DE2838293C2

DE2838293C2 - Schaltung zur Störgeräuschverminderung mittels Signalkompression und -expansion in getrennten Frequenzbereichen

Info

Publication number: DE2838293C2
Application number: DE2838293A
Authority: DE
Inventors: Takehiko Gifu Asano; Satoshi Kagamigahara Gifu Nishimura; Kenichi Sato; Tetsuo Shimizu
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1982-11-11
Also published as: GB2003707A; US4281295A; GB2003707B; FR2402353B1; DE2838293A1; FR2402353A1; JPS6128162B2; JPS5439516A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Störgeräuschverminderung mittels Signalkompression und -expansion in getrennten Frequenzbereichen mit einem Kompressor und einem Expander, wobei der Kompressor eine erste Signalverarbeitungsschaltung und der Expander eine zweite Signalverarbeitungsschaltung aufweist, die jeweils eine Vielzahl von Filtern zuir Aufteilen des Frequenzbereichs des Signals in eine Vielzahl von Frequenzbereichen aufweisen, wobei jeweils für jeden Frequenzbereich eine spannungsgesteuerte Signalverstärkungseinrichtung und eine Niveaudetektoreinrichtung so vorgesehen ist, daß der Verstärkungsfaktor als Funktion des im betreffenden Frequenzbereich festgestellten Signalpegels veränderbar ist und wobei der Expander oder der Kompresv
einen Verstärker aufweist, der beim Kompressor parallel zu seiner Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist und zusammen mit dieser eine Rückkopplungsschaltung bildet.

Schaltungen zur Störgeräuschverminderung mittels Signalkompression und -expansion (sogenannte »Kompansion«) werden für Signalübertragungssysteme wie z. B. Tonbandgeräte, Schallplattenspieler und dergleichen verwendet, um eine Verschlechterung des Signals aufgrund des Geräuschverhältnisses des Signals wegen des kleinen dynamischen Bereiches eines Aufzeich· hungsmediums bei einem solchen Signalübertragungssystem zu vermeiden. Typische bereits bekannte Systeme zur Geräuschverminderung umfassen das Dolby-System, das dbx-System und ähnliches. Das Dolby-System ist z. B. ausführlich in GB-PS 11 20 541 und US-PS 36 31 365, das dbx-System ausführlich z. B. in den US-PS 36 81 618,37 14 462 und 37 89 143 beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Schaltung zur Geräuschverminderung vom Kompressions/Expansions-Typ, die für ein Tonbandgerät verwendet wird. Die dort gezeigte Geräuschverminderungsschaltung weist im wesentlichen einen Eingangsanschluß 1 zum Aufnehmen eines Eingangssignal Si einen Dynamikpresser A mit einem spannungsgesteuerten Verstärker 3, der zum Aufnehmen des Eingangssignals geschaltet ist, und mit einem Niveaudetektor 5 zum Feststellen des Niveaus des Signals, um ein Spannungssteuersignal für den spannungsgesteuerten Verstärker 3 zu erzeugen, ein Tonbandgerät 11, daß zum Aufzeichnen des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Verstärkers 3 auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. einem Magnetband, geschaltet ist, einen Dynamikdehner B mit einem weiteren spannungsgesteuerten Verstärker 4, der zum Aufnehmen eines wiedergegebenen Signals vom Tonbandgerät 11 geschaltet ist, und mit einem Niveaudetektor 6 zum Feststellen des Signalniveaus, um ein Spannungssieuer-. signal für den spannungsgesteuerten Verstärker 4 zu erzeugen, und einen Ausgangsanschluß 2 zum Abgeben des Ausgangssignals So auf. Wie bekannt ist, ist der spannungsgesteuerte Verstärker 3 so aufgebaut, daß er im logarithmischen Maßstab auf lineare Weise den dynamischen Bereicn des Signals als Funktion eines Spannungssteuersignals komprimiert. Andererseits ist der spannungsgesteuerte Verstärker 4 so aufgebaut, daß er im logarithmischen Maßstab auf lineare Weise den dynamischen Bereich des Signals als Funktion eines Steuersignals expandiert

F i g. 2 zeigt die Kompansions-Charak'ceristik in dem Falle, daß der Kompansions-Koeffizient 2 beträgt In der Figur bezeichnet die Abszisse das Eingangsniveau und die Ordinate das Ausgangsniveau. Die Linie »a« zeigt eine Kompressions-Charakteristik und die Linie »fx< zeigt eines Expansions-Charakteristik.

