DE3135725A1

DE3135725A1 - Rauschverminderungsschaltung

Info

Publication number: DE3135725A1
Application number: DE19813135725
Authority: DE
Inventors: Kenzo Akagiri; Masayuki Yokohama Kanagawa Katakura; Motomi Tokio 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: US4441084A; AU7492881A; GB2083988A; JPS5752239A; NL8104171A; FR2490038A1; GB2083988B; AU545802B2; FR2490038B1; CA1161561A

Description

RAUSCHVERMINDERUNGSSCHALTUNG

Die Erfindung betrifft allgemein eine Informationssignalauf-

zeichnungs- und -wiedergabevorrichtung und insbesondere eine ^!

Rauschverminderungsschaltung zum Vermindern bzw. Unterdrücken ,

von Rauschen, das allgemein ein wiedergegebenes Informations- ί signal in einer Informationssignalaufzeichnungs- und wiedergabevorrichtung begleitet.

' Kompandor-Rauschverminderungsschaltungen zum Vermindern von Rauschen und Verzerrung, die ein wiedergegebenes Informationssignal ! 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 Hoch- { frequenzbereich mittels Pegelkompression und einer komplementä- }

ren Pegelexpansion der Hochfrequenzkomponenten in dem zugeführ- j

ten Eingangssignal erhöhen, angegeben in der US-PS 3 631 365 j

(Dolby) und der US-PS 3 911 371 (Nakamura et al.). j

Allgemein verwenden diese Rauschverminderungsschaltungen eine ;

variable oder veränderbare Filterschaltung, die ein veränderba- . | res Widerstandselement enthält, das beispielsweise durch einen
FET oder einen bipolaren Flächentransistor gebildet sein kann,-

um die erwähnte Kompression und Expansion bzw;· Dehnung zu er- ·

reichen. Die Verwendung einer veränderbaren Filterschaltung hat ί

jedoch Einschränkungen bei dem Aufbau der Rauschverminderungsschaltung zur Folge. Beispielsweise wird es wegen der diskreten ;

Bauelemente, die bei den diskreten Transistoren verwendet sind, j

schwierig, wenn nicht unmöglich, derartige veränderbare Filter- _;

Schaltungen als integrierte Schaltungen auszubilden. Weiter be- ■

sitzen die erwähnten Transistoren, die in den veränderbaren '■ Filterschaltungen verwendet sind, eine Temperaturabhängigkeit,

ό I J D / Z O

die in vielen Fällen schwierig zu steuern ist und die jedoch eine Gleichstromverschiebung aufgrund beispielsweise des sich ergebenden ändernden Widerstandswertes des Transistors mit der Temperatur verursacht. Dies kann Änderungen oder Schwankungen in der Frequenzcharakteristik zur Folge 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 dynamischer Bereich lediglich, um etwa 10 bis 20 dB erhöht werden kann.

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

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

Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält eine Rauschverminderungsschaltung einen ersten Signälweg einschließlich eines Verstärkers veränderbarer Verstärkung zum Verstärken eines zugeführten Signals mit steuerbarem Verstärkungsfaktor und eines Integrators zum Integrieren mindestens 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 Schältung zugeführte Signal !erreicht ist, und eine zweite Einrichtung, die mit dem ersten Signalweg verbunden ist zum Vorsehen einer oberen Grenze für den Verstärkungsfaktor, der für das der Schaltung zugeführte Signal erreicht ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das dem ersten Signalweg zugeführte Signal auch der ersten Einrichtung zugeführt, die durch einen Widerstands-Mitkopplungsweg gebildet ist_/und wird das Ausgancrsaiqnal „des Mitkopplungsweges mit dem Ausgangssignal des ersten Signalweges kombiniert zum Erzeugen des Ausgangssignals der Rauschverminderungsschaltung. Die zweite Einrichtung enthält einen Widerstands-Rückkopplungsweg, der mit dem Ausgangssignal von der Rauschverminderungsschaltung versorgt isL und der dieses Signal zum Einaang des ersten Signalweges rückkoppelt bzw. gegenkoppelt.

Die Erfindung gibt also eine Rauschverminderungsschaltung an, die sehr leicht mit anderen Typen von Rauschverminderungsschaltungen austauschbar ist. Weiter wird eine Rauschverminderungsschaltung angegeben, die einen spannungsgesteuerten Verstärker verwendet, der hochgenaue und steuerbare Charakteristiken besitzt. Weiter gibt die Erfindung eine Rauschverminderungsschaltung an, die Schwankungen in ihrer Frequenzcharakteristik verringert und die jede GleichstromverSchiebung gegenüber herkömm- ^!

liehen Rauschverminderungsschaltungen verringert, wodurch der ; dynamische Bereich der Schaltung sehr stark vergrößerbar ist. - :

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 Rauschverminderungsschaltung gemäß einem grundsätzlichen Ausführungsbeicpiel der Er- ;

findung, ,

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der '

Frequenz-Ansprechcharakterxstik der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der veränderbaren Fre- ] quenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung

gemäß Fig. 1, ^;

O I OO / ZO

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

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Rauschverminderungsschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 6 eine graphische .Darstellung zur Erläuterung der Frequenz-Ansprechcharakteristik der Raaschverminderungsschaltung gemäß Fig. 5 für verschiedene Verstärkungsfaktoren des verwendeten spannungsgesteuerten Verstärkers,

