DE3151213A1

DE3151213A1 - Schaltungsanordnung zum modifizieren des dynamikbereichs

Info

Publication number: DE3151213A1
Application number: DE19813151213
Authority: DE
Inventors: Ray Milton 94118 San Francisco Calif. Dolby
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1983-06-09
Also published as: BE901907Q; NL192905B; KR890000333B1; NL192905C; GB2111356A; FR2517495A1; DE3151213C2; DE3153730C2; CH656270A5; CA1177759A; SE449282B; MY8700931A; FR2517495B1; KR830008463A; GB2111356B; SE8107496L; NL8105776A

Description

Patentanwälte · European Patent Attorneys

D26 P36 D

RAY MILTON DOLBY

San Francisco» CA.„ USA

Schaltungsanordnung zum Modifizieren des

Dynamikbereichs

Priorität: 1. Dezembar 1981 - USA - Serial No. 325 529

Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf Schaltungsanordnung en, die den Dynamikbereich von Informations Signalen ändern, nämlich Kompressoren, die den Dynamilcbereich komprimieren, und Expander, die den Dynamikbereich expandieren, und bezieht sich insbesondere auf Kompressoren und Expander, die in Reihe qeschaltete Schaltungen aufweisen und insbesondere die Kreuzkopplung von solchen in Reihe liegenden Schaltungen.

Kompressoren und komplementäre Expander werden häufig gemeinsam benutzt (ein Kompandersystem), um eine Geräuschminderung zu erzielen; das Signal wird vor der Übertragung oder Aufzeichnung komprimiert und nach dem Empfang oder der Wiedergabe aus dem übertragungskanal expandiert. Es können jedoch auch Kompressoren allein benutzt werden, um den Dynamikbereich zu verkleinern, z.B. um ihn an die Kapazität eines übertragunqskanals anzupassen, ohne daß anschließend eine Expansion vorgenommen wird, wenn das komprimierte Signal für den gewünschten Zweck angemessen ist. Außerdem werden Kompressoren allein bei gewissen Erzeugnissen benutzt, insbesondere bei Audioerzeugnissen, die nur komprimierte Rundfunksendungen Übertragen oder im voraus aufzuzeichnende Signale übertragen sollen. Es werden auch Expander allein

in gewissen Erzeugnissen benutzt, insbesondere im Fall von Audioerzeugnissen, die nur bereits komprimierte Rundfunksendungen empfangen oder im voraus aufgezeichnete Signale wiedergeben sollen. Bei gewissen Erzeugnissen, insbesondere

Erzeugnissen für die Tonaufnahme und Wiedergabe ist häufig eine einzeln vorgesehene Vorrichtung umschaltbar, so daß sie als Kompressor zum Aufzeichnen von Signalen und als Expander zur Wiedergabe komprimierter Rundfunksendungen oder im Voraus aufgezeichneter Signale arbeitet.

Das Ausmaß der Kompression oder Expansion läßt sich in dB ausdrücken. Eine Kompression von 10 dB bedeutet z.B., daß ein Eingangsdynamikbereich von N dB zu einem Ausgangsbereich

von (H-10) dB komprimiert wird» Bei einem Rauschminderungssystem spricht man "bei einer Kompression von 10 dB, auf die eine komplementäre Expansion von 10 dB folgt, von 10 dB Rauseiminderung»

Die Erfindung betrifft insbesondere Schaltungsanordnungen zum Modifizieren des Dynamikbereichs eines Eingangssignals, die Reihenschaltungen aufweisen, die jeweils eine bilineare Charakteristik haben (wobei "linear" in diesem Zusammenhang eine konstante Verstärkung bedeutet), die aus Folgendem zusammengesetzt ist»

1«,) einem linearen Niedrigpegelteil bis zu einer Schwelle, 2o) einem niehtlinearen Mittel-= bzw» Zwischeapegelteil (mit variabler Verstärkung) oberhalb der Schwelle bis su einem Endpunkt, der ©ia vorkarbestimm-

verhältnis liefert, und
3o) eines linearen Hoclip@gelteil₉ dessen Verstärkung sich

von derjenigen des Niedrigp©gelteils unterscheidet. Die Charakteristik wird deshalb als bilinear bezeichnet, weil zwei Teile mit im wesentlichen gleichbleibender Verstärkung vorhanden sind»

In der Praxis ist die Schwelle und der Endpunkt häufig nicht ein sehr genau festgelegter "Punkt". Die beiden Übergangsbereiehe, wo der zwischenpegelteil in den li Niedrigpegel teil und in den linearen Hochpegelteil übergeht, können jeweils eine veränderliche Form von einer glatten bis zu einer scharf gebogenen Kurve haben, je nach der Steuerkennlinie des Kompressors und Expanders,

Es sei außerdem¹ noch darauf hingewiesen, daß Schaltungsanordnungen mit bilinearer charakteristik sich von zwei anderen bekannten Klassen von Schaltungsanordnungen unterscheiden«, nämlieh
(&) einer lögarithmischen oder nichtlinearen Schaltungsan-

Ordnung entweder mit fester oder sich ändernder Neigung und ohne linearen Teil: die Verstärkung ändert sich über den ganzen Dynamikbereich hinweg;

(b) Schaltungsanordnungen mit einer Charakteristik, die zwei oder mehr Teile hat, von denen nur einer linear ist ("unilinear").

Eine Schaltungsanordnung mit bilinearer Charakteristik hat besondere Vorteile und ist weit verbreitet. Die Schwelle kann oberhalb des Eingangsrauschpegels oder des Rauschpe- . gels des Übertragungskanals festgesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Steuerung der Schaltung durch Rauschen auszuschließen. Aufgrund des Hochpegelteils mit im wesentlichen konstanter Verstärkung wird eine nichtlineare Behandlung von Hochpegelsignalen vermieden, die sonst Verzerrungen bringen würde. Im Pail eines Audiosignals, für das die Schaltung syllabisch sein muß, bietet der Hochpegelteil außerdem einen Bereich, innerhalb dessen die Überschwingungen behandelt werden können, die bei einer syllabischen Schaltung auftreten, wenn der Signalpegel abrupt steigt. Die Überschwingungen werden durch Clipperdioden oder ähnliche Einrichtungen unterdrückt. Diese Kombination von Vorteilen ist nur mit bilinearen Charakteristiken erzielbar.

Bekannte Schaltungen mit einer einzigen Stufe mit bilinearer Charakteristik, wie sie heutzutage in Audioerzeugnissen für Heimgebrauch verwendet werden, ermöglichen 10 dB Kompression und Expansion, was für viele Zwecke angemessen ist. Allerdings verbleibt für einige Hörer dabei noch ein gewisses Rauschen, und um die bestmögliche Wiedergabetreue zu erzielen ist eine stärkere Kompression und Expansion wünschenswert, beispielsweise 20 dB. Es wird auch schon eine neue Schaltung in Audioprodukten für den Heimgebrauch verwendet, die in den belgischen Patentschriften 889 428, 889 427, 889 426, in "Audio", Mai 1981, S. 20-26 und in einer Veröffentlichung J-6 und einem Vorabdruck beschrieben ist, der beim Kongreß der Audio Engineering Society in New York im

