DE2723172B2

DE2723172B2 - Rauschunterdrückungssystem, insbesondere für Kassetten-Magnetbandgeräte

Info

Publication number: DE2723172B2
Application number: DE2723172A
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Tokio Endoh; Hideshi Yokohama Kira; Kazuo Kawasaki Kitagawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-05-23
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2723172A1; JPS52142409A; US4162462A; JPS5725091B2; DE2723172C3; GB1585402A

Description

Die Erfindung betrifft ein Rauschunterdrückungssystem, bestehend aus einem Kompressor mit einem spannungsgesteuerten Verstärker zum P₁ essen des

in dynamischen Bereiches eines Eingangssignals in Abhängigkeit von seiner Amplitude und zur Lieferung des gepreßten Signals zu einem Signalübertragungsmedium, und aus einem Expander mit einem spannungsgesteuerten Verstärker zum Dehnen des dynamischen Bereichs

ti eines Ausgangssignals des Signalübertragungsmedium entsprechend seiner Amplitude, wobei der Expander eine auf die Übertragungsfunktion des Kompressors bezogene, jedoch inverse Übertragungsfunktion aufweist

jo Aus der DE-OS 21 27 682 ist bereits ein Rauschunterdrückungssystem mit einem Kompressions- und Expansionssystem bekannt Bei diesem bekannten Rauschunterdrückungssystem sollen Erscheinungen wie beispielsweise induktives Rauschen und Verzerrungen

r, des Nutzsignals weitgehendst ausgeschaltet werden und es soll somit eine verbesserte Eingangs-Ausgangskennlinie bzw. geringerer Klirrfaktor realisiert werden. Hierzu enthält der Kompressor dieses bekannten Systems eine Kompressionsschaltung und eine erste Steuerschaltung, wobei das Kompressionsverhältnis des Eingangssignalb nach Maßgabe einer der Kompressionsschaltung zugeführten Steuerspannung verändert werden kann und die erste Steuerschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Kompressions-

Γι schaltung ein Steuersignal erzeugt. Das Expansionssystem enthält eine Verstärkerschaltung mit einer Gegenkopplung und eine zweite Steuerschaltung, wobei das über ein Signalübertragungssystem übertragene Ausgangssignal des Kompressors als Eingangssignal der Verstärkerschaltung zugeführt wird. Die Expansionsschaltung ist dabei in der Rückkopplungsschleife der Verstärkerschaltung angeordnet und das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung ist zu deren Eingang zurückgeführt. Das über das Übertragungssystem

4-, übertragene Ausgangssignal des Kompressionssystems gelangt als Eingangssignal zur zweiten Steuerschaltung, die dann nach Maßgabe des Pegels ihres Eingangssignals die der Expansionsschaltung zugeführte Steuerspannung erzeugt. Weiter wird bei diesem bekannten

-,ο System ein die Gesamtamplituden-Steuercharakteristik des Kompressors darstellender Koeffizient und ein Rückkopplungsverhältnis derart ausgewählt, daß sie etwa einander gleich sind.

Bei diesem bekannten Rauschunterdrückungssystem

-,-, wird von dem Kompressorabschnitt ein großes Anhebungsausmaß für eine höhere Frequenzkomponente des Eingangssignals vorgesehen, wenn das Eingangssignal einen niedrigen Pegel besitzt. Wenn jedoch das Eingangssignal einen hohen Pegel besitzt, so wird ein kleines Anhebungsausmaß für die höhere Frequenzkomponente realisiert.

Aus der DE-OS 25 37 998 ist eine Schaltungsanordnung zur Behandlung von Wechselstromsignalen bekannt, die mehrere Variolosser enthält, welche

