DE3208525C2 - Rauschverminderungsvorrichtung - Google Patents
RauschverminderungsvorrichtungInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G9/00—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control
- H03G9/02—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers
- H03G9/025—Combinations of two or more types of control, e.g. gain control and tone control in untuned amplifiers frequency-dependent volume compression or expansion, e.g. multiple-band systems
Landscapes
- Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
- Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
Abstract
Bei einer Rauschverminderungsvorrichtung ist eine Vorverzerrungsschaltung (12) und eine Nachentzerrungsschaltung (28) in einer Amplitudenkompressionsschaltung (10) bzw. einer Amplitudenexpansionsschaltung (25) vorgesehen. Amplitudenkompressions- und Amplitudenexpansionsschaltung enthalten ferner einen Regelkreis (14-22, 29-27) zum Erzeugen einer Steuerspannung für eine Verstärkungssteuerschaltung (13; 27) mit einem solchen Aufbau, daß das Eingangssignal des Regelkreises auf mehrere Frequenzbereiche aufgeteilt, in diesen gleichgerichtet und bewertet wird und dann die Ausgangssignale jedes Frequenzbereiches als Steuerspannung addiert werden. Dadurch werden bei niedriger Signalamplitude die mittleren und hohen Frequenzen verstärkt und das Signal-Rausch-Verhältnis bei mittleren und hohen Frequenzen erhöht. Dies bewirkt eine erhebliche Rauschmodulationseffektverringerung. Ferner sind in einem Amplitudenbereich, in dem die Amplitudenkompressionskennlinie oder Amplitudenexpansionskennlinie im hohen und niedrigen Frequenzbereich zusammenfallen, zur weiteren Rausch modulationseffektverringerung die Integrationszeitkonstanten im hohen und niedrigen Frequenzbereich wegen Gleich heit von Ansprechzeit (T ↓a ↓H) und Erholungszeit (T ↓r ↓H) leicht einstellbar.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rauschverminderungsvorrichtung entsprechend der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Art.
Bekannte Rauschverminderungsvorriehtungen bewirken eine Kompression der Signalamplitude und eine
Expansion der Signalamplitude komplementär zur Signalamplltudenkompression, um das Rauschen (Zischen und
dgl.), 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 Rauschens (von Oberflächengeräuschen und dgl.), das beim Abtasten einer Aufzeichnungsplatte
bei der Wiedergabe in einer Aufzelchnungs- und Wiedergabevorrichtung für die Auiaeichnungsplatte hervorgerufen
wird, und zur Verbesserung des Rauschverhältnisses (des Störabstandes), d. h. des Verhältnisses
von empfangenem Nutzsignal zu empfangenem Störsignal oder Rauschsignal bei einer Signalübertragung (per
Funk oder Draht) verwendet.
Eine derartige Rauschverminderungsvorrichtung enthält Im 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
pmnfangenesl Signal zugeführt wird, und mit einem
Regelkreis zum Steuern der Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung In der Amplitudenexpansionsschaltung.
Das Rauschen in aem der Amplitudenexpansionsschaltung zugeführten komprimierten Signal wird in
der Ampiiiüdenexpansjonsschaitung einer Amplituden
modulation unterzogen, da sich die Amplitude der Steuerspannung
entsprechend einer Amplltudenexpanslonskennlinle In Abhängigkeit von der Änderung der Amplitude
des komprimierten Signals ändert. Die Folge Ist ein Rauschmodulationseffekt Im Ausgangssignal der Ampiitudenexpanslunsschaliung.
Mithin wird bei dieser bekannten Rauschvermlnderungsvorrichtung
die Wiedergabequalität verschlechtert, i 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 Erho-I
lungszeit lang ist, der Rauschmodulationseffekt deutlich , »eststellbar und für das Ohr unangenehm Ist. Wenn die
I Erholungszeit dagegen kurz ist, wird das Rauschen über- |: deckt, so daß es durch das Ohr kaum feststellbar Ist.
|| Durch die Verkürzung der Erholungszeit läßt sich daher \ der Rauschmodulationseffekt verringern, ^'ie Verringei
rung der Erholungszelt ist jedoch nur begrenzt -löslich,
f., da eine Verschlechterung des Vtrzerrur^s- oder - -irnak-Ijtors
des komprimierten und expandierten Sign°'s durch
!•eine Welligkeitkomponente verhindern werden muß, die
gt in der Steuerspannung bei der nledngs · ■ Signalfrequenz,
Ig,bei der die SUnalkompression md -expansion bewirkt
5 wird, enthalten Ist. Bei der beka..ntpn Rauschvermindep
rungsvorrichtung ist es daher schwierig, den Rauschmo- j% dulationseffekt nennenswert zu verringern.
