DE3203541A1 - Anordnung zum aufzeichnen und abtasten von schallereignisse darstellenden elektrischen tonfrequenzsignalen auf bzw. von einem tontraeger - Google Patents

Anordnung zum aufzeichnen und abtasten von schallereignisse darstellenden elektrischen tonfrequenzsignalen auf bzw. von einem tontraeger

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DE3203541A1
DE3203541A1 DE19823203541 DE3203541A DE3203541A1 DE 3203541 A1 DE3203541 A1 DE 3203541A1 DE 19823203541 DE19823203541 DE 19823203541 DE 3203541 A DE3203541 A DE 3203541A DE 3203541 A1 DE3203541 A1 DE 3203541A1
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/008Control by a pilot signal
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/02Recording, reproducing, or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B5/027Analogue recording
    • G11B5/035Equalising

Landscapes

  • Signal Processing Not Specific To The Method Of Recording And Reproducing (AREA)

Description

  • Anordnung zum Aufzeichnen und Abtasten von Schallereignisse
  • darstellenden elektrischen Tonfrequenzsignalen auf bzw. von einem Tonträger Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufzeichnen und Abtasten von Schallereignisse darstellenden elektrischen Tonfrequenzsignalen auf bzw. von einem Tonträger, bei der die Tonfrequenzsignale vor dem Aufzeichnen auf dem Tonträger mittels einer Aufzeichnungseinrichtung in einem Kompressor komprimiert werden und bei der die mittels einer Abtasteinrichtung von dem Tonträger abgetasteten Tonfrequenzsignale in einem Expander expandiert werden, wobei eine Komprimierungskennlinie in einem vom aufzuzeichnenden Tonfrequenzsignal gesteuerten Steuersignalgeber des Kompressors und eine Expandierungskennlinie in einem vom abgetasteten' Signal gesteuerten Steuersignalwandler des Expanders vorgegeben sind.
  • Bei dieser Anordnung können die verschiedensten Tonträger, wie Schallplatten, Magnetbänder und dgl. verwendet werden. Dabei werden die elektrischen Tonfrequenzsignale in Analogform aufgezeichnet und abgetastet. Diese Analogtechnik mit Kompandierung (Komprimierung beim Aufzeichnen plus Expandierung beim Wiedergeben) soll die Wiedergabequalität, insbesondere die Dynamik und den Störabstand, verbessern (s. Funkschau, Heft 24/1981, seiten 67 bis 69).
  • Bei einer als cx-Verfahren verbesserten Analogtechnik wird die Gesamtlautstärke z.B. frequenzabhängig angehoben. Laute Stellen werden komprimiert. Dabei ist es schwierig, bei der Wiedergabe Klirrgrade kleiner als 1 % zu erreichen. Außerdem klingt die Wiedergabe der auf einem Tonträger aufgezeichneten, so komprimierten Tonfrequenzsignale auf einem Wiedergabegerät ohne Expander flach (Hi-fi-exclusiv, Heft 11, Nov. 1981, Seiten 48 bis 55). Außerdem ist bei der verbesserten Analogtechnik der Geräteaufwand beachtlich und die Geräte selbst sind sehr kompliziert, da bei der Expandierung das bzw. die Steuersignal(e) für den Expander aus dem komprimierten Tonfrequenzsignal abgeleitet werden muß (müssen). Auch die lauten Stellen, die Übergangsbereiche und die tiefen Töne sind sehr problematisch, ebenso die Stabilität der unterschiedlichen Regelkreise des Expanders.
