DE2723172A1

DE2723172A1 - Rauschunterdrueckungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2723172A1
Application number: DE19772723172
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Endoh; Hideshi Kira; Kazuo Kitagawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-05-23
Publication date: 1977-11-24
Also published as: JPS52142409A; DE2723172B2; JPS5725091B2; US4162462A; GB1585402A; DE2723172C3

Description

Rauschunterdrückungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung des Rauschens bzw. Störsignals in einem SignalUbertragungsmedium und insbesondere eine Rauschunterdrückungsvorrichtung für ein Tonsignal-Aufzeichnungs- und-Wiedergabegerät, etwa ein Magnetbandgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung eine RauschunterdrUckungsvorrichtung zur Verwendung bei einem Aufzeichnungsmedium bzw. -träger mit engem Frequenzband, hohem Störpegel und niedrigem Sättigungspegel, beispielsweise bei einem Kassettenbandgerät .

Es ist eine Rauschunterdrückungsvorrichtung in Form eines logarithmischen, geradlinigen Kompandorsystems mit ausgezeichneter Wirksamkeit zur Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses bekannt (hergestellt von der dbx company, USA). Die Einzelheiten dieses Kompandorsystems sind in den US-PSen 3 681 618, 5 789 lkj> und 3 714 462 behandelt. Im folgenden ist dieses System lediglich kurz beschrieben. Bei Anwendung einer RauschunterdrUckungsvorrichtung mit einem Kompandorsystem mit weitem Regelbereich und ausgezeichneter Wirksamkeit zur Verbesserung des Signal/ Rauschen-Verhältnisses auf ein Aufzeichnungsmedium mit

"⁷OBR /.7/118

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schmalem Dynamikbereich, etwa das Kassettenmagnetband eines sogenannten Kassettenrekorders, zeigen sich die folgenden beiden Erscheinungen:

1. Störsignale im Niedrig- und Mittelfrequenzbereich sind wegen der ausgezeichneten Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses des Systems kaum zu hören. Infolgedessen ist ein im Fall eines Signals mit hohem Pegel erzeugtes Modulationsrauschen ziemlich stark wahrnehmbar.

2. Der Rausch- oder Störpegel des Aufzeichnungsmediums variiert entsprechend dem Expansions- oder Dehnungsvorgangs zum Wiedergabezeitpunkt. Wenn das genannte RauschunterdrUckungssystem daher auf ein Aufzeichnungsmedium mit einem Störpegel von -40 dB angewandt wird, läßt sich der Verbesserungsfaktor des Signal/ftauschen-Verhältnisses bei diesem System als -1/2 χ (Eingangssignalpegel (dB)) ausdrücken. Beispielsweise beträgt der Verbesserungsfaktor des Signal/Rauschen-Verhältnisses 50 dB bei einem Eingangssignal von -100 dB, bei dem der Störpegel -90 dB beträgt, so daß der größte Teil des Störsignals beseitigt wird. Bei einem Eingangssignal von 0 dB betragen der entsprechende Faktor 0 dB und der Störpegel -40 dB, so daß der Störpegel ebenfalls mit dem Pegel einer Tonquelle moduliert wird.

Da die Störpegelmodulation aufgrund der beiden vorgenannten Erscheinungen erheblich ist, sind bei der Aufzeichnung oder Wiedergabe einer Tondarbietung mit verhältnismäßig einfachem harmonischen Aufbau und geringem

⁷QPP Π/118.Ι

Verdeckungs- bzw. Maskiereffekt, etwa bei einem Klaviersolo, die Auswirkungen der Störpegelmodulation in der Praxis nicht vernachlässigbar.

Zur Verminderung dieser in Verbindung mit der zweiten Erscheinung angeführten Störpegelmodulationswirkungen ist es denkbar, zusätzlich eine Anheb- (emphasis) und eine Entzerrungsschaltung (de-emphasis circuit) zu verwenden, um das Hochfrequenzrauschen eines ZwischenUbertragungs- bzw. Aufzeichnungsmediums, etwa eines Magnetbands zu verringern, und weiterhin einen Bewertungsvorgang (weighting operation) zum Dehnen und Verdichten des Hochfrequenzbereichs anzuwenden, um die Scheitelspanne (peak margin) nicht auf den Sättigungswert des Aufzeichnungsmediums zu reduzieren.

Wenn ein derart verbessertes System auf ein Aufzeichnungsmedium mit schmalem Frequenzband, hohem Störpegel und niedrigem Sättigungspegel angewandt wird, etwa auf das Magnetband eines sogenannten Kassettenrekorders, erfolgt eine Störpegelmodulation, während der Hochfrequenzbereich des Signals nicht wiedergegeben wird, so daß der wiedergegebene Ton nicht klar 1st. Da zudem der Pegel der Hochfrequenz hoch liegt, treten TonpegelVariationen, wie in Verbindung mit der ersten Erscheinung beschrieben, auf. Wenn ein kodiertes Signal, das durch Anhebung eines Signals mit hohem Pegel im Hochfrequenzbereich gebildet Ist, aufgezeichnet wird, sind die Beeinträchtigung des Hochfrequenzgangs und die Zunahme der Störpegelmodulation besonders auffällig.

