DE3642366A1 - Kompressor-expander-system fuer elektroakustische uebertragungswege - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern und bei Rundfunkübertragungen, Schallplattenaufzeichnungen und Schallplattenwiedergabegeräten u. a.

Es ist bekannt, daß man den Störabstand einer elektroakustischen Signalübertragung in einem begrenzten Kanalabschnitt dadurch verbessern kann, daß man kleine Signale vor der Einspeisung in diesen Kanalabschnitt zusätzlich verstärkt und am Ende dieses Kanalabschnittes wieder bedämpft. Die Verbesserung des Störabstandes entsteht dabei dadurch, daß bei der Bedämpfung auch das Störsignal aus diesem Kanalabschnitt mit bedämpft wird.

Solche bisher in der Heimgerätetechnik verwendeten Systeme sind Dolby-B, Dolby-C, High-Com, dbx u. a. Bei diesen Systemen wird vorausgesetzt, daß der Benutzer des Systems über den entsprechenden Expander verfügt, denn das komprimierte, d. h. bei kleinen Signalpegeln zusätzlich verstärkte Signal ist ohne Expansion so stark verfälscht, daß dessen künstlerisch-ästhetische Qualität nicht mehr befriedigt. Das ist ein Hauptgrund, weshalb die o. g. Kompandersysteme bisher nicht für Schallplatten- und Rundfunkübertragung eingesetzt werden, denn man kann nicht voraussetzen, daß alle anspruchsvollen Hörer über entsprechende Expander verfügen.

Es ist auch bekannt, daß in Schallplatten- und Rundfunkstudios zur Reduzierung der Programmdynamik Kompressoren verwendet werden, ohne daß vorgesehen ist, das so komprimierte Signal wieder zu expandieren. Besonders bei den mit Digitalaufzeichnung hergestellten Urbändern wird eine solche Dynamikreduzierung vor der Aufzeichnung auf Schallplatten bzw. der Übertragung im Rundfunk notwendig. Dabei geht die hohe und vom künstlerischen Standpunkt wünschenswerte Programmdynamik dieser Aufzeichnung verloren.

Beim Hörer bestehen jedoch je nach Situation unterschiedliche Vorstellungen bezüglich der wünschenswerten Programmdynamik:

• 1. In störungsarmer Umgebung, wenn dem künstlerischen Inhalt aufmerksam zugehört wird (Musik), besteht der Wunsch nach der originalen, in der Regel großen Programmdynamik.
• 2. In akustisch gestörter Umgebung, wenn vorwiegend dem sachlichen Inhalt zugehört wird (Nachrichten, Texte) oder wenn bei der Übertragung noch eine andere Tätigkeit ausgeübt wird (Hintergrundmusik), besteht der Wunsch nach verringerter Programmdynamik.

Es ist dazu bekannt, das Signal mit der in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltung zu komprimieren (Funkschau 1981/24, S. 67-69). Dabei durchlaufen die Signale der Stereokanäle L und R je einen Vorverstärker 3 und 4 und einen Stellverstärker 1 und 2. Von den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 werden über je einen Hochpaß 5 und 6 Signale an die Meßschaltung 7 geführt. Der jeweils größte Spitzenwert aus der positiven oder negativen Halbwelle des rechten oder linken Kanales bestimmt die Aufladung der Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstanten τ₀. Über das Zeitkonstantensystem τ₁ bis τ₄ gelangt das Steuersignal an die Steuereingänge der Stellverstärker 1 und 2. Dadurch haben diese immer die gleiche, jeweils der größten Ausgangsspitzenspannung umgekehrt proportionale Verstärkung. Die der Meßschaltung 7 zugeführte Referenzspannung bewirkt, daß bei Unterschreitung eines Mindestpegels das Steuersignal nicht weiter vermindert wird und die Verstärkung der Stellverstärker 1 und 2 konstant bleibt.