Es wird also gemäß der in F i g. 1 gezeigten Schaltung zur Geräuschverminderung der dynamische Bereich des Signals im logarithmischen Maßstab linear komprimiert und expandiert. Beim Beispiel der F i g. 2 wird ein Eingangssignal mit einem dynamischen Bereich von 100 dB in ein Signal mit einem dynamischen Bereich von 5OdB komprimiert und aufgezeichnet Andererseits wird ein Signal mit einem dynamischen Bereich von 5OdB, das vom Tonbandgerät 11 erhalten wird, in ein Signal mit dem ursprünglichen dynamischen Bereich von 10OdB expandiert und vom Ausgangsanschluß abgenommen. Die Kompression (Fig. 1) wird durch den spannungsgesteuerten Verstärker bewirkt, der als eine Schaltung mit spannungsgesteuerter veränderbarer Verstärkung wirkt, wobei die Verstärkung dieser Schaltung als Funktion eines Signalniveauausgangs vom Niveaudetektor 5 verändert werden kann. Ähnlich wird die Expansion durch den spannungsgesteuerten Verstärker 4 bewirkt, der als eine Schaltung mit Spannungsgesteuerter variabler Verstärkung wirkt und dessen Verstärkung als Funktion des Niveaus des Signalausgangs des Niveausensors 6 verändert werden kann. Eine solche Schaltung hat den Nachteil, daß ein Rauschatmungsphänomen auftritt Insbesondere v/ird ein Geräusch, das in einem Signalübertragungssystem auftritt, z, B, das zischende Rauschen bei der Wiedergabe des Signals eines Tonbandgerätes, das als sehr Unangenehm empfunden wird, wegen einer Änderung der Verstärkung der spannungsgesteuerten Verstärker

moduliert. Dabei wird ein Geräusch wahrgenommen, dessen Pegel .sich ändert

Die Schaltung zur Geräuschverminderung in F i g. 1 verwendet eine Vorverzerrungsschaltung 7, um den Bereich hoher Frequenz zu betonen, und eine Nachentzerrungsschaltung 8 mit komplementärer Charakteristik, um die oben beschriebenen Nachteile bei vorbekannten Geräuschminderungsschaltungen vom Kompansions-Typ zu beseitigen. Insbesondere wird bei der Geräusch/ründerungsschaltung der Fig. 1 eine Audio-Signalkomponente im Bereich hoher Frequenz, in dem ein Zischgeräusch wahrscheinlich stören würde, vorher besonders betont und dann aufgezeichnet; anschließend wird das Signal verarbeitet, um es bei der Wiedergabe in den ursprünglichen Zustand zurückzuführen, um das Signal-Rauschen-Verhältnis im Bereich hoher Frequenzen zu verbessern. Damit dieses Verfahren jedoch wirksam ist, ist es notwendig, daß das Tonbandgerät einen ausreichend großen dynamischen Bereich hat, um den besonders hervorgehobenen bzw. betonten Anteil im Gebiet hoher Frequenzen aufzunehmen. Tatsächlich ist der dynamische Bereich im Bereich hoher Frequenzen bei einem typischen Tonbandgerät, das gegenwärtig erhältlich ist, kleiner als die vergleichbaren dynamischen Bereiche für mittlere und niedrigere Frequenzbereiche; daher ist es sehr schwierig, eine ausreichende Hervorhebung im Gebiet höherer Frequenzen bei einem solchen Tonbandgerät zu erreichen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Geräuschminderungsschaltung sind weiterhin Bewertungsschaltungsn 9 und 10 vorgesehen, die mit den Eingängen der Niveaudetektoren 5 und 6 verbunden sind, um die Vorverzerrung und Nachentzerrung zu ergänzen. Zu diesem Zweck sind die Bewertungsschaltungen 9 und 10 so aufgebaut, daß sie eine Frequenzcharakteristik haben, bei der eine höhere Frequenz hervorgehoben wird. Insbesondere wird, wenn ein Signal aufgenommen wird, dessen Energie im Bereich höherer Frequenzen dominant ist, der spannungsgesteuerte Verstärker 3 für den Kompressionsvorgang durch die Bewertungsschaltung 9 gesteuert, um seine Verstärkung zu verkleinern, um Sättigung im Bereich höherer Frequenzen aufgrund der Hervorhebung zu vermeiden. Trotzdem tritt ein andeics Problem auf, das darin besteht, daß das Signal-Rauschen-Verhältnis über den gesamten Frequenzbereich durch die Bewertung erniedrigt wird.

