DE653481C - Circuit for the automatic regulation of the dynamics in amplifier systems to achieve short settling times - Google Patents

Circuit for the automatic regulation of the dynamics in amplifier systems to achieve short settling times

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DE653481C
DE653481C DET44591D DET0044591D DE653481C DE 653481 C DE653481 C DE 653481C DE T44591 D DET44591 D DE T44591D DE T0044591 D DET0044591 D DE T0044591D DE 653481 C DE653481 C DE 653481C
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    • HELECTRICITY
    • H03BASIC ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers

Description

Schaltung zur selbsttätigen Regelung der Dynamik in Verstärkeranlagen zur Erzielung kleiner Einschwingzeiten Bei mit Verstärkern arbeitenden Lautübertragungsanlagen, wie Fernmeldeanlagen, Sprach- und Musikübertragungsanlagen. Schallaufzeichnungseinrichtungen, Tonfilmaufnahme- und -wiedergabeanordnungen, Rundfunksendeeinrichtungen u. dgl., werden häufig selbsttätig wirkende Anordnungen zur Regelung des Verstärkungsgrades, sog. Dynamikregler, verwendet.Circuit for the automatic regulation of the dynamics in amplifier systems to achieve short settling times in sound transmission systems working with amplifiers, such as telecommunication systems, voice and music transmission systems. Sound recording equipment, Sound film recording and playback devices, broadcasting equipment and the like, automatic arrangements for regulating the gain are often used, so-called dynamic controller, is used.

Derartige Einrichtungen sind überall da: erforderlich, wo mit den heutigen technischen Mitteln die natürliche Dynamik, z. B. einfies Orchesters, nicht ohne Regelung bewältigt werden kann und wo aus diesem Grunde vorwiegend die Verstärkung von Hand geregelt werden muß. Wenn beispielsweise die natürliche Dynamik den Umfang von i : iooo besitzt, muß diese Dynamik bei der Aufzeichnung auf Schallplatten auf den Wert von i : 5o'herabgedrückt werden. Dieser Wert ist gegeben durch den festgelegten Rillenabstand und den Störspiegel. Die leisesten Stellen der Darbietungen dürfen nicht im Störspiegel untergehen. Die lautesten Stellten der tiefsten Frequenzen dürfen nicht zum Durchschneiden des zwischen den Rillen befindlichen Fleisches führen. Ferner darf die bei großer Lautstärke auftretende Steilheit der geschnittenen Schallrille nicht zu groß werden, da sonst die Platte nicht mehr einwandfrei abgetastet werden kann. Noch ungünstiger liegen die Verhältnisse beim Tonfilm, bei dem man mit Rücksicht auf das Filmrauschen die Dynamik erheblich weiter einengen muß als bei Schallplatten.Such facilities are everywhere: required, where with today's technical means the natural dynamics, z. B. a simple orchestra, cannot be mastered without regulation and where for this reason the amplification has to be regulated by hand. If, for example, the natural dynamic has the range of i: iooo, this dynamic must be pressed down to the value of i: 50 'when recording on vinyl records. This value is given by the specified groove spacing and the interference mirror. The quietest parts of the performance must not be drowned in the glitch. The loudest parts of the lowest frequencies must not lead to the cutting of the meat between the grooves. Furthermore, the steepness of the cut sound groove, which occurs at high volume, must not become too great, since otherwise the plate can no longer be perfectly scanned. The conditions are even more unfavorable with sound films, where the dynamic range has to be narrowed considerably more than with records, taking into account the film noise.

Es hat sich nun herausgestellt, daß zur absolut störungsfreien selbsttätigen Dynamikregelung bei derartigen Übertragungsanlagen, beispielsweise bei der Übertragung einer Orchesterdarbietung, außerordentlich kurze Einschwingzeiten für die Verstärkungsregelung benötigt werden. Die Ausschwingzeiten können etwa i o- bis 2omal so groß sein wie die Einschwingzeiten.It has now been found that for absolutely trouble-free automatic Dynamic control in such transmission systems, for example during transmission an orchestral performance, extremely short settling times for the gain control are needed. The decay times can be about 10 to 20 times as large as the settling times.