  • Man hat ferner versucht, die Wiedergabequalität dadurch zu verbessern, daß man die Tonfrequenzsignale in Digitaltechnik aufzeichnet. Die Digitaltechnik kann die Dynamik wesentlich erhöhen und aufgrund der verwendeten Meßmethoden (bei Sinus-Tönen) sehr geringe Klirrgrade und Intermodulation ergeben. Bei praxisnahen Rechteckfrequenzen oder Tone-bursts höherer Frequenzen bleibt sie jedoch mangelhaft, da die für das Ohr wahrnehmbaren Anschwingvorgänge unterschiedlicher Instrumente bei hohen Tönen verzerrt werden. Um diesen Nachteil zu beheben, mußte die Abtastfrequenz noch wesentlich erhöht werden, um die Ansprechzeit kleiner als die Wahrnehmungsfähigkeit des Ohres (20 usec) zu machen ( s . Zwicker/Feldkeller "Das Ohr "Dasals Nachrichtenempfänger", S. Hirzel-Verlag, Stuttgart 1967, Seiten 166 ff und Seite 181). Dies würde aber den Geräteaufwand noch wesentlich erhöhen. Ein weiterer Nachteil der Digitaltechnik Itscit darin, daß entweder andersartige Tonträger oder Spezial -Aufnahme-, -Misch- und -Wiedergabegeräte erforderlich sind, die nicht mit den Tonträgern und Geräten der Analogtechnik kompatibel sind.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß die Wiedergabequalität zumindest für den kleinen Kreis von Geräten der Spitzenqualität in Analogtechnik verbessert wird, ohne die Qualität für Geräte der einfachen und mittleren Qualität zu beeinträchtigen. Dabei soll zudem der Aufwand für die Kompandierung der Tonfrequenzsignale minimiert werden und die Analogtechnik soll voll kompatibel bleiben.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Kompressor das aufzunehmende Tonfrequenzsignal bzw. das Ausgangssignal des Steuersignalgebers zusätzlich einem Pilotsteuersignalwandler zugeführt ist, der mindestens ein vom aufzunehmenden Tonfrequenzsignal getrenntes, nicht hörbares Pilotsteuersignal abgibt, das ein eindeutiges Maß für die im Kompressor entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals erfolgte Kompression ist, daß das (die) Pilotsteuersignal(e) zusammen mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal auf dem Tonträger aufgezeichnet wird (werden) und daß im Expander das (die) zusammen mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal abgetastete(n) Pilotsteuersignal(e) ausgekoppelt und zur Steuerung des Steuersignalwandlers des Expanders und Ableitung des expandierten Tonfrequenzsignals verwendet ist (sind).
  • Bei dieser neuen Analogtechnik wird neben dem komprimierten Tonfrequenzsignal auch ein Pilotsteuersignal aufgezeichnet. Steht ein Wiedergabegerät mit Expander nach der Erfindung zur Verfügung, dann steuert dieses Pilotsteuersignal, das von dem abgetasteten Signal leicht ausgekoppelt werden kann, die Expandierung. Der Expander wird daher sehr einfach im Aufbau. Der Tonträger kann jedoch auch von einem normalen Wiedergabegerät in der üblichen Qualität abgetastet werden, ohne daß das mitaufgezeichnete Pilotsteuersignal die Wiedergabe beeinträchtigt, insbesondere dann, wenn vorgesehen ist, daß das Pilotsteuersignal im nicht hörbaren Bereich liegt. Es kann daher bei der Wiedergabe auch mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal expandiert werden.
  • Dieses Pilotsteuersignal kann aber auf üblichen Tonträgern, wie Schallplatten, Magnetbändern und dgl., die einen Frequenzbereich bis über 50 kHz erfassen, ohne Schwierigkeiten aufgezeichnet werden.
  • Gegenüber der heute bekannten Analogtechnik hat die Analogtechnik nach der Erfindung den Vorteil, daß der Expander nicht von dem abgetasteten komprimierten Tonfrequenzsignal abhängig ist und daher eine sehr viel kürzere Ansprechzeit haben kann. Die Amplituden- und Phasenverzerrungen sind wesentlich kleiner. Tone-bursts und Anschwingvorgänge, die für die Spitzen-Wiedergabequalität entscheidend sind, können also getreuer wiedergegeben werden. Der Geräteaufwand für die verbesserte Wiedergabequalität ist geringer-als bei der heute bekannten Analogtechnik mit Kompandierung und die Wiedergabequalität entspricht den hohen Anforderungen bezüglich der Dynamik und dem Störabstand, wie sie bei Geräten mit Digitaltechnik erreicht werden. Die Analogtechnik nach der Erfindung verbindet also die Vorteile der bekannten Analogtechnik mit Kompandierung und der Digitaltechnik bei voller Kompatibilität von analoger Tonträger, Aufnahme-, Misch- und Abtasteinrichtungen.
  • Das Pilotsteuersignal kann nach einer Ausgestaltung ein Ultraschallfrequenzsignal (z.B. 45 kHz) sein, dessen Amplitude entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals bzw. dem Ausgangssignal des Steuersignalgebers des Kompressors veränderbar ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung kann aber auch vorgesehen sein, daß als Pilotsteuersignal ein Ultraschallfrequenzsignal (z.B. 45 kHz) verwendet ist, dessen Frequenz entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals bzw. des Ausgangssignals des Steuersignalgebers des Kompressors veränderbar ist. Bei dieser Frequenz-Modulation kann der Frequenzhub, der den Wert des Pilotsteuersignals angibt, in einfacher Weise digital ausgewertet werden. Außerdem wird dabei eine größere Störungsfreiheit und Genauigkeit für die Pilotsteuersignalerkennung erreicht.