Da die oben beschriebene Hervorhebung des Bereiches höherer Frequenzen das Energieniveau des Signals im Bereich höherer Frequenzen anhebt, führt diese Hervorhebung dazu, daß der Einfluß des Bereiches niedrigerer Frequenzen relativ verkleinert wird. Als Ergebnis kann das Phänomen des atmenden Rauschens im Bereich höherer Frequenzen in einem gewissen Ausmaß reduziert werden; trotzdem ist diese Reduktion doch noch unzureichend. Es wurde beobachtet, daß dieses Problem im Fall von Musik, die Klaviermusik enthält, noch schwerwiegender ist. Dies beruht auf der Tatsache, daß, da Pianotöne ein einfaches Frequenzspektrum mit einem einfachen Aufbau, ähnlich demjenigen eines reinen Tones haben, die Pianotöne deswegen eine viel geringere das Rauschen verdeckende Wirkung haben. Außerdem ist die Energieverteilung der Pianotöne mehr in den mittleren und unteren Frequenzbereichen dominant, so daß durch die Pianotöne auf sehr viel weniger wirksame Weise ein sich änderndes Rauschen oder entsprechende Geräusche im Bereich höherer ⁿ-?quenz überdeckt werden können. Darüber hinaus ist ; oben beschriebene Verbesserung mittels der Hervorhebung nur darauf gerichtet, Geräusche im Bereich höherer Frequenzen zu reduzieren, die für das Ohr unangenehm sind Eine Verkleinerung des Phänomens des atmenden Rauschens in den unteren Frequenzbereichen wird dadurch nicht erreicht

Um diese Probleme zu lösen, wurde vorgeschlagen, den vollen Frequenzbereich in eine Vielzahl von Frequenzbereichen aufzuteilen und jeden Frequenzbereich getrennt einer Kompansion zu unterwerfen, und nicht etwa den gesamten Frequenzbereich gleichzeitig der Kompansion zu unterwerfen. In einem Frequenzbereich, in dem kein Tonsignal existiert, wird eine Geräuschkomponente nicht durch ein Tonsignal moduliert und wird aufgrund der Kompansion voll unterdrückt Dies führt dazu, daß die Geräuschkomponente viel weniger wahrgenommen wird.

In Fig.3 ist das Blockschaltbild einer Geräuschminderungsschaltung mit geteiltem Frequenzgebiet gezeigt bei der Kompansion durchgeführt wird und bei der ein F-equenzbereich in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt wird. Die in Fig.3 gezr ^te Schaltung zur Geräuschminderung weist im Wesentlichen einen Dynamikpresser A vom Typ mit geteiltem Frequenzgebiet der zwischen einen Eingangsanschluß 1 zum Aufnehmen eines Eingangssignals 5/ und ein Tonband-' gerät 11 geschaltet ist und einen Dynamikdehner B mit geteiltem Frequenzgebiet auf, der zwischen das Tonbandgerät 11 und einem Ausgangsanschluß 2 geschaltet ist, an dem ein Ausgangssignal So abgenommen werden kann. Der Dynamikpressd A enthält einen Dynamikpresser für niedrigere Frequenz mit einem Tiefpaßfilter 16, mit einem spannungsgesteuerten Verstärker 3, der zum Aufnehmen des Ausgangssignals vom Tiefpaßfilier 16 verbunden ist und mit einem Niveaudetektor 5, der zum Feststellen des Signalniveaus ausgebildet ist, um ein Spannungssteuersignal an den spannungsgesteuerten Verstärker 3 abzugeben, einen Kompressor für höhere Frequenzen mit einem Hochpaßfilter 18, mit einem spannungsgesteuer.en Verstärker 12, der zum Aufnehmen des Ausgangssignals vom Hochpaßfilter 18 geschaltet ist, und mit einem Nivoaudetektor zum Feststellen des Signalniveaus, um ein Spannungssteuersignal für den spannungsgesteuerten Verstärker 12 zu erzeugen, und einen Mischer 20 zum Mischen der Ausgänge der spannungsgesteuerten Verstärker 3 und 12, um ein aufzuzeichnendes Signal Sr zu erzeugen. Ähnlich enthält der Dynamikdehner B einen Dynamikdehner für niedrigere Frequenzen mit einem Tiefpaßfilter 17, mit einem spannungsgesteuerten Verstärker 4, der zum Aufnehmen des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters i.7 geschaltet ist, und mit einem Niveaudetektor 6 zum Feststellen des Signalniveaus, um ein Spannungssteuersigr.al für den spannungsgesteuerien V· ritärker 6 zu erzeugen, einen Dynamikdehner für höhere Frequenzen mit einem Hochpaßfilter 19, einem spannungsgesteueuen Verstärker 13, der zu; η Aufnehmen des Ausgangssignals des Hocnpaßfilters 19 geschaltet ist und mit einem Niveaudetektor 15 zum Feststellen des Signalniveaus, um ein Spannungssteuersignal für den spannungsgesteuerten Verstärker 13 zu erzeugen, und einen Mischer 21 zum Mischen der Ausgänge der spannungsgesteuerten Verstärkt' 4 und 13, um die Ausgangssignale So zu erzeugen. Wie leicht verstanden werden wird, sollen die Tiefpaßfilter 16 und und die Hochpaßfilter 18 und 19 den Frequenzbereich in zwei Frequenzbereiche aufteilen. Zur Auswahl der Frequenzbereiche für diese beiden Filter wird eine Überschneidungsfrequenz /c, bei der sich die Frequenz-

