DE3151213C2

DE3151213C2 -

Info

Publication number: DE3151213C2
Application number: DE3151213A
Authority: DE
Inventors: Ray Milton San Francisco Calif. Us Dolby
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1992-11-19
Also published as: BE901907Q; NL192905C; DE3151213A1; KR890000333B1; GB2111356B; GB2111356A; CH656270A5; NL192905B; MY8700931A; FR2517495A1; CA1177759A; SE449282B; KR830008463A; SE8107496L; DE3153730C2; FR2517495B1; NL8105776A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Schaltungsanordnungen zum Modifizieren des Dynamikbereichs von Informationssignalen sind Kompressoren, die den Dyna mikbereich komprimieren, und Expander, die den Dynamikbe reich expandieren. Kompressoren und komplementäre Expander werden häufig als sogenanntes Kompandersystem zur Rausch minderung eingesetzt. Dabei wird ein Signal vor einer Über tragung oder Aufzeichnung komprimiert und nach dem Empfang bzw. der Wiedergabe expandiert. Sowohl Kompressoren als auch Expander könnten jedoch auch unabhängig voneinander eingesetzt werden, so daß nur eine Kompression bzw. nur eine Expansion stattfindet. Derartige Einsatzbereiche sind grundsätzlich bekannt und brauchen hier nicht näher darge stellt zu werden.

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 Ausgangsbe reich von (N-10) dB komprimiert wird. Bei einem Rauschmin derungssystem spricht man von 10 dB Rauschminderung wenn einer Kompression von 10 dB eine komplementäre Expansion von 10 dB folgt.

Die Erfindung geht von Schaltungsanordnungen mit einer oder mehreren Schaltungen zum Modifizieren des Dynamikbereichs aus, bei denen je der Zusammenhang zwischen Ausgangspegel und Eingangspegel einer sogenannten bilinearen Kennlinie (Charakteristik) entspricht, wobei "linear" eine konstante Verstärkung bedeutet. Unter einer bilinearen Kennlinie versteht man in diesem Zusammenhang eine Kennlinie mit

1) einem ersten Abschnitt im wesentlichen konstanter Ver stärkung im Bereich niedriger Eingangspegel bis zu einer Schwelle (linearer Niedrigpegelteil),
2) einem mittleren Abschnitt oberhalb der Schwelle bis zu einem Endpunkt mit veränderlicher Verstärkung, die ein ma ximales Kompressions- oder Expansionsverhältnis bewirkt (nicht-linearer Zwischenpegelteil), und
3) einem dritten Abschnitt im Bereich hoher Eingangspegel mit im wesentlichen konstanter Verstärkung, die von der Verstärkung des ersten Abschnitts verschieden ist (linearer Hochpegelteil).

Diese Art von Kennlinien bezeichnet man deshalb als bili near, weil sie zwei Abschnitte, nämlich den Niedrigpegel teil und den Hochpegelteil, mit im wesentlichen gleichblei bender Verstärkung aufweist.

In der Praxis sind die Schwelle und der Endpunkt häufig nicht sehr genau festgelegte "Punkte". Die beiden Über gangsbereiche, wo der Zwischenpegelteil in den linearen Niedrigpegelteil und in den linearen Hochpegelteil über geht, können jeweils verschiedenste Formen von einer glat ten bis zu einer scharf gebogenen Kurve haben, je nach der Steuerkennlinie des Kompressors und Expanders.

Es sei außerdem noch darauf hingewiesen, daß Schaltungsan ordnungen mit bilinearer Charakteristik sich von zwei ande ren bekannten Klassen von Schaltungsanordnungen unterschei den, nämlich

a) einer logarithmischen oder nichtlinearen Schal tungsanordnung entweder mit fester oder sich ändernder Neigung und ohne linearen Teil: die Verstärkung ändert sich über den ganzen Dyna mikbereich hinweg;
b) Schaltungsanordnungen mit einer Charakteristik, die zwei oder mehr Teile hat, von denen nur einer line ar 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 Ge fahr einer Steuerung der Schaltung durch Rauschen auszu schließen. Aufgrund der im wesentlichen konstanten Verstär kung des Hochpegelteils wird eine nichtlineare Behandlung von Hochpegelsignalen vermieden, die sonst Verzerrungen bringen würde. Im Fall eines Audiosignals, für das die Schaltung syllabisch sein muß, bietet der Hochpegelteil außerdem einen Bereich, innerhalb dessen die Überschwin gungen behandelt werden können, die bei einer syllabischen Schaltung auftreten, wenn der Signalpegel abrupt steigt. Die Überschwingungen werden durch Clipperdioden oder ähn liche Einrichtungen unterdrückt. Diese Kombination von Vorteilen ist nur mit bilinearen Charakteristiken erziel bar.

Bekannte Schaltungen mit einer einzigen Stufe mit bili nearer Charakteristik, wie sie heutzutage in Audioerzeugnis sen 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.

Vor den oben erwähnten Schaltungen waren Schaltungen be kannt und im Handel erhältlich, die eine Kompression oder Expansion von 20 dB und sogar noch mehr ermöglichten; 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 niedri gen und sehr hohen Signalpegeln stärker unter Verzerrungs- und Signalgleichlaufproblemen als die bilinearen Schaltun gen, bei denen die Änderung der Verstärkung auf einen Zwi schenbereich der Charakteristik beschränkt ist, und Über schwingungsprobleme treten stärker auf als bei Anordnungen mit bilinearer Charakteristik. Bei bekannten Kompandern mit konstanter Neigung liegen die Kompressionsverhältnisse im Bereich von 1,5 : 1, 2 : 1 und 3 : 1, wobei 2 : 1 das üblichste Verhältnis ist.

Bei einer aus der belgischen Patentschrift 8 89 428 bekann ten Schaltungsanordnung folgen auf eine erste Schaltung, die eine bilineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristik hat, eine oder mehrere weitere Schaltungen, die gleichfalls bi lineare Charakteristiken bei jeder beliebigen Frequenz innerhalb eines den Schaltungen gemeinsamen Frequenzbe reichs haben. Die Schwellen und Dynamikbereiche der Schal tungen sind auf verschiedene Werte eingestellt, um die Zwischen- oder Mittelpegelteile der Charakteristiken der Schaltungen so zu staffeln, daß eine Verstärkungsänderung über einen größeren Bereich von mittleren Eingangspegeln als für jede der Schaltungen allein erzielt wird, und daß zwischen den Gesamtverstärkungen bei niedrigem und hohem Eingangspegel ein größerer Unterschied erhalten wird. Dabei wird jedoch durch die Staffelung das maximale Kompressions- oder Expansionsverhältnis im wesentlichen nicht größer als das maximale Kompressionsverhältnis einer einzelnen Schal tung allein. Bei diesem Stand der Technik ist jede Schal tung mit einer eigenen Steuersignalerzeugungsschaltung ver sehen.