Fig. 7 ein-Blockschaltbild einer Rauschverminderungsschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 8A eine graphische Darstellung der Frequenz-Ansprechcharakteristik des Tiefpaßfilters der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 7,

Fig. 8B eine graphische Darstellung der veränderbaren Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 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 25. für verschiedene Verstärkungsfaktoren des darin verwendeten spannungsgesteuerten Verstärkers,

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

Fig. 13 ein Schaltbild einer Antibegrenzungsschaltung, die bei der Rauschverminderungsschaltung gemSß Fig. 12 verwendbar ist.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Rauschverminderungsschaltung gemäß einem grundsätzlichen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die als Decodierer an der Ausgangsseite einer Audiosignal-Aufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung zum Durchführen eines

— Q —

Pegeldehnungsbetriebes verwendet werden kann. Wie dargestellt, wird ein wiedergegebenes codiertes Signal wie ein Audiosignal von einem Bandgerät über einen Eingangsanschluß 11 einem addierenden oder positiven Eingang eines Subtrahierers 18 zugeführt. Das Ausgangssignal vom Subtrahierer 18 wird einem ersten Signal-p, weg aus einer Reihenschaltung aus einem Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung und einem Integrator 14 zugeführt. Der Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung kann ein spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) sein, der das Ausgangssignal des Subtrahierers 18 mit veränderbarem Verstärkungsfaktor verstärkt. Insbesondere steht der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 13 in direkter Beziehung zu dem Signalpegel des zugeführten Audioeingangssignals derart, daß dessen Verstärkungsfaktor relativ hoch ist, wenn der Eingangspegel relativ hoch ist. und umgekehrt dessen Verstärkungsfaktor.relativ niedrig ist, wenn der Eingangspegel relativ niedrig ist. Dies wird durch einen Steuerweg erreicht, der aus einem Hochpaßfilter 19a (KPF)und einer Steuerschaltung 19b besteht, wobei letztere eine Steuerspannung dem spannungsgesteuerten Verstärker 13 zur Steuerung dessen Verstärkungsfaktors zuführt.

Das Hochpaßfilter 19a arbeitet als Gewichtungsschaltung zum Gewichten des zugeführten Signals abhängig von dessen Frequenz, und die Steuerschaltung 19b kann durch einen Pegeldetektor gebildet sein, der den Pegel des Signals vom Hochpaßfilter 19a erfaßt und glättet, um eine Steuerspannung zujerhalten, die einem Steueranschluß des spannungsgesteurten Verstärkers 13 zugeführt wird. Auf diese Weise steuert die Steuerschaltung 19b den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 13 so, daß dessen Verstärkungsfaktor für hochpegelige Eingangssignale erhöht und für niederpegelige Signale verringert wird. Der Integrator 14 integriert mindestens den Teil des Ausgangssignals vom Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung, der innerhalb des Audiofrequenzbandes ist. Das Ausgangssignal des Integrators 14 wird dann einem addierenden Eingang eines Addierers 17 zugeführt.

Ein zweiter Signalweg oder Mitkopplungsweg 15 mit flacher Frequenzcharakteristik, d.h. eine, die frequenzunabhängig ist, ist

ο ι ο υ /

parallel zu dem ersten Signalweg geschaltet, der durch den Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung und den Integrator 14 gebildet ist, über den Addierer 17. Der Mitkopplungsweg 15 erreicht im wesentlichen keine Verstärkungssteuerung und kann lediglich durch einen Widerstand gebildet sein. Insbesondere ist auch der Mitkopplungsweg 15 mit dem Ausgangssignal vom Subtrahierer 18 versorgt und führt seinerseits ein Ausgangssignal einem zweiten addierenden oder positiven Eingang des Addierers 17 zu. Wie das weiter unten näher erläutert werden wird,' arbeitet der Mitkopplungsweg 15 zum Erzeugen oder Bestimmen einer unteren Grenze für den Betrag der Verstärkung., der auf das Aüdiosignal ausgeübt wird, das durch die Rauschverminderungsschaltung hindurchtritt und zwar für dessen hohe Frequenzen. Der Addierer 17 erzeugt das Ausgangssignal der Rauschverminderungsschaltung 10 an einem Ausgangsanschluß 12.

Weiter ist ein dritter Signalweg oder Gegenkopplungsweg 16 mit einer im wesentlichen flachen Frequenzcharakteristik parallel zum ersten Signalweg über den Subtrahierer 18 angeschlossen.

Das heißt, der Gegehkopplungsweg 16 erreicht im wesentlichen keine Verstärkungssteuerung des zugeführten Signals und kann beispielsweise durch lediglich einen Widerstand gebildet sein. Der Rückkopplungs- oder Gegenkopplungsweg 16 ist mit dem decodierten Ausgangssignal vom Addierer 17 versorgt und führt ein Ausgangssignal dem subtrahierenden oder negativen Eingang des Subtrahierers 18 zu, in dem es von dem Eingangssignal vom Eingangsanschluß 11 subtrahiert wird. Wie das weiter unten näher erläutert werden wird, arbeitet der Gegenkopplungsweg 16 zum Erzeugen oder Bestimmen einer oberen· Grenze für den Betrag der Verstärkung, die auf das Aüdiosignal ausgeübt wird, das durch die Rauschverminderungsschaltung hindurchtritt, und zwar für dessen niedere Frequenzen. Das sich ergebende durch den Subtrahierer 18 erzeugte Signal wird dann dem Eingang des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung zugeführt.