  • Weitere Möglichkeiten sind dadurch gekennzeichnet, daß als Pilotsteuersignal ein Impulsfrequenzsignal im Ultraschallbereich verwendet ist, wobei der zeitliche Abstand der Impulse das Maß für die erfolgte Kompression darstellt, bzw. daß als Pilotsteuersignal ein unhörbares lmpulsfrequenzsignal verwendet ist, wobei die jeweilige zeitliche Länge der Impulse das Maß für die erfolgte Kompression darstellt.
  • Diese Bildung von Pilotsteuersignalen erscheint besonders für Tonbänder oder dgl. als Tonträger geeignet, da diese einen größeren Frequenzbereich beinhalten.
  • Die Behandlung des Pilotsteuersignals erfolgt nach einer Ausgestaltung vorzugsweise so, daß das komprimierte Tonfrequenzsignal und das (die) Pilotsteuersignal(e) im Kompressor vor der Aufzeichnung zusammengeführt werden und daß im Expander nach der Abtastung aus dem zusammengesetzten Signal das (die) Pilotsteuersignal(e) ausgekoppelt wird (werden).
  • Eine frequenzunabhängige Kompandierung läßt sich dadurch erreichen, daß das (die) Pilotsteuersignal(e) von der Frequenz des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals unabhängig ist (sind), während für eine frequenzabhängige Kompandierung vorgesehen ist, daß das (die) Pilotsteuersignal(e) nach einer vorgegebenen Charakteristik von der Frequenz des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals abhängig ist (sind).
  • Sollen vorzugsweise die höheren Pegel des Tonfrequenzsignals kompandiert werden, dann ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß der Pilotsteuersignalwandler im Kompressor mindestens ein Pilotsteuersignal abgibt, dessen Wert mit dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals entsprechend der vorgegebenen Komprimierungskennlinie zunimmt, daß im Expander das ausgekoppelte Pilotsteuersignal als Kenngröße für die erfolgte Kompression erkannt wird und daß der Steuersignalwandler im Expander entsprechend dem Wert des Pilotsteuersignals und seiner vorgegebenen festen Expandierungskennlinie eine zur jeweiligen Komprimierungskennlinie reziproke Expandierungskennlinie nachbildet und ein entsprechendes Regelsignal an einen Regelverstärker des Expanders abgibt. Sollen dagegen vorzugsweise die niedrigen Pegel des Tonfrequenzsignals kompandiert werden, dann ist die Auslegung so, daß der Pilotsteuersignalwandler im Kompressor mindestens ein Pilotsteuersignal abgibt, dessen Wert mit dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals entsprechend der vorgegebenen Komprimierungskennlinie abnimmt, daß im Expander das ausgekoppelte Pilotsteuersignal als Kenngröße für die erfolgte Kompression erkannt wird und daß der Steuersignalwandler im Expander entsprechend dem Wert des Pilotsteuersignals und seiner vorgegebenen festen Expandierungskennlinie eine zur jeweiligen Komprimierungskennlinie-reziproke Expandierungskennlinie nachbildet und ein entsprechendes Regelsignal an einen Regelverstärker des Expanders abgibt.
  • In beiden Fällen wird ein Expander verwendet, der in dem Steuersignalwandler eine fest vorgegebene Expandierungskennlinie enthält, die vorzugsweise proportionale Abhängigkeit von Eingangs- und Ausgangssignal aufweist. Dies hat den Vorteil, daß aus dem aus der Komprimierung gewonnenen Pilotsteuersignal der Wert des Komprimierungsgrades erkannt werden kann und in dem Steuersignalwandler des Expanders automatisch die jeweilige Komprimierungskennlinie des Kompressors als reziproke Expandierungskennlinie nachgebildet wird. Das Pilotsteuersignal enthält eine eindeutige Information über den jeweiligen Komprimierungsgrad dcs Tonfrequenzsignals auch bei unterschiedlichen Komprimierungskennlinien. Mit einem Wiedergabegerät nach der Erfindung können daher Tonträger mit unterschiedlich komprimierten Tonfrequenzsignalen abgetastet und expandiert werden, wobei bei beliebigem Komprimierungsgrad stets das Tonfrequenzsignal in seiner ursprünglichen Dynamik wiederhergestellt wird. Dies gestattet, bei der Aufnahme des Tonfrequenzsignals je nach Programm, unterschiedlich zu komprimieren und dennoch exakt zu expandieren.
  • Sollen nur Teile des Pegelbereiches des Tonfrequenzsignals kompandiert werden, dann wird dies dadurch ermöglicht, daß der Steuersignalgeber im Kompressor bei einem vorgegebenen Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals mit der Abgabe eines Regelsignals für einen Regelverstärker des Kompressors und entsprechend der Pilotsteuersignal -wandler mit der Abgabe des Pilotsteuersignals einsetzt.