Wenn bei Audioschaltungen die Schaltungen Elemente zum Un terdrücken (Begrenzen) von Überschwingungen haben, können deren Schwellen gleichfalls gemeinsam mit der Staffelung der syllabischen Schwellen gestaffelt werden. Die Über schwingungen der Schaltungen oder Stufen mit dem niedrige ren Pegel werden entsprechend herabgesetzt, wobei eine mi nimale Gesamtüberschwingung der verschiedenen Stufen er folgt. Dies steht im Gegensatz zu bekannten logarithmischen Kompressoren, bei denen von Natur aus starke Überschwingun gen erzeugt werden.

Jede der Schaltungen kann eine Änderung des Spektralgehalts des Signals einführen, z. B. eine Höhenanhebung bei niedri gem Pegel im Fall eines Kompressors. So kann jede nachfol gende Stufe durch ein Signal mit einem sich progressiv än dernden Spektralgehalt betätigt werden. Im Fall von kom plexen Signalen hat das zur Folge, daß die Fehlerchancen bei der Decodierfunktion spektral ausgebreitet werden. Im Fall eines Bandaufzeichnungsgeräts mit ungleichmäßiger Fre quenzgangcharakteristik verringert z. B. die Tendenz zu spektraler Verlagerung die Gesamtfehler der Dynamik und des Frequenzganges im decodierten Ergebnis.

Die Möglichkeit der Staffelung bilinearer Schaltungen oder Stufen gibt dem Konstrukteur ein zusätzliches Mittel, um eine Gesamtschaltung zu optimieren. Dabei können die Kom pressionscharakteristiken einzelner Stufen insbesondere im Hinblick auf die Staffelung ausgelegt werden. Die Über gangscharakteristiken 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 Schal tung, 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 Fall der Kom pression oder Absenkung im Fall der Expansion mit Hilfe ei nes Hochpaßfilters mit veränderlicher unterer Grenzfre quenz. In dem Maß, in dem der Signalpegel im Hochfrequenz band steigt, gleitet die Grenzfrequenz des Filters nach oben und engt dabei das angehobene oder abgesenkte Band ein und schließt das Nutzsignal von der Anhebung oder Absenkung aus. Beispiele für derartige Schaltungen finden sich in US Re 28 426, US 37 57 254, US 40 72 914, US 39 34 190 und der japanischen Patentanmeldung 55 529/71.

Entsprechend kann sowohl die erste als auch die zweite Schaltung eine derartige "Sliding Band"-Schaltung sein. Im Prinzip können die Ruhegrenzfrequenzen der beiden "Sliding Band"-Schaltungen unterschiedlich sein, und das kann dazu genutzt werden, einen Grad an Kompression oder Expansion zu erhalten, der in einem Teil des behandelten Frequenzbandes größer ist als in einem anderen. Jedoch sind bei einer ab gewandelten Ausführungsform die Grenzfrequenzen im wesent lichen identisch gewählt. Das hat den Vorteil stärkerer Diskriminierungen zwischen dem Frequenzbereich, in welchem eine Anhebung oder Absenkung angewendet wird, und dem Be reich, in dem das nicht geschieht, und dementsprechend eine schärfere Diskriminierung zwischen dem Bereich, in dem eine Rauschminderung nicht mehr stattfindet, weil ein signifi kantes Nutzsignal auftritt, und dem Bereich, in dem die Rauschminderung wirksam bleibt.

Andererseits sind aber auch Schaltungen allgemein bekannt, bei denen das Frequenzspektrum durch entsprechende Bandpaß filter in eine Vielzahl von Bändern unterteilt wird, die Kompression oder Expansion in jedem Band im Fall eines Kom pressors mittels einer Verstärkungssteuervorrichtung (ent weder ein selbsttätig ansprechender, diodenartiger Begren zer oder ein gesteuerter Begrenzer) erfolgt und im Falle eines Expanders beliebige reziproke oder komplementäre Schaltungen vorgesehen sind. Beispiele für diese Art von Schaltkreisen finden sich in US 38 46 719. Diese Spalt band- 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 Band" als auch der Spaltbandart unter Verwen dung nur eines einzigen Signalweges aufzubauen. Insgesamt wird jedoch eine Konstruktion derartiger Vorrichtungen be vorzugt, die eine Hauptsignalschaltung, 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 Hauptsignal schaltung ableitet und deren Ausgang mit der Kombinations schaltung 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 Hauptsignalschaltung in der Kombinationsschaltung verstärkt bzw. angehoben, während dem Signal der Hauptsignalschaltung das Signal der Haupt signalschaltung in der Kombinationsschaltung verstärkt bzw. angehoben, während dem Signal der Hauptsignalschaltung im Fall der Expansion entgegengewirkt wird. Das begrenzte Sig nal der weiteren Schaltung ist kleiner als das Signal der Hauptsignalschaltung im oberen Teil des Eingangsdynamikbe reichs. Es ist am vorteilhaftesten und zweckmäßigsten, wenn die Hauptsignalschaltung und die weitere Schaltung getrennt identifizierbare Signalwege sind, eine sogenannte "Dual-Path" oder Zweiweg-Schaltungsanordnung.

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 Rauschpegels gibt; unterhalb dieser Schwelle ist der weitere Weg linear. Der Zwischenpegelteil wird von demjenigen Bereich geschaffen, in welchem die Begrenzungs wirkung des weiteren Weges teilweise wirksam wird, und der Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung ergibt sich, nachdem der Begrenzer voll wirksam geworden ist, so daß das Signal des weiteren Weges nicht mehr zu nimmt und im Vergleich zum Signal des Hauptweges vernach lässigbar wird. Im höchsten Teil des Eingangsdynamikbe reichs ist der Ausgang der Schaltungsanordnung tatsächlich nur das vom linearen Hauptweg hindurchgelassene Signal, d. h. linear im Hinblick auf den Dynamikbereich. Bei "Dual-Path"-Audioschaltungen ist es besonders einfach, für Überschwingungsunterdrückung zu sorgen.