Für die Bemessung der notwendigen Regelzeitkonstanterj ist folgendes maßgebend: Beim plötzlichen Übergang von sehr leisen zu sehr lauten Stellen treten stets mehr oder weniger starke Übersteuerungen, insbesondere der Tonaufzeichnungseinrichtungen, auf. Diese und andere Störungen werden dann vermieden, wenn die Einschwingzeit kleiner als 20 m/Sek. ist. Dies wurde in der Weise festgestellt, daß über einen Verstärker ausgesucht gute Schallplatten auf einen Lautsprecher gegeben wurden. Mittels einer mechanisch gesteuerten Schalteinrichtung wurde ein Gleichrichter parallel zum Lautsprecher geschaltet und auf diese Weise sehr starke nichtlineare Verzerrungen erzeugt. Die Anschaltdauer dieses Gleichrichters wurde zwischen 5 und 5oo m/Sek. geändert. Dabei ergab sich bei einer großen Zahl von Versuchsperson!ä@n,= daß bis zu einer Anschaltdauer von etwa 5o bis 6o m/Sek. keine Verzerrungen hörbar waren. Es konnte jedoch festgestellt werden., daß bei längerer Fortsetzung der Versuche diese Zeiten wesentlich kürzer wurden, da die Beobachter genauer auf die Störungen achteten.The following applies to the dimensioning of the necessary control time constants decisive: step at the sudden transition from very quiet to very loud places always more or less strong overloads, especially of the sound recording equipment, on. These and other disturbances are avoided if the settling time is shorter than 20 m / sec. is. This was determined in such a way that via an amplifier Selected good records were put on a loudspeaker. By means of a mechanically controlled switching device was a rectifier parallel to the loudspeaker switched and in this way very strong nonlinear distortions generated. The turn-on time of this rectifier was between 5 and 500 m / sec. changed. This resulted in a large number of test persons! Ä @ n, = that to to a switch-on time of about 5o to 6o m / sec. no distortion was audible. It was found, however, that if the experiments were continued for a longer period of time these times were much shorter as the observer looked more closely at the disturbances respected.

Weitere Versuche wurden mit reinen Sinustönen gemacht,. und zwar wurde auf den Eingang des Verstärkers ein Summerton von: 8oo Hz gegeben und kurzzeitig mittels der obenerwähnten mechanischen Schalteinrichtung von einem zweiten Summer iooo Hz derart dazugeschaltet, daß hierdurch die Amplitude der Grundschwingung nicht geändert wurde. Bei diesem Versuch ergaben die Abhörproben, daß die Bedingungen wesentlich schärfer waren. Schon bei einer Anschaltzeit von etwa 2o m/Sek. konnte die Störwirkung der künstlich erzeugten nichtlinearen Verzerrung wahrgenommen -,verden. Da nichtlineare Verzerrungen in der Praxis sehr häufig vorkommen - bei der normalen übersteuerung eines Verstärkers, Tonabnehmers, Tonaufzeichners u. dgl. tritt häufig mit großer Amplitude die zweite Harmonische auf -, ist es besonders wichtig, die Regelschaltung so zu bemessen, daß die Einschwingzeit kleiner ist als 2o m/Sek.Further attempts were made with pure sine tones. and that was A buzzer tone of: 8oo Hz is given and briefly on the input of the amplifier by means of the above-mentioned mechanical switching device from a second buzzer 10000 Hz switched on in such a way that this does not reduce the amplitude of the fundamental oscillation was changed. In this experiment, the wiretapping tests showed that the conditions were much sharper. Even with a switch-on time of around 20 m / sec. could perceived the disturbing effect of the artificially generated non-linear distortion -, verden. Since non-linear distortions occur very often in practice - with normal Overdriving an amplifier, pickup, sound recorder, etc. occurs frequently with large amplitude the second harmonic -, it is especially important that The control circuit should be dimensioned so that the settling time is less than 20 m / sec.