November 1981 vorgelegt ifurde₀

Vor den oben erwähnten Schaltungen waren Schaltungen 'bekannt und im Handel erhältlich, di© sine Kompression oder Expansion von 20 dB und sogar noch mehr ermöglichtenξ aber das waren meistens logarithmische Schaltungsanordnungen mit konstanter Neigung, bei denen im gesamten Dynamikbereich oder nahezu im- gesamten Dynamikbereich die Verstärkung sich ständig ändert» Solche Schaltungen leiden bei sehr niedrigen und sehr hohen Signalpegeln stärker unter Versserrungsund SignalgleichlaufProblemen als die bilinearen Schaltungen, bei denen die Änderung der Verstärkung auf einen Zwischgnbereioh der charakteristik beschränkt ist, und übersehwingungsproblem© treten stärker auf als bei Anordnungen mit bilinearer Charakteristik„ Bei bekannten Kumpandern mit konstanter Neigung liegen die Kompressionsverh^ltnisse im Bereich von 1_?5:1, 2;1 und 3:1, wobei 2s1 das üblichste Verhältnis iS to

Hinsichtlich der staffelung bilinearer Schaltungen gemäß der belgischen Patentschrift 889 428 folgt auf eine erste Schaltung, die eine bilineare Eingangs»Ausgangs-Charakteristik hat, eine oder mehrere weitere Schaltungen die gleichfalls bilineare Charakteristiken bei. jeder beliebigen Frequenz innerhalb eines Schaltungen gemeinsamen Frequenzbereichs haben» Die Schwellen und Dynamikbereiche der Schaltungen sind auf verschiedene Werte eingestellt, um die Zwischen- oder Mittelpegelteile der Charakteristiken der Schaltungen so au staffeln, d£.ß eine Verstärkungsänderung über einen größeren Bereich von Mitteleingangspegeln als für jede der Schaltungen allein erzielt wird, und daß zwischen den Verstärkungen bei niedrigem und hohem Eingangspegel ein größerer Unterschied erhalten wird. Dabei ist jedoch das maximale Kompressions= oder Expansionsverhältnis im wesentlichen nicht größer als das maximale Kompressionsverüältnis einer einzelnen Schaltung allein, aufgrund der

Wenn bei Audioschaltungen die Schaltungen Elemente zum Unterdrücken (Begrenzen) von Üb erschwingungen haben, können '-deren Schwellengleichfalls gemeinsam mit der Staffelung der syllabischen Schwellen gestaffelt werden. Die Überschwingungen der Schaltungen oder Stufen mit dem niedrigeren Pegel werden entsprechend herabgesetzt, wobei eine minimale Gesamtüberschwingung der verschiedenen Stufen erfolgt. Dies steht im Gegensatz zu bekannten logarithmischen Kompressoren, bei denen von Natur aus starke Überschwingungen erzeugt werden.

Jede der Schaltungen kann eine Änderung des Spektralgehalts des Signals einführen, z.B. eine Höhenanhebung bei niedrigem Pegel im Pail eines Kompressors. So kann jede nachfolgende stufe durch ein Signal mit einem sich progressiv an- ' dernden Spektralgehalt betätigt werden. Im Fall von komplexen Signalen hat das zur Folge, daß die Fehlerchancen bei der Decodierfunktion spektral ausgebreitet werden. Im Fall eines Bandaufzeichnungsgeräts mit ungleichmäßiger Frequenzgangcharakteristik verringert z.B. die Tendenz zu spektraler Verlagerung die Gesamtfehler der Dynamik und des Frequenzganges im decodierten Ergebnis.

Die Möglichkeit der Staffelung bilinearer Stufen gibt dem Konstrukteur ein zusätzliches Mittel, um eine Gesamtschaltung zu optimieren. Dabei können die Gestalten der Kompressionscharakteristiken einzelner Stufen insbesondere im Hinblick auf die Staffelung ausgelegt werden. Die Übergangscharakteristiken der Schaltungen werden gleichfalls berücksichtigt, und es wird vorzugsweise die Möglichkeit genutzt, die Schwellen der Überschwingungsunterdrückung in Audiokompressoren und Expandern zu staffeln, um zu einer minimalen Gesamtüberschwingung zu kommen.

Eine als "sliding band circuit"

allgemein bekannte Schaltung, die als erste und zweite

Schaltung verwendet werden kann, erzeugt die spezielle, erwünschte Charakteristik für den Fall einer Hochfrequenz-Audiokompression oder Expansion durch Anwenden einer Hochfrequenzanhebung im Pail der Kompression oder Absenkung im Pail der Expansion mit Hilfe eines Hochpaßfilters mit veränderlicher unterer Grenzfraquenz» in dem Maß, in dem der Signalpegel im Hochfrequenzband steigt, gleitet die Grenz=· frequenz des Filters nach oben und engt dabei das angehobene oder abgesenkte Band ein und schließt das Hutssignal von der Anhebung oder Absenkung aus« Beispiele für derartig© Schaltungen finden sich in US-PS Re 28 426, US-PS 3 757 254, 4 072 914» 3 934 190 und der japanischen Patentanmeldung 55529/71 .

Entsprechend kann sowohl die erste als auch die zweite Schaltung eine derartige "Sliding BancT-Schaltung sein. Im Prinzip können die Ruhegrenzfrequensen der beiden "Sliding Band"-Schaltungen unterschiedlich sein, und das kann dazu genutzt werden, einen Grad an Kompression oder Expansion zu erhalten j der in einem Teil des behandelten Frequenzbandes größer ist als in einem anderen«, Jedoch sind bei einer abgewandelten Ausführungsform die Grenzfrequenzen im wesentlichen identisch gewählte Das hat den Vorteil stärkerer Diskriminierungen zwischen dem Frequenzbereich, in welchem eine Anhebung oder Absenkung angewendet wird, und dem Bereich, in dem das nioht geschieht, und dementsprechend eine schärfere Diskriminierung zwischen dem Bereich, in dem eine Hauschsinderung nicht mehr stattfindet, weil ein signifikantes lutssignal auftritt, und dem Bereich, in d©m dis Rauschminderung wirksam bleibt„

Andererseits sind aber auch Schaltungen allgemein bekannt, bei denen das Frequenzspektrum durch entsprechende Bandpaßfilter in ein© Vielzahl von Bändern unterteilt wird,die Kompression oder Expansion in jedem Band im Fall eines Kompressors¹ mittels einer Verstärkungssteuervorrichtung (entweder eift belöBttätig ansprechender;, diodenartiger Begrenzer oder

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ein gesteuerter Begrenzer>rfbigt und im Falle eines Expanders '** beliebige reziproke oder komplementäre Schaltungen vorgese- ' hen sind. Beispiele für diese Art von Schaltkreisen finden sich in US-PS 3 846 719. Diese Spaltband- oder Mehrfachbandschaltungen haben den Vorteil, daß sie in den verschiedenen Frequenzbändern unabhängig wirken, und wenn diese Eigenschaft erwünscht ist, können solche Schaltungen als erste, zweite oder weitere Stufe in den Reihenanordnungen verwendet werden.

Es ist bekannt, bilineare Kompressoren und Expander, sowohl der "Sliding Band¹- als auch der Spaltbandart unter Verwendung nur eines einzigen· Signalweges aufzubauen. Insgesamt wird jedoch eine Konstruktion derartiger Vorrichtungen bevorzugt, die eine Hauptsignalsohaltung, welche hinsichtlich der Dynamik linear ist, mit einer Kombinationsschaltung in der Hauptschaltung und eine weitere Schaltung aufweist, die ihren Eingang vom Eingang oder Ausgang der weiteren Schaltung ableitet und deren Ausgang mit der Kombinationssohaltung gekoppelt ist. Zu der weiteren Schaltung gehört ein (selbstwirkender oder gesteuerter) Begrenzer, und im Fall der Kompression wird durch das begrenzte Signal der weiteren Schaltung das Signal der Hauptschaltung in der Kombinationsschaltung verstärkt bzw. angehoben, während dem Signal der Hauptschaltung im Fall der Expansion entgegengewirkt wird. Das begrenzte Signal des weiteren Weges ist kleiner als das Signal des Hauptweges im oberen Teil des Eingangsdynamikbereichs. Es ist am vorteilhaftesten und zweckmäßigsten wenn die Hauptschaltung und die weitere Schaltung getrennt identifizierbare Signalwege sind.