J In der älteren DE-OS 31 34 295 ist daher eine Ravsch-
^ Verminderungsvorrichtung vorgeschlagen worden, bei Ib der das Ausgangssignal der in der Amplitudenkompres-
% sionsschaltung liegenden Verstärkungssteuerschaltung 'j,'und das Eingangssignal der in der Amplitudenexpansionsschaltung
liegenden Verstärkungssteuerschaltung in dem jeweiligen Regelkreis in der Amplitudenkompres- JO
sionsschaltung und der Amplitudenexpanslonsschaltung |auf einen niedrigen und einen hohen Frequenzbereich
B aufgeteilt werden. Die Steuerspannungen werden für If jedes Signal in jedem der aufgeteilten Frequenzbereiche
E erzeugt und zueinander addiert. Bei diesem älteren Vor- is
ff schlag wird daher ein Frequenzbereichaufteilungs- und
i? -additionsverfahren angewandt.
6 So enthält der Regelkreis In der Amplitudenkompres-
|- sionsschaltung des älteren Vorschlags ein Tiefpaßfilter
Fund ein Hochpaßfilter, denen das Ausgangssignal der
l'Verstärkungsstiuerschaltung zugeführt wird, Glelch-I
richtschaltungen, die jeweils an jedes Filter angeschtos- \ sen sind, eine Integratlonszeitkonstantenschaltung für
I-einen niedrigen Frequenzbereich und eine Integrations-I
zeitkonstantenschaltung für einen hohen Frequenzbe- ε reich, die jeweils an eine Glcichrichtschs'iung ?nge-I
schlossen sind, sowie eine Schaltung zum Addieren der
I Ausgangssignale der beiden Integratlonsültkonstanteni
schaltungen, um der Verstärkungssteuerschaltung eine I Spannung zum Steuern der Verstärkung der Verstär- so
Js kungssteuerschaltung zuzuführen. Der Regelkreis in der
i Ampütudenespanslonsschakur^ hat einen ähnlichen
J5 Schaltungsaufoau wie der Regelkreis in der Amplituden-I
kompresslonsschaitung. Das Eingangssignal des Regel-I kreises In der Amplitudenexpansionsschaltung Ist jedoch
I ein Signal, das zur Verstärkungssteuerschaltung in der
I zugeführt wird, nachdem es aufgezeichnet und wlederge-
i geben (gesendet und empfangen) wurde. Die durch die I beiden Filter auf die Frequenzbereiche aufgeteilten Si-
i gnaie werden In ihren Hüllkurven entsprechende Steuerijspannungen
umgewandelt, indem sie durch die Gleichprlchtschaltungen und die Integratlonszeitkonstantengfschaltungen
geleitet werden.
Ij Wenn jedoch bei diesem alteren Vorschlag die Ampll-Brüdenkompression
und Amplltudenexpanslon einfach limit einem konstanten Frequenzgang durchgeführt wird,
iwlrd der Rausehmodula»ionseffekt, der durch die
Rauschverteilung Im hohen Frequenzbereich bewirkt wird, nicht verringert.
Um dieses Problem zu lösen, könnte eine Vorrichtung in Erwägung gezogen werden, bei der die Ampiitudenkompression
nach der Vorverzerrung (Voranhebung oder Preemphasls) in bezug auf das Eingangssignal In der
Amplitudenkompressionsschaltung und die Nachentzermng
(Deemphasis), nach der Amplitudenexpansion 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 Erholungszeit der Integrationszeitkonstanienschaltung
des medrigen Frequenzbereichs und der Ansprechzeit und Ef. iungszeit der Integrationszeitkonstantenschaltung des hthen 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 Integrationszeitkonstantenschaltungen
find so ausgebildet, daß ein Eingangssignal e, in einer Schaltung mit einem ohmschen
Widerstand Ru einem ohmschen Innenwiderstand Rdf einer als Gleichrichter wirkenden Diode D. einem
ohmschen Widerstand R1 und einem Kondensator C gleichgerichtet und integriert wird. Während der positiven
Halbwelle des Eingangssignals e, wird der Kondensa
tOT C über den Widerstand Rt und den Innenwide '.and
RdF der Diode D, die In Reihe liegen, aufgeladen. Wahrend
-ter negativen Halbwelle des Eingangssignals ei wird
der Kondensator C dagegen über den zum Kondensator C parallel liegenden Widerstand R2 entladen. Während
der negativen Halbwelle des Eingangssignals ef wird
daher zwischen den Anschlüssen des Widerstands Ri
eine Steuerspannung E, erzeugt.