Beispiele dieser bekannten Schaltungen finden sich in US 38 46 719, US 39 03 485 und US Re 28 426. Es sind auch ana loge Schaltungen bekannt, mit denen ähnliche Ergebnisse er zielt werden, bei denen jedoch der weitere Weg Charakteri stiken hat, die zu Begrenzercharakteristiken invers 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 38 28 280 und US 38 75 537).

Jede dieser bekannten bilinearen Schaltungen kann folglich als erste und zweite Schaltung der erfindungsgemäßen Rei henschaltungsanordnungen verwendet werden.

Wie schon erwähnt, ist es nicht unbedingt wichtig, die ge wünschte Art der bilinearen Charakteristik durch solche "Dual-Path"-Techniken zu erzeugen. Es gibt auch Alternati ven, bei denen mit Einzelwegen gearbeitet wird, wie z. B. in US 37 57 254, US 39 67 219, US 40 72 914, 39 09 733 und der japanischen Patentanmeldung 55 529/71 beschrieben. Mit die sen alternativen Schaltungen können meistens nicht so gute Ergebnisse erzielt werden wie mit "Dual-Path"-Schaltungen oder sie können weniger zweckmäßig und deshalb weniger wirtschaftlich sein; aber sie können insgesamt gleichwer tige Ergebnisse hervorbringen. Folglich können diese be kannten 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.

Eine vor dem 1. Dezember 1981 bereits in handelsüblichen Geräten eingesetzte und in der nachveröffentlichten US 44 98 060 (Fig. 13 und 14) beschriebene Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamikbereichs von Eingangsinformationssignalen, weist eine erste Schal tung auf, die in einem ersten Frequenzbereich eine bilinea re Eingangs/Ausgangs-Kennlinie aufweist, mit einem ersten Abschnitt im wesentlichen konstanter Verstärkung im Bereich niedriger Eingangspegel bis zu einem Schwellenwert, einem mittleren Abschnitt oberhalb des Schwellenwerts mit verän derlicher Verstärkung, die ein maximales Kompressions- oder Expansionsverhältnis bewirkt, und einem dritten Abschnitt im Bereich hoher Eingangspegel mit im wesentlicher konstan ter Verstärkung, die von der Verstärkung des ersten Ab schnitts verschieden ist. Der ersten Schaltung folgt eine zweite Schaltung, die innerhalb desselben Frequenzbereichs wie die erste Schaltung eine bilineare Eingangs/Ausgangs-Kenn linie aufweist, wobei die mittleren Abschnitte der Kennlinien der beiden Schaltungen derart gestaffelt sind, daß eine Verstärkungsänderung über einen weiteren Bereich mittlerer Eingangspegel als für jede der Schaltungen allein und eine erhöhte Differenz zwischen den Verstärkungen bei niedrigen und hohen Eingangspegeln erreicht wird, ohne daß durch die Staffelung das maximale Kompressions- oder Expan sionsverhältnis wesentlich größer wird als das jeder der Schaltungen für sich. Eine Kreuzkopplungsanordnung ist zur Ableitung eines Signals in einem Steuersignalweg der einen Schaltung und zum Verarbeiten des Signals und Einspeisen des verarbeiteten Signals in den Steuersignalweg der an deren Schaltung vorgesehen.

Bei diesem Stand der Technik hat man zur Optimierung der durch die Staffelung der beiden bilinearen Schaltungen er öffneten Möglichkeiten die Steuersignalgeneratoren der bei den Schaltungen untereinander gekoppelt. Das heißt von dem Steuersignalgenerator der einen Schaltung wurde ein Signal abgeleitet und in den Steuersignalgenerator der anderen Schaltung eingespeist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamikbereichs von Eingangsinformations signalen mit einer Reihenschaltung von wenigstens zwei Schaltungen zum Modifizieren des Dynamikbereichs, die je eine bilineare Kennlinie aufweisen, und deren mittlere Kennlinienabschnitte gestaffelt sind, zu schaffen, bei der wenigstens eine der folgenden Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, nämlich a) die Unempfind lichkeit des Systems gegenüber einer Steuerung durch uner wünschte Signale, b) die Unterdrückung von Rauschmodula tionseffekten, c) die Unterdrückung unerwünschter Reaktio nen der Schaltungsanordnung, d) geringere Anforderungen an einzelne Schaltungselement, e) Erhöhung der Kompression oder Expansion ohne Nebenwirkungen und f) Verringerung der Kompliziertheit und Kosten der gesamten Schaltungsanord nung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Lehre der Erfindung werden zusätzliche Techniken der kreuzweisen Kopplung bilinearer, gestaffelter Reihen schaltungen durch Verwendung einer gemeinsamen Steuerschal tung für die in Reihe miteinander verbundenen Vorrichtungen geschaffen. Diese Kreuzkopplung kann a) dazu beitragen, das System gegenüber Steuerung durch unerwünschte Signale immun zu machen, b) dazu beitragen, die Rauschmodulationswirkun gen zu verringern, c) wilde Antworten unterdrücken, d) eine Herabsetzung von einzelnen Anforderungen an die Schaltung erlauben, e) die Kompression oder Expansion ohne Nebenwir kungen vergrößern, f) die Kompliziertheit und Kosten usw. der Gesamtschaltung herabsetzen. Ein Merkmal der gestaffel ten bilinearen Reihenschaltungen besteht darin, daß sie mit verschiedenen Betriebsschwellen arbeiten und meistens auch mit verschiedenen Überschwingungsschwellen (mindestens im Fall von Audiovorrichtungen). Folglich sprechen die Schal tungen unterschiedlich an. Die Kreuzkopplung von Wechsel stromsignalen zwischen oder unter den Reihenschaltungen gibt dem Konstruktionsingenieur einen zusätzlichen Kon struktionsparameter, der zur optimalen Gestaltung des Be triebs des Systems nützlich sein kann.

