DE3103237C2 - Schaltungsanordnung für Kompander zur Rauschabstandsvergrößerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Kompander, und zwar auf eine Schaltung zur Rauschabstandsvergrößerung in einem Nutzsignal. Die Schaltungsanordnung ist vor und nach einem Aufzeichnungsgerät so eingesetzt, daß sie das aufgezeichnete oder übertragene Nutzsignal nach dem Gerät hinsichtlich Pegel und Frequenzgang in einer Weise beeinflußt, die komplementär zu derjenigen ist, in der sie das Nutzsignal vor dem Gerät beeinflußt. Eine solche Schaltung wird auch Kompander genannt, da eine sender- bzw. aufzeichnungsseitige Kompression einer empfangs- oder wiedergabeseitigen Expansion vorgelagert ist.

Schaltungsanordnungen zur Rauschverminderung werden als Kompander in Signalübertragungssystemen, wie in Signalaufzeichnungsgeräten, dazu verwendet, Rauschen und Verzerrungen herabzusetzen, die durch das System oder das Aufzeichnungsmedium hervorgerufen werden. Die Wirkung der Kompander-Schaltungsanordnungen besteht darin, den scheinbaren Dynamikbereich des Systems zu erweitern.

Schaltungsanordnungen dieser Art sind gemäß GB 2 003 707, US 3 902 131, US 3 846 719 und GB 1 438 711 Stand der Technik. Bei einer typischen Rauschverminderungsschaltung ist ein Codierer (Kompressor) für jene Signale vorgesehen, die aufzuzeichnen sind, und ein dazu komplementärer Decoder (Expander) für jene Signale vorgesehen, die wiedergegeben werden. Der Codierer enthält dabei eine Pegelkompressionsschaltung sowie eine für höhere Frequenzen wirksame Preemphasis-Schaltung, wobei mit Hilfe dieser Schaltung höherfrequente Komponenten eines aufzuzeichnenden Informationssignals angehoben werden.

Der Anhebepegel steht dabei in umgekehrter Beziehung zu dem Nutzsignalpegel. Der Decoder enthält eine Pegeldehnungsschaltung sowie eine Hochfrequenz-Deemphasis-Schaltung, um eine komplementäre Beeinflussung des Nutzsignals auszuführen. Dieses wird danach wiedergegeben.

Einen solche Schaltungsanordnung ist in der erwähnten GB 2 003 707, dort insbesondere in den Fig. 6A und 6B, erläutert. Im einzelnen zeigt die dortige Fig. 6a einen Kompressor und die Fig. 6B einen Expander, die beide eine Mehrzahl von frequenzaufteilenden Filtern (dort 16, 18) aufweisen. Den jeweiligen Filtern ist je ein spannungsgesteuerter Verstärker (dort 3, 5; 12, 14) nach- oder vorgeschaltet. Jeder Frequenzbereich (LPF, HPF) hat demnach seinen eigenen pegelsensitiven Verstärker (VCA). Die derart komprimierten oder expandierten (betonten oder abgesenkten; also gewichteten) Signalkomponenten werden in Addierern oder Subtrahierern (dort 20) dem eigentlichen Nutzsignal (S_r, S_i) hinzugefügt.

Der vorgenannten Schaltungsanordnung fehlt es an einer erforderlichen genauen komplementären Signalbeeinflussung, da zwei unabhängige Signal-Beeinflussungszweige (dort 23) vorgesehen sind. Auch ist der Aufwand zweier eigener pegelsensitiver Verstärker für jeden Frequenzbereich störend.

In dem unter "Dolby" bekannten Rauschverminderungssystem wird ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel mit einer weitgehend konstanten Verstärkung soweit verstärkt, bis das Eingangssignal einen bestimmten Pegel erreicht. Danach wird die Verstärkung des betreffenden Eingangssignals herabgesetzt, bis ein anderer, höherer Pegel erreicht ist, woraufhin mit einem weitgehend konstanten Verstärkungsfaktor erneut verstärkt wird. Zusätzlich zu einer derartigen Verstärkung des Eingangssignals vor der Aufzeichnung wird eine Anhebungsschaltung verwendet, um die höherfrequenten Anteile des Eingangssignals einer Voranhebung (pre-emphasis) zu unterziehen. Dieser Vorgang wird Signalkompression bezeichnet.

Nachdem das Eingangssignal in geeigneter Weise komprimiert ist, wird es aufgezeichnet.

Eine dazu komplementäre Signaldehnung wird ausgeführt, wenn das zuvor erwähnte Signal wiedergegeben wird. Die mit einer Preemphasis versehenen höherfrequenten Anteile werden also einer Deemphasis unterzogen und das der Deemphasis unterzogene Signal wird abgeschwächt (Verstärkung <1). Diese Abschwächung (Beeinflussung) ist über einen bestimmten Bereich relativ niedriger Signalpegel weitgehend konstant. Wenn aber das wiedergegebene Signal einen bestimmten Pegel überschreitet, nimmt die Beeinflussung so weit zu, bis ein höherer Signalpegel erreicht ist.

Das zuvor erwähnte Dolby-System weist einen relativ einfachen Aufbau auf. Dieses System ist in breitem Umfang in Heimunterhaltungssystemen, wie in Magnetband-Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräten, verwendet worden. Obwohl das Dolby-System zu einer gewissen Verbesserung im Dynamikbereich des Aufzeichnungs-/ Wiedergabegerätes führt, ist diese Verbesserung auf die Größenordnung von etwa 10 dB beschränkt. Diese Verbesserung liegt hauptsächlich im Frequenzbereich, der 1 kHz überschreitet. Darüber hinaus sind die zuvor erwähnten Veränderungen in der Verstärkung der Pegelkompressions- und Pegeldehnverstärker nichtlinear. Aufgrund dieser Nichtlinearität in den Verstärkungen ist die Pegelanpassung zwischen der Kompression und der Expansion häufig schwierig. Es tritt eine gewisse Verzerrung bezüglich solcher Signale auf, die Zwischensignalpegel aufweisen.

Ein anderes Rauschverminderungssystem ist unter "DBX" bekanntgeworden. Dieses System ist in der US-PS 3 789 143 beschrieben. Ein Vorteil von DBX gegenüber dem zuvor erwähnten Dolby besteht darin, daß die Verstärkungen der Verstärker, welche die Signalkompression und Signalexpansion ausführen, d. h. die jeweiligen Verhältnisse der Signale, weitgehend konstant sind, und zwar unabhängig vom Signalpegel des Eingangs-Nutzsignals. So wird beispielsweise vor der Aufzeichnungsoperation das Nutzsignal mit einem konstanten Kompressionsverhältnis k komprimiert. Wenn das komprimierte Signal anschließend wiedergegeben wird, dann wird das wiedergegebene Signal mit einem konstanten Verhältnis von 1/k expandiert, d. h. mit einem Expansionsfaktor, welcher reziprok dem Kompressionsfaktor ist. Da konstante Kompression und Expansion über den Signalpegelbereich benutzt werden, können die bei Dolby festgestellten Nichtlinearitäten vermieden werden. Damit kann eine Pegelangleichung zwischen aufgezeichneten und wiedergegebenen Signalen erzielt werden. Bei DBX beträgt die scheinbare bzw. relative Verbesserung des Dynamikbereichs des Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts größenordnungsmäßig etwa 40 dB. Außerdem wird eine Rauschverminderung über den nahezu gesamten Tonfrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz erzielt.

