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Äufnnhme- oder Wiedergabegerät
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufnahme- und/oder Wiedergabegerät
mit einer automatischen Dynamikregeleinrichtung, durch welche eine Transformation
der Dynamik eines originalen Ereignisses auf eine auf die Uebertragungsparameter
angepasste Dynamik durchführbar ist.
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Es sind Dynamikregeleinrichtungen bekannt, welche die Dynamik eines
originalen akustischen Signals verkleinern, um sie auf einem informationsträger
unterzubringen, welcher einen kleineren Dynamikumfang aufweist, als das Originalsignal
beanspruchen würde. Solche Dynamikregeleinrictungen arbeiten nach dem Prinzip der
Verstärkungsregelung mittels eines, vom Informationssignal abgeleiteten und durch
Gleichrichtung und Integration aufbereiteten Regelsignals, mit Hilfe dessen die
Verstärkung des Informationssignals geregelt wird.
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Eine andere Aufgabe solcher Dynamikregeleinrichtungen ist das Herausheben
des Lautstärkepegels beispielsweise aus dem Bandrauschen bzw. das Absenken des Lautstärkepegels
unter die Klirrgrenze, wobei zur Wiedergabe die Entzerrung im allgemeinen nicht
rückgängig gemacht wird, da es sich um verlaufende Verstärkungsschwankungen handelt.
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Soll nun bei der Wiedergabe eine Entzerrung auf die Originaldynamik
stattfinden, so muss der Zustand des Verstärkers aufgezeichnet werden und synchron
beim Abspielen mitlaufen, um den Wiedergabeverstärker entsprechend zu steuern.
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Dieses Regelsignal kann entweder als frequenzmoduliertes Signal dem
Informationssignal überlagert oder direkt auf einen mit dem erstn synchronisierten
Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden.
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Es ist aber auch denkbar, bei der Wiedergabe umgekehrt zu verfahren,
und aus dem absoluten Pegel des komprimierten Signals den Verstärkungsgrad des Aufzeiciinungsverstärkers
herauszulesen,
und damit die Originaldynamikzurückzugewinnen.
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In beiden Fällen ist es jedoch notwendig, ein entsprechendes kompatibles
Wiedergabegerät zur Verfügung zu haben.
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In den Fällen, in denen eine verzerrte, in der Dynamik komprimierte
Aufnahme direkt wiedergegeben wird, ist es nachteilig, dass s praktisch nie iii
e C Originaldynaln ilc zu hören ist, sondern nur die auf den Informationsträger
angepasste Dynamik.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Dynamikregeleinrichtung
zu entwerfen, durch welche auch bei direkter Wiedergabe mit auf den Informationsträger
angepasster Dynamik in weiten Bereichen ohne Entzerrung die Originaldynamik wiedergebbar
ist.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch gewährleistet, dass eine Analysatoreinrichtung
vorhanden ist, mit deren hilfe ein, von dem originalen ereignis abgeleitetes elektrisches
Informationssignal, je nach Grösse in verschiedene Amplitudenbereiche einteilbar
ist, und dass die, verschiedenen Amplitudenbereichen zugehörigen Informationssignale
mittels einer von einem Ausgangssignal der Analysatoreinrichtung in verschiedene
Betriebsarten schaltbare Verstärkereinrichtung versta kt werden, wobei zumindest
in dem, mittelgrossen Informationssignalen zugeordlieten Amplitudenereich die Verstärkereinrichtung
ein konstantes Verstärkungsniveau aufweist, und dass zum Ausgleich eines beim Uebergang
von einem Verstärkungsniveau auf ein anderes auftretenden Sprungs des verstärkten
Signals eine gleichspannungsmässige Anhebung bzw. Absenkung der oberen bzw. unteren
Halbwellen mittels einer, eine vom Ausgangssignal der Analysatoreinrichtung gesteuerte
Spannungsquelle
mit dem verstärkten Signal verknüpfenden Addiereinrichtung durchführbar ist.