Die Schaltung verändert die Stereo-Balance und die spektrale Zusammensetzung der übertragenen Signale nicht. Durch die Verwendung eines Stellverstärkers 1 und 2, bei dem die Verstärkung zur Steuersignalgröße umgekehrt proportional ist, und ausschließlich linearer Übertragungsglieder im Steuersignalweg entsteht ein festgelegter Kompressionsgrad zwei. Trotz bereits weitgehend optimaler Wahl der Zeitkonstanten τ₀ bis τ₄ ist damit die Dynamikreduzierung in vielen Fällen unangenehm stark. Außerdem treten in ungünstigen, aber nicht seltenen Fällen Verschiebungen der musikalischen Balance auf.

Ziel der Erfindung ist es, einen Kompressor anzugeben, dessen Eigenschaften so eingestellt werden können, daß die Dynamikreduzierung nicht mehr unangenehm in Erscheinung tritt und weitere Nebeneffekte vermieden werden. Außerdem soll das komprimierte Signal mit einer komplementär aufgebauten Expanderschaltung wieder zum ursprünglichen Dynamikumfang expandiert werden könne.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kompressor- Expander-System für elektronische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern zu finden, in dem der Kompressor die Verstellvorgänge so ausführt, daß sie praktisch unbemerkt bleiben, er die Verstellung in einer solchen Größe vornimmt, daß die verbleibende Programmdynamik noch hohen künstlerischen Ansprüchen genügt, er die Stereo-Balance im komprimierten Signal gegenüber dem Ursprungsignal nicht verändert, er keine spektralen Veränderungen verursacht, und in dem die Verstellung mit einem äquivalenten Expander praktisch wieder vollständig aufgehoben werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und andere Aufzeichnungen auf Tonträgern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufzeichnungen wahlweise ohne eine Expandierung als auch mit Expandierung wiedergegeben werden können. Dazu wird das aufzuzeichnende Signal durch Stellverstärker komprimiert, deren Steuersignal bei kleinen Pegeländerungen mit einer Zeitkonstanten τ₁, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₂ beschleunigt, bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₃ und bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₄ abklingend den Zeitkonstanten τ₁ bis τ₃ überlagernd geformt, anschließend logarithmiert, zur Einstellung des Kompressionsgrades bedämpft und anschließend entlogarithmiert wird, so daß es umgekehrt proportional zur Verstärkung des Stellverstärkers ist. Die so bespielten Aufzeichnungsträger sind entsprechend gekennzeichnet.

Dazu ist eine Schaltungsanordnung für ein Kompressor-Expander- System aufgebaut, die für den rechten und linken Übertragungskanal je einen Stellverstärker enthält, an deren Steuereingängen eine Steuersignalschaltung angeschlossen ist, deren Eingang aus an die Übertragungskanäle angeschlossenen Hochpässen mit nachfolgender Spitzenwertgleichrichterschaltung, die außerdem an einer Referenzspannungsquelle angeschlossen ist, besteht. Erfindungsgemäß ist am Ausgang der Spitzenwertgleichrichterschaltung eine Speicherschaltung angeschlossen, der zwei parallelgeschaltete Speicherzweige folgen, wobei dem einen Speicher mehrere Zeitglieder mit verschiedenen Zeitkonstanten vorgeschaltet sind, von denen einige außerdem an die Referenzspannungsquelle angeschlossen sind, und dem anderen Speicher ein ebenfalls zusätzlich an die Referenzspannungsquelle angeschlossenes Zeitglied mit einer Zeitkonstanten vorgeschaltet ist.

Die Ausgänge der Speicherzweige sind in einer Addierstufe zusammengeführt. Der Addierstufe folgt eine Kompressionsgradeinstellstufe, an deren Ausgang die Steuereingänge der Stellverstärker angeschlossen sind.