Bei bilinearen "Dual-Path"-Schaltungen kann z. B. der Sig nalausgang des Rauschminderungsweges einer Schaltung mit höherem Schwellenpegel an die Schaltung mit niedrigerem Schwellenpegel angelegt und bei geeignetem Frequenzgang und Phasenmodifizierungen in die festen und variablen Filtersi gnalschaltungen eingegeben werden, um so aktive Filterwir kungen hervorzurufen, die die "Sliding Band"-Wirkung und die anschließende Rauschminderungswirkung fördern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen beispielhaften Satz von Kurven zur Darstel lung komplementärer bilinearer Kompressions- und Expansionscharakteristiken,

Fig. 2 ein allgemeines Blockschaltbild bilinearer, in Reihe geschalteter Vorrichtungen,

Fig. 3 ein Schaltschema eines bekannten "Sliding Band"-Kom pressors,

Fig. 4 ein Schaltschema eines bekannten "Sliding Band"-Ex panders,

Fig. 5 ein Schaltschema einer Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines bilinearen "Dualh"-Path-"Sliding Band"-Kompressors wie im Zusammenhang mit Fig. 3 oder Fig. 3 mit der Abwandlung gemäß Fig. 5 beschrieben,

Fig. 7 und 8 Blockschaltbilder eines bekannten Festband kompressors und -expanders,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Er findung, die in einer Anordnung mit einer gemein samen Steuerschaltung für bilineare, in Reihe ge schaltete "Sliding Band"-Vorrichtungen verwirklicht ist,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Er findung, die in einer Anordnung verwirklicht ist, welche bilinearen, in Reihe geschalteten Festband vorrichtungen eine gemeinsame Steuerung liefert,

Fig. 11 ein detailliertes Blockschaltbild des Ausführungs beispiels gemäß Fig. 10, und

Fig. 12 ein Schaltschema eines beispielhaften Kreuzkopp lungsnetzwerks zur Verwendung beim Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 11.

In Fig. 1 sind beispielhafte bilineare komplementäre Kom pressions- und Expansionsübertragungscharakteristiken bei einer bestimmten Frequenz gezeigt, die für die Kompressi onscharakteristik den Niedrigpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung, die Schwelle, den Teil, wo die dy namische Aktion erfolgt, den Endpunkt und den Hochpegelteil mit im wesentlichen konstanter Verstärkung zu erkennen ge ben.

Fig. 2 zeigt allgemein bilineare, in Reihe geschaltete Vor richtungen: ein erster bilinearer Kompressor 2 erhält Ein gangsinformation und liegt mit seinem Ausgang an einem zweiten bilinearen Kompressor 4 an, der mit ihm in Reihe geschaltet ist und dessen Ausgang an einem rauschbehafteten, Informa tion übertragenden Kanal N anliegt. Ein Paar in Reihe geschalteter bilinearer Expander 6 und 8 erhalten den Eingang vom Kanal N am Expander 6 und liefern am Ausgang des Expan ders 8 einen Rauschminderungssystemausgang. Die Bereiche der Dynamikwirkung der in Reihe liegenden Vorrichtungen sind im Verhältnis zueinander innerhalb des den Vorrichtungen ge meinsamen Frequenzbereichs voneinander getrennt, d. h. ge staffelt. Obwohl in der Figur je zwei Vorrichtungen an je der Seite des Informationskanals N vorgesehen sind, können jeweils auch mehr als zwei Vorrichtungen verwendet werden. Die Erfindung sieht die Kreuzkopplung von zwei oder mehr bilinearen, in Reihe geschalteten Kompressoren oder Ex pandern vor, wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird. Bei einer Ausführung als komplementäres Rauschminderungssy stem sind bilineare Kompressoren und Expander in Reihen schaltung in gleicher Anzahl vorgesehen.

Die im Kompressor gewählte Reihenfolge der Stufen, die ei ne bestimmte Charakteristik haben, ist im Expander umgekehrt. Die letzte Stufe des Expanders ist z. B. zur ersten Stufe des Kompressors in jeder Hinsicht komplementär - eingeschwungener Zustand und zeitabhängiges dynamisches Ansprechen (Frequenz, Phase und Übergangsansprechverhalten unter allen Bedingungen des Signalpegels und der Dynamik).

Wie schon erwähnt, ist vorzugsweise meistens die Hochpegel stufe die erste in einer Kompressorreihe und die Niedrigpe gelstufe die letzte. Jedoch ist auch eine umgekehrte Anord nung möglich. Im umgekehrten Fall braucht der Steuerverstär ker 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 "Sliding Band"-Systemen meistens zu einem schlechten Verhalten hinsichtlich der 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 Tatsa che, daß die Signalverstärkung jeder früheren Stufe im we sentlichen 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 Stufenver stärkungen und Schwellen. Die Schwellen der nachgeschalte ten 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 aus geschaltet und die Schwelle der Niedrigpegelstufe effektiv um 10 dB erhöht. Bei "Sliding Band"-Kompandern verbessert dies das Verhalten der Rauschminderungswirkung hinsichtlich Rauschmodulation.

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 al so bei der bevorzugten Anordnung die vorherrschenden Signal verstärkungen der einzelnen Stufen bestmöglich ausgenutzt. Das bedeutet:

1. Bei Signalbedingungen mit sehr niedrigem Pegel (unter halb der Schwelle) ist die in jeder Stufe erforderliche Verstärkung des Steuerverstärkers um ein Ausmaß verrin gert, welches den kumulativen Signalverstärkungen aller vorhergehenden Stufen entspricht.
2. Es wird eine vom Signal abhängige, variable Schwellen wirkung erzielt, wodurch bei "Sliding Band"-Stufen die Rausch modulationseffekte verringert werden. Die effektiven Schwellen der Niedrigpegelstufen werden mit zunehmendem Signalpegel bei einer bestimmten Frequenz progressiv er höht. Bei hohen Signalpegeln (im linearen Hochpegelteil der Übertragungscharakteristik) wird die effektive Schwel le der Stufe mit dem niedrigsten Pegel um einen Wert an gehoben, der allen Niedrigpegelstufenverstärkungen (un terhalb der Schwelle) bis zu diesem Punkt entspricht.

Eine bekannte Ausführungsform bilinearer, in Reihe geschal teter Prozessoren arbeitet mit in Reihe geschalteten "Sliding- Band"-Vorrichtungen: die Kompressoren 2 und 4 und die Expan der 6 und 8 gemäß Fig. 2 sind "Sliding Band"-Vorrichtungen wie sie in US-PS Re 28 426 beschrieben sind, mit Abwandlungen gemäß der belgischen Patentschrift 8 89 428. Zu diesen Ab wandlungen gehört, daß die syllabischen und Überschwingungs schwellen gestaffelt und die Filtergrenzfrequenzen geändert sind.

