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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen frequenzabhängigen Regelung
des Übertragungsmaßes in Verstärkeranlagen Bei der Lautstärkeregelung in Musikübertragungsanlagen
(Besprechungsanlagen, Tonfilm- oder Schallplattenwäe:dergabeanlagen) werden zur
Nachbälidung der frequenzabhängigen Ohrempfindlichkeit oft Lautstärkeregler benutzt,
bei denen eine von der Stellung des Reglers, d. h. also von ,der Wiedergabelautstärke
abhängige Frequenzbeeinflussung der Verstärkeranordnung vorhanden ist. Die Frequenzabhängigkeitder
Regelanordnung ist so gewählt, Üaß sie der Ohrempfindl2chkeitskurve entspricht.
Dadurch wind bewirkt, daß der natürliche Eindruck der Wiedergabe auch bei stark
verschiedenen Wiedergabepegeln, die sonst den Eindruck einer Bevorzugung der tiefen
bzw. hohen Frequenzen erwecken, erhalten bleibt.
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Versuche haben gezeigt, @daß auch bei der selbsttätigen Regelung ,des
Übertragungsmaßes diese frequenzabhängige Regelung entsprechend ;der Ohrempfindlichkeitskurve
von Vorteil ist. Man hat zunächst versucht, den gewünschten Frequenzgang dadurch
zu erreichen, daß der Frequenzgang des Hilfsverstärkern entsprechend frequenzabhängig
gewählt wird. Der Hilfsverstärker erzeugt die zur Regelung erforderliche Verschiebegleichspannung,
die ein Maß für den mittleren Pegel der Tonfrequenzimpulse ist. Beim Vorhandensein
genügend großer Wechselspannungen, was beispielsweise der Fall ist, wenn Impulse
von dem Ausgangskreis zurückgeführt werden, um zur Regelung einer der Vorröhren
benutzt zu werden (Rückwärtsregelung), ist ein besonderer Verstärker nicht mehr
notwendig. Bei ,diesen Anordnungen ist das frequenzabhängige Element zwischen denn
Abgriff der Wechselspannung und dem die Regelgleichspannung herbeiführenden Gleichrichter
angebracht worden.
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Die vorerwähnten Anordnungen arbeiten für einzelne Frequenzen zufriedenstellend.
Wenn jedoch mehrere Frequenzen gleichzeitig übertragen werden sollen, was praktisch
fast immer der Fall ist, ist es nicht mehr möglich, den Frequenzgang der einzelnen
Frequenzen gesondert zu beeinflussen, :da die Gleichspannung ja von allen Frequenzen
gleichzeitig abhängig ist.
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Des weiteren ist bekannt, in Abhängigkeit von der Schallstärke eine
selbsttätige Regelung der Eingangsspannung und der Verstör-. kungskurve dadurch
herbeizuführen, daß gleichzeitig mit amplitudenunabhängigen Widerständen über besondere
zusätzliche Schaltelemente, wie HIinkenrelais o. dgl., auch frequenzabhängi.
ge
veränderliche Widerstände geregelt werden. Der Nachteil dieser Anordnung ist die
gleichzeitige Verstellung der amplitudenunabhängigen und der frequenzabhän,gigen
Widerstände, was durch besondere Schaltelemente vorgenommen werden muß.
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Ferner ist bekannt, bei einer Schaltungsanordnung zur selbsttätigen
Lautstärkeregelung eine Frequenzbeeinflussung oder zu übertragenden Schwingungen
dadurch zu erzielen, daß gleichgerichtete Anteile .der Nützsch-wingungen dem Gitterkreis
einer im Übertragungsweg liegenden zusätzlichen Verstärkerröhre zugeführt werden.
Im Ausgangskreis dieser Röhre liegt parallel zurr Übertragungsweg eine mit Eisenkern
versehene Drosselspule,deren Sättigungsgrad durch den in Ab-
hängigkeit von
gleichgerichteten Anteilen der Nutzfrequenzen veränderlichen Anodenstrom geändert
wird. Durch die Änderung des Stättigungggraides wird auch die Induktivität der Drosselspule
verändert, so daß damit die gewünschte Frequenzbeeinflussung erzielt wird. Der Nachteil
dieser Anordnung ist der zusätzliche Aufwand an Schaltelementen und -die Ausnutzung
der Sättigungswirkung.