Das Ursprungsignal wird über die Stellverstärker in die beiden Übertragungskanäle eingespeist. Die Stellverstärker ändern ihre Verstärkung umgekehrt proportional zur Größe des Steuersignals und beeinflussen die spektrale Zusammensetzung des übertragenen Signals nicht. Die Steuereingänge sind parallel geschaltet, so daß keine Veränderungen der Stereo-Balance auftreten. Aus den in den Übertragungskanälen vorhandenen Signalen wird über die Hochpässe das Steuersignal gewonnen. Die Spitzenwertgleichrichterschaltung ist so gestaltet, daß der nachfolgende Speicher mit der Zeitkonstanten τ₀ auf den jeweils höchsten Spitzenwert der positiven oder negativen Halbwelle des Signals des rechten oder linken Übertragungskanals aufgeladen wird. Bei Signalpegeln, die kleiner als ein festgelegter Mindestpegel sind, verbleibt in diesem Speicher eine Restladung, deren Größe durch die Referenzspannung bestimmt wird. Damit wird erreicht, daß bei derartig kleinen Signalpegeln keine weitere Veränderung der Verstärkung in den Stellverstärkern erfolgt. Das Ausgangssignal wird den parallelgeschalteten Speicherzweigen zugeführt. Der Speicher im Speicherzweig mit mehreren Zeitgliedern wird bei kleinen Pegeländerungen mit der Zeitkonstante τ₁ des ersten Zeitgliedes geladen bzw. entladen, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen zusätzlich über das nächste Zeitglied der Zeitkonstante τ₂ beschleunigt geladen und bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen zusätzlich über das folgende Zeitglied mit der Zeitkonstante τ₃ beschleunigt entladen. Bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird dieser Speicherzweig durch den parallelgeschalteten Speicherzweig kurzzeitig umgangen und das Ausgangssignal des ersten Speichers τ₀ mit der Zeitkonstante τ₄ über den parallelgeschalteten Speicher abklingend der Kompressionsgradeinstellstufe direkt zugeführt.

Dabei wird dieses Signal in dem Summierglied dem Ausgangssignal des ersten Speicherzweiges additiv überlagert.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 die Prinzipschaltung eines Kompressors zum Stand der Technik

Fig. 2 ein zugehöriges Blockschaltbild des Kompressors

Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei gleichen Stellverstärkern 1 und 2 für den linken und rechten Übertragungskanal und einer Steuersignalschaltung, die mit den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 zur Gewinnung eines Meßsignals verbunden ist und ein Steuersignal an die Steuereingänge der Stellverstärker 1 und 2 abgibt.

Das Meßsignal wird aus einer Spitzenwertgleichrichterschaltung 8 gewonnen, die über je einen Hochpaß 5 und 6 an den Ausgängen der Stellverstärker 1 und 2 angeschlossen ist. Die Spitzenwertgleichrichterschaltung 8 ist so gestaltet, daß eine Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstante τ₀ auf den jeweils höchstens Spitzenwert der positiven oder negativen Halbwelle des Signals des rechten oder linken Kanals aufgeladen wird. Bei Signalpegeln, die kleiner als ein festgelegter Mindestpegel sind, verbleibt in dieser Speicherschaltung 9 eine Restladung, deren Größe durch die Referenzspannung bestimmt wird. Damit wird erreicht, daß bei derartig kleinen Signalpegeln keine weitere Veränderung der Verstärkung in den Stellverstärkern 1 und 2 erfolgt.

Das am Ausgang der Speicherschaltung 9 anliegende Meßsignal wird mit den Zeitkonstanten τ₁, τ₂ und τ₃ in folgender Weise in den Speicher 10 übertragen:

• - Bei kleinen Pegeländerungen wird der Speicher 10 mit der Zeitkonstante τ₁ geladen bzw. entladen.
• - Bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird der Speicher 10 zusätzlich mit der Zeitkonstante t₂ beschleunigt geladen.
• - Bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen wird der Speicher 10 zusätzlich mit der Zeitkonstante τ₃ beschleunigt entladen.
• - Bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen wird der Speicher 10 kurzzeitig umgangen und das Ausgangssignal der Speicherschaltung 9 mit der Zeitkonstante τ₄ abklingend über den Speicher 11 einer Addierstufe 12 zugeführt und dabei additiv mit dem Ausgangssignal des Speichers 10 überlagert.