-, jeweils eine veränderbare Verslärkungskennlinie aufweisen und deren jedem eine gesonderte Steuereinheit zugeordnet ist. Die Variolosser sind zwischen den Eingang und den Ausgang der Schaltungsanordnung

hintereinandergeschaltet, wobei zwischen den einzelnen Variolossern jeweils ein Pufferverstärker vorgesehen ist, um eine Impedanzentkopplung zwischen den Variolossern zu erhalten. Jedem Variolosser ist ein Fiiternetzwerk zugeordnet, um die veränderbare Verstärkungskennlinie des betreffenden Variolossers jeweils auf ein gesondertes für diesen Variolosser exklusives Betriebsfrequenzband zu begrenzen und für andere Frequenzen eine nahezu konstante Verstärkung zu erreichen. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung werden die Impedanzwerte der Varioiosser durch Steuereinheiten gesteuert Die Variolosser werden durch die Niedrigfrequenzkomponente und die höhere Frequenzsignalkompcnente eines Eingangssignals jeweils angesteuert oder mit anderen Worten die Variolosser sprechen nicht auf die Signalpegel des gesamten Frequenzbandes an.

Schließlich ist aus der Zeitschrift »Funkschau 1974«, Heft 11, Seite 403—404 ein hochwertiges Rauschunterdrückungssystem bekannt, welches einen Aufnahmeverstärker, eine Regelschaltung, einen Kassettenrekorder und einen Wiedergabeverstärker umfaßr. Bei diesem bekannten Rauschunterdrückungssystem wird das Ausmaß der Anhebung eines oberhalb von 200 Hz liegenden Frequenzbereiches in Abhängigkeit von dem Eingangssignal einer Signalkomponente von 200 Hz verändert Bei diesem bekannten System werden jedoch Frequenzen, die unterhalb von 200 Hz liegen, überhaupt nicht verarbeitet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Rauschunterdrückungssystem der eingangs definierten Art zu schaffen, welches insbesondere für Kassettenmagnetbandgeräte geeignet ist und einen verbesserten Rauschabstand gewährleistet.

Ausgehend von dem Rauschunterdrückungssystem der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kompressor eine derartige Übertragungsfunktion aufweist, daß bei Anlegen eines Eingangssignals mit hohem Signalpegel die Verstärkung im Kompressor herabgesetzt und das Hervorhebungsausmaß in einem spezifischen Frequenzbereich eines NF-Betriebsbereichs-Frequenzbandes, mit Ausnahme eines Hauptfrequenzbereichs, in welchem der Hauptanteil der Signalenergie typischerweise liegt, gering wird, und bei einem Eingangssignal mit niedrigem oder mittlerem Signal;iegel die Verstärkung im Kompressor und das Hervorhebungsausmaß für dtn spezifischen Frequenzbereich groß wird.

Erfindungsgemäß werden also — im Gegensatz zur bekannten Technik - sowohl die Verstärkung ais auch das ^kusmaß der Anhebung oder Hervorhebung von bestimmten Frequenzbereichen in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals verändert, wobei das Ausmaß der Anhebung oder Hervorhebung so gesteuert wird, daß es von der Signalenergie jedes Frequenzbereiches abhängig bzw. unterschiedlich ist.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Rauschunterdrückungssystems mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie einiger Sclia'tungsbauteile des Systems gemäß Fig. 1.

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Kompressor des Systems gemäß F i g. 1,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Kennlinien einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Expander gemäß Fig. 1,

Fig.5 ein Blockschaltbild der gesteuerten Verstärkerschaltung beim Kompressor des Systems gemäß Fig. 1,

in Fig.6 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinien der Strecke Voi — V/1 gemäß F i g. 5,

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Expander gemäß F i g. 1,

Fig.8 eine graphische Darstellung der Frequenz- -, kennlinien der Strecke V₀₂ — K_n gemäß F i g. 7,

Fig.9 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der gesteuerten Verstärkerschaltung des Kompressors gemäß F i g. 1,

Fig. 10 und 11 weitere Beispiele für gesteuerte 2(i Verstärkerschaltungen des Kompressors,

Fig. 12 und 13 weiter abgewandelte Ausführungsformen der gesteuerten Verstärkerschaltungen von Kompressor und Expander,

Fig. 14 eine graphische Darstellung der F.aquenzr, kennlinie der Strecke V₀I — V,, gemäß F i g. 5 und

Fig. 15 ein Blockschaltbild einer Abwandlung des Systems gemäß Fig. 1.