Die bestimmten bzw. besonderen Kompressions- und Dehnungseigenschaften der zuvor erwähnten Rauschverminderungssysteme werden jedoch hauptsächlich für konstante Eingangspegel erreicht, d. h. für Signalpegel, die keine abrupten Sprünge bzw. Einschwingvorgänge zeigen. Mit anderen Worten heißt dies, daß die durch diese Rauschverminderungssysteme erzielten Vorteile eine Funktion hauptsächlich der statischen Eigenschaften dieser Systeme sind.

Es zeigen sich allerdings Schwierigkeiten bei einem dynamischen Einschaltverhalten. Wenn beispielsweise ein aufzuzeichnendes Nutzsignal einen relativ niedrigen Pegel hat, kann die Verstärkung oder das Kompressionsverhältnis des Kompressionsverstärkers relativ hoch sein. Wenn dieses Nutzsignal einen abrupten Anstieg in seinem Pegel erfährt, also einen stark positiven Signalsprung zeigt, dann kann die Verstärkung des Verstärkers oder das Kompressionsverhältnis nicht so schnell herabgesetzt werden, wie der Signalpegel ansteigt. Obwohl die Verstärkung oder das Kompressionsverhältnis herabgesetzt sein sollte, wenn ein hochpegeliges Nutzsignal verarbeitet wird, verbleibt die Verstärkung tatsächlich auf ihrem vorhergehenden hohen Wert. Demgemäß wird der starke Signalsprung relativ hoch verstärkt, was zu einem komprimierten Signal führt, welches ein "Überschwingen" zeigt. Der Pegel des komprimierten Signals ist also viel zu hoch. Das Signal mit hohem Pegel führt, wenn es aufgezeichnet wird, zur Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers oder zur Begrenzung in dem Übertragungskanal, wodurch eine Verzerrung des aufgezeichneten Nutzsignals hervorgerufen wird, die schließlich wiedergegeben wird.

Ein weiterer Nachteil der zuvor erwähnten Rauschverminderungssysteme DBX und Dolby besteht darin, daß sie einer sogenannten Rauschmodulation ausgesetzt sein können. Bei der Rauschmodulation werden Rauschkomponenten als Funktion von Eingangssignalpegelschwankungen verändert. Derartige Veränderungen in den Rauschkomponenten oder die Rauschmodulation ist in hohem Maße wahrnehmbar und stört, wenn sie ein wiedergegebenes Tonsignal begleitet. Diese Modulation tritt dann deutlich hervor, wenn die Frequenzkomponenten des Eingangssignals von der Rauschfrequenzkomponente merklich verschieden sind. Wenn beispielsweise das Nutzsignal ein Tonsignal ist, welches für den Klang eines Klaviers charakteristisch ist, wird die Rauschmodulation als gesonderte und davon verschiedene Modulation wahrgenommen; sie wird auch dann nicht verdeckt, wenn der Lautstärkepegel des Nutzsignals zunimmt.

Ein Vorschlag zur Herabsetzung der erläuterten Rauschmodulation in einer Rauschverminderungsschaltung ist in der US-PS 4 162 462 enthalten. Gemäß diesem Vorschlag werden die höherfrequenten Komponenten des Nutzsignals vor dem Aufzeichnen angehoben, wenn das Nutzsignal niedrige oder mittlere Signalpegel zeigt, während eine relativ geringe Anhebung in dem Fall erfolgt, wenn das Nutzsignal höhere Pegel aufweist. Wenn das in der zuvor erwähnten Weise verarbeitete Signal wiedergegeben wird, werden die höherfrequenten Komponenten dann einer relativ starken Absenkung ausgesetzt, wenn das wiedergegebene Signal niedrige und mittlere Signalpegel aufweist; es werden diese höherfrequenten Komponenten aber dann einer relativ geringen Absenkung ausgesetzt, wenn das wiedergegebene Signal mit einem höheren Pegel auftritt. Obwohl dieser Vorschlag die unerwünschten Auswirkungen der Rauschmodulation vermindert, tritt eine Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers aufgrund des Überschwingens des komprimierten Signals dennoch auf.

Um den zuvor erwähnten, durch das Überschwingen hervorgerufenen Nachteil zu überwinden, ist es ferner vorgeschlagen worden, die Ansprechgeschwindigkeit der Pegelkompressionsschaltung zu steigern. Wenn jedoch die Ansprechgeschwindigkeit erhöht wird, wird eine Verbesserung bei der Beseitigung des Überschwingens von einer Verschlechterung der Rauschmodulationseigenschaft begleitet.

Der Erfindung liegt dabei das Problem zugrunde, eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Rauschverminderung zu schaffen.

Dieses Problem löst die Erfindung gemäß Anspruch 1.

Darüber hinaus kann die genannte Schaltungsanordnung in einem Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabesystem verwendet werden. Dabei ist sie kostengünstig und einfach im Aufbau (Ansprüche 14, 15).

Ferner wird eine der Rauschverminderung dienende Schaltungsanordnung geschaffen, die in einem Kompressor verwendet werden kann, um den Pegel eines Nutzsignals vor dessen Aufzeichnung zu komprimieren. Überdies kann die genannte Schaltungsanordnung in einem Expander verwendet werden, um den Pegel des wiedergegebenen Signals zu dehnen, wodurch der scheinbare bzw. offensichtliche Dynamikbereich des Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems um einen Faktor der Größenordnung von etwa 20 bis 30 dB erweitert ist.

Darüber hinaus wird eine der Rauschverminderung dienende Schaltungsanordnung verfügbar, die eine variable Anhebung und Absenkung ohne externe manuelle Einstellung erlaubt.

Schließlich wird eine Pegeldehnungsschaltung für die Rauschverminderung geschaffen, die mit/in einem Kompressor verwendbar ist. Dabei wird der Schaltungsbetrieb nicht in nachteiliger Weise beeinflußt und eine Übergangs-Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers infolge eines Überschwingens vermieden.

Vorteilhaft gibt Anspruch 16 eine verbesserte Kompressions-/ Expansionsschaltung an, die derart umschaltbar angeschlossen wird, daß eine Pegelkompressionsfunktion bei Verwendung mit einem Signalaufzeichnungsgerät und eine Pegeldehnungsfunktion bei Verwendung mit einem Signalwiedergabegerät ausgeführt wird. Eine nahezu vollständige Symmetrie, d. h. komplementäres Verhalten kann gewährleistet werden.

Die besonderen Ausgestaltungen der Erfindung zeigen die Unteransprüche, insbesondere:
Anspruch 2, dessen Lehre der Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 den komplementären Übertragungscharakter gibt, namentlich dann, wenn die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 empfangs- oder wiedergabeseitig als Gegenkopplungsnetzwerk eines Operationsverstärkers geschaltet wird.

Die Ansprüche 3 bis 6 geben Details der Beschaltung der Subtrahierschaltung, des signalgesteuerten Verstärkers, dessen Rückkopplungsimpedanz und Impedanznetzwerk (Eingangsimpedanz) an. Hervorzuheben ist, daß gemäß Anspruch 5 und 6 das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung über einen Operationsverstärker geleitet wird, dessen Rückkopplung als Hochpaß und dessen Eingangsimpedanz als veränderbarer ohmscher Widerstand geschaltet ist, wobei sich sowohl eine Betonung der tiefen Frequenzen als auch eine lineare Verstärkungsänderung gemeinsam in einer Verstärkerstufe zu einer frequenzabhängigen Verstärkung ergänzen.