Aber nicht nur aus physiologischen Gründen, sondern auch aus rein technischen Gründen sind bei Schallaufzeichnungseinrichtungen derartig geringe Einschwingzeiten, wie sie bisher noch nie bei selbsttätigen Verstärkumgsregeleinrichtungen verwandt worden sind, erforderlich. Dies ergibt sich aus folgender Überlegung. Angenommen, die Einschwingzeit betrage ioo m/Sek. Wenn plötzlich ein sehr lauter Ton von beispielsweise 5o Hz aufgezeichnet werden soll, würde dies bedeuten, da.ß ioo m/Sek. vergehen, ehe die Regelwirkung einsetzt. In ioo m/Sek. sind aber bereits zehn Halbwellen des Tones von 5o Hz abgelaufen, so daß mithin maximal iomal das zwischen zwei Rillen befindliche Fleisch der Schallplatte durchbrochen ist. Die Aufnahme ist unbrauchbar geworden. Bei einer Einschwingzeit von 2o m/Sek. ist praktisch nur die erste Halbwelle bis in die Nachbarrille geschrieben, Während' die zweite Halbwelle bereits -geregelt ist und daher höchstwahrscheinlich nicht mehr eine Zerstörung des zwischen den Rillen befindlichen Fleisches der Schallplatte erfolgt.But not only for physiological reasons, but also purely Technical reasons are such short settling times in sound recording devices, as it has never been used before in automatic gain control devices have been required. This results from the following consideration. Accepted, the settling time is 100 m / sec. If suddenly a very loud sound of, for example 50 Hz is to be recorded, this would mean that 100 m / sec. pass away before the control takes effect. In 100 m / sec. but are already ten half-waves of the Tones of 50 Hz passed, so that a maximum of iomal that between two grooves the flesh of the record is broken. The recording is unusable become. With a settling time of 20 m / sec. is practically only the first half-wave Written into the neighboring groove, while 'the second half-wave is already regulated is and therefore most likely no longer a destruction of the between the grooves located meat of the record takes place.

Der Forderung, die Regelanordnungen mit geringen Zeitkonstanten auszubilden, stehen nun die Anforderungen an die Geräuschfreiheit entgegen. Für eine gute Beruhigung ist . es erforderlich, verhältnismäßig kräftig dimensionierte Siebelemente zu venwenden.The requirement to train the control arrangements with low time constants, now stand in the way of the requirements for freedom from noise. For a good reassurance is . it is necessary to use relatively powerfully dimensioned screen elements.

"Derartige Siebelemente bringen aber eine `-große Zeitkonstante in die Regelanordnung. Es muß daher mit Siebelementen geringerer Abmessungen gearbeitet werden, so daß nur eine unvollkommene Siebung erreicht wird. Die auftretenden Störspannungen müssen auf andere Weise beseitigt werden. Dies .geschieht bei Dynamikreglern, die unter Benutzung von dem Verstärker zugeordneten gesteuerten nichtlinearen Widerständen, insbesondere Trockengleichrichtern, arbeiten gemäß der Erfindung dadurch, daß die nichtlinearen Elemente bezüglich der Regelgleichspannung als Brücke geschaltet sind und derart wirken, daß an den Anschlußpunkten der zu beeinflussenden Nutzwechselspannung bei Änderungen der Regelgleichspaunung infolge ungenügender Siebung keine von der Regelgleichspannungsquelle herrührende Potentialdifferenz auftritt. Um Unsymmetrien der die Brückenschaltung bildenden Elemente zu kompensieren, wird das eine oder das andere der Elemente einstellbar gemacht."Such sieve elements bring a` -size time constant in the rule arrangement. It must therefore work with screen elements of smaller dimensions so that only an imperfect sieving is achieved. The occurring interference voltages must be eliminated in other ways. This happens with dynamic controllers that using controlled non-linear resistors associated with the amplifier, in particular dry rectifiers, work according to the invention in that the non-linear elements are connected as a bridge with respect to the DC control voltage and act in such a way that at the connection points of the useful alternating voltage to be influenced in the case of changes in the regular spun as a result of inadequate screening, none of the Control DC voltage source resulting potential difference occurs. About asymmetries To compensate for the elements forming the bridge circuit is one thing the other of the elements made adjustable.

Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung der durch atmosphärische Entladungen auftietenden Störungen bei Rundfunkgeräten ein mit zwei entgegengesetzt geschalteten Gleichrichtern arbeitende Brückenschaltung zu benutzen. Hierbei ist die Vorspannung der Gleichrichter so gewählt, daß diese für die Nutzwechselamplituden einen unendlich großen Widerstand vorstellen, während sie für die Störspannungen, die wesentlich größere Amplituden aufweisen als die Nutzwechselspannungen, durchlässig sind. Die Vorspannung und die Werte der anderen Elemente der Brückenschaltung sind .nun so gewählt, däß bei den großen Amplituden der Störspannungen die Brücke im Gleichgewicht ist, so daß diese Störspannungen vom weiteren Übertragungsweg ferngehalten werden. Bei dieser Anordnung treten die bei Dynamikreglern vorhandenen Schwierigkeiten hinsichtlich der durch die Änderung der Regelgleichspannung: hervorgerufenen Störungen nicht auf. Außerdem "wirkt bei Dynamikreglern die Schaltung gemäß der Erfindung in. dem Sinne, daß gerade die Nutzwechselamplituden beeinflußt werden und daher die Gleichrichter bzw. die nichtlinearen Elemente für diese Amplituden durchlässig sind.It is already known to avoid being caused by atmospheric discharges occurring interference with radio devices one with two oppositely switched To use rectifiers working bridge circuit. Here is the preload the rectifier is chosen so that it is infinite for the useful change amplitudes imagine great resistance while being essential for the interference voltages have greater amplitudes than the useful alternating voltages that are permeable. the Bias and the values of the other elements of the bridge circuit are .well like that chosen so that with the large amplitudes of the interference voltages the bridge is in equilibrium is, so that these interference voltages are kept away from the further transmission path. With this arrangement, the difficulties associated with dynamic controllers arise the disturbances caused by the change in the control DC voltage: on. In addition, in dynamic controllers, the circuit according to the invention acts in the Meaning that it is precisely the useful change amplitudes that are influenced and therefore the rectifiers or the nonlinear elements for these amplitudes are permeable.

Die Abbildung veranschaulicht ein. Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar dienen als Regelorgane nichtlineare Widerstände in Form von Trockengleichrichtern. Es ist selbstverständlich, daß die erwähnten Gleichrichter durch andere nichtlineare Widerstände oder auch durch Röhren ersetzt werden können, wobei dann die Schaltung den geänderten Betriebsbedingungenentsprechend angepaßt werden muß. Die vom Generator 1 mit dem Innenwiderstand 2 kommenden Impulse werden abgezweigt und einem Hilfsgleichrichter 3 zugeführt, der in Verbindung mit der Kapazität 4 und dein Widerstand 5 eine vom mittleren Übertragungspegel abhängige Verschiebegleichspannung den Regelgleichrichtern 6 und 7, die quer zum Verstärkungszug liegen, zuführt. Der _ mit den Regelgleichrichtern 6 und 7 eine Brückenschaltung bildende Widerstand 8 ist durch den Abgriff 9 zum Zwecke der Brükkenbildung in angenähert gleiche Teile geteilt, so daß die Punkte i o und i i gleiches Potential in bezug auf die Spannung an den Punkten 12 und 13 habe. Die Vorspannungsquelle 14 -ist gegebenenfalls vorzusehen, uni den für die Dynamikregelung wichtigen richtigen Arbeitspunkt auf der Stromspannungscharakteristik der Regelgleichrichter einstellen zu können. Der Abgriff 9 ist am Widerstand 8 vorteilhaft verschiebbar angeordnet, um etwaige Unsymmetrien der einzelnen Elemente der Brücke, beispielsweise Ungleichheiten der Gleichrichterwiderstände, ausgleichen zu können. Selbstverständlich kann der Widerstand 8 durch zwei getrennte, gegebenenfalls einstellbare Widerstände ersetzt werden.The figure illustrates a. Embodiment of the subject matter of the invention, namely non-linear resistors in the form of dry rectifiers serve as regulating elements. It goes without saying that the rectifiers mentioned by other non-linear Resistances or can be replaced by tubes, in which case the circuit is the changed Operating conditions must be adapted accordingly. The generator 1 with the Internal resistance 2 coming pulses are branched off and an auxiliary rectifier 3 supplied, which in connection with the capacitance 4 and your resistor 5 is one of the average transmission level dependent displacement DC voltage to the regulating rectifiers 6 and 7, which are transverse to the reinforcement train, feeds. The _ with the regulating rectifiers 6 and 7 a bridge circuit forming resistor 8 is through the tap 9 to The purpose of bridging is divided into approximately equal parts so that the points i o and i i are the same potential with respect to the voltage at points 12 and 13 have. The bias source 14 -is to be provided if necessary, uni for the Dynamic control important correct working point on the voltage characteristic to adjust the control rectifier. The tap 9 is advantageous on the resistor 8 slidably arranged to avoid any asymmetries in the individual elements of the bridge, for example, to be able to compensate for inequalities in the rectifier resistances. Of course, the resistor 8 can be provided by two separate, optionally adjustable Resistors are replaced.