Bei der Rauschverminderungsschaltung 1^ergeben sich mit dem Pegel χ des dem Eingangsanschluß 11 zugeführten Signals^dem Pegel y des vom Ausgangsanschluß 12 abgegebenen Signals, dem Pegel ζ des Ausgangssignals vom Subtrahierer 18, dem Verstärkungsfaktor q, des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung, der übertragungsfunktion 1/sT des Integrators 14, mit s = jfiJ und T = ein vorgegebener konstanter Wert, der Übertragungsfunktion F_T des Mitkopplungswe-

Ij

ges 15 und der Übertragungsfunktion F„ des Gegenkopplungsweges 16 die folgenden Gleichungen, die die Beziehungen zwischen erstem, zweitem und drittem Signalweg definieren:.

7 = x - P v 12)

Die Gleichungen'1) und (2) können zur Bildung einer Gleichung für den Pegel y des Ausgangssignals abhängig vom Pegel χ des Eingangssignals kombiniert werden gemäß:

H 1 + sT . ' HL . ± .

ρ G

Eine graphische Darstellung der Gleichung (3) ist in Fig. 2 wiedergegeben. Wie dort dargestellt, besitzt die sich ergebende Kurve zwei Umschalt- oder Übergangsfrequenzen f., und f₂ entsprechend der oberen und der unteren Grenze der Verstärkung, die auf das von der Rauschverminderungsschaltung 10 hindurchtretende Signal ausgeübt wird, wobei die Übergangsfrequenzen wie folgt ausgedrückt werden können:

f₁ = 1/(23TT₁) . ...

f₂ = 1/(2J-T₂) ·- ■ (5), und

mit Zeitkonstanten T₁ und T-, die wie folgt wiedergegeben werden können:

O I O ü /i

^T1	= τ ·	1 -	^hFH^FL	1
^Τ2	= T .		^FH	* G
^PL	1 ' G

-12-

Wenn die Gleichungen (4) bis (7) in die Gleichung (3) eingesetzt werden, ergibt sich die untere Grenze fur die Rauschverminderungsschaltung 10 erreichte Verstärkung zu F /(I + P P ) und ergibt sich die obere Grenze der Verstärkung zu 1/Fjt· ™ie in Fig. 2 dargestellt, ist die obere Grenze der Verstärkung auf 0 dB eingestellt, was lediglich zur Darstellung dient und für Frequenzen an oder unter der unteren Übergangsfrequenz f- auftritt. In ähnlicher Weise ist die Untergrenze der Verstärkung gemäß Fig. 2 auf -10 dB zur lediglich Darstellung eingestellt und tritt für Frequenzen an oder über der anderen Übergangsfrequenz f- auf. Weiter ist die Neigung der Kurve zwischen den Übergangsfrequenzen f₁ und fj durch die Charakteristik des Integrators 14 bestimmt.

Es zeigt sich, daß die Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 10 sich mit Änderungen der Verstärkung des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung in der Weise ändert, wie das durch die Kurvetn Fig. 3 wiedergegeben ist. Insbesondere besitzt der Integrator 14 eine geradlinige Charakteristik mit fester Ansprechneigung, beispielsweise 6 dB/Oktave (dB/Oct)_/ in der die Ansprechkurve oder das Ausgangssignal mit zunehmender Frequenz des zugeführten Signals abnimmt. Die geradlinige Kurve des Integrators 14 wird in der Richtung des Pfeils A in Fig. 3 verschoben bei Änderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers veränderbarer Verstärkung derart, daß eine veränderbare Integriercharakteristik erzeugt wird, die durch Strichlinienkurven. D.., D2, D₃ und D, wiedergegeben ist. Insbesondere werden die Strichlinien-Integrierkurven gemäß Fig. 3 in der Richtung von der Kurve D^ zur Kurve D^ verschoben, wenn der.Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung verringert wird. Jeddch bleiben die untere und die obere Grenze R . und R der

Ansprechkurve, d.h. die untere und die obere Grenze des durch
die Rauschverminderungsschaltung 10 erreichten Verstärkungsfaktors, die durch den Mitkopplungsweg 15 und der Gegenkopplungsweg
16 jeweils bestimmt sind, konstant während der erwähnten Ver-Schiebung der Kurven D₁ bis D.. Dies bedeutet, daß die Gesamt-Frequenz-Ansprechkurve C der Rauschverminderungsschaltung 10
zwischen den Übergangsfrequenzen f.. und f₂ in Richtung des Pfeils

B wie in Fig. 3 verschoben wird, wie das durch Vollinienkurven ■,

C. bis CY entsprechend den Integrierkurven D₁ bis D- jeweils dar- j

gestellt ist. Es ergibt sich aus den Gleichungen (4) bis (7), ;

daß das Verhältnis'f^/f₂ der Obergangsfrequenzen und damit das j Verhältnis T₂ZT- der entsprechenden Zeitkonstanten konstant ist
unabhängig von Änderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung. Auf diese Weise wird ein

sog. Glei tbandeffekt erzeugt, in dem eine Verschiebung der Kur- !