Zur Vermeidung von "Überschwingen" bei schnellen (impulsartigen oder stufenförmigen) Pegeländerungen ist ein Begrenzungsnetzwerk gemäß Anspruch 7 und Anspruch 8 vorgesehen. Auch dient es gemäß Anspruch 7 zur Verstärkung der Pegeldehnung (Expansion) in Parallelschaltung zum veränderbaren ohmschen Widerstand (Anspruch 6). Die weitere Ausbildung des ersten Tiefpasses wird in Anspruch 9 gelehrt.

Anspruch 10 erwähnt eine Gewichtungsschaltung, der das eingangsseitige Nutzsignal zuführbar ist. Sie steuert z. B. über eine gemäß Anspruch 11 vorgesehene Gleichrichterschaltung die Verstärkung des signalabhängigen Verstärkers, der gemäß Anspruch 4 als spannungsgesteuerter Verstärker ausgeführt sein kann. Die Gewichtungsschaltung zeigt Hochpaßverhalten, das gemäß Anspruch 12 weitgehend der Übertragungscharakteristik des ersten Tiefpasses (Ansprüche 4, 5, 9) entgegengesetzt sein soll. Schaltungstechnisch sind zwei RC-Reihenschaltungen zur Ausbildung des Hochpaßverhaltens der Gewichtungsschaltung vorgesehen (Anspruch 13). Die Gewichtungsschaltung gewichtet also bestimmte Frequenzen im Spektrum, die stärker "betont" werden.

Die Verbindung der Lehren der Ansprüche 1 und 2 unter Hinzufügen eines Umschalters schafft gemäß Anspruch 16 einen Kompander mit hervorzuhebenden Symmetrieeigenschaften, da dieselbe frequenz- und pegelbeeinflussende Schaltungsanordnung für die Kompressorfunktion (Codierer) und - nach Umschalten - für die Expanderfunktion (Dekoder) eingesetzt wird.

Die Verwendungsansprüche 14 und 15 haben dabei eigenständig den Kompressor (Anspruch 15) und den Expander (Anspruch 14) zum Gegenstand. In beiden Fällen findet die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 Verwendung und beidesmal liegt zwischen Aufzeichnung und Wiedergabe des Nutzsignals ein Aufzeichnungsträger.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen graphische Darstellungen der Kompressions-/ Expansionskennlinien zweier bekannter Rauschverminderungsschaltungen.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Expanders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm einer praktischen Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Pegel- Frequenzkennlinien des Expanders gemäß Fig. 4 für verschiedene Eingangspegel.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Expanders gemäß Fig. 4 für verschiedene Frequenzen.

Fig. 7 zeigt in einem Blockschaltungsdiagramm eine Ausführungsform eines Schaltungsaufbaus des Expanders gemäß Fig. 4.

Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltungsdiagramm die Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 4 als Kompressor oder in einem Rauschverminderungssystem.

Im folgenden sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine graphische Darstellung der Kompressions-/Expansionskennlinie des vorerwähnten Dolby-Rauschverminderungssystems gezeigt ist. Dabei sind die Eingangs- und Ausgangssignalpegel in dB-Einheiten angegeben. Die in Fig. 1 dargestellte Kurve R veranschaulicht die Eingangs-Ausgangs- Kennlinie für die Pegelkompression, und die Kurve P stellt die entsprechende Eingangs-Ausgangs-Kennlinie für die Pegelexpansion des Dolby-Rauschverminderungssystems dar. Dabei zeigt sich, daß bei Eingangssignalen mit einem relativ niedrigen Pegel eine über 1 liegende, weitgehend gleichmäßige Verstärkung so lange vorhanden ist, bis ein mittlerer Pegel erreicht ist, der beispielsweise zwischen -30 dB und 0 dB liegt. Daraufhin wird die Linearität der Pegelkompression in der Eingangs-Ausgangs-Kennlinie nicht mehr beibehalten. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Nichtlinearität die Schwierigkeit mit sich bringt, eine Pegelangleichung zwischen den Expansions- und Kompressionsvorgängen zu erzielen, wie dies oben erläutert worden ist. Die in Fig. 1 dargestellte Strichpunktlinie kennzeichnet den sog. "flachen Baß", bei dem die Eingangs- und Ausgangssignalpegel sowohl für die Pegelkompression als auch für die Pegeldehnung konstant sind.

In Fig. 2 sind für das oben erwähnte DBX-Rauschverminderungssystem die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie R bezüglich der Pegelkompression und die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie P bezüglich der Pegeldehnung (Expansion) gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem System die Kompressions, und Expansionsverhältnisse über den gesamten Eingangssignalpegelbereich weitgehend konstant sind. Auch hier kennzeichnet die Strichpunktlinie das "flache Baß"-Verhalten. Wie oben erwähnt, zeigen das Dolby-System und das DBX- System in ihren dynamischen Übergangseigenschaften Nachteile.

Nunmehr sei auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Rauschverminderungsschaltung 10 in einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. Diese Schaltung dient zur Herabsetzung des Rauschens in einem wiedergegebenen Nutzsignal. Wie gezeigt, weist die Rauschverminderungsschaltung 10 einen Eingangsanschluß 1 auf, dem ein wiedergegebenes Nutzsignal, beispielsweise ein von einem Magnetband wiedergegebenes Tonsignal, zugeführt wird. Von dem betreffenden Eingangsanschluß wird das wiedergegebene Nutzsignal einem Addiereingang einer Subtrahierschaltung 2 zugeführt. Ferner ist ein erster Signalweg vorgesehen, der einen hinsichtlich seiner Verstärkung veränderbaren Verstärker 3 aufweist, dem das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 2 zugeführt wird und dessen Verstärkung durch das wiedergegebene Nutzsignal vom Eingangsanschluß 1 zugeführt wird, nachdem es gleichgerichtet und geglättet ist (in Fig. 3 nicht gezeigt). Das Ausgangssignal des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 wird einem Tiefpaß 4 zugeführt, der ebenfalls in den ersten Signalweg geschaltet ist und in welchem die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals abgesenkt werden. Das von dem Tiefpaß 4 abgegebene Signal wird dann einem Ausgangsanschluß 5 und einem Subtrahiereingang der Subtrahierschaltung 2 über einen zweiten Signalweg zugeführt, der einen weiteren Tiefpaß 6 enthält.

Der hinsichtlich der Verstärkung veränderbare Verstärker 3 vermag das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 2 mit einer variablen Verstärkung zu verstärken. Die Verstärkung G des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 wird insbesondere durch eine Verstärkungsregel- bzw. Verstärkungssteuerspannung V_c bestimmt, die von dem an dem Eingangsanschluß 1 auftretenden Informationssignal (Nutzsignal) nach Gleichrichtung und Glättung abgeleitet wird, wie dies zuvor erwähnt worden ist. Die Verstärkung G des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 ist so gewählt, daß sie mit zunehmender Verstärkungs-Steuerspannung V_c zunimmt, beispielsweise in Übereinstimmung mit der Beziehung G = K · V_c oder G = e^KVc, wobei K eine Konstante ist. Auf diese Weise steht die Verstärkung des Verstärkers 3 in direkter Beziehung zu dem Pegel des am Eingangsanschluß 1 auftretenden Informationssignals (Nutzsignal), so daß die Verstärkung des Verstärkers dann relativ hoch ist, wenn der Pegel des am Eingangsanschluß 1 auftretenden Informationssignals relativ hoch ist, während demgegenüber die Verstärkung des Verstärkers dann relativ niedrig ist, wenn der Pegel des vom Eingangsanschluß abgegebenen Informationssignals relativ niedrig ist. Damit erreicht der hinsichtlich der Verstärkung veränderbare Verstärker 3 eine Pegeldehnung, d. h. eine Expansion der ihm zugeführten Signale.