Derartige bekannte Kompressoren und Expander sind besonders vorteilhaft, weil sie es ermöglichen, die gewünschte Art von Übertragungscharakteristik auf exakte Weise ohne die Schwierigkeiten einer Hochpegelverzerrung zu erzielen. Der Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung wird

erhalten, indem man dem weiteren Weg eine Schwelle oberhalb "-des Bausehpegels gibt; unterhalb dieser Sehwelle ist der weitere Weg linear. Der Zv/isehenp©gelteil wird von demjenigen Bereich geschaffen, in welchem di© Begrensungswirkung &©b weiteren Weg©s teilweis© wirksam wird, und der Hoehpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung ergibt SiQk₉ naohdem der Begrenzer voll wirksam geworden ist₉ so daß das Signal des weiteren Weges nicht mehr zunimmt und im Vergleich zum Signal des Hauptweges vernachlässigbar wird« im höchsten Teil des Eingangsdynamikbereichs ist der Ausgang der Schaltungsanordnung tatsächlich nur das vom linearen Hauptweg hindurchgelassene Signal, d.h. linear im Hinblick auf den Dynamikbereicho Bei "Dual-Path'-Audioschaitungen ist es besonders bequem, für Überschwingungsunterdrtickung zu sorgen-

Beispiele dieser bekannten Schaltungen finden sich in US-PS 3 846 719, 3 903 485 und US-PS Re 28 426. Es sind auch analoge Schaltungen bekannt, mit denen ähnliche Ergebnisse erzielt werden, bei denen jedoch der weitere Weg Charakteristiken hat j die zu Begrenzercharakteristiken inver_s sind, und bei denen der Ausgang des weiteren Weges dem Signal des Hauptweges zur Kompression entgegenwirkt und das Signal des Hauptweges zur Expansion verstärkt bzw» anhebt. (US-PS 3 828 280 und 3 .875 537)»

Jede diesar bekannten bilinearen Schaltungen kann folglich als erste und zweite Schaltung der erfindungsgemäßen Reihenschal tungsanordnungen verwendet werden_e

Wie schon erwähnt, ist es nicht unbedingt wichtig, die gewünschte Art der bilinearen Charakteristik durch solche "Duai-Path"-Techniken zu erzeugen« Es gibt auch Alternativen, bei denen mit Einzelwegen gearbeitet wird, wie z.B. in US-PS 3 757 254, 3 967 219, '4 072 9U, 3 909 733 und der japanischen Patentanmeldung 55529/71 beschrieben. Mit diesen alternativen Schaltungen können meistens nicht so gute

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Ergebnisse erzielt werden wie mit "°ual Path-Schaltungen _Od_er = sie können weniger zweckmäßig und deshalb weniger wirtschaftlich sein; aber sie können insgesamt gleichwertige Ergebnisse hervorbringen. Polglich können diese bekannten Schaltungen auch als eine oder mehr der Schaltungen einer Reihenschaltungsanordnung gemäß der Erfindung benutzt werden. Gegebenenfalls kann eine der Schaltungen, die erste oder die zweite, eine "Dual Path"-Schaltung und die andere eine Einwegschaltung sein.

Bei einer von der Anmelderin entwickelten und in handelsüblichen Schaltungen bereits benutzten bekannten Anordnung von zwei bilinearen Reihenschaltungen, die Gegenstand der US-Patentanmeldung Serial No. 325 529 vom 1. Dezember 1981 ist, ist zwischen den getrennten Steuer-Schaltungen in jeder Vorrichtung eine kreuzweise Kopplung vorgesehen. Eine Steuersignal komponente aus der Niedrigpegel schaltung wird über ein Kopplungsnetzwerk der Steuerschaltung des Hochpegel Prozessors zugeführt.

Gemäß der Lehre der Erfindung werden zusätzliche Techniken der kreuzweisen Kopplung bilinearer, gestaffelter Reihenschaltungen geschaffen. Dazu gehört das Koppeln von Signalwegsignalkomponenten in einer Schaltung mit einem Signalweg in einer anderen Schaltung und das kreuzweise Koppeln durch Verwendung einer gemeinsamen Steuerschaltung für in Reihe miteinander verbundene Vorrichtungen. Die Kreuzkopplung kann a) dazu beitragen, das System gegenüber Steuerung durch unerwünschte Signale immun zu machen, b) dazu beitragen, die Rauschmodulationswirkungen zu verringern, c) wilde · Antworten " unterdrücken, d) eine Herabsetzung von einzelnen Anforderungen an die Schaltung erlauben, e) die Kompression oder Expansion ohne Nebenwirkungen vergrößern, f) die Kompliziertheit und Kosten usw. der Gesamtschaltung herabsetzen. Ein Merkmal der gestaffelten bilinearen Reihenschaltungen besteht darin, daß sie mit verschiedenen Betriebsschwellen arbeiten und meistens auch mit verschiedenen Überschwingungsschwellen (mindestens im Fall von Audiovorrichtungen). Folg-

lieh sprechen die Schaltungen !unterschiedlich an« Die Kreuzkopplung von Wechselstromsignalen zwischen oder unter den !Reihenschaltungen gibt dem Konstruktionsingenieur einen zu= sätzlichen KonstruktionBparam©ter_p der zur optimalen Gestal·= tung des Betriebs des Systems nützlich sein kann»

Bei bilinearen "Dual Path "-Schaltungen kann s.B. der Signalausgang des Rauschminderungswsges einer Schaltung mit höherem Schwellenpegel an die Schaltung mit niedrigerem Sohv/ellenpegel-angelegt und bei geeignetem Frequenzgang und Phasenmodifissierimgen in dia festen und variablen Filtersignalschaltungen eingegeben werden„ um so aktiv© Filterwirlcungen hervorzurufen^ die die "Sliding Band "-Wirkung und die anschließende Rauschminderungs\"/irkung fördern₀

Außerdem ist die Schaltung v/eniger kompliziert; und die Kosten sind niedriger "bei verwendung einer einzigen Steuerschaltung für zwei oder mehr Stufen bilinsarsr Schaltungen in Reihe, wobei die jeweiligen Eingänge und Ausgang© der einsigen Steuerschaltung zwischen odsr unter den in Reihe geschalteten Stufen kreusweise gekoppelt sind«

Im folgenden ist die Erfindimg mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand sohematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläuterte Iß d©n Zeichnungen zeigts

Figo 1 einen beispielhaften Sats von Kurven zur Darstellung komplementärer bilinearer Kompressions- und Expans i ons Charakteri s tikan;

Figo 2 ein allgemeines Blockschaltbild bilinearer, in Reihe geschalteter Vorrichtungen?

Figo 3 ein Schaltschema eines bekannten ."Sliding ßand"-Kompres-

4 ein Schaltschsma einos bekannten "Sliding BantT-Expanders; Figo 5 ©ia Schaltsohema einer Abwandlung der Vorrichtung gemäß Figo 3 und 4?