Im folgenden ist zunächst das Rauschunterdrückungssystem gemäß F i g. 1 erläutert. Gemäß F i g. 1 wird ein «ι Eingangstonsignal V, an eine Eingangsklemme 12 eines Kompressors 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 Kassettenrekorder, Γι 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 4(i ist in F i g. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Bei dieser Kennlinie wird der Scheitelwert des Signals gegenüber dem Sättigungspegel des Aufzeichnungsgeräts 14 klein, so daß das Signal im höheren Frequenzbereich verzerrt wird. Aus diesem Grund wird i-, 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 F i g. 2 dargestellte Kennlinie. Durch ,Ii Anlegung des Ausgangssignals der Bewertungsschaltung 15 an eiaen Pegeldetektor 16 wird dessen Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das durch eine derartige Kennlinie des Pegelfühler!. ;6 geformte Ausgangssignal wird der gesteuerten -,-> Verstärkerschaltung 13 eingegeben; bei diesem Signal handelt es sich um cine mil V₁, bezeichnete Steuergleichspannung.

Das der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 zugeführte Ausgarigf^rignal V₁1 des Pegelfühlers 16 dient zur Mi Steuerung des Verstärkungsgrads und der Frequenzkennlinie bzw. des Frequenzgangs der Schaltung 13. Der Frequenzgang der Verstärkerschaltung 13 ist beispielsweise, bezogen auf den Parameter der Steuerspannung Ki. in Fig. 3 veranschaulicht. Wenn die Steuerspani,"i nung Ki hoch ist, sind die Frequenzgangkurven unabhängig von der Spannung Ki jeweils einander ähnlich, wobei der höhere Frequenzbereich siark angehoben wird. In diesem Fall wird nur der

Verstärkungsgrad durch die Spannung V₁1 gesteuert, je höher die Steuerspannung V_c\ wird, um so stärker nimmt der Verstärkungsgrad zu. Wenn die Steuerspannung V_c ι nahezu null Volt erreicht, wird der Verstärkungsgrad im höheren Frequenzbereich stärker verringert als im Niedrig- und Mittelfrequenzbereich unter 500 Hz. Der Pegelfühler 16 liefert die Steuerspannung V_r ι mit hohem Wert, wenn der Eingangssignalpegel von der Bewertungsschaltung 15 niedrig ist, und mit nahezu null Volt bei hohem Pegel.

Wenn hierbei das Eingangssignal V, zum Kompressor ! 1 einen niedriger. Pegel besitzt, wird es in der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 unter Anhebung seiner höheren Frequenzkomponenten verstärkt. Wenn das Signal V, dagegen hoch ist, wird es unter Erhöhung des Scheitelwertes bezüglich seines Pegels verkleinert. Zusätzlich werden dabei die höheren Frequenzkomponenten weniger stark angehoben, so daß der Scheitelwert bei hohen Frequenzen stärker erhöht wird.

Das Ausgangssignal des Kompressors 11 wird dem Aufzeichnungsgerät 14 zugeführt. Das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene Signal wird einer gesteuerten Verstärkerschaltung 19 und einer Bewertungsschaltung 20 in einem Expander 18 zugeführt.

Wie durch die ausgezogene Linie in F i g. 2 angedeutet, wird dieses Signal bei hohen Frequenzen durch die F.ntzerrerschaltung in der noch näher zu erläuternden gesteuerten Verstärkerschaltung 19 entzerrt. Die in diesem Teil der Schaltung vorgesehene Bewertungsschaltung 20 besitzt eine Kennlinie praktisch entsprechend derjenigen der Schaltung 15 zur Lieferung einer Steuerglcichspannung desselben Absolutwerts, wenn der Ausgangspegel des Kompressors 11 dem Eingangspcgel des Expanders 18 gleich ist. Wenn das Ausgangssignal der Bewertungsschaltung 20 an den Pegelfühler 21 angelegt wird, wird ersichtlicherweise dessen Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das Ausgangssignal des Pegelfühlers 21 wird als Gleichstrom-Steuersignal V,.< an die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 angelegt. I et/tere besitzt die aus der graphischen Darstellung von F i g. 4 ersichtliche Kennlinie, welche derjenigen der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 des Kompressors 11 gemäß F i g. 3 entgegengesetzt bzw. invers ist.

