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Verfahren zur Herstellung einer Tonaufzeichnung mit vermindertem.
Grundgeräusch Die Erfindung bezieht sich auf ein Reintonverfahren, insbesondere
auf eine Verbesserung bezüglich der Zeitkonstante in Reintonkreisen, wodurch bewirkt
wird, daß die Umhüllende den Tonschwingungen besser folgt. Die üblichen Reintonschaltungen
enthalten einen Gleichrichter zur Gleichrichtung der einen Halbwelle oder beider
Halbwellen des aufzuzeichnenden tonfrequenten Wechselstromes und einen Siebkreis
zur Glättung, damit der Strom der Umhüllenden der Tonschwingungen mehr oder weniger
entspricht. Derartige Schaltungen haben verschiedene Mängel. Ein solcher Mangel
liegt darin, daß in dem Augenblick, in welchem die Spitze einer Tonschwingung durchlaufen
worden ist, das Potential des Stromkreises exponentiell zu fallen beginnt und weiter
bis Null fällt oder bis zu dem Augenblick, in welchem eine andere Amplitudenspitze
durchläuft, deren Spannung größer ist als die Spannung, auf welche der Stromkreis
inzwischen abgefallen ist. Bei komplizierten Wellenformen ergibt sich hieraus häufig
ein Abschneiden der Spitzen aufeinanderfolgender Wellen, sofern nicht eine sehr
große Randzone oberhalb der Spitzen der Wellen vorgesehen wird. Bei tiefen Frequenzen
besteht außerdem die Gefahr, daß die Reintonblende oder das entsprechende Glied
der Wellenform in gewissem Ausmaße folgt, wodurch die Wiedergabelautstärke dieser
Frequenzen herabgesetzt und bei Doppelweggleichrichtung zweite Harmonische hinzugefügt
werden. Um ein möglichst gutes Ergebnis zu erzielen, sollte der Reintonverstärker,
nachdem er
auf eine von der tonfrequenten Welle bestimmten Spannung
aufgeladen ist, diese Ladung für eine vorbestimmte Zeit behalten und dann ungefähr
exponentiell abgeben. Wenn eine -Schaltung derart arbeitet, so kann die gesamte
Entladungszeit etwa ebenso groß gemacht werden wie im Falle einer sofortigen exponentiellen
Entladung; es wird dabei eine Verminderung der Rüttelbewegung der Reintonblende
erzielt.
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Wenn das Eingangssignal aus einer Reihe von Impulsen besteht, so wird
die abgeleitete Gleichspannung bei der in obengenannter Weise verzögerten Entladung
mehr der Gleichspannung entsprechen, die durch ein sinusfönniges Signal gleicher
Amplitude erzeugt wird, während diese Spannungen bei den üblichen oder exponentiell
abfallenden Entladungen stark voneinander abweichen.
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Andererseits kann eine kürzere Gesamtabfallzeit benutzt werden, ohne
daß dadurch die Rüttelamplitude vergrößert würde. Dies wird dadurch erreicht, daß
zwei der gleichen Halbwelle des tonfrequenten Stromes entsprechende Impulse getrennt
voneinander gleichgerichtet werden und dann einander entgegengesetzt zwei Stromkreisen
von verschiedenen Zeitkonstanten zugeführt werden. Die Spannung der gleichgerichteten
Impulse kann verschieden sein oder verschieden gemacht werden, und die Zeitkonstante
der beiden Kreise kann in verschiedener Weise entsprechend den gewünschten Ergebnissen
eingestellt werden. Es kann auch die Wirkung des einen Kreises verzögert werden,
bis die Wirkung des anderen Kreises eine gewisse Größe erreicht hat, und auf diese
Weise auch noch die resultierende Charakteristik der Apparatur geändert werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Fig. i zeigt eine übliche Reintonschaltung; Fig. 2 zeigt die Entladungscharakteristik
eines Reintonverstärkers; Fig. 3 zeigt die Verbesserung gemäß der Erfindung
an einem Reintonkreis gemäß Fig. i, wobei zwei einander entgegengesetzte Potentiale
in zwei Kreisen verschiedener Zeitkonstanten angewendet werden; Fig.4 zeigt eine
abgeänderte Art des Kreises der Fig.3, wobei die Entladezeit eines der Kreise geändert
ist; Fig. 5 zeigt Charakteristiken, welche die ungefähre Annäherung der Charakteristik
des Kreises nach Fig. 4 an die ideale Kurve zeigen; Fig. 6 zeigt die Ladungskurven
der Kreise der Fig. 3 und 4; Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Form der
Erfindung zwecks Vermeidung der Wirkung der Kathodenableitung im Gleichrichterkreis;.