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines bilinearen "Dual Path"-"SIiding Band"-Kompressors wie im Zusammenhang mit Pig. 3 oder Figo 3 mit der Abwandlung gemäß Fig. 5 beschrieben;

Fig. 7 und 8 Blockschaltbilder eines bekannten Festbandkompfessors und -expanders;

Fig. 9 ein allgemeines Blockschaltbild der Erfindung;

Fig.10 ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einem bilinearen zweistufigen Kompressor und -Expander verwirklicht ist;

Fig.11 ein detaillierteres Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 10;

Fig.12 ein Schaltschema eines beispielhaften Kreuzkopplung snetζwerks zur Verwendung beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11;

Fig.13 ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einer Anordnung mit einer gemeinsamen Steuerschaltung für bilineare, in Reihe geschaltete "Sliding Band"-Vorrichtungen verwirklicht ist;

Fig.H ein Blockschaltbild der Erfindung, die in einer Anordnung verwirklicht ist, welche bilinearen, in Reihe geschalteten Feetbandvorrichtungen eine gemeinsame Steuerung liefert.

In Fig. 1 sind beispielhafte bilineare komplementäre Kompressions- und Expansionsübertragungscharakteristiken bei einer bestimmten Frequenz gezeigt, die für die Kompressionscharakteristik den Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung, die Schwelle, den Teil, wo die dynamische Aktion erfolgt, den Endpunkt und den Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung zu erkennen geben.

Fig. 2 zeigt allgemein bilineare, in Reihe geschaltete Vorrichtungen: ein erster bilinearer Kompressor 2 erhält Eingangsinformation und liegt mit seinem Ausgang an einem zweiten bilinearen Kompressor 4 an, der mit ihm in Reihe ge-

schaltet ist und dessen, Ausgang an einem rauschbehafteten „information übertragenden Kanal N anliegt. Ein Paar in R1he geschaltete

bilinear© Espander β und 8 erhalten den Eingaag vom Kanal N am Expander 6 und liefern am Ausgang des Expanders 8 einen Rausehminderungssystemausgang« Die Bereiche der Dynamikwirkung der in Reih® liegenden Vorrichtungen sind im Verhältnis zueinander innerhalb des dsn Vorrichtungen gemeinsamen Frequenzbereichs voneinander getrennt oder gestaffelt» Obwohl in der Figur ja zwei Vorrichtungen an jeder Seite des Informationskanals N vorgesehen sind, können nicht nur zwei sondern auch mehr Vorrichtungen verwendet werden., Die Erfindung sieht die Kreuzkopplung von zwei oder mehr bilinearen,, in Reihe geschalteten Kompressoren oder Expandern vor₅ wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird«, Bei einer Ausführung als komplementäres Rauschsilxiderungssystem sind bilineare Kompressoren und Expander in Reihenschaltung in gleicher Anzahl vorgesehen»

Di© im Kompressor gewählte Reihenfolge der Stufen^ die eine bestimmte Charakteristik haben, ist im Expander umgekehrt„ Die letzte Stufe des Expanders ist z„B, sur ersten Stufe des Kompressors in jeder Hinsicht komplementär - eingeschwungener Zustand und zeitabhängiges dynamisches Ansprechen (Frequenz, Phase und Obergangsanspreehverhalten unter allen Bedingungen des Signalpegels und der Dynamik)»

Wie schon erwähnt» ist vorzugsweise meistens die Hochpegelstufe die erste in einer Kompressorreihe und die Fiedrigpegelstufe die letzte. Jedoch ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich. Im umgekehrten Fall braucht der Steuerverstärker der ersten Stufe eine starke Verstärkung, um die nötige niedrige Schwelle zu erreichen» Diese niedrige Schwelle gilt dann sogar in Anwesenheit von Signalen mit hohem Pegel, was bei den bekannten"S]idinq Band"-Systentsn meistens zu einem schlechten Verhalten hinsichtlich Rauschmodulation des Gesamtsystems führt. In dieser umgekehrten Anordnung muß jede Stufe eine ausrei·=

chende Verstärkung des Steuerverstärkers haben, um die für diese Stufe erforderliche Schwelle zu erreichen. Außerdem ist jede Schwelle im wesentlichen fest und unabhängig vom Betrieb der anderen Stufen. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß die Signalverstärkung jeder früheren Stufe im we- ' sentliehen auf Eins abgesunken ist, wenn die Schwelle für die entsprechende nachfolgende Stufe erreicht ist.

Im Gegensatz zu dieser umgekehrten Anordnung besteht bei der bevorzugten Anordnung, bei der die Hochpegelstufe die erste in der Kompressorkette und die Niedrigpegelstufe die letzte ist, eine nützliche Wechselwirkung zwischen den Stufenverstärkungen und Schwellen. Die Schwellen der nachgeschalteten Stufen sind teilweise von den Signalverstärkungen der vorausgehenden Stufen bestimmt. In einem zweistufigen System mit einer 10 dB Niedrigpegelverstärkung pro Stufe ist die erforderliche Verstärkung des Steuerverstärkers der zweiten Stufe aufgrund der Niedrigpegelsignalverstärkung der ersten Stufe um 10 dB verringert. Wenn ein Signal mit hohem Pegel auftritt, wird die 10 dB Verstärkung der ersten stufe ausgeschaltet und die Schwelle der Niedrigpegelstufe effektiv um 10 dB erhöht. Bei "Sliding BancT-Kompandern verbessert dies das Verhalten der Raus^chminderungswirkung hinsichtlich Rauschmodul ation.

Bei der bevorzugten Anordnung sind die Verstärkungen aller voraufgehenden Stufen bis zur Schwelle jeder beliebigen nachfolgenden Stufe voll wirksam. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System mit umgekehrter Reihenfolge werden also bei der bevorzugten Anordnung die vorherrschenden Signalverstärkungen der einzelnen Stufen bestmöglich ausgenutzt. Das bedeutet:

1. Bei Signalbedingungen mit sehr niedrigem Pegel (unterhalb der Schwelle) ist die in jeder Stufe erforderliche Verstärkung des Steuerverstärkers um ein Ausmaß verringert, welches den kumulativen Signalverstärkungen aller vorhergehenden stufen entspricht.

2o Es wird eine vom signal abhängige, variable Schwellen-Wirkung erzielt, wodurch bei "Sliding Band"-Stufen die Rauschmodul aiionseffekta verringert werden. Die effektiven Schwellen der Niedrigpegelstufen werden mit zunehmendem Signalpegel bei einer bestimmten Frequenz progressiv erhöht» Bei hohen Signalpegeln (im linearen Hochpegelteil der Übertragungscharakteristik) wird die effektive Schwelle der Stufe mit dem niedrigsten Pegel um einen Wert angehoben, der allen liedrigpsgelstufenverstärkungen (unterhalb der Schwelle) bis au diesem Punkt entspricht«

Eine bekannte Ausführungsform bilinearer, in Reihe geschalteter Prozessoren arbeitet mit in Reihe geschalteten"Sliding-Band"-Vorrichtungen: die Kompressoren 2 und 4 und die Expander 6 und 8 gemäß Figo 2 sind "Sliding Band"-Vorrichoingen wie sie in US-PS Re 28 426 beschrieben sind, mit Abwandlungen gemäß der belgischen Patentschrift 889 428« Zu diesen Abwandlungen gehört j daß die syIlabischen und Überschwingungsschwellen gestaffelt und die Filtergrenzfrequenzen geändert sind ο

Einzelheiten der grundlegenden Schaltung sind in den Fig. 3₉ 4 und 5 gezeigt, die den Figo 4₉ 5 &sw„ 10 der US-PS Re 28 426 entsprechen? und weitere Einzelheiten dieser Schaltungen9 ihr Betrieb und die ihnen zugrundeliegende Theorie ist dort beschrieben« Die nachfolgende Beschreibung der Pig» 3? 4 und 5 ist su einem großen Teil aus US-PS Ra 28 426 entnommen,,

Die Schaltung gemäß Figo 3 ist besonders zum Einbau in den Aufnahmekanal eines Heimbandgeräts ausgelegt₉ wobei zwei solche Schaltungen für ein Stereogerät nötig sind«, Das Eingangssignal wird an einem Anschluß 10 an eine Emitterfolgerstufe 12 angelegt, die ein Uiedrigiffipedanzsignal lieferte Dies Signal wird zunächst über einen Geradeaus Hauptweg ρ der aus einem widerstand 14 besteht, an einen Aus-

gangsanschluß 16 angelegt und zweitens über einen weiteren Weg, dessen letztes Element ein Widerstand 18

ist, gleichfalls an den Anschluß 16 angelegt. Die Widerstände H und 18 addieren die Ausgänge des Haupt- und des weiteren Weges, um das geforderte Kompressionsgesetz zu verwirklichen.

