DE3135724A1

DE3135724A1 - Rauschverminderungsschaltung

Info

Publication number: DE3135724A1
Application number: DE19813135724
Authority: DE
Inventors: Kenzo Akagiri; Masayuki Yokohama Kanagawa Katakura; Motomi Tokyo Ohkouchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1982-04-29
Also published as: US4441083A; AU545788B2; AU7492381A; JPS5752240A; AT374939B; GB2083987B; CA1161560A; FR2512610B1; NL8104170A; ATA389981A; GB2083987A; FR2512610A1

Description

RAUSCHVERMINDERUNGSSCHALTUNG

Die Erfindung betrifft allgemein eine Tnformationssigna]aufzeicbnungs- und -wiedergabevorrichtung und insbesondere eine Rauschverminderungsschaltung zum Vermindern bzw. Unterdrücken von Rauschen, das allgemein ein wiedergegobones Informationssignal in einer Informal i onssignal auf zeichnungs- und wiedr-rgabevorrichtung begleitet.

Kompandor-Rauschverminderungsschaltungen zum Vermindern von Rauschen und Verzerrung, die ein wiedergegebenes Tnformationssignal begleiten, sind an sich bekannt. Derartige Rauschverminderungsschaltungen sind so ausgebildet, daß der dynamische Bereich des Signals,das auf ein Aufzeichnungsmedium wie ein Magnetband aufgezeichnet werden kann und von diesem wiedergegeben werden kann, erhöht wird. Beispielsweise sind Rauschverminderungsschaltungen, die den dynamischen Bereich des Signals um etwa 10 dB im Hochfrequenzbereich mittels Pegelkompression und einer komplementären Pegelexpansion der Hochfrequenzkomponenten in dem zugeführten Eingangssignal erhöhen, angegeben in der US-P.S 3 631 365 (Dolby) und der US-PS 3 911 371 (Nakamura et al.).

Allgemein verwenden diese Rauschverminderungsschaltungen eine variable oder veränderbare Filtersehaltung, die ein veränderbares Widerstandselement enthält, das beispielsweise durch einen FET oder einen bipolaren Flächentransistor gebildet sein kann; um die erwähnte Kompression und Expansion bzw. Dehnung zu erreichen. Die Verwendung einer veränderbaren Filtersehaltung hat jedoch Einschränkungen bei dem Aufbau der Rauschverminderungsschaltung zur Folge. Beispielsweise wird es wegen der diskreten Bauelemente, die bei den diskreten Transistoren verwendet sind, schwierig, wenn nicht unmöglich, derartige veränderbare Filterschaltungen als integrierte Schaltungen auszubilden. Weiter besitzen die erwähnten Transistoren, die in den veränderbaren Filterschaltungen verwendet sind, eine Temperaturabhängigkeit,

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die in vielen Fällen schwierig zu steuern ist und die jedoch nine GI eiehstromverschiebung aufgrund bei spiel sv;ei se des sich ergebenden ändernden Widerstandswertes dos Transistors mit der Temperatur verursacht. Dies kann Xndex'ungen oder Schwankungen in der Frequenzcharakteristik zur .^olae haben. Weiter sind die obigen Rauschverminderungsschaltungen nicht austauschbar, d.h. daß ein Informationssignal, das mit einer Dolby-Schaltung aufgezeichnet worden ist, nur mit der Dolby-Schaltung wiedergegeben werden kann. Zusätzlich zu den obigen Einschränkungen beim Schaltungsaufbau ist es schwierig, ein veränderbares Widerstandselement zu erreichen, das genaue Charakteristiken besitzt. Dies bedeutet, daß es schwierig wird, die Soll-Charakteristiken der Rauschverminderungsschaltung zu verbessern, wodurch deren dynainischer Bereich lediglich um etwa TO bis 20 dB erhöhtwerden kann.

Es ist Aufgabe der Erfinduna, eine Rauschverminderungsschaltung anzugeben, die imfer Vermeidung der erwähnten Nachteile hohe Freiheit für den Aufbau der Schaltung läßt. 20

Insbesondere soll die Rauschverminderungsschaltung bei einem Tnformationssignal aufzeichnungs- und/oder -Wiedergabesystem verwendbar sein.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält eine Rauschverminderungsschaltung einen ersten Signalweg einschließlich eines Verstärkers veränderbarer Verstärkung zum Verstärken eines zugeführten Signals mit steuerbarem Verstärkungsfaktor und eines Differenzierers zum Differenziererpindestens eines Teils des durch den Verstärker veränderbarer Verstärkung tretenden Signals, eine erste Einrichtung, die mit dem ersten Signalweg verbunden ist zum Vorsehen einer unteren Grenze für den Verstärkungsfaktor, der für das der Schaltung zugeführte Signal erreicht ist, und eine zweite Einrichtung, die mit dem ersten Signalweg verbunden ist zum Vorsehen einer oberen Grenze für den Verstärkimg sfaktor, der für das der Schaltung zugeführte Signal erreicht ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsheispiel der Erfindung wird das dem ersten Signa !weg zugeführte Signal auch der ersten Einrichtung zugeführt, die durch einen Widcrsiands -Mitkopplungsweg gebildet ist und wird das Auiiiiaiioisiqnaldps JIi i koupl ungswoges ' mit dem Ausgangssignal des ei ston Sinnalwogos kombiniert zum Erzeugen des Aus gange .si gnal s der T?au deliver mi ndei ungsschal lung. Die zweite Einrichtung enth.TI t einen Widei st.nids-Ilücklsoppl ungsweg, der mit dem Ausgangssignal von dor Rauschvermi.nderungsschaltung versorgt isL und der dieses Signal zum Einnang des ersten TO Signalweges rückkoppelt bzw. gegenkoppelt.

