DE3208525A1

DE3208525A1 - Rauschverminderungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3208525A1
Application number: DE19823208525
Authority: DE
Inventors: Yutaka Zama Kanagawa Haramoto; Yukinobu Machida Tokyo Ishigaki; Kaoru Yokohama Kanagawa Totsuka
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3208525C2; GB2098031A; FR2501936B1; FR2501936A1; US4449106A; GB2098031B

Description

VICTOR COMPANY· OF JAPAN, LTD. Yokohama, Japan

Rauschverminderungsvorrichtung

Bekannte Rauschverminderungsvorrichtungen bewirken ι eine Kompression der Signalamplitude und eine Expansion der Signalamplitude komplementär zur Signalamplitudenkompression, um das Rauschen (Zischen und dergleichen), das bei der Wiedergabe eines magnetischen Aufzeichnungsträgers in einer magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtung eingeführt wird, zu vermindern. Diese bekannten Rauschverminderungs- oder Geräuschunterdrückungsvorrichtungen werden zur Verminderung des

1.5 Rauschens·(von Oberflächengeräuschen und dergleichen), • ' das beim Abtasten einer Aufzeichnungsplatte bei der Wiedergabe in einer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung für die Aufzeichnungsplatte hervorgerufen wird, und zur Verbesserung des Rauschverhältnisses (des Störab-Standes), d.h. des Verhältnisses von empfangenem Nutzsignal zu empfangenem Störsignal oder Rauschsignal bei einer Signalübertragung (per Funk oder Draht) verwendet.

Eine derartige Rauschverminderungsvorrichtung enthält iß allgemeinen eine Amplitudenkompressionsschaltung mit einer Verstärkungssteuerschaltung (d.h. einer Schaltung • mit steuerbarer Verstärkung)·, der ein Eingangssignal zugeführt wird, und mit einem Regelkreis, der eine Steuerspannung zum Steuern der Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung erzeugt. Ferner enthält diese Vorrichtung eine Amplitudenexpansionsschaltung mit einer Verstärkungssteuerschaltung, der ein aufgezeichnetes und wiedergegebenes (oder gesendetes und empfangenes) Signal zugeführt wird, und mit einem Regelkreis zum Steuern der Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung in der Amplitudenexpansionsschaltung. Das Rauschen in dem der Amplitudenexpansionsschaltung zugeführten komprimierten ·

3203525

Signal wird in der Amplitudenexpansionsschaltung einer Amplitudenmodulation unterzogen, da sich die Amplitude . der Steuerspannung entsprechend einer Amplitudenexpansionskennlinie in Abhängigkeit van' der Änderung der Amplitude des komprimierten Signals ändert. Die Folge ist ein Rauschmodulationseffekt im Ausgangssignal der Amplitudenexpansionsschaltung.

Mithin wird bei dieser bekannten Rauschverminderungsvorrichtung die Wiedergabequalität verschlechtert, wenn das amplitudenmodulierte Rauschen im Ausgangssignal der Amplitudenexpansionsschaltung nicht durch die Nutzsignalamplitude überdeckt wird.

. Der erwähnte Rauschmodulationseffekt hängt eng mit der Erholungszeit der Amplitudenexpansionsschaltung zusammen. Im allgemeinen gilt, daß, wenn die Erholungszeit lang ist, der Rauschmodulationseffekt deutlich feststellbar und für das Ohr unangenehm ist. Wenn die Erholungszeit dagegen kurz ist, wird das Rauschen überdeckt, so daß es durch das Ohr kaum feststellbar ist. Durch die Verkürzung der Erholungszeit läßt sich daher der Rauschmodulationseffekt verringern. Die Verringerung der Erholungszeit ist jedoch nur begrenzt möglich, da eine Verschlechterung des Verzerrungs- oder Klirrfaktors des komprimierten und expandierten Signals durch eine Welligkeitkomponente verhindert werden muß, die in der Steuerspannung bei" der niedrigsten Signalfrequenz, bei der die Signalkompression und -expansion bewirkt wird, enthalten ist. Bei der bekannten Rauschverminderungsvorrichtüng ist es daher schwierig, den Rauschmodulationseffekt nennenswert zu verringern.

In der älteren DE-OS 31 34 295 ist daher eine Rauschverminderung^vorrichtung vorgeschlagen worden, bei der das Ausgangssignal der in der Amplitudenkompressionsschaltung liegenden Verstärkungssteuerschaltung .und das Ein-

j Z j j j Z — 6-

gangssignal der in der Amplitudenexpansionsschaltung liegenden Verstärkungssteuerschaltung in dem jeweiligen Regelkreis in der Amplitudenkompressionsschaltung und der Amplitudenexpansionsschaltung auf einen niedrigen und einen hohen Frequenzbereich aufgeteilt werden. Die Steuerspannungen werden für jedes Signal in jedem der ■ aufgeteilten Frequenzbereiche erzeugt und zueinander addiert. Bei diesem älteren Vorschlag wird daher ein Frequenzbereichaufteilungs- und -additionsverfahren angewandt.