ve C in Richtung der Frequenzachse erfolgt, d.h. in der Richtung '

des Pfeils B in Fig. 3 abhängig vom Verstärkungsfaktor G des |

Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung, wobei ein konstantes j

Übergangsfrequenzverhältnis F₁/F₂ aufrechterhalten wird. Das 1

heißt, Veränderungen des Verstärkungsfaktors G des Verstärkers ■

13 veränderbarer Verstärkung beeinflussen nicht die obere und I

die untere Grenzen für das Ansprechen R und R . sondern Ie- <

diglich den Ort des Übergangsbandes zwischen den Übergangsfre- ' ]

quenzen f.. und f*,. ^:

■ j

Die Pegeldehnungscharakteristik der Rauschverminderungsschaltung . j

10 ist durch die Kurve in Fig. 4 wiedergegeben. Insbesondere j

sind wie dort dargestellt, der Bezugseingangsnegel und der Aus- ι

gangspegel jeweils auf 0 dB eingestellt, und ist die Pegeldeh- j

nungscharakteristik des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung j

durch die Strichlinie EP wiedergegeben. Mit abnehmendem Pegel i

des Eingangssignals der Rauschverminderungsschaltung 10 wird >

auch der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer .

Verstärkung verringert,bis die untere Grenze R . des Ansprech-Verhaltens als Ergebnis des Mitkopplungswegs 15 erreicht ist, wie
das durch die Strichpunktlinie F /(1+F F) in Fig. 4 dargestellt

G I GO / ί. G

ist. Wenn andererseits der Pegel des Eingängssignals zur Rauschverminderungsschaltung 10 erhöht wird, wird der Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung in gleicher Weise erhöht bis die obere Grenze R als Ergebnis des Mitkopplungsweges 16 erreicht ist, wie das durch die Strichpunktlinie 1/F„ in Fig. 4 dargestellt ist. Auf di-ise Weise wird die Gesamt-Eingangs/Ausgari%-Charakteristik der Rauschverminderungsschaltung 10 erhalten,die durch die Vollinienkurve in Fig. 4 wiedergegeben ist.

Es ergibt sich, daß die Erfindung besondere Vorteile über die erwähnten herkömmlichen jRauschverminderungsschaltungen erreicht. Insbesondere werden Schwankungen in den Frequenzcharakteristiken aufgrund der Verwendung eines veränderbaren Widerstandselementes wie eines FET oder eines bipolaren Flächenelementes wesentlich durch die Erfindung verringert, derart, daß das Ausmaß .irgendeiner GleichstromverSchiebung verringert wird. Weiter werden Leckstromprobleme auftrund solcher FET oder bipolarer Flächentransistoren wesentlich verringert durch die Verwendung eines spannungsgesteuerten Verstärkers gemäß der Erfindung, der eine hochgenaue und steuerbare Charakteristik besitzt sowie einen breiten veränderbaren Verstärkungsbereich.

Es zeigt sich, daß verschiedene Weiterbildungen und andere Ausfuhrungsformen bei den Anschlüssen der einzelnen Elemente der Rauschverminderungsschaltung gemäß Fig. 1 durchgeführt werden können, wobei die erwähnten erwünschten Charakteristiken aufrechterhalten bleiben. Beispielsweise können die Lagen des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkun^aes Integrators 14 in dem ersten Signalweg ausgetauscht werden, d.h. es ist lediglich wesentlich, daß der Integrator 14 das Signal integriert, das durch den Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung tritt.Zusätzlich kann das dem Steuerweg zugefüHrte Signal, der durch das Hochpaßfilter 19a und die Steuerschaltung 19b gebildet ist, von irgendeiner Stelle im 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
Differenz von Eingangs- und Ausgangssignalen zu bzw. vom Verstärker 13 veränderbarer Verstärkung entspricht. Weiter kann erfindungsgemäß, obwohl der Mitkopplungsweg parallel zum ersten Signalweg angeschlossen ist, um einen geringsten Verstärkungsfaktor
zu erreichen bzw. eine Untergrenze der Verstärkung der Schaltung, ; wenn der Pegel des zugeführten Eingahgssignals außerordentlich ,

nied_rig ist, dies andererseits auch dadurch erreicht werden, daß ^: eine Einstellung bezüglich geringster Verstärkung für das Steuersignal von der Steuerschaltung 19b erreicht wird oder daß der I Mitkopplungsweg 15 mit einer Tiefpaßfiltercharakteristik ver- j sehen wird. ;

Obwohl die Rauschverminderungsschaltung 10 als Decodierer zum j

Erreichen einer Pegeldehnung von Informationssignalen, die bei- !