Die Abhängigkeit der Durchlaßspannung VF vom
Durchlaßstrom lf der Diode D ergibt eine Kennlinie, b<;l
der die Spannung V1. und der Strom lf über eine vorbestimmte
Spannung proportional sind. In einem vorbestimmten Bereich eines durch die Diode D fließenden
Signalstroms .> sind daher der Innenwiderstand RdF und
der Strom iM proportional. Die Ansprechzeit Ta (oder Einregfclzelt)
der erwähnten Gleichrlcht- und Integrationszeltkonstantenschaltungen
1st daher gleich der Ladezeit- !cGnstsnicn des Kcr-densatcrs C für die sich r^shfo!
gende Gleichung (1) angeben läßt·
Ία = (R/ +
Ferner ist cue Erholungszeit Γ, gleich der Entiadezeitkonstanten
des Kondensators C. für die sich die nachstehende
Gleichung (2) angeben läßt:
Tr = Ri · C (2)
Die Ansprechzelt T„ hä>.gt daher vom Innenwiderstand
RdF der Diode D ab. Dieser Innenwiderstand Rdh- ändert
n _ _ 4
5 6 jjj
sich wiederum, wie schon erwähnt wurde, In Abhängig- Amplltudenexpanslonskennllnle Im hohen und niedrigen ff
kelt von der Größe des Signalstroms iiF, der In Durchlaß- Frequenzbereich zusammenfallen, die Integrationszelt- te
richtung durch die Diode D fließt. Die Ansprechzelt T0 konstanten Im hohen und niedrigen Frequenzbereich ff
1st daher bei hoher ElngangssfgnalampllUide kurz und bei leicht eingestellt werden, da die obigen Verhältnisse von Jl
niedriger Eingangssignalamplitude lang und Im wesentll- 5 Ansprechzelt Tal/ zu Erholzelt Τ,μ Im hohen und nledrl- §|
chen umgekehrt proportional zur Amplitude des Ein- gen Frequenzbereich gleich sind. Dies ermöglicht eine Jj^
gangsslgnal e„ Dagegen- Ist die Erholungszelt 7"„ wie noch weitere Verringerung des Rauschmodulatlonsef- '0
Gleichung (2) zeigt, unabhängig von der Amplitude bzw. fekls, "' $J
Größe des Eingangsslgnals e, konstant. Die Erfindung und Ihre Weiterbildungen werden nach- ^j
Wenn die Schaltung so aufgebaut 1st, daß sich eine 10 stehend an Hand der Zeichnung .bevorzugter Aüsfüh- ' ψ,
Differenz Ίη den Amplituden der Ausgangssignale von rüngsbelsplele näher beschrieben. Es zeigt: ' -$
Tiefpaßfilter und Hochpaßfllter ergibt, läßt sich aufgrund ,Flg. 1 ein, Blockschaltbild eines ersten Ausführungs- '£'
der nichtlinearen Kennlinie der Gleichrichterdioden und belspieis einer erfindungsgemäßen Rauschvermlnde- ύ
an Hand der Gleichungen (1) und (2) die nachstehende rungsvorrlchlung.
Gleichung (3) angeben. In der Gleichung (3; sind TaL und 15 Fig. 2 ein Beispiel einer Kennlinie einer Vorverzer-
T,L jeweils die Ansprechzeit und Erholungszelt einer rungsschaltung, die als Block In Fig. 1 dargestellt ist.
Schaltung, der das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters Fig. 3 die Abhängigkeit der Ausgangsamplitude von
zugeführt wird, und Ta„ und T.„ jeWeits die Ansprechzelt der Eingangsamplitude der Vorrichtung nach Flg. 1.
und Erholungszeit einer Schallung, der das Ausgangs- FIg 4 A, 4 B und 4 C Kennlinien von Schaltungsteilen
signal des Hochpaßfflters zugeführt wird 20 der Vorrichtung nach Flg. 1,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einet erfin-
j -j- dungsgemäßen Rauschverminderungsvorrichtung.
—- — (3) Fig. 6 die Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangs-
' 'L *'H signals von der Amplitude des Eingangssignals der Vor-
25 richtung nach Fig. 5, |
Die Gleichung (3) bedeutet, daß die Verhältnisse von Fig. 7 A und 7 B die Frequenzabhängigkeit von Ver- ψ
Ansprechzelt zu Erholungszeit in den Schaltungen, Stärkungen und Erholungszelten von Teilen der Vorrich- |
denen einerseits das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters lung nach Flg. 5 und fe
und andererseits das Ausgangssignal des Hochpaßfilters Fig. 8 ein ausführlicheres Schallbild eines wesentli- H
zugeführt wird, ungleich sind. Der Zusammenhang zwi- 30 chen Tt.is der Vorrichtung nach Flg. 5. i
sehen der Ansprechzeil und der gewünschten Erholungs- Die Ra>jschvenr,i.:iw.-ngsvorrichtung nach Fig. 1 1
zeit ist daher wegen der nichtlineraren Diodenkennlinie enthält eine Amplitudenkompressionsschaltung 10 mit ']
kompliziert. Daher ist es schwierig, die Integrationszeit- einem Eingangsanschluß 11 und einem Ausgangsan- §
konstante einzustellen. Die Integrationszeitkonstante Schluß 23 und mit den in Fig 3 dargestellten Amplltu- g
hängt eng mit dem Rauschmodulationseffekt zusammen. 35 denkompressionskennlinien α und c. Ferner enthält die 6
so daß diese denkbare Rauschveiminderurigsvorrichtung Vorrichtung eine Amplitudenexpansionsschaltung 25 mit p
den Nachteil hat. daß sich der Rauschmodulationseffekt einem Eingangsanschluß 26 und einem Ausgangsan- |!