Die Erfindung gibt also eine Rauschverminderungsschaltung an, die sehr leicht mit anderen Typen von Rauschverminderungsschaltungen austauschbar ist. Vielter wird eine Rauschverminderungsschaltung angegeben, die einen spannungsgc.stouerten Verstärker verwendet, der hochgenaue und steuerbare Charakteristiken besitzt. Weiter gibt die Erfindung eine Rausohverminderunasschaltung an, die Schwankungen in ihrer Frequenzcharakieristik verringert und die jede Glei chsi roirfverschi ebung gegenüber herkömmliehen Rauschverminderungsschaltungen verringert, wodurch der dynamische Bereich der Schaltung sehr stark vergrößerbar ist_; bis zu 30 dB.

Weiter wird eine Rauschverminderungsschaltung angegeben, die einfachen Aufbau besitzt und die kostengünstig herzustellen und zu verwenden ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer TRauschverminderungsschaltung gemäß einem grundsätzlichen Ausf ührungsbeirzpi el der Erfindung,

,Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der

Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der veränderbaren Frequenz-Ansprechcharaktcristik der Rauschvermi nderungssehalfung gemäß Fig. 1,

ό ΙΟΟ/Ζ4

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Eingangs/Ausgangspegelcharakteristik der ■Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig.1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverininderungsschaltung gemäß Fig. 1 für verschiedene Verstärkungsfaktoren des .verwendeten spannungsgestouerten Verstärkers,

Fig. ς ßin Blockschaltbild einer Rauschvermi nderung.sschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 7 ein BlockschalibiId einer Rauschverminderungsschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8A eine graphische Darstellung der Frequenz-Ansprechcharakteristik des Hochpaßfilters der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 7,

Fig. 8B eine graphische Darstellung der veränderbaren Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltuncr gemäß Fig. 7,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 7 für verschiedene Verstärkungsfaktoren des darin verwendeten spannungsgesteuerten Verstärkers,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Rauschverminderungsschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 10 für verschiedene Verstärkungsfaktoren des darin verwendeten spannungsgesteuerten Verstärkers,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer ■Rauschverminderungsschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,

Fig. 13 ein Schaltbild einer Antibeqrenzungsschaltung, die bei der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 12 verwendbar ist,

Fig. 14 ein Schaltbild eine' Begrenzschaltung, die bei der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 12 verwendbar ist.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Rauschverminderungsschaltung gemäß einem grundsätzlichen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die

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als Codierer an der Eingangsseite einer Audiosignalaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung zum Durchführen eines Pegelkompriinierbetriebes verwendbar ist. V7ie dargestellt, wird ein aufzuzeichnendes Eingangssignal wie ein Audiosignal von einem Mikrophon. oder einem Empfänger über einen Eingangsanschluß 11 dem addierenden oder positiven Eingang eines Subtrahierers 17 zugeführt. Das Ausgangssigqal des Subtrahierers 17 wird einem ersten Siqnalweq aus einem Reihenschaltung eines Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung und. eines Differenzierers 14 zugeführt. Der Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung kann ein spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) sein, der das Ausgangssignal des Subtrahierers 17 mit veränderbarem Verstärkungsfaktor verstärkt. Insbesondere steht der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 13 in direkter Beziehung zum zugeführten Audioeingangssignal derart, daß dessen Verstärkungsfaktor relativ hoch ist, wenn der Eingangspegel relativ niedrig ist und umgekehrt dessen Verstärkungsfaktor relativ niedrig ist, wenn der Eingangspegel relativ hoch ist. Dies wird durch einen Steuerweg erreicht, der aus einem Hochpaßfilter 19a (HPF) und einer Steuerschaltung 19b besteht, wobei letztere eine Steuerspannung dem spannungsgesteuerten Verstärker 13 zum Steuern dessen Verstärkungsfaktor zuführt. ' Das Hochpaßfilter 19a wirkt als Gewichtungsschaltung zum Gewichten des zugeführten Signals abhängig von dessen Frequenz, und die Steuerschaltung 19b kann einen Pegeldetektor enthalten, der den Pegel des Signals vom Hochpaßfilter 19a erfaßt und glättet, um die Steuerspannung abzuleiten, die einem Steueranschluß des spannung.sgesteuerten Verstärkers 13 zugeführt wird. Auf diese Weise steuert die Steuerschaltung 19b den Verstärkungsfaktor 'des Verstärkers 13 derart, daß dessen Verstärkungsfaktor für niederpegeliqe Eingangssignale erhöht und für hochpegeliqe Eingangssignale erniedrigt wird. Der Differenzierer 14 differenziert mindestens den Teil des Ausgangssignals von dem Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung,der innerhalb des Audiofrequenzbandes ist. Das Ausgangssignal vom Differenzierer 14 wird dann einem addierenden Eingang eines Addierers 18 zugeführt.