So enthält der Regelkreis in der Amplitudenkompressionsschaltung des älteren Vorschlags ein Tiefpaßfilter und ein Hochpaßfilter, denen das Ausgangssignal· der Verstärkungssteuerschaltung zugeführt wird, Gleichrichtschaltungen, die jeweils an jedes Filter angeschlossen sind, eine Integrationszeitkonstantenschaltung für einen niedrigen Frequenzbereich und eine Integrationszeitkon-•stantenschaltung für einen hohen Frequenzbereich, die jeweils an eine Gleichrichtschaltu.ng angeschlossen sind, sowie eine Schaltung zum Addieren der Ausgangssignale der beiden Integrationszeitkons tantenschaltungeri, um der Verstärkungssteuerschaltung eine Spannung zum Steuern der Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung zuzuführen.

Der Regelkreis in der Amplitudenexpansionsschaltung hat einen ähnlichen Schaltungsaufbau wie der Regelkreis in der Amplitudenkompressionsschaltung. Das Eingangssignal '. des Regelkreises in der Amplitudenexpansionsschaltung ist jedoch ein Signal, das zur Verstärkungssteuerschaltung in der Amplitudenexpansionsschaltung übertragen und dieser zugeführt wird, nachdem es aufgezeichnet und wiedergegeben (gesendet und empfangen) wurde.. Die durch die beiden Filter auf die Frequenzbereiche aufgeteilten Signale werden in ihren Hüllkurven entsprechende Steuerspannunge'n umgewandelt, indem sie durch die Gleichrichtschaltungen und die Integrationszeitkonstantenschaltungen geleitet werden.

_₇_ ■ - ·-■ 3203525

Wenn jedoch bei diesem älteren Vorschlag die .Amplitudenkompression und Amplitudenexpansiori einfach mit einem konstanten Frequenzgang durchgeführt wird, wird der Rauschmodulationseffekt, der durch die Rauschverte'ilung im hohen Frequenzbereich bewirkt wird, nicht verringert.

Um dieses Problem zu lösen,"könnte, eine Vorrichtung in Erwägung gezogen werden, bei der die Amplitudenkompression nach der Vorverzerrung ·{ Vor anhebung oder Preemphasis) in bezug auf· das Eingangssignal in der Amplitudenkompressionsschaltung und die Amplitudenexpansion nach der Nachentzerrun£ (Deemphasis) in bezug auf das Signal in der Expansionsschaltung bewirkt wird. Im allgemeinen ist bei den Kompressions- und Expansionsschaltungen mit Vor- und Nachentzerrungsschaltungen der Steuerspannungserzeugungskreis in einer vor der Gleichrichtschaltung liegenden Stufe mit einer Bewertungsschaltung versehen, deren Bewertungskennlinie nahe bei der Emphasiskennlinie liegt. D.h., zwischen den Amplituden der Ausgangssignale von Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter besteht eine der Emphasiskennlinie entsprechende Differenz.

Bei dieser denkbaren Vorrichtung läßt sich jedoch kein Ausgleich mit.Bezug auf die Beziehung zwischen der Ansprechzeit (Einregelzeit) und Erholüngszeit der Inte-" grationszeitkonstantenschaltung- des niedrigen Frequenzbereichs und der Ansprechzeit und Erholungszeit der Integrationszeitkonstantenschaltung des hohen Frequenzbereichs erzielen. Es ist daher schwierig, die gewünschte Integrationszeitkonstante einzustellen. Ferner läßt sich der Rauschmodulationseffekt nicht ausreichend reduzieren.

Nachstehend soll ausführlicher erläutert werden, warum sich der Rauschmodulationseffekt bei dieser denkbaren Vorrichtung nicht ausreichend verringern läßt. Die

erwähnten Gleichrichtschaltungen und Integrationszeitkons tantenschaitungen sind so ausgebildet, daß ein Eingangssignal e. in einer Schaltung mit einem ohmschen Widerstand R^, einem ohmschen Innenwiderstand R,„ einer als Gleichrichter wirkenden Diode D, einem ohmschen Widerstand R₂ und einem Kondensator C gleichgerichtet und integriert wird. Während der positiven Halbwelle · ! des Eingangssignals e. wird der Kondensator C über den Widerstand R>, und den Innenwiderstand· R,„ der Diode D, die in Reihe liegen, aufgeladen. Während der negativen Halbwelle des'Eingangssignals e^ wird der Kondensator C dagegen über den zum Kondensator C parallel liegenden Widerstand Rp entladen. Während der negativen Halbwelle des Eingangssignals e^ wird daher zwischen den Anschlüssen des Widerstands Rp eine Steuerspannung E erzeugt.

Die Abhängigkeit der Durchiaßspannung Vp vom Durchlaßstrom Ip der Diode D ergibt eine Kennlinie, bei der die Spannung V„ und der Strom I„ über eine vorbestimmte Spannung proportional sind. In einem vorbestimmten Bereich eines durch die Diode D fließenden Signalstroms sind daher der Innenwiderstand R,p und der Strom

proportional. Die Ansprechzeit T (oder Einregelzeit) der erwähnten Gleichricht- und Integrationszeitkonstantenschaltungen ist daher gleich der Ladezeitkonstanten des .Kondensators C, für die sich nachfolgende Gleichung (1) angeben läßt;-

^Ta -.(V⁺"¹W" · ^C . ⁽¹⁾

Ferner ist die Erholungszeit T_r gleich der Entladezeitkonstanten des Kondensators C, für die sich die nachste hende Gleichung (2) angeben läßt:

T_r - R₂ - C (2)