Einzelheiten der grundlegenden Schaltung sind in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, die den Fig. 4, 5 bzw. 10 der US-PS Re 28 426 entsprechen, und weitere Einzelheiten dieser Schaltungen, ihr Betrieb und die ihnen zugrundeliegende Theorie sind dort beschrieben. Die nachfolgende Beschrei bung der Fig. 3, 4 und 5 ist zu einem großen Teil aus US-PS Re 28 426 entnommen.

Die Schaltung gemäß Fig. 3 ist besonders zum Einbau in den Aufnahmekanal eines Heimbandgeräts ausgelegt, wobei zwei solche Schaltungen für ein Stereogerät nötig sind. Das Ein gangssignal wird an einem Anschluß 10 an eine Emitterfolger stufe 12 angelegt, die ein Niedrigimpedanzsignal liefert. Dies Signal wird zunächst über einen Geradeaus- Hauptweg, 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 Widerstän de 14 und 18 addieren die Ausgänge des Haupt- und des weiteren Weges, um das geforderte Kompressionsgesetz zu verwirklichen.

Der weitere Weg besteht aus einem festen Fil ter 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 Doppel diodenbegrenzer oder Clipper 28 und mit dem Widerstand 18 verbunden ist. Der nichtlineare Begrenzer unterdrückt Über schwingungen des Ausgangssignals mit abrupt steigenden Ein gangssignalen. Der Verstärker 26 verstärkt das Signal im weiteren Weg auf einen solchen Pegel, daß der Kennlinienknick des Begrenzers bzw. Überschwingungsunter drückers 28, der Siliziumdioden aufweist, bei dem entspre chenden Signalpegel unter Übergangsbedingungen wirksam ist. Die wirksame Schwelle des Überschwingungsunterdrückers liegt etwas oberhalb der des syllabischen Filter/Begrenzers. Die Widerstände 14 und 18 snd so bemessen, daß der erforderli che Kompensationsgrad der Dämpfung dann für das Signal im weiteren Weg zur Verfügung steht.

Der Ausgang des Verstärkers 26 ist auch mit einem Verstär ker 30 verbunden, dessen Ausgang durch eine Germaniumdiode 31 gleichgerichtet und durch einen Glättungsfilter 32 inte griert wird, um die Steuerspannung für den FET 24 zu erhal ten.

Es werden zwei einfache RC-Filter benutzt, obwohl auch gleichwertige LC- oder LCR-Filter verwendet werden könnten. Das feste Filter 20 hat eine Grenzfrequenz von 1700 Hz (nun 1500 Hz), unterhalb der eine verminderte Kompression stattfindet. Das Filter 22 weist einen Reihenkondensator 34 und einen Nebenschlußwiderstand 36 auf, denen ein Reihenwi derstand 38 und der FET 24 folgen, wobei der Source-Drain-Weg dieses Transistors als Nebenschlußwiderstand geschaltet ist. Im Ruhezustand mit einem Nullsignal am Gate des FET 24 ist dieser gesperrt und bietet eine im wesentlichen unendlich große Impedanz; das Vorhandensein des Widerstandes 38 kann dann ignoriert werden. Die Grenzfrequenzen des Filters 22 ist damit 800 Hz (nun 750 Hz) was ersichtlich ganz beträchtlich unter der Grenzfrequenz des festen Filters 20 liegt.

Wenn das Signal am Gate so weit ansteigt, daß der Wider stand des FET auf weniger als z. B. 1 kΩ absinkt, überbrückt der Widerstand 38 im wesentlichen effektiv den Widerstand 36, und die Grenzfrequenz steigt, wodurch das Durchlaßband des Filters deutlich eingeengt wird. Der Anstieg der Grenzfre quenz ist natürlich ein progressiver Vorgang.

Die Verwendung eines FET ist deshalb zweckmäßig, weil eine solche Vorrichtung innerhalb eines geeigneten, eingeschränk ten Bereich von Signalamplituden im wesentlichen wie ein linearer Widerstand (für Signale der einen oder anderen Po larität) wirkt, dessen Wert von der Steuerspannung am Gate bestimmt ist.

DerWiderstand 36 und der FET sind zu einem verstellbaren Abgriff 46 in einem Potentialteiler zurückgeführt, der eine Germaniumdiode 48 zum Temperaturausgleich enthält. Der Ab griff 46 ermöglicht eine Einstellung der Kompressionsschwel le des Filters 22.

Der Verstärker 26 weist komplementäre Transistoren auf, die eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangs impedanz ergeben. Da der Verstärker den Diodenbegrenzer 28 treibt, ist eine endliche Ausgangsimpedanz nötig, die ein Koppelwiderstand 50 zur Verfügung stellt. Wie schon gesagt, handelt es sich bei den Dioden 28 um Siliziumdioden mit einem scharfen Knick in der Gegens von 1/2 V.

Das Signal am Begrenzer und damit am Widerstand 18 kann mit tels 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- Zeitkonstanten-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 Signalverzerung zu vermeiden.

Der Verstärker ist mit dem Glättungsfilter 32 über die Gleichrichterdiode 31 verbunden. Das Filter weist einen Reihenwiderstand 54 und einen Nebenschlußkondensator 56 auf. Im Nebenschluß zum Widerstand 54 ist eine Silizumdiode 58 vorgesehen, die ein rasches Aufladen des Kondensators 56 für einen schnellen Anstieg gemeinsam mit guter Glättung in eingeschwungenem Zustand ermöglicht. Die Spannung am Konden sator 56 liegt unmittelbar am Gate des FET 24 an.

Ein vollständiges Schaltbild des komplementären Expanders ist in Fig. 4 gezeigt. Eine vollständige Beschrei bung ist jedoch deshalb nicht nötig, weil die Schaltung identisch mit der in Fig. 3 gezeigten ist, so daß auch Wer te 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 Aus gangsanschluß 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 ei ne niedrige Treibimpedanz zu gewährleisten, ist der Eingangs anschluß 10a über eine Emitterfolgerstufe 60 mit dem Wider stand 14 verbunden. Es müssen entsprechende Maßnahmen ge troffen werden, um zu verhindern, daß Vorspannung in den Expander gelangt.