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Fig. 8 zeigt eine andere Form der Erfindung, welche außer dem
Vorteil der Anordnung nach Fig. 7 noch den Vorteil hat, daß gewisse Mängel
der vorher geschilderten Form der Erfindung beseitigt sind; Fig. 9 zeigt
eine Anordnung ähnlich Fig. 8, wobei aber die in Fig. 7 und
8 zusätzlich benutzte Verstärkerröhre vermieden ist; Fig. io zeigt eine Kurve,
aus welcher die durch die Anordnungen nach Fig. 8 und 9 beseitigten
Nach-. teile hervorgehen, welche die Anordnungen nach Fig.,3, 4 und 7 haben.
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In Fig. i wird tonfrequente Energie über einen Überträger io einem
Gleichrichter ii zugeführt. Der gleichgerichtete Strom lädt einen Kondensator 12
und über einen Widerstand 14 einen Kondensator 15- Die Spannung des Kondensators
15 liegt am Gitter einer Verstärkerröhre 16, durch deren Ausgangskreis die Reintonvorrichtung
direkt oder indirekt gesteuert wird. Hört die tonfrequente Energie auf, so fließt
die Ladung des Kondensators 12 ab durch den Widerstand 13, und die Ladung des Kondensators
15 fließt ab durch die Widerstände 13 und 14. Da die Größe der Widerstände
13 und 14. konstant ist, fällt das am Gitter der* Röhre 16 liegende Potential exponentiell
ab, und im gleichen Maße wird die Ausgangsspannung der Röhre geändert. Unangenehm
ist hierbei, daß die Entladung des Kondensators 15 und somit der Abfall des Gitterpotentials
der Röhre 16 beim Aufhören des Signals sofort erfolgt. Besteht die zugeführte Energie
aus einer niederfrequenten Welle von angenähert rechteckiger Form, so besteht die
Gefahr, daß die Ecke der Welle infolge des sofortigen Absinkens der Entladung abgeschnitten
wird, und ebenso können bei höherer Frequenz, deren Amplitude sich mit niedrigerer
Frequenz ändert, die Amplitudenspitzen abgeschnitten werden, wenn nicht eine sehr
erhebliche Randzone vorgesehen ist.
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Diese Schwierigkeiten würden vermieden werden, wenn der Beginn der
Entladung des Kondensators 15 oder der Beginn der Verminderung des Gitterpotentials
der Röhre 16 für eine-kurze Zeit verzögert werden könnte, wie dies Fig. 2 zeigt,
in welcher das gewünschte Gitterpotential in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen
ist. Wenngleich die Kurve der Fig.-eine ideale Kurve ist und heute praktisch noch
nicht erreicht werden kann, so kann man doch mit den nachfolgenden Schaltungen dieser
Kurve recht nahekommen.
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In Fig. 3 ist ein Übertrager 2o mit zwei Sekundärwicklungen
benutzt, von denen die eine Sekundärwicklung 21 in gleicher Weise geschaltet ist
wie die Sekundärwicklung des Übertragers 2o der Fig. i. Der Gleichrichter ii, der
auch ein üblicher Einweggleichrichter sein kann, ist als die eine Hälfte eines Doppelgleicbrichters
dargestellt. Die Kondensatoren 12 und 15 und die Widerstände 13 und 14 arbeiten
in gleicher Weise wie in Fig. i. Die andere Sekundärwicklung 23
des Übertragers
2o ist mit einem Gleichrichter 22 derart verbunden, daß er die gleiche Halbwelle
gleichrichtet wie Gleichrichter ii, daß jedoch die Ausgänge der beiden Gleichrichter
einander entgegengesetzt gewählt sind. Der vom Gleichrichter 22 gleichgerichtete
Strom lädt einen Kondensator --5 auf. Widerstand 24 liegt in Reihe mit Widerstand
13, und Kondensator 25 liegt in Reihe mit Kondensator 12, so daß das Gesamtpotential
E an den Kondensatoren i-, und 25 über den Widerstand 14 und Kondensator
15 und dem Gitter der Röhre 16 zugeführt wird. Wenn die Charakteristiken der beiden
Gleichrichterkreise gleich wären, so würden die Spannungen und die Entladungen gleich
sein und das Gitter der Röhre 16 überhaupt keine Spannung erhalten. Tatsächlich
ist
die Wicklung 21 des Übertragers 2o derart, daß sie eine größere
Spannung abgibt als die Wicklung 23,
und Widerstand 24 und Kondensator
25 haben im Verhältnis zu Widerstand 13 und Kondensator 12 solche Werte,
daß die Zeitkonstarite ihrer Halbwelle kleiner ist als die Zeitkonstante der vom
anderen (Haupt-)Kreis gesteuerten Halbwelle. Wenn Ei die Spannung am Widerstand
i. und E, die entgegengesetzt gerichtete Spannung am Widerstand 24 darstellt,
so ist die Gesamtspannung E, die am Gitter der Röhre 16 liegt, gleich der
Differenz der genannten Spannung. Wird E, gleich kE gemacht, dann ist
E.