nicht merklich verringern läßt. Schluß 38 sowie den in Fig. 3 dargestellten Amplituden- |
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine expanslonskennlinien b und d. Die Kennlinien b und d ^j
Rauschverminderungsvorrichtang der gattusigsgemäßen 40 sind zu den Kennlinien α und c symmetrisch In bezug auf g
Art anzugeben, die den Rauschmodulationseffekt, der eine gerade Linie e. bei der es sich um die Kennlinie han- f
auch als -Atmen« bezeichnet wird, verhindert. delt. wenn die Eingangs- und Ausgangsamplituden |
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch die im gleich sind, d. h.. die Kennlinien b und d sind so gewählt, i
Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. daß sie zu den Kennlinien α und c komplementär'sind. f|
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekenn- 45 Ein Eingangssignal, z. B. ein Audiosignal, wird über fe
zeichi"!. den Eingangsanschluß 11 einer Vorverzerrungsschaltung ||
Bei dieser Rauschverminderungsvorrichtung ist jeweils 12 (auch Preemphaslsschaltung genannt) mit der In j|
eine Vorverzemin6sschaliung, auch Preemphasisschal- Fig. 2 dargestellten Kennlinie zugeführt. In dieser Vor- 1
tung genannt, urd eine Nachentzerrungsschaltung, auch verzerrungsschaltung 12 wird die Slgnalampütude bei |
Deemphasisschaltung genannt, in einer Amplitudenkom- 50 höheren Frequenzen gegenüber der bei niedrigeren Fre- i
prefjionsschaltung und einer Ampiitudenexpanslons- quenzen angehoben. Das Ausgangssignal der Vorverzer- ff
schaltung vorgesehen. Ferner enthält die Amplituden- rungsschaltung 12 wird über eine Verstärkur.jSsteuer- j|
kompressionsschaltung und die Amplitudenexpanslons- schaltung 13 feine Schaltung mit steuerbarer Verstär- g
schaltung jeweils einen Regelkreis zum Erzeugen einer kungj zum einen dem Ausgangsanschluß 23 und zum f
Steuerspannung für eine Verstärkungssteuerschaltung 55 anderen einem Tiefpaßfilter 14 und einem Hochpaßfllter |
mit einem solchen Aufbau, daß das dem Regelkreis 15 zugeführt. DasTlefpaßfllterl4hatdIeinFig.4 A dar- |
zugeführte Signal auf mehrere Frequenzbereiche aufge- gestellte Kennlinie /. d. h. es läßt Signalkomponenten f*
teilt, für jeden Frequenzbereich gleichgerichtet und durch, deren Frequenz gleich oder kleiner als eine Fre- %
bewertet wird und dann die Ausgangssignale in jedem quenz/2 ist. Das Hochpaßfilter 15 hat die In Flg. 4 B dar- |
Frequenzbereich zur Bildung der Steuerspannung addiert 60 gestellte Kennrlnle II und läßt Signalkomponenten g,
werden. Dabei werden die mittleren und hohen Frequen- durch, deren Frequenz gleich oder größer als die Fre- f
zen verstärkt, wenn die Signalamplitude niedrig ist, und quenz/2 Ist |
das Signal-Rausch-Verhältnis bei mittleren und hohen Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 14 wird über f:
Frequenzen gegenüber dem Rauschen Im Übertragungs- eine Gleichrichtschaltung 16 einer Integrationszeltkon- |
kanal erhöht. Diese und andere Maßnahmen ergeben es stantenschaltung 18 zugeführt. Das Ausgangssignal des |
eine erhebliche Verringerung des Rauschmodulationsef- Tiefpaßfilters 14 wird daher In eine Steuerspannung mit |
fekts. Ferner können in einem Amplitudenbereich, In einer Integrationszeitkonstante TCi umgewandelt. Die jf
dem die Amplitudenkompressionskennlinie oder die Ausgangssteuerspannung der Schaltung 18 wird einer f
Verstärkungselnstellschaltung 20 zugeführt, in der die Verstärkung Gl der im niedrigen Frequenzbereich liegenden
Signalkomponenten eingestellt wird, so daß sich eine
Im niedrigen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECL ergibt.. Das Ansgangsslgnal des Hochpaßfilters 15
wird ebenfalls ^über eine Glelchrlchischaltung 17 einer
Integrationszeltkonstsntschaltung 19 ι zugeführt.' Dabei
wird das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 15 In eine
SteuersD?i'nung''mlt einer integratlonszeftkonstante TCj
'Umgewandelt. Die Ausgangssteuerspannung der Schaltung
19,wlrd einer Verstärkungseinstellung 21 zugeführt, in der das Signal In eine Im hohen Frequenzbereich Hegende
Steuerspannung ECn umgewandelt wird. Die
Iptegrationszeltskonstanten TC, und TC, sind so klein
gewählt, daß das Verzerrungsmaß bzw. der Klirrfaktor der Steuerspannung aufgrund einer Welllgkelt nicht vergrößert
wird. Die Verstärkungseinstellschaltungen 20 und 21 enthalten eine Dämpfungsschaltung, die einfach
aus ohmschen Widerständen als Spannungsteller ausgebildet
ist, wobei die Widerstandswerte entsprechend einer gewünschten Bewertung gewählt sind.
