DE3025627A1 - Vorrichtung und system zur aufzeichnung von tonfrequenzsignalen auf einem magnetischen aufzeichnungstraeger - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER 3 DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

D26 P5 D

Dolby Laboratories Licensing Corporation San Francisco, CaI., USA

Vorrichtung und System zur Aufzeichnung von Tonfrequenzsignalen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger

Zusatz zu DBP ... (P 28 55 259.2) Priorität: 13. Juli 1979 - USA - Serial No. 57 473

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung und ein System zur Aufzeichnung von Tonfrequenzsignalen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger, und die Besonderheit des Hauptpatents besteht im wesentlichen darin, daß die Aufsprech-Vormagnetisierung dynamisch variiert wird, um die Vormagnetisierung für das Spektrum des aufzuzeichnenden Materials besser zu optimieren. Bei einer speziellen AusfUhrungsform wird die Erfindung nach dem Hauptpatent bei einem Tonband-Aufzeichnungssystem verwendet, bei dem der Ruhe-Vormagnetisierungspegel so gewählt ist, daß im wesentlichen die besten Resultate bei tiefen und mittleren

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Tonfrequenzen erhalten werden. Da der Ruhe-Vormagnetisierungspegel nicht mehr ein fester Kompromiß-Pegel ist, kann er auf einen höheren Pegel gesetzt werden, so daß die Aufzeichnungsqualität für Material bei tiefen und mittleren Tonfrequenzen verbessert wird. Der Hochfrequenzpegel des aufzuzeichnenden Signals wird überwacht, und wenn er eine vorgegebene Größe Übersteigt, wird die Vormagnetisierung gegen ihren Ruhewert herabgesetzt. In Systemen, bei denen das Band dazu neigt, bei hohen Frequenzen gesättigt zu werden, reduziert die dynamische Herabsetzung der Vormagnetisierung auch das Hochfrequenz-Modulationsrauschen, zusätzlich zur Verbesserung des maximalen Ausgangspegels bei hohen Tonfrequenzen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine Serie von Kurven der Bandempfindlichkeit über der Frequenz, die allgemein eine Familie von sechs dB/0ktave-Kurven zeigt, die sich aus unterschiedlichen Werten fallender Vormagnetisierung ergibt;

Fig. 2 die variable Entzerrungs-Zeitkonstante aufgetragen über dem normierten Vormagnetisierungsstrom;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils eines Tonaufzeichnungssystems nach der Erfindung;

Fig. 4 den normierten Vormagnetisierungsstrom aufgetragen über der DoI by-Kompressorscha!tung-Steuerspannung; und

Fig. 5 eine vereinfachte Schaltung des variablen Tiefpassfilters, das in der Schaltung nach Fig. 3 verwendet wird.

Im Hauptpatent wurde bereits darauf hingewiesen, daß bei Bandmedien, in denen es keinen Wert der Aufsprechvormagnetisierung gibt, der einen linearen Betrieb mit hochpegeligen hochfrequenten Signalen erlaubt, eine Sättigung unvermeidbar ist, und die variable Vormagnetisierung die Nichtlinearität nicht eliminieren kann, sondern nur deren Ausmaß verringern. Die die Vormagnetisierung ändernde Funktion sollte dann

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so sein, da3 der Grad der Bandsättigung bis zu einem möglichst hohen Eingangspegel minimiert wird. In diesem Falle bleibt das Bandmedium "unvollkommen", die Unvollkommenheiten werden in gewissem Maße reduziert, so daß ein höherer maximaler Ausgangspegel bei hohen Frequenzen möglich ist und das Modulationsrauschen reduziert wird, das bei und nahe der Sättigung auftritt. Diese Gesichtspunkte gelten für Aufzeichnungen mit niedriger Geschwindigkeit, beispielsweise Kompaktkassettensysteme. In solchen Systemen kann eine variable Entzerrung erwlinscht sein, um die Anhebung der Kennlinie im hochfrequenten Teil des Spektrums bei Absenkung der Vormagnetisierung zu kompensieren.