⁷ Π 9 B Λ 7 / 1 18

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer f.törsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung, die sich effektiv auch auf Kassettenmagnetbandgeräte anwenden läßt.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße RauschunterdrUckungsvorrichtung weist einen Kodierer (encoder) mit einem ersten Pegeldetektor zur Feststellung der Amplitude eines durch den Kodierer hindurchgehenden Eingangstonsignals und eine erste gesteuerte Verstärkerschaltung auf, durch welche dann, wenn die Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangstonsignals unter einem vorbestimmten Pegel liegt, die Größe der Anhebung des Hochfrequenzbereichs des Signals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten Pegeldetektors über eine vorbestimmte Größe hinaus erhöht wird, während dann, wenn diese Amplitude über dem vorbestimmten Pegel liegt, die Anhebungsgröße begrenzt und der Dynamikbereich des Eingangstonsignals verengt (compressed) wird. Weiterhin sind ein Dekodierer mit einem zweiten Pegeldetektor zur Feststellung der Amplitude eines durch das Aufzeichnungsmedium gelieferten Kodierer-Ausgangssignals und eine zweite gesteuerte Verstärkerschaltung mit einer übertragungsfunktion vorgesehen, welche auf diejenige der ersten gesteuerten Verstärkerschaltung praktisch nach Art einer reziproken Funktion bezogen ist, und zwar in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zweiten Pegedetektors, wobei der Dekodierer den Dynamikbereich des im Kodierer verengten bzw. verdichteten Signals auf den ursprünglichen Bereich des Eingangstonsignals dehnt.

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-JS-

Im folgenden sind bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer AusfUhrungsform einer Störsignal- bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie einiger Schaltungsbauteile der Vorrichtung gemäß Piß. 1»

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Kodierer der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. h eine graphische Darstellung der Kennlinien einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Dekodierer gemäß Flg. 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesteuerten Verstärkerschaltung beim Kodierer der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinien der Strecke V_Q1 - V₁₁ gemäß Fig. 5#

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Dekodierer gemäß Fig. 1,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinien der Strecke V_Q2 - V_1n gemäß Fig. 7»

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer anderen AusfUhrungsform der gesteuerten Verstärkerschaltung des Kopierers gemäß Fig. 1,

7 09R/.7/1 18

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Fir;. 1o und 11 weitere Beispiele für gesteuerte Verstärkerschaltungen des Kodierers,

Fip;. 12 und 1j5 weiter abgewandelte AusfUhrungsformen der gesteuerten Verstärkerschaltungen von Kodierer und Dekodierer,

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie der Strecke Vq₁ - V^₁ gemäß Fig. 5 und

Fig. 15 ein Blockschaltbild einer Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Im folgenden ist zunächst die erfindungsgemäße StÖrsignal- bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung gemäß Fig.1 erläutert. Gemäß Fig. 1 wird ein Eingangstonsignal V₁ an eine Eingangsklemme 12 eines Kodierers 11 angelegt und dann zu einer noch näher zu beschreibenden gesteuerten Verstärkerschaltung 13 geleitet. Das in letzterer verstärkte Signal wird zu einem Aufzeichnungsgerät 14, etwa einem sogenannten Kassettenrekorder, und einer Bewertungsschaltung 15 geleitet. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 13 wird durch eine in letzterer enthaltene, noch näher zu erläuternde Voranhebeschaltung bezüglich der hohen Frequenzen angehoben. Der Frequenzgang der Voranhebeschaltung ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Bei dieser Kennlinie wird die Scheitelspanne (peak margin) des Signals

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-r-

gegenüber dem Sättigungspegel des Aufzeichnungsgeräts 1^J+ klein, so daß das Signal im Hochfrequenzbereich verzerrt wird. Aus diesem Grund wird die Bewertungsschaltung 15 benötigt. Mit anderen Worten: die Bewertungsschaltung 15 wird zur Vermeidung dieses Mangels benutzt. Der Frequenzgang der Bewertungsschaltung 15 besitzt die durch die strichpunktierte Linie in Fig. 2 dargestellte Kennlinie. Durch Anlegung des Ausgangssignals der Bewertungsschaltung

15 an einen Pegelfühler oder -detektor 16 wird dessen Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das durch eine derartige Kennlinie des PegelfUhlers

16 bezeichnete (featured) Ausgangssignal wird der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 eingegeben; bei diesem Signal handelt es sich um eine mit V . bezeichnete Steuergleichspannung.

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Das der gesteuerten Verstärkerschaltung 1} zugefUhrte Ausgangssignal ν, des PegelfUhlers 16 dient zur Steuerung des Verstärkungsgrads und der Frequenzkennlinie bzw. des Frequenzgangs der Schaltung 1}. Der Frequenzgang der Verstärkerschaltung 13 ist beispielsweise, bezogen auf den Parameter der Steuerspannung V ,, in Fig. 3 veranschaulicht. Wenn die Steuerspannung V , hoch ist, sind die Frequenzgangkurven unabhängig von der Spannung V , Jeweils einander ähnlich, wobei der Hochfrequenzbereich stark angehoben wird. In diesem Fall wird nur der Verstärkungsgrad durch die Spannung V , gesteuert. Je höher die Steuerspannung V-. wird, um so stärker nimmt der Verstärkungsgrad zu. Wenn die Steuerspannung V₁ nahezu null Volt erreicht, wird der Verstärkungsgrad im Hochfrequenzbereich stärker verringert als im Niedrig- und Mittelfrequenzbereich unter 500 Hz. Der PegelfUhler 16 liefert die Steuerspannung V , mit hohem Wert, wenn der Eingangssignalpegel von der Bewertungsschaltung I5 niedrig ist, und mit nahezu null Volt bei hohem Pegel.

