DE3321293A1

DE3321293A1 - Audioverstaerkungssystem mit steigerung der durchschnittlichen hoerleistung

Info

Publication number: DE3321293A1
Application number: DE19833321293
Authority: DE
Inventors: Paolo 20133 Milano Antoniazzi; Carlo Alberto 20010 Cornaredo Milano Grilli
Original assignee: ATES Componenti Elettronici SpA; SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1982-06-17
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1984-01-05
Also published as: GB2123231B; GB8315613D0; IT8221893A0; FR2529035A1; GB2123231A; IT1190872B; JPS595711A

Description

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Audioverstärkungssystem mit Steigerung der durchschnittlichen Hörleistung

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Audioverstärkungssystem, das es gestattet, die durchschnittliche Hörleistung eines normalen Linearverstärkers anzuheben, während gleichzeitig Verzerrungen während der Signalspitzen vermieden werden.

Um Verzerrungen während der Spitzen eines Musiksignales (ein "clipping" genanntes Phänomen) zu vermeiden, müssen die Audioverstärker für Autoradios, tragbare Radios, Fernsehempfänger, Hi-Fi-Systeme (high fidelity) usw. für maximale Leistungen, die verglichen mit der Durchschnittsleistung des zu verarbeitenden Signales sehr hoch sind₉ ausgelegt werden.

Betrachtet man z.B. den Fall, daß die Dynamik eines aufgezeichneten Musiksignales in guter Näherung ein Verhältnis zwischen Spitzenleistung und durchschnittlicher Hörleistung von 16 : 1 (12 dB) aufweist, so zeigt sich, daß ein Autoradioverstärker mit maximaler Ausgangsleistung von 20 W bei einer Verzerrung von 10% normalerweise mit einem durchschnittlichen Wert von nur 1,25 W arbeiten kann.

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Einrichtungen zur Reduzierung des oben erwähnten Verhältnisses, "compressor/limiter" oder "compressor/threshold limiter" (wegen der einstellbaren Einsetzschwelle) genannt, werden bereits bei Aufzeichnung und Ubertragungsstudien benutzt. Jedoch sind dies komplexe und teure Einrichtungen, die erfahrene Techniker für ihre Einstellung benötigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Audioverstärkungssystem zu schaffen, das ohne besondere Schaltkreiskomplikationen auf einfache und automatische Weise die Verarbeitung von höheren Durchschnittsleistungen ermöglicht, ohne unerwünschte Verzerrungen bei Leistungsspitzen aufzuweisen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Audioverstärkungssystem gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein konventioneller Leistungsverstärker eine Rückkopplungsschleife mit einem Spitzendetektor mit voreingestellter Schwelle und einem einstellbaren, von dem Detektor gesteuerten Abschwächer aufweist, um die Verstärkung des Verstärkers zu reduzieren, wenn der Detektor eine größere Leistungsspitze als die voreingestellte Schwelle feststellt.

Durch geeignete und automatische Reduzierung des Verstärkungsgrades des Verstärkers bei Leistungsspitzen kann offensichtlich der gleiche Verstärker für höhere durchschnittliche Hörleistungen ohne irgendwelche Verzerrungen bei den Leistungsspitzen benutzt werden.

Insbesondere ist es möglich, zwei- bis viermal höhere durchschnittliche Hörleistung mit dem gleichen Verstärker zu verarbeiten. Im wesentlichen bedeutet es, einen Verstärker mit einer festen maximalen Leistung zu benutzen, so als ob er eine Leistung um einen Faktor 2 bis 4 größer abgeben könnte.

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Diese und andere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Audioverstärkungssystemes;

Fig. 2 ein detailliertes Schaltkreisdiagramm eines Teiles davon; und

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Transferfunktion des Verstärkungssystemes.

In Fig.l liegt ein konventioneller Leistungsverstärker AP mit z.B. einer maximalen Ausgangsleistung von 20 W zwischen einem Signaleingangsanschluß I und einem Ausgangsanschluß für ein verstärktes Signal U zusammen mit einer Rückkopplungsschleife RT mit einem Komparator oder Spitzendetektor C mit voreingestellter Schwelle, einem Regulator für die Interventionszeit T und einem variablen Abschwächer AT, wobei der letztere zwischen dem Signaleingangsanschluß I und dem Verstärker AP angeordnet ist.

Die Art und Weise, wie das Audioverstärkungssystem nach Fig. 1 betrieben wird, kann einfach mit Hilfe der Grafik P/V (Ausgangsleistungs/Eingangsspannung) der Fig. 3 erklärt werden.