' bereiche überschneiden, so ausgewählt, daß das Phänomen des atmenden Geräusches wirksam unter Berücksichtigung der oben diskutierten Punkte minima* lisiert wird. Die spannungsgesteuerten Verstärker 3 und

4 und 12 und 13 und die Niveaudetektoren 5 und 6 und S 14 und 15 sind ähnlich aufgebaut wie die spannungsgesteuerten Verstärker 3 und 4 und die Niveaudetektoren

5 und 6, die unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 diskutiert Wurden, lediglich mit dem Unterschied, daß die spannungsgesteuerten Verstärker 3 und 4 und die 'Niveaudetektoren 5 und 6 für Kompansion im niedrigeren Frequenzbereich ausgebildet sind, während die spannungsgesteuerten Verstärker 12 und 13 und die Niveaudetektoren 14 und 15 für Kompansion im höheren Frequenzbereich ausgebildet sind. Da der Frequenzbereich für die Kompression und Expansion in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt ist, ist der Mischer 20 vorgesehen, um die in dem aufgeteilten Frequenzbereich aptrennt komprimierten Signale zu vereinigen. Außerdem ist ein Mischer 21 vorgesehen, um die in den aufgeteilten Frequenzbereichen getrennt expandierten Signale zu vereinigen.

Trotz des Zwecks, in den aufgeteilten Frequenzgebieten getrennt, Kompansion zu erreichen, um durch eine solche Geräuschminderungsschaltung mit geteiltem Frequenzbereich, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, eine Verkleinerung des Phänomens atmender Geräusche zu erreichen, tntt das andere Problem auf, daß das Frequenzspektrum eines Eingangssignals nicht originalgetreu als Ergebnis der Kompansion wiedergegeben wird. Dieses Problem wird durch die Frequenzcharakteristik der Tiefpaßfilter 16 und 17 und der Hochpaßfilter 18 und 19 gegeben. F i g. 4 zeigt die Frequenzcharakteristik der Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter, wobei auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Abschwächung aufgetragen ist Die mit TPFbezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Tiefpaßfilters, und die mit WFbezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Hochpaßfilters. Wie aus Fig.4 ersichtlich ist schließt die Kombination der Hochpaßfilter und Tiefpaßfilter gewöhnlich ein Überschneidungsgebiet ein. Ein solches Überschneidungsgebiet kann nicht vermieden werden, auch dann nicht wenn gegenwärtig erhältliche Filter mit scharfer Grenzfrequenz verwendet werden. Es wird daher ein Signal im Überschneidungsbereich, das einer Niveauänderung durch den spannungsgesteuerten Verstärker 3 im Gebiet niedrigerer Frequenz bei der Kompression unterworfen wird, auch einer Änderung des Niveaus durch den spannungsgesteuerten Verstärker 13 im Bereich höherer Frequenz bei der Expansion unterworfen. Umgekehrt wird das Signal im Überschneidungsbereich, daß bei der Kompression durch den spannungsgesteuerten Verstärker 12 im Bereich höherer Frequenz einer Niveauänderung unterworfen wird, auch einer Niveauänderung durch den spannungsgesteuerten Verstärker 4 im niedrigeren Frequenzgebiet bei der Expansion unterworfen.

In F i g. 5 ist qualitativ die sich ergebende Verschlechterung der Wiedergabegüte grafisch dargestellt In der Figur ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der ω Ordinate der Frequenzgang aufgetragen. Eine leichte Erhöhung in der Nähe der Überschneidungsfrequenz fc zeigt die Verschlechterung der Wiedergabegüte; das Ausmaß der Erhöhung ändert sich dabei als Funktion der Änderung der Verstärkung jedes spannungsgesteuerten Verstärkers aufgrund einer Änderung der Energieverteilung des Frequenzspektrums des Signals. Das Phänomen atmender Geräusche ist zwar verklei-' nert, es tritt aber eine Verschlechterung der Wiedergabetreue auf.

Statt einer Aufteilung in mehrere Frequenzkanäle ist auch die Aufteilung in einen Hauptkanal und einen oder mehrere Zussatzkanäle bekannt, in denen dann noch — allerdings nur im Zusatzkanal — eine Auftrennung in verschiedene Frequenzbereiche erfolgen kann (DE-AS 14 87 276, DE-OS 19 00 639). Dieses Dölby-System bringt wohl bei Übertragungseinrichtungen mit relativ großem Rauschabstand eine Verbesserung, die jedoch bei Übertragungseinrichtungen mit geringem Rauschabstand, wie etwa bei Kompakt-Kassetten-Recordern nicht ausreichend ist. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, lineare Begrenzer mit identischen Kennlinien herzustellen, so daß sich bei geringfügigen Veränderungen bereits Unterschiede in der Kennlinie und damit in der Tonqualität ergeben.