Die Anordnung nach Abb. i hat für die Dynamikeinengung den Vorteil, daß bei großen Stromstärken auf geradlinigeren Teilen der Gleichrichtercharakteristiik gearbeitet wird. Treten nämlich an den Punkten 12 und 13 infolge großer Lautstärken große Spannrungen auf, so wird, wie aus der bekannten Gleichri.chtercharakteristikersichtlich :ist, der Widerstand der Gleichrichter 6 und 7, d. h. der Widerstand der Brücke zwischen -den Punkten io und i i, verringert. Hierdurch wird, da die Brücke im Nebenschluß der Leitung liegt, die an den Punkten i o und I 1 auftretende Wechselspannung verringert.The arrangement according to Fig. I has the advantage of reducing the dynamics, that with high currents on rectilinear parts of the rectifier characteristic is being worked on. Namely, occur at points 12 and 13 due to high volumes large tensions, as can be seen from the well-known equalizer characteristics : is, the resistance of rectifiers 6 and 7, i.e. H. the resistance of the bridge between -the points io and i i, decreased. This is because the bridge is shunted of the line, the alternating voltage occurring at points i o and I 1 is reduced.

Um auch bei der Dynamikerweiterung die gleichen Vorteile zu haben, ist die Schaltung so zu treffen, wie dies in der Abb.2 veranschaulicht ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i werden die Steuerimpulse vom Eingangskreis abgeleitet und der die Verschiebespannung liefernden Anordnung 3, 4, 5 und 14 zugeführt. Die gleichgerichteten Impulse werden an den Punkten 20 und 21 an die Brückenschaltung 22, die aus den Gleichrichtern 23 und 24 sowie dem Widerstand 25 mit Abgriff 26 besteht, geschaltet. Um nun die gewünschte Arbeitsweise, daß nämlich bei großen Stromstärken auf geradlinigeren Teilen der Gleichrichtercharakteristik gearbeitet wird, zu erreichen, ist der Verstärkungszug durch einen Querwiderstand 27 überbrückt.In order to have the same advantages when expanding dynamics, the circuit is to be made as shown in Fig. As In the embodiment according to Fig. i, the control pulses from the input circuit derived and fed to the arrangement 3, 4, 5 and 14 supplying the displacement voltage. The rectified pulses are sent to the bridge circuit at points 20 and 21 22, the rectifiers 23 and 24 and the resistor 25 with tap 26 exists, switched. To now the desired way of working, namely with large Amperages worked on more rectilinear parts of the rectifier characteristic is to be achieved, the reinforcement train is bridged by a transverse resistor 27.

Bei- großen Wechselspannungsamplituden wird der Widerstand der Gleichrichterbrücke klein. Hierdurch wird die am Widerstand 27 abfallende Spannung vergrößert. Wie bei der Schaltung nach Abb. i wird also jetzt auch bei der Dynamikerweiterung bei größeren Amplituden der zu übertragenden Wechselspannung der Widerstand der Gleichrichterbrücke verringert, d. h. in beiden Fällen wird der geradlinigere Teil der Charakteristik der Gleichrichter ausgenutzt.In the case of large AC voltage amplitudes, the resistance of the rectifier bridge becomes small. This increases the voltage drop across resistor 27. As in The circuit according to Fig. i is now also used for the dynamic expansion for larger Amplitudes of the alternating voltage to be transmitted the resistance of the rectifier bridge decreased, d. H. in both cases it becomes the more straightforward part of the characteristic the rectifier used.