Der Verstärker 26a wird dadurch invertierend gemacht, daß der Ausgang vom Emitter statt vom Kollektor des zweiten (PNP) Transistors genommen wird. Zu dieser Änderung gehört eine Verlagerung des 10 kΩ Widerstandes 62 (Fig. 3) vom Kollektor zum Emitter (Fig. 3), wodurch automatisch eine geeignete Ausgangsimpedanz zum Treiben des Begrenzers erhal ten wird. Deshalb fehlt in Fig. 4 der Widerstand 50.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es beim Abgleichen ei nes vollständigen Rauschminderungssystems wichtig ist, glei che Signalpegel an den Emittern der Transistoren 12 sowohl im Kompressor als auch im Expander zu haben. Deshalb sind, wie gezeigt, mit diesen Emittern Meßanschlüsse M verbunden.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Schaltung zum Ersatz der Schal tung zwischen den Punkten A, B und C in den Fig. 3 und 4. Wenn der FET 24 gesperrt ist, ist das zweite RC-Netzwerk 22 außer Betrieb und das erste RC-Netzwerk 20 bestimmt dann das Verhalten des weiteren Weges. Die verbesserte Schaltung vereinigt die Phasenvorteile, die darin bestehen, daß im Ruhezustand nur eine einzige RC-Sektion vorhanden ist, wäh rend bei Vorhandensein eines Signals die Dämpfungscharakte ristik eines RC-Filters mit zwei Sektionen mit 12 dB pro Oktave gegeben ist.

Bei der Verwirklichung der Schaltung unter Verwendung von MPF 104 FET's ist der 39-k-Ω-Widerstand 36a nötig, um eine endliche Source-Impedanz zu erhalten, in die der FET arbeiten kann. Auf diese Weise wird das Kompressionsverhältnis bei allen Frequenzen und Pegeln auf einem Maximum von ca. 2 gehalten. Der 39-k-Ω-Widerstand 36a hat die gleiche Funktion der Be grenzung des Kompressionsverhältnisses bei dieser verbesser ten Schaltung wie der Widerstand 36 bei der Schaltung gemäß Fig. 6 oder 7. Darüber hinaus liefert dieser Widerstand ei nen Niedrigfrequenzweg für das Signal.

Gewisse Einzelheiten der Schaltung gemäß Fig. 3, 4 und 5 sind im Lauf der Jahre weiterentwickelt worden, und es gibt Ver öfentlichungen über modernere Formen der Schaltung, die in der Technik bekannt sind. Die Bezugnahme auf die spe zielle Schaltung gemäß US-PS Re 28 426 erfolgt aus Gründen der Zweckmäßigkeit bei der vorliegenden Darstellung.

In der belgischen Patentschrift 8 89 428 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 Än derung der Frequenzen der Filter 20 und 22, die Änderung der Überschwingungsunterdrückungspegel und die Änderung der syllabischen Schwelle einer der Schaltungen durch Modi fizieren des Steuerverstärkers 30. Dies geschieht durch Än dern der Preemphasis-Charakteristiken, die vom Emitter- Zeitkonstanten-Netzwerk 52 gsteuert sind. Ein Anheben des Kondensatorwertes im Emitter-Netzwert des Steuerverstärkers 30 steigert die Verstärkung des Verstärkers bei einer gege benen Frequenz, wodurch das "Sliding-Band"-Filter auf Signale niedrigeren Pegels anspricht. Wie oben und in US-PS Re 28 426 erläutert, steigt die Grenzfrequenz des variablen RC-Filters 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 das variable Filter mit einem Anstieg seiner Frequenz gegenüber seinem Ruhewert an. Die Schwelle des Überschwin gungsunterdrückers wird durch Anlegen geeigneter Gleich stromvorspannungen (in Vorwärtsrichtung) an die Dioden 28 gesenkt. Gemäß einer Alternaitve kann die Verstärkung des Verstärkers 26 (Fig. 3) entweder auf das nötige Niveau ange hoben oder auf einen hohen Pegel gebracht und Dämpfung ange wandt werden, um den Signalpegel an die Dioden anzupassen.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer bilinearen "Dual Path"- Kompressor- und Expanderausführung mit festem Band.

Die grundlegenden Merkmale dieses Systems sind in US-PS 38 46 719, 39 03 485 und in dem Journal of the Audio Engineering Society, Band 15, Nr. 4, Oktober 1967, S. 383- 388 offenbart.

Bei dem bekannten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 werden durch Netzwerke 250 im weiteren Weg vier Bänder geschaffen. Die Bänder 1, 3 und 4 haben herkömmliche 12 dB/Oktave-Ein gangsfilter: ein 80-Hz-Tiefpaßfilter 252 am Eingang des Bandes 1, ein 3-kHz-Hochpaßfilter 254 am Eingang des Ban des 3 und ein 9-kHz-Hochpaßfilter 256 am Eingang des Ban des 4. Auf jedes folgt eine Emitterfolger-Isolierstufe 258. Das Band 2 hat einen Frequenzgang, der zu dem 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 Subtra hieren dieser Summe vom Gesamteingangssignal (in einer Sub traktionsstufe 262) abgeleitet. Der Ausgang der Emitterfolger stufe 258 in jedem Band und der Ausgang der Subtraktions stufe 262 werden an entsprechende Begrenzer 264 bzw. 264′ ange legt. Die Begrenzer 264 und 264′ sind identisch mit Ausnah me der Tatsache daß die Begrenzer 264′ in den Bändern 1 und 2 Zeitkonstanten haben, die doppelt so groß sind wie in Bändern 3 bzw. 4. Die Ausgänge der Bänder 1-4 werden in einer Kombinationsstufe 266 mit dem Hauptwegsignal kombi niert. Der Kompressorausgang wird an einen rauschbehafteten Kanal an gelegt, um an den komplementären Expander weitergegeben zu werden, in welchem der Ausgang der identischen Netzwerke des weiteren Weges vom Eingangssignal abgezogen wird, um die komplementäre Expansionscharakteristik zu erhalten.

Fig. 8 zeigt weitere Einzelheiten der Begrenzer 264 und 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 sen Verstärkung so eingestellt ist, daß die gewünschte Nie drigpegel-Signalverstärkung erzielt wird. Die Ausgänge al ler 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 Eingangssignal, während oberhalb dieses Wertes die Pegel anhebung bis zu 15 dB bei 15 kHz gleichmäßig ansteigt.

