DE3201655A1 - Schaltung fuer entzerrer - Google Patents

Schaltung fuer entzerrer

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DE3201655A1
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DE
Germany
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circuit
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amplitude
opto
frequency
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Withdrawn
Application number
DE19823201655
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English (en)
Inventor
Peter 5206 Neunkirchen Leunig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leunig GmbH
Original Assignee
Leunig GmbH
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Publication date
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Publication of DE3201655A1 publication Critical patent/DE3201655A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/02Manually-operated control
    • H03G5/025Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04HBROADCAST COMMUNICATION
    • H04H60/00Arrangements for broadcast applications with a direct linking to broadcast information or broadcast space-time; Broadcast-related systems
    • H04H60/02Arrangements for generating broadcast information; Arrangements for generating broadcast-related information with a direct linking to broadcast information or to broadcast space-time; Arrangements for simultaneous generation of broadcast information and broadcast-related information
    • H04H60/04Studio equipment; Interconnection of studios

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verwendung
  • bei Entzerrern, deren Sektionen durch einen Computer digital steuerbar sind, insbesondere in der Studiotechnik. Die Erfindung richtet sich auch auf mit der Schaltung ausgestattete Entzerrrer.
  • In der Studiotechnik werden Entzerrer benötigt, um bestimmte Frequenzbereiche des Klangbildes anzuheben, d.h. zu betonen, oder abzusenken, d.h. zu unterdrücken, um so ein gewünschtes Klangbild zu erzeugen. Ein typischer Entzerrer besteht aus mehreren Stufen, einem Tiefen-Entzerrer, einem Höhen-Entzerrer und einem oder mehreren sogenannten Präsenz/Absenz-Filtern, die im mittleren Frequenzbereich wirksam sind. Jede dieser Sektionen gestattet eine manuelle Einstellung des Anhebungs- bzw. Absenkungsgrades und des Frequenzbereiches, in dem diese Anhebung/Absenkung wirksam ist. Meist erfolgt die Einstellung in diskreten Schritten. Typische Frequenzgänge solcher Entzerrer sind z.B. dargestellt in J. Webers, Tonstudiotechnik (1968), Seiten 244 und 246.
  • Es ist bekannt, derartige Entzerrer mit spannungsgesteuerten Verstärkern zu realisieren. Diese sogenannten VCAs haben jedoch gegenüber herkömmlicher Schaltungstechnik erhöhtes Eigenrauschen und einen höheren Klirrfaktor. Außerdem hat diese Technik den Nachteil, daß (z.B. bei Ansteuerung durch einen Computer) das digitale Steuersignal in eine analoge Steuerspannung umgewandelt werden muß.
  • Es ist ferner bekannt, eine direkt digitale Ansteuerung durch die Verwendung von multiplizierenden Digital/Analog-Wandlern zu realisieren. Diese haben jedoch den Nachteil, daß die Leckströme zwischen den digitalen Eingängen und dem Analogausgang zu hörbaren Knackstörungen führen, die je nach Wandlertyp zwischen -50 dBm und -70 dBm liegen. Außerdem haben sie eine lineare Kennlinie, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entzerrer für die Studiotechnik zu schaffen, dessen einzelne Filter-Sektionen sowohl in der Frequenz als auch in der Anhebung bzw. Absenkung z.B.
  • durch einen Computer digital steuerbar sind. Dabei soll die bertragungsqualität gegenüber konventionellen, manuell steuerbaren Entzerrern erhalten bleiben; insbesondere soll das Obersprechen des digitalen Steuersignals auf den elektroakustischen Weg unterhalb der Hörschwelle (-85 dBm) liegen. Ferner soll die Anhebungs-/Absenkungs-Amplitude in exponentiellen Schritten (hier 2 dB je Schritt) erfolgen, und die Anhebungskurven sollen spiegelsymmetrisch zu den Absenkungskurven sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird davon ausgegangen, daß die konventionelle Schaltungstechnik, wie sie in manuell bedienten Entzerrern Ublich ist, soweit wie möglich erhalten bleiben soll und lediglich die Schalter durch geeignete digital steuerbare Bauelemente ersetzt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die einzelnen in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale, insbesondere durch das Zusammenwirken der im Kennzeichen genannten vier Merkmale gelöst.
  • Die als schaltenden Elemente eingesetzten Opto-Fets haben zwei wesentliche Eigenschaften: Sie verhalten sich annähernd wie die herkömmlichen elektromagnetischen Schalter, d.h. sie führen nicht zur Verschlechterung der Rausch- und Klirrwerte. Außerdem kann durch sie der digitale Steuerteil galvanisch vom Niederfrequenzteil entkoppelt und so die zu Knackstörungen führenden Leckströme weitgehend vermieden werden.
  • Der Einsatz dieser Opto-Fets ist sehr aufwendig bezüglich der Ansteuerungsschaltung und des benötigten Ansteuerstroms. Um die Gesamtschaltung trotzdem in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen zu halten, werden - anders als in herkömmlicher Technik - die Schalter (Opto-Fets) zur Ansteuerung binärer kombinatorischer Netzwerke benutzt.
  • So wird erreicht, daß nicht für jede Stufe ein derartiger Schalter n (Opto-Fet) notwendig ist, sondern mit n Schaltern 2 Stufen realisiert werden können. So sind z.B. für 16 Frequenzschritte nur 4 Schalter notwendig.
  • Das Problem, daß diese kombinatorische Schaltungstechnik von Natur aus eine lineare Kennlinie hat, während in der Aufgabenstellung für die Amplitudensteuerung eine exponentielle Kennlinie gefordert werden muß, wird erfindungsgemäß durch folgende Maßnahme gelöst: Ein Teil des Ausgangssignals des die Verstärkung steuernden Kreises (Amplitudensteller) wird auf den Eingang dieses Kreises zurückgeführt.
  • Bei dieser Anordnung ist der Mitkopplungsgrad proportional zu der Verstärkungseinstellung. Durch diese Art der Mitkopplung wird eine nichtlineare Verzerrung der Stufenweite erzielt derart, daß Stufen mit großer Verstärkung noch weiter angehoben werden, während Stufen mit kleiner Verstärkung weniger stark angehoben werden. So läßt sich bei geeigneter Dimensionierung eine ausreichende Annäherung an die geforderte exponentielle Kennlinie erzielen.