Für die meisten Bandsorten ist die Änderung der Bandempfindlichkeit bei tiefen und mittleren Frequenzen gering, während die Änderung der Kennlinie im hochfrequenten Teil erheblich größer ist. Es kann deshalb ausreichend sein, eine variable Entzerrung zur Kompensation der Anhebung der Kennlinie im Hochfrequenzteil des Spektrums vorzusehen.

In Kompaktkassetten-Aufzeichnungssystemen mit dynamischer Herabsetzung der Vormagnetisierung bei höheren Frequenzen kann also eine variable Entzerrung erwünscht sein, so daß die Aufzeichnungs-Frequenzkennlinie des Bandes flach bleibt.

Fig. 1 zeigt eine Familie von Kennlinien für eine typische Bandrezeptur in einem Kompaktkassettensystem für mehrere unterschiedliche Werte der Aufzeichnungs-Vormagnetisierung. Die Empfindlichkeit des Bandes bei höheren Frequenzen steigt, wenn die Aufzeichnungs-Vormagnetisierung gegen ihren Ruhewert herabgesetzt wird. Ausgedehnte Untersuchungen verschiedener Bandtypen in ihrem linearen Betriebsbereich zeigen überraschenderweise, daß die Änderung der Hochfrequenzantwort eine Familie von Kurven mit im wesentlichen 6 dB/Oktave ist mit unterschiedlichen .. , _ (Obergangsfrequenzen) .. . , . . ...

Wendepunkten /,je rtacfi dem vormagnetisierungswert. Aufgrund dieser Erkenntnis ist es möglich, die Änderung der Bandempfindlichkeit in einer ziemlich einfachen und unkomplizierten Weise zu kompensieren. Bis zur Bandsättigung wird vorzugsweise eine variable Entzerrung vor-

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gesehen, um einen Hochfrequenzabfall mit einer Kennlinienkurve zu bewirken, unter Anpassung an die Steigerung der Empfindlichkeit. Eine solche Anpassungskennlinie wird mit vernünftig guter Annäherung mit einem einpoligen Tiefpassfilter erreicht, das eine Filterkurve mit 6 dB/Oktave hat. Die übertragungsfunktion für ein solches Filter ist

■ , wobei T mit dem Ausmaß der Vormagnetisierungsablenkung in Beziehung steht. Für jeden Vormagnetisierungswert gibt es eine bestimmte Filter-Z<
sierung variieren.

bestimmte Filter-Zeitkonstante T_, deshalb muß T mit der Vormagneti-

Wenigstens für die meisten Bandrezepturen in Kompaktkassettensystemen, und möglicherweise in anderen Fällen, ist die Beziehung zwischen T und dem dynamischen Vormagnetisierungswert linear:

T_c = k_x - k₂ α

I tatsächlich
^{α =}

(I ist der Vormagnetisierungsstrom)

Geeignete Werte für k, und k2 sind 106 bzw. 100. Diese Konstanten hängen jedoch in gewissem Maße von der Bandrezeptur ab. Es wurde festgestellt, daß diese Mittelwerte Resultate innerhalb von 2 dB bei den meisten Bändern ergeben. Fig. 2 zeigt graphisch T aufgetragen über dem normierten Vormagnetisierungsstrom.

Schaltungen, die für eine variable Entzerrung bei Variation der Vormagnetisierung sorgen, können verschiedene Formen annehmen. Ein einpoliges Tiefpassfilter, das zur Entzerrung bei einem bestimmten herabgesetzten Vormagnetisierungswert geeignet ist, kann beispielsweise die Form eines Reihenwiderstandes und einer Nebenschlußkapazität, oder die einer Reiheninduktivität und eines Nebenschlußwiderstandes annehmen. Um eine variable Entzerrung zu erhalten, müssen eines oder beide Elemente aufgrund eines Steuersignals variieren.

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Eine geeignete Schaltung zur Schaffung einer variablen Vormagnetisierung und Entzerrung entsprechend diesen Beziehungen ist in Figur 3 dargestellt. Teile dieser Schaltung sind ähnlich der Schaltung nach Figur 7 des Hauptpatentes. Die Schaltung nach Figur 3 verwendet den Ausgang der ersten Glättungseinrichtung eines Dolby B-Kompressors (vergleiche Figur 3 des Hauptpatentes), um ein Steuersignal abzuleiten, das den Vormagnetisierungspegel und die Entzerrung steuert.