Ein zweiter Signalweg oder Mitkopplungsweg 16 mit flacher Frequenzcharakteristik, d.h. einer, die frequenzunabhängig ist, ist mit dem ersten Signalweg verbunden, der durch den Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung und den Differenzierer 14 gebildet ist, über den Addierer 18. Der Mitkopplungsweg 16 erreicht im wesentlichen keine Verstärkungssteuerung und kann'durch lediglich einen Widerstand gebildet sein. Insbesondere ist der Mitkopplungsweg 16 mit dem Eingangssignal vom Eingangsanschluß 11 versorgt und führt seinerseits ein Ausgangssignal einem zweiten addierenden oder positiven Eingang des Addierers 18 zu. Wie das weiter unten näher erläutert werden wird, wirkt der Mitkopplungsweg 16 zum Vorsehen oder Bestimmen einer unteren Grenze für den Betrag des Verstärkungsfaktors, der auf das Audiosignal ausgeübt wird, das durch die Rauschverminderungsschaltung für niedere Frequenzend davon hindurchtritt. Der Addierer 18 erzeugt das Ausgangssignal für die Rauschverminderungsschaltung 10 an einem Ausgangsanschluß 12. ·

Weiter ist ein dritter Signalweg oder Rückkopplungsweg 15 mit im wesentlichen flacher Frequenzcharakteristik parallel zum ersten Signalweg über den Subtrahierer 17 angeschlossen. Das heißt, der Rückkopplungsweg 15 erreicht im wesentlichen keine Verstärkungssteuerung für das zugeführte Signal und kann beispielsweise durch ledig]ich einen Widerstand gebildet sein. " Der Gegenkopplungsweg 15 ist mit dem Ausgangssignal· vom ersten Signalweg versorgt und führt seinerseits ein Ausgangssignal dem subtrahierenden oder negativen Eingang des Subtrahierers 17 zu, wo es von dem Eingangssignal am Eingangsanschluß 11 subtrahiert wird. Wie das weiter unten näher erläutert werden wird, wirkt der Gegenkopplungsweg 15 zum Vorsehen oder Bestimmen einer oberen Grenze für den Betrag des Verstärkungsfaktors, der auf das Audiosignal ausgeübt wird, das durch die Rauschverminuerungsschaltung hindurchtritt für dessen höhere Frequenzen. Das sich ergebende Signal, das am Subtrahierer 17 erzeugt wird, wird dann dem Eingang des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung zugeführt.

Bei der Rauscherminderungsschaltung 10 kann, wenn der Pegel des dem Eingangsanschluß 11 zugeführten Eingangssignals mit x, der Pegel des Ausgangssignals vom Ausgangsanshcluß 12 mit y, der Pegel des Ausgangssignals vom Differenzinrer 14 mit z, der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung mit G, die Übertragungscharakteristik des Differenzierers 14 mit sT, wobei s = j <y und T - vorgegebener konstanter Wert, die Übertragungsfunktion des Mitkopplungsweges 16 mit F„ und die Übertragungsfunktion des Rückkopplungsweges 15 mit F_ bezeichnet sind, die folgenden Gleichungen abgeleitet werden, die die Beziehungen zwischen erstem zweitem und drittem Signalweg wiedergeben:

Y = P_H · χ + ζ (1),

ζ = sT . G(x - F_T ■ z)" (2).

Die Gleichungen (1) und (2) können kombiniert werden zur Bildung einer Gleichung für den Pegel γ des Ausgangssignals als Funktion des Pegels χ des Eingangssignals, gemäß:

1 + FF

1 + sT · · G y = F · ^ . _x (3).

1 + sT · F_T . G

Eine graphische Darstellung der Gleichung (3) ist in Fig. 2 wiedergegeben. Wie dort dargestellt, besitzt die sich ergebende Kurve zwei Übergangsfrequenzen f., und f~, die der oberen bzw. der unteren Grenze des Verstärkungsfaktors entsprechen, der auf das durch die Rauschverminderungsschaltung 10 tretende Signal ausgeübt wird, wobei die Übergangsfrequenzen wie folgt ausgedrückt werden können:

f-, = 1/(2 /TT₁) . (4),

f₂ = 1/(27TT₂) (5),

OÜ/Z1

-12-wobei die Zeitkonstanten T₁ und T„ sich ergeben gemäß:

T₁ = T. g_L- .G ..... (6)

¹ *H ·

T₀ = T · F_T · G (7) .

Wenn die Gleichungen (4) bis (7) in die Gleichung (3) eingesetzt werden, ist die untere Grenze des Verstärkungsfaktors, der auf die Rauschverminderungsschaltung 10 ausgeübt wird, gleich F und ist die obere Grenze des Verstärkungsfaktors

gleich (1 + F^F₁.)/F_T . Wie in Fig. 2 dargestellt, tritt die

rt Ij Ij

untere Grenze des Verstärkungsfaktors für Frequenzen bei oder unter der unteren Übergangsfrequenz f₁ auf. In gleicher Weise tritt die obere Grenze des Verstärkungsfaktors in Fig. 2 für Frequenzen an oder über der anderen Übergangsfrequenz f- auf. Weiter ist auch die Neigung oder Steilheit der Kurve zwischen den Übergangsfrequenzen f₁ und f„ durch die Charakteristik des Differenzierers 14 bestimmt.