Die Ansprechzeit T hängt daher vom Innenwider-· stand R,_ der· Diode D ab. Dieser Innenwiderstand R,„ ändert sich wiederum, wie schon erwähnt·wurde, in Abhängigkeit von der Größe des Signalstroms i^p» der in Durchlaßrichtung durch die -Diode D fließt. Die Ansprechzeit T^ ist daher bei hoher Eingangssignalamplitude kurz

el " . -

und bei niedriger Eingangssignalamplitude lang und im wesentlichen umgekehrt proportional zur. Amplitude des Eingangssignals e.. Dagegen ist die Erholungszeit T , wie Gleichung (2) zeigt, unabhängig von der Amplitude bzw. Größe- des .Eingangssignals e. konstant. ■

Wenn die Schaltung so aufgebaut ist, daß sich eine Differenz in den Amplituden der Ausgangssignale von Tiefpaßfilter und Hochpaßfilter ergibt, läßt sich aufgrund der nichtlinearen Kennlinie der Gleichrichterdioden und an Hand der Gleichungen (1) und (2) die nachstehende Gleichung (3) angeben. In der Gleichung (3) sind T y und T , jeweils die Ansprechzeit und Erholungszeit einer Schaltung, der das Ausgangssignal des' Tiefpaßfilters zugeführt wird, und T₁, und T „ jeweils die Ansprechzeit

an rxi

und Erholungszeit einer Schaltung, der das Ausgangssignal des Hochpaßfilters zugeführt wird.

. ■ "

T.

(3)

Die Gleichung (3) bedeutet, daß die Verhältnisse von An-Sprechzeit zu Erholungszeit in den Schaltungen, denen einerseits das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters und andererseits das Ausgangssignal des Hochpaßfilters zugeführt wird, ungleich sind. Der Zusammenhang zwischen der Ansprechzeit und der gewünschten Erholungszeit ist daher wegen der nichtlinearen Diodehkennlinie kompliziert. Daher ist es schwierig, die 'Integrationszeitkonstante einzustellen. Die Integrationszeitkonstante hängt eng mit dem

0/.'¹¹J-O ; . ■ ■

Rauschmodulationseffekt zusammen, so daß diese denkbare Rauschverminderungsvorrichtung den Nachteil hat, daß sich der Rauschmodulationseffekt nicht merklich verringern läßt.

■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

RauschverminderungsVorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die.den Rauschmodulationseffekt, der auch als "Atmen" bezeichnet wird, verhindert. . 10

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

"Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekenn— zeichnet.

Bei dieser Rauschverminderungsvorrichtung ist jeweils eine Vorverzerrungsschaltung, auch Preemphasisschaltung genannt, und eine Nachentzerrungsschaltung, auch- Deemphasisschaltung genannt, in einer Amplitudenkompressionsschaltung und einer Amplitudenexpansionsschaltung vorgesehen. Ferner enthält die Amplitudenkompressipnsschaltung.und die Amplitudenexpansionsschaltung jeweils einen Regelkreis zum Erzeugen einer Steuerspannung für eine Verstärkungssteuerschaltung mit einem solchen Aufbau, daß das dem Regelkreis zugeführte Signal auf mehrere Frequenzbereiche- aufgeteilt, für jeden Frequenzbereich gleichgerichtet und bewertet wird und dann die Ausgangssignale in jedem Frequenzbereich zur BiI-dung der Steuer spannung addiert v/erden. Dabei v/erden die mittleren und hohen Frequenzen verstärkt, wenn die Signalamplitude niedrig ist, und das Signal-Rausch-Verhältnis bei mittleren und hohen Frequenzen gegenüber dem Rauschen im Übertragungskanal erhöht. Diese und andere Maßnahmen ergeben eine erhebliche Verringerung des Rauschmodulationseffekts. Ferner können in einem Amplitudenberoich, in dem die Arnplitudenkompresoionskennlinie

320G525 · ■ ■ . ·

oder die Amplitudenexpansionskennlinie im hohen und niedrigen Frequenzbereich zusammenfallen, die Integrationszeitkonstanten im hohen und niedrigen Frequenzbereich leicht eingestellt werden, da die Ansprechzeit T „ und die Erholzeit T „ gleich sind. Dies ermöglicht eine noch weitere Verringerung des Rauschmodulationseffekts.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend an Hand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

F I G . 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Rauschverminderungsvorrichtung, . '

F I G . 2 ein Beispiel einer Kennlinie einer Vorverzerrung sschaltung, die als Block in Fig. 1 dargestellt ist,

F I G . 3 die Abhängigkeit der Ausgangsamplitude von der Eingangsamplitude der Vorrichtung nach Fig. 1, FIG. 4a, 4b und 4C. Kennlinien von Schaltungsteilen der Vorrichtung nach Fig. 1,

F I G . 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rauschverminderungsvorrichtung,

FIG. 6 die Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangssignals von der Amplitude des Eingangssignals der Vorrichtung nach Fig. 5,

F I G . 7A und 7B die Frequenzabhängigkeit von Verstärkungen und Erholungszeiten von Teilen der Vorrichtung nach Fig. 5 und

F I G . 8 ein ausführlicheres Schaltbild eines wesentlichen Teils der Vorrichtung nach Fig. 5.