Der Tiefpaß 4, welcher ebenfalls in dem ersten Signalweg enthalten ist, vermag für eine weitgehende Absenkung, d. h. Deemphasis, der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten zu sorgen, die in dem Ausgangssignal des Verstärkers 3 enthalten sind. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Tiefpaß 4 für eine nennenswerte Anhebung, also Preemphasis, der mit niederer Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals in bezug auf die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten sorgt. So werden beispielsweise die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten in bezug auf die mit niederer Frequenz auftretenden Komponenten um einen in der Größenordnung von 20 dB liegenden Faktor abgesenkt.

Der Tiefpaß 6, welcher den zweiten Signalweg bildet, ruft eine relativ schwache Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des Ausgangssignals des Tiefpasses 4 in bezug auf die mit niederer Frequenz auftretenden Komponenten hervor. So können die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten in bezug auf die mit niederer Frequenz auftretenden Komponenten beispielsweise um einen in der Größenordnung von etwa 6 dB liegenden Faktor herabgesetzt oder bedämpft werden. Durch Verbinden des Tiefpasses 6 mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 4 hat sich gezeigt, daß eine gleichmäßigere Gesamt-Absenkungseigenschaft erzielt werden kann. Überdies kann die Schaltungsanordnung vereinfacht werden. Alternativ dazu kann der Tiefpaß 6 lediglich als Dämpfungsglied wirken, um eine gleichmäßige Absenkung über den gesamten Frequenzbereich vorzunehmen, d. h. sowohl für die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten als auch für die mit niederer Frequenz auftretenden Komponenten. Der Tiefpaß 6 ruft jedoch vorzugsweise eine schwache Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals hervor. Da das Ausgangssignal des Tiefpasses 6 von dem dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignal in der Subtrahierschaltung 2 subtrahiert wird, zeigt die zuletzt genannte Schaltung tatsächlich eine schwache Anhebung, d. h. Preemphasiseigenschaft, bezüglich der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des Informationssignals.

Die Eingangs-Ausgangs- Kennlinie der Rauschverminderungsschaltung 10 hängt also davon ab, ob der erste Signalweg oder der zweite Signalweg dominiert. Es sei insbesondere daran erinnert, daß die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie der Subtrahierschaltung 2 zu einer schwachen oder leichten Anhebung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des dem Verstärker 3 zugeführten Signals führt. So kann der Pegel der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten beispielsweise um einige wenige dB höher sein als der Pegel der mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten. Wenn der Pegel des dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignals niedrig ist, dann ist die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 relativ niedrig. Dies führt aber nicht zu einer solch starken Änderung zwischen den Pegeln der mit hoher Frequenz bzw. mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten, daß die dem Tiefpaß 4 zugeführten, mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des verstärkten Signals einen Pegel aufweisen, der nur um einige dB höher ist als der Pegel, der mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten. Da der Tiefpaß 4 eine nennenswerte Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals vornimmt, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 20 dB, wie dies zuvor erläutert worden ist, sind in dem dem Ausgangsanschluß 5 zugeführten Ausgangssignal des Tiefpasses 4, die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten dieses Signals weitgehend abgesenkt. Mit anderen Worten heißt dies, daß der hinsichtlich der Verstärkung veränderbare Verstärker 3 und der Tiefpaß 4 die den ersten Signalweg bilden, eine dominierende Wirkung haben und daß die Wirkung des durch den Tiefpaß 6 gebildeten zweiten Signalwegs auf das dem Ausgangsanschluß 5 zugeführte Signal minimal ist.

Diese nennenswerte Deemphasis, also Absenkung, der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des dem Ausgangsanschluß 5 zugeführten Signals nimmt mit zunehmendem Signalpegel des am Eingangsanschluß 1 auftretenden Informationssignals ab. Wenn der Pegel des dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignal hoch ist, ist somit auch die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 hoch. Da die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des dem hinsichtlich der Verstärkung 3 veränderbaren Verstärker 3 zugeführten Signals in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten etwas angehoben sind, führt die Verstärkung durch den Verstärker 3 zu einer nennenswerten Abhebung der mit hoher Frequenz auftretenden Signalkomponenten in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Signalkomponenten, beispielsweise um mehr als 20 dB. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Verstärker 3 eine Dehnungseigenschaft (Expansion) bezüglich der zugeführten Signale zeigt. Wenn der Tiefpaß 4 eine nennenswerte Absenkung bezüglich der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des ihm zugeführten Signals bewirkt, beispielsweise in der Größenordnung von 20 dB, dann weist das an den Ausgangsanschluß 5 abgegebene resultierende Signal eine schwache oder geringe Anhebung bezüglich der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten auf. Bei Informationssignalen mit hohem Pegel wird der zweite Signalweg also eine wichtige oder vorherrschende Rolle hinsichtlich der Festlegung der Ausgangscharakteristik für das dem Ausgangsanschluß 5 zugeführte Signal spielen.

Nunmehr sei auf Fig. 4 Bezug genommen, in der eine praktische Ausführungsform der Rauschverminderungsschaltung 10 gezeigt ist. Dabei sind solche Elemente, die den unter Bezugnahme auf die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 beschriebenen Elementen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 3. Wie dargestellt, besteht der hinsichtlich der Verstärkung veränderbare Verstärker 3 aus einem spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) 31, mit dessen Ausgang der eine Eingang einer Summierschaltung 33 verbunden ist, dem an einem weiteren Eingang über einen Widerstand 32 das Eingangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 zugeführt wird. Die Kombination des spannungsgesteuerten Verstärkers 31 und der Summierschaltung 33 bewirkt, daß das zugeführte Signal verstärkt wird, abhängig vom Pegel des dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignals. Mit anderen Worten, die mit niedrigem Pegel zugeführten Signale werden einer niedrigen Verstärkung unterzogen und die mit hohem Pegel zugeführten Signale werden einer hohen Verstärkung unterzogen.

Die in Fig. 4 dargestellte Rauschverminderungsschaltung 10 ist ferner mit einer Verstärkungsregel- bzw. Verstärkungssteuerschaltung 7 versehen, mit deren Hilfe die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 31 gesteuert wird. Diese Regel- bzw. Steuerschaltung umfaßt eine Gewichtungsschaltung 71, die am Eingangsanschluß 1 angeschlossen ist, sowie eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72, mit deren Hilfe das Ausgangssignal der Gewichtungsschaltung 71 gleichgerichtet und geglättet und sodann als Verstärkungssteuerspannung an den spannungsgesteuerten Verstärker 32 abgegeben wird. Die Gewichtungsschaltung 71 zeigt ein Hochpaßverhalten, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel direkt entgegengesetzt zu dem Deemphasis-Verhalten des Tiefpasses 4 sein kann. Mit anderen Worten nimmt die Gewichtungsschaltung 71 in einem solchen Fall eine Anhebung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals relativ zu den mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten vor. Alternativ dazu kann es möglich sein, die Verstärkungssteuerschaltung 7 mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers 31 anstatt mit dem Eingangsanschluß 1 zu verbinden, obwohl in einem derartigen Fall Änderungen bezüglich der Gewichtungsschaltung 71 vorzunehmen sein können.

