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Schaltungsanordnung zum Regeln der Dynamik in Schallübertragungsanlagen
Für zahlreiche. Teilgebiete der Elektroakustik ist es wünschenswert, Schaltungsanordnungen
zur Regelung des übertragungsmaßes zu verwenden. Solche Anordnungen sind z. B. die
neuerdings größere Bedeutung gewinnenden Dynamikregler, die insbesondere für Schallaufzeichnungs-
und Wiedergabeeinrichtungen benutzt werden. Grundsätzlich erscheinen überall da,
wo durch die Übersteuerungen einzelner Teile des Übertragungsweges Störungen, auftreten
können, bei der Senderbesprechung, bei der Schallplattenaufnahme und -wiedergabe,
bei der Tonfilmaufnahme und -wiedergabe sowie auch. hei der Wiedergabe durch Rundfunkgeräte
derartige Regeleinrichtungen angebracht.
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Die bisher bekannten Schaltungsanordnungen zur Verstärkungsregelung
benutzen im allgemeinen die veränderliche Steilheit von Ein- oder Mehrgitterröhren
zur Verstärkungsregelung. Dies erfordert also in jedem Falle einen Mehraufwand von
Röhren im Verstärker. Die dadurch bedingte Verteuerung der ganzen Anlage hat verhindert,
daß solche Regeleinrichtungen größeren Eingang in die Praxis gefunden haben.
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Des weiteren ist vorgeschlagen worden, nichtlineare Elemente, . wie
Glühkathodengleichrichter, Eisenwasserstoffwiderstände o. dgl., quer oder längs
zum übertragüngsweg zu legen, um dadurch eine Einengung bzw. eine Erweiterung der
Dynamik herbeizuführen. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß alle Halbwellen
der zu übertragenden Impulse deformiert werden, indem z. B: die Spitzen herabgedrückt
werden. Der dadurch entstehende Klirrfaktor ist so groß, daß sich die Anordnung
für Niederfrequenzübertragungszwecke nicht eignet.
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Es ist bereits bekannt, zur Verringerung der Ohmschen Verluste in
mit niederfrequentem oder hochfrequentem Wechselstrom betriebenen Leitungen für
Telegraphie und Telephonie Kristallkontakte in die Leitung einzubauen und diesen
Kristallkontakten über die angeschlossenen Leiter dauernd oder doch während der
Benutzung der Leitung einen Gleichstrom solcher Stärke zuzuführen, daß die Kristallkontakte
als negative Widerstände dienen.
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Des weiteren ist bekannt, solche mit Gleichstrom vorgespannten Kristallkontakte
zur Entdämpfung von Schwingungskreisen vorzusehen.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß eine allen Anforderungen genügende,
im Aufbau ,sehr einfache und billige Regelschaltung dadurch erhalten werden kann,
daß .die verhältnismäßig teueren und empfindlichen Verstäskerröhren durch einfachere,
steuerbare, zweipolige nichtlineare Widerstände, wie Trockengleichrichter, Detektoren,
Glühkathodengleichrichter, Drosselspulen mit Eisenkernen usw., ersetzt werden. Diese
nichtlinearen
Widerstände erhalten eine Vorspännung, die den jeweils
gewünschten Arbeitspunkt der Stromspannungscharakteristik festlegt.
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Die Erfindung bezieht sich dementsprechend auf eine Schaltungsanordnung
zum Regeln der Dynamik in Schallübertragungsanlage, insbesondere in Schallaufzeiehnungs-
und rrii' Schallspeichern arbeitenden Wiedergabeanlagen mit zwei. entgegengesetzt
geschalteten Regelgliedern, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Regelglieder
steuerbare, zweipolige nichtlineare Widerstände dienen, denen eingleichgerichteter
Teil der Nutzspannung als Vorspannung zur Festlegung des Arbeitspunktes für die
zu regelnden Übertragungsimpulse zugeführt wird, und daß die jeweilige Vorspannung
und die Wechselspannung so bemessen werden, daß die Modulation der Vorspannung durch
die Wechselspannung auf einem praktisch linearen Teil der Kennlinie erfolgt.
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Die Abb. i veranschaulicht eine derartige Gleichrichtercharakteristik,
wie sie zur Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Um zu
verhindern, daß bei einer derartigen Regelung nichtlineare Verzerrungen auftreten,
ist die Wechselspannung in dem betreffenden Arbeitspunkt der jeweiligen Vorspannung
des nichtlinearen Widerstandes entsprechend zu bemessen.