Wenn hierbei das Eingangssignal V^ zum Kodierer 11 einen niedrigen Pegel besitzt, wird es in der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 unter Anhebung seiner Hochfrequenzkomponenten verstärkt. Wenn das Signal V* dagegen hoch ist, wird es unter Erhöhung der Scheitelspanne bezüglich seines Pegels verkleinert Zusätzlich werden dabei die Hochfrequenzkomponenten weniger stark angehoben, so daß die Scheitelspanne bei hohen Frequenzen stärker erhöht wird.

Das Ausgangssignal des Kodierers 11 wird dem Aufzeichnungsgerät 14 zugeführt. Das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene Signal wird einer gesteuerten Verstärkerschaltung 19 und einer Bewertungsschaltung 2o in einem Dekodierer 18 zugeführt.

Wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 2 angedeutet, wird dieses Signal bei hohen Frequenzen durch die Entzerrerschaltung in der noch näher zu erläuternden gesteuerten Verstärkerschaltung 19 entzerrt. Die in diesem Teil der Schaltung vorgesehene Bewertungsschaltung 2o besitzt eine Kennlinie praktisch entsprechend derjenigen der Schaltung I5 zur Lieferung einer Steuergleichspannung desselben Absolutwerts, wenn der Ausgangspegel des Kodierers 11 dem Eingangspegel des Dekodierers 18 gleich ist. Wenn das Ausgangssignal der Bewertungsschaltung 2o an den Pegelfühler 21 angelegt wird, wird ersichtlicherweise dessen Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das Ausgangssignal des Pegelfühlers 21 wird als Gleichstrom-Steuersignal V ρ an die gesteuerte Verstärkerschaltung I9 angelegt. Letztere besitzt die aus der graphischen Darstellung von Fig. 4 ersichtliche Kennlinie, welche derjenigen der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 des Kodierers 11 gemäß Fig. 3 entgegengesetzt bzw. reziprok ist.

In Fig. 5 ist ein Beispiel für eine gesteuerte Verstärkerschaltung 13 zur Verwendung beim Kodierer 11 dargestellt. Ein einer Eingangsklemme 12 zugeführtes Tonsignal wird an einen spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) I3I und an einen Umkehrverstärker 1^2 angelegt. Letzterer ist an der Ausgangsklemme mit dem einen Ende eines Kondensators I33 verbunden. Das andere Ende des Kondensators I33 liegt über einen Widerstand 134 an Masse. Der Kondensator I33 und der Widerstand 134 stelen ein Hochpassfilter 136 dar. Der Ausgang des Filters 136 ist mit der einen Eingangsklemme eines Addierers \yj verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des spannungsgesteuerten Verstärkers I3I und dessen Ausgang

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mit einer Voranhebeschaltung I38 verbunden ist. Der Ausgang der Schaltung 138 liegt an der Ausgangsklemme I39 der gesteuerten Verstärkerschaltung 13· Der spannungsgesteuerte Verstärker I31, dessen Verstärkungsfaktor A durch das Gleichstrom-Steuersignal V . gesteuert wird, besitzt eine flache Frequenzgangkurve. Die Ausgangssignale des spannungsgesteuerten Verstärkers und das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 132, das über das Hochpassfilter I36 erhalten wird, werden im Addierer I37 summiert, worauf das summierte Signal seinerseits an die Voranhebeschaltung I38 angelegt wird. Die übertragungsfunktion H(P) zwischen dem an die Klemme 12 anzulegenden Eingangssignal V.,, und dem Ausgangssignal V₀₁ des Addierers 137 bestimmt sich durch folgende Formel:

. Ϊ21 -Ax ¹^-T¹"

■ - ~— ΙΛ Λ

T+P

in welcher A den Verstärkungsfaktor bedeutet. Dabei gelten P=JcJ , uJ =u/cr, worin U die Winkelfrequenz, c die Kapazität des Kondensators I33 und r den Widerstandswert des Widerstands 134 bedeuten. Fig. 6 veranschaulicht den Frequenzgang dieser übertragungsfunktion H(P) für U = 5828 s" innerhalb des Bereichs des Verstärkungefaktors von A = O(dB). Das Ausgangssignal V_Q, des Addierers 137 wird der Voranhebeschaltung 138 mit einer durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellten Hochfrequenz-Anhebecharakteristik zugeführt, wobei die Steuerspannung V , auf die vorher erwähnte Weise zur Änderung seiner Amplitude geändert wird. Wenn zu diesem Zeltpunkt die Amplitude klein ist, ist gemäß Fig. 3 die Größe der Hochfrequenz-Anhebung im Vergleich zu einer großen

■χ?