  • Wenn nach der Erfindung nur die niedrigen Pegel des Tonfrequenzsignals kompandiert werden, hat dies folgende Vorteile: Die Wiedergabe auf einfchen Geräten ohne Expander büßt im wichtigen mittleren und höheren Pegelbereich nichts von ihrer Originaldynamik ein, jedoch wird der Störabstand bei niedrigen Pegeln verbessert.
  • Bei einer Wiedergabe auf Geräten mit einem Expander nach der Erfindung wird der mittlere und höhere Pegelbereich durch die expansionsbedingten Regelverzerrungen nicht beeinträchtigt.
  • Die Analogtechnik mit Pilotsteuersignal ist auf alle bekannten Kompandierungsverfahren als Ergänzung anwendbar und hat stets den Vorteil, daß die Expansionsverzerrungen vernachlässigbar klein gehalten werden können. Außerdem ist es möglich, gezielt unterschiedliche Kompandierung in verschiedenen Tonfrequenzkanälen durchzuführen, z.B.
  • der beiden Stereokanäle mit zwei getrennten Pilotsteuersignalen oder von zwei ausgewählten Pegelbereichen des Tonfrequenzsignals.
  • So ist eine Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere-Tonfrequenzkanäle vorgesehen sind, denen ein gemeinsames Pilotsteuersignal zugeordnet ist. Alle Tonfrequenzkanäle lassen sich damit auf einfache Weise mit einem gemeinsamen Pilotsteuersignal kompandieren.
  • Eine pro Tonfrequenzkanal erfolgende Kompandierung wird nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch ermöglicht, daß mehrere Tonfrequenzkanäle vorgesehen sind, denen individuelle Pilotsteuersignale zugeordnet sind. Dabei kann der Expander daudrch vereinfacht werden, daß die individuellen Pilotsteuersignale im Expander zu einem gemeinsamen Regelsignal für alle Tonfrequenzkanäle zusammengeführt sind.
  • Die Erfindung wird anhand von verschiedenen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung zum Aufzeichnen und Abtasten von Tonfrequenzsignalen in der Analogtechnik mit Kompandierung und Pilotsteuersignal nach der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit mehreren Tonfrequenzkanälen, die ein gemeinsames Pilotsteuersignal verwendet, Fig 3 ein erstes Kompandierungsdiagramm mit einem amplitudenmodulierten Pilotsteuersignal, Fig. 4 ein zweites Kompandierungsdiagramm mit einem frequenzmodulierten Pilotsteuersignal, Fig. 5 ein drittes Kompandierungsdiagramm einer Variante der Anordnung nach Fig. 4, bei der der gesamte Pegelbereich des Tonfrequenzsignals kompandiert wird, Fig. 6 ein viertes Kompandierungsdiagramm einer Variante der Anordnung nach Fig. 3, bei der das Pilotsteuersignal mit abnehmendem Pegel des Tonfrequenzsignals zunimmt und bei der die Expandierungskennlinie nichtlinear ist und Fig. 7 ein fünftes Kompandierungsdiagramm einer Variante der Anordnung nach Fig. 3, bei der das Regelsignal des Steuersignalwandlers einen anderen Verlauf hat.
  • Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt die Anordnung zum Aufzeichnen und Abtasten von Schallereignisse darstellenden Tonfrequenzen auf einem Tonträger TT, der eine Schallplatte, ein Magnetband und dgl.
  • sein kann. Dabei sind die Einrichtungen zur Umwandlung der Schallereignisse in das elektrische, aufzunehmende Tonfrequenzsignal xe und die Einrichtungen zur Umwandlung des expandierten Tonfrequenzsignals xa = k~xe in Schallereignisse nicht dargestellt, da sie für die Erfindung nicht von Bedeutung sind. Diese Einrichtungen wie Mikrofone, Lautsprecher und die zugeordneten Verstärker sind allgemein bekannt.
  • Das zum Aufzeichnen anstehende Tonfrequenzsignal xe wird dem Regelverstärker VR1 des Kompressors KP zugeführt. Außerdem steht das aufzunehmende Tonfrequenzsignal xe am Eingang des Steuersignalgebers StSG, in dem die Komprimierungskennlinie vorgegeben ist. Der Steuersignalgeber StSG im Kompressor KP gibt ein Regelsignal ye an den Regelverstärker VR1 ab, das von der vorgegebenen Komprimierungskennlinie und dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals xe abhängt.