  • Um die Anzahl der benötigten Opto-Schalter noch weiter zu verringern und gemäß der Aufgabenstellung eine absolute Symmetrie von Anhebungs- und Absenkungseigenschaften zu erzielen, wird erfindungsgemäß das verstärkungsbestimmende Netzwerk sowohl für die Anhebung als auch für die Absenkung herangezogen. Wie in Figur 1 gezeigt wird, wird dies dadurch erreicht, daß die Serienschaltung aus dem frequenzbestimmenden Schaltungsteil F und dem amplitudenbestimmenden Schaltungsteil A alternativ entweder in den Eingangsweg (Anhebung) oder den Gegenkopplungsweg (Absenkung) des signalführenden Operationsverstärkers OP1 geschaltet werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild zu der erfindungsgemäßen Schaltung; Figur 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform von F und A für den Fall eines Tiefen-Filters; Figur 3 eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung; Figur 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung für den Fall eines Präsenz/Absenz-Filters; und.
  • Figur 5 das Schaltbild eines erfindungsgemäß eingesetzten Opto-Kopplers mit FET-Ausgang.
  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung. Dabei bildet der Operationsverstärker OP1 zusammen mit den beiden gleichen Widerständen R1 und R2 einen invertierenden Verstärker, dessen Verstärkung V = - R2/R1 = -1 und damit frequenzunabhängig ist, solange der Schalter S in Mittelstellung steht.
  • Das Filter F kann in der Frequenz verändert werden. Ihm ist ein Amplitudenstellglied A nachgeschaltet, das sich im wesentlichen wie ein steuerbarer Widerstand verhält und dessen Ausgangsstrom Ia auf den Eingangsknotenpunkt von OP1 geführt wird. Steht der Schalter S in Mittelstellung, so ist der Ausgangsstrom Ia = 0 und somit die Entzerrung linear, d.h. abgeschaltet. Steht der Schalter S in Stellung 2, so liegt die Serienschaltung von A und F parallel zum Eingangswiderstand R1, d.h. die vom Filter F angehobenen Frequenzen werden auch am Ausgang von °P1 angehoben. Das Maß der Anhebung ist steuerbar durch die Verstärkungsstellung von A. Steht der Schalter S in Stellung 1, so liegt die Serienschaltung parallel zu R2, also in Gegenkopplung.
  • Die vom Filter F angehobenen Frequenzen werden jetzt abgesenkt, und zwar in gleichem Maße (in dB), wie sie bei Schalterstellung 2 angehoben werden. So ergibt sich in der logarithmischen Skala eine zur Nulllinie symmetrische Charakteristik von Anhebung und Absenkung.
  • Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Ausführung von F und A fUr den Fall des Tiefen-Filters. Dabei bilden S1 und S2 den Schalter S in Figur 1. Die Widerstände R1 bis R3 bilden zusammen mit C1 einen Tiefpass. Die Widerstandswerte R1, R2, R3 verhalten sich wie 4 zu 2 zu 1. Durch die Schalter S3 und S4 können also kombinatorisch die Widerstandswerte 1, 1/2, 1/3, 1/4 geschaltet und so nach der Formel für den Tiefpass f = 1/2 (pi) R C zwischen vier Grenzfrequenzen im Verhältnis 1 zu 2 zu 3 zu 4 umgeschaltet werden.
  • Die folgenden Schaltungsteile bilden den Amplitudensteller A der Figur 1. S5 bis S7 und die Widerstände R4 bis R7 bilden erfindungsgemäß wieder ein kombinatorisch geschaltetes Netzwerk mit in diesem Falle 8 verschiedenen Schaltmöglichkeiten. Wenn man R8 und den Summierverstärker E wegliesse, so wäre der Ausgangsstrom Ia proportional einer an den Schaltern S5 bis S7 eingestellten binaren Zahl, wobei die logische 1 dem Schliessen des jeweiligen Schalters entspricht.
  • Erfindungsgemäß wird diese (bei der Amplitude nicht erwünschte) lineare Kennlinie durch Mitkopplung des Ausgangssignals auf den Summierverstärker E verzerrt. Das Mitkopplungssignal wird als Spannungsabfall des Ausgangsstroms Ia am Widerstand R8 erzeugt und auf den eingangsseitigen Summierverstärker E zurückgeführt. Somit ist der Mitkopplungsgrad proportional der Verstärkungseinstellung und ergibt eine Vergrößerung der Stufen hoher Verstärkung, die bei entsprechender Dimensionierung die gewünschte angenähert exponentielle Kennlinie erzeugt.
  • Figur 3 zeigt die praktische Ausführungsform dieser Schaltung, wobei erfindungsgemäß die Schalter S1 bis S5 durch Opto-Fets realisiert werden, wie sie in Figur 5 dargestellt sind. Dabei bildet OP2 zusammen mit OP3 den Summierungsverstärker E aus Figur 2. Die Widerstände R1 bis R4 sowie die Kondensatoren sind lediglich zur Unterdrückung von Gleichspannungen bzw. zur Frequenzgangbeschneidung vorhanden.
  • Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Realisierung der Schaltung für den Fall eines sogenannten Präsenz-/Absenz-Filters. Dabei ist OP2 ein Impedanzwandler; OP3 bildet zusammen mit den über die Doppelschalter S3 bis S6 schaltbaren Widerstandsnetzwerken R6 bis R10 und R11 bis R15 ein zweipoliges Bandfilter mit umschaltbarer Frequenz.
  • OP4 bildet mit den Schaltern S7 bis S9 den Amplitudensteller, wobei hier eine gegenüber Figur 3 vereinfachte Realisierung der Mitkopplung möglich ist.
  • Um ein möglichst geringes übersprechen zwischen dem digitalen Steuerteil und dem analogen NF-Teil zu erreichen, wird deren galvanische Trennung dadurch ergänzt, daß man auf einer Mutterplatine die wesentlichen Bestandteile des digitalen Steuerteils und auf einer oder mehreren Tochterplatinen die wesentlichen Bestandteile des Analogteils anordnet. Auf diese Weise wird bei kleinem Platzbedarf eine möglichst weitgehende topologische Trennung zwischen Digitalteil und Analogteil erreicht. Dabei sind die Tochterplatine(n) im allgemeinen parallel zur Mutterplatine auf diese aufgesteckt. Die Anschlüsse der Tochterplatine(n) zur Mutterplatine werden über je zwei getrennte Steckverbinder hergestellt, von denen der eine den Anschluß zum Analogteil und der andere den Anschluß zum Digitalteil herstellt. Vorzugsweise sind die Opto-Fets zwischen Digital- und Analogteil auf einer möglichst kurzen Linie, insbesondere längs einer U-förmigen Linie an der Peripherie des Analogteils angeordnet. Auch hierdurch wird eine möglichst weitgehende Trennung zwischen Digitalteil und Analogteil erreicht, so daß das unerwünschte Obersprechen hintan gehalten wird. Zweckmäßigerweise ist der Digitalteil auf der Mutterplatine durch eine möglichst kurze Grenzlinie von dem auf der Mutterplatine notwendigerweise verbliebenen Analogteil getrennt.
  • Leerseite