In Fig. 5 ist ein Beispiel für eine gesteuerte Verstärkerschaltung 13 zur Verwendung beim Kompressor 11 dargestellt. Ein einer Eingangsklemme 12 zugeführtes Tonsignal wird an einen spannungsgesteuerten Verstärker (VCA)Mi und an einen Invertierverstärker 132 angelegt. Letzterer ist an der Ausgangsklemme mit dem einen Ende eines Kondensators 133 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 133 liegt über einen Widerstand 134 an Masse. Der Kondensator 133 und der Widerstand 134 stellen ein Hochpassfilter 136 dar. Der Ausgang des Filters 136 ist mit der einen Eingangsklemme eines Addierers 137 verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des spannungsgesteuerten Verstärkers 131 und dessen Ausgang mit einer Voranhebeschaltung 138 verbunden ist. Der Ausgang der Schaltung 138 liegt an der Ausgangsklemme 139 der gesteuerten Verstärkerschaltung 13. Der spannungsgesteuerte Verstärker 131, dessen Verstärkungsfaktor A durch das Gleichstrom-Steuersignal V_C| gesteuert wird, besitzt eine flache Frequenzgangkurve. Die Ausgangssignale des spannungsgesteuerten Verstärkers und das Ausgangssigna! des Invertierverstärkers 132, das über das Hochpaßfilter 136 erhalten wird, werden im Addierer 137 summiert, worauf das summierte Signal seinerseits an die Voranhebeschaltung 138 angelegt wird. Die Übertragungsfunktion H(P) zwischen dem an die Klemme 12 anzulegenden Eingangssignal V, ι und dem Ausgangssignal Vm des Addierers 137 bestimmt sich durch folgende Formel:

ι + ρ

A - I

^H{P)-vl^=A- i ₊ p · ^m

in welcher A den Verstärkungsfaktor bedeutet. Dabei gelten P=Jm^ o>„—cr, worin ω die Winkelfrequenz, cdie Kapazität des Kondensators 133 und r den Widerstandswert des Widerstands 134 bedeuten. F i g. 6 veranschaulicht den Frequenzgang dieser Übertragungsfunktion H(P) für U)_n = 5828 s ' innerhalb des Bereichs des Verstärkungsfaktors von /4iO(dB). Das

Alisgangssignal Vm t\r\ Arlrlii>rr>r<; 1.17 wirrl ripr

Voranhebeschaltung 138 mit einer durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellten Hochfrequenz-Anhebecharakteristik zugeführt, wobei die Steuerspannung V₁ , auf die vorher erwähnte Weise zur Änderung seiner Amplitude geändert wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Amplitude klein ist, ist gemäß F i g. 3 die Größe der Anhebung der höheren Frequenzen im Vergleich zu eine;· großen Amplitude geringer. Die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 im Expander 18 ist in F i g. 7 gezeigt. Die Übertragungsfunktion Hd(P) zwischen den Signalen V'',,, und V_n? entspricht dabei der folgenden Gleichung:

HiIiP)

I_n I

1 f /' /'Il

A,)

mit .Ι,,

IhHP) =

I t /'

I f /'

•I

Gemäß F i g. 7 wird das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene Signal V₁/an eine Eingangsklemme 181 und sodann über eine Entzerrerschaltung 187 an die eine Eingangsklemme eines Addierers 182 angelegt, dessen anderer Eingang 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 182 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 Au5 angssignal wird außerdem als Ausgangssignal V₀; zu einer Ausgangsklemme 23 geliefert. Der spannungsgesteuerte Verstärker 186 mit flacher Frequenzgangkurve wird bezüglich seines Verstärkungsfaktors A durch die Steuerspannung V_c2 vom Pegelfühler 21 gemäß Fig. 1 gesteuert. Bei dieser Konstruktion ist die Übertragungsfunktion des Expanders 18 auf diejenige des Kompressors 11 nach Art einer reziproken Funktion bezogen, und sie besitzt die Durchlaßkennlinie gemäß F i g. 4.