Es zeigt sich, daß die Frequenz-Ansprechcharakteristik oder -Antwortcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 10 sich mit Änderungen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 13 veränderba rer Verstärkung ändert in der Weise wie das durch die Kurven in Fig. 3 wiedergegeben ist. Insbesondere besitzt der Differenzierer 14 eine gradlinige Charakteristik mit fester Ansprechneigung, beispielsweise 6 dB/Oktave (dB/oct), wobei das Ansprechverhalten oder das Ausgangssignal davon zunimmt mit zunehmender Frequenzen des zugeführten Signals. Die geradlinie Kurve für den Differenzierer 14 wird in Richtung des Pfeils A in Fig. 3 mit Änderungen des Verstärkungsfaktors G.des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung verschoben, um so eine veränderbare Differenziercharakteristik zu erzeugen, wie das durch die Strichlinienkurven D₁, D~, D und D. wiedergegeben ist. Insbesondere werden die Strichlinien-Differenzierkurven gemäß Fig.

in der Richtung von der Kurve D₁ zur Kurve D. verschoben, wenn der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Ver-

stärkung vermindert wird. Jeddch bleiben die unteren und oberen

Grenzen R . und R oder das Ansprechverhalten, d.h. die unmin max ^L

tere und die obere Grenze des von der Rauschverminderungsschaitung 10 ausgeübten Verstärkungsfaktors, die durch den Gegenkopplungsweg 15 bzw. den Mitkopplungsweg 16 ausgeübt sind, konstant während der erwähnten Verschiebung der Kurven D- bis D.. Dies bedeutet, daß die Gesamt-Frequenz-Ansprechkurve C der Rauschverminderungsschaitung 10 zwischen den übergangsfrequenzeh f.. und f₂ in Richtung des Pfeils B in Fig. 3 verschoben wird, wie das durch die Vollinienkurven C- bis C₄ entsprechend den Differenzierkurven D- bis D. jeweils wiedergegeben ist. Aus den Gleichungen (4) bis (7) ergibt sich, daß das Verhältnis f^/^2 ^^er Übergangsfrequenzen und daher das Verhältnis T₂/T- der entsprechenden Zeitkonstanten konstant sind unabhängig von Änderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung. Auf diese Weise wird ein sog. Gleitbandeffekt erzeugt, bei dem eine Verschiebung der Kurve C in Richtung der Frequenzachse erfolgt, d.h. in Richtung des Pfeils B in Fig. 3 in Übereinstimmung mit dem Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung, wobei ein konstantes Übergangsfrequenzverhältnis t^/f-2 aufrechterhalten wird. Das heißt, Veränderungen des Verstärkungsfaktors G des' Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung beeinflussen nicht die obere und die untere Grenze des Ansprechverhaltens R bzw. R . , sondern verändern

^c max min

lediglich den Ort des Übergangsbandes zwischen den Übergangsfrequenzen f- und f~·

Die Pegelkompressionscharakteristik der Rauschverminderungsschaitung 10 ist durch die Kurve in Fig. 4 dargestellt. Insbesondere sind,wie dort dargestellt, die Bezugseingangs- und Ausgangspegel jeweils auf 0 dB eingestellt und ist die Pegelkompressionscharakteristik des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung so, wie das durch die Strichlinie" CP wiedergegeben ist. Wenn der Pegel des Eingangssignals zur Rauschverminderungsschaitung 10 zunimmt, wird der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung verringert, bis die untere Grenze R . des Ansprech-

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yj I \J \J I

verhaltens erreicht ist als Erqebnis des Mitkopplungsweges 16, wie das durch die Strichpunktlinie F„ in Fig. 4 dargestellt ist. Andererseits wird, wenn der Pegel des Eingangssignals zur Rauschverminderungsschaltung 10 vermindert wird, der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung angehoben, bis die obere Grenze R erreicht wird, als Ergebnis des Gegenkopplungsweges 15 wie das durch die Strichpunktlinie -(1 + F„F )/F in Fig. 4 wiedergegeben ist. Auf diese Weise er-

Xl J-I J-I

gibt sich die Gesamt-Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Rauschverriiinderungsschaltung 10 so, wie das durch die Vollinienkurve in Fig. 4 dargestellt ist.

Es zeigt sich, daß die Erfindung besondere Vorteile über die herkömmlichen Rauschverminderungsschaltungen erreicht. Insbesondere werden Schwankungen in den Frequenzcharakteristiken aufgrund der Verwendung eines veränderbaren Widerstandselements

wie eines FET oder eines bipolaren Flächentransistors durch die Erfindung wesentlich verringert, derart, daß das Ausmaß irgendeiner Gleichstromverschiebung verringert wird. Weiter werden Probleme bezüglich eines Leckstroms durch einen, solchen FET oder bipolaren Flächentransistor wesentlich verringert durch Verwendung eines spannungsgesteuerten Verstärkers gemäß der Erfindung, der eine hochgenaue und steuerbare Charakteristik und einen in weitem Bereich veränderbaren Verstärkungsfaktor besitzt.

Es zeigt sich, daß verschiedene Weiterbildungen bezüglich der Anschlüsse der einzelnen Elemente der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 1 durchgeführt werden können, wobei die srwähnten erwünschten Charakteristiken beibehalten bleiben. Beispielsweise können die Lagen des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung und d=s Differenzierers 14 in dem ersten Signalweg ausgetauscht werden, d.h." es ist lediglich wesentlich, daß der Differenzierer 14 das Signal differenziert, das durch den Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung tritt. Weiter kann das dem Steuerweg zuqeführte Signal, der durch das Hochnaßfilter 19a

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und die Steuerschaltung 19b gebildet ist, von irgendeiner Stelle in dem ersten Signalweg abgeleitet werden. Beispielsweise kann das Hochpaßfilter 19a mit entweder dem Eingang oder dem Ausgang des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung verbunden sein oder kann auch mit einem Signal versorgt sein, das der Summe oder der Differenz der Eingangs- und Ausgangssignale zum bzw. vom Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung entspricht. Weiter kann, gemäß der Erfindung, obwohl der Gegenkopplunqsweg mit dem ersten Signa.lweg vorgesehen ist, um maximalen Verstärkungsfaktor bzw. eine Obergrenze des Verstärkungsfaktors der Schaltung 10 zu erreichen,wenn der Pegel des zugeführten Eingangssignals außerordentlich niedrig ist, dies andererseits dadurch erreicht werden, daß eine Einstellung des maximalen Verstärkungsfaktors für das Steuersignal von der Steuerschaltung 19b erreicht wird, oder daß der Gegenkopplungsweg 15 mit einer Txefpaßfiltercharakteristik versehen wird.