Ferner enthält die Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. 4 eine sog. Entmischungs- und Antibegrenzungsschaltung 34 zwischen der Subtrahierschaltung 2 und dem spannungsgesteuerten Verstärker 31. Wenn der Pegel des der Antibegrenzungsschaltung 34 zugeführten Signals niedrig ist, dann hat die betreffende Schaltung 34 scheinbar keine Auswirkung auf das Signal. Wenn jedoch ein derartiger Signalpegel hoch ist, d. h. einen bestimmten Pegelwert überschreitet, dann wird das zugeführte Signal gedehnt, was zu einer weiteren Dehnung des dem Verstärker 3 zugeführten Signals führt. Die Antibegrenzungsschaltung 34, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird, ist für die Verwendung in einem Expander oder der Rauschverminderungsschaltung 10 und in einer komplementären Kompressorschaltung vorgesehen, um das Übergangs-Überschwingen des auf einem Magnetband aufzuzeichnenden Signals zu begrenzen oder zu vermeiden, welches Überschwingen zu einer Verzerrung des Signals infolge Sättigung des Magnetbandes führt.

Der Tiefpaß 4 ist wie zuvor imstande, eine nennenswerte Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten vorzunehmen, die in dem ihm von der Summierschaltung 33 her zugeführten Signal enthalten sind. Außerdem ist der Tiefpaß 6 imstande, für eine relativ schwache Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des zugeführten Signals in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten zu sorgen.

In Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Pegeldehnungskennlinie der Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. 3 und 4 gezeigt. Längs der Abszisse ist in Fig. 5 die Frequenz des am Eingangsanschluß 1 auftretenden Informationssignals aufgetragen. Längs der Ordinate ist dabei der Ausgangssignalpegel am Ausgangsanschluß 5 in dB aufgetragen. Jede in Fig. 5 dargestellte Kurve gibt einen bestimmten Signalpegel wieder. Dabei zeigt sich, daß dann, wenn der Pegel des Informationssignals relativ niedrig ist, die die hochfrequenten Anteile betreffende Absenkungseigenschaft des ersten Signalwegs bei der Festlegung der Eigenschaft des Ausgangssignals vorherrscht. Mit anderen Worten heißt dies, daß bei einem derartigen Signal mit niedrigem Pegel die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 31 ebenfalls relativ niedrig ist, so daß die schwach angehobenen zugeführten Signale hoher Frequenz mit ihren eine hohe Frequenz aufweisenden Komponenten schwach angehoben bleiben. Da der Tiefpaß 4 jedoch eine erhebliche Absenkung bezüglich der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten der zugeführten Signale vornimmt, werden derartige Signale niedrigen Pegels mit ihren eine hohe Frequenz aufweisenden Komponenten weitgehend bedämpft sein. Dies ist insbesondere durch die unteren drei Kurven in Fig. 5 veranschaulicht, die den Eingangspegeln V_in des Informationssignals von -30 dB bzw. -40 dB und -50 dB entsprechen. Die Antibegrenzungsschaltung 34 hat also nahezu keine Auswirkung auf ihr zugeführte Signale mit niedrigem Pegel hat und daher die Ausgangsfrequenzkennlinie derartiger Signale nicht nennenswert beeinflußt.

Wenn der Pegel des dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignal hoch ist, gibt die Subtrahierschaltung 2 ein Signal mit hohem Pegel an die Antibegrenzungsschaltung 34 ab. In diesem Signal sind die Komponenten hoher Frequenz gegenüber den mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten etwas angehoben. Wie zuvor bezüglich Signale mit hohem Pegel erläutert, wirkt die Antibegrenzungsschaltung 34 als Dehnungsschaltung, um das ihr zugeführte Signal zu dehnen. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Pegeldifferenz zwischen mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten und mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten weiter vergrößert wird. Das gedehnte Signal wird dann dem spannungsgesteuerten Verstärker 31 zugeführt. Da die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 31 durch die Steuerschaltung 7 so gesteuert wird, daß sie zu einem solchen Zeitpunkt hoch ist, wird das von der Antibegrenzungsschaltung 34 abgegebene expandierte Signal durch den hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärker 3 weiter expandiert, wodurch ein stark expandiertes Signal erhalten wird, dessen mit hoher Frequenz auftretende Komponente mit einem wesentlich höheren Pegel auftreten als die Komponenten niedriger Frequenz. Dieses stark angehobene Signal wird dem Tiefpaß 4 zugeführt, welcher die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten erheblich absenkt. Bei hohen Eingangssignalpegeln V_in des Informationssignals, die 0 bzw. 10 dB betragen, führt die Signalexpansion durch die Antibegrenzungsschaltung 34 und den hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärker 3 im allgemeinen zu einem Signal, dessen mit hoher Frequenz auftretende Komponenten in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten um mehr als 20 dB angehoben sind. Da der Tiefpaß 4 eine nennenswerte Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des ihm zugeführten Signals bewirkt, allerdings lediglich in der Größenordnung von etwa 20 dB, sind bei dem dem Ausgangsanschluß 5 zugeführten Signal - wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist - die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten in bezug auf die mit niedriger Frequenz auftretenden Komponenten etwas angehoben. Die Trennlinie zwischen der Anhebung und der Absenkung der mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des dem Ausgangsanschluß 5 zugeführten Signals entspricht gemäß Fig. 5 einem Eingangssignalpegel V_in von -10 dB. Mit anderen Worten heißt dies, daß bei Eingangspegeln V_in unter -10 dB der erste Signalweg und insbesondere dessen Tiefpaß 4 eine dominierende Wirkung auf das an den Ausgangsanschluß 5 abgegebene Signal haben. Bei höheren Pegeln des Informationssignals, d. h. bei einem Pegel V_in, der höher ist als -10 dB, ist jedoch der Einfluß des Tiefpasses 4 stark vermindert, so daß die schwache Anhebung, die aus dem Tiefpaßfilter 6 resultiert und die durch den hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärker 3 erheblich verstärkt oder gedehnt wird, eine dominierende Auswirkung auf das an den Ausgangsanschluß 5 abgegebene Signal hervorruft.

Die Pegeldehnungskennlinien der Rauschverminderungsschaltung 10 für Signale mit den Frequenzen 100 Hz, 1 kHz und 10 kHz sind durch Kurven in Fig. 6 veranschaulicht. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Pegeldehnung über einen weiteren Bereich und in einem stärkeren Ausmaß für mit hoher Frequenz auftretende Komponenten (z. B. 10 kHz) als für mit niedriger Frequenz auftretende Komponenten (z. B. Hz und 1 kHz) erzielt wird. Die in Fig. 6 dargestellte Strichpunktlinie zeigt das übliche flache Baßverhalten.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Rauschverminderungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine variable Deemphasis mit sich bringt, d. h., daß für verschiedene Pegel des Eingangssignals verschiedene Absenkungskurven erhalten werden. Aufgrund dieser variablen Deemphasis wird eine wesentlich stärkere Absenkung über den Bereich hoher Frequenzen erzielt, wenn der Eingangssignalpegel relativ niedrig ist, wodurch die Auswirkungen der Rauschmodulation vermindert werden, die während einer derartigen Zeit stärker auftreten. Eine weitgehend flache Absenkungskennlinie oder eine schwache Anhebungskennlinie für die hochfrequenten Komponenten wird dann erhalten, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist. Dies wird mit Rücksicht darauf bevorzugt, daß dann, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist, dieser Pegel auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger ohne die Forderung nach irgendeiner Preemphasis aufgezeichnet werden kann.

