregelung praktisch linear ■ ist Die lineare Ausbildung bedeutet, dall die kennlinien auch bei verschiedenen Geräten übereinstimmen. I in ein einzelnes Gerät ist es an sich gleichgültig, welchen Verlauf die kennlinie hat. sofern sich die Verläufe bei kompression und Expansion entspre- '· ehen. Die Schwierickeiten treten auf. wenn die kennlinien auch bei den Geräten in der [ahrikation gleich sein sollen. In diesem Tail besitzt eine lineare Kennlinie den Vorteil einfaeher und guter Rcproduzierbarkeil. Die üblichen Toleranzen der verwendeten Hau- · elemente haben hei Anwendung der lirfindung keinen wesentlichen liinfliiLl auf die linearität der kennlinien.

In Tig. 4 ist ein Ausführungsheispiel für die erfindungseemätle Schaltunn dargestellt, und zwar für eine ·

g. I 111 cine I \pans1011ssi hai lung gilt das I olgeinle sinugeinalV

Del Ncisläikei l'iin I ig.-4 'iilspi κ Id dem \ ei staikei 2 in I ig I. Stall des einen VcMäi kcis 7 in

■ I ig I hcsitzl die Schaltung nach I ig. 1 zwei hinteie ma ude 1 geschaltete \ er st al kci 20 und 2 I. die w ic d 1 Vcislaikci l'i von dem Ausgang des Sleiici sp;. 11 iHingseizeugeis 23 angesteuert weiden Slall dei mit dei Schaltung nach I ig. I nziclhaii 11

" Kompression von 2 : I cireichl man mil der Schaltung nach l'ig.4 eine Kompression \nn 1 : ?.. Die gioHlen l'iiu'l dei beseht ichcucn KompiessKnis Sclialliiiu¹ nach I ig. I Helen bei Neiinbetiieb. aKo hei N'cnnpc gel aul. Damit hei dei dann am A us garn: des \ ei st al kcis 21 aiiltlcleiuleii SignaKpauming ein Sh ueisp.in iiiingsei'enget 23 \ciwendcl weiden kann, dei aul einlache Weise aiilgchaiit i^l und einen ν oigegebeiieit Schvvellwerl Im seine !'.iiigangsspamiiing aiilweisi. ist ei! iiiiluiigsgini.u.i /\\isLnti'i tit ί "ι Ί \ti>i.'iikci 2i üi'ni dem Steiierspanniingsei zeuget 23 eine Signalanpassimgs-l iiiiiclituiig 22 geschaltel. die im einlaehsliii lall aus einer Verslarkcislulc mit kdusianlei \ eisiai klingt/ oder konslanlei Dailipluilg besieht, je natli dem Veihaltnis der SigiiaKpannung a ¹I Ausgang de· \ eistai keis 21 und tie in Schwell wert ι Ils Sie nc 1 ■-pan nungscTzcugcrs 23 ziieinandei. I )iese \ eistai keistuli 22 pal.U die Sigiialspamiiuig so an. dal.'· sie in die (im I.Vnoiii.iiini: (lcs Steueispaiuiiingscrzcugcis zu lieger komml

Durch entsprechende Heinessung der Vcrstaikuni¹ bzw. Dampliinü der \ 'erstäi kerstiile 22 wird aiilvideiii die gewiinschlc /uordiiung zwischen dei Korn pandei-Keniihuie und den Signalpegeln ciicichl.

Is ist bei bestimmten Anwcndungslallen voilcil halt, das rbertragungsmatl der \cistarkeistiilc 22 liei|ueiizahliangig zu machen. Wenn der |-i"ei|uenzgang (/ (ei I der Vcistäi kerstufe 22 ζ H das \ ei halten eines I lochpasses aufweist, dann bewirkt dies aufgrund der (iegenkopplungswirkiing ties /weigweges

" daLl der Hereich der kompression und I \pansion Im höhere I iequenzen insgesamt zu niedrigen hingang-.-tii'tii'ln hin mtscIihIumi wird w ie dii's bei einii'cn Kompaiider-S\sIemen üblich ist.

Um zu gewährleisten. daU die beschriebene Schal-

, timg auch bei solchen Anlagen verwendet werdet' kann, deren Ncnnpegel auch beim l-jnsatz der \ erstäi kerstufe 22 noch zu groti bzw. zu klein für die Verstärker 14 his 21 bzw. tür den SteuerspaniHingserzeuger 23 ist. sind zwei weitere Verstärkelstufen 18 und

i' 24 vorgesehen, die den Nennpegel des an die Hin gangsklemmen 17 und die Ausgangsklemme 2:< angeschlossenen Systems z. H. eines Tonstudios auf die fiii die beschriebene Kompressions- oder Hxpansions-Sclialtung zulässigen oder erforderlichen Werte

'. dämpft oder verstärkt. Dabei können sich die frei wählbaren Ncnnpegel an der fiingangsklemme 17 und der Ausgangsklemmen 25 durchaus voneinander unterscheiden.

Wird die lirfindung bei einem Kondensator-System

, eingesetzt, bei dem der Gleichspannungserz.euger 5 in lig. 1 und Fig. 2 aus einem Zwcigweg-GIeichrichter mit zwei Hingängen besteht, dann ist es vorteilhall, für jedes der beiden dem Zweiweggleichrichter ziigeführten. gegenphasigcn Signale eine gesonderte Si-

"i gnalanpassungseini K'htung vorzusehen.

Hierzu 1 HI.it! 7-cichnuncen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion in einem Nutzsignalweg mit Mitteln zum Ändern des Ühertragungsmaßes, bei der vom Ausgang bzw. Eingang des Nutzsignalweges ein Weg abgezweigt ist, auf dem aus dem Nutzsignal in einem Steuerspannungserzeuger eine Steuerspannung gewonnen wird, die den Mitteln zum Ändern des Übertragungsmaßes im Nutzsignalwegzugeführt wird, und hei der die Steuerspannung auch im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung des Übertragungsmaßes zugeführt wird, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg und wobei der Steuerspannungserzeuger so aufgebaut ist, daß er bei Überschreiten eines Schwcllwertes des Nutzsignals und damit auch des Eingangssignals des Steuerspannungserzeugers eine Steuergleichspannung erzeugt, die sich unabhängig vom Nui/-signal von einem Steuerspannimgsschwellwert aus so weit verändert, bis das Übertragungsmaß im Zweigweg so weit herabgesetzt ist, daß das Eingangssignal des Steuerspannungserzeugers unter den Schwellwert sinkt, insbesondere nach Patent 2406 25N.6, dadurch gekennzeichnet.daß zwischen den den Steuerspannungserzeuger (23) ansteuerenden Mitteln (21) /um Ändern des Übertragungsrnaßes und dem Steuerspannungserzeuger (23) ein Übertragungsglied '22) mit einem nach dem Verhältnis zwischen dem Schwellwert des Steuerspannungserzeugers und einem Nennpegel eines Signals am Eingang des Nutzsignahvegev- bemessenen Übertragungsmaß angeordnet ist zur Einstellung der gemeinsamen Arbeitspunkte von Kompressor und Expander auf den Wert des Nennpegels.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied aus einer Verstärkungsschaltung (22) mit konstanter Verstärkung besteht.

3. Schaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei frequenzabhangigem Nennpegel das Übertragungsmaß des Übertragungsglieder (22) frequcnzahhängig ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang des Übertragungsglieder (22) eine Höhenanhebung aufweist.