Fig. 5 zeigt die Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 10 für verschiedene Werte des Verstärkungsfaktors G. Insbesondere sind die Ansprechkurven qemäß Fiq. 5 mittels eines zwei Signale aufweisenden Einqanqsignals erreicht, d.h. mit einem ersten Bezugssignal mit Soll-Verstärkung und einer Frequenz von beispielsweise 400 Hz zum Einstellen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 13 veränderbarer Ver-Stärkung und einem zweiten Wobbelsignal, das überlagert ist, dessen Frequenz in dem in Fig. 5 gezeigten Bereich'verändert wird. Die verschiedenen Kurven werden mit Werten des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung von 50 dB bis -10 dB erhalten. Mit diesen Werten werden die Ansprechkurven oder Übertragungsfunktionen des Gegenkopplungswegs 15 und des Mitkopplungswegs 16 auf τ9/5 dB bzw, 0 dB eingestellt. Es zeigt sich, daß die durch die Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. ί erzeugten und in Fig. 5 dargestellten Kurven den erwähnten Gleitbandcffekt besitzen. ·

O I O U / C

Obwohl die Rauschvermindcirungsschaltung 10 als Codierer zum Erreichen einer Pegelkompression von zugeführten Eingangssignalen verwendet ist, kann diese Schaltung auch als Decodierer mit Pegeldehnung verwendet werden, die komplementär zu den entsprechenden Charakteristiken der erwähnten Rauschverminderungsschal-. tung- gemäß Fig. 1 ist. Wie insbesondere in Fig. 6 dargestellt, enthält eine decodierende Rauschverminderungsschaltung 20 eine Rauschverminderungsschaltung 10, die in dem Gegenkopplungsweg eines Operationsverstärkers 23 angeschlossen ist. Auf diese Weise besitzt der Operationsverstärker 23 einen nichtinvertie-ν renden Eingang, der mit einem Einangsanschluß 21 zum Empfang eines wiedergegebenen codierten Signals verbunden -ist_#und einen invertierenden Eingang, der mit dem Ausgarfi&anschluß 12 der Rauschverminderungsschaltung 10 gekoppelt ist. Der Ausgang des Verstärkers 23 ist mitSinqanqsanschluß 11. der Rauschverminderunqsschaltunq 10 und mit einem Ausaanqsanschluß 22 verbunden. Auf diese Weise ist die Rauschverminderunqsschaltung 10 als Geqenkopplunqsschaltunq vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Verstärkers 23 angeschlossen, wie das erläutert ist, um so pegelgedehnte Informationssignale am Ausgangsanschluß . 22 zu erzeugen. Daher wird ein codiertes Informationssignal von beispielsweise einem Magnetband über den Eingangsanschluß 21 zugeführt, decodiert und dann dem Ausgangsanschluß 22 zugeführt. Die Elemente und Anschlüsse der Rauschverminderungsschaltung 10 zwischen dessen Eingangsanschluß 11 und dessen Ausgangsanschluß 12 sind identisch denjenigen gemäß Fig. 1_r weshalb eine ausführliche Erläuterung entbehrlich-erscheint. Weiter ist zur einfacheren Darstellung der Steuerweg der Rauschverminderungsschaltung 10 in Fig. 6 nicht mehr dargestellt.

Im Betrieb sei die Übertragungsfunktion der Rauschverminderungsschaltung 10, d.h. bei deren Verwendung in der Codierbetriebsart mit H bezeichnet, wobei sie hier als Gegenkopplungsverstärkung für den Verstärker 23 verwendet ist. Wenn der offene Schleifengewinn des Verstärkers 23 durch A-wiedergegeben ist, ergibt sich die Gtesaiptverst^rkuncpder die übertragungsfunktion U der Rausch-

-1 7-verminderungsschaltung 20 gemäß

Dies ist selbstverständlich der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers mit Gegenkopplung. Wenn nun der Verstärkungsfaktor A des Verstärkers 23 sehr hoch ist/ d.h. das Produkt AH ausreichend groß ist, derart, daß gilt- AH J> 1, dann ist der Verstärkungsfaktor oder die Übertragungscharakteristik der Schaltung 20 annähernd gleich 1/H. Daher ist, wenn die Schaltung als Gegenkopplungsschaltung zum Verstärker 23 angeschlossen ist, die Gesamtcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 20 umgekehrt oder komplementär zur Codierer-übertragungsfunktion H. Es zeigt sich daher, daß dann ,wenn die Schaltung 10 mit dem Verstärker 23 in der Decodierbetriebsart verwendet wird, ein pegelgedehntes Signal erzeugt wird, das eine Charakteristik besitzt, die komplementär zur Codierercharakteristik ist.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Rauschverininderungsschaltung 30 gemäß der Erfindung, wobei Elemente 31 bis 38 identisch in Aufbau und Funktion Elementen 11 bis 18 entsprechen, die mit Bezug auf die Rauschverminderungsschaltung 10 gemäß Fig. 1 erläutert worden sind (mit der Ausnahme, daß der Verstärker 33 und der Differenzierer 34 vertauscht angeordnet sind), wehalb eine ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Insbesondere wird ein Eingangsaudiosignal dem addierenden Eingang eines Subtrahierers 37 über einen Eingangsanschluß 31 und ein Hochpaßfilter 39 (HPF) zugeführt. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 37 wird über einen ersten Signalweg aus einem Differenzierer 34 und einem Verstärker 33 veränderbarer Verstärkung dem addierenden Eingang eines Addierers 38 zugeführt. Zusätzlich wird das Eingangssignal am Eingangsanschluß 31 über einen Mitkopplungsweg 36, der identisch dem Mitkopplungsweg 16 gemäß Fig. 1 ist, zugeführt, wobei das Aiüsgangssignal des Mitkopplungsweges 36 einem anderen addierenden Eingang des