Die vorstehenden Ausführungsformen weisen einen relativ einfachen Aufbau auf und sind daher preiswert. Dennoch ermöglichen sie eine variable Absenkung, wie dies oben beschrieben worden ist, ohne daß dazu irgendeine externe oder manuelle Einstellung erforderlich ist. Durch die Schaffung einer starken Absenkung über einen Bereich hoher Frequenzen (Hochfrequenzbereich) für den Fall, daß der Eingangssignalpegel niedrig ist, ist die oben erwähnte Eigenschaft der Rauschmodulation weitgehend vermindert, und in vielen Fällen kann sie wirksam beseitigt werden. Darüber hinaus kann die Antibegrenzungsschaltung 34, wie nachstehend erläutert, als Begrenzerschaltung in einem entsprechenden Kompressor eingesetzt werden, um eine Übergangssättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers infolge eines Überschwingens zu vermeiden, welches durch ein plötzliches oder abruptes Ansteigen des Signalpegels hervorgerufen wird, was bisher nicht schnell genug kompensiert werden konnte.

Ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform der in Fig. 4 dargestellten Rauschverminderungsschaltung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die in Fig. 7 dargestellte Anordnung erläutert werden. Dabei sind diejenigen Elemente, die den im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Elementen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 4. Wie gezeigt, besteht die Subtrahierschaltung 2 aus zwei Widerständen 21 und 22 und aus einem Operationsverstärker 24. Das eine Ende des Widerstands 21 ist insbesondere mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden; das andere Ende ist mit einem Anschluß des Widerstands 22 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstands 22 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 24 verbunden, der als Inverter geschaltet ist, um das Ausgangssignal des zweiten Signalweges zu invertieren, so daß das geforderte Subtraktionssignal gebildet wird.

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 21 und 22 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 23 verbunden, der das Subtraktionssignal an den ersten Signalweg abgibt und insbesondere dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 35 zuführt. Außerdem ist in dem ersten Signalweg ein Gegenkopplungswiderstand 36 enthalten, der zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers 35 liegt.

Die Verstärkung eines aus einem Operationsverstärker gebildeten Verstärkerkreises ist eine Funktion der Rückkopplungsimpedanz, d. h. der zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Operationsverstärkers angeschlossenen Impedanz, dividiert durch die Eingangsimpedanz, d. h. die am Eingang des betreffenden Verstärkers liegende Impedanz, ist. Die Verstärkung des Verstärkerkreises kann somit durch Ändern entweder der Rückkopplungsimpedanz oder der Eingangsimpedanz eingestellt werden. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist die Rückkopplungsimpedanz durch den Rückkopplungswiderstand 36 fest, während die Eingangsimpedanz in Abhängigkeit von einem ihr zugeführten Steuersignal einstellbar ist, so daß die Verstärkung des durch den Operationsverstärker 35 gebildeten, hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 verändert wird.

Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers 35 wird insbesondere über drei Impedanzwege gesteuert, die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 23 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 35 parallel liegen. Der erste Impedanzweg besteht aus einem Widerstand 37 mit einem festen Widerstandswert; der zweite Impedanzweg besteht aus einem veränderbaren Widerstandselement 38; der dritte Impedanzweg besteht aus der Antibegrenzungsschaltung 34, die zu einem Widerstand mit einem festen Widerstandswert in Reihe geschaltet ist.Das veränderbare Widerstandselement 38 wird dabei insbesondere hinsichtlich seines Widerstandswertes in Übereinstimmung mit dem Steuersignal von der Steuerschaltung 7 her geändert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das veränderbare Widerstandselement 38 ein lichtempfindliches Element, wie eine CdS-Fotozelle, ein Fotowiderstand od. dgl. sein, d. h. ein Element, welches eine Impedanz oder einen Widerstand zeigt, der als Funktion der Helligkeit des auf ihn auftreffenden Lichtes veränderbar ist. Das lichtempfindliche Element kann beispielsweise über einen Lichtweg mit einer Leuchtdiode oder einer anderen Licht abgebenden Quelle gekoppelt sein, die Licht an das lichtempfindliche Element als Funktion einer ihr zugeführten Steuerspannung abzugeben vermag. Diese Steuerspannung wird von der Steuerschaltung 7 erzeugt, welche die Gewichtungsschaltung 71 und die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 umfaßt. Wenn die Steuerspannung ansteigt, steigt in entsprechender Weise die Helligkeit des von der Lichtabgabequelle abgegebenen Lichtes an, so daß der Widerstand oder die Impedanz des lichtempfindlichen Elements abnimmt. Dadurch steigt die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 an. Wenn demgegenüber die Steuerspannung abnimmt, nimmt in entsprechender Weise die Helligkeit des von der Lichtabgabequelle abgegebenen Lichtes ab, wodurch die Impedanz des lichtempfindlichen Elements ansteigt. Dadurch sinkt die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 ab.

Alternativ zu dem zuvor erwähnten lichtempfindlichen Element kann das variable Widerstandselement 38 einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor od. dgl. umfassen, wobei die Impedanz dieses Elements in Abhängigkeit von der ihm von der Steuerschaltung 7 zugeführten Steuerspannung steuerbar ist. Wenn somit die Impedanz des Feldeffekttransistors oder Transistors sich ändert, ändert sich auch die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist die Antibegrenzungsschaltung 34 als Schaltung dargestellt, die aus zwei antiparallel zueinander geschalteten Dioden besteht, die zu einem Festwiderstand in Reihe liegend in dem dritten Eingangsimpedanzweg liegen. Bei diesem Beispiel ist jede Diodenschaltung aus zwei in Reihe geschalteten Dioden gebildet. Die Gegenbegrenzungsschaltung 34 wirkt als sog. Entmischungsschaltung. Mit anderen Worten heißt dies, daß dann, wenn jede der Dioden einen Einschaltspannungspegel V_be von 0,7 Volt (für Siliciumdioden) aufweist, der dritte Impedanzweg nur dann leitet, wenn der Pegel des zugeführten Eingangssignals größer ist als 1,4 V oder niedriger ist als -1,4 V, d. h. lediglich für positive oder negative hohe Signalpegel. Wenn der Eingangspegel niedrig ist, ist somit der dritte Impedanzweg aus der Schaltung ausgeschlossen, so daß die Impedanz für das dem Operationsverstärker 35 zugeführte Signal durch die Parallelkombination des Widerstands 37 und des veränderbaren Widerstandselementes 38 bestimmt ist. Wenn der Eingangssignalpegel jedoch die Diodeneinschaltspannung überschreitet, dann ist der dargestellte Widerstand in dem dritten Impedanzweg mit dem ersten Impedanzkreis verbunden und damit zu dem Widerstand 37 und dem veränderbaren Widerstandselement 38 parallel wirksam. Auf diese Weise wird die effektive Eingangsimpedanz herabgesetzt, wodurch die Verstärkung des Verstärkers ansteigt. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Antibegrenzungsschaltung 34 in der Weise wirkt, daß das Eingangsinformationssignal bei hohen Pegeln gedehnt wird. Der Tiefpaß 4 ist dadurch gebildet, daß ein Hochpaß zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 angeschlossen ist. Der Tiefpaß 4 besteht dabei insbesondere aus einem Widerstand 41 und einer dazu in Reihe liegenden Kapazität 42, wobei diese Reihenschaltung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 dem Gegenkopplungswiderstand 36 parallel liegt.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 35 ist mit dem Ausgangsanschluß 5 und außerdem mit dem zweiten Signalweg verbunden, der den Tiefpaß 6 enthält. Der Tiefpaß 6 ist insbesondere durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände 61 und 62 gebildet, die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 und dem invertierenden Eingang des invertierenden Operationsverstärkers 24 angeschlossen sind. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 61 und 62 und Erde bzw. Masse liegt ein Kondensator 63. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 35 wird dem Tiefpaß 6 invertiert zugeführt und zu dem eintreffenden Informationssignal an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 21 und 22 addiert.