Demgegenüber stellt eine Schaltung der eingangs

gpnannipn ArJ hprpits pinpn Vorteil dar (DF.-AS 24 06 258). Dort ist ein zusätzlicher Verstärker vorgesehen, der mit der Signalverarbeitungsschaltung eine Rückkopplungsschaltung bildet was dazu führt, daß bei einer entsprechenden Dimensionierung die Kompressions- und Expansionskennlinien zueinander komplementär sind, wodurch eine Verbesserung des Rauschabstandes bzw. eine gute Störgeräuschverminderung erzielt werden kann. Ein Nachteil dieser Schaltung ist jedoch d > folgende.

Ist ein Signal hoher Frequenz einem Signal niedrigerer Frequenz überlagert so kann bei der Aufspaltung in mehrere Frequenzbereiche leicht eine Sättigung eintreten. Auch kann leicht eine Sättigung eintreten, wenn die Komponente hoher Frequenz des Signals plötzlich in der Intensität anwächst Dies beruht darauf, daß die Komponente hoher Frequenz, die normalerweise eine niedrigere Intensität hat deswegen besonders stark verstärkt wird. Durch Addition eines starken Signals niederer Frequenz und eines sehr stark verstärkten Signals hoher Frequenz können Sättigung und damit Verzerrungen auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Geräuschverminderungsschaltung mit geteiltem Frequenzbereich, bei der ein Signal komprimiert und expandiert wird und die einen Dynamikpresser und einen Dynamikdehner aufweisen, zu schaffen, durch die nicht nur das Phänomen atmender Geräusche verkleinert sondern auch die Wiedergabegüte beträchtlich verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß bei einer Schaltung der eingangs genannten Art den Niveaudetektoreinrichtungen eine frequenzbewer»ünde Schaltung vorgeschaltet ist durch die der Bereich hoher Frequenzen betont wird.

Durch die Betonung des Bereiches hoher Frequenzen wird durch den Niveaudetektor hoher Frequenzen eine niedrigere Verstärkung der hohen Frequenzen eingestellt so daß die genannte Sättigung sowie Verzerrungen nicht auftreten können.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Geräuschminderungsschaltung vom Kompressions/Expansions-Typ, die bei einem Tonbandgerät angewendet ist,

Fig.2 die Kompansionscharakteristik im Falle eines Kompansionskoeffizienten 2,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Geräuschminderung mit geteiltem Frequenzgebiet mit Kompansion, bei der ein Frequenzbereich in zwei

Frequenzbereiche aufgeteilt ist,

Fig.4 die Frequenzcharakteristik der Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter, die bei der Schaltung der Fig.3 verwendet werden,

Fig.5 qualitativ die Art Und Weise, Wie die Wiedergabegüte bei der Schaltung der Fig.3 ver^ schlechtert wird,

Fi<j,6A ein Blockschaltbild eines Dynamikpressers,

F i g. &B ein Blockschaltbild eines Dynamikdehners,

Fig.7A ein Blöckschaltbild eines anderen Dynamik- iö pressers,

Fig. 7B ein Blockschaltbild eines anderen Dynamikdehners,

F i g. 8A ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dynamikpressers, ·5

Fig.8B ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dynamikdehners,

Fi g. 9 den Frequenzgang des Tiefpaßfilters und des Hochpaßfilters und der Vorverrerrungsschaltung, und

Fig. 10 einen bevorzugten Frequenzgang der Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter bei der in Fig.8A und 8B gezeigten Ausführungsform.

Allgemein können ideal komplementäre Kompressions- und Expansionscharakteristiken durch eine Übertragungscharakteristik in einem Übertragungsweg bei der Kompression und eine Übertragungscharakteristik bei einem Signalübertragungsweg bei der Expansion erreicht werden, die umgekehrt zueinander sind. Es wird dabei ein Verstärker mit negativer Rückkopplung verwendet, um Übertragungscharakteristiken bei Kornpressen und Expansion zu erreichen, die zueinander umgekehrt sind.

F i g. 6A zeigt zur Erläuterung einen Dynamikpresser, und F i g. 6B zeigt ein Blockschaltbild eines Dynamikdehners, die im wesentlichen der Schaltung der Fig.8 der DE-AS 24 06 258 entsprechen. Verglichen mit dem Dynamikpresserteil der F i g. 3 ist bei der Schaltung der F i g. 6A die Signalverarbeitungsschaltung einschließlich des Dynamikpressers 23 der Fig.6A genau derselbe wie der Dynamikpresserteil A in der Fig.3. Bei der Ausführungsform der F i g. 6A ist jedoch ein Verstärker 22 zwischen dem Dynamikpresser 23 und dem Tonbandgerät 11 angeordnet Die Schaltungsanordnung oben unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschrieben. Kurz gesagt kann das Eingangssignal 5/ einer Kompression des Dynamikbereiches in den entsprechenden Frequenzbereichen unterworfen werden und anschließend einer Mischung der getrennt komprimierten Signalkomponenten unterworfen werden, um das resultierende Signal Sr zu erzeugen. Das resultierende Signal wird durch den Verstärker 22 verstärkt und dann im Tonbandgerät 11 aufgezeichnet Der in Fig.6B gezeigte Dynamikdehner weist einen Verstärker mit negativer Rückkopplung auf. Im Rückkopplungsweg liegt der Dynamikpresser 23. Die Übertragungseigenschäften des Dynamikpressers sind gegeben durch