gleich (k - i) E, und die gesamte Entladungscharakteristik
ergibt sich aus folgender Gleichung:
Durch entsprechende Wahl der Konstanten des Kreises.kann also die Form der Entladung
eingestellt werden.
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Das Ergebnis zeigt Fig. 5, welche die Spannung E
als
eine Differenz der Spannungen E" und E2 zeigt. E bleibt für eine kurze
Zeitperiode im wesentlichen konstant, fällt dann zunächst sehr langsam und dann
entsprechend der normalen Charakteristik der Spannung E.,. Die Ladezeit der beiden
Kreise kann durch entsprechende Wahl der Konstanten gleich groß gemacht werden.
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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3, wobei
ein Widerstand 30 verhindert, daß der Kondensator 25 zu schnell aufgeladen
wird. Es kann auch noch ein zusätzlicher Kondensator 31 hinzugefügt werden. Der
Grund für diese Schaltung ergibt sich aus Fig. io, welche den Verlust der Spannung
bei einer Schaltung nach Fig. 3 zeigt, sofern das Signal die Form einer Sinuswelle
hat. Während der negativen Halbwelle der Sinuswelle werden die Kondensatoren 12
und :z5 durch die Widerstände 13 und 24 entladen. Da die Zeitkonstante für die Teile
24 und 25 kleiner ist als die der Teile i:z und 13, hat der Kondensator:25
in einem bestimmten Augenblick einen größeren Teil seiner ursprünglichen Spannung
verloren als der Kondensator 12. Demnach befindet sich der Kondensator
25 beim Eintreffen der nächsten positiven Halbwelle früher in der Mitte der
Ladung als der Kondensator 12, so daß sich der starke Abfall der Gesamtspannung
ergibt, den Fig. io zeigt. Dies wird vermieden, wenn die Sinuswelle eine so niedrige
Frequenz hat, daß der Kondensator 12 während der negativen Halbwelle völlig entladen
wird. In der Schaltung nach Fig. 4 wird dieser Effekt erheblich vermindert, da der
Widerstand 3o die Ladung des KondensatorS 25 verzögert. In Fig. 4 sind bei
den einzelnen Teilen der Schaltung Werte angegeben, die sich als besonders zweckmäßig
erwiesen haben. Fig. 4 stellt nur einen Teil der Schaltung entsprechend Fig.
3 dar; die Teile 14, 15 und 16 sind zu ergänzen.
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Den Unterschied der Ladungscharakteristik der Anordnungen nach Fig.
3 und 4 zeigt Fig. 6. E, zeigt den Verlauf der exponentiellen Ladung
bei einer Anordnung nach Fig. 3, vorausgesetzt daß die Kondensatoren 12 und
:25 die gleiche Ladezeit haben. In Fig. 4 hat der Kondensator 25 eine längere
Ladezeit als der Kondensator 12. Die Ladung verläuft nach E4 (Fig.
6), also im Anfang erheblich schneller. Bei den Anordnungen nach Fig.
3 und 4 kann die Strecke Heizfaden-Kathode als eine parallel zum Widerstand
R14 liegende Ableitung wirken. Dies wird vermieden durch eine Anordnung nach Fig.
7. Die in den Erfindungsformen gleichen Teile tragen gleiche Bezugszeichen,
jedoch ist der Gleichrichter 22 am anderen Ende der Sekundärspule 23 angeschlossen,
so daß die Spannungen der Widerstände 13 und 24 gleichphasig sind. Der von diesem
Gleichrichter 22 gleichgerichtete Strom erzeugt am Widerstand 24 eine Spannung,
die an das Gitter einer Röhre 40 gelegt wird, die ihrerseits am Ausgang der Röhre
40 eine Spannung umgekehrten Vorzeichens erzeugt. Die Größe dieser Spannung wird
in üblicher Weise durch die Wahl der Röhre und des Widerstandes bestimmt, damit
die gewünschte Spannung E2 erzeugt wird. Als Gegengewicht zum Anodenstrom
der Röhre 40 kann