Die Steuerschaltung 7, die am Eingangsanschluß 1 angeschlossen ist und die aus der Gewichtungsschaltung 71 sowie der Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 besteht, erzeugt die zuvor erwähnte Steuerspannung, die dazu herangezogen wird, den Widerstand des variablen Widerstandselements 38 und damit die Verstärkung des verstärkungsvariierbaren Verstärkers 3 einzustellen. Die Gewichtungsschaltung 71 besteht aus einem Hochpaß, welcher durch eine erste Reihenschaltung eines Kondensators 73 und eines Widerstands 74 und durch eine der ersten Reihenschaltung parallel geschaltete zweite Reihenschaltung mit einem Kondensator 75 und einem Widerstand 76 gebildet ist. Der Ausgang dieser, einander parallel geschalteten Reihenschaltungen ist mit einem Verstärker 77 verbunden, der vorzugsweise ein Operationsverstärker mit negativer Verstärkung ist und der einen Rückkopplungswiderstand aufweist. Die Gewichtungsschaltung 71 zeigt eine Hochpaßeigenschaft, die weitgehend gleich dem Hochpaß ist, welche zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 liegt und die den Hochpaß 4 bildet. Der Ausgang des Verstärkers 77 ist mit der Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 verbunden. Diese Schaltung besteht beispielsweise aus einer mit einem kapazitiven Filter verbundenen Diode. Die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 erzeugt ein Gleichspannungs-Steuersignal, welches eine Funktion des Pegels der von der Gewichtungsschaltung 71 durchgelassenen hochfrequenten Komponenten ist.

Demgemäß vermag die Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 7, wie dies zuvor erläutert worden ist, eine veränderbare Absenkungsfunktion bereitzustellen, die für ein sich änderndes Ausmaß der Absenkung in Übereinstimmung mit dem Pegel des Eingangssignals sorgt. Auf diese Weise sorgt die Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. 7 für eine nennenswerte Absenkung der hochfrequenten Komponenten von mit niedrigem Pegel auftretenden Eingangssignalen, wodurch die Rauschmodulation wirksam beseitigt ist. Außerdem ermöglicht die betreffende Schaltung eine Ausweitung des Dynamikbereiches, während ein Überschwingen bei Eingangssignalen mit hohem Pegel vermieden ist. Somit werden die in Fig. 5 dargestellten Expansionskennlinien durch die in Fig. 7 dargestellte Schaltungsanordnung erzielt.

Bei den soweit beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Rauschhverminderungsschaltung als Pegeldehnungsschaltung in einem Expander für Signale verwendet worden, die auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet waren. Eine Pegelkompressionsschaltung in einem Kompressor sollte mit Pegelkompressionseigenschaften versehen sein, die komplementär zu den in Fig. 5 gezeigten Eigenschaften bzw. Kennlinien sind. Auf diese Weise kann die Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 4 in einem derartigen Kompressor verwendet werden, wie dies in Fig. 8 veranschaulicht ist. Dabei ist die Rauschverminderungsschaltung 10 in dem Gegenkopplungsweg eines Operationsverstärkers 210 eingefügt, der mit einem nichtinvertierenden Eingang an einem Eingangsanschluß 201 angeschlossen ist, um ein aufzuzeichnendes Eingangssignal aufzunehmen. Mit einem invertierenden Eingang ist der betreffende Operationsverstärker am Ausgangsanschluß der Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. 4 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 210 ist mit den Eingangsanschluß 1 der Rauschverminderungsschaltung 10 gekoppelt.

Die Rauschverminderungsschaltung 10 ist in wünschenswerter Weise selektiv für den Betrieb entweder als Kompressor oder als Expander in der Schaltungsanordnung 200 angeordnet. Zu diesem Zweck ist der Verstärker 210 mit einem Schalterelement 211 versehen, welches schematisch als mechanischer Schalter dargestellt ist, der zwei Schaltzustände bzw. -stellungen einzunehmen vermag. Wenn der Schalter an dem Kontakt e liegt, ist die Rauschverminderungsschaltung 10 als Gegenkopplungsschaltung vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Verstärkers 210 geschaltet, wie dies oben beschrieben worden ist. Wenn der Schalter 211 zu dem Kontakt d umgeschaltet ist, dann ist ein Rückkopplungswiderstand 212 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 210 eingeschaltet, wodurch die Verstärkung des Verstärkers festgelegt ist. Außerdem ist der Ausgang des Verstärkers 210 derart geschaltet, daß das verstärkte Nutzsignal an die Rauschverminderungsschaltung 10 abgegeben wird. Wenn der Schalter 211 somit zu dem Kontakt e umgeschaltet ist, wirkt die dargestellte Schaltungsanordnung 200 als Kompressor, um im Pegel komprimierte Informationssignale an dem Ausgangsanschluß 202 zu erzeugen. Wenn der Schalter 211 jedoch zu dem Kontakt d umgeschaltet ist, wirkt die Schaltungsanordnung 200 als Expander, um am Ausgangsanschluß 5 im Pegel gedehnte Signale zu erzeugen. Wie dargestellt, ist der Ausgangsanschluß 5 mit einem weiteren Ausgangsanschluß 203 verbunden, der seinerseits mit einem magnetischen Aufzeichnungswandler verbunden sein kann.

Durch Anwendung der Rauschverminderungsschaltung 10 in zwei umschaltbaren Betriebsarten kann ein und dieselbe Schaltungsanordnung als Kompressor bzw. als Expander also als Kompander verwendet werden, wodurch in wünschenswerter Weise Bauteile eingespart werden. Bei einer typischen Aufzeichnungs-/Wiedergabeanordnung, wie bei einem Tonband-Aufzeichnungsgerät, werden Informationssignale nicht gleichzeitig aufgezeichnet und wiedergegeben. Anstatt der Bereitstellung von gesonderten Kompressor- und Expanderschaltungen ist es somit vorteilhaft, ein und dieselbe Rauschverminderungsschaltung 10 für die gesonderte Ausführung von Kompressions- und Expansionsvorgängen auszunutzen. Durch Ausnutzung ein und derselben Rauschverminderungsschaltung in beiden Betriebsarten ist überdies keine Schwierigkeit hinsichtlich der Angleichung der Kennlinien des Kompressors und des Expanders vorhanden.