Bis die Eingangsspannung V eine Ausgangsleistung P kleiner als der Wert der Schwelle S des Komparators C generiert, ist die Transferfunktion FT¹ des Verstärkungssystemes linear und vollständig gleich jenem des Verstärkers AP.

Wenn, bei einer Signalspitze, andererseits der Schwellen-

wert (vorzugsweise zwischen 3 bis 6 dB unter dem Sättigungsniveau des Verstärkers eingestellt) überschritten wird, wirkt der Ausgang des Komparators C auf den Abschwächer AT ein, wobei die Interventionszeit durch den Regulator T festgelegt ist, damit die Verstärkung des Verstärkers AP reduziert wird (z.B. von 50 auf 46 dB). Die Transferfunktion (FT¹¹) bleibt dann linear, aber mit reduzierter Steilheit, wie in Fig. 3 gezeigt.

Infolgedessen kann der Verstärker AP durchschnittliche Leistungen, die größer als normalerweise erlaubt sind verarbeiten ohne störende Verzerrungen bei Leistungsspitzen. Im wesentlichen kann er mit höheren Hörpegeln arbeiten, die zwei- bis viermal höher sind.

Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß es keine Rauschprobleme oder Pumpeffekte gibt, da das System nicht bei Pegeln mit niedriger Leistung eingreift.

Außerdem kann das System nützlich zur Reduzierung von Radiointerferenzen infolge von clipping sein.

Schließlich ist auch die Realisierung in einer monolithisehen Version mit Standard-Technologie möglich.

Zur· Vervollständigung der Beschreibung ist in Fig. 2 als lic: i IjP i f! I oino Ausf ührungsf orm der Schaltkreisblöcke T und ΛΤ dor Fig. 1 gezeigt. In der oben erwähnten Fig. 2 besteht der Interventionszeitregulator T aus einer Kapazität Cl und ninem Widerstand Rl in Parallelschaltung. Der variable Abschwächer AT weist als Grundkomponente einen variablen Widerstand RV vom C-MOS-Typ auf, der vom Ausgang des

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Regulators T gesteuert wird und parallel mit oirxMii Widerstand R2 und in Reihe mit einem weiteren Widerstand R3 und einer Kapazität C2 verbunden ist; dadurch wird stromabwärts eines Widerstandes R4 und einer Kapazität C3 in Reihenschaltung ein variabler Widerstandsshunt gebildet, der die Verstärkung des Verstärkers AP ändern kann.

Es ist offensichtlich, daß bei Überwindung der Schwelle des Komparators C das Ausgangssignal des letzteren sehr rasch die Kapazität Cl auflädt (einige \isec) , welche dann, wenn der Ausgang des Komparators C Null-Pegel annimmt, sich sehr langsam über den Widerstand Rl entlädt (beispielsweise 200 m see). Dieses Aufeinanderfolgen von Ladung und Entladung bestimmt die Interventionszeit der Rückkopplungsschleife RT bei jeder Signalspitze.

Während der oben erwähnten Interventionszeit wird der Wert des variablen Widerstandes RV reduziert und das gleiche geschieht für das Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang des Abschwächers AT und folglich auch für die Verstärkung des Verstärkers. Es wird dann von der Transferfunktion FT¹ zu der Transferfunktion FT¹' übergegangen, wodurch, wie schon gesagt wurde, höhere durchschnittliche Hörleistungen mit dem gleichen Verstärker erreicht werden.

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN ©O

MM 4-2773 P/M/hu

SGS-ATES Component! Elettronici S.p.A., 95121 Catania / Italien

Audioverstärkungssystem mit Steigerung der durchschnittlichen Hörleistung

PATENTANSPRÜCHE

(1J Audioverstärkungssystem,

dadurch gekennzeichnet, daß ein konventioneller Leistungsverstärker eine Rückkopplungsschleife mit einem Spitzendetektor mit voreingestellter Schwelle und einem einstellbaren, von dem Detektor gesteuerten Abschwächer aufweist, um die Verstärkung des Verstärkers zu reduzieren, wenn der Detektor eine größere Leistungsspitze als die voreingestellte Schwelle feststellt.
2. Audioverstärkungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Spitzendetektor und dem einstellbaren Abschwächer angeordneten Interventionszeitregulator.

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER ■ D-8000 MÜNCHEN 90 . WILLROIDERSTR. 8 · TEL. (089)840640
3. Audioverstärkungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle so fest eingestellt ist, daß sie zwischen 3 bis 6 dB unter dem Verstärkersättigungsniveau liegt.