  • Das vom Regelverstärker VR1 abgegebene komprimierte Tonfrequenzsignal x' wird über eine Weiche W1 zusammen mit einem Pilotsteuersignal y' der Aufzeichnungseinrichtung AfE zugeführt. Das Pilotsteuersignal y' wird von einem Pilotsteuersignalwandler PStSW abgegeben, dem das aufzunehmende Tonfrequenzsignal xe bzw. das Regelsignal ye zugeführt wird und ein dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignal xe kennzeichnendes Pilotsteuersignal y' liefert. Dieses Pilotsteuersignal y' kann im einfachsten Fall ein i der Amplitude veränderbares Tonfrequenzsignal mit einer Frequenz von z.B. 45 kHz sein. Dieses Pilotsteuersignal y' kann auf üblichen Tonträgern TT aufgezeichnet werden, ist bei Wiedergabegeräten ohne Expander aber nicht hörbar. Bei Wiedergabegeräten mit einem Expander nach der Erfindung kann das Pilotsteuersignal y' zur Expandierung des abgetasteten, komprimierten Tonfrequenzsignals x' ausgenützt werden, wie noch gezeigt wird.
  • Wird der Tonträger TT mittels der Abtasteinrichtung AbE abgetastet, dann erhält man das komprimierte Tonfrequenzsignal x' und das Pilotsteuersignal y', welche durch die Weiche W2 leicht getrennt werden können. Diese Weiche W2 im Expander EX ist wie die Weiche W1 im Kompressor ein einfaches Filter, das vorzugsweise einen auf die Frequenz des Pilotsteuersignals y' abgestimmten Resonanzkreis enthält.
  • Das komprimierte Tonfrequenzsignal x' gelangt auf den Eingang des Regelverstärkers VR2 im Expander EX. Das Pilotsteuersignal y' gibt dem Steuersignalwandler StSW an, wie groß der Pegel des abgetasteten komprimierten Tonfrequenzsignals x' ist und liefert ein Regelsignal ya an den Regelverstärker VR2, um das Tonfrequenzsignal x' im komprimierten Pegelbereich zu expandieren. Das Ausgangssignal Ad = k xe des Regelverstärkers VR2 hat dann wieder diescibe Dynamik wie das aufzunehmende Tonfrequenzsignal xe, die größer sein kann als die erreichbare Dynamik des Tonträgers TT.
  • Bei der Analcgtechnik nach der Erfindung ist auf der Seite des Aufnahmegerätes nur ein zusätzlicher Pilotsteuersignalwandler PStSW erforderlich, der sehr einfach ist, da er nur ein dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals xe entsprechendes Pilotsteuersignal y' abgeben muß. Das mit auf dem Tonträger TT aufgezeichnete Pilotsteuersignal y' hat den Vorteil, daß es bei der Wiedergabe mit einem herkömmlichen Wiedergabegerät ohne Expander nicht hörbar ist und die Wiedergabe des abgetasteten komprimierten Tonfrequenzsignals x' in der üblichen Wiedergabequalität nicht beeinträchtigt. Erfolgt die Wiedergabe jedoch mittels eines Wiedergabegerätes mit einem Expander nach der Erfindung, dann kann das abgetastete komprimierte Tonfrequenzsignal x' expandiert und mit verbesserter Wiedergabequalität wiedergegeben werden. Dabei ist der Aufwand im Wiedergabegerät kleiner als bei der bekannten Analogtechnik mit Kompandierung, da jetzt das Regelsignal ya für den Regelverstärker VR2 des Expanders EX aus dem abgetasteten und über die Weiche W2 vom abgetasteten komprimierten Tonfrequenzsignal x' leicht auskoppelbaren Pilotsteuersignal y' abgeleitet werden kann.
  • Die Analogtechnik mit Pilotsteuersignal ist auf alle bekannten Kompandierungsverfahren anwendbar. Dabei können im Steuersignalgeber StStG des Kompressors KP verschiedene Komprimierungskennlinien und im Steuersignalwandler StSW des Expanders EX die unterschiedlichsten Expandierungskennlinien vorgegeben sein, wie die Diagramme nach Fig.
  • 3 bis 7 zeigen.
  • Der den Pegel des aufzuzeichnenden Tonfrequenzsignals entsprechende Wert kann bei dem Pilotsteuersignal auch in einer anderen Art dargestellt werden. So kann das Pilotsteuersignal mit einer Ultraschallfrequenz gebildet werden, die entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals bzw. des Ausgangssignals des Steuersignalgebers StSG im Kompressor KP verändert wird.
  • Das Pilotsteuersignal kann auch ein Impulsfrequenzsignal sein, bei dem der zeitliche Abstand der Impulse oder die Dauer der Impulse von dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals abhängig ist.