Die Aufsprech-Vormagnetisierung und -Entzerrung sollen entsprechend dem Hochfrequenzgehalt des Signals variieren, die Steuerschaltung muß also die Hochfrequenzamplitude messen, gewöhnlich mittels eines Hochfrequenz-Bewertungsfilters und eines Gleichrichters. Der Pegel, bei dem die hochfrequente Bandsättigung auftritt, fällt mit etwa 12dB/0ktave (wenigstens innerhalb des kritischen Bereiches von 8 bis 12 kHz) und deshalb sollte das Bewertungsfilter mit etwa dieser Rate steigen. Da ein Dolby B-Prozessor Filterung mit dieser Neigung von 12 dB/Oktave und einen Gleichrichter enthält, kann das Signal innerhalb des Dolby-Prozessors der Wirtschaftlichkeit halber verwendet werden.

Wie bei einigen Ausführungen nach der Beschreibung des Hauptpatentes ist eine gemeinsame Vormagnetisierungssteuerung beider Kanäle vorgesehen. Praktische Tests zeigen, daß der als "Maskierung" bezeichnete psychoakustische Effekt irgendwelche hörbaren ungünstigen Effekte verhindert. Gewünschtenfalls kann für eine unabhängige Steuerung der Vormagnetisierung in jedem Kanal gesorgt werden. Variable Entzerrer-Teilschaltungen sind in jedem Kanal vorgesehen. Wie noch näher erläutert wird, sind variable Entzerrer gleichwertig einpoligen. Tiefpassfiltern mit einem Reihenwiderstand und einer variablen Nebenschlußkapazität.

Signale von der ersten Glätteinrichtung eines Dolby B-Kompressors werden Eingangs-Pufferverstärkern A3 und A4 angelegt, die die Dolby-Kompressor-Schaltung isolieren und in Verbindung mit Dioden Dl und D2 wirken, um einen Ausgang zum Verstärker A5 zu erhalten, der das größere

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Y-

der beiden Dolby-Kompressor-Signale ist. Der Verstärker A5 ist ein nicht invertierender Gleichstromverstärker hoher Verstärkung und sorgt weiterhin für eine Glättung als Resultat eines Widerstandes R, und eines Kondensators C,. Diese Verstärkerstufe hat eine Zeit-

α α

konstante von etwa 200 μβ, kleiner als die Einschwingzeit von l ms der ersten Glätteinrichtung des Dolby-Prozessors. Diese weitere Glättung ist erwünscht, um abrupte Änderungen d&r Vormagnetisierung und Entzerrung zu vermeiden, die eine hörbare Verzerrung bei gewissen geräuschartigen Signalen hervorrufen können. Die Potentiometer RV3 und RV4 wählen die Schwellwerte der Steuerspannung aus, bei denen die Herabsetzung der Vormagnetisierung beginnt. Jedes Bandrezept erfordert eine andere Schwelle. Der Ausgang von A5 speist zwei Teilschaltungen: eine zur Steuerung der Vormagnetisierung und eine zur Steuerung der Entzerrung.

Die Vormagnetisierungs-Steuerungs-Teilschaltung enthält einen invertierenden Verstärker A6 mit Verstärkung 1, bezogen auf eine Hälfte der Versorgungsspannung V ,dessen Ausgang das Basispotential eines NPN-Transistors Q6 steuert, der in Reihe mit der Stromversorgung zum Vormagnetisierungsoszillator liegt.

Figur 4 zeigt graphisch den normierten Vormagnetisierungsstrom für mehrere Bandrezepte, aufgetragen über der Steuerspannung vom Dolby-Prozessor. Wenn die Dolby-Prozessor-Spannung steigt und den gewählten Schwellwert für dieses Bandrezept erreicht, beginnen A5 und A6 einen Ausgang zu liefern, der Q6 zum Sperren hin treibt. Das Verhältnis von R, und R an der Basis von Q6 bestimmt das Verhältnis der Minimalen zur Ruhe-Vormagnetisierung. Der Ruhe-Vormagnetisierungspegel wird durch den Teil des Bandtyp-Schalters eingestellt, der einen Widerstandswert in Reihe zwischen Q6 und dem Leistungseingang des Vormagnetisierungsoszillators wählt. Für jede Bandrezept-Schalterposition werden also ein Schwellwertpegel und ein Ruhepegel gewählt. Die Neigung (-0,4/VoIt im Beispiel) wird durch die Verstärkung der Komponenten A5, A6 und Q6 bestimmt.