Sr=[GU-YL (ω) + GH^C ■ YH(a)} · Si (1)

wobei γΐχω) und γΗ(ω) die Frequenzcharakteristiken von Tief- bzw. Hochpaßfiltern und GL^C und GH^C die Verstärkungen der spannungsgesteuerten Verstärker 3 bzw. 12 sind. Bezeichnet man den Ausdruck in der Klammer in Gleichung (I) mit T (ω), dann wird die Übertragungscharakteristik des Dynamikpressers durch die folgende Gleichung gegeben.

Wird nun angenommen, daß die Verstärkung des ,Verstärkers 22 Ao ist, dann ergibt sich aus der allgemeinen Theorie des Verstärkers mit negativer Rückkopplung die Beziehung zwischen dem Eingangs^ signal Sr und dem Ausgangssignal So bei der Expansion wie folgt.

So

Ao

Sr

Es sollte hervorgehoben werden, daß beim Entwurf des Verstärkers mit negativer Rückkopplung, der in F i g. 6B gezeigt ist, berücksichtigt werden sollte, daß die Schleifenverstärkung kleiner als 1 in dem Frequenzbereich sein sollte, in dem die gesamte Phasenverschiebung in der Rückkopplungsschleife 180° überschreitet, um Oszillationen aufgrund positiver Rückkopplung zu vermeiden, was dem Fachmann wohlbekannt ist.

Wird nun angenommen, daß die Verstärkung des Verstärkers 22 ausreichend groß gewählt ist, so wird Ao ■ Τ(ω) sehr viel größer sein als 1. Dann kann die Gleichung (3) wie folgt geschrieben werden.

So

Sr

(4)

Τ(ω) = GL^C - YL (ω) + GH^C ■ YH(o)

(2)

Dies bedeutet, daß bei der Ausführungsform der Fi g. 6A und 6B die Übertragungscharakteristik \IT(a>) bei dem Dynamikdehner erreicht wird, die das Inverse der Übertragungscharakteristik des Dynamikpressers ist. Als Ergebnis kann, was auch immer die Frequenzcharakteristik des Dynamikpressers sein mag, eine umgekehrte Übertragungscharakteristik im Dynamikdehner erreicht werden. Es sind also die Kompressionsund Expansionscharakteristik ideal komplementär zueinander.

Obwohl bei der in den Fig.6A und 6B gezeigten Ausführungsform derselbe Dynamikpresser 23 gemeinsam bei dem Dynamikpresser der Fig.6A und dem Dynamikdehner der Fig.6B verwendet worden ist indem die Verbindungen derselben mit dem Signalübertragungsweg geändert wurden, können der Dynamikpresser der Fig.6A und der Dynamikdehner der F i g. 6B getrennt ausgebildet werden, indem getrennte Schaltungen 23 verwendet werden, die im wesentlichen die gleichen elektrischen Eigenschaften für den Dynamikpresser der F i g. 6A und den Dynamikdehner der F i g. 6B haben.

Die Fig.7A und 7B zeigen Blockschaltbilder einer anderen Ausführungsform eines Dynamikpressers und Djnamikdehners. Gemäß der in den Fig.7A und 7B gezeigten Ausführungsform wird eine Signalverarbeitungsschaltung 23 als Dynamikdehner im Dynamikdehner der Fi g. 7B benutzt Dieselbe Signalverarbeitungsschaltung 23 wird als Rückkopplungsschaltung im Dynamikpresser der F i g. 7A so verwendet daß sie mit dem Verstärker 23 gekoppelt ist, um so einen Rückkopplungsverstärker zu bilden.

Die F i g. 8A und 8B zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, für die die vorgenannten Schaltungen benutzt werden können. Sie sind ähnlich zu den Fig.7A und 7B. Im Vergleich mit der in den F i g. 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist bei der in den F i g. 8A und 8B gezeigten Ausführungsform eine Vorverzemingsschaitung 30 am Eingang des in der Fig. 8A gezeigten Dynamikpressers gezeigt, und es ist die Vorverzerrungsschaltung 30 parallel mit dem

Verstärker 22 beim Betrieb als Dynamikdehner, wie in Fig.8B gezeigt, verbunden. Eine Signalverarbeitungs- »chaltung 231, die der Signalverarbeitungsschaltung 23 in den Fig,7A und 7B entspricht, ist mit einer Frequenzbewertungsschaltung 31 gezeigt, die mit dem Signalübertragungsweg gekoppelt ist. Der Ausgang der Frequenzbewertungsschaltung ist mit einem anderen Tiefpaßfilter 16LS und einem andeien Hochpaßfilter 18LS gekoppelt, wobei sowohl das Tiefpaßfilter 16LS als auch das Hochpaßfilter 18LS mit den Niveaudetektören 5 bzw. 14 verbunden sind. Da der übrige Aufbau der Schaltung der in den Fig.8A und 8B gezeigten Ausführungsform derselbe wie derjenige der Ausführungsform, die in den Fig.7A und 7B gezeigt ist, ist, wird es nicht für nötig gehalten, dieselbe deutlicher zu is beschreiben.