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Bekanntlich führen Sättigungserscheinungen sehr leicht zu die Wiedergabe
beeinträchtigenden nichtlinearen Verzerrungen. Im Gegensatz dazu wird gemäß der
Erfindung die selbsttätige frequenzabhängige Regelung des übertragungsmaßes dadurch
vorgenommen, daß dem im Verstärkungszug liegenden von den zu übertragenden Schwingungen
mittelbar gesteuerten amplitudenabhängigen Regelorgan frequenzabhängige Schaltelemente
zugeordnet sind und .daß durch das Zusammenwirken des Widerstandes der frequenzabhängigen
Elemente mit dem inneren Widerstand des Regelorgans der gewünschte Frequenzgang
herbeigeführt wird. Durch die Ausnutzung :des Umstandes, daß, bei der -selbsttätigen
Regelung der innere Widerstand des gesteuerten, die Regelung bewirkenden Organs,
dasim Verstärkungszug liegt, sich bei der Änderung-der Verstärkung ändert, wird
die Schaltungsanordnung .besonders einfach.
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Die Abb. i zeigt eine auf Grund neuerer Messungen erhaltene, Ohrernpfindlichkeitskurve.
Aus der Kurve ist ersichtlich, daß zwischen iooo und q.ooo Hz ungefähr das Maximum
der Empfindlichkeit ist. Es genügt daher, wenn die unterhalb iooo Hz liegenden Frequenzen
bei der Lautstärkeregelung im entsprechenden Sinne beeinflußt, beispielsweise bevorzugt
werden.
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Die Diagramme gemäß der Abb. 2a und 2bveranschaulichen die Wirkungsweise
der Regelanordnung, und zwar betrifft Abb. 2a die Regelung 'bei der Aufnahme (Dynamikeinengung),
Ab,b. 2b die Regelung bei der Wiedergaibe (Dynamikerweiterung). Die Abb.3 und 4.
zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Wenn bei der Aufnahme, also bei der Dy-@amikeinengung, die Regelung
so vorgenommen wird, daß die -großen Amplituden in ihrer Stärke nicht oder nur wenig
beeinflußt, die kleinen Amplituden jedoch vergrößert werden (Gerade von A aus, Abb.
2a), so wird bei der Wiedergabe der Eindruck hervorgerufen, als ab die tiefen Frequenzen
zu stark bevorzugt sind. Wenn beispielsweise eine Baßgeige und eine Violine mit
gleicher Lautstärke gespielt haben, so scheint bei dem vorbeschriebenen Regelvorgang
die Baßgeige wesentlich lauter zu sein als die Violine. Das gesamte Klangbild wird
verfälscht. Die Erklärung dieses Vorganges läßt sich deutlich aus den Kurven gemäß
der Abb. i ableiten. Wird beispielsweise bei iooo Hz der Pegel von 3o auf 5o Phon,
@d. h. also um 2o Phon gehoben, so wird er bei der Anhebung um .denselben absoluten
Betrag bei 125 Hz um etwa 30 Phon angehoben, d. h. aber es tritt eine Bevorzugung
,der tiefen Frequenzen ein.
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Wenn man nicht von dem Punkt A ausgehend die großen Amplituden konstant
hält und die kleinen vergrößert, sondern vom Punkte B ausgehend die kleinen Amplituden
konstant hält und die großen verringert, wobei der gleiche Dynamikeinengungseffekt
erzielt wird, so werden die hohen Frequenzen bevorzugt. Dies läßt sich analog den
vorerwähnten Ausführungen bezüglich der tiefen Frequenzen ebenfalls deutlich aus
der Abb. i ableiten.
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Wenn man vom Punkte C ausgehend die kleinen Amplituden anhebt und
die großen Amplituden herabsenkt, werden einmal die hohen, .das andere Mal die tiefen
Frequenzen benachteiligt.
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Bei der Wiedergaberegelung, wie sie in der Abb. 2 dargestellt ist,
liegen die Verhältnisse umgekehrt. Wenn man die kleinen Amplituden konstant hält
und vorn Punkte D ausgehend die großen Ampiitu.den noch vergrößert, so werden die
tiefen Frequenzen bevorzugt, während vom Punkte E ausgehend umgekehrt die hohen
Frequenzen bevorzugt werden. Wenn man vom Punkte F ausgeht und den Regelvorgang
gemäß der gestrichelten Geraden verlaufen läßt, so werden einmal die hohen,.. das
andere Mal die .tiefen Frequenzen benachteiligt.