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Die Erfindung ist anhand der Zeicllnung näher erläutert, wobei die
Figur 1 ein Diagramm zur Dynamikkompression, die Figur 2 ein Blocksciialtbi ld einer
erfindungsgemässen !)ynamikrege leinriciitung, die Figur 3 eine Ausführungsform
der Erfindung im Detail und die Figuren X und 5 weitere Details der Erfindung zeigen.
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Die Figur 1 zeigt ein Diagramm für clie Dynamik eines akustischen
Signalverlaufs, welcher die Form einer Rampe I, la, Ib hat Die Lautstärke bzw. Amplitl,ìe
des Signals wächst von einem Minimalwert von 0dB bis zu einem frei gewählten Maximalwert
von 80dB linear tn.
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Soll dieses Signal beisl)ielsweise auf ein Magnetband aufgenommen
werden, so treten bei direkter Aufnahme Schwierigkeiten auf, weil im Bereich geringer
Amplituden, beispielsweise von 0 bis 20dB das Eigenrauschen BR des Magnetbandes
höher ist als die Signalamplitude.
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Ueber einem Wert von beispielsweise 55dB beginnt die Magnetisierung
des Bandes in Sättigung zu gehen, und ab 60dB ist die Sättigung vollständig, sodass
Signale, welche grösser sind als 60dB, unterschiedslos mit abgesc1iii t tenen Spitzen
und daher mit grossem Klirren aufgezeichnet werden. Die Zone von 55 - 60dB heisst
daher auch Klirrband und ist mit K bezeichnet.
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Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird bei kleinen und grossen
Signalen das Verstärkungsniveau verkleinert, sodass die Teilrampen la und lb in
die neuen Linien 3a bzw. 3b übergehen, und anschliessend werden Gleichspannungsanteile
a und b dazuaddiert,
sodass schliesslich die Verläufe 2a und 2b
erhalten werden. I)er mittlere Bereich 1 bleibt unverändert, sodass Signalc, welche
sich in diesem Bereich bewegen, ohne Verzerrung aufgezeichnet werden.
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Die Bereiche oberhalb uiid unterhalb des Bereichs 1, in die die grossen
bzw. kleinen Signalverläufe hineinkomprimiert werden, betragen beispIelsweise Je
6<IB.
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Die figur 2 zeigt ein Blocksclsaltbil(ì der Erfindung, mit welchem
ein Vorgang, wie er unter Figur 1 beschrieben wurde, realisiert werden kann.
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Mittels eines elektroakustischen Wandlers 20, beispielsweise ein
Mikrophon, wird aus einem akustischen Ereignis ein elektrisches Eingangssignal C
erzeugt, welches im Eingangsverstärker 21 vorverstårkt wird. Das vorverstärkte Signal
e wird mittels der Verbindungslinie d dem haupt- bzw. Endverstärker 25 zugeführt.
Gleichzeitig wird es in einer Gleichrichterstufe 22 und einem nachfolgenden Integrator
23 in ein Regelsignal f umgeformt, dessen höhe der Amplitude des Signals e proportional
ist.
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Das Signal f wird in einer Analysatoreinrichtung 24 auf seine Grösse
abgetastet, und entsprectiend der Zuordnung zu einem von mehreren Grössenbereichen,
welche verschiedenen Amplitudenbereichen entsprechen, erscheint am Ausgang der Analysatorein
richtung ein Potential p.
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Mit hilfe dieses Potentials p wird das Verstärkungs niveau des Verstärkers
25 eingestellt und somit das über die Leitung d kommende Signal e je nach Zugehörigkeit
seiner Grösse zu einem bestimmten Amplitudenbereich verschieden verstärkt.
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Das am Ausgang der Analysatoreinrichtung stehende Potential p steuert
auch eine Konstantspannungsquelle 27, welche je nach Anliegen eines Signals aus
dem Bereich la oder lb eine
Spannung a oder b (nach Figur 1) erzeugt,
welche dann in einer Addiereinrichtung 26 dem mit kleinerem Verstärkungsniveau verstärkten
Signal g hinzuaddiert werden.
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Mittels einer Ilicllt dargestellten ierkömml icijen Kompressorschaltung
kann der Pegel des Signals f beeinflusst werden, sodass tlmit beispielsweise die
Grenzen zwischen den Amplitudenbereicllen verschoben werten können.