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Die variable Entzerrer-Teilschaltung verwendet einen variablen Doppel-Steilheitsverstärker und hat eine variable Grenz-Zeitkonstante T , die eine lineare Funktion des Stromes durch einen Widerstand R. ist. Die Werte der Widerstände R^ und R stehen in Beziehung mit V , um einen Steuerstrom unabhängig von V zu erhalten entsprechend den Konstanten in der obigen Gleichung, die eine Beziehung herstellt zwischen T zum normierten Vormagnetisierungsstrom.

Wenn die Steuerspannung am Ausgang A5 ansteigt, fällt der Vormagnetisierungsstrom, der Strom durch R. steigt und T steigt, so daß die Übergangsfrequenz erniedrigt wird, um die höhere Bandempfindlichkeit zu kompensieren, wie allgemein in Figur 1 dargestellt.

Das Herz der variablen Entzerrer-Teil schaltung ist ein konventioneller variabler Doppel-Steilheitsverstärker, der im Handel als eine integrierte Schaltung erhältlich ist und als National LM13600 vertrieben wird. Eine ähnliche Komponente wird unter der Bezeichnung RCA 3280 vertrieben. Die Verwendung dieser integrierten Schaltung als steuerbares Tiefpassfilter wird in den Anwenderangaben der Hersteller nicht erwähnt.

Verarbeitete Tonfrequenzausgänge von einem Dolby B-Kompressor in jedem Tonkanal (links und rechts) werden an die Entzerrereingänge 40 und 42 angelegt und Über Blockkondensatoren an Widerstände R^p₁ und \PF2' ^^e J*^ewe1"'^s die Reihenwiderstands teile der beiden variablen Tiefpassfilter bilden. Zwischen den Punkten 44, 46 und Masse bilden die integrierte Schaltung und zugehörige Komponenten effektiv variable Kondensatoren, die durch den Strom am Punkt 48 gesteuert wird.

Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Diagramm des variablen Tiefpassfilters zum Zwecke der Funktionsanalyse und Erläuterung hinsichtlich des Schaltungsbetriebs. Der Verstärker All (der A7 und A9 in Fig. 3 entspricht)

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■/■

ist ein variabler Steilheitsverstä'rker. Der Verstärker A12 (entsprechend A8 und AlO) ist ein nicht invertierender Pufferverstärker mit Verstärkung 1. R. entspricht Rippj und R|_pp₂ in Fig. 3. Rp R« und C legen eine feste Zeitkonstante fest. C entspricht Cj, und Cj₂ in Fig. 3. R₁ und R₂ entsprechen Widerstandspaaren Rj₃-Rj. bzw. Rj₅-Rj₆, die als Spannungsteiler wirken, um den Strom zu A7 und A9 zu ändern.

Es kann gezeigt werden, daß sich die Schaltung nach Fig. 5 als ein Reihenwiderstand R. und ein variabler Nebenschlußkondensator C verhält, wobei

_1

g = kl (bei Zimmertemperatur, k = 19,2V )

damit hat die Gleichung für C die Form:

C_c = a + bl_c

und die effektive Nebenschlußkapazität C hat eine geradlinige Beziehung zum Steuerstrom I_c· Die ganze Schaltung verhält sich als ein variables Tiefpassfilter mit einer übertragungsfunktion in der Form

deren Grenz-Zeitkonstante T eine lineare Funktion des Steuerstroms I ist.

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Spezieller,

g ■ — ■ kl ^m v. c

R_{1 +} R₂

(1)

(R. +R₂)C

Aus (1)

Aus (5)

und (3)

Aus (6)

und (2)

i . ⁼ i. + j uC. ν in 1 ^J in ο

ν. - i . R. +v in in in ο

I₁ = g v, 1 ^m

1 . = V

m ο

JLt)T + j(i)C.