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- Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß man also je nachdem, ob
es sich um eine Regelung unter Festhaltung der großen Amplituden, der kleinen Amplituden
oder der mittleren Amplituden handelt, entsprechende Frequenzbeeinflüssungen herbeiführen
muß. Dies geschieht, wie bereits oben erwähnt, unter
Ausnutzung
des Umstandes, daß bei der selbsttätigen Regelung (der innere Widerstand ,des gesteuerten,
die Regelung bewirkenden Organs,-das im Verstärkerzug liegt, sich bei der Änderung
der Verstärkung ändert. Diesem Element werden frequenzabhängige Elemente in der
Weise zugeordnet, daß bei der Regelung die der Ohrempfindlichkeit entsprechenden
Frequenzbe.einflussungen eintreten.
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In -der Abb.3 dient als Regelorgan ein nichtlinearer Widerstand, Gleichrichter
o..,dgl., in der Abb. q. eine Röhre, vorzugsweise mit schleichender Charakteristik
(Exponentialröhre). Beider selbsttätigen Regelung gemäß Abb. 3 schwankt der Widerstand
des vorzugsweise mit Vorspannung arbeitenden Trockengleichrichters entsprechend
der Lautstärke der zu übertragenden Wechselspannung. Beispielsweise wird bei einer
Dyn:amikeinengung der Gleichrichter so bemessen und geschaltet, daß :bei kleinen
Wechselamplituden zur Erzielung großer Verstärkung der Widerstand Rg groß, bei großen
Wechselamplituden zur Erzielung einer relativ kleinen Verstärkung klein wird.
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Die fre,quenzabhängige Regelung läßt sich gemäß oder Erfindung durch
Zuordnung frequenzabhängi:ger Elemente zu den Regelgleichrichtern ermöglichen. Es
ist zweckmäßig, den frequenzaibhängigen Schaltelementen noch Ohmsche Widerstände,
je nach der Schaltung in Reihe oder parallel, zuzuordnen, um zu starke Beeinflussungen
bestimmter Frequenzbereiche zu vermeiden. Die frequenzabhängigen Elemente und/oder
die Ohmsch.en Widerstände sind vorzugsweise regelbar, um sich ändernden Betriebsbedingungen,
Änderungen .des Scheinwiderstandes der Gleichrichter u. dgl. Rechnung tragen zu
können.
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In der Schaltungsanordnung nach Abb. 3 wird von den ankommenden Impulsen
ein Teil abgezweigt und über den Transformator Tr dem HilfsgleichrichterHgl zugeführt.
Die am Widerstand R1 und Kondensator C1 entstehende Gleichspannung wird dem-Regelgleichrichter
Gl zugeführt. Parallel zu dem Gleichrichter liegt die Reihenschaltung eines frequenzabhängigen
Elementes und eines Ohmsehen Widerstandes. Im vorliegenden Fall, der die Dynamikeinengung
ibetrifft, unter der Voraussetzung, daß die großen Amplituden ganz oder nahezu ungeregelt,
die kleinen' Amplituden verstärkt werden, ist eine Induktivität L als frequenz.abhängiges
Element vorgesehen. Wenn die Regelung so vor sich geht, daß die kleinen Amplituden
praktisch ungeregelt bleiben (Regelung vom Punkte B,, Ab,b. 2a, aus), so wäre an
Stelle der Induktivität L ein Kondensator zu setzen. Würde die Regelung vom Punkte
C der A!bb. 2a gemäß der gestrichelten Geraden verlaufen, so wäre eine Parallelschaltung
von Induktivität und Kapazität vorzusehen. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
nach Abib.3 ist folgende: Bei großen Wechselamplituden wird der Widerstand 1R2 verhältnismäßig
klein. Dadurch wird ein großer Teil der Impulse über den Gleichrichter GL kurzgeschlossen.
Der aus L und R2 gebildete Nebenschluß macht seich kaum bemerkbar. Bei kleinen Amplituden
hingegen wird :der Widerstand R, des Gleichrichters GL verhältnismäßig hoch, so
-daß der Gleichrichterwiderstand selbst nur noch einen kleinen Nebenschluß bildet.