Claims (5)

  1. Schaltung für Entzerrer Patentansprüche 0schaltung zur Verwendung bei Entzerrern, deren Sektionen durch einen Computer digital steuerbar sind, insbesondere in der Studiotechnik, gekennzeichnet durch ein oder mehrere der folgenden Merkmale: 1. als Schaltelemente dienen Opto-Fets; 2. zur Steuerung der Parameter Frequenz und Amplitude werden kombinatorisch geschaltete Netzwerke verwendet; 3. ein Teil des Ausgangssignals des Amplitudenstellers wird auf dessen Eingang zurückgeführt; und 4. das verstärkungsbestimmende Netzwerk wird sowohl fUr die Anhebung als auch für die Absenkung herangezogen.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr alle vier Merkmale realisiert sind.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Opto-Fets zur Ansteuerung binäre kombinatorisch geschalteter Widerstandsnetzwerke eingesetzt sind.
  4. 4. Schaltung nach einem der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung des frequenzbestimmenden Schaltungsteils F und des amplitudenbestimmenden Schaltungsteils A alternativ in den Eingangsweg (Anhebung) oder den Gegenkopplungsweg (Absenkung) des signalführenden Operationsverstärkers OP1 schaltbar ist.
  5. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Steuerteil und der analoge NF-Teil galvanisch getrennt sind.
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