Die Rauschverminderungsvorrichtung nach Fig. enthält eine Amplitudenkompressionsschaltung 10 mit einem Eingangsanschluß 11 und einem Ausgangsanschluß und mit den in Fig. 3 dargestellten Amplitudenkompressionskennlinien a und c. Ferner enthält die Vorrichtung j eine Amplltudenexpansionsschaltung 25 mit einem Eingangsanschluß 26 und einem Ausgangsanschluß 38 sowie den in Fig. 3 dargestellten Amplitudenexpansionskennlinien b und d. Die Kennlinien b und d sind zu den Kennlinien a und c symmetrisch in bezug auf eine gerade Linie e, bei der es sich um die Kennlinie handelt, wenn die Eingangsund Ausgangsamplituden gleich sind. D.h., die Kennlinien b und d sind so 'gewählt, daß sie zu den Kennlinien a und c komplementär sind.

Ein Eingangssignal, z.B. ein Audiosignal, wird über den Eingangsanschluß 11 einer Vorverzerrungsschaltung 12 (auch Preemphasisschaltung genannt) mit der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie zugeführt. In dieser Vorverζerrungsschaltung.12 wird die Signalamplitude bei höheren Frequenzen gegenüber der bei niedrigeren Frequenzen angehoben. Das Ausgangssignal der Vorverzerrungsschaltung 12 wird über eine Verstärkungssteuerschaltung 13'(eine Schaltung mit steuerbarer-Verstärkung) zum einen dem Ausgangsanschluß 23 und zum anderen einem Tief- * paßfilter 14 und einem Hochpaßfilter 15 zugeführt. Das Tiefpaßfilter 14 hat die in Fig. 4A dargestellte Kenn- · linie I, d.h. es läßt Signalkomponenten durch, deren Frequenz gleich oder kleiner als eine Frequenz fp ist.

Das Hochpaßfilter 15 hat die in Fig. 4B dargestellte Kennlinie II und läßt Signalkomponenten durch, deren Frequenz gleich oder größer als die Frequenz fp ist.

■ Das Aus gangs signal de.s Tiefpaßfilters 14 wird über eine Gleichrichtschaltung 16 einer Integrationszeit-

203525

konstantenschaltung 18.zugeführt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 14- wird daher, in eine Steuerspannung mit einer Integrationszeitkonstante TCj umgewandelt. Die Ausgangssteuerspannung der Schaltung 18 wird einer Verstärkungseinstellschaltung 20· zugeführt, in der die Verstärkung G₁- der im niedrigen Frequenzbereich liegenden. Signalkomponenten eingestellt wird, so daß sich eine im niedrigen Frequenzbereich'liegende Steuerspannung EC_L ergibt. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 15 wird ebenfalls über eine Gleichrichtschaltung 17 einer Integrationszeitkonstantenschaltung 19 zugeführt. Dabei wird das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 15 in eine Steuerspannung mit einer Integrationszeitkonstante TC- ungewandelt·. Die Ausgangs Steuer spannung der Schal-/ tung 19 wird einer Verstärkungseiristellschaltung 21 zugeführt, in der das Signal in eine im' hohen Frequenzbereich liegende Steuerspannung EC^ umgewandelt wird. Die Integrationszeitkonstanten TC₁ und TC, sind so klein gewählt, daß das Verzerrungsmaß bzw.; der Klirrfaktor der Steuerspannung aufgrund einer Welligkeit nicht-vergrößert wird. Die Verstärkungseinstellschaltungen 20 und 21 enthalten eine Dämpfungsschaltung, die einfach aus ohmschen " Widerständen als Spannungsteiler, ausgebildet ist, wobei die Widerstandswerte entsprechend einer gewünschten Bewertung gewählt sind. . "

Entsprechend der Vorverzerrungskennlinie wird die im niedrigen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECt mit dem Bewertungsfaktor G_L und die im höheren Frequenzbereich liegende Steuerspannung EC_H mit dem Bewertungsfaktor Gtt bewertet, und dann werden beide Steuer spannungen in einer Addierschaltung 22 addiert. Die durch die Addierschaltung 22 erzeugte Steuerspannung E wird der 'Verstärkungssteuerschaltung 13 zugeführt, um die Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung 13 zu-steuern. Dabei wird das Ausgangssignal der Vorverzerrungsschaltung 12 in

320G525

der Verstärkungssteuerschaltung 13 einer Amplitudenkompression unterzogen und dann dem Ausgangsanschluß 23 zugeführt. Das am Ausgangsanschluß 23 abgenommene Ausgangssignal wird auf einem Aufzeichnungsträger 24 aufgezeichnet.

In dieser.Steuer- oder Regeleinrichtung'wird daher der Frequenzbereich des Eingangssignals in einen niedrigen und einen hohen Frequenzbereich bzw. das Eingangssignal auf.einen niedrigen .und einen hohen Frequenzbereich aufgeteilt,, so daß sich die Niederfrequenzbereich-Integrationszeitkonstante TC₁ und die Hochfrequenzbereich-Integrationszeitkonstante TC, ergibt, und die jeweils in diesen Frequenzbereichen liegenden Steuerspannungen EC₁- und ECtt werden addiert. Nach Fig. 4B ergibt sich daher bei der Frequenz fp eine Integrationszeitkonstante TC₂> die zwischen den Zeitkonstanten TC. und TC^ liegt. Die Steuer- oder Regelzeitkonstante ändert sich in Abhängigkeit von der Eingangssignalfrequenz.