spielsweise auf einem Magnetband aufgezeichnet worden sind, ver- j

wendet wird, kann eine~. solche Schaltung auch als Codierer mit j

Pegelkomprimierung verwendet werden, die komplementär zur ent- ι

sprechenden Charakteristik der erwähnten Rauschverminderungs-

schaltung 10 gemäß Fig. 1 ist. Wie insbesondere in Fig. 5 dar- . j

gestellt, enthält eine codierende Rauschverminderungsschaltung j

20 die Rauschverminderungsschaltung 10, die in dem Gegenkopp- I

lungsweg eines Operationsverstärkers 23 angeschlossen ist. Auf- j

diese Weise besitzt der Operationsverstärker 23 einen nichtin- j

vertierenden Eingang, der mit einem Eingangsanschluß 21 verbu-nr.- . j den ist_/für den Empfang eines aufzuzeichnenden Eingangssignals
und einen invertierenden Eingang, der mit dem Ausgangsanschluß
12 der Rauschverminderungsschaltung 10 gekoppelt - ist. .Der Ausgang

des.Verstärkers 23 ist mit dem Eingangsanschluß 11 der Rauschver- |

minderungsschaltung 10 und einem Ausgangsanschluß 22 verbunden. j

Auf diese Weise ist die Rauschverminderungsschaltung 10 als Ge- :

genkopplungs_schaltung vom Ausgang zum invertierenden Eingang '

des Verstärkers 23 wie erläutert angeschlossen, um so pegelkom- :

primierte Informationssignale am Ausgangsanschluß 22 zu erzeugen. j

Auf diese Weise wird ein Eingangsinformationssignal von beispiels- ;

J \J

weise einem Mikrofon oder einem Empfänger über einen Eingangsanschluß 21 zugeführt und codiert und dann dem Ausgangsanschluß 22 zur Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium mittels eines Aufzeichnungswandlers wie einem magnetischen Aufzeichnungskopf zugeführt. Die Elemente und Verbindungen der Rauscherminderungsschaltung 10 zwischen dem Eingangsanschluß 11 und dem Ausgangsanschluß 12 sind idenLisch zu denen gemäß Fig. 1, weshalb eine weitergehende ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Weiter ist aus Vereinfachungsgründen der Steuerweg der Rauschverminderungsschaltung 10 in Fig. 5 nicht mehr dargestellt.

Im Betrieb sei die Übertragungsfunktion der R_auschverminderungsschaltung 10, d.h. bei deren Verwendung in der Decodierbetriebsar^H bezeichnet, wobei sie für die Gegenkopplungsver-Stärkung des Verstärkers 23 verwendet wird» Wenn die offene Schleifenverstärkung des Verstärkers 23 mit A wiedergegeben ist, ergibt sich die Gesamtverstärkung oder die Übertragungsfunktion U der Rauschvermxnderungsschaltung 20 zu:

^Ü=TTÄH '.. (8)..

Dies ist selbstverständlich die Verstärkung eines Verstärkers mit Gegenkopplung. Wenn nun die Verstärkung bzw. der Verstärkungsfaktor A des Verstärkers 23 sehr hoch ist, d.h. das Produkt AH ausreichend groß ist_/derart, daß"AH ^I₇ ist die Verstärkung bzw. die Übertragungscharakteristik der Schaltung 20 annähernd gleich 1/H. Daher ist, wenn die Schaltung 10 als Gegenkopplungsschaltung zum Verstärker 23 angeschlossen ist, die Gesamtcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 20 entgegengesetzt oder komple- ' mentär zur Docodierer-Übertragungscharakteristik H. Es zeigt sich daher, daß dann, wenn die Schaltung 10 mit dem Verstärker 23 in dessen Codierbetriebsart verwendet wird, ein pegelkomprimiertes Signal mit einer Charakteristik zur Aufzeichnung auf dasrAufzeichnungsmedium erzeugt wird, die komplementär zur Decodicrercharakteristik ist.

Fig. 6 zeigt die Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 20. Insbesondere werden die Ansprechkurven oder Antwortkurven gemäß Fig. 6 mit zwoi Eingangssignalen erhalten, d.h. mit einem ersten Bezugssignal mit Soll-Verstärkung und einer Frequenz von beispielsweise 400 Hz zum Einstellen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 13 veränderbarer Verstärkung und einem zweiten Wobbeisignal· , das diesem überlagert ist, dessen Frequenz im Bereich gemäß Fig. 6 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 Ansprech- oder Übertragungsfunktionen des Mitkopplungswegs 15 und des Gegenkopplungswegs 16 auf -9,5 dB bzw. OdB eingestellt. Es zeigt sich, daß die durch die Rauschverminderungsschaltung 20 gemäß Fig. 5 erzeugten und in Fig. 6 dargestellten Kurven den erwähnten Gleitbandeffekt besitzen und daher die gleichen Vorteile wie beim vorerwähntenDecodierer gemäß Fig.1 vorliegen.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel de.r Rauschverminderungsschaltung 30 gemäß der Erfindung, wobei die Elemente 31 bis 38 identisch in Aufbau und Funktion den Elementen 11 bis 18 jeweils entsprechen, die mit Bezug auf die Rauschverminderungsschaltung 10 in Fig. 1 erläutert worden sind, weshalb eine neuerliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Insbesondere wird ein wiedergegebenes Audiosignal dem Addiereingang eines Subtrahierers 38 über einen Eingangsanschluß 31 zugeführt. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 38 wird über einen ersten Signalweg aus einem Verstärker 33 veränderbarer Verstärkung und einem Integrator 34 einem addierenden Eingang eines Addierers 37 zugeführt.

Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Subtrahierers 38 über einen Mitkopplungsweg 35, der identisch dem Mitkopplungsweg 50 gemäß Fig. 1 ist, geführt, wobei das Ausgangssignal des Mitkopplungsweg 35 dem anderen Eingang des Addierers 37 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Addierers 37 wird einem Ausgangsanschluß 32 der Rauschverminderungsschaltung 30 über ein Tiefpaßfilter 39 (LPF) zugeführt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 39 wird

einem negativen oder subtrahierenden Eingang des Subtrahierers 38 über einen Gegenkopplungsweg 36 zugeführt, der identis"ch dem Gegenkopplungsweg 16 gemäß Fig. 1 ist. Der Steuerweg für den Verstärker 33 veränderbarer Verstärkung ist hier nicht dargestellt, jedoch ergibt sich, daß er identisch dem gemäß Fig. 1 ist, der aus dem Hochpa.ßfilter 19a und der Steuerschaltung 19b gebildet ist.

Das Tiefpaßfilter 39 arbeitet mit dem integrator 34 zusammen, um die Frequenzhervorhebungscharakteristik (emphasis).der Schaltung zu ändern, um die Neigung deren Frequenz-Ansprechcharaicteri.stik zu erhöhen, d.h. um eine Hochfrequenz-Abschwächungscharakteristik bzw. Niederfrequenz-Hervorhebungscharakteristik 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. Durch die Rauschmodulation werden Rauschkomponenten als Funktion von EingangssignalpegelSchwankungen verändert. Wie das durch die Vollinie in Fig. 8A dargestellt ist, besitzt die Frequenz-An-Sprechcharakteristik des Tiefpaßfilters 39 eine Grenz- oder

Übergangsfrequenz f im Hochfrequenzbereich der Audiosignale und steigt zum Niederfrequenzbereich mit einer Neigung von beispielsweise 6 dB/Oktave an.

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. 1 ist. Wie bei den Kurven gemäß Fig. 3 sind die Kurven in Fig. 8B in Richtung der Frequenzachse verschoben, d.h. in der Richtung des Pfeils B, abhängig von Änderungen im Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 33 veränderbarer Verstärkung. Weiter sind die'Frequenz-Ansprechcharakteristiken des Tiefpaßfilters 39 gemäß Fig. 8A und der übrigen Schaltung 30, die durch die Vollinienkurven in Fig. 8B wiedergegeben sind, in der Rauschverminderungsschaltung 30 miteinander kombiniert, wodurch die Neigung jeder der' Vollinienkurven in Fig. 8B erhöht wird, wie das durch die Strichlinien-

kurven dargestellt ist, derart, daß eine Neigung von beispielsweise 12 dB/Oktave erreicht wird. Es ist zu erwähnen, daß die sich ergebenden Kurven gemäß Fig» 8B einen Durchhang (dip) bzw. eine Einsattelung besitzen, die sich aus der erhöhten Phasenver-Schiebung durch das Tiefpaßfilter 39 ergibt. Diese Wirkung kann dadurch beseitigt werden, daß eine zweite Grenz- oder Übergangsfrequenz £' für das Tiefpaßfilter 39 am Niederfrequenzende des Audiobereichs erreicht wird, wie das durch die Strichpunktlinie in Fig. 8A wiedergegeben ist. Durch Verwenden eines Tiefpaßfilters

1.0 39 mit zwei Übergangsfrequenzen von beispielsweise 1 kHz und 3,16 kHz und einer Einstellung.des Ansprechverhaltens des Gegenkopplungsweges 36 auf 0 dB und einer Einstellung des Ansprechverhaltens des Mitkopplungsweges 35 auf -9,5 dB, wie bei der Schaltung gemäß Fig. 5, ergibt sich die Frequenz-Ansprechcharakteristik der Rauschverminderungsschaltung 30 so, wie das in Fig. 9 dargestellt ist, wenn 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 oder Steilheiten erreicht werden, wenn der Verstärkungsfaktor G -40 dB und -20 dB ist, um so irgendeine Rauschmodulation zu verringern.

Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsb.eispiel der Rauschverminderungsschaltung 40 gemäß der Erfindung, die als Decodierer verwendet werden kann, wobei Elemente 41 bis 45 und 47 bis 49 in Aufbau und Wirkung entsprechenden Elementen 31 bis 35 bzw. 37 bis 39 in der Schaltung gemäß Fig. 7 gleich sind, weshalb eine neuerliche ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Bei der Rauschverminderungsschaltung 40 ist, statt ein lineares Widerstandselement zu verwenden, wie dasjenige, das im Gegenkopplungsweg 36 der Rauschverminderungsschaltung 30 verwendet ist, der Gegenkopplungsweg 46_/ der zwischen dem Ausgang des Tiefpaßfilters 49 und dem negativen oder invertierenden Eingang des Subtrahierers 48 angeschlossen ist, durch ein Tiefpaßfilter (LPF) gebildet. Auf diese Weise wird eine Hochpaßfiltercharakteristik für hochpegelige Signale erreicht, die der Rauschverminderungs-