Der weitere Weg besteht aus einem festen Filter 20, einem Filter 22 mit variabler Grenzfrequenz, unter Einschluß eines FET 24- (diese bilden den Filter/Begrenzer), und einem Verstärker 26, dessen Ausgang mit einem Doppeldiodenbegrenzer oder Clipper 28 und mit dem Widerstand 18 verbunden ist. Der nichtlineare Begrenzer unterdrückt überschwingungen des Ausgangssignals mit abrupt steigenden Eingangssignalen. Der Verstärker 26 verstärkt das Signal im weiteren Weg auf einen solchen Pegel, daß der

Kennlinienknick des Begrenzers bzw. Überschwingungsunterdrückers 28, der Siliziumdioden aufweist, bei dem entsprechenden Signalpegel unter Übergangsbedingungen wirksam ist. Die wirksame Schwelle des Überschwingungsunterdrückers liegt etwas oberhalb der des syllabischen Filter/Begrenzers. Die Widerstände 14 und 18 sind so bemessen, daß der erforderliche Kompensationsgrad der Dämpfung dann für das Signal im weiteren Weg zur Verfügung steht.

Der Ausgang des Verstärkers 26 ist auch mit einem Verstärker 30 verbunden, dessen Ausgang durch eine Germaniumdiode 31 gleichgerichtet und durch einen Glättungsfilter 32 integriert wird, um die Steuerspannung für den FET 24 zu erhalten.

Es werden zwei einfache RC-Filter benutzt, obwohl auch gleichwertige LC- oder LCR-Filter verwendet werden könnten. Der feste Filter 20 hat eine Grenzfrequenz von 1700 Hz (nun 1500 Hz), unterhalb der eine verminderte Kompression stattfindet. Der Filter 22 weist einen Reihenkondensator 34 und einen Nebenschlußwiderstand 36 auf, denen ein Reihenwiderstand 38 und der FET 24 folgen, wobei der Source-Drain-Weg

dieses Transistors als Nebenschlu^widerstand geschaltet ist» Im- Ruhezustand mit einem lullsignal am Gate des FET 24 ist dieser gesperrt und bietet ein© im wesentlichen unendlich große Impedanz; das Vorhandensein des Widerstandes 38 kann dann ignoriert werden. Die Grenzfrequenz das

Filters 22 ist damit 800 Ha (nun 750 Hz) was ersichtlich ganz beträchtlich unter der Grenzfrequenz des festen Filters 20 liegt.

Wenn das Signal am G&t© so weit ansteigt, daß der Widerstand des FET auf weniger als z_oBo 1 k .Ω.absinkt₉ überbrückt der Widerstand 38 im wesentlichen effektiv den Widerstand 35,

und die- Grenzfrequenz steigt, wodurch das Durchlaßband des Filters deutlich eingeengt wirdo Der Anstieg der Grensfreq.u@nss ist natürlich ©in progressiver Vorgang»

Die Verwendung eines FET ist deahalb zweckmäßig, weil eine solche Vorrichtung innerhalb eines geeigneten,, eingeschränkten Bereichs von Signalamplituden im wesentlichen wie ein linearer Widerstand (für Signale der einen oder anderen Polarität) wirkt, dessen wert von der Steuerspannung am Gate bestimmt ist,,

Der Widerstand 36 und der FET sind zu einem verstellbaren Abgriff 4β in einem Potentialteiler zurückgeführt, der eine Germaniumdiode 48 zum Temperaturausgleich enthält. Der Abgriff 46 ermöglicht eine Einstellung der !Compress ions schwelle des Filters 22„

Der Verstärker 26 weist komplementäre Transistoren auf, di© eine höh© Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsiapedanz ergeben,, Da der verstärker den Diodenbegrenzer 28 treibtj ist ein© endliche Ausgangsimpedans nötig, di© ein KoppeIwiderstand 50 sur Verfügung stellt. Wie schon gesagt₉ handelt es sich bei den Dioden 28 um Siliziumdioden mit einem schärfen Kaick in der Gegend von 1/2 V»

Das Signal am Begrenzer und damit am widerstand 18 kann mittels eines Schalters 53 zur Erde kurzgeschlossen werden, wenn der Kompressor außer Betrieb geschaltet werden soll.

Der Verstärker 30 ist ein NPN-Widerstand mit einem Emitter-Zeitkons tanten-Netzwerk 52, welches bei hohen Frequenzen eine größere Verstärkung ergibt. Starke hohe Frequenzen, z.B. ein Beckenschlag führen deshalb zu einer raschen Ver- · engung des Bandes, in welchem eine Kompression erfolgt, um eine Signalverzerrung zu vermeiden.

Der Verstärker ist mit dem Glättungsfilter 32 über die Gleichrichterdiode 51 verbunden. Der Filter weist einen Reihenwiderstand 54 und einen Nebenschlußkondensator 56 auf» Im Nebenschluß zum Widerstand 54 ist eine Siliziumdiode 58 ;■-vorgesehen, die ein rasches Aufladen des Kondensators 56 für einen schnellen Anstieg gemeinsam mit guter Glättung in eingeschwungenem Zustand ermöglicht. Die Spannung am Kondensator 56 liegt unmittelbar am Gate des FET 24 an.

Ein vollständiges Schaltbild des komplementären Expanders ist in Fig. 4 gezeigt. Eine vollständige Beschreibung ist jedoch deshalb nicht nötig, weil die Schaltung identisch mit der in Fig. 3 gezeigten ist, so daß auch Vierte der Bauelemente größtenteils in Fig. 4 nicht gezeigt sind.

Zwischen Fig. 3 und 4 bestehen folgende Unterschiede: ;. Gemäß Fig. 4 leitet der weitere Weg seinen Eingang vom Ausgangsanschluß 16a ab, der Verstärker 26a ist invertierend, und die von den Widerständen 14 und 18 kombinierten Signale liegen am Eingang (Basis) der Emitterfolgerstufe 12 an, deren Ausgang (Emitter) mit dem Anschluß 16a verbunden ist. Um eine niedrige Treibimpedanz zu gewährleisten, ist der Eingangsanschluß 10a über eine Emitterfolgerstufe 60 mit dem Widerstand 14 verbunden. Es müssen entsprechende Maßnahmen ge-

troffen werden, um zu verhindern₉ daß Vorspannung in den Expander gelangt.