Entsprechend der Vorverzerrungskennlinie wird die Im
niedrigen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECL
mit dem Bewertungsfaktor GL und die Im höheren Frequenzbereich
liegende Steuerspannung ECn mit dem
Bewertungsfaktor G/, bewertet, und dann werden beide Steuerspannungen In einer Addierschaltung 22 addiert.
Die durch die Addierschaltung 22 erzeugte Steuerspannung
E0 wird der Verstärkungssteuerschaltung 13 zugeführt, um die Verstärkung der Verstärkungssteuerschaltung
13 zu steuern. Dabei wird das Ausgangssignal der Vor erzerrungsschaltung 12 In der Verstärkungssteuerschaltung
13 einer Ampiltudenkompresslon 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 Niederfrequenzberelch-Integratlonszeitkonstante
TC, und die Hochfrequenzbereich-Integrationszeitkonstante
TCj ergibt, und die jeweils In diesen Frequenzbereichen liegenden Steuerspannungen
ECL und ECn werden addiert. Nach FI g. 4 B
ergibt sich daher bei der Frequnez/2 eine Integrationszeitkonstante TC1, die zwischen den Zeitkonstanten TCi und
Td liegt. Die Steuer- oder Regelzeitkonstante ändert sich
in Abhängigkeit von der Eingangssignalfrequenz.
Fig.4 C zeigt die Frequenzabhängigkeit der Amplitude
der im niedrigen Frequenzbereich liegenden Steuerspannung ECL, der im hohen Frequenzbereich liegenden
Steuerspannung ECH und der sich durch Addition
dieser Steuerspannungen ergebenden Steuerspannung E0.
Die Amplitudenkompressionskennlinie der Amplitudenkompressionsschaltung
10 hat daher für hohe Frequenzkomponenten den durch die Kurve α und für niedrige
Frequenzkomponenten den durch die Kurve c in FI g. 3
dargestellten Verlauf.
Wie Flg.3 zeigt, fallen die Kennlinien α und c In
einem Bereich L zusammen. In dem Bereich L haben die
den Gleichrichtschaltungen 16 und 17 zugeführten Signale daher gleiche Amplituden. Daher gilt folgende
Gleichung (4):
T^ = fÜ (4)
Die Zeitkonstanten für den niedrigen und hohen Frequenzberelch
lassen sich daher leicht einstellen, so daß sich auch der von den Integrationszeitkonstanten unmittelbar
abhängige Rauschmodulationseffekt wirksam verringern läßt.
Nachstehend wird die Wirkungswelse der Amplitudenexpansionsschaltung
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 Glelchrichtschaltung 31, eine Integrationszeltkonstantenschaltung
33 und eine VerstSrkungseinstellschaltung
35 In eine In einem niedrigen Frequenzbereich
liegende Steuerspannung ECL umgewandelt und
dann einer Addlerschaitung 37 zugeführt. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 30 wird nacheinander über eine
Glelchrichtschaltung 32, eine Integratlonszeltkonstantenschaltung 34 und eine Verstärkungseinstellschaltung 36
In eine in einem hohen Frequenzbereich !legende Steuerspannung
ECu umgewandelt und dann ebenfalls der Addierschaltung 37 zugeführt.
Die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung mit den Schaltungen 29-37 hat den gleichen Aufbau wie die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung mit den Schaltungen 14-22 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 Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECL und die im hohen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECn, die jeweils der Addierschaltung 37 zugeführt werden, haben den gleichen Amplitudengang wie dies für die Steuerspannungen ECl und ECn 'n FI g. 4 C dargestellt ist. Die sich durch die Addition dieser Steuerspannungen ergebende Steuerspannung E0 hat daher den glel-
Die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung mit den Schaltungen 29-37 hat den gleichen Aufbau wie die in der Steuer- bzw. Regeleinrichtung liegende Schaltung mit den Schaltungen 14-22 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 Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECL und die im hohen Frequenzbereich liegende Steuerspannung ECn, die jeweils der Addierschaltung 37 zugeführt werden, haben den gleichen Amplitudengang wie dies für die Steuerspannungen ECl und ECn 'n FI g. 4 C dargestellt ist. Die sich durch die Addition dieser Steuerspannungen ergebende Steuerspannung E0 hat daher den glel-
*> chen Amplitudengang wie er für die Steuerspannung E1,
in Flg. 4C dargestellt ist.