' .

Fig; 4C zeigt die Frequenzabhängigkeit der Amplitude der im niedrigen Frequenzbereich liegenden Steuerspannung EC-r , der. im hohen Frequenzbereich liegenden Steuerspannung ECtt und der sich durch Addition dieser Steuerspannungen ergebenden Steuerspannung E . Die Amplitudenkompressionskennlinie der Amplitudenkompressionsschaltung 10 hat daher für hohe Frequenzkomponenten den durch die Kurve a und für niedrige Frequenzkomponenten den durch die Kurve c in Fig. 3 dargestellten Verlauf.

Wie Fig. 3 zeigt, fallen die Kennlinien a und c in einem Bereich L zusammen. In dem Bereich L haben die den Gleiehrichtschaltungen 16 und 17 zugeführten Signale daher gleiche Amplituden. Daher gilt folgende Gleichung (4):

' ■ ' . '

^RrL ■

3-200525 : -; ■ . .

-15- ■ .

Die Zeitkonstanten für. den niedrigen und hohen Frequenzbereich lassen sich daher leicht einstellen, so daß sich auch der von' den Integrationszeitkonstanten unmittelbar abhängige Rauschmodulationseffekt wirksam verringern läßt. . ■ . ·...'.

Nachstehend'wird die Wirkungsweise.der Amplitudenexpänsionsschaltung 25' beschrieben. Ein. vom Aufzeichnungsträger 24 abgetastetes und in der Amplitude komprimiertes Signal wird.dem Eingangsanschluß 26 zugeführt. Dieses Eingangssignal wird einerseits einer Verstärkungssteuerschaltung 27 und andererseits einem Tiefpaßfilter 29 und einem Hochpaßfilter 30 zugeführt.

' Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 29 wird nacheinander über eine Gleichrichtschaltung 31, eine Ihtegrationszeitkonstantenschaltung 33· und eine ,Verstärkungseinstellschaltung 35 in eine in einem niedrigen Frequenzbereich liegende Steuerspannung EC'_L umgewandelt und dann einer Addierschaltung -37 zugeführt. Das Aus gangs signal des Hochpaßfilters 30 wird nacheinander über eine Gleichrichtschäl tung 32, eine Integrationszeitkonstantenschaltung 34 und eine Verstärkungseinstellschaltung 36 in eine in einem hohen Frequenzbereich liegende Steuerspannung EC^ umgewandelt und dann ebenfalls der Addierschaltung 37 zugeführt. ■ .

Die in·der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung mit den Schaltungen 29 bis 37 hat den gleichen Aufbau wie die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung' mit den Schaltungen 14 bis 22 in der Amplitudenkompressionsschaltung 10. Mithin hat die Schaltung in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung in der Amplitudenexpansionsschaltung 25 die gleiche Kennlinie wie die Schaltung in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung der Amplitudenkompressionsschaltung 10. Die im niedrigen Frequenz-

bere.ich liegende Steuerspannung ECy und die im hohen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECtt, die jeweils der Addierschaltung 37 zugeführt werden, haben den gleichen Amplitüdengang wie dies für die Steuerspannungen 5. ECj und ECtt in Fig. 4C dargestellt ist. Die sich durch die Addition dieser Steuerspahnungen ergebende Steuerspannung E_Q hat daher den gleichen Amplitudengang wie er für die Steuerspannung E in Fig. 4C dargestellt ist.

Di ^e Steuerspannung E wird der Verstärkungssteuerschaltung 27 zugeführt, um die Verstärkung dieser Verstärkungssteuerschaltung 27 entsprechend zu steuern. Während die Verstärkungssteuerschaltung 13 in der Amplitudenkompressionsschaltung 10 eine umgekehrt proportionale Steuerung (Kompression) bewirkt, bewirkt die Verstärkungssteuerschaltung 27 in der Amplitudenexpansionsschaltung 25 eine proportionale Steuerung (Expansion) . Das Ausgangssignal der Verstärkungssteuerschaltung 27 wird dem. Ausgangsanschluß 38 über eine Nachentzerrungsschaltung 28 (auch Deemphaisisschaltung- genannt) mit einer zur Übertragungsfunktion der Vorverzerrungsschaltung 12 inversen Übertragungsfunktion zugeführt.

Die Amplitudenexpansionsschaltung 25 hat daher für hohe und niedrige Frequenzen jeweils die in Fig. 3 dargestellten Amplitudenexpansionskennlinien b und d. Wie bereits erwähnt wurde, wird das in der Amplitude komprimierte Signal dem Eingangsanschluß 26 zugeführt. Am Ausgangsanschluß 38 ergibt sich daher ein Signal mit einer Kennlinie, bei der die Eingangs- und Ausgangsamplitude gleich sind, wie es durch die gerade Linie e in Fig. 3 dargestellt ist. D.h., das am.Ausgangsanschluß 38 auftre tende Signal entspricht dem dem Eingangsanschluß 11 zugeführten Eingangssignal, in dem jedoch das im übertragungskanal erzeugte Rauschen vermindert ist.