Dar Verstärker 26a wird dadurch invertierend gemacht₉ daß der Ausgang vom Emitter statt vom Kollektor dea zweiten (PlP) Transistors genommen wird₀ Zu dieser Änderung gehört eine Verlagerung des 10 k HWiderstandes 62 (pig. 3) vom Kollektor zum Emitter (Pig_o 3)₈ wodurch automatisch eine geeignet® Ausgangsimpedanz sum Treiben des Begrenzers erhalten wird ο Deshalb fehlt in Figo 4 der Widerstand 50,

Ss sei noch darauf hingewiesen_s daß es beim Abgleichen eiaas vollständigen Rausehminaeruagssystems wichtig ist, gleich© Signalpegel an den Emittern der Transistoren 12 sowohl ia Kompressor als auch im Expander zu haben« Deshalb sind, wie gezeigt, mit diesen Emittern Meßanschlüss® M verbunden®

Pig«, 5 zeigt eins bevorzugte Schaltung zum Ersatz der Schaltung zwischen den Pnxakten A₅ B und C in den Pig» 3 und 4« Wenn der FET 24 gesperrt ist, ist das sweit© RC-Netzwerk 22 außer Betri©^ und das srst© RC-Hetzwerk 20 bestimmt dann das Verhalten des weiteren W@g©s„ Die verbesserte Schaltung vereinigt die Phasenvorteile, die darin bestehen^ daß im Ruhezustand nur eine einzige RQ-Sektion vorhanden ist, während bei Vorhandensein eines Signals die Dämpfungscharakteristik eines RC-FiHers mit zwei Sektionen mit 12 dB pro Oktave gegeben ist. .

Bei der Verwirklichung der Schaltung unter Verwendung von MPP 104 PET's ist der 39 k Π. Widerstand 36a nötig, um eine endliche Source-Impedanz zu erhalten, in die der FET arbeiten kann. Auf diese Weise wird das Koxapressionsverhältnis bei allen Frequenzen und Pegeln auf einem Maximum von ca«, 2 gehalten. Der 39 k Λ Widerstand 36a hat die gleiche Punktion der Begrensiang des Kompressionsverhältnisses bei dieser verbesserten Schaltung wie der Widerstand 3β bei d©r Schaltung gemäß

-yf-

Fig. 6 oder 7. Darüberhinaus liefert dieser Widerstand ei-, nen. Niedrigfrequenzweg für das signal. ^v-

Gewisse Einzelheiten der Schaltung gemäß Pig. 3, 4 und 5 " sind im Lauf der Jahre entwickelt worden, und es gibt Veröffentlichungen über modernere Formen der Schaltung, die , in der Technik bekannt sind..Die Bezugnahme auf die spezielle Schaltung gemäß US-PS Re 28 426 erfolgt aus Gründen der Zweckmäßigkeit bei der vorliegenden Darstellung. ^:-

In der belgischen Patentschrift 889 428 sind Abwandlungen der gerade beschriebenen Schaltung offenbart, die besonders zum Zweck des Betriebes zweier derartiger Schaltungen in Reihe bestimmt sind. Zu diesen Abwandlungen gehört die Änderung der Frequenzen der Filter 20 und 22, die Änderung der Überschwingungsunterdrückungspegel und die Änderung der syllabischen Schwelle einer der Schaltungen durch Modifizieren des Steuerverstärkers 30. Dies geschieht durch Ändern der Preemphasis-Charakteristiken, die vom Emitter-Zeitkonstanten-Netzwerk 52 gesteuert sind. Ein Anheben des Kondensatorwertes im Emitter-Netzwerk des Steuerverstärkers 30 steigert die Verstärkung des Verstärkers bei einer gegebenen Frequenz, wodurch der

auf Signale niedrigeren Pegels anzusprechen. Wie oben und in US-PS Re 28426 erläutert, steigt die Grenzfrequenz des variablen RC-Filters 22 mit steigender Steuerspannung (vom Verstärker 30, Gleichrichter 31 und Glättungsfilter 32). Bei höheren Werten der Kapazität im Netzwerk 52 (wodurch die . Übergangsfrequenz des Steuerverstärkers abgesenkt wird) spricht einen Anstieg seiner Frequenz

gegenüber seinem Ruhewert an. Die Schwelle des Überschwingungsunterdrückers wird durch Anlegen geeigneter Gleich- · Stromvorspannungen (in Vorwärtsrichtung) an die Dioden 28 gesenkt. Gemäß einer Alternative kann die Verstärkung des Verstärkers 26 (Fig. 3) entweder auf das nötige Niveau angehoben oder auf einen hohen Pegel gebracht und Dämpfung ange-

wandt werden, um den signalpagel an die Dioden anzupassen,,

Figo 7 zeigt ein Blockschaltbild einer .bilinearen "Dual Path"-Kompressor- und Expanderaus führung mit festem Band. Die grundlegenden Merkmale dieses Systems sind in US-PS 3 846 719s 3 903 485 und in dam Journal of the Audio Engineering Society, Band 15» Nr₀ 4_tOktober 196?₀ S. 383 388 offenbart.,

Bei dem bekannten Ausführungsbeispiel gemäß Pig_o 7 werden durch Netzwerke 250 1m weiteren Weg vier Bänder geschaffen. Die Bänder 1, 3 und 4 haben herkömmlich© 12 dB/Oktav® Bingangsfiltsrs einen 80 Hs-Tiefpaßfilter 252 am Eingang des Bandes 1, einen 3 kHz-Hoehpaßfilter 254 am Eingang des Bandes 3 und einen 9 kHz-Hochpaßfilter 256 am Eingang des Ban= des 4o Auf jedes folgf eiae Emitter/folgsr-isolisrstufe 258» Das Band 2 hat einen Frequenzgang, der zu de& der Bänder 1 und 3 komplementär ist. Ein solches Verhalten wird durch Addieren der Ausgänge der Emitterfolgestufen 258 in den Bändern 1 und 3 (in einer Additionsstufe 260) und Subtrahieren dieser Summe vom Gesamteingangssignal (in einer Subtraktionsstufe 262) abgeleitet ο Der Ausgang der Emitterfolgerstufe 258 in jedem Band und der Ausgang der Subtraktionsstufe 262 wird an entsprechende Begrenzer 264 und 264* angelegt«, Die Begrenzer 264 und 264' sind i dentisch mit Ausnahme der Tatsache, daß die Begrenzer 264" in den Bändern 1 und 2 Zeitkonstanten haben? die doppelt so groß sind wie in Bändern und 4 entsprechen«, Die Ausgänge der Bänder 1-4 werden in einer Kombina-feionSötufe 266 mit dem Hauptwegsijnal kombiniert«. DQi Itöfflprsssorausgang wird an einen rauschbehafteten Kanal angelegt, um fen den komplementären Expander weitergegeben zu worden₉ iß wöidhem der Ausgang der identischen Netzwerke des .weiteren WSges vom Eingangssignal abgezogen wird₉ um die komplementäre Expansionscharakteristik zu erhalten,,

8 geigt weitere Einzelheiten der Begrenzer 264 und

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264', zu denen jeweils ein FET-Dämpfer 270 gehört, der in Abhängigkeit von einem Steuersignal arbeitet. Der Dämpfer- ; ausgang wird von einem Signalverstärker 272 verstärkt, des?r sen Verstärkung so eingestellt ist, daß die gewünschte Niedrigpegel-Signalverstärkung erzielt wird. Die Ausgänge aller Bänder werden mit dem Hauptsignal so kombiniert, daß ein Niedrigpegelausgang vom Kompressor erzeugt wird, der "bis zu ca. 5 kHz gleichmäßig um 10 dB höher ist als das r Eingangssignal, während oberhalb dieses Wertes die Pegel- " anhebung bis zu 15 dB bei 15 kHz gleichmäßig ansteigt.

