DE8717485U1 - Dynamikkompressor - Google Patents

Description

ANT Nachri chtentechni.k* GjitbH · BK 87/92

20. Februar 1989

Beschreibung Dynamikkompressor

Häufig besteht bei der Umsetzung von Analogsigna len in Digitalsignale die Notwendigkeit, einen Dynamikkompressor einzusetzen; denn der Dynamikumfang üblicher A/D-Wandler genügt oft nicht, insbesondere bei Tonsignalen. Beim Einsatz zu langsam arbeitender Dynamikkompressoren kann es aber zu Verzerrungen kommen.

Dementsprsche'd ist es Aufgabe der Neuerung, einen schnellen, oberwe L lenai'meci Dynamikkompressor anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Dynamikkompressor mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhaft« Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird die Neuerung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild für eine

AnwendungsmögLichkeit der Neuerung. Figur 2 stellt ein Ausführungsbeispiel für den analogen

Dynami kkonipressor nach der Neuerung dar, wozu in den Figuren 3 und 4 Zeitdiagramme wiedergegeben sind.

Figur 1 zeigt in SerienschaLtung einen Verstärker V für AnalogsignaLe, einen analogen Kompressor 1, einen A/D-Wandler 2 und einen De —5-. Die dem Verstärker V zugeführten Analogsignale, die einer A/D-Wandlung unterzogen werden sollen, weisen eine Dynamik auf, die den zulässigen Dynamikumfang des A/D-Wandlers 2 übersteigt. Der analoge Kompressor 1 redoziert den Dynamikumfang auf das für den A/D-Wandler 2 zulässige Maß.

Unmittelbar auf den A/D-Wandler 2 folgt im Sig'^lweg ein digitaler Expande* 3, der die analoge Kompression des Kompressors 1 wieder rückgängig macht. Am Ausgang des digitalen Expanders 3 stehen Digitalsignale mit dem vollen Dynamikumfang der vom Verstärker V gelieferten Analogsignale zur Verfugung.

Für den analogen Kompressor 1 in Figur 1 kann bevorzugt der in Figur 2 dargestellte, schnelle, oberwellenarme Kompressor eingesetzt werden. Er weist eingangsseitig einen &igr;

Spannungs/Strom-WandIer 10 auf, dem eine Serienschaltung von zwei entgegengesetzt pegelabhängig gesteuerten Verstärkern, i sogenannten VCAs (Voltage Controlled Amplifiers) 20, 40 siit zwischengeschaltfctem Verzögerungsglied 30 folgt. Der erste gesteuerte Verstärker 20 bewirkt eine Dynamikreduzierung um 40 Prozent. Venn seine Eingangsdynamik mit ^p und seine Ausgangsdynamik mit ^p bezeichnet wird,- gilt:

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Der Verstärker 20 ist sehr rauscharm ausgelegt* Er ist Teil eines Kompressors\, zu welchem auch ein gesteuerter Hi If^verstärker 50 mit einer Dynamikreduüierung um 60 Prozent und ein HülIkurveh-DoppeIweggLei ehrichter 60 gehören. Durch die Dynamikreduzierungen durch die Verstärker 20 und 50 entsteht am SchaItungspunkt 61 ein Signal ohne Dynamik. Sollten hier doch Abweichungen von diesem eingeschwungenen Zustand auftreten/ so werden diese über die Leitung 62 ausgeregelt.

. Am Ausgang 21 des ersten gesteuerten Verstärkers 20 ist die

Dynamik um AO Prozent reduziert. Die hier auftretenden Signale durchlaufen zunächst das Verzögerungsglied 30 und gelangen dann zum zweiten gesteuerten Verstärker 40, der den Dynamikbereich wieder um bis zu 40 Prozent ausdehnen kann; er ist Teil eines Expanders, zu welchem außer deA Verzögerungsglied 30, dem gesteuerten Verstärker 50 und dem Hü IIkurven-DoppelweggLeichrichter 60 auch noch die Parallelschaltung eines weiteren Verzögerungsgliedes 70 und eines TiefpaOes 80 mit nachfolgendem Umkehrverstärker 85 gehören. Die Eckfrequenz des Tiefpaßes 80 und die untereinander gleichen Laufzeiten der VerzögerungsgLieder und 70 sind aufeinander abgestimmt, und der Tiefpaß hat

( einen möglichst ebenen LaufzeitverLauf. Die Laufzeiten %

betragen beispielsweise jeweils eine MilLisekunde und die Eckfrequenz des Tiefpaßes -80 Liegt dann bei 1,2 kHz.

Bei ausreichend Langsamen Änderungen des an einer Eingangsklemrne 9 zugeführten Analogsignales, hier also bei Hü LLkurven-Frequenzen unterhalb von 1,2 kHz werden in einem Addierer 90 zwei entgegengesetzt gleiche Signale addiert mit der Folge, daß der gesteuerte Verstärker 40 kein Steuersignal erhält und dementsprechend keine Expansion durchführt. *na logsignaLe mit einer HüLlkurve relativ niedriger Frequenz werden also lediglich durch den

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Kompressor 20- 21- 50- 60- 61- 62 komprimiert/ aber durch den nachfolgenden Expander mit dem gesteuerten Verstärker nicht mehr expändi ert .-