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Die Abb. a veranschaulicht grundsätzlich eine Schaltungsanordnung,
die die Verwendung von nichtlinear wirkenden Widerständen zur Verstärkungsregelung
zeigt. Von der Wechselspannungsquelle W, z. B. dem Mikrophon; Tonabnehmer 'o. dgl.,
deren innerer Widerstand mit: Ri angedeutet ist, wird die erzeugte Spannung über
den Kondensator C. den entgegengesetzt geschalteten Gleichrichtern G1 . und -G2
zugeführt. Die veränderliche ,Spannung, die einem gleichgerichteten Teil der Nutzspannung
entspricht und die durch den durch die Batterie B gehenden Pfeil gekennzeichnet
ist, dient zur Festlegung des Arbeitspunktes für die Gleichrichtet und damit zur
Verstärkungsregelung. Bei großer Gleichvorspannung wird der Arbeitspunkt in ein
Gebiet größerer Steilheit und größerer Verstärkung verlegt als bei geringerer Vorspannüng,
da bei der jetzt größeren Vorspannung der Widerstand der Gleichrichter G1 und G2,
wie auch aus der Charakteristik nach Abb. i ersichtlich ist; kleiner wird, so. da.ß
am Widerstand Ra eine größere Spannung zur Verfügung steht. Es kann nun mit wachsender
Nutzwechselspannung, d. li. also mit wachsender Gleichrichterregelspannung; der
Arbeitspunkt auf der Gleichrichtercharakteristik entweder von Teilen kleiner Steilheit
zu Teilen großer Steilheit oder umgekehrt verschoben werden, j e nach der Polung
der verschiebenden Regel-,, spannung. Die Abb. 2 zeigt grundsätzlich die @Sch.altungsanardnung,
ohne daß irgendwelche Aüssagen gemacht werden sollen, ob diese 'r''-Schaltung zur
Dynamikerweiterung oder zur '-Dynamikeinengungbenutztwerdensoll. Wählt man den Arbeitspunkt
im Gebiet geringerer Steilheit oder polt die Regelgleichspannung so, daß bei größer
werdenden Nutzwechselamplituden und damit größer werdender Regelgleichspannung der
Arbeitspunkt in das Gebiet größerer Steilheit verschoben wird, so arbeitet die Schaltung
nach Abb. _2 als Dynamikerweiterer, da bei größerer Vorsparlnung die Gleichrichter
G1 und G2 einen kleineren. Widerstand bekommen und damit die am Widerstand R, zur
Verfügung stehende Nutzwechselspannung größer wird. Bei dieser Schaltung tritt noch
der Vorteil ein, daß bei großen Nutzwechselamplituden in Gebieten größerer Steilheit
und damit größerer Linearität gearbeitet wird.
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Die gleiche Schaltung kann auch zur Dynamikeinengung benutzt werden.
Dann wird der Arbeitspunkt im Gebiet größerer Steilheit gewählt und die Regelgleichspannung
so gepolt, däß in Abhängigkeit von den mittleren Nutzwechselamplituden der Arbeitspunkt
im Gebiete geringer Steilheit verschoben wird. Dann sinkt bei steigenden Amplituden
die am Widerstand Ra zur Verfügung stehende Nutzwechselspannung, so daß also eine
Dynamikeinengung vorliegt. Für diesen Zweck hat die Schaltung jedoch den Nachteil,
daß bei größeren Amplituden im Gebiete größerer Krümmung gearbeitet wird, d. h.
also der Klirrfaktor der Anordnung steigt.
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Wie bereits erwähnt, wird von dem Widerstand Ra die geregelte Wechselspannung
abgegriffen und gegebenenfalls über einen Verstärker auf den Lautsprecher, das Tonaufzeichnungsgerät,
den Sender oder sonstige Tonübertragungseinrichtungen gegeben. Voraussetzung für
die einwandfreie Arbeitsweise dieser Schaltung ist; daß die in der Abb. i dargestellte
Kennlinie durch die aufgewendeten Schaltmittel nicht wesentlich beeinfiußt wird,
d. h. daß die Widerstände R1, --f- Ri klein sind gegenüber dem jeweiligen Gleichrichterscheinwiderstand.
Da die dargestellte Gleichrichterkennlinie eine Kurzschlußkenn-Linie ist, bleibt
in diesem Falle die Charakteristik gemäß der Abb. i praktisch erhalten.