ό I

schaltung 40 zugeführt werden. Insbesondere dann, wenn der Pegel des Eingangssignals relativ niedrig ist, besitzt der Gegenkopplungsweg 46 geringe Einwirkung auf ein solches Signals. Das heißt, für solche niederpegelige Signale ist der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4 3 veränderbarer Verstärkung ebenfalls relativ niedrig, so daß das Signal, das durch da·=; Tiefpaßfilter 46 gegengekoppelt wird, geringe Einwirkung auf das Eingangssignal besitzt, von dem es im Subtrahierer 48 subtrahiert wird. Wenn andererseits der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 43 veränderbarer Verstärkung für hochpeqeliqe Signale relativ hoch ist, führt das Tiefpaßfilter 46 ein hochpegeliges Signal, dessen Niederfrequenzkomponenten bezüglich der Hochfrequenzkornponenten hervorgehoben sind, dem Subtrahierer 48 zu. Folglich führt der Subtrahierer 48 ein Hochfrequenz—hervorgehobenes Signal zum Verstärker 43 veränderbarer Verstärkung. Dies bedeutet, daß der Hochfrequenzbereich des Eingangssignals, das der Rauschverminderungsschaltung 40 zugeführt wird, weiter gedehnt wird für hochpegelige Eingangssignale, wie in Fig. 11 dargestellt. Als Beispiel ist das Tiefpaßfilter 46 ein solches,das zwei Übergangsfrequenzen besitzt von beispielsweise 5 kHz im Niederfrequenzbereich und 10 kHz im Hochfrequenzbereich.. Wie bei den bereits erläuterten Schaltungen werden die Kurven gemäß Fig. 11 erzeugt, wenn die Ansprechcharakteristiken des Mitkopplungsweges 45 und des Gegenkopplungsweges 46 auf -9,5 dB bzw. 0 dB eingestellt sind.

Es ergibt sich nun, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 10 gemäß der Erfindung als Ergebnis der Dehnung des Hochfrequenzbereiches für hohe Pegel des Eingangssignals eine Zunahme in dem linearen Arbeitsbereich des Bandes und eine Verbesserung des maximalen Ausgangspegels (MOL), d.h. vor Sättigung, der erreichbar ist, im Ergebnis auftreten.

Fig. 12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Rauschverminderungsschaltung 15 gemäß der Erfindung, wobei die Elemente 51 bis 59 in Aufbau und Funktion den Elementen 31 mit 39 der Räuschverminderungsschaltung 30 gemäß Fig. 7 identisch sind, weshalb eine ausführliche Erläuterung entbehrlich erscheint. Zusätzlich

zu diesen Elementen enthält die Rauschverminderungsschaltung 50 einen weiteren Mitkopplungsweg parallel zum Mitkopplungsweg 5 5, der aus einem Hochpaßfilter 61 (HPF), das mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers 58 versorgt ist₇und einer Antibegrenzungs- oder Kernbildungsschaltung 42 besteht, die mit dem Ausgangssignal des Hochpaßfilters 61 versorgt ist und die ihrerseits ein Ausgangssignal einem weiteren addierenden oder positiven Eingang des Addierers 47 zuführt. Zusätzlich enthält die Rauschverminderungsschaltung 50 einen Steuerweg aus einem Hochpaßfilter 69a, das mit dem Ausgangssignal des Hochpaßfilters 61 versorgt istjUnd einer Steuerschaltung 69b, die mit dem Aüsgangssignal vom Hochpaßfilter 69a versorgt ist und die ihrerseits eine Steuerspannung dem Verstärker 53 veränderbarer Verstärkung zuführt, der wie bereits ausgeführt, durch einen spannungsgesteuerten Verstärker gebildet ist. Es zeigt sich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Gewichtungsbetrieb auf den beiden Hochpaßfiltern 61 und 69a beruht.

Ein Beispiel einer Antibegrenzungsschaltung 62, die für die Schaltung gemäß Fig.12 verwendbar ist, ist in Fig. 13 dargestellt.

Insbesondere enthält die Antibegrenzungsschaltuug 62 gemäß Fig. 13 einen Widerstand 64, der mit dem Ausgangssignal des Hochpaßfilters 61 über einen Eingangsanschluß 63 versorgt ist, und zwei antiparallel geschaltete Dioden 66 und 67, die in Reihe zwischen dem Widerstand 64 und einem Ausgangsanschluß 65 der ' Antibegrenzungsschaltung 62 angeschlossen sind. Das Ausgangssig-. nal der Antibegrenzungsschaltung 62 am Ausgansanschluß 65 wird dem erwähnten addierenden Eingang des Addierers 57 zugeführt.