Die Kennlinien der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 des Kompressors 11 sind in F i g. 3 dargestellt Es ist jedoch zu beachten, daß diese Verstärkerschaltung 13 nicht hierauf beschränkt ist Vielmehr kann jede Schaltung verwendet werden, sofern sie dem Grundgedanken genügt, daß bei einer Änderung des Verstärkungsfaktors mit einer Änderung der Steuerspannung Κι 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 Gesichtspunkten ausgeleg! sein.

Mit dem Rauschunterdrückungssystem, bei welchem die gesteuerten Verstärkerschaltungen 13 und 19 gemäß F i ς i und 7 in den Kompressor 11 bzw. den Expander 18 einbezogen sind, lassen sich zahlreiche vorteilhafte Wirkungen erzielen. Im Mittel- und Niedrigbereich des Pegels der Eingangssignale wird wie bisht-r die Pressung und Dehnung mit ausreichendem Dynamikbereich zugelassen, und die Kennlinie wird als logarithmische gerade Kurve wiedergegeben. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit für eine Pegelanpassung /wischen Kompressor und Expander. Wenn beim gesamten Tonfrequenzbercieh-Eingangssignal der Signalpegel niedrig und der Verstärkungsgrad der gesteuerten Verstärkerschaltung hoch iäi, wiiu enif HUM (JICMLTIUL¹ Anhebung im höheren Frequenzbereich 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 Pressen an denjenigen beim Dehnen angepaßt werden. Der Verstärkungsgrad des spannungsgesteuerten ' erstärkers 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 13 gemäß F i g. 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 Signalpegeis einen natürlichen Toneindruck.

In Fig. 9 ist ein anderes Beispiel für die gesteuerte Verstärkerschaltung dargestellt. Bei dieser Schaltung wird ein Eingangssignal V, an eine Eingangsklemme 70 angelegt und sodann auf ein Hochpaßfilter 71 und ein Tiefpaßfilter 72 verteilt, an denen das Signal in die höheren Frequenzkomponenten sowie die Niedrig- und Mittelfrequenzkomponenten aufgeteilt wird. Die Ausgänge der beiden Filter 73 und 72 werden durch spannungsgesteuerte Verstärker 73a bzw. 736 gesteuert. In diesem Fall wird der Steuerungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers 73a durch die Steuerspannung K mittels einer Koeffizienten-Multiplizierschaltung 74a auf einen größeren Wert eingestellt als derjenige des spannungsgesteuerten Verstärkers 736 mittels einer KoefnVlenten-MuItipIizierschaltung 746. Aufgrund dieser Schaltungskonstruktion ist die Anhebungsgröße bei hohen Frequenzen, wenn der Verstärkungsgrad zwischen Eingang und Ausgang groß ist, im Vergleich zu einem kleinen Verstärkungsgrad groß. Die gesteuerte Verstärkerschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eignet sich somit für das erfindungsgemäße Rauschunterdrückungssystem. Die Ausgangssignale der jeweiligen spannungsgesteuerten Verstärker 73a und 736 werden in einem Addierer 75 summiert, und das summierte Signal wird sodann einer Ausgangsklemme 76 zugeführt. Wie bei den vorherigen Beispielen wird hierdurch der Rauschabstand zweckmäßig verbessert. Die Anhebungsgröße besitzt jedoch keinen konstanten Pegelbereich, so daß der Signalpegel in der Preß-Betriebsart genau an denjenigen in der Dehn-Betriebsart angepaßt sein muß. Bei Verwendung der Koeffizienten-Multiplizierschaltung 74a mit nicht linearer Kennlinie läßt sich ohne weiteres die Frequenzgangkurve gemäß F i g. 6 erzielen. Weiterhin können durch entsprechende Wahl der Eigenschaften bzw. Kennlinien dieser Multipiizierschaltungen 74a und 746 die Preß- und Dehncharakteristika ohne weiteres so gewählt werden, daß sie den Eigenschaften des Übertragungsmediums 14, d. h. des Aufzeichnungsmediums, angepaßt sind. Bei den Beispielen gemäß F-"ig. 5 und 7 sind nichtinvertierencle, spanntingsgesteuerte Verstärker 131 und 18fi vorgesehen, obgleich auch invertierende, spannungsgesteuerte Verstärker verwendet werden können. Für diesen Fall ist ein gesteuerter Verslärker mit einem invertierenden Verstärker in Fi g. 10 und ein solcher mit einem nichtinvcrtierendcn Verstärker in F i g. 11 dargestellt.