Die Eigenschaften der Rauschverminderungsschaltung 10 sind oben im einzelnen beschrieben worden, weshalb der Kürze halber diese Beschreibung nicht wiederholt wird. Es dürfte daher einzusehen sein, daß dann, wenn der Schalter 211 an dem feststehenden Kontakt d anliegt, die Schaltungsanordnung 200 in nahezu derselben Art und Weise arbeitet, wie dies oben im Hinblick auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 7 im einzelnen erläutert worden ist. Dies bedeutet, daß das Eingangsinformationssignal durch den Verstärker 210 verstärkt wird und daß durch die Schaltung 10 eine geeignete Pegeldehnung mit veränderbarer Absenkung erfolgt.

Wenn der Schalter 211 an dem Kontakt e anliegt, werden die Übertragungseigenschaften der Schaltung 10 als Gegenkopplungsverstärkung B der Schaltungsanordnung 200 ausgenutzt. Wenn die Leerlaufverstärkung des Verstärkers 210 mit A bezeichnet wird, dann errechnet sich die Gesamtverstärkung oder die Übertragungseigenschaft der Schaltungsanordnung 200 zu . Hierbei handelt es sich selbstverständlich um die Verstärkung eines Verstärkers mit negativer Rückkopplung bzw. Gegenkopplung. Wenn das Produkt AB hinreichend groß ist, was bedeutet, daß AB < 1 ist, dann ist die Verstärkung oder die Übertragungseigenschaft der Schaltungsanordnung 200 in der Kompressorkonfiguration lediglich 1/B. Wenn die Schaltung 200 als Gegenkopplungsschaltung mit dem Verstärker 210 verbunden ist, sind somit die Gesamteigenschaften der Schaltungsanordnung 200 umgekehrt oder komplementär zu den Expander-Übertragungseigenschaften B. Damit zeigt sich, daß bei Verwendung der Schaltung 10 als Codierer ein im Pegel komprimiertes angehobenes Signal, welches zu der Expandereigenschaft komplementär ist, für die Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt wird.

Claims (16)

1. Schaltungsanordnung für eine Kompression oder eine dazu komplementäre Expansion eines Nutzsignales vor bzw. nach einem Aufzeichnungsgerät zur Rauschabstandsvergrößerung, bei der zur Expansion

• a) das Nutzsignal und ein Rückkopplungssignal einer Subtrahierschaltung (2) zugeführt sind,
• b) das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung (2) dem Eingang eines Verstärkers (3) zugeführt ist, dessen Verstärkung nutzsignalabhängig so gesteuert ist, daß die Verstärkung bei kleinem Nutzsignalpegel niedrig und bei großem Nutzsignalpegel hoch ist,
• c) das Ausgangssignal des Verstärkers (3) einem ersten Tiefpaß (4) zugeführt ist, dessen Ausgang das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung (10) abgibt und
• d) das Ausgangssignal des ersten Tiefpasses (4) der Subtrahierschaltung (2) über einen zweiten Tiefpaß (6) als das Rückkopplungssignal zugeführt ist, wobei die Höhenabsenkung des zweiten Tiefpasses (6) geringer als die des ersten Tiefpasses (4) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die zur wiedergabeseitigen Expansion komplementäre Kompression dadurch erreicht wird, daß die Schaltungsanordnung (10) im Gegenkopplungszweig eines weiteren Verstärkers (210), vorzugsweise eines Operationsverstärkers angeordnet ist, der mit einem Eingang an einem Eingangsanschluß (201) angeschlossen und mit einem weiteren Eingang mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung (10) verbunden ist und der ausgangsseitig mit dem Eingang der Schaltungsanordnung (10) und mit einem Ausgangsanschluß (202) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zweite Tiefpaß (6) durch eine zwischen der Subtrahierschaltung (2) und dem signalgesteuerten Verstärker (3) liegende Reihenschaltung aus zwei Widerständen (61, 62) und einer deren Verbindungspunkt mit Bezugspotential verbindenden Kapazität (63) gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der der signalgesteuerte Verstärker (3) einen spannungsgesteuerten Verstärker (31) aufweist, an dessen Ausgang der eine Eingang einer Summiereinrichtung (33) angeschlossen ist, die ausgangsseitig mit dem Eingang des ersten Tiefpasses (4) verbunden ist, und
bei der dem anderen Eingang der Summiereinrichtung (33) das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung (2) über einen eine Impedanz (32) aufweisenden Pfad zugeführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der signalgesteuerte Verstärker (3, 35, 31) einen mit einer Rückkopplungsimpedanz (36, 41, 42) versehenen Operationsverstärker (35) aufweist, dem eingangsseitig das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung (2) über ein Impedanznetzwerk (37, 38, 34) zugeführt ist, welche das Subtraktionssignal bei hohen Signalpegeln vergrößert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der das Impedanznetzwerk (37, 38, 36) eine erste Impedanz (37) mit einem festen Wert und eine parallelgeschaltete zweite Impedanz (38) aufweist, welche nutzsignalabhängig einstellbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
bei der das Impedanznetzwerk (37, 38, 34) eine Reihenschaltung aus einem Anti-Begrenzernetzwerk (34) und einer dritten Impedanz aufweist, wobei die Reihenschaltung zur ersten und zweiten Impedanz (37, 38) parallelgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Anti-Begrenzernetzwek (34) zwei antiparallele Dioden aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste Tiefpaß (4) aus einer zwischen dem Ausgang und dem Eingang einer des Verstärkers (35) liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes (41) und einer Kapazität (42) besteht.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die signalabhängige Steuerung des Verstärkers (3; 31; 35) durch eine aus einem Hochpaß bestehende Gewichtungsschaltung (71) erfolgt, der eingangsseitig das Nutzsignal zugeführt wird und die aus dessen höherfrequenten Signalkomponenten ein dem Verstärker (3; 31) zugeführtes Verstärkungssteuersignal bildet.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, bei der das Ausgangssignal der Gewichtungsschaltung (71) über eine nachgeschaltete Gleichrichtungseinrichtung (72) geführt ist und die Verstärkung des signalabhängigen Verstärkers (3; 31; 35) verändert.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Hochpaß der Gewichtungsschaltung (71) eine Filterkennlinie aufweist, die weitgehend entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Tiefpasses (4) verläuft.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, bei der der Hochpaß (71) aus zwei einander parallelgeschalteten Reihenschaltungen besteht, deren jede einen Widerstand (74; 76) und eine Kapazität (73; 75) aufweist.

14. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bei der wiedergabeseitigen Expansion des Pegels eines in einem Aufzeichnungsgerät aufgezeichneten verrauschten Nutzsignals, derart, daß Signalkomponenten mit höherer Frequenz im Pegel stärker angehoben werden, wenn sie mit niedrigem Pegel auftreten, als wenn sie mit hohem Pegel auftreten.

15. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der Kompression des Pegels eines Nutzsignals vor seiner Aufzeichnung in einem Aufzeichnungsgerät, derart, daß die mit hoher Frequenz auftretenden Komponenten des Nutzsignals einer höheren Verstärkung bei niedrigen Eingangspegeln ausgesetzt werden, als bei höheren Eingangspegeln.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei der der weitere Verstärker (210) eingangsseitig mit einem in zwei Stellungen (e, d) einstellbaren Umschalter (211) verbunden ist, in dessen einer Schalterstellung (e) die Schaltungsanordnung (10) im Gegenkopplungszweig des weiteren Verstärkers (210) liegt und in dessen anderer Schalterstellung (d) die Schaltungsanordnung (10) aus dem Rückkopplungszweig abgetrennt ist, wobei in der einen Schalterstellung (e) eine Pegelkompression und in der anderen Schalterstellung (d) eine Pegelexpansion ausgeführt wird.