Es versteht sich, daß sich bei den Gleichrichtschaltungen 31 und 32 in -der Amplitudenexpansionsschaltung 25 die gleiche Beziehung ergibt, wie sie durch die Gleichung (4) beschrieben wird. Wie man sieht, ergibt sich durch die Vorverzerrungsschaltung 12, die Verstärkungseinstellschaltung 20 für den niedrigen Frequenzbe-■ reich und die Verstärkungseinstellschaltung 21 für den hohen Frequenzbereich eine Anhebung.(Emphasis), so daß die Amplituden der im mittleren und hohen Frequenzbereich liegenden Signalkomponenten verstärkt (angehoben), werden, wenn das Eingangssignal klein ist. Dadurch'wird, das Signal-Rausch-Verhältnis im mittleren und hohen Frequenzbereich bezüglich des bei der Aufzeichnung und Wiedergabe auf bzw. vom Aufzeichnungsträger 24 bewirkten Rauschens Verbessert und der Rauschmodulationseffekt- stark verringert.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rauschverminderungsvorrichtung sind diejenigen Teile, die den in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen,. so daß -sie nicht nochmals im einzelnen beschrieben werden. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß der die Steuer spannung erzeugende Kreis in einen Kanal für hohe und einen Kanal für niedrige Frequenzen und bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der die Steuerspannung erzeugende Kreis in drei Kanäle unterteilt ist, nämlich einen für hohe, einen für mittlere und. einen für niedrige Frequenzen. Ferner ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine den Integrationszeitkonstantenschaltungen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechende Schaltung eine Integrationszeitkonstantenschaltung mit veränderbarer Ihtegrationszeitkonstante.

Die Amplitudenkompressionsschaltung-10a hat die in Fig. 6 dargestellte Kennlinie p. Die Amplitudenexpansxonsschal tung 25a hat die in Fig. 6 dargestellte Kennlinie q,

die zu der ersten Kennlinie ρ symmetrisch in bezug auf die mittlere Linie r ist.

In der Amplitudenkompressionsschaltung 10a wird das Ausgangssignal der Verstärkungssteuerschaltung 13 zum einen dem Ausgangsanschluß 23 und zum anderen einem Tiefpaßfilter 41, einem Bandpaßfilter 42 und einem Hochpaßfilter 43 zugeführt, wobei diese Filter jeweils die in Fig. 7A dargestellten Frequenzgänge bzw. Filterkennlinien ΙΙΪ, IV und V aufweisen und das Signal in bzw. auf Frequenzbereiche aufgeteilt wird. Die Ausgangssignale der Filter 4i, 42 und 43 werden jeweils durch Gleichrichtschalturigen 44, 45 und 46 gleichgerichtet und dann jeweils Integrationszeitkonstantenschaltungen 48, 49 und 50 mit veränderbarer Integrationszeitkonstante in einem Integrationszeitkonstantenschaltungsteil 47 mit veränderbarer Integrationszeitkonstante zugeführt. Den Ausgangssignalen der Filter 41, 42 und 43 werden dabei verschiedene Zeitkonstanten in den jeweiligen Schaltungen 48, 49 und 50 in Abhängigkeit von ihrer Signalamplitude zugeteilt. . · · "

Ein konkretes Ausführungsbeispiel des Schaltungsaufbaus der Gleichrichtschaltung 44 (45 und 46) und der Integrationszeitkonstantenschaltung 48 (49 und 50) ist in Fig. 8 dargestellt. Das Ausgangssignal des Filters 41 (42 und 43) wird einem nicht umkehrenden Verstärker 71 in der Gleichrichtschaltung 44 (45 und 46) über einen Eingangsanschluß 70 zugeführt, wobei ein ohmscher Widerstand FL zwischen der Eingangsseite dieses nicht umkehrenden Verstärkers 71 und Masse liegt. Eine Reihenschaltung, bestehend aus einem ohmschen Widerstand Rp und einer Diode D₁, und eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Umkehr-■ verstärker 72, einem ohmschen Widerstand R, und einer Diode D₂,-sind im Ausgangskreis des· Verstärkers 71 parallelgeschaltet. .Die Integrationszeitkonstantenschaltung 48 (49· und 50) enthält eine.Schaltung mit einem ohmschen

Widerstand R,- und Dioden D^ und D, , die parallel zwischen der Gleichrichtschaltung 44 .(45 und 46) und einem Ausgangsanschluß 73 liegen, eine Parallelschaltung, bestehend aus einem ohmschen Widerstand R. und einem Kondensator C., die zwischen einem Eingang dieser Schaltung und Masse liegt, sowie einen Kondensator C₂," der zwischen dem Ausgang dieser Schaltung und Masse liegt. Die Dioden D^ und D^ sind antiparallel geschaltet.· Ferner "bewirkt der ohmsche Widerstand Rc eine Gleichstromkopplung, und sein Widerstandswert beträgt einige 1QO kO. Die Spannung am ■ Kondensator C₂ bildet eine Steuerspannung e' und.wird· über· den Ausgangsanschluß 73 abgenommen.