Gemäß Fig. iö wird das an die Eingangskiemme 12 angelegte Eingangssignal Ki 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 136 werden an einem Addierer 137a zur Lieferung eines Ausgangssignals Vm addiert. Durch Verwendung des Addierers 137a wird dabei die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangssignalen von Verstärker 131a und Hochpaßfilter 136 erhalten.

F i g. 11 zeigt eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 10. Gemäß Fig. 11 wird das Eingangssignal V₁ , von der Eingangsklemme 12 einem nichtinvertierenden, spannungsgesteuerten Verstärker 1316 und einem Hochpaßfilter 136 aus einem Kondensator 133 und einem Widerstand 134 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 131 b und das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 136 werden einer Subtrahierschaltung 1376 zugeführt, um eine Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangssignalen des Verstärkers 1316 und des Hochpaßfilters 136 zu erhalten.

Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen weitere Beispiele für in der Strombetriebsart arbeitende gesteuerte Verstärkerschaltungen gemäß Fig. 5 und 7. In Fig. 12 ist die gesteuerte Verstärkerschaltung 13 im Kompressorteil dargestellt, während Fig. 13 die entsprechende Verstärkerschaltung 19 im Expanderteil zeigt. Bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 5 und 7 werden nichtinvertierende, 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 151 sind solche invertie-ende Stromverstärker, bei denen der Stromverstärkungsgrad entsprechend der Steuerspannung variiert wird, und bei denen dann, wenn ein Strom in die Eingangskiemme fließt, auch ein Strom zu ihrer Ausgangsklemme fließt. Für die spannungsgesteuerten Verstärker 143,151 kann beispielsweise ein spannungsgesteuerter Verstärker gemäß der US-PS 37 14 462 verwendet werden, so daß auf eine nähere Erläuterung in der vorliegenden Beschreibung verzichtet werden kann.

Gemäß F i g. 12 wird eine Eingangsspannung V/ ι nach der Umwandlung in einen Strom durch einen Widerstand 142 dem spannungsgesteuerten Stromverstärker 143 eingespeist, in welchem sie um einen durch die

Spannung K ι bestimmten Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der multiplizierte bzw. vervielfachte Strom wird sodann an einen Additionspunkt 150 angelegt. Andererseits wird die Eingangsspannung V, ι an den Additionspunkt 150 auch über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 144 und einem Kondensator 145 eingespeist, die eine HochpaBfilterschaltung bilden. Wenn mit .-. c, ω und A₁ die Widerstandswerte der Widerstände 142 und 144. der Kapazitätswert des Kondensators 145, die Winkelfrequenz bzw. die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers bezeichnet werden, läßt sich die Beziehung :1er Eingangsspannung V',, zu einem Produkt ans dem Widerstandswert r des Widerstands 144 ,mil dem zum Additionspunkt 150 fließenden Snom /„durch folgende Gleichung ausdrücken:

I ■ /'

;/ im

I.

.-I₁ I

I ■ /'

Gleichung (3) ist daher identisch mit Gleichung (1). so daß sie die Kennlinie gemäß F i g. 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 F i g. 5. Ein .Schaltungsabschnitt von der fcingangsklemme 12 bis zum Addierer 137 (Fig. 5) entspricht dem Schaliunssabschnitt von der üineangsklemme 141 bis zum Additionspunkt 150 gemäß Fig. 12, und die Voranhebeschaltung 138 entspricht der gleichen Schaltung 151 gemäß Fig. 12. Der Frequenzgang des gesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 10 entspricht F i g. 3, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß I i g. 5.