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Die Figur 3 zeigt eine erz ins ngsgemässe Einrichtung, wobei die
Aufspaltung der Signale in verschiedene Amplitudenbereiche nicht mittels eines gleichgerichteten
und gegebenenfalls geglätteten Signals durchgeführt wird, sondernwo das Originalsignal
direkt analysiert wird, wobei der Einfachheit halber nur zwei Amplitudenbereiciie
angesetzt wurden.
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Das von einem nicht dargestellten Mikrophon erzeugte elektrische
Eingangssignal wird am Punkt IN eingespeist und erreicht mittels des Kondensators
C1 gleichspannungsmässig entkoppelt den mittels des Spannungsteilers R1 und R2 auf
einen fixen Arbeitspunkt eingestellten Verstärker Vl, dessen Ausgang direkt an den
invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, und dessen Verstärkung daher den Wert
1 hat, sodass er als Impedanzwandler wirkt.
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Dies ist notwendig, weil die beiden nachfolgenden Schmitttrigger
ST1 und ST2 im Augenblick des Schaltens praktisch den Widerstandswert null annehmen,
und dadurch ein Zusammenbrechen der Spannung durch den mittels des Widerstandes
R11 begrenzten Strom verhindert wird.
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Das Eingangssignal wird nun mittels der Schmitttrigger ST1 und ST2
mit zwei aus dem Spannungsteiler R3, R4 und R5 gebildeten,
zu einem
Mittelpotential symmetrisch liegenden Potentialschwellen verglicìlen. Wiegt die
Signalspannung über dem zwischen den Widerständen R3 und R4 stehenden Potential,
so liegt der Ausgang des Triggers STl auf der Betriebsspannung und der Ausgang des
Triggers ST2 auf Null. liegt die Signalspannung zwischen den beiden Triggerschwellen,
so sind beide Triggerausgänge null, und ist die Signalspannung kleiner als das zwischen
R4 und R5 liegende Potential, so ist der Ausgang von STl null, und der von ST2 auf
Betriebsspannung.
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Die beiden Triggerausgänge werden über zwei Dioden 1 und 1)2 an das
Gate eines Feldeffekttransistors FET geführt, wobei im Falle, dass beide Ausgänge
null sind, auch das Gate auf null gelegt wird, und wenn einer der beiden Triggerausgänge
auf plus ist, schaltet der Feldeffekttransistor durch.
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In Ablwängigkeit vom Zustand der beiden Triggerausgänge und damit
der Signalgrösse wird hiermit die Verstärkung des Verstärkers V2 geändert, indem
einer von den beiden, in dessen Rückkopplungszweig parallel liegenden Widerständen
ift und 1t8 mittels des gesperrten oder geöffneten Feldeffekttransistors FET ab-
und zugesciialtet werden kann.
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Die Gleichspannungsanhebung der kleinen verstärkten Signale erfolgt
folgendermassen: Der Verstärker V2 ist so geschaltet, dass die zwischen den beiden
Eingängen stehende Spannung als Signal verstärkt wird.
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Im Fall, dass das Signal gross ist, und der Verstärkungs faktor kleiner
wird, wird das Eingangssignal des Verstärkers mittels des am Ausgang des Schmitttriggers
ST1 stehenden positiven Potentials
über das I>otentiometer
Pl angehoben, und bei kleiner Signalspannung, bei der ebenfalls ein kleinerer Verstärkungsgrad
des Verstärkers V2 eingestellt wird, wird mittels des über das Potentiometer P2
eingebrachten positiven Ausgangssignals des Schmitttriggers ST2 durch Ankleben (les
Referenzpotential 5 am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers V2, dessen Ausgangssignal
entsprecìlend abgesenkt.
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Durch diese Massnahmen entsteht aus einer Sinusschwingung, dèren
Amplitude grösser ist, als dem oberen Schwellwert entspricht, eine Schwingungsform,
welche zwischen den Schwellwertendem originalen Sinus entspricht, und dessen über
die Schwellwerte hinausgehende Anteile abgeflacht werden.