  • Dabei kann das Pilotsteuersignal von der Frequenz des aufzunehmenden Signals unabhängig sein oder eine bestimmte vorgegebene Frequenzabhängigkeit aufweisen. Diese Abhängigkeit wird in dem Pilotsteuersignalwandler PStSW des Kompressors KP eingeführt. Entscheidend für die Analogtechnik mit Pilotsteuersignal und Kompandierung nach der Erfindung ist, daß das Pilotsteuersignal y' mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal x' vor dem Aufzeichnen zusammengeführt wird und daß bei der Abtastung aus dem abgetasteten Signal das Pilotsteuersignal ausgekoppelt und zur Steuerung des Steuersignalwandlers StSW im Expander EX und zur Ableitung des expandierten Tonfrequenzsignals xa ausgenützt wird. Dabei enthält das Pilotsteuersignal y' eine Information über den Komprimierungsgrad, so daß an einer fest vorgegebenen, linearen Expandierungskennlinie automatisch eine beliebige Kompandierungskennlinie reziprok nachgebildet werden kann.
  • Nach der Anordnung nach Fig. 2 sind mehrere Tonfrequenzkanäle mit eigenen Kompandern KP1 bis KP3 vorgesehen, denen die aufzunehmenden Tonfrequenzsignale xel bis xe3 zugeführt werden. Aus dem Summensignal xel+xe2+xe3 aller Tonfrequenzsignale leitet der Pilotsteuersignalwandler PStSW das gemeinsame Pilotsteuersignal y' ab. Alle getrennt komprimierten Tonfrequenzsignale xel bis xe3' werden mit dem Pilotsteuersignal yt über die Weiche W1 zusammengeführt und auf dem Tonträger TT aufgezeichnet. Die Weiche W2 teilt das abgetastete Signal in die komprimierten Tonfrequenzsignale xel bis xe3' und das Pilotsteuersignal y' auf. Jedem komprimierten Tonfrequenzsignal xel' bis xe3' ist ein eigener Expander EX1 bis EX3 zugeordnet. Das Pilotsteuersignal y' wird dem Steuersignalwandler StSW zugeführt, der ein Regelsignal ya erzeugt, welches den Regelverstärkern aller Expander EX1 bis EX3 zugeführt wird. Die Expander EX1 bis EX3 geben die Tonfrequenzsignale als expandierte Ausgangssignale xa1 bis xa3 ab, wobei die einzelnen Tonfrequenzkanäle auch verschieden komprimiert und expandiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Expandierungskennlinien der Steuersignalwandler in den Expandern EX1 bis EX3 können jedoch auch gleich sein und vorzugsweise wieder eine lineare Abhängigkeit von Eingangs- und Ausgangssignal haben.
  • Es ist selbstverständlich, daß jedem Tonfrequenzkanal auch ein eigenes Pilotsteuersignal zugeordnet werden kann. Alle Pilotsteuersignale werden auf dem Tonträger aufgezeichnet und beim Abtasten über die Weiche W2 ausgekoppelt und zur Steuerung der individuellen Steuersignalwandler der Expander EX1 bis EX3 ausgenützt.
  • Bei dem Kompandierungsdiagramm nach Fig. 3 werden nur die niedrigen Pegel des Tonfrequenzsignals xe im Bereich kleiner als 70 dB kompandiert. Dabei wird der Pilotsteuersignalwandler PStSW im Kompressor ein Pilotsteuersignal y' mit einer Frequenz von 45 kHz abgeben, dessen Amplitude von dem Pegel des Tonfrequenzsignals xe abhängig ist. So wird z.B. bei einem Pegel von 70 dB das Pilotsteuersignal y' mit einem Pegel von -40 dB auftreten und mit abnehmendem Pegel des Tonfrequenzsignals xe proportional im Pegel zunehmen. Der Steuersignalwandler StSW im Expander leitet daraus das Regelsignal ya ab, das erst bei einem Pegel des Pilotsteuersignals ye von -40 dB einsetzt und entsprechend der Pegelzunahme des Pilotsteuersignals y' zunimmt.
  • Damit wird der Pegelbereich von -30 bis -50 dB des komprimierten Tonfrequenzsignals x' wieder auf den ursprünglichen Pegelbereich des Tonfrequenzsignals xe expandiert, so daß das Ausgangssignal xa wieder die Dynamik vor der Komprimierung aufweist.
  • Bei dem Kompandierungsdiagramm nach Fig. 4 werden wiederum nur die niedrigen Pegel des Tonfrequenzsignals xe kompandiert. Dabei wird an dem Pilotsteuersignal yZ von 45 kHz vom Pilotsteuersignalwandler PStSW jedoch eine Frequenzmodulation durchgeführt. Dabei wird dem Pegel von 70 dB des Tonfrequenzsignals xe die Frequenz 45 kHz zugeordnet. Mit abnehmendem Pegel des Tonfrequenzsignals xe ändert sich die Frequenz des Pilotsteuersignals y' und zwar nimmt sie proportional zu. Der Pegelbereich von 20 bis 70 dB des Tonfrequenzsignals xe wird wiederum auf etwa -60 bis -30 dB komprimiert, während die höheren Pegel des Tonfrequenzsignals von 80 dB und mehr unbeeinflußt bleiben. Der Steuersignalwandler StSW erzeugt aus dem frequenzmodulierten Pilotsteuersignal y' das Regelsignal ya für den Regelverstärker des Expanders.