Amplitude geringer. Die übertragungsfunktion Hd(P) zwischen

* Die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 im Dekodierer 18 ist in Fig. 7 gezeigt.
7 09fi£

den SignateiV, und V_Q2 entspricht dabei der folgenden
Gleichung:

ΠΡ 1 J- P

Hd(P) , ^ - Ad mit A_d - 1 A,

Hd(P). ^I

in " I₊P - ^

Gemäß Fig. 7 wird das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene Signal V, an eine Eingangsklemme 181 und sodann über
eine Entzerrerschaltung 187 an die eine Eingangsklemme eines Addierers 182 angelegt, dessen anderer Eingpig an den Ausgang eines Hochpassfilters 183 aus einem Widerstand 184 und einem Kondensator 185 angeschlossen ist. Das eine Ende des Widerstands 184 liegt an Masse. Der Ausgang des Addierers I82
ist mit einem Eingang eines spannungsgesteuerten Verstärkers 186 gekoppelt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers 186 ist an das Eingangsende des Hochpassfilters 183 angeschlossen, und sein Ausgangssignal wird außerdem als
Ausgangssignal V_Q2 zu einer Ausgangsklemme 23 geliefert. Der spannungsgesteuerte Verstärker I86 mit flacher Frequenzgangkurve wird bezüglich seines Verstärkungsfaktors A durch die Steuerepannung V ~ vom Pegelfühler 21 gemäß Fig. 1 gesteuert. Bei dieser Konstruktion ist die Übertragungsfunktion des
Dekodierers 18 auf diejenige des Kodierers 11 nach Art einer reziproken Funktion bezogen, und sie besitzt die Durchlaßkennlinie gemäß Flg. 4.

Die Kennliniender gesteuerten Verstärkerschaltung 13
Kodierers 11 sind in Fig. J5 dargestellt. Es ist jedoch zu be achten, daß diese Verstärkerschaltung 13 nicht hierauf be-,

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schränkt ist. Vielmehr kann Jede Schaltung verwendet werden, sofern sie dem Grundgedanken genügt, daß bei einer Änderung des Verstärkungsfaktors mit einer Änderung der Steuerspannung V , die Größe der Anhebung bei hohen Frequenzen, wenn der Verstärkungsfaktor klein ist, kleiner ist als die Anhebungsgröße bei großem Verstärkungsfaktor. Tatsächlich kann die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 ebenfalls nach ähnlichen Gesthtspunkten ausgelegt sein.

Mit der RauschunterdrUckungsvorrichtung, bei welcher die gesteuerte Verstärkerschaltung^3 und I9 gemäß Fig. 5 und in den Kodierer 11 bzw. den Dekodierer 18 einbezogen sino, lassen sich zahlreiche vorteilhafte Wirkungen erzielen. Im Mittel- und Niedrigbereich des Pegels der Eingangssignale wird wie bisher die Verdichtung (compression) und Dehnung (expansion) mit ausreichendem Dynamikbereich zugelassen, und die Kennlinie wird als logarithmische gerade Kurve wiedergegeben. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit für eine Pegelanpassung zwischen Kodierer und Dekodierer. Wenn beim gesamten Tonfrequenzbereich-Eingangssignal in der Kodierbetriebsart der Signalpegel niedrig und der Verstärkungsgrad der gesteuerten Verstärkerschaltung hoch ist, wird eine ausreichende Anhebung im Hochfrequenzbereich erzielt, so daß das Signal/Rauschen-Verhältnis verbessert und die Störsignal-Modulationswirkung wesentlich vermindert wird. Wenn dagegen in der gleichen Betriebsart der Signalpegel hoch und der Verstärkungsgrad niedrig ist, ist die Anhebungsgröße gering, so daß eine Sättigung bei hohen Frequenzen kaum stattfindet. Bei hohem Pegel ändert sich die Anhebungsgröße mit dem Eingangssignalpegel. Infolgedessen muß der Signalpegel beim Kodieren an denjenigen beim Dekodieren angepaßt werden. Der

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Verstärkungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers wird jedoch Im unteren und mittleren Bereich des Eingangssignals, in welchem der größte Teil der Musiktöne vorhanden ist, nicht so stark verringert. Infolgedessen wird bei Verwendung der gesteuerten Verstärkerschaltung Ι} gemäß Fig. 5 der Frequenzgang gemäß Fig. 6 nur wenig verändert, so daß sich auch die Anhebungsgröße wenig ändert. Aus diesem Grund ergibt auch eine vergleichsweise grobe Anpassung des Signalpegels einenratUrlichen Toneindruck.

In Fig. 9 ist ein anderes Beispiel für die gesteuerte Verstärkerschaltung dargestellt. Bei dieser Schaltung wird ein Eingangssignal V^ an eine Eingangsklemme 7o angelegt und sodann auf ein Hochpassfilter 71 und ein Tiefpassfilter 72 verteilt, an denen das Signal in die Hochfrequenzkomponenten sowie die Niedrig- und Mittelfrequenzkomponenten aufgeteilt wird. Die Ausgänge der beiden Filter 75 und 72 werden durch spannungsgesteuerte Verstärker 73a bzw. 72b gesteuert. In diesem Fall wird der Steuerungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers 73a durch die Steuerspannung V mittels einer