Das durch die Speicher 10 und 11 in seinem zeitlichen Verlauf geformte Meßsignal steht nach einer Kompressionsgradeinstellstufe 13 als fertig geformtes Steuersignal zur Verfügung, dessen Größe umgekehrt proportional zur in den Stellverstärkern 1 und 2 einzustellenden Verstärkung ist.

Die Stellverstärker 1 und 2 ändern ihre Verstärkung umgekehrt proportional zur Größe des Steuersignals und beeinflussen die spektrale Zusammensetzung des übertragenen Signales nicht. Die Steuereingänge sind parallel geschaltet, so daß keine Veränderungen der Stereo-Balance auftreten.

Entscheidend für die Wirkung der Schaltung ist die Kombination der in Tabelle 1 zusammengestellten Parameter.

Tabelle 1

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1 Stellverstärker
   2 Stellverstärker
   3 Vorverstärker
   4 Vorverstärker
   5 Hochpaß
   6 Hochpaß
   7 Meßschaltung
   8 Spitzenwertgleichrichterschaltung
   9 Speicherschaltung
  10 Speicher
  11 Speicher
  12 Addierstufe
  13 Kompressionsgradeinstellstufe
  τ₀ Zeitkonstante
  τ₁ Zeitkonstante
  τ₂ Zeitkonstante
  τ₃ Zeitkonstante
  τ₄ Zeitkonstante

Claims (2)

1. Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege zur Herstellung von Schallplatten- und anderen Aufzeichnungen auf Tonträgern, bei dem das aufzuzeichnende Signal durch Stellverstärker komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die Verstärkung der Stellverstärker (1, 2) bei kleinen Pegeländerungen mit einer Zeitkonstanten τ₁, bei großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₂ beschleunigt, bei großen und schnellen Pegelabwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₃ und bei sehr großen und schnellen Pegelaufwärtsänderungen mit einer Zeitkonstanten τ₄ abklingend den Zeitkonstanten τ₁ bis τ₃ überlagernd geformt und anschließend logarithmiert, zur Einstellung des Kompressionsgrades bedämpft und anschließend entlogarithmiert wird, so daß es umgekehrt proportional zur Verstärkung der Stellverstärker (1, 2) ist.

2. Schaltungsanordnungen für ein Kompressor-Expander-System für elektroakustische Übertragungswege nach Anspruch 1, deren Eigenschaften als Kompressor durch die nachfolgend beschriebene Schaltung festgelegt sind, die für den rechten und linken Übertragungskanal je einen Stellverstärker enthalten, an deren Steuereingängen eine Steuersignalschaltung angeschlossen ist, deren Eingang aus an die Übertragungskanäle angeschlossenen Hochpässen mit angeschlossener Spitzenwertgleichrichterschaltung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Spitzenwertgleichrichterschaltung (8) eine Speicherschaltung (9) angeschlossen ist, der zwei parallelgeschaltete Speicherzweige folgen, wobei dem einen Speicher (10) mehrere Zeitglieder mit verschiedenen Zeitkonstanten (τ₁ 2 sek, τ₂ 30 ms, τ₃ 1,2 s) vorgeschaltet sind, von denen einige außerdem an die Referenzspannungsquelle angeschlossen sind, und wobei dem anderen Speicher (11) ein ebenfalls zusätzlich an die Referenzspannungsquelle angeschlossenes Zeitglied mit einer Zeitkonstanten (τ₄ 30 ms) vorgeschaltet ist, daß die Ausgänge der Speicherzweige in einer Addierstufe (12) zusammengeführt sind und daß der Addierstufe (12) eine Kompressionsgradeinstellstufe (13) folgt, an deren Ausgang die Steuereingänge der Stellverstärker (1 und 2) angeschlossen sind.