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Eine andere Schaltung zeigt Abb. ß. In diesem Falle wird die geregelte
Spannung über den Gleichrichtern selbst abgegriffen. Für die Regelung ist also lediglich
die Spannungsteilung zwischer .?i und dein Jeweiligen Gleichrichterschein wi .erstandmaßgebend.
Besonders
vorteilhaft bei' dieser Schaltung ist bei .der Anwendung
für Dynamikeinengung gegenüber der in Abb. z dargestellten, daß der Gleichrichterarbeitspunkt
bei lauten Stellen nicht in den unteren Knick, sondern in das geradlinigere Gebiet
gesteuert wird. _ Die gleiche Art des Abgriffes der geregelten Spannung wie in Abb.
3 läßt sich auch bei der Anordnung nach Abb. a verwenden. Der Widerstand würde dann
zur Vergrößerung des Generator innenwiderstandes benutzt, während die Impulse direkt
von der Gleichrichteranordnung abgegriffen werden mü ß ten.
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Die Verwendung von nichtlinearen Widerständen beschränkt sich nicht
nur auf die Aufnahme von Tonaufzeichnungen, bei der eine Zusammenpressung der Dynamik
erfolgt, sondern auch vornehmlich zur Verstärkungsregelung bei der Wiedergabe von
Tonaufzeichnungen, die bei der Aufnahme künstlich zusammengeengt wurden im Sinne
eines Auseinander ziehens der Dynamik. Der dynamische Bereich bei Schallplatten
beträgt etwa i : 5o, der gleiche Bereich bei Tonfilm etwa i : 25, wofern nicht besondere
Regeleinrichtungen zur Vergrößerung des Dynamikbereiches Verwendung gefunden haben.
Da der dynamische Bereich bei Orchesterdarbietungen in der Größe bis zu etwa i :
ioooo liegt, müß bei der Schallspeicherung auf die begrenzten Möglichkeiten der
Schallplatte bzw. des Tonfilms Rücksicht genommen werden. In diesen Fällen gestattet
die Anwendung der Dynamikregler eine wesentliche Verbesserung der Wiedergabequalität.
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Die Abb. q. veranschaulicht eine Schaltungsanordnung, die sich insbesondere
für die letztgebannten Zwecke eignet. Die Wechselspannungsquelle T sei beispielsweise
ein Tonabnehmer, dessen innerer Widerstand mit Ri bezeichnet ist. Der Kondensator
C blockiert gleichstrommäßig den Generatörteil. Parallel zum Stromkreis des Lautsprechers
L wird ein kleiner Teil der in der Ausgangsstufe zur Verfügung stehenden Sprechleistung
abgezweigt. Die abgezweigte Spannung, die gegebenenfalls über eine Kombination nichtlinearer
Widerstände oder zusätzlicher, mit Röhren arbeitender Dynamikregler (Vorwärts- oder
Rückwärtsregler) gegeben werden kann, damit die an der Kapazität K entstehende Gleichspannung
den gewünschten Ainplitudengang erhält, wird der Gleichrichterschaltung G, R und
K zugeführt. Die an dein Kondensator K entstehende Gleichspannung wird infolge des
Einschalters des Widerstandes R den Gleichrichtern G,' und G2 zugeführt, die in
der gleichen Weise geschaltet sind wie in der Schaltung nach Abb. a. Die veränderliche
Spannungsquelle B der Schaltung nach Abb. 2 ist durch die von der Ausgangsspannung
abhängige, am Widerstand R bzw. Kondensator K entstehende Gleichspannung
ersetzt. Mit steigender Ausgangswechselspannung erhalten die Gleichrichter auch
eine steigende Vorspannung (vgl. Abb. i). Dementsprechend fallen die lauten aufgezeichneten
Stellen stets in das Gebiet größerer Steilheit, so däß die von dem Lautsprecher
- wiedergegebene Tönxüfzeichnung in ihrer Dynamik äuseinandergezogen erscheint.
Das in dem Stromkreis der abgezweigten Spannung gelegte nichtlineare Übertragungssystem
N soll eine künstliche Beeinflussung der Abhängigkeit der Steuergleichspännung von
der Ausgangswechselspannung schaffen. Dies ist insbesondere wichtig bei der Verwendung
von Übertragungselementen mit einer für die Regelzwecke unerwünschten Charakteristik,
da die dargestellte Schaltung die Möglichkeit gibt, die Charakteristik zusätzlich
zu beeinflussen.