Koeffizienten-Multiplizierschaltung 7^a auf einen größeren Wert eingestellt als derjenige des spannungsgesteuerten Verstärkers 73b mittels einer Koeffizienten-Multiplizierschaltung 74b. Aufgrund dieser Schaltungskonstruktion ist die Anhebungsgröße bei hohen Frequenzen, wenn der Verstärkungsgrad zwischen Eingang und Ausgang groß 1st, im Vergleich zu einem kleinen Verstärkungsgrad groß. Die gesteuerte Verstärkerschaltung gemäß diesem AusfUhrungsbelspiel eignet sich somit für die erfindungsgemäße RauschunterdrUckungsvorrichtung. Die Ausgangssignale der jeweiligen spannungsgesteuerten Verstärker

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73a und 73b werden in einem Addierer 75 summiert, und das summierte Signal wird sodann einer Ausgangsklemme 76 zugeführt. Wie bei den vorherigen Beispielen wird hierdurch der Signal'Rauschen-Faktor zweckmäßig verbessert. Die Anhebungsgröße besitzt Jedoch keinen konstanten Pegelbereich, so daß der Signalpegel in der Kodierbetriebsart genau an denjenigen in der Dekodierbetriebsart angepaßt sein muß. Bei Verwendung der Koeffizienten-Multiplizierschaltung 74a mit nicht linearer Kennlinie läßt sich ohne weiteres die Frequenzgangkurve gemäß Fig. 6 erzielen. Weiterhin können durch entsprechende Wahl der Eigenschaften bzw. Kennlinien dieser Multiplizierschaltungen 74a und 74b die Kodier- und Dekodiercharakteristika ohne weiteres so gewählt werden, daß sie den Eigenschaften des Ubertragungsmediums 14, d.h. des Aufzeichnungsmediums, angepaßt sind. Bei den Beispielen gemäß Fig. 5 und 7 sind nicht-invertierende, spannungsgesteuerte Verstärkers I3I und I86 vorgesehen, obgleich auch invertierende,spannungsgesteuerte Verstärker verwendet werden können. FUr diesen Fall ist ein gesteuerter Verstärker mit einem invertierenden Verstärker in Fig. 1o und ein solcher mit einem nicht-invertierenden Verstärker in Fig. 11 dargestellt.

Gemäß Flg. 1o wird das an die Eingangsklemme 12 angelegte Eingangssignal V₁₁ einem invertierenden spannungsgesteuerten Verstärker 131a und einem Hochpassfilter 136 aus einem Kondensator 133 und einem Widerstand 134 zugeführt. Das bezüglich der Polarität invertierte Ausgangssignal des Verstärkers 131a und das Ausgangssignal des Hochpassfilters I36 werden an einem Addierer 137a zur Lieferung eines Ausgangssignals V₀₁ addiert. Durch Verwendung des Addierers 137a wird dabei die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangssignalen von Verstärker 131a und Hochpassfilter I36 erhalten.

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Fig. 11 zeigt eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1o. Gemäß Fig. 11 wird das Eingangssignal V^, von der Eingangsklemme 12 einem nicht-invertierenden, spannungsgesteuerten Verstärker 131b und einem Hochpassfilter 136 aus einem Kondensator I33 und einem Widerstand 134 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 131b und das Ausgangssignal des Hochpassfilters I36 werden einer Subtrahierschaltung 137b zugeführt, um eine Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangssignalen des Verstärkers 131b und des Hochpassfilters 136 zu erhalten.

Die Fig. 12 und I3 veranschaulichen weitere Beispfele für in der Strombetriebsart arbeitende gesteuerte Verstärkerschaltungen gemäß Fig. 5 und 7. In Fig. 12 ist die gesteuerte Verstärkerschaltung I3 im Kodiererteil dargestellt, während Fig. 13 die entsprechende Verstärkerschaltung 19 im Dekodiererteil zeigt. Bei den AusfUhrungsformen gemäß Fig. 5 und 7 werden nlcht-invertierende, spannungsgesteuerte Verstärker 131 und 136 verwendet, welche die Spannungsverstärkung variieren, während bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 12 und 13 invertierende, spannungsgesteuerte Verstärker 143 und 151 verwendet werden können. Die invertierenden, spannungsgesteuerten Verstärker 143 und I5I sind solche invertierende Stromverstärker, bei denen der Stromverstärkungsgrad entsprechend der Steuerspannung variiert wird, und bei denen dann, wenn ein Strom in die Eingangsklemme fließt, auch ein Strom zu ihrer Ausgangsklemme fließt. Für die spannungsgesteuerten Verstärker 143» 151 kann beispielsweise ein spannungsgesteuerter Verstärker gemäß der US-PS 3 714 462 verwendet werden, so daß auf eine nähere Erläuterung in der vorliegenden Beschreibung verzichtet werden kann.

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Gemäß Fig. 12 wird eine Eingangsspannung V., nach der Umwandlung in einen Strom durch einen Widerstand 142 dem spannungsgesteuerten Stromverstärker 14} eingespeist, in welchem sie um einen durch die Spannung V , bestimmten Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der multiplizierte bzw. vervielfachte Strom wird sodann an einen Additionspunkt 150 angelegt. Andererseits wird die Eingangsspannung V\, an den Additionspunkt 15° auch über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 144 und einem Kondensator 145 eingespeist, die eine Hochpassfilterschaltung bilden. Wenn mit r, c, (J und A₁ die Widerstandswerte der Widerstände 142 und 144, der Kapazitätswert des Kondensators 145, die Winkelfrequenz bzw. die Verstärkung des spannungsgesteuer'en Verstärkers bezeichnet werden, läßt sich die Beziehung dei Eingangsspannung V., zu einem Produkt aus dem Widerstands wert r des Widerstands 144 und dem zum Additionspunkt I50 fließenden Strom I durch folgende Gleichung ausdrücken:

UP . ^Al

Gleichung (3) ist daher identisch mit Gleichung (1), so daß sie die Kennlinie gemäß Fig. 6 angibt. Der Strom wird einer Voranhebeschaltung 151 zugeführt, die aus einem Operationsverstärker 147 mit einer Bewertungsschaltung 148 auf der Gegenkopplungsstrecke besteht. Der Ausgang der Voranhebeschaltung ist mit einer Ausgangsklemme 149 verbunden. Der gesteuerte Verstärker gemäß Fig. 12 besitzt die im folgenden beschriebene Beziehung zum Verstärker gemäß Fig. 5· Ein Schaltungsabschnitt von der Eingangsklemme 12 bis zum Addierer 157 (Fig. 5) entspricht dem Schaltungsabschnitt von

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der Eingangsklemme ^ⁱ^^ bis zum Additionspunkt 150 gemäß Fig. 12, und die Voranhebeschaltung 1J58 entspricht der gleichen Schaltung 15I gemäß Fig. 12. Der Frequenzgang des gesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 1o entspricht Fig. 3, ähnlich wie bei der AusfUhrungsform gemäß Fig.

Gemäß Fig. I3 wird eine Eingangsspannung V^₂ an eine Eingangsklemme I58 angelegt und Über eine der Bewertungsschaltung 148 gemäß Fig. 12 äquivalente Entzerrerschaltung 150 geleitet, deren Ausgangsstrom einem spannungsgesteuertei Stromverstärker I5I zugeführt wird, an welchem der Strom durch einen durch die Spannung Vp gesteuerten bzw. bestimmten Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der multiplizierte bzw. vervielfachte Strom wird durch einen Strom'Spannungs-Wandler 159 mit einem Operationsverstärker 155 und einem Widerstand I56 für Gegenkopplung in eine Spannung umgewandelt. Die umgewandelte Spannung wird von einer Ausgangsklemme abgenommen. Die Spannung des Wandlers 159 wird über eine eine Hochpassfilterschaltung bildende Reihenschaltung aus einem Widerstand I52 und einem Kondensator 15^ zum Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers I5I zurückgekoppelt. Auf diese Weise wird die nachstehend definierte Beziehung H_id(P) zwischen einer Ausgangsspannung Vq₂ ^und einem Wert I . χ r erhalten, der durch Multiplizieren eines Widerstandswerts r des Widerstands 152 mit einem zum Additionspunkt I60, an welchem Eingangssignal und RUckkopplungssignal addiert werden, fließenden Strom I , erhalten wird.

ⁿ 0 9 R /, 7 / 1 1 8 ■'■

1+P

H_ldCP) - i -^hl

(5)

Gleichung (5) entspricht somit Gleichung (2), welche die Kennlinie gemäß Fig. 8 angibt.

Das Ansprechen des Ausgangs V₀₂ des gesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 13 auf ein Eingangssignal V₁₂ ist, ebenso wie bei der Ausftlhrungsform gemäß Fig. 7, in Fig. 4 veranschaulicht.

Del der Schaltung gemäß Fig. 5 ist die Kennlinie (der Strecke) V„, - V₁-,, in einem Bereich von A<O(dB) aufgetragen, entsprechend Fig. 14. Dies bedeutet, daß der Verstärkungsgrad beim Anliegen eines großen Signalpegels exponentiell verringert wird, und wenn er in diesen Bereich fällt, wird der Frequenzgang im Hochfrequenzbereich, verglichen zu dem im Mittel- und Niederfrequenzbereich, angehoben. Infolgedessen tritt im Hochfrequenzbereich eine Signalverzerrung und außerdem eine Modulation des Störsignals aufgrund modulierter Störsignale auf. Wenn bei der Schaltung gemäß Fig. 1} A kleiner ist als 0 (dB) (A<O(dB)), nämlich A₁>1 gemäß Gleichung (4), wird die Arbeitsweise der Schaltung Instabil, weil der imaginäre bzw. gedachte Teil des Nenners einer übertragungsfunktion negativ wird. Zur Vermeidung eines solchen Zustands werden die Spannungen V^, V ο zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Verstärkers auf einen zweckmäßigen Wert begrenzt. Flg. 15 ist ein Blockschaltbild, inweichem Begrenzer 17 und 22 zur Steuerung

⁷ η R R L ■; / u 8 ·

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der Spannungen V , bzw. V₂ einmal zwischen einen gesteuerten Verstärker 1j5 und einen PegelfUhler 16 und zum anderen zwischen einen gesteuerten Verstärker 19 und einen Pegelfühler 21 eingefügt sind.

Bei den AusfUhrungsformen gemäß den Fig. 5 und 7 sind die Voranhebeschaltung 1^8 und die Entzerrerschaltung 187 an den unmittelbar mit dem Aufzeichnungsgerät verbundenen Seiten angeordnet. Diese Schaltungen 1^8 und I87 können jedoch auch an den Seiten der gesteuerten Verstärkerschaltungen angeordnet sein, die an Eingangs- und Ausgangsklemmen 12 bzw. 23 der RauschunterdrUckungsvorrichtung angeschlossen sind. In diesem Fall wird die gleiche Wirkung wie im zuerst beschriebenen Fall erzielt.