Addierers 38 zugeführt wird. Der Ausgang des Addierers 38 wird einem Ausgangsanschluß 32 der Rauschverminderungsschaltung 30 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 vrird einem negativen oder subtrahierenden Eingang des Subtrahierers 37 übereinen Gegenkopplungsweg 35 zuaeführt, der identisch dem Gegenkopplungsweg 15 gemäß Fig. 1· ist.Der Steuerweg für den Verstärker 33 veränderbarer Verstärkung ist in Fig. 7 aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt, jedoch ist ein solcher Steuerweg identisch dem gemäß Fig. 1,der aus dem Hochpaßfilter 19a und der Steuerschaltung 19b besteht.

Das Hochpaßfilter 39 arbeitet mit dem Differenzierer 34 zusammen zum Ändern der Frequenzhervorhebungscharakteristik (emphasis) der Schaltung zum Erhöhen der Neigung der Frequenz-Ansprechcharakteristik, d.h. um eine Hochfrequenz-Anhebungscharakteristik (pre-emphasis) zu erreichen. Dies hat eine erhöhte Trennung der Signale in dem Nieder- und Zwischenfrequenzbereich von Signalen im Hochfrequenzbereich zur Folge, was eine Verringerung der Rauschmodulation bewirkt. Bei der Rauschmodulation werden Rauschkomponenten als Funktion von Eingangssignalpegeländerungen verändert. Wie das durch die Vollinie in Fig. 8A dargestellt ist, besitzt die Frequenz-Ansprechcharakteristik des Hochpaßfilters 39 eine Grenz- oder Übergangsfrequenz f nahe dem Hochfrequenzbereich der Audiosignale und fällt zum Niederfrequenzbereich mit einer Neigung von beispielsweise 6 "dB/Oktave ab.

Fig. 8B zeigt die veränderbare Frequenz-Ansprechcharakteristik für die Schaltung gemäß Fig. 7, die'ähnlich der Charakteristik gemäß Fig. 3 für_ die Schaltung gemäß Fig. List. Wie bei den Kurven gemäß Fig. 3 sind die Kurven in Fig. 8B in Richtung der Frequenzachse verschoben, d.h. in Richtung des Pfeils B,in Übereinstimmung mit Veränderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers 33 veränderbarer Verstärkung. Folglich sind die Frequenz-Ansprechcharakteristiken des Hochpaßfilters 39 gemäß Fig. 8A und der restlichen Schaltung 30 entsprechend den Voll-

linienkurven in Fig. 8B in der Rauschverminderungsschaltung 30 kombiniert, wodurch die Neigung jeder der Vollinienkurven in Fig. 8B erhöht wird, wie das durch die Strichlinienkurven dargestellt ist, die eine Neigung von beispielsweise 12 dB/Oktave besitzen. Es ist weiter festzustellen, daß die sich ergebenden Gesamtkurven gemäß Fig. 8B eine Einsattelung besitzen, die sich aus der erhöhten Phasenverschiebung durch das Hochpaßfilter 39 ergibt. Diese Wirkung kann dadurch beseitigt werden, daß eine zweite Grenz- oder Übergangsfrequenz f für das Hochpaßfilter 39 am niederfrequenten Ende des Audiobereichs erreicht wird, wie das durch die Strichpunktlinie in Fig. 8A dargestellt ist. Unter Verwendung eines Hochpaßfilters 39 mit zwei Übergangsfrequenzen von beispielsweise 1 kHz und 3,16 kHz und bei Einstellen des Ansprechverhaltens des Gegenkopplungsweges 35 auf -9,5 dB und des Ansprechverhaltens des Mitkopplungsweges 36 auf 0 dB wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ergibt sich die Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 30 wie das in Fig. 9 dargestellt ist, wobei der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 33 veränderbarer Verstärkung auf 0, 20, 40 bzw. 80 dB eingestellt ist. Es ergibt sich aus den Kurven gemäß Fig. 9, daß steile Ansprechneigungen erhalten werden, wenn der Verstärkungsfaktor G gleich 40 dB und 20 dB ist, wodurch jegliche ' Rauschmodulation

verringert wird.

Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Rauschverminderungsschaltung 40 gemäß der Erfindung, die als Decodierer verwendet werden kann, wobei Bauelemente 41 bis 45 und 47 bis 49 in Aufbau und Wirkungsweise entsprechenden Bauelementen 31 bis 35 bzw. 37 bis 39 gemäß Fig. 7 identisch sind= Folglich erscheint eine ausführliche Erläuterung entbehrlich. Bei der Rauschverminderungsschaltung 40 ist, statt ein lineares Widerstandselement wie im Mitkopplungsweg 36 der Rauschvermxnderungsschaltung 30 zu verwenden, der Mitkopplungsweg 46, der zwischen dem Eingangsanschluß 41 und dem Addierer angeschlossen ist, durch ein Tiefpaßfilter (LPF) gebildet. Auf