Der ϊΈΤ-Dämpfer wird von einer Steuersignal-Unterschaltung ; gesteuert, die eine Kompressionsschwelle von 40 dB unter- , halb eines Spitzenbetriebspegels liefert. Zu der Steuerunterschaltung gehört ein Steuersignalverstärker 276, auf den ein Phasenteiler 278 folgt, der einen Vollweqgleichrich- ■-ter 280 treibt. Das entstehende Gleichstromsignal wird an ein G-lättungsnetzwerk 282 angelegt, dessen Ausgang das Steuersignal darstellt. Zum Netzwerk 282 gehört eine RC-Vorintegrationsstufe, ein Emitterfolger und .eine endgültige RC-Integrationsstufe, die mit Dioden so zusammenwirken, daß sowohl die Vorintegrationsstufe als auch die endgültige Integrationsstufe nichtlineare Charakteristiken haben, die von den Dioden erzeugt werden. Rasche große Änderungen der Signalamplitude werden schnell weitergegeben, während kleine Änderungen langsam weitergegeben werden. Diese dynamische Glättungswirkung erzeugt optimale Ergebnisse hinsichtlich

Jfodulationseffekten, Niedrigf regelverzerrung und Verzerrungskomponenten, die vom Steuersignal erzeugt wer-den. Die Schaltung ermöglicht eine rasche Erholung und eine geringe Signalverzerrung.

Pig. 9 zeigt ganz allgemein die mögliche Kreuzkopplungen zwischen zwei bilinearen, in Reihe geschalteten Vorrichtungen. Wenn mehr als zwei Vorrichtungen in Reihe betrieben werden, steigt die Zahl der möglichen

Kreuzkopplungskonfigurationen. So kann 2.B. die erste Vorrichtung mit der dritten Vorrichtimg kreuzweise gekoppelt sein usw.. In Fig. 9 sind "n" mögliche Kreuzkopplungsn vom Kompressor 2 zum Kompressor 4 gezeigt, die jeweils Übertragungsfunktionen f« (s) , f£(^s) ^is ^n^ haJoen,, Es sind auch "n" mögliche Kreuzkopplungen Tom Kompressor 4 zum Kompressor gezeigt, die entsprechend© Ubertragungsfunktionsa, S₁(S)₅ go'(s) bis g,_(s) haben» In der komplementären Sxpanderan-Ordnung d©r Expander 6 und 8 sind die Kreuzkopplungen umge kehrt,, so daß die S₁(S), go(s) und g (s) Kreuzlcopplungeii Tom Expander 6 zum Expander 8 und die f^(s), g2(s) g (s) Kreiizkopplungen vom Expander 8 zum Expander 6 gehen ο Insgesamt kann also ©ine oder es können mehrere Kreuskopplungen entweder vorwärts oder rückwärts - f(s) oder g(s) vorgesehen sein, und die Kreuzkopplung(en) kann nur in einer Richtung erfolgen, wobei Z₀Bo entweder di-3 f(s) oder die g(s)»Richtungen fehlen, oder alternativ in beide Richtungen über eine einzig® Kopplungseinrichtung»

Die Übertragungsfunktionen i^(s)₉ fg(s), g^(s) usw. können durch verschiedene aktive oder passive Vorrichtungen verwirklicht sein, die frequenz- und/oder pegelabhängige Elemente enthalten können» Die Eingangs- und Ausgangsverbindüngen der Kreuzkopplungswega können geeignete Punkte enthalten, um von einem der folgenden Signalwege abzuleiten oder mit einem derselben _Zu koppeln : Eingangssignalweg, Ausgangssignalwsgs Signalweg "Hauptweg" (in einer bilinearen "Dual Path "-Vorrichtung), Signalweg "weiterer Weg" (in einer bilinearen "Dual Path"-Vorrichtung) und der Wechselstromeingangs-= signalweg zu der Steuerschaltung "bzw₀ den Steuerschaltungen«

Pig» 10 zeigt ein Beispiel einer Signalweg-Kreuzkopplungsanordnung zwischen den weiteren Wegen bilinearer "Dual Path"-Kompressoren und -Expander. Die in Reihe geschalteten Vorrichtungen sind so angeordnet, daß die syllabisch© Schwelle der ersten Kompressorsehaltung auf einem höheren Pegel liegt als die zweite Kompressorschal-

tung. Zur Komplementär!tä't ist die Reihenfolge in den in Reihe geschalteten Expanderschaltungen umgekehrt. Mit Block N. und N₂ sind die Schaltungen der weiteren Wege bezeichnet. Bei der An-Ordnung gemäß Fig. 10 wird der Ausgang des weiteren Weges\Hochpegelstufe 280, von N. durch eine Kopplungsschaltung mit einer Transfer- oder übertragungsfunktion f (s) in die "Weiterer Weg"-Scha1-tung, N₂ der Niedrigpegel stufe 282 eingegeben. Die übertragungsfunktion f(s) kann geeignete Frequenz- und Phasencharakteristiken haben, um die Begrenzungswirkung der Niedrigpegel-Kompressorstufe und folglich den Rauschminderungseffekt zu fördern. Wenn die bilinearen Vorrichtungen "Sliding Band"-Vorrichtungen sind, wird das Signal der Hochpegel stufe beispielsweise in die Filterschaltung der Niedrigpegel stufe eingegeben, um die "Sliding Band"-Wirkung zu fördern. Im komplementären Expander wird der Ausgang der Schaltung N, in der Hochpegel-Expanderstufe über die gleiche übertragungscharakteristik f(s) in die "Weiterer Weg"-Schaltung N₂ der Niedrigpegelstufe eingegeben.

Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der in Pig. 10 allgemein gezeigten Anordnung ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Pig. 11 zeigt die in Reihe geschalteten Kompressorschaltungen 280 und 282, wobei die Eingangs- und Ausgangs ve rbindungs punkte für die Kreuzkopplung gezeigt sind, die die Übertragungsfunktion f(s) enthält. Pig. 12 zeigt die Einzelheiten des Netzwerks der Übertragungsfunktion f(s) und dessen Verbindung zur Filterschaltungseinrichtung des Kompressors 282. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird davon ausgegangen, daß die Filterschaltung des

Kompressors 282 der im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen entspricht.

Zum Kreuzkopplungsnetzwerk gemäß Fig. 12 gehört ein Hoch-

frequenz-Anhebungsnetzwerk 284» welches "bei hohen Frequenzen eine 10 dB-Anhebung bewirkt und dessen Grenafrequenz der Ruhegrenzfrequens des Filters der Schaltung entspricht. Der Ausgang des letsswerks 284 wird in zwei Wege gespalten und über eine einstellbare Verstärkungseinrichtung in den festen Filter 20 und den veranderliehen Filter 22 eingegeben. Ein Ende des 3_S3 k/!Widerstandes ia festen Filter 20 wird von der Erde getrennt,und das über ein Potentiometer 286 und einen Verstärker 288 abgeleitet© Signal \fird dann angelegt*, Das Ende des 39 k IX Widerstandes 36a, welches vorher mit der Yerbindungssteile zwischen dem 0,033 uF Kondensator ^d dem 3₅3 k Π Widerstand verbunden war, wird von dieser Verbindungsstelle getrennt und das über ein Potentiometer 290 und einen Verstärker 292 abgeleitete Signal daran angelegt. D@r Verstärker 288 hat eine Verstärkung von ca* 3/4 und der Verstärker 29⁹ Verstärkung eins.

Im Betrieb wa're bsi niedrigen Pegeln die Hochpegel schaltung 280 noch nicht in Funktion. Unter dieser Bedingung entspricht Spannung V« der Spannung Vi, da Spannung V« eine Niedrigpegel-Hochfrequenz-Anhebung enthält (die aus der Verstärkung unterhalb des Schwellwertes der Hochpegel schaltung 280 resultiert)„ die vom Anhebungsnetzwerk 284 nachgebildet wird. Die am festen Filter 20 und am variablen Filter 22 anliegenden Signalpegel können so eingestellt werden, daß die besten Ergebnisse erzielt werden. Wenn ca. 3/4 des Ausgangssignals des Netzwerks 284 an den 3,3 k/1 Widerstand gelangt, wird dessen wirksamer Widerstand ca. 13 k/1. Wenn die Hschpegelschaltung ihre Schwelle erreicht, würden beide Filter 20 und 22 der Niedrigpegelschaltung 282 bereits einen Bandverschiebungserfekt haben, der insgesamt das Verhalten hinsichtlich der Rauschmodulation verbessert, ohne Mittelbandmodulationswirkungen zu verschlechtern, d. h. übertriebene Bandverschiebung wird auf ein Minimum reduziert.