Obgleich sich die beschriebenen Ausführungsformen für die Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses bei hohen Frequenzen durch Anhebung der Hochfrequenzkomponenten eignen, ist die Erfindung auch auf die Verbesserung des Signal/ Rauschen-Verhältnisses bei niedrigen Frequenzen durch Anhebung der Niedrigfrequenz-Komponenten anwendbar. Durch Anhebung sowohl der Niedrig- als auch der Hochfrequenz-Komponenten kann dieses Verhältnis sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen verbessert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Verbindung mit einer Schaltung bzw. Anordnung benutzt werden, bei welcher der Anhebungsbereich entsprechend dem Spektralumfang (spectrum constitution) des Eingangssignals V. gesteuert wird. Kurz gesagt, läßt sich die erfindungsgemäße Störsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung wie folgt definieren: Unter der Voraussetzung, daß ein erster Frequenzbereich ein fester Bereich mit einer

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Anzahl von Signalkomponenten oder ein variabler, sich mit den Frequenzkomponenten eines Signals ändernder Bereich 1st, während ein zweiter Frequenzbereich ein solcher ist, der eine Anzahl von Störsignal-Komponenten enthält und außerhalb des ersten Frequenzbereichs liegt, wird in der Kodierbetriebsart die Verstärkung des ersten Frequenzbereichs entsprechend der Abnahme des Eingangssignalpegels vergrößert und entsprechend der Erhöhung dieses Pegels verkleinert, während die Anhebungsgröße des zweiten Frequenzbereichs gegenüber derjenigen des ersten Frequenzbereichs bei Verkleinerung des Eingangssignalpegels erhöht und bei Vergrößerung dieses Pegels verrringert wird. In der Dekodierbetriebsart arbeitet die Rauschunterdrückungsvorrlchtung in der entgegengesetzten Weise wie in der Kodierbetriebsart.

Erfindungsgemäß wird das Signal/Rauschen-Verhältnis beträchtlich verbessert. Wenn zudem der Signalpegel niedrig ist, wird die Anhebungsgröße ausreichend erhöht, so daß durch den Musiktonpegel modulierte Störsignale kaum zu hören sind und bei hohem Signalpegel der Pegel bei den hohen Frequenzen nicht so stark ansteigt. Infolgedessen kann auch bei Anwendung der erfindungsgemäßen Rauschunterdrückungsvorrichtung auf ein Aufzeichnungsmedium mit hohem Störpegel und niedrigem Sättigungspegel, beispielsweise auf das Kassettenmagnetband sogenannter Kassettenrekorder, eine zufriedenstellende Störunterdrückung erzielt werden.

Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten AusfUhrungsform der Erfindung möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Henkel, Kern, Feuer & Hänzel Patentanwälte 2773172 Möhlstraße 37 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., D-8000München 80 Kawasaki-shi, Japan Tel:089/982085 87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid 2 3. Mai 1977 PATENTANSPRÜCHE

1. Störsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung mit einem Kodierer zum Verdichten bzw. Verengen des dynamischen Bereichs eines Eingangssignals in Abhängigkeit von seiner Amplitude und zur Lieferung des verdichteten Signals zu einem SignalUbertragungsmedium, und mit einem Dekodierer zum Dehnen des dynamischen Bereichs eines Ausgangssignals des Signalübertragungsmediums entsprechend seiner Amplitude, gekennzeichnet durch eine im Kodierer vorgesehene erste gesteuerte Verstärkerschaltung, durch welche dann, wenn sich das Eingangssignal im unteren und mittleren Bereich befindet, der Hochfrequenzbereich des Signals ausreichend angehoben wird, während bei einem hohen Signal die Anhebungsgröße im Hochfrequenzbereich begrenzt ist, und durch eine zweite, im Dekodierer vorgesehene gesteuerte Verstärkerschaltung mit einer übertragungsfunktion, welche auf diejenige der ersten gesteuerten Verstärkerschaltung im wesentlichen nach Art einer reziproken Funktion bezogen ist.

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2. Störsignal- bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung, Insbesondere nach Anspruch 1, dadurqh gekennzeichnet, daß ein Kodierer mit einem ersten Pegelfühler zur Feststellung der Amplitude eines durch den Kodierer geleiteten Eingangssignals und ein erster gesteuerter Verstärker zur Steuerung der Amplitude des EIngamgsSignaIs entsprechend dem Ausgangssignal des ersten Pegelfühlers sowie eine zwischen einen Ausgang des ersten gesteuerten Verstärkers und einen Einging des ersten Pegelfühlers eingeschaltete erste Bewertungsschaltung zur Bewertung der Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangssignal vorgesehen sind, daß der Kodierer den dynamischen Bereich des Eingangssignals verdichtet bzw. verengt und das verdichtete Signal zu einem Signalübertragungsmedium liefert, daß ein Dekodierer vorgesehen ist, der einen zweiten Pegelfühler zur Feststellung der Amplitude des Ausgangssignals des Kodierers über das Signal-Ubertragungsmedium, einen zweiten gesteuerten Verstärker zur Steuerung der Amplitude des Ausgangssignals des Kodierers entsprechend dem Ausgangssignal des zweiten Pegelfühlers und eine zwischen einen Eingang des zweiten gesteuerten Verstärkers und einen Eingang des zweiten PegelfUhlers eingeschaltete zweite Bewertungsschaltung zur Bewertung der Amplitude eines Ausgangssignals vom SignalUbertragungsmedium aufweist, wobei der Dekodierer das Ausgangssignal des Kodierers auf den ursprünglichen Dynamikbereich bzw. -umfang des Eingangssignals dehnt, daß der erste gesteuerte Verstärker den Verstärkungsgrad In Abhängigkeit von der Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangssignals ändert und eine Übertragungsfunktion besitzt, bei welcher das Inkrement oder Dekrement eines zweiten Frequenzbereichs im Vergleich zu dem eines ersten Frequenzbereichs mit einer Anzahl von Eingangssignalkomponenten, ausgenommen derjenigen