Die Anwendung der Vorverzerrungsschaltung 30 im Dynamikpresser von F i g. 8A wurde unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben. Andererseits stellt der Verstärker 22, der mit der Vurverzerruiigsseiiäliüfig 30 bei der in Fig.8B gezeigten Arbeitsweise als Dynamikdehner parallel geschaltet ist, einen Rückkopplungsverstärker dar, wobei die Vorverzerrungsschaltung 30 als negative Rückkopplungsschaltung für den Verstärker dient und damit zusammen mit dem Verstärker als Nachentzerrungsschaltung wirkt. Die Verwendung einer Nachentzerrungsschaltung beim Dynamikdehner wurde auch unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben.

Das Grundprinzip der Verwendung der bewertenden Schaltung zwischen dem Signalübertragungsweg und dem Niveaudetektor sowohl beim Betrieb als Dynamikpresser als auch beim Betrieb als Dynamikdehner wurde auch unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben. Die frequenzbewertende Schaltung 31 der in den Fig.8A und 8B gezeigten Ausführungsform ist jedoch etwas verschieden von derjenigen, die im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. Sie soll daher im folgenden deutlicher erläutert werden.

Wie bereits weiter oben diskutiert wurde, wird die frequenzbewertende Schaltung 31 verwendet, um Sättigung eines Signals in einem Bereich höherer Frequenz aufgrund der Hervorhebung des Bereiches höherer Frequenz durch die Vorverzerrungsschaltung 30 zu verhindern. Bezugnehmend auf die F i g. 4 und 5 und außerdem auf die F i g. 9 wird die Frequenzbewer- « tungsschaltung 31 nur beim Niveaudetektor 14 für den Bereich höherer Frequenz der beiden Niveaudetektoren 5 und 14 verwendet Da jedoch die Überschneidungsfrequenz fo für die Filter 16 und 18 zum Teilen des Frequenzbereiches verhältnismäßig hoch ist, wie dies weiter oben unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben wurde, wird das Frequenzgebiet, das durch die Vorverzerrung hervorgehoben werden soll, leicht das Gebiet niedrigerer Frequenz im spannungsgesteuerten Verstärker 3 überschneiden. Anders gesagt wird der Einfluß der Vorverzerrung auf das Gebiet niedrigerer Frequenz, d. h. einer Frequenz, die niedriger ist als die Überschneidungsfrequenz, ausgeübt werden. In einer solchen Situation kann eine Sättigung des Signals im Bereich niedrigerer Frequenz jedoch nicht durch die oben beschriebenen üblichen Anordnungen unterdrückt werden. Es ist daher, um das oben beschriebene Problem zu lösen, notwendig, die Frequenzbewertung derselben Charakteristik auf die Ausgänge des Tiefpaßfilters 16 und des Hochpaßfilters 18 für die spannungsgesteuerten. Verstärker 3 und 12 für die Bereiche niedrigerer und höherer Frequenz anzuwenden. In einem Falle, bei dem die Zahl der geteilten Frequenzbe-' reiche geringer ist, entstehen keine ernsthaften Probleme. In Fällen jedoch, in denen die Anzahl der geteilten Frequenzbereiche nicht geringer ist, werden die Unterschiede in den Frequenzbewertungscharakteristiken der entsprechenden Frequenzbereiche zu einem Problem. Insbesondere machen Ungleichmäßigkeiten im Frequenzgang einer einzelnen Sinuswellenperiode im Frequenzbereich zwischen 300 Hz bis 1 KHz aus den oben beschriebenen Gründen Schwierigkeiten, das Niveau bzw. den Pegel für die Aufnahme einzustellen. Ist es erwünscht, das 0 dB-Niveau der Kompansionsschaltung zu ändern oder einzustellen, d. h. das Niveau des Signals, das sich nicht ändert, wenn das Signal durch die Kompansionsschaltung bearbeitet wird, so ist zusätzlich ein Einstellarbeitsgang, um den gesamten Bereich der Frequenzen flach einzustellen, äußerst lästig bei der oben beschriebenen üblichen Anordnung, bei du die spannungsgesteuerten Verstärker so ausgebildet sind, daß sie gesteuert werden sollen mit den Äusgangssignaien der entsprechenden Filier, die diesen zugewiesen sind. Da die Frequenzbewertungsschaltung, wie sie tatsächlich ausgeführt ist normalerweise eine Spannungsverstärkung hat, kann das 0 dB-Niveau der Schaltung geändert werden, indem die Verstärkung derselben geändert wird. Die oben beschriebenen Nachteile werden beseitigt, indem das separate Tiefpaßfilter 16LS und das Hochpaßfilter 18LS verwendet werden, die beide geschaltet sind, um das Ausgangssignal der einzigen Frequenzbewertungsschaltung 31 aufzunehmen, um die Signalkomponente in den entsprechenden aufgeteilten Frequenzbereichen an die entsprechenden Niveaudetektoren 5 und 14 abzugeben.