Bei der Rauschverminderungsschaltung 50 gemäß Fig. 12 wird, wenn der Eingangssignalpegel plötzlich erhöht wird, der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 53 veränderbarer Ve?stärkungpbenfalls erhöht. Da jedoch der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 53 veränderbarer Verstärkung nicht augenblicklich der Pegeländerung des Eingangssignals folgt, gibt es folglich eine Verzögerung im Ansprechen, was eine Verzerrung des verarbeiteten Signalverlaufes zur Folge hat. Wenn beispielsweise die Rauschverminderungs-

schaltung 50 in dem Gegenkopplungs kreis eines Verstärkers verwendet wird, um einen Codierbetrieb zu erreichen, wird, wenn der Eingangssignalpegel plötzlich erhöht wird, ein entsprechender überschwingungsabschnxtt des Signalverlaufs am Ausgang des Verstärkers erzeugt, was eine Sättigung des Bandes zur Folge hat. Die Zeit, innerhalb der diese Überschwingung auf den Soll-Pegel zurückfällt, wird als Einschwingzeit bezeichnet. Die Antibegrenzungsschaltung 62 bewirkt daher eine Verhinderung einer solchen nachteiligen Wirkung und wird in Betrieb gehalten, wenn der Pegel des Eingangssignals einen vorgegebenen Pegel überschreitet, um ein derartiges Signal zu kompensieren. Da die erwähnte Sättigung des Magnetbandes sehr wahrscheinlich auch bei hohen Frequenzen des Eingangssignals auftritt, ist das Hochpaßfilter 61 in dem zweiten Mitkopplungsweg zwischen dem Ausgang des Subtrahierers 58 und dem Einganq der Antibeqxenzunqsschaltunq 62 vorgesehen.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführunqsformen möglich.

Patentanwalt

Claims

ANSPRÜCHE

f 1 .J Rauschverminderungsschaltung, .

einen ersten Signalweg einschließlich eines Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung zum Verstärken eines zugeführten Signals mit steuerbarem Verstärkungsfaktor und eines Integrators (14) zum Integrieren 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 Signalweq 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 Integrator (14) mindestens den Teil des durch den Verstärker (13) veränderbarer Verstärkung tretenden Signals innerhalb eines vorgegebenen Audiobereiches integriert«
3, Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Signalweg ein Ausgangssignal abhängig von einem zugeführten Eingangssignal erzeugt und daß die erste

Einrichtung (15) eine Mitkopplungseinrichtung aufweist, um das Eingangssignal in Vorwärtsrichtung mitzukoppeln zur Kombination mit dem Ausgangssignal zum Bilden eines Additionssignals.
5
4. Schaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mitkopplungseinrichtung ein Widerstandselement enthält.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch

einen Addierer (17) zum Kombinieren des Eingangssignals, das durch die Mitkopplungseinrichtung mitgekoppelt worden ist, und des Ausgangssignals von dem ersten Signalweg zur Bildung des Additionssignals.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Einrichtung (16) eine Gegenkopplungseinrichtung zum Gegenkoppeln (in Rückwärtsrichtung) des Additionssignals zum Eingang der Schaltung aufweist.
7. Schaltung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch

einen Subtrahierer (18) zum Subtrahieren des mitgekoppelten Signals von dem der Schaltung zugeführten Signal zum Erzeugen des dem ersten Signalweg zugeführten Eingangssignals.
8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Geqenkopplunqseinrichtunq ein .Widerstandselement enthält.
9. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß dieGegenkopplungseinrichtung ein Tiefpaßfilter (46) enthält.
10. Schaltung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch

ein Tiefpaßfilter (39) zur Zufuhr eines Ausganqssignals zur Gegenkopplungseinrchtung abhängig von dem Additionssignal. 5
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

gekennzeichnet durch ^;

eine Antibegrenzungseinrichtung, die parallel zu dem ersten Signalweg angeschlossen ist zur Kompensation des der Schal- i

tung zugeführten Signals, wenn der Pegel des Signals plötz- _; lieh angehoben wird. ' j

i •
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, \

gekennzeichnet durch ·

einen Verstärker (23) mit einem invertierenden Einqang und einem Ausaana. wobei der erste Signalweg, die erste Einrich- j tung (15), die zweite Einrichtung (16) und die Steuereinrich^ ■ '*; tung einen ersten Decodierer (10) bilden, der als Gegenkopplungskreis für den Verstärker (23) zwischen dessen invertierendem Eingang und dessen Ausgang angeschlossen ist, wobei die Rauschverminderungsschaltung in einer Codierbetriebsart arbeitet.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß der Verstärker (13) veränderbarer Verstärkung und der Integrator (14) reihengeschaltet sind und daß die Steuereinrichtung einen Pegeldetektor zum Steuern des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung abhängig vom Pegel eines Signals von dem ersten Signalweg enthält.

ί j dadurch gekennzeichnet, \ ^r·
14. Schaltung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker veränderbarer Verstärkung einen spannungs gesteuerten Verstärker (13) aufweist und daß der Pegeldetek-

tor eine Verstärkungssteuerspannung abhängig vom Steuerpegel eines Signals von dem ersten Signalweg erzeugt und die Verstärkungssteuerspannung dem spannungsgesteuerten Verstärker zur Steuerung dessen Verstärkungsfaktor zuführt.' 5
15. Schaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung weiter eine Gewichtungseinrichtung aufweist, um ein gewichfcetes Signal von den Hochfrequenzkomponenten eines Signals von dem ersten Signalweg" abzuleiten, und daß der Pegeldetektor die Verstärkungssteuerspannung abhängig von dem gewichteten Signal erzeugt.
16. Schaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Pegeldetektor erreicht, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (13) veränderbarer Verstärkung für ansteigende Pegel des Signals von dem ersten Signalweg ansteigt und für abfallenden Pegel des Signals von dem ersten Signalweg abfällt.