Ein dem Eingangsanschluß 70 zugeführtes Eingangssi-

-]5 gnal e. wird in dem nicht umkehrenden Verstärker 71 verstärkt. Während der positiven Halbwelle des Eingangssignals e. fließt über den ohmsc.hen Widerstand Rp und die Diode D₁ ein Strom, der den Kondensator C₁ auflädt. Ferner fließt über die Diode D, ein Strom, der den Kondensator Cp auflädt. In der -folgenden Halbwelle des Eingangssignals wird der Kondensator C₁ über den umkehrenden Verstärker 72, den Widerstand 73 und die' Diode Dp aufgeladen. Gleichzeitig wird der Kondensator Cp über die Diode D-z aufgeladen.. Die Betriebszeit (Ansprech- bzw. Einregelzeit) ist diejenige Zeit, die bis zum Abschluß des■Aufladevorgangs des Kondensators Cp nach einer Erhöhung der Amplitude des Eingangssignals e. erforderlich ist. Diese Ansprechzeit wird durch die Werte des Widerstands Rp, des Innenwiderstands R,>j der Diode D₁, des Widerstands R^, des Innenwiderstands R^₂ der Diode Dp, des Kondensators C₁, des Innenwiderstands R ·,, der Diode D, und des Kondensators C₂ bestimmt. Dabei ist die Ansprechzeit im wesentlichen proportional zu jedem der Widerstandswerte der Innenwiderstände R,, bis Rj^-

Wenn dagegen die Amplitude des Eingangssignals e.

rasch abnimmt, wird der Kondensator Cp über die Diode D<

und den Widerstand R^ entladen. Auf diese Weise wird die Ladespannung des Kondensators Cp-, d.h. die Steuerspannung e , · allmählich gedämpft.' Die für diese Entladung erforderliche Zeit ist die Erholungszeit. Diese Erholungszeit wird durch die Werte des Kondensators C₂, des'Innenwiderstands R.^ und des- Widerstands R^ bestimmt und ist proportional zum Wert des Innenwiderstands ^;!

^Rd4*

Der Innenwiderstand einer Diode.nimmt in an sich bekannter Weise mit der Stärke des DurchlaßStroms zu. Da mit zunehmender Amplitude des Eingangssignals e^ auch die Stärke des über die Dioden D-, bis D^ oder über die Diode Da fließenden Stroms zunimmt, werden auch die An-Sprechzeit und die Erholungszeit länger, wenn die Amplitude des Eingangssignals e- gering ist, weil dann die Innenwiderstände R^ bis R·,^ der Dioden groß sind, während diese Zeiten sich verkürzen, wenn die Eingangssignalamplitude hoch ist.

■ Die Zeitkonstanten der Integrationszeitkonstantenschaltungen 48, 49 und 50 bzw. der von diesen erzeugten Steuerspannungen ändern sich daher jeweils in Abhängigkeit von der Amplitude der jeweils in ihren Frequenzbereichen liegenden Signale. Diese Steuerspannungen werden jeweils Verstärkungseinstellschaltungen 51, 52 und 53 zugeführt und in den betreffenden Frequenzbereichen einer Bewertung unterzogen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel·. Die Ausgangssignale der Verstärkungseinstellschaltungen 51 bis 53 werden in der Addierschaltung 22 addiert, so daß sich eine Steuerspannung E^ ergibt/ Diese Steuerspannung E_ wird der Verstärkungssteuerschaltung 13 zugeführt. Die . Steuerspannung E hat daher eine Zeitkonstante, die sich ' in Abhängigkeit von der Frequenz und auch von der Amplitude des Eingangssignals ändert, Fig. 7B stellt die Frequenzabhängigkeit der Erholungszeit der Steuerspannung E dar.

. .3 2Ό8 5 25 · ■ "■; : . ■ ;

■ ■ -21-

Die Kurve VI in Fig. 7B stellt die'Frequenzabhängigkeit der Erholungszeit für den Fall' dar, daß die Amplitude des dem Eingangsanschluß 21 zugeführten Eingangssignals rasch von -10 dB auf -30 dB abnimmt, und zwar mit O dB 5· als Bezugsgröße. Die Kurve V stellt die Frequenzäbhängigkeit der Erholungszeit für den Fall dar, daß die Amplitude des Eingangssignals rasch von OdB auf -20 dB abnimmt. Die Kurve VI stellt dagegen die Frequenzabhängigkeit der Erholungszeit für den Fall dar, daß die Amplitude des Eingangssignals rasch Von +10 dB auf -10 dB abnimmt. ·

In ähnlicher V/eise wird in der Amplitudenexpansionsschaltung 25a ein über den Anschluß 26 zugeführtes Signal einerseits der Verstärkungssteuerschaltung 27 und andererseits einem Tiefpaßfilter 54, einem Bandpaßfilter 55 und einem Hochpaßfilter 56 zugeführt. Die Ausgangssignale der Filter 54, 55 und 56 werden' jeweils Gleichrichtschal'tungen 57, 58 und 59 zugeführt. Die Aus gangs signale dieser Gleichrichtschaltungen 57, 58 und 59 werden jeweils über Integrationszeitkonstantenschaltungen 61, 62 und 63 mit veränderbarer Integrationszeitkonstante und Verstärkungseinstellschaltungen 64, 65 und 66 'geleitet und dann in der Addierschaltung 37 addiert. Die von der Addierschaltung 37 erzeugte Steuerspannung wird dann der Verstärkungssteuerschaltung 27 zugeführt, um deren Verstärkung zu steuern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der- Erfindung ändern sich die Integrationszeitkonstanten in den Amplitudenkompressions- und -expansionsschaltungen nicht nur in Abhängigkeit von der Frequenz,■sondern auch in Abhängigkeit ■ von der Amplitude des. Eingangssignals. Demzufolge kann der Rauschmodulationseffekt auch in akustischer Hinsicht verringert werden. Darüber hinaus kann der Frequenzbereich in zwei oder vier oder mehr als vier Frequenzbereiche unterteilt werden. . ■

3203525 -■■'. . ; ■; ■"■;■: .; -22-

Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele liegen im Rahmen der Erfindung.