Der FET-Dämpfer wird von einer Steuersignal-Unterschaltung gesteuert, die eine Kompressionsschwelle von 40 dB unter halb eines Spitzenbetriebspegels liefert. Zu der Steuerun terschaltung gehört ein Steuersignalvertärker 276, auf den ein Phasenteiler 278 folgt, der einen Vollweggleichrich ter 280 treibt. Das entstehende Gleichstromsignal wird an ein Glättungsnetzwerk 282 angelegt, dessen Ausgang das Steuersignal darstellt. Zum Netzwerk 282 gehören eine RC- Vorintegrationsstufe, ein Emiterfolger und eine endgülti ge 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. Rasch große Änderungen der Signalamplitude werden schnell weitergegeben, während klei ne Änderungen langsam weitergegeben werden. Diese dynamische Glättung erzeugt optimale Ergebnisse hinsichtlich Modulationseffekten. Niedrigfrequenzverzerrung und Verzerrungskomponenten, die vom Steuersignal erzeugt wer den. Die Schaltung ermöglicht eine rasche Erholung und ei ne geringe Signalverzerrung.

Fig. 9 zeigt ganz allgemein die möglichen Kreuz kopplungen zwischen zwei bilinearen, in Reihe geschalteten Vorrichtungen. Wenn mehr als zwei Vorrichtungen in Reihe betrieben werden, steigt die Zahl der möglichen Kreuzkopplungskonfigurationen. So kann z. B. die erste Vorrichtung mit der dritten Vorrichtung kreuzweise gekoppelt sein usw. In Fig. 9 sind "n" mögliche Kreuzkopplungen vom Kompres sor 2 zum Kompressor 4 gezeigt, die jeweils Übertragungs funktionen f₁(s), f₂(s) bis f_n(s)haben. Es sind auch "n" mögliche Kreuzkopplungen vom Kompressor 4 zum Kompressor 2 gezeigt, die entsprechende Übertragungsfunktionen g₁(s), g₂(s) bis g_n(s) haben. In der komplementären Expanderan ordnung der Expander 6 und 8 sind die Kreuzkopplungen umge kehrt, so daß die g₁(s), g₂(s) und g_n(s) Kreuzkopplungen vom Expander 6 zum Expander 8 und die f₁(s), g₂(s) und g_n(s) Kreuzkopplungen vom Expander 8 zum Expander 6 gehen. Insgesamt kann also eine oder es können mehrere Kreuzkopp lungen entweder vorwärts oder rückwärts - f(s) oder g(s) - vorgesehen sein, und die Kreuzkopplung(en) kann nur in ei ner Richtung erfolgen, wobei z. B. entweder die f(s) oder die g(s)-Richtungen fehlen, oder alternativ in beide Rich tungen über eine einzelne Kopplungseinrichtung.

Die Übertragungsfunktionen f₁(s), f₂(s), g₁(s) usw. können durch verschiedene aktive oder passive Vorrichtungen ver wirklicht sein, die frequenz- und/oder pegelabhängige Ele mente enthalten können. Die Eingangs- und Ausgangsverbin dungen der Kreuzkopplungswege können geeignete Punkte enthalten, um von einem der folgenden Signalwege abzu leiten oder mit einem derselben zu koppeln: Eingangs signalweg, Ausgangssignalweg, Signalweg "Hauptweg" (in einer bilinearen "Dual Path"-Vorrichtung), Signalweg "weiterer Weg" (in einer bilinearen "Dual Path"-Vorrichtung) und der Wechselstromeingangs signalweg zu der Steuerschaltung bzw. den Steuerschaltungen.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Signalweg-Kreuzkopplungs anordnung zwischen den weiteren Wegen bi linearer "Dual Path"-Kompressoren und -Expander. Die in Reihe geschalteten Vorrichtungen sind so angeordnet, daß die syllabische Schwelle der ersten Kompressorschaltung auf einem höheren Pegel liegt, als die zweite Kompressorschal tung. Zur Komplementarität ist die Reihenfolge in den in Reihe geschalteten Expanderschaltungen umgekehrt. Mit Block N₁ und N₂ sind die Schaltungen der weiteren Wege bezeichnet. Bei der An ordnung gemäß Fig. 10 wird der Ausgang des weiteren Weges der Hochpegel stufe 280, von N₁ durch eine Kopplungssschaltung mit einer Übertragungsfunktion f(s) in die "Weiterer Weg"-Schal tung N₂ der Niedrigpegelstufe 282 eingegeben. Die Übertragungs funktion f(s) kann geeignete Frequenz- und Phasencharakteristiken haben, um die Begrenzungswirkung der Niedrigpegel-Kompressorstufe und folglich den Rauschminderungseffekt zu fördern. Wenn die bi linearen Vorrichtungen "Sliding Band"-Vorrichtungen sind, wird das Signal der Hochpegelstufe beispielsweise in die Filterschaltung der Niedrigpegelstufe eingegeben, um die "Sliding Band"-Wirkung zu fördern. Im komplementären Expander wird der Ausgang der Schaltung N₁ in der Hochpegel-Expanderstufe über die gleiche Übertragungsfunktion f(s) in die "Weiterer Weg"-Schaltung N₂ der Niedrig pegelstufe eingegeben.

Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der in Fig. 10 allge mein gezeigten Anordnung ist in den Fig. 11 und 12 darge stellt. Fig. 11 zeigt die in Reihe geschalteten Kompres sorschaltungen 280 und 282, wobei die Eingangs- und Aus gangsverbindungspunkte für die Kreuzkopplung gezeigt sind, die die Übertragungsfunktion f(s) enthält. Fig. 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 beschrie benen entspricht.

Zum Kreuzkopplungsnetzwerk gemäß Fig. 12 gehört ein Hoch frequenz -Anhebungsnetzwerk 284, welches bei hohen Fre quenzen eine 10-dB-Anhebung bewirkt und dessen Grenzfre quenz der Ruhegrenzfrequenz des Filters der Schaltung 280 entspricht. Der Ausgang des Netzwerks 284 wird in zwei We ge gespalten und über eine einstellbare Verstärkungsein richtung in das feste Filter 20 und das veränderliche Filter 22 eingegeben. Ein Ende des 3,3-k-Ω-Widerstandes im festen Filter 20 wird von der Erde getrennt, und das über ein Potentiometer 286 und einen Verstärker 288 abgeleitete Signal wird dann angelegt. Das Ende des 39-k-Ω-Widerstan des 36a, welches vorher mit der Verbindungsstelle zwischen dem 0,033-µF-Kondensator und dem 3,3-k-Ω-Widerstand verbunden war, wird von dieser Verbindungsstelle getrennt und das über ein Potentiometer 290 und einen Verstärker 292 abge leitete Signal daran angelegt. Der Verstärker 288 hat eine Verstärkung von ca. ¾ und der Verstärker 292 Verstärkung eins.