Ana Lögsigna Le mit höherfrequenten Hüllkurven (z.B. mit PegeLsprüngen) dagegen werden durch den Expander mit dem gesteuerten Verstärker 40 mit steigender Steuerfrequenz (HülLkurvenfrequenz) zunehmend expandiert, so daß die komprimierende Wirkung des gesteuerten Verstärkers 2Ö mit zunehmender Steuerfrequenz kompensiert wird* Dies rührt daher, daß der Tiefpaß 80 mit zunehmender Steuerfrequenz UndurchLässiger wird, so daß der gesteuerte Verstärker zunehmend über das VerzögerungsgLi ed 70 gesteuert wird und seine Expansionswirkung erhöht.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Pegel der analogen SignaLe am Eingang 9 so gewählt ist, daß bei Vo L Laussteuerung aiii Ausgang 99 ein Signal erscheint, welches den A/D-Wandler 2 in Figur 1 gerade nicht übersteuert. Durch den ersten gesteuerten Verstärker 20 wird dann eine Kompression in der Weise herbeigeführt, daß Schwingungen kleiner Amplitude mehr verstärkt werden als Schwingungen größerer Amplitude; die Schwingungen der größten Amplitude durchlaufen den gesteuerten Verstärker 20 unverändert. Im gesteuerten Verstärker 40 werden dann die Schwingungen kleiner Amplitude wieder abgesenkt, und zwar mit steigender Steuerfrequenz in zunehmendem Maße, falls diese 1,2 kHz überschreitet.

Die Zahlenwerte (40 %, 60 %, 1 ms, 1,2 kHz) sind lediglich Beispielswerte; es sind auch andere Werte möglich.

In den Figuren 3 und 4 sind zeitliche Pegel- bzw. SpannungsverLäufe an den Klemmen oder Leitungen 9, 99 bzw. 21, 31, 61, 62, 71, 81, 86 und 91 dargestellt, und zwar für

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• &tgr; fiön Pegelsprung von -7Ö dB auf -20 dB innerhalb von QfZZS ms. Am Ausgang 21 des ersten Verstärkers 20 entsteht (abgesehen von einem kurzen überschwingeM) ein auf 6Ö % reduzierter Pegelsprung von -42 dB (=60 % vom Eingangspegel) auf -12 dB. Dieser Sprung erscheint auf der Leitung 31 um 1 ms verzögert .

Aufgrund des Steuerspannungsverlaufes am Schaltungspunkt 61 und auf der Leitung 62 entstehen die Verläufe auf den Leitungen 81 und (umgepolt) 86. Der Verlauf 61 erscheint um 1 ms verzögert auf der leitung 71, und die Summe Von 71 und 86 ergibt den Verlauf 91 .

Der Verstärker 40 mit seinem Eingangspegel 31 liefert dann durch die Steuerung mit dem Steuerspannungsverlauf 91 den Pegelverlauf 99 an seiner Äusgangsk lemme, also einen Verlauf, bei dem die als störend empfundene Pegelspitze (die beim Verlauf 21 zur Zeit t=0,225 ms noch vorhanden ist) vermieden ist.

Claims (5)

BK 88/52 Sckutzansprüche

1. Dynamikkompressor, dadurch gekennzeichnet, daß er in Serie zwei entgegengesetzt pegeLabhängig gesteuerte Verstärker (ZO, 40) aufweist, wobei sich die

Vsrstärkungssteuerungen beider Verstärker (20, 40) bei derart höherfrequenten Steuervorgängen gegenseitig mit steigender Steuerfrequenz zunehmend entgegenwirken, durch |> die ein nachfolgendes Glied überfordert sein kann, während f &Ggr; die Expansionswirkung des expandierenden (40) der beiden Verstärker bei niederfrequenteren Steuervorgängen mit abnehmender Steuerfrequenz nachläßv.

2. Dynamikkompressor nach Anspruch 1, bsi dem im Nutzsignalweg ein erster steuerbarer Verstärker (20) vorgesehen ist, dessen Verstärkung über eine von seinem Ausgang (21) abzweigende erste RegeLschLeife gesteuert ist, in der ein zweiter steuerbarer Verstärker (50) vorgesehen ist, dessen Verstärkung über eine von seinem Ausgang ausgehende zweite Regelschleife gesteuert ist, die einen Spitzenwertg leichrichter (Hüllkurvendetektor) (60) enthält, dessen Ausgangssignale die Ausgangssignale beider Regelschleifen bilden,

dadurch gekennzeichnet,

daß er in Serie zum Ausgang (21) des ersten Verstärkers (20) einen Dynamikexpander aufweist, in dessen NutzsignaLweg ein dritter steuerbarer Verstärker (40) vorgesehen ist, dessen

Verstärkung über einen von seinem Eingang (21) abzweigenden

Steuerweg gesteuert ist, der einen Spitzenwertg leichrichter

(Hüllkurvendetektor) (60) und nachgeschaltete Filtermittel (70 bis 90) enthält, die bevorzugt dann zum dritten

Verstärker C40) Steuersignale passieren lassen/ die dessin i

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Verstärkung absenken, wenn im AusgangssignaL des SpitzenwertgLeichrichters (60) höherfrequente Anteile enthalten sind, wie sie bei schnellen Pegeländerungen, insbesondere Pegelaufwärtssprüngen der Eingangssignale des Dynamikkompressors auftreten.

3. Dynamikkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Filtermittel in einem Zweig ein VerzögerungsgLied (70) und in einem Parallelzweig einen Tiefpaß (80) aufweisen,

- daß Subtraktionsmittel (85, 86, 90) für beide Zweige vorgesehen sind und

- daß zwischen dem Abzweig (21) für den Steuerzweig und dem dritten Verstärker (40) ein weiteres Verzögerungsglied (30) vorgesehen ist, dessen Verzögerungszeit (T ) derjenigen des ersten VerzögerungsgLiedes (70) entspricht.

4. Dynamikkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Tiefpaß (80) einen maximal flachen Verlauf der Gruppenlaufzeit aufweist.

5. Dynamikkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gruppenlaufzeit maximal 90 % der Verzögerungszeit der VerzögerungsgLieder (30, 70) beträgt.

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