L e e r s e i t e

Claims

10123 Paienicinwälie · ' · ..

Reichel u. Reichel : . ■ . " .'■

Parkstraße 13 ; . - ■ - - \ - " ^:. . 3 2 0 3 5 2

6000 Frankfurt a. M. 1 ·

VICTOR COMPANY OF JAPAN, LTD. Yokohama, Japan

Patentansprüche

\ 1/ Rauschverminderungsvorrichtung mit einer Kompressionsschaltung, die eine erste Verstärkungssteuerschaltung zur Kompression der Eingangssignalamplitude und zur Abgabe eines Ausgangssignals an einen· Übertragungskanal aufweist, und mit einer Expansionsschaltung, die-.eine zweite Verstärküngssteuerschaltung zur Expansion der Amplitude des über den Übertragungskanal übertragenen komprimierten Signals aufweist, wobei die Amplitudenexpansion komplementär zur Ampl.< tudenkompression ist, dadurch g e kenn z. eic hnet, daß die Kompressionsschaltung eine Vorverzerrungsschaltung (12) zur Vorverzerrung eines Eingangssignals, eine erste Steuerspannungserzeugungsschaltung (14 bis 19, 41 bis 50) zur Aufteilung des Ausgangssignals der ersten Verstärkungssteuerschaltung auf mehrere Frequenzbereiche und zur Erzeugung mehrerer Steuerspannungen, die in den einzelnen Frequenzbereichen der aufgeteilten Frequenzbereiche verschiedene Integrationszeitkonstanten bewirken, eine erste Bewertungsschaltung (20, 21, 51 bis 53) zur relativen Bewertung der von der ersten Steuerspannungserzeugungsschaltung erzeugten Steuerspannungen und. eine erste Addierschaltung (22) zum Addieren der von der ersten Bewertungsschaltung abgegebenen Steuerspannungen, um eine erste Steuerspannung zu bilden und diese erste Steuerspannung der ersten Verstärkungssteuerschaltung zuzuführen, aufweist; und daß die Expansionsschaltung eine Nachentzerrungsschaltung (28) mit einer zur Kennlinie der Voryerzerrungsschältung komplementären Kennlinie zur Nachentzerrung eines Ausgangssignales der zweiten Verstärkungssteuerschaltung,■eine zweite Steuerspannungserzeugungsschaltung (29 bis 34, 54 bis 63) zur Aufteilung des Eingangssignals der zweiten Verstärkungs-

steuerschaltung auf mehrere Frequenzbereiche und zur Erzeugung mehrerer Steuerspannungen, die in den einzelnen Frequenzbereichen der aufgeteilten Frequenzbereiche verschiedene Integrationszeitkonstanten bewirken, eine zweite Bewertungsschaltung (35, 36, 64 bis 66) zur relativen Bewertung der von der zweiten Steuerspannungserzeugungsschaltung erzeugten Steuerspannungen und eine zweite Addierschaltung (37) zum Addieren der von der zweiten Bewertungsschaltung abgegebenen Steuerspannungen zur Bildung einer zweiten Steuerspannung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewertungsschaltung (20, 21, 51 bis 53) eine Bewertung der Gleichspannungsverstärkung entsprechend der Vorverzerrungskennlinie der Vorverzerrungsschaltung bewirkt und daß die zweite Bewertungsschaltung (35,· 36, 64 bis 66) eine Bewertung der Gleichspannungsverstärkung entsprechend der Nachentzerrungskennlinie der Nachentzerrungsschaltung bewirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Steuerspannungserzeugungsschaltung mehrere· Filter (14, 15, 41 bis 43, 29, 30, 54 bis 56) zur Aufteilung des Eingangssignals auf mehrere Fre-quenzbereiche, mehrere Gleichrichtschaltungen (16, 17, 44 bis 46, 31, 32, 57 bis 59) zum Gleichrichten der Ausgangssignale der' Filter und mehrere Integrationszeitkonstantenschaltungen (18, 19, 47 bis 50., 33, 34, 60 bis 63), die den Ausgangssignalen der Gleichrichtschaltungen Integrationszeitkonstanten erteilen, aufweisen und daß die · erste und zweite Bewertungsschaltung (20, 21, 51 bis 53, 35, 36, 64 bis 66) die Ausgangssignale aller Integrationszeitkonstantenschaltungen bewerten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, ■
dadurch gekenn-zeichnet,
. daß die Integrationszeitkonstanten der Integrationszeitkonstantenschal tungen so gewählt sind, daß ihre Werte in einem Bereich minimal sind,' in dem eine Verschlechterung des Verzerrungsmaßes, der Steuerspannungen in den aufgeteilten Frequenzbereichen aufgrund einer Welligkeit kein Problem ist. ■·"'"'

5. Vorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet-,
daß die Integrationszeitkonstanten der Integrationszeitkonstantenschal tungen· (47 bir> 50, 60 bis 63) in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude-der Ausgangssignale der Gleichrichtschaltungen veränderbar sind.