In den beiden Ausführungsbeispielen wurde die zur Erzeugung der Verschiebespannung notwendige Wechselspannung vor dem Regelglied abgenommen. Selbstverständlich kann diese Spannung auch hinter dem Regelorgan abgegriffen werden. Die Bemessung der Einzelglieder der Hilfsgleichrichteranordnung muß dementsprechend geändert werden..In the two exemplary embodiments, the was used to generate the displacement voltage required AC voltage removed from the control element. Of course you can this voltage can also be tapped behind the control unit. The dimensioning of the Individual elements of the auxiliary rectifier arrangement must be changed accordingly.

Falls die abgezweigten Steuerimpulse zu gering sind, können .an geeigneter Stelle vor oder hinter dem Regelgleichrichter 3 ge:eignet,e Verstärkungsmittel eingeschaltet werden.If the branched control pulses are too small, a more suitable Place before or after the control rectifier 3 ge: suitable, e amplification means switched on will.

Der Widerstand der Gleichrichter ist mit Rücksicht auf die Regelkurven groß gegen den Brückenwiderstand (8 bzw. 25) zumachen.The resistance of the rectifier is with regard to the control curves close against the bridge resistance (8 or 25).

Unter Umständen kann es .angebracht sein, parallel zu den Gleichrichtern vorzugsweise regelbare Widerstände zu legen, um die Gleichrichtercharakteristik beeinflussen zu können.Under certain circumstances it may be appropriate, parallel to the rectifiers preferably adjustable resistors to set the rectifier characteristic to be able to influence.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltung zur selbsttätigen Regelung der Dynamik in Verstärkeranlagen zur Erzielung kleiner Einschwingzeiten unter Benutzung von dem Verstärkerzug zugeordneten gesteuerten nichtlinearen Widerständen, insbesondere TrockengIeichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Elemente bezüglich der Regelgleichspannung als Brücke geschaltet sind und derart wirken, daß an den Anschlußpunkten der zu beeinflussenden Nutz-,vechselspannung bei Änderungen der Regelgleichspannungen infolge ungenügender Siebung keine von der Regelgleichspannungsquelle herrührende Potentialdifferenz auftritt. PATENT CLAIMS: i. Circuit for automatic control of the dynamics in amplifier systems to achieve short settling times using controlled non-linear resistances associated with the amplifier train, in particular Dry rectifiers, characterized in that the non-linear elements with respect to the DC control voltage are connected as a bridge and act in such a way that the Connection points of the useful, alternating voltage to be influenced in the event of changes in the Control DC voltages due to insufficient screening none from the control DC voltage source resulting potential difference occurs. 2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung aus zwei mit @entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschalteten Gleichrichtern, insbesondere Trockengleichrichtern, besteht, deren Pole auf der einen Seite zusammengeschaltet und mit einem Pol des Verstärkungszuges, auf der anderen Seite durch einen Widerstand, vorzugsweise mit- variablem Abgriff, überbrückt sind, dessen elektrische Mitte mit dem anderen Pol des Verstärkungszuges bzw. mit dem gleichen Pol unter Hinzufügung eines die Pole des Verstärkungszuges überbrückenden Querwiderstandes verbunden ist, und daß die- Gleichspannung den Verbindungspunkten der Gleichrichter mit dem Widerstand zugeführt wird.2. Circuit according to claim i, characterized in that that the bridge circuit consists of two parallel with opposite conduction direction switched rectifiers, in particular dry rectifiers, consists of their Poles connected together on one side and with one pole of the reinforcement train, on the other Side by a resistance, preferably with variable tap, whose electrical center is bridged with the other pole of the reinforcement train or with the same pole with the addition of one of the poles of the reinforcement train bridging transverse resistance is connected, and that the- DC voltage is supplied to the connection points of the rectifier with the resistor will.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE932249C (en) * 1949-05-21 1955-08-29 Siemens Ag Arrangement for volume control in radio receivers, amplifier systems or the like.
DE947807C (en) * 1953-06-23 1956-08-23 Nordwestdeutscher Rundfunk Ans Non-linear symmetrical quadrupole

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