Gemäß Fig. 13 wird eine Eingangsspannung K: an eine Eingangsklemme 158 angelegt und über eine der Bewertungsschaltung 148 gemäß Fig. 12 äquivalente Entzerrerschaltung 150 geleitet, deren Ausgangsstrom einem spannungsgesteuerten Stromverstärker 151 zugeführt wird, an welchem der Strom durch einen durch die Spannung K : 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 156 für Gegenkopplung in eine Spannung umgewandelt. Die umgewandelte Spannung wird von einer Ausgangsklemme 157 abgenommen. Die Spannung des Wandlers 159 wird über eine eine Kochpaßfiherschallung bildende Reihenschaltung 153 aus einem Widerstand 152 und einem Kondensator 154 zum Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers 151 zurückgekoppelt. Auf diese Weise wird die nachstehend definierte Beziehung H_id(P) zwischen einer Ausgangsspannung V02 und einem Wert I„d x r erhalten, der durch Multiplizieren eines Widerstandswerts r des Widerstands 152 mit einem zum Additionspunkt 160, an welchem Eingangssignal und Rückkopplungssignal addiert werden, fließenden Strom I„d erhalten wird.

.P-(I

t:„, in

I f /'

mit A, = \;A.

Gleichung (5) entspricht somit Gleichung (2), welche die Kennlinie gemäß F i g. 8 angibt.

Das Ansprechen des Ausgangs V02 des gesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 13 auf ein Eingangssignal K₂ ist, ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 7, in F i s. 4 veranschaulicht.

Bei der Schaltung gemäß F i g. 5 ist die Kennlinie (der Strecke) Kn-Ki, in einem Bereich von 4<0(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 höheren Frequenzbereich, verglichen zu dem im Miitel- und Niederfrequenzbereich, angehoben. Infolgedessen tritt im höheren Frequenzbereich eine Signalverzerrung und außerdem eine Modulation des Störsignals aufgrund modulierter Störsignale auf. Wenn bei der Schaltung gemäß Fig. 13 A kleiner ist als 0(dB) (A<0(dB)), nämlich A,> 1 gemäß Gleichung (4), wird die Arbeitsweise der Schallung instabil, weil der imaginäre bzw. gedachte Teil des Nenners einer Übertragungsfunktion negativ wird. Zur Vermeidung eines solchen Zustands werden die Spannungen Ki, K₂ zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Verstärkers auf einen zweckmäßigen Wert begrenzt. Fig. 15 ist ein Blockschaltbild, in welchem Begrenzer 17 und 22 zur Steuerung der Spannungen K... bzw. V_i2 einmal zwischen einen gesteuerten Verstärker 13 und einen Pegelfühler 16 und zum anderen zwischen einen gesteuerten Verstärker 19 und einen Pegelfühler 21 eingefügt sind.

Bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 5 und 7 sind die Voranhebeschaltung 138 und die Entzerrerüchaltung 187 an den unmittelbar mit dem Aufzeichnungsgerät verbundenen Seiten angeordnet. Diese Schaltungen 138 und 187 können jedoch auch an den Seiten der gesteuerten Verstärkerschaltungen angeordnet sein, die an Eingangs- und Ausgangsklemmen 12 bzw. 23 des Rauschunterdrückungssystems 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 höheren Frequenzkomponenten 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 höheren Frequenz-Komponenten kann dieses Verhältnis sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen verbessert werden. Das erläuterte System kann in Verbindung mit einer Schaltung bzw. Anordnung benutzt werden, bei welcher der Anhebungsbereich entsprechend dem Spektralumfang des Eingangssignals V/ gesteuert wird. Kurz gesagt, läßt sich das Rauschunterdrückungssystem wie folgt definieren: Unter der Voraussetzung, daß ein erster Frequenzbereich ein fester Bereich mit einer Anzahl von Signalkomponenten oder ein variabler, sich mit den Frequenzkomponenten eines Signals ändernder Bereich ist, während ein zweiter Frequenzbereich ein solcher ist, der eine Anzahl von Störsignal-Komponenten enthält und außerhalb des ersten Freauenzbereichs

liegt, wird in der Preßbetriebsart die Verstärkung d:s ersten Frequenzbereichs entsprechend der Abnahme des Eir,£pngssignalpegels 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 verringert wird. In der Dehnbetriebsart arbeitet das Rauschunterdrückungssystem in der entgegengesetzten Weise.