Die Steuerspannung E1, wird der Verstärkungssteuerschaltung
27 zugeführt, um die Verstärkung dieser Verstärkungssteuerschaltung 27 entsprechend zu steuern.
Während die Verstärkungssteuerschaltung 13 In der Amplltudenkompressionsschaltung 10 eine, umgekehrt
proportionale Steuerung (Kompression) bewirkt, bewirkt die Verstärkungssteuerschaltung 27 in der Amplitudenexpanslonsschaltung
25 eine proportionale Steuerung (Expansion). Das Ausgangssignal der Verstärkungssteuerschaltung
27 wird dem Ausgangsanschluß 38 über eine N£.;hentzerrungsscha!tung 28 (auch Deemphaslsschaltung
genannt) mit einer zur Übertragungsfunktion der Vorverzerrungsschaltung 12 inversen Übertragungsfunktion
zugeführt.
Die Amplitudenexpansionsschaltung 25 hat daher für hohe und niedrige Frequenzen jeweils die In Flg. 3 dargestellten
Amplitudenexpansionskennlinien b und d. Wie bereits erwähnt wurde, wird das in der Amplitude komprlmlerte
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 Flg. 3 dargestellt ist. D. h., das am Ausgangsanschluß
38 auftretende Signal entspricht dem dem Eingangsanschluß 11 zugeführten Eingangssignal, In dem
jedoch das im Übertragungskanal erzeugte Rauschen vermindert Ist.
Es versteht sich, daß s'ch bei den Gleichrichtschaltungen
31 und 32 In der Amplltudenexpanslonsschaltung 25
die gleiche Beziehung ergibt, wie sie durch die Gleichung
(4) beschrieben wird. Wie man sieht, ergibt sich durch
die Vorverzerrungsschaltung 12, die Verstärkungsein-,
Stellschaltung 20 für den niedrigen Frequenzbereich und die Verstärkun(?selnstellschaltung 21 für den hohen Freqenzbereich
eine Anhebung (Emphasis), so daß die Amplltden dt; Im mitliefen und höhen Frequenzbereich
liegenden Signalkomponenten verstärkt (angehoben) wer-'den;
wenn das Eingangssignal klein Ist. Dadurch wird
das SlgnaURausch-Verhältiiis Im mittleren und hohen
Frequenzbereich bezüglich des bei der Aufzeichnung und Wiedergabe auf bzw. vorn Aufzeichnungsträger 24
bewirkten Rauschens verbessert und der Rauschmodulationseffekt stark verringert.
Bei dem in Flg. 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
Steuerspannung 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. Femer ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
eine den Integrationszeitkonstantenschaltungen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechende
Schaltung eine Integrationszeilkonstantenschaltung mit veränderbarer Integrationszeltkonstante.
Die Amplitudenkompressionsschaltung 10σ hat die in
Fig. 6 dargestellte Kennlinie p. Die Amplitudenexpansionsschaltung
25r 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 10o wird das Ausgangssignal der Verstärkungssteuerschaltung 13 zum
einen dem Ausgangsanschluß 23 und zum anderen einem Tiefpaßfilter 41, einen Bandpaßfilter 42 und einem
Hochpaßfilter 43 zugeführt, wobei diese Filter jeweils die in Fig. 7 A dargestellten rrequenzgänge bzw. Fliterkennlinien
IH, IV und V aufweisen und das Signal in bzw. auf Frequenzbereiche aufgeteilt wird. Die Ausgangssignale
der Filter 41, 42 und 43 werden jeweils durch Gleichrichtschaltungen
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 Integratlonszeitkonstantenschaltung 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 R ι zwischen der Eingangsseite dieses nicht umkehrenden
Verstärkers 71 und Masse Hegt. Eine Reihenschaltung,
bestehend aus einem ohmschen Widerstand R2 und einer Diode Di, und eine Reihenschaltung, bestehend
aus einem Umkehrverstärker 72, einem ohmschen Widerstand Rs und einer Diode D2, sind Im Ausgangskreis des Verstärkers 71 parallelgeschultet. Die IntegratlonszeltkonsUntenschaltung
48 (49 und 50) enthält eine Schaltung rhlt einem ohmschen Widerstand Rs und Dioden
Dj utid D4, die parallel zwischen der Gleichrichtschaltung
44 (45 und 46) und einer" Ausgangsanschluß 73 Hegen, eine Parallelschaltung, stehend aus einem
ohmschen Widerstand R4 und einem Kondensator Ci,
die zwischen einem Eingang dieser Schaltung Und Masse liegt, sowie einen Kondensator C2, der zwischen dem
Ausgang dieser Schaltung urtd Masse liegt Die Dioden
Di Und D4 sind antiparallel geschältet;. Ferner bewirkt der
ohmsche Widerstand Rt eine Gleichstromkopplung, und
sein Widerstandswert beträgt einige 100 kSi. Die Spannung
am Kondensator C2 bildet eine Steuerspannung e. und wird über aen Ausgangsanschluß 73 abgenommen.