Im Betrieb wäre bei niedrigen Pegeln die Hochpegelschaltung 280 noch nicht in Funktion. Unter dieser Bedingung entspricht die Spannung V₂ der Spannung V₄, da die Spannung V₃ eine Niedrigpegel-Hochfrequenz- Anhebung enthält (die aus der Verstärkung unterhalb des Schwell wertes der Hochpegelschaltung 280 resultiert), die vom Anhebungs netzwerk 284 nachgebildet wird. Die am festen Filter 20 und am variablen Filter 22 anliegenden Signalpegel können so eingestellt werden, daß die besten Ergebisse erzielt werden. Wenn ca. ¾ des Ausgangssignals des Netzwerks 284 an den 3,3-kΩ-Widerstand gelangt, wird dessen wirksamer Widerstand ca. 13 kΩ. Wenn die Hochpegel schaltung ihre Schwelle erreicht, würden beide Filter 20 und 22 der Niedrigpegelschaltung 282 bereits einen Bandverschiebungseffekt ha ben, der insgesamt das Verhalten hinsichtlich der Rauschmodulation verbessert, ohne Mittelbandmodulationswirkungen zu verschlechtern, d. h. übertriebene Bandverschiebung wird auf ein Minimum reduziert.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Modifizieren des Dynamik bereichs von Eingangsnutzsignalen, umfassend:
eine erste Schaltung (2, 6), die in einem ersten Fre quenzbereich eine bilineare Eingangs-/Ausgangs-Kennlinie aufweist,
mit einem ersten Abschnitt im wesentlichen konstanter Verstärkung im Bereich niedriger Ein gangspegel bis zu einem Schwellenwert, einem mittleren Abschnitt oberhalb des Schwellenwerts mit veränderlicher Verstärkung, die ein maximales Kompressions- oder Expansionsverhält nis bewirkt, und
einem dritten Abschnitt im Bereich hoher Eingangspegel mit im wesentlicher konstanter Ver stärkung, die von der Verstärkung des ersten Ab schnitts verschieden ist,
wenigstens eine der ersten Schaltung folgende zweite Schaltung (4, 8) die innerhalb eines zweiten Frequenzbe reichs eine bilineare Eingangs-/Ausgangs-Kennlinie aufweist, wobei sich der zweite Frequenzbereich und der erste Fre quenzbereich wenigstens teilweise überlappen und die mitt leren Abschnitte der Kennlinien der Schaltungen innerhalb wenigstens eines Teiles des Frequenzbereichs, in dem sich der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich überlappen, derart gestaffelt sind, daß eine Verstärkungs änderung über einen weiteren Bereich mittlerer Eingangspe gel als für jede der Schaltungen allein und eine erhöhte Filteranordnung (20) enthält, und bei der die Kreuzkopp lungsanordnung (f(s)) das verarbeitete Signal an einen Verbindungspunkt zwischen der festen Filteranordnung (20) und der veränderbaren Filteranordnung (22) liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der wenigstens die erste Schaltung (280) und die zweite Schaltung (282) Zwei wegschaltungen sind mit jeweils
einem Hauptweg (230, 232), der in bezug auf den Dyna mikbereich linear ist und eine Kombiniereinrichtung (234, 236) aufweist, und
einem weiteren Weg, der in bezug auf den Dynamikbe reich nicht-linear ist, ein Signal von dem Hauptweg emp fängt und mit seinem Ausgang an die Kombiniereinrichtung (234, 236) angeschlossen ist,
wobei die Kreuzkopplungsanordnung (f(s)) ein Signal von dem Ausgang des weiteren Wegs (237) einer der Zweiwegschaltun gen (280) als Quellenschaltung ableitet und das verarbei tete Signal in den weiteren Weg wenigstens einer anderen der Zweiwegschaltungen (282) als Zielschaltung einspeist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die erste Schaltung (280) die Quellenschaltung und die zweite Schaltung (282) die Zielschaltung ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die zweite Schaltung (282) die Quellenschaltung und die erste Schaltung (280) die Zielschaltung ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der weitere Weg der Zielschaltung (282) eine mit einer veränderbaren Filteranordnung (22) verbundene feste Differenz zwischen den Verstärkungen bei niedrigen und ho hen Eingangspegeln erreicht wird, ohne daß durch die Staf felung das maximale Kompressions- oder Expansionsverhältnis wesentlich größer wird als das jeder der Schaltungen für sich, und
eine Kreuzkopplungsanordnung (f₁(s), f₂(s), . . . f_n(s); g₁(s), g₂(s), . . . g_n(s)) zur Ableitung eines Signals in einem Nutzsignalweg in einer der Schaltungen, zum Verarbeiten des Signals und Einspeisen des verarbeiteten Signals in einen Nutzsignalweg in wenigstens einer der anderen Schaltungen, wobei das verarbeitete Signal die Dynamikmodifizierwirkung der wenigstens einen der anderen Schaltungen verändert.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der weitere Weg der Zielschaltung eine feste Filteranordnung enthält, die eine erste kapazitive Anord nung (250) und eine erste feste Widerstandsanordnung (252) enthält, und die mit einer veränderbaren Filteranordnung verbunden ist, welche eine zweite kapazitive Anordnung (254) aufweist, deren eines Ende mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten kapazitiven Anordnung (250) und der ersten festen Widerstandsanordnung (252) verbunden ist und deren anderes Ende mit einer zweiten festen Widerstandsan ordnung (256) und einer veränderbaren Widerstandsanordnung (258) verbunden ist, wobei die Kreuzkopplungsanordnung (f(s)) ein Anhebungsnetzwerk (284) enthält, das das Signal von der Quellenschaltung empfängt und das verarbeitete Signal zu dem Ende der ersten festen Widerstandsanordnung (252) führt, das der ersten kapazitiven Anordnung (250) abgewandt ist, sowie zu dem Ende der zweiten festen Wider standsanordnung (256), das der zweiten kapazitiven Anord nung (254) abgewandt ist.