  • Bei dem Kompandierungsdiagramm nach Fig. 5 wird der gesamte Pegelbereich von 20 bis 130 dB des Tonfrequenzsignals xe kompandiert.
  • Dabei wird ein frequenzmoduliertes Pilotsteuersignal y' verwendet, das eine Mittenfrequenz von 45 kHz aufweist. Diese Frequenz ist dem Pegel von 90 dB des Tonfrequenzsignals xe zugeordnet. Mit zunehmendem Pegel des Tonfrequenzsignals xe nimmt auch die Frequenz des Pilotsteuersignals y' 1proportional zu, während die Frequenz des Pilotsteuersignals y' bei Pegeln kleiner als 90 dB proportional abnimmt.
  • Der Steuersignalwandler StSW erzeugt dabei bei einer Frequenz von 45 kHz des Pilotsteuersignals y' kein Regelsignal ya für den Regelverstärker des Expanders, so daß das Tonfrequenzsignal xe mit einem Pegel von 90 dB unverändert als expandiertes Signal xa erhalten wird.
  • Bei Frequenzen größer als 45 kHz wird ein Regelsignal ya der einen und bei Frequenzen kleiner als 45 kHz ein Regelsignal ya der anderen Polarität erzeugt. In beiden Fällen nimmt die Amplitude des Regelsignals ya proportional mit der 7"#nahme bzw. Abnahme der Frequenz des Pilotsteuersignals y' zu.
  • Bei dem Kompandierungsdiagramm nach Fig. 6 werden nur die niedrigen Pegel kleiner als 70 QB des Tonfrequenzsignals xe kompandiert. Dabei wird ein Pilotsteuersignal y' mit einer Frequenz von 45 kHz verwendet.
  • Mit kleiner werdendem Pegel des Tonfrequenzsignals xe nimmt die Amplitude des Pilotsteuersignals y' mehr als proportional ab. Daher erzeugt der Steuersignalwandler StSW ein Regelsignal ya das exponentiell zunimmt. Die Folge davon ist, daß die niedrigsten Pegel des Tonfrequenzsignals xe am stärksten kompanidert werden.
  • Schließlich zeigt die Fig. 7 ein Kompandierungsdiagramm, bei dem die Pegel größer als 70 dB des Tonfrequenzsignals ein Pilotsteuersignal y' von 45 kHz mit konstanter Amplitude liefern, das über den Steuersignalwandler StSW auch zu einem konstanten Regelsignal ya führt.
  • Sinkt der Pegel des Tonfrequenzsignals xe unter 70 dB ab, dann nimmt auch das Pilotsteuersignal y' proportional ab. Das vom Steuersignalwandler StSW erzeugte Regelsignal ya nimmt von dem konstanten Wert auf Null auf. Der Wert Null kann dabei z.B. bei einem Pegel von 20 dB des Tonfrequenzsignals xe erreicht sein.
  • In den Kompandierungsdiagrammen nach Fig. 3 bis 7 ist in der Mitte stets der auf dem Tonträger erforderliche Pegelbereich für das komprimierte Signal abzulesen.
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Claims (14)

  1. Ansprüche Anordnung zum Aufzeichnen und Abtasten von Schallereignisse darstellenden elektrischen Tonfrequenzsignalen auf bzw. von einem Tonträger, bei der die Tonfrequenzsignale vor dem Aufzeichnen auf dem Tonträger mittels einer Aufzeichnungseinrichtung in einem Kompressor komprimiert werden und bei der die mittels einer Abtasteinrichtung von dem Tonträger abgetasteten Tonfrequenzsignale in einem Expander expandiert werden, wobei eine Komprimierungskennlinie in einem vom aufzuzeichnenden Tonfrequenzsignal gesteuerten Steuersignalgeber des Kompressors und eine Expandierungskennlinie in einem vom abgetasteten Signal gesteuerten Steuersignalwandler des Expanders vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Kompressor (KP) das aufzunehmende Tonfrequenzsignal (xe) bzw. das Ausgangssignal (ye) des Steuersignalgebers (StSG) zusätzlich einem Pilotsteuersignalwandler (PStSW) zugeführt ist, der mindestens ein vom aufzunehmenden Tonfrequenzsignal (xe) getrenntes, nicht hörbares Pilotsteuersignal (y') abgibt, das (die) ein eindeutiges Maß für die im Kompressor (KP) entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals (xe) erfolgte Kompression ist (sind), daß das (die) Pilotsteuersignal (e) (y') zusammen mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal (x') auf dem Tonträger (TT) aufgezeichnet wird (werden), und daß im Expander (EX) das (die) zusammen mit dem komprimierten Tonfrequenzsignal (xt) abgetastete(n) Pilotsteuersignal(e) (y') ausgekoppelt und zur Steuerung des Steuersignalwandlers (StSW) des Expanders (EX) und Ableitung des expandierten Tonfrequenzsignals (xa) verwendet ist (sind).