Die hohen Frequenzen werden praktisch ungeschwächt übertragen, die tiefen Frequenzen
hingegen werden zu einem einstellbaren Betrag über den Nebenschlußweg L R2 abgeleitet.
Auf diese Weise können Dämpfungskurven erzielt werden, die dem Verlauf der Ohrempfindlichkeitskurven
entsprechen.
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Die Abb. q. zeigt die Anwendung des Gegenstandes der Erfindung bei
einer selbsttätigen Regelschaltung für den gleichen Regelfall, für den die Schaltung
nach Abb. 3 zu benutzen ist, die eine im Verstärkerzug liegende Regelröhre mit schleichender
Charakteristik (Exponentialröhre) besitzt, und zwar ist in dem Ausführungsbeispiel
eine Rückwärtsregelungdargestellt. Vom Ausgangskreis der Röhre i werden die Impulse
abgezweigt und dem Gleichrichter z zugeführt, der in Verbindung mit dem Kondensator
3 und dem Widerstand q. die Verschiebevorspannung für den Gitterkreis der Regelröhre
5 liefert. Um nun den gewünschten amplitudenabhängigen Frequ.enzgang zu erhalten,
wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, .daß die Änderung,der Verstärkung,der
Röhre durch Veränderung ,des Innenwiderstandes bei der Verlagerung es Gitterpotentials
erfolgt. Infolge dieses Umstandes kann die erforderliche frequenzabhängig:e Regelung
durch frequenzabhängigen Abschluß der Röhre erreicht werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
geschieht dies durch Einschaltung einer Kapazität 6, die von dem Widerstand 7 überbrückt
ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende Bei kleinen Amplituden
wird die Verstärkung erhöht, da ja gemäß Voraussetzung die großen Amplituden praktisch
ungeregelt bleiben, die kleinen Amplituden vergrößert werden. Mithin ist der innere
Widerstand der Röhre klein. Es wird auf steileren Teilen der Charakteristik gearbeitet.
Da bei diesem Regelfall ohne zusätzliche Elemente die Tiefen bevorzugt werden, müssen
Mittel vorgesehen sein, die die tiefen Frequenzen abschneiden. Dies ist der gemäß
der Abb. 4 im Verstärkungszug
liegende Kondensator 6, der durch
den Widerstand 7 überbrückt ist. Es wird das gewünschte Abschneiden der tiefen Frequenzen
erzielt.
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Die vorerwähnten Ausführungsbeispiele zeigen die Schaltungsanordnung,
die erforderlich ist; wenn bei einer Dynamikeinengung die großen Amplituden praktisch
ungeregelt und die kleinen Amplituden gehoben werden. Bei anderen Einstellungen
der Regelapparatur sind, wie bereits oben erwähnt, die frequen* abhängigen Elemente
gemäß der Abb, 3 und. q. auszutauschen bzw: kombiniert zu verwenden.
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Es kann auch,die Schaltungsanordnung so getroffen sein, @daß statt
der Parallel- bzw: Reihenschaltung eine Reihen- bzw. Parallelschaltung vorgenommen
wird. Es ist nur dafür Sorge zu tragen, .daß ,die frequenzabhängigen Elemente zusammen
mit der Regelapparatur so wirken, daß die gewünschte Berücksichtigung der Ohrempfindlichkeitskurve
erfolgt.
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Für die Wirkungsweise ist es unerheblich, ob eine Vorwärts- oder eine
Rückwärtsregelang vorgenommen wird. Bei der Vorwärtsregelung ist zu empfehlen, am
Gitter der Röhre die Regelspannungen für den Hilfsgleichrichter abzugreifen, um
Störungen durch das sich ändernde Spannungsteilerverhältnis am Innenwiderstand und
Gleichrichterwiderständ, das .beim Abgriff vom Anodenkreis den Regelgang beeinflußt,
zu vermeiden: Die frequen.zabhängigen Elemente sind vorzugsweise so zu bemessen,
daß ihr Scheinwiderstand
bei 8oo Hz in die Größenordnung des Scheinwiderstandes des Gleichrichters bei mittlerem
Übertragungspegel fällt. (Etwa iooo Ohm bei Kupferoxydgleichrichtern).