Erneut bezugnehmend auf die F i g. 8Aund 8B wird besonders auf die Konstruktion des Tiefpaßfilters 16 und des Hochpaßfilters 18 hingewiesen. Insbesondere unter besonderem Hinweis auf F i g. 8A wird verstanden werden, daß das Tiefpaßfilter 16 und das Hochpaßfilter 18 eine negative Rückkopplungsschleife bilden. Daher muß eine Phasendrehung innerhalb der Schleife kleiner als 180° sein. Wenn eine Phasendrehung in der Schleife 180° überschreitet muß die Schleifenverstärkungt der Schleife kleiner als 1 sein. Gewöhnlich ist die Phasendrehung des Verstärkers 22 im Bereich höherer Frequenzen größer als 90°. Wird dann ein Filter mit einer Abschwächungscharakteristik von 6 dB/Oct verwendet, überschreitet die Phasendrehung in der Schleife 180°, was zu Oszillationen führen könnte.

F i g. 10 zeigt einen bevorzugten Frequenzgang des Tiefpaßfilters und des Hochpaßfilters, die bei der Ausführungsform der Erfindung, die in den F i g. 8A und 8B gezeigt ist, verwendet werden, wobei auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Dämpfung aufgetragen sind. Die mit TPF bezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Tiefpaßfilters 115, die mit HPF bezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Hochpaßfilters 18. Die mit TPFLS bezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Tiefpaßfilters 16LS, und die mit HPFLS bezeichnete Kurve zeigt den Frequenzgang des Hochpaßfilters 18LS. Wie aus der Darstellung der Fig. 10 ersichtlich ist, sind die Frequenzgänge der Filter 16 und 18 so ausgewählt, daß das Maß an Dämpfung der Filter bei einem vorgegebenen Wert zu einer Sättigung kommt, so daß in der Kurve des Frequenzganges ein Stufenteil auftritt, wodurch die Phasendrehung durch diese Filter 16 und Ui so unterdrückt wird, daß sie kleiner als 90° ist Andererseits sind die Frequenzgänge der Filter 16LS und 18LS vorzugsweise abrupt Der Grund dafür ist der folgende.

Wenn die Frequenzgänge der Filter 16LS und 18LS dieselben wären wie diejenigen der Filter 16 und 18, würde der Niveaudetektor 5 das Signal des höheren Frequenzbereiches in einem gewissen Maße feststellen, und der Niveaudetektor 14 für den höheren Fraquenz-

bereich würde das Signal aus dem niedrigeren > Frequenzbereich in einem gewissen Ausmaße feststellen, was zu dem Ergebnis führen würde, daß die Wirkung der Aufteilung des Frequenzgebietes verringert würde.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Störgeräuschverm;.:derung mittels Signalkompression und -expansion in getrennten Frequenzbereichen mit einem Kompressor und einem Expander, wobei der Kompressor eine erste Signalverarbeitungsschaltung und der Expander eine zweite Signalverarbeitungsschaltung aufweist, die jeweils eine Vielzahl von Filtern zum Aufteilen des Frequenzbereichs des Signals in eine Vielzahl von Frequenzbereichen aufweisen, wobei jeweils für jeden Frequenzbereich eine spannungsgesteuerte Signalverstärkungseinrichtung und eine Niveaudetektoreinrichtung so vorgesehen ist, daß der Verstärkungsfaktor als Funktion des im betreffenden Frequenzbereich festgestellten Signalpegels veränderbar ist, und wobei der Expander oder der Kompressor einen Verstärker aufweist, der beim Kompressor parallel zu seiner Signalverarbeitungsschaltung geschaltet ist und zusammen mit dieser

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gekennzeichnet, daß den Niveaudetektoreinrichtungen (5, 14) eine frequenzbewertende Schaltung (31) vorgeschaltet ist, durch die der Bereich hoher Frequenzen betont wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Signalverarbeitungsschaltung (231) nur eine frequenzbewertende Schaltung (31) vorgesehen ist, die den Niveaudetektoreinrichtungen vorgeschalteten Filtern (16LS, 18LSj vorgeschaltet ist