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Die an den Schnittstellen möglicherweise bei schlechtem Abgleich
auftretenden Unstetigkeiten können mit einfachen Filtern geglättet werden, sodass
keine hochfrequenten Schwingungsanteile und damit kein Rauschen auftritt.
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Schwingungen mit Amplituden, welche kleiner sind als der obere Schwellwert,
bleiben völlig unbeeinflusst, woraus der Vorteil zu herkömmlichen Dynamikkompressoren
ersichtlich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Tonfilmkamera
wird das Informationssignal wie in Figur 2 über den Ausgang OUT 1 und einen Magnetkopf
auf die Haupttonspur aufgenommen, und das Gatepotential des Feldeffekttransistors,
welches nur zwei Zustände aufweist, wird über den Ausgang OUT 2 und einen zweiten
Magnetkopf auf die Ausgleichstonspur aufgezeichnet.
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Auch hier zeigt sich der Vorteil der Erfindung gegenüber herkömmlichen
Dynamikkompressoren, da zur Entzerrung nur ein digitales Signal auf Band aufgezeichnet
wird, was einen weit geringeren elektronischen Aufwand erfovrdert, als die Aufzeichnung
eines Analogsignals, welches erst entsprechend aufbereitet werden muss.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Regelung der Schwellwerte
der Schmitttrigger STl und ST2 vorgesehen, welche in Abhängigkeit der Banddynamik
angesteuert wird.
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Hierzu zeigt die Figur 4 eine Schaltung mit zwei Magnetköpfen Kl
und K2. Bei in Pfeilrichtung laufendem Band MB wird mittels des Aufsprechkopfes
Kl ein von einem Schwingungsgenerator SG erzeugtes HF-Signal auf das Band gesprochen
und sofort wieder mittels des Lesekopfes K2 ausgelesen. Die Amplitude des HF Signals
ist konstant, so dass etwaige Schwankungen der Band-oder Uebertragungsqualität sich
im Ausgangssigna« des Lesekopfes K2 sofort bemerkbar machen.
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Das Ausgangssignal Ag wird nach Glättung durch den Integrator R20,
D3, C3 an die Basis des Transistors Tl geführt, der je nach Grösse des Basispotentials
mehr oder weniger weit aufgesteuert wird, wodurch das Emitterpotential verändert
wird, so dass hiermit die mittels der Widerstände R3 - R5 aus dem genannten Potential
gebildeten Referenzspannungen der Schmitttrigger STl und ST2 geregelt werden können.
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Eine Optimierung der Frequenzcharakteristik muss dahingehend durchgeführt
werden, dass einerseits die beim Abschneiden der Amplitudenspitzen entstehenden
hochfrequenten Anteile noch
mitübertragen werden, um eine Entzerrung
auf die Originalform zu ermöglichen, andererseits kein Rauschen durch die hochfrequenten
Anteile bei unentzerrter Wiedergabe auftritt.
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Die Figur 5 zeigt einen Operationsverstärker 50, in dessen Rückkoppelungsweg
Paare von gegengleich geschalteten Zenerdioden ZDl - Z1)4 liegen, sowie jeweils
mit Kondensatoren C4 und C5 parallel geschaltete tiderstän(le R21 und R22.
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In den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 50, welcher
dem Verstärker V2 der Figur 3 entspric}t,wird das vorverstärkte Audiosignal gespeist,
welches eine zu grosse Dynamik aufweist. Nach dem bereits besprochenen Prinzip sollen
nur die Signalanteile, welche eine bestimmte Schwelle über- bzw. unterschreiten,
mit einem anderen Verstärkungsgrad verstärkt werden, was dadurch geschieht, dass
bei normalen Signalen die Zenerdioden nur in einer Richtung arbeiten und damit einen
bestimmten Rückkoppelungswiderstand und folgend einen Verstärkungsgrad definieren,
bei grossen Signalen aber auch die gegengeschalteten Dioden aufmachen und somit
einen zweiten Weg öffnen, wodurch der Rückkoppelungswiderstand und mit ihm der Verstärkungsgrad
verkleinert wird.
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Die Grösse der Widerstände R21 und R22 bestimmt hierbei die Schwellwerte,
bei denen das Durchbrechen der Zenerdioden eintritt.