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pilotsteuersignal (y') ein Ultraschallfrequenzsignal (z.B. 45 kHz) verwendet ist, dessen Amplitude entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals (xe) bzw. dem Ausgangssignal (ye) des Steuersignalgebers (StSG) des Kompressors (KP) veränderbar ist (Amplituden-Modulation).
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pilotsteuersignal (y') ein Ultraschallfrequenzsignal (z.B. 45 kHz) verwendet ist, dessen Frequenz entsprechend dem Pegel des Tonfrequenzsignals (xe) bzw. des Ausgangssignals (ye) des Steuersignalgebers (StSG) des Kompressors (KP) veränderbar ist (Frequenz-Modulation).
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pilotsteuersignal (y') ein Impulsfrequenzsignal im Ultraschallbereich verwendet ist, wobei der zeitliche Abstand der Impulse das Maß für die erfolgte Kompression darstellt (Pulscode-Modulation, Puisphasen-Modulation, Pulsfrequenz-Modulation).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Pilotsteuersignal (y') ein unhörbares Impulsfrequenzsignal verwendet ist, wobei die jeweilige zeitliche Länge der Impulse das Maß für die erfolgte Kompression darstellt (Impulsbreiten-Modulation).
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierte Tonfrequenzsignal (x') und das (die) Pilotsteuersignal(e) (y') im Kompressor (KP) vor der Aufzeichnung tusammengeführt werden und daß im Expander (EX) nach der Abtastung aus dem zusammengesetzten Signal (x'+y') das (die) Pilotsteuersignal(e) ausgekoppelt wird (werden).
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Pilotsteuersignal(e) (y') von der Frequenz des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals (xe) unabhängig ist (sind).
  8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Pilotsteuersignal(e) (y') nach einer vorgegebenen Charakteristik von der Frequenz des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals (xe) abhängig ist (sind).
  9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotsteuersignalwandler (PStSW) im Kompressor (KP) mindestens ein Pilotsteuersignal (y') abgibt, dessen Wert mit dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals (xe) entsprechend der vorgegebenen Komprimierungskennlinie zunimmt, daß im Expander (EX) das ausgekoppelte Pilotsteuersignal (yß) als Kenngröße für die erfolgte Kompression erkannt wird und daß der Steuersignalwandler (StSW) im Expander (EX) entsprechend dem Wert des Pilotsteuersignals (y') und seiner vorgegebenen festen Expandierungskennlinie eine zur jeweiligen Komprimierungskennlinie reziproke Expandierungskennlinie nachbildet und ein entsprechendes Regelsignal (ya) an einen Regelverstärker (VR2) des Expanders (EX) abgibt.
  10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotsteuersignalwandler (PStSW) im Kompressor (KP) mindestens ein Pilotsteuersignal (yt) abgibt, dessen Wert mit dem Pegel des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals (xe) entsprechend der vorgegebenen Komprimierungskennlinie abnimmt, daß im Expander (EX) das ausgekoppelte Pilotsteuersignal (y') als Kenngröße für die erfolgte Kompression erkannt wird und daß der Steuersignalwandler (StSW) im Expander (EX) entsprechend dem Wert des Pilotsteuersignals (y') und seiner vorgegebenen festen Expandierungskennlinie eine zur jeweiligen Komprimierungskennlinie reziproke Expandierungskennlinie nachbildet und ein entsprechendes Regelsignal (ya) an einen Regelverstärker (VR2) des Expanders (EX) abgibt.
  11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber (STSG) im Kompressor (KP) bei einem vorgegebenen Pegel (z.B. 70 dB) des aufzunehmenden Tonfrequenzsignals (xe) mit der Abgabe eines Regelsignals (ye) für einen Regelverstärker (VR1) des Kompressors (KP) und entsprechend der Pilotsteuersignalwandler (PStSW) mit der Abgabe des Pilotsteuersignals (y') einsetzt.
  12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tonfrequenzkanäle (xel bis xe3) vorgesehen sind, denen ein gemeinsames Pilotsteuersignal (y')- zugeordnet ist.
  13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tonfrequenzkanäle (xel bis xe3) vorgesehen sind, denen individuelle Pilotsteuersignale zugeordnet sind.
  14. 14. Anordnung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß die individuellen Pilotsteuersignale im Expander zu einem gemeinsamen Regelsignal für alle Tonfrequenzkanäle zusammengeführt sind.
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