151213

Pig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kreuzkopplung von in Reihe geschalteten"Slid1ng Band-Dual Path "-Vorrichtungen. Die auch schon im Ausführungs-"beispiel gemäß Pig. 11 enthaltenen Bauelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 13 wird eine einzige Steuerschaltung (Blöcke 30, 311 32) durch Addirerwiderstände 304 und 306 von den Ausgängen der weiteren Wege in jedem der in Reihe geschalteten Kompressoren 280 und 282 versorgt. Der Ausgang der Steuerschaltung wird an den variablen Filter 22 jedes der in Reihe geschalteten Kompressoren über entsprechende Pegeleinstelleinrichtungen 308 und 310 (falls benötigt) angelegt. Die Werte der Addirerwiderstände 304 und 306 können so gewählt sein, daß die steuernde Wirkung eines Kompressors im Vergleich zu der eines anderen gewichtet wird. Diese Anordnung ermöglicht eine Einsparung an Schaltkreiskomponenten, hat dabei aber eine Leistung, die großenteils Ausführungsformen ähnlich ist, die für jede der in Reihe geschalteten Vorrichtungen jeweils eine Steuerschaltung aufweisen. Es kann auch eine einzige Steuerschaltung für den Pail von drei oder mehr in Reihe geschalteten Kompressoren oder Expandern vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Ausgang jedes weiteren Weges über eine Summiereinrichtung an den Steuerschaltungseingang angelegt, deren Ausgang über entsprechende Pegeleinstelleinrichtungen (falls benötigt) an die entsprechenden veränderbaren Filter angelegt wird.

Eine einzige Steuerschaltungsanordnung ist auch bei in Reihe geschalteten Pestbandvorriohtungen möglich, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Pig. H zeigt, bei dem Pestbandkompressoren einen einzigen weiteren Weg aufweisen. Die Anordnung eignet sich auch für in Reihe geschaltete Pestbandkompressoren und Expander, die jeweils eine Vielzahl weiterer Wege enthalten. In diesem Fall ist natürlich die gemeinsame Steuerschaltung zwischen die weiteren Wege geschaltet,

die im gleichen Frequenzband arbeiten«

Gemäß Pig. 14 wird das Eingangssignal im Kompressor 326 in einen Hauptv/eg, der an ein kombinierendes Netzwerk 316 angelegt wird, und in einen weiteren Weg unterteilt„ der einen festen Filter 312 und einen spannungsgesteuerten Verstärker VGA 3 H enthält. Der YGA kann ein FET-Dämpfer sein, auf den ein Verstärker folgt, vrie im Zusammenhang mit Figo 8 beschrieben (Blöcke 270 und 272)» Im zweiten Kompressor 328 wird die Schwelle eines VGA 3H' gegenüber dem VGA 314 des ersten Kompressors 326 gestaffelt, wie in der belgischen Patentschrift 889 428 beschrieben» Eine gemeinsame Steuerschaltung (Blöcke 276, 278, 280 und 282„ wie im Zusammenhang mit Pig. 8 beschrieben) wird durch Summierwiderstände 318 und 320 vom Ausgang des weiteren Weges in einer anhand des Ausführungsbeispiels gemäß PIg₀ 15 "beschriebenen Weise versorgt. Der Ausgang der Steuerschaltung wird über Pegeleinstelleinrichtungen 322 und 324 an die beiden VGA 314 und 314' angelegt. Ebenso wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig_ffl 15 erwähnt, ist auch diese Anordnung für drei oder mehr in Reihe geschaltete Pestbandvorrichtungen verwendbar.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Figo 13 und H beruhen beide auf der Beobachtung, daß bei derartigen in Reihe geschalteten Kompressoren und Expandern die Dynamikwirkung auf einmal hauptsächlich in einer Stufe erfolgt. Ausgehend von EingangsSignalen niedrigen Pegels erzeugt beispielsweise die Stufe mit dem niedrigsten Pegel den größten Anteil des kombinierten Steuersignals. In dem Maß, in dem der Eingang ssignalpe gel steigt, scheidet die Stufe des niedrigsten Pegels aus der dynamischen Wirkung aus und die Stufe mit dem nächst höheren Schwellenpegel wird aktiv und trägt den größten Teil zum kombinierten Steuersignal bei.

Claims

Ansprüche

ij Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamikb©reichs von Eingangsinformationssignalen mit einer ersten Schaltung mit einer bilinearen Charakteristik, die aus einem Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung "bis zu einer Schwelle, einem Zwischenpegelteil oberhalb der Schwelle mit veränderlicher Verstärkung, die ein maximales Korn= pressionsyerhältnis oder Expansionsverhältnis liefert, und einem Hochpegelteil mit einer von der Verstärkung des Nieörigpegelteils unterschiedliche^im wesentlichen konstanten Verstärkung zusammengesetzt ist, mindestens einer zweiten, auf die erste Schaltung folgenden Schaltung, die gleichfalls eine bilineare Charakteristik innerhalb eines den Schaltungen gemeinsamen Frequenzbereichs hat, wobei die Zwischenpegelteile der Charakteristiken der schaltungen innerhalb eines den Schaltungen gemeinsamen Frequenzbereichs so gestaffelt sind;, daß eine Änderung der Verstärkung in einem größeren Bereich von Zwischeneingangspegeln als für jede der Schaltungen allein und ein© vergrößerte Differenz zwischen den Verstärkungen bei niedrigem und hohem Eingangspegel aber bei maximalem Kompressions- oder Expansionsverhältnis erzielbar ist, welches im wesentlichen nicht größer ist als das jeder beliebigen der Schaltungen allein, aufgrund der Staffelung,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kopplungsschaltung Informationssignalkomponenten in einer der Schaltungen mit einem Signalweg in einer anderen der Schaltungen verbindet, um die Aktion der genannten anderen Schaltung in Abhängigkeit vom Zustand der einen Schaltung zu modifizieren,

2ο Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der jede der mit einer Koppelschaltung verbundenen Schaltungen einen Hauptsignalweg, der eine lineare Charakteristik in Bezug auf den Dynamikbereich hat, und einen Nebensignalweg auf-

weist, der eine nichtlineare Charakteristik in Bezug auf den Dynamikbereich hat und dessen Eingang mit dem Eingang oder Ausgang des HauptSignalweges und dessen Ausgang mit kombinierenden Einrichtungen im Hauptsignalweg verbunden ist, die das Signal des Nebenweges additiv oder subtraktiv mit dem Signal des Hauptweges kombinieren, dadurch gekennze ichnet, daß die Kopplungsschaltung einen Eingang hat, der mit dem Ausgang des Nebenweges bzw. weiteren Weges der genannten einen Schaltung verbunden ist, und einen Ausgang, der zum Eingeben eines Signals in den Nebenweg bzw. weiteren Weg der genannten anderen Schaltung verbunden ist.

3ο Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Steuerschaltung vorgesehen ist, die die Dynamikwirkung der Schaltungen steuert und die genannte Kopplungsschaltung darstellt und Signalkomponenten von den Schaltungen ableitet und ein Signal zum Steuern der Dynamikwirkung der Schaltungen liefert.