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des zweiten Frequenzbereichs, groß ist, und daß der zweite gesteuerte Verstärker eine übertragungsfunktion besitzt, welche auf diejenige des ersten gesteuerten Verstärkers im wesentlichen reziprok bezogen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Frequenzbereich ein Niedrig- und Mittelfrequenzbereich ist, und daß der zweite Frequenzbereich einen Hochfrequenzbereich des Tonfrequenzbands umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Verstärker einen ersten spannungsgesteuerten Verstärker, an den ein Ausgangssignal des ersten PegelfUhlers angelegt wird, und eine erste Hochpassfilterschaltung aufweist, die über Eingang und Ausgang des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers geschaltet ist und die Verstärkung des zweiten Frequenzbereichs entsprechend der Zunahme der Amplitude des Eingangssignals im Vergleich zur Verstärkung des ersten Frequenzbereichs weiter verringert, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin eine Voranhebeschaltung zur Anhebung eines Hochfrequenzbereichs des über den Kodierer geleiteten Signals aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste spannungsgesteuerte Verstärker ein invertierender Verstärker ist und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin einen ersten Addierer zur Lieferung einer Summe aus dem Ausgangssignal des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers und einem Ausgangssignal der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der erste spannungsgesteuerte Verstärker ein nicht-invertierender Verstärker ist, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin eine erste Subtrahierschaltung zur Lieferung einerDifferenz zwischen einem Ausgangssignal des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers und einem Ausgangssignal der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste spannungsgesteuerte Verstärker ein nicht-invertierender Verstärker ist, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin einen ersten, mit der ersten Hochpassfilterschaltung in Reihe geschalteten invertierenden Verstärker und einen ersten Addierer zur Lieferung einer Summe aus dem Ausgangs signal des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers und einem Ausgangssignal der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Verstärker zwei Filtereinrichtungen zum Dividieren des EingangsSignaIs in ein erstes und ein zweites Frequenzbereichsignal, zwei spannungsgesteuerte Verstärker zur Aufnahme der Ausgangssignale der beiden Filtereinrichtungen und deren Verstärkungsgrade sich entsprechend der Steuerspannung ändern, zwei Koeffizienten-Multiplizierschaltungen zur Lieferung der Steuerspannung zum ersten bzw. zweiten spannungsgesteuerten Verstärker und eine Einrichtung zum Summieren der Ausgangssignale des ersten und des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers aufweist.

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9· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gesteuerte Verstärker einen zweiten spannungsgesteuerten Verstärker, dem ein Ausgangssignal des zweiten PegelfUhlers zugeführt wird, und eine zweite Hochpassfilterschaltung aufweist, die über Eingang und Ausgang des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers geschaltet ist und die Verstärkung des zweiten Frequenzbereichs entsprechend der Erhöhung der Amplitude des Signals des SignalUbertragungsmediums im Vergleich zu derjenigen des ersten Frequenzbereichs weiter vergrößert, und daß der zweite gesteuerte Verstärker weiterhin eine Entzerrerschaltung zum Entzerren eines Hochfrequenzbereichs eines durch den Dekodierer geleiteten Signals aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste gesteuerte Verstärkerschaltung einen Widerstand zur Umwandlung einer an ihn angelegten Spannung in einen Strom, einem mit dem Widerstand zur Abnahme des Stroms in Reihe geschalteten invertierenden, spannungsgesteuerten Stromverstärker und eine Hochpassfilterschaltung aufweist, die mit einer Reihenschaltung aus dem Widerstand und dem invertierenden, spannungsgesteuerten Stromverstärker parallel_vgeschaltet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die erste gesteuerte Verstärkerschaltung weiterhin eine Voranhebeschaltung umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite gesteuerte Verstärkerschaltung einen invertierenden, spannungsgesteuerten Ver

stärker, einen Strom ⁷Spannungs-Wandler, der an den Ausgang des invertierenden, spannungsgesteuerten Verstärkers angeschlossen ist, und eine Rtickkopplungsschaltung aufweist, welche zwischen einen Ausgang des Strom/Spannungs-Wandlers und einen Eingang des invertierenden, spannungsgesteuerten Verstärkers eingeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gesteuerte Verstärker weiterhin eine Ent zerrerschaltung aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Begrenzer zur Steuerung der Ausgangssignale des ersten bzw. des zweiten Pegelftlhlers vorgesehen sind.

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