Erfindungsgemäß wird der Rauschabstand beträcht-

lieh verbessert. Wenn zudem der Signalpegel niedrig ist, wird die Anhebung<:größe 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 des erläuterten Rauschunterdrückungssystems auf ein Aufzeichnungsmedium mit hohem Störpegel und niedrigem Sättigungspegel, beispielsweise auf das Kassettenm_- gnetband sogenannter Kassettenrekorder, eine zufriedenstellende Störunterdrückung erzielt werden.

I licr/ii I : liliill /tu

Claims

Patentansprüche:

1. Rauschunterdrückungssystem, bestehemd aus einem Kompressor mit einem spannungsgesteuerten Verstärker zum Pressen des dynamischen Bereiches eines Eingangssignals in Abhängigkeit von seiner Amplitude und zur Lieferung des gepreßten Signals zu einem Signalübertragungsmedium, und aus einem Expander mit einem spannungsgesteuerten Verstärker zum Dehnen des dynamischen Bereiches eines Ausgangssignals des Signalübertragungsmedium entsprechend seiner Amplitude, wobei der Expander eine auf die Übertragungsfunktion des Kompressors bezogene, jedoch inverse Übertragungsfunktion aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (11) eine derartige Übertragungsfunktion aufweist, daß bei Anlegen eines Eingangssignals mit hohem Signalpegel die Verstärkung im Kompressor herabgesetzt und das Hervorhebungsausmaß ia einem spezifischen Frequenzbereich eines NF-Betriebsbereichs-Frequenzbandes, mit Ausnahme eines Hauptfrequenzbereichs, in welchem der Hauptanteil der Signalenergie typischerweise liegt gering wird, und bei einem Eingangssignal mit niedrigem oder mittlerem Signalpegel die Verstärkung im Kompressor erhöht und das Hervorhebungsausmaß für den spezifischen Frequenzbereich groß wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (11) einen ersten Pegeldeteiuor (16) enthält, um den Pegel eines Ausgangssignals des Konv /essors (11) festzustellen und eine erste verarbeitende Schaltung (13) enthält, die das Eingangssignal entspi chend dem Ausgangssignal des ersten Pegeldetektors (16) derart verarbeitet, daß die Verstärkung der ersten verarbeitenden Schaltung (13) für ein Eingangssignal mit hohem Signalpegel niedrig wird und das Hervorhebungsausmaß in dem spezifischen Frequenzbereich gering wird und für ein Eingangssignal mit niedrigem mittlerem Signalpegel die Verstärkung groß wird und das Hervorhebungsausmaß für den spezifischen Frequenzbereich groß wird, daß der Expander (18) einen zweiten Pegeldetektor (21) enthält, um den Pegel des Eingangssignals des Expanders (18) festzustellen und weiter eine zweite verarbeitende Schaltung (19) enthält, welche das Eingangssignal des Expanders (18) entsprechend der Ausgangsgröße des zweiten Pegeldetektors (21) verarbeitet, wobei die zweite verarbeitende Schaltung (19) eine auf die Übertragungsfunktion der ersten verarbeitenden Schaltung (13) bezogene, jedoch im wesentlichen inverse Übertragungsfunktion aufweist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pegeldetcktor (16) eine: erste Bewertungsschaltung (15) enthält, die an den Ausgangsanschluß des Kompressors (11) angeschlossen ist, um die Energie des Ausgangssignals des Kompressors (11) in dem spezifischen Frequenzbereich zu bewerten, und weiter einen ersten Pegelfühler enthält, um den Pegel eines Ausgangssignals der ersten Bewertungsschaltung (15) festzustellen, und daß der zweite Pegeldetektor (21) eine /weite Bewertungsschaltung (20) aufweist, die an den Eingangsanschluß des Expanders (18) angeschlossen ist, um die Energie des Einganpssignals des Expanders (18) in dem spezifischen Frequenzbereich zu bewerten, und weiter einen zweiten Pegelfühler aufweist, um den Pegel des Ausgangssignals der zweiten Bewertungsschaltung (20) festzustellen.