Ein dem Eingangsanschluß 70 zugeführtes Eingangssignal e, wird In dem nicht umkehrenden Verstärker 71
verstärkt. Während der positiven Halbwelle des Emgangsslgnals e, fließt über den ohmschen Widerstand R1
und die Diode D, ein Strom, der den Kondensator C1
auflädt. Ferner fließt über die Diode D1 ein Strom, der
den Kondensator C; auflädt. In der folgenden Halbwelle
des Eingangssignals wird der Kondensator Ci über den umkehrenden Verstärker 72, den Widerstand R, und die
Diode D2 aufgeladen. Gleich leitig wird der Kondensator
Ci über die Diode Di aufgeladen. Die Betriebszelt
(Ansprech- bzw. Einregelzelt) ist diejenige Zeit, die bis zum Abschluß des Aufiadevorgangs des Kondensators
C; nach einer Erhöhung der Amplitude des Eingangssignals
e, erforderlich 1st. Diese Ansprechzelt wird durch
die Werte des Widerstands/?^ des Innenwiderstands R,n
der Diode D,, des Widerstands Ri, des Innenwiderstands
Rji der Diode Dz, des Konden-ators Ci, des Innenwiderstands
Rjj der Diode D) und des Kondensators C2
bestimmt. Dabei ist die Ansprechzelt Im wesentlichen proportional zu jedem der Widerstandswerte der Innenwiderstände
Rd\ bis Rdi.
Wenn dagegen die Amplitude des Eingangssignals e,
rasch abnimmt, wird der Kondensator C2 über die Diode Dt und den Widerstand /?4 entladen. Auf diese Weise
wird die Ladespannung des Kondensators C2, d. h. die
Steuerspannung ec, allmählich gedämpft. Die für diese
Entladung erforderliche Zeit Ist die Erholungszeit. Diese Erholungszelt wird durch die Werte des Kondensators
Ci, des Innenwiderstands ßrf4 und des WId- rstands R,
bestimmt und ist proportional zum Wert des Innenwiderstands Rdt-
Der Innenwiderstand einer Diode nimmt in an sich bekannter Weise mit der Stärke des Durchlaßstroms ab.
Da mit zunehmender Amplitude des Eingangssignals et
auch die Stärke des über die Dioden Di bis D3 oder über
die Diode D4 fließenden Stroms zunimmt, werden auch
die Ansprechzeit und die Erholungszeit länger, wenn die
Amplitude des Eingangssignals e; gering 1st, weil dann
die Innenwiderstände Rdl bis R^ der Dioden groß sind,
während diese Zelten sich verkürzen, wenn die EIngangssignalamplitude
hoch ist.
Die Zeltkonstanten der Integratlonszeitkonstantenschaltungen
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 Verstärkungseinstellungen 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 £<■ ergibt.
Diese Steuerspannung Ee wird der Verstärkungssteuerschaltung
13 zugeführt. Die Steuerspannung Ec hat daher
eine Zeltkonsiante, die sich In Abhängigkeit von der Fienenz
und auch von der Amplitude des Eingangssignal* ändert. Flg. 7B stellt die Frequenzabhängigkeit der
Erholungszeit der Steuerspannung Ee dar. Die Kurve VI
In Fig. 7 B stellt die Frequenzabhängigkeit der Erholungszelt
für den Fall dar, daß die Amplitude des dem
Eingangsanschluß 21 zugeführten Eingangssignals rasch von - 1OdB auf-30 ciB abnimmt, und zwar mit OdB als
Bezugsgröße. Die Kurve V stellt die Frequenzabhängigkeit der Erholungszelt für den Fall dar, daß die Amplitude
des Eingangssignals rasch von OdB auf-2OdB abnimmt: Die Kurve VI stellt dagegen die Frequenzabhängigkeit
de? Erholungszeit für den Fall dar, daß die Amplitude des Eingangssignal rasch von +1OdB auf
-10 dB abnimmt,
In ähnlicher Weise wird in der Amplitudenexpansionsschaitung
25a ein über den Anschluß 26 zugeführtes Signal einerseits der Verstärkungssteuerschaltung 27 und
andererseits einem Tiefpaßfilter 54, einem Bandpaßfilter 55 und einem Hochpaßflltef 56 zugeführt. Die Ausgangs
, signale der Filter 54, 55 und 56 werden jeweils Glelchflchtschaltungen
57, 58 und 59 zugeführt. Die Ausgangssignale dieser GlelchrlcHtschaltungen 57, 58 und 59
werden jeweils über Integratlonszeitkonstantenschaltungen 61, 62 und 63 mit veränderbarer Iritegradonszeltkons'tante
und Verstärkungseinstellschaltungen 64* 65 und 66
geleitet und dann In der Addierschaltung 37 addiert. Die
von der Addlerschaltung 37 erzeugte Steuerspannunj7
wird dann der Verstärkungssteuerschaltung 27 zugeführt, ■ um deren Verstärkung zu steuern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ändern sich die Integrationszeilkonstanten In den Amplituden-