I O vJ / /L

diese Weise hat, wenn der Pegel des Eingangssignals relativ niedrig ist, der Mitkopplungsweg 46 geringe Einwirkung auf ein solches Signal.Das heißt, für derartige niederpegelige Signale ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 43 veränderbarer Ver-Stärkung relativ hoch derart, daß das Signal, das über Sas Tiefpaßfilter 46 mitgekoppelt wird, kleine Einwirkung auf das Signal,^aaem es im Addierer 48 hinzuaddiert wird. Wenn andererseits der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 43 veränderbarer Verstärkung für hochpegelige Signale relativ niedrig ist, führt das Tiefpaßfilter 46 ein hochpegeliges Signal^,dessen niederfrequente Komponenten bezüglich der hochfrequenten Komponenten hervorgehoben sind, dem Addierer 48 zu. Folglich führt der Addierer 48 ein hochfrequenz-abgeschwächtes (ein niederfrequenzhervorgehobenes) Signal dem Ausgangsanschluß 42 zu. Dies bedeutet, daß der Hochfrequenzbereich des der Rauschverminderungsschaltung 40 zugärührten Eingangssignals bezüglich hochpegeliger Eingangssignale weiter komprimiert ist, wie das in Fig. 11 dargestellt ist. Als Beispiel ist das Tiefpaßfilter 46 ein solches mit einer Charakteristik mit zwei Überganqsfrequenzen von beispielsweise 5 kHz im Niederfrequenzbereich und 10 kHz im Hochfrequenzbereich. Wie bei den zuvor erläuterten Schaltungen sind die Kurven gemäß Fig. 11 erzeugt, wenn die Ansprechkurven des Mitkopplungsweges 46 und des Gegenkopplungsweges 45 auf 0 dB bzw. -9,5 dB eingestellt sind. Es ist zu bemerken, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 10 gemäß der Erfindung als Ergebnis der Kompression des Hochfrequenzbereiches für hohe Pegel des Eingangssignals eine Zunahme in dem linearen Betriebsbereioh des Bandes auftritt und eine Verbesserung im maximalen Ausgangspegel (MOL), d.h. vor der Sättigung _/ erhalten werden kann.

Fig. 12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Rauschverminderungsschaltung 50 gemäß der Erfindung, wobei Elemente 51 bis 59 in Aufbau und Wirkungsweise Elementen 31 bis 39 der Rauschverminderungsschaltung 30 gemäß Fig. 7 identisch sind, weshalb eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint. Zusätzlich zu diesen Elementen enthält die Rauschverminderungsschaltung 50

einen weiterenRückkopplungsweg, der parallel zum Gegenkopplungsweg 55 angeschlossen ist und der aus einem Hochpaßfilter 61 (HPF)_/ das mit dem Ausgangssignal vom ersten Signalweg versorgt ist und einer Antibegrenzungs- oder Kernbildungsschaltung 62 gebildet ist, die mit dem Ausgangssignal des Hochpaßfilters 61 versorgt ist und die ihrerseits ein Ausgangssignal einem weiteren subtrahierenden oder negativen Eingang des Subtrahierers 57 zuführt.

Ein Beispiel einer Antibegrenzungsschaltung 62, die für die Schaltung gemäß Fig. 12 verwendet werden kann, ist in Fig. 13 dargestellt. Insbesondere enthält die Antibegrenzungsschaltung 62 gemäß Fig. 13 einen Widerstand 64, der mit dem Ausgangssig nal des Hochpaßfilters 61 über einen Eingangsanschluß 63 verbunden ist,und zwei antiparallel geschaltete Dioden 66 und 77, die in Reihe zwischen dem Widerstand 64 und einem Ausganqsanschluß 65 der Antibegrenzungsschaltung 62 angeschlossen sind. Das Ausgangssignal der Antibegrenzungsschaltung 62 am Ausgangsanschluß 65 wird dem erwähnten negativen Eingang des Subtra- hierers 57 zugeführt.

Bei der Rauschverminderungsschaltung 50 gemäß Fig. 12 wird, wenn der Eingangssignalpegel plötzlich erhöht wird, der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 53 veränderbarer Verstärkung verringert. Da jedoch der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 53 veränderbarer .Verstärkung nicht augenblicklich der Änderung im Pegel des Einganqssignals folat, tritt eine entsprechende Verzögerung im Ansprechverhalten auf, was eine Verzerrung im verarbeiteten Signalverlauf zur Folge hat. Insbesondere wird ein entsprechender Überschwingungsabschnitt des· Signalverlaufes am Ausgang des Verstärkers erzeugt, wodurch eine Sättigung des Bandes verursacht wird. Die Zeit, innerhalb der diese Überschwingung auf dessen Soll-Pegel zurückfällt, wird als Einschwingzeit bezeichnet. Die Antibegrenzungsschaltung 62 bewirkt eine Verhinderung einer solchen nachteiligen Wirkung und wird in Betrieb gehalten, wenn der Pegel des Eingangssignals einen

vorgegebenen Pegel überschreitet zur Kompensation dieses Signals zum Unterdrücken der Überschwingung. Da weiter die erwähnte Sättigung des Magnetbandes höchstwahrscheinlich bei hohen Frequenzen des Eingangssignals auftritt, ist das Hochpaßfilter 61 in dem zweiten Rückkopplungsweg zwischen dem Ausgang des ersten Signalweges und dem Eingang der Antibegrenzungsschaltung 62 vorgesehen.