■-4

= ν

R₁₊R₂'

πι in

wobei

■]

^jü)Cinl wobei
J

(3) (4) (5)

(6)

(R₁+R₂)C

R,

Aus (7) und (4) - v_in = v_o . T + R. C. )- ²R. C T
min m ω in in

+1

τη λ τ\ "ίτι I V /

l+jωT

Wenn bei allen interessierenden Frequenzen, ωτ << 1, U)R₁ C. << 1, kann das geschrieben werden v. - ν -ί 1+ήω[ (l+g^R. )τ + R. Cy.

in οι m in in injr

(9)

Damit
aus (9)

^Rin^Cin

oder ausge- τ = schrieben ^c

^Rin^Cin

.../1O

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4b

^{β (R}l^+R2⁺9_m ^R2^Rin^)C

R. in

C + C. in

(Π)

Bezogen auf die Schaltung nach Fig. 3 wird die Zeitkonstante T_c durch den Steuerstrom am Punkt 48 gesteuert, der die Steilheit der Verstärker A7 und A9 variiert. Die Entzerrerausgänge von den Verstärkern A8 und AlO werden durch variable Widerstände RV4 und RV6 genommen, um an Aufsprechverstärker für jeden Kanal angelegt zu werden. Diese variablen Widerstände erlauben die Einstellung der Aufsprech-Kalibrierpegel.

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Claims (8)

1. 3026627

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   Patentansprüche

   (JL) Vorrichtung zur Aufzeichnung von Tonsignalen auf ein magnetisches Medium, bestehend aus einer Verstärkereinrichtung, die die Tonsignale aufnimmt und einer Einrichtung, die auf die Tonsignale anspricht und ein variables Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signal erzeugt, und bei der auch die Entzerrung des Verstärkers variiert, nach Patent ... (Patentanmeldung P 28 55 259.2 ), wobei die Hochfrequenzempfindlichkeit des magnetischen Mediums wächst, wenn die Amplitude des Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signals herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, da3 die Einrichtung zur Änderung der Entzerrung ein variables Tiefpassfilter aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpassfilter ein einpoliges Tiefpassfilter ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kehrwert der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters linear mit der Amplitude des Vormagnetisierungssignals in Beziehung steht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Hochfrequenzempfindlichkeit des magnetischen Mediums mit einer Rate von 6 dB/Oktave für Veränderungen in der Amplitude des Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signals wächst, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungseinrichtung eine im wesentlichen komplementäre Kennlinie mit 6 dB/Oktave hat.
5. 5. System zur Aufzeichnung von Tonsignalen auf ein magnetisches Medium, bestehend aus einer Hochfrequenz-Kompressor-Einrichtung, die die Tonsignale aufnimmt und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals aufgrund

   .../A2

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   der Hochfrequenz-Komponenten des Tonsignals aufweist, um die-Hochfrequenzkompression zu steuern, und einer Verstärkereinrichtung, die das komprimierte hochfrequente Tonsignal von der Kompressoreinrichtung aufnimmt, sowie Einrichtungen, die weiterhin auf das Steuersignal ansprechen und ein variables Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signal erzeugen, nach Patent ... (P 28 55 259.2), und eine Einrichtung, die die Entzerrung des Verstärkers ändert, bei dem die Hochfrequenzempfindlichkeit des magnetischen Mediums wächst, wenn die Amplitude des Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signals herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Entzerrung ein variables Tiefpassfilter aufweist.
6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpassfilter ein einpoliges Tiefpassfilter ist.
7. 7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kehrwert der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters linear mit der Amplitude des Vormagnetisierungssignals in Beziehung steht.
8. 8. System nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem die Hochfrequenzempfindlichkeit des magnetischen Mediums mit einer Rate von 6 dB/Oktave für Veränderungen in der Amplitude des Aufsprech-Vormagnetisierungs-Signals wächst, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrungseinrichtung eine im wesentlichen komplementäre Kennlinie mit 6 dB/Oktave hat.

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