!compressions- urid -expanslonsschaltungen 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.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Rauschverminderungsvorrichtung mit einer Kompressionsschaltung, die eine erste Verstärkungssteuerschaltung
zur Kompression der Eingangsslgnalamplitude
und zur Abgabe eines Ausgangssignals an einen Übertragungskanal aufweist, und mit einer
Expansionsschaltung, die eine zweite Verstärkungssteuerschaltung zur Expansion der Amplitude des
über den Übertragungskanal übertragenen komprimierten Signals aufweist, wobei die Amplltudenexpanslon
komplementär zur Amplitudenkompression Ist, wobei ferner die Kompressionsschaltung eine Vorverzerrungsschaltung
zur Vorverzerrung eines Eingangssignals, eine erste Steuerspannungserzeugungsschaltung
zur Aufteilung des Ausgangssignals der ersten Verstärkungssteuerschaltung auf mehrere Frequenzbereiche
und zur Erzeugung mehrerer Steuerspannungen, die in den einzelnen Frequenzbereichen der auf-
-geteilten Frequenzbereiche mit verschiedenen Integraiionszeltkons'onten
übertragen werden, eine "rste Bewertungsschaltung zur relativen Bewertung de; η
der ersten Steuerspannungserzeugungsschaltung erzeugten Steuerspannungen und eine erste Addierschaltung
zum Addieren der von der ersten Steuerspannungserzeugungsschaltung
abgegebenen Steuerspannungen, um eine erste Steuerspannung zu bilden und diese erste Steuerspannung der ersten Verstärkungssteuerschaltung
zuzuführen, aufweist; und wobei die Expansionsschaltung eine Nachentzerrungsschaltung
mit einer zur Kennlinie der Vorverzerrungsschaltung komplementären Kennlinie zur Nachentzerrung
eines Ausgangssignals der zweiten Verstärkungssteuerschaitung, eine zweite i^euerspannungserzeugungsschaltung
zur Auftdlun des Eingangssignals der zweiten Verstärkungssteuersci.altung auf mehrere
Frequenzbereiche und zur Erzeugung mehrerer Steuerspannungen, die in den einzelnen Frequenzbereichen
der aufgeteilten Frequenzbereiche mit verschie- -*o
denen Integrationszeitkonstanten übertragen werden, eine zweite Bewertungsschaltung zur relativen Bewertung
der von der zweiten Steuerspannungserzeugungsschaltung erzeugten Steuerspannungen und eine
zweite Addierschaltung zum Addieren der von der zweiten SteuerspannungSfrzsugungs-schaltung abgegebenen
Steuerspannungen zur Bildung einer zweiten Steuerspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Bewertungsschaltung (2ö, 21; 51-53) zwischen der ersten Steuerspannungserzeu- so
gungsschaltung (14-19; 41-50) und der ersten Addierschaltung (22) und die zweite Bewertungsschaltung
(35, 36; 64-66) zwischen der zweiten Steuerspannungserzeugungsschaltung
(29-34; 54-63) und der zweiten Addierschaltung (37) angeordnet Ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
ditß d!s 6r£t? B^u/prtunaccrhaltiina (7.0 71.
51-53) eine Bewertung der Gleichspannungsverstärkung entsprechend der Vorverzerrungskennlinie der
Vorverzerrungsschaltung bewirkt und daß die zweite Bewertungsschaltung (35, 36, 64-66) eine Bewertung
der Gtefchspannungsverstärkung entsprechend der
Nachentzerrungskennllnle der Nachentzerrungsschaltung bewirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und zweite Steuerspannungserzeugungsschaltung mehrere Filter (14, 15, 41-43, 29,
30, 54-56) zur Aufteilung des Eingangssignais auf mehrere Frequenzbereiche, mehrere Gleichrichtschaltungen
(16,17, 44-46, 31, 32, 57-59) zum Gleichrichten der Ausgangssignale der Filter und mehrere Integratlonszeltkonstantenschaitungen
(18, 19, 47-50, 33, 34, 60-63), aufweisen und daß die erste und zweite
Bewertungsschaltung (20,21,51-53,35,36,64-66) die
Ausgangssignale aller Integratlonszeltkonstantenschaltungen bewerten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeltkonstanten der
Integrationszeltkonstantenschaltungen so k'ein gewählt
sind, daß das Verzerrungsmaß der Steuerspannungen in den aufgeteilten Frequenzbereichen aufgrund
einer Welligkeit nicht vergrößert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Integrationszeltkonstanten der Integrationszeitkonstantenschaltungen (47-50, 60-63)
in Abhängigkeit von der Frequenz und Amplitude der Ausgangssignale der Gleichrichtschaltungen veränderbar
sind.
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