Andererseits kann anstelle der Antibegrenzungsschaltung 62 eine Begrenzerschaltung 72 am Verbindungspunkt -P in Fig. 12 zwischen dem Ausgangsänschlußpunkt des ersten Signalweges und dem Rückkopplungsweg 55 und dem Addierer 58 vorgesehen sein. Ein Beispiel einer verwendbaren Begrenzerschaltung 72 ist in Fig. 14 dargestellt und enthält ein Hochpaßfilter 78, das mit dem Ausgangssignal des ersten Signalweges über einen Eingangsanschluß 73 versorgt ist. Ein Paar antiparallel geschalteter Dioden 76 und 77 ist paralleüjzwischen dem Ausgang des Hochpaßfilters 78 über einen Widerstand 75 und Masse bzw. Erde angeschlossen. Ein Tiefpaßfilter 79 (LPF) ist ebenfalls zwischen dem Anschlußpunkt der Dioden 76 und 77 mit dem Widerstand 75 und einem Ausgangsanschluß 74 angeschlossen.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführurigsformen möglich.

Patentanwalt

Claims

ANSPRÜCHE

Rauschvenninderungsschaltung,
gekennzeichnet durch

einen ersten Signalweg einschließlich eines Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung zum Verstärken eines zuqeführten Signals mit steuerbarem Verstärkungsfaktor und eines Differenzierers (14) zum Differenzieren mindestens eines Teils des durch den Verstärker (13) veränderbarer Verstärkung tretenden Signals,

eine Steuereinrichtung (19a, 19b) zum Steuern des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung, eine erste Einrichtung (15), die mit dem ersten Si'gnalweq verbunden ist,um eine untere Grenze für die Verstärkung zu erreichen, die auf ein der Schaltung zugeführtes Signal ausgeübt wird, und

eine zweite Einrichtung (16), die mit dem ersten Signalweg verbunden ist, um eine obere Grenze für die Verstärkung zu erreichen, die auf das der Schaltung zugeführte Signal ausgeübt wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Differenzierer( 1 4) mindestens den Teil des durch den Verstärker (13) veränderbai-er Verstärkung tretenden Signals innerhalb eines vorgegebenen Audiobereiches differenziert.
3. Schaltung nach Anspruch Ί,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Signalweg einen Eingang besitzt un* ein Ausgangssignal erzeugt und daß die erste Einrichtung (15) eine

J-I OO /

Gegenkopplungseinrichtung zum Gegenkoppeln des Ausgangssignals : zum Eingang des ersten Signalweges aufweist.
4. Schaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Gegenkopplungseinrichtung ein Widerstandselement enthält.
5. SchalLung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch

einen Subtrahierer (17) zum Subtrahieren des gegengekoppelten Signals von dem der Schaltung zugeführten Signal zum Erzeuqen eines dem ersten Signalweg zugeführten Eingangssignals·
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Signalweg ein Ausgangssignal erzeugt und daß die zweite Einrichtung (16) eine Mitkopplungseinrichtung enthält zum Mitkoppeln in Vorwärtsrichtung des der Schaltung zugeführten Signals zur Kombination mit dem Ausgangssignal des ersten Signalwegs. - '.
7. Schaltung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch

einen Addierer (18) zum Addieren des mitgekoppelten Signals

zum Ausgangssignal· des ersten Signalweges zum Erzeugen eines - Ausgangssignals der Schaltung.
8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mitkopplungseinrichtung (16) ein Widerstandselement enthält. '
9. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mitkopplungseinrichtung (46) ein Tiefpaßfilter enthält.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch

ein Hochpaßfilter (39), das mit dem ersten Signalweg verbunden ist zum Hervorheben der hochfrequenten Komponenten eines durch den ersten Signalweg tretenden Signals.
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch

eine Antibegrenzungseinrichtung (62), die parallel zur ersten Einrichtung (55) angeschlossen ist zum Kompensieren des der Schaltung zugführten Signals,wenn der Pegel dieses Signals plötzlich erhöht wird.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

gekennzeichnet durch einen Verstärker (23) mit einem invertierenden Eingang und einem Ausgang, wobei der erste Signalweg, die erste Einrichtung (15), die zweite Einrichtung (16) und die Steuereinrichtung einen ersten Codierer (10) bilden, der als Gegenkopplungsschaltung mit dem Verstärker (23) zwisehen dessen invertierendem Eingang und dessen Ausgang angeschlossen ist, wobei die Rauschverminderungsschaltung (20) in einer Decodierbetriebsart arbeitet.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß der Verstärker (13) veränderbarer Verstärkung und der bifferenzierer (14) reihengeschaltet sind und daß die Steuereinrichtung (19a, 19b) einen Pegeldetektor zum Steuern des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (13) veränderbarer Ver-Stärkung abhängig vom Pegel eines Signals von dem ersten Signalweg enthält.
14. Schaltung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Verstärker veränderbarer Verstärkung einen spannungsgesteuerten Verstärker (13) enthält und daß der Pegeldetektor

eine VerstärkungsSteuerspannung abhängig vom Spannungspegel eines Signals von einem ersten Signalweg erzeugt und diese Verstärkungssteuerspannung dem spannungsgesteuerten Verstärker (13) zum Steuern dessen Verstärkungsfaktor zuführt. ■
15. Schaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung weiter eine Gewichtunjgaeinrichtung aufweist, um ein gewichtetes Signal von dem ersten Signalweg abzuleiten und daß der Pegeldetektor die Verstärkungssteuerspannung abhängig vom gewichteten Signal erzeugt.
16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Pegeldetektor erreicht, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung für zunehmende Pegel des Signals von dem ersten Signalweg abnimmt und für abnehmende Pegel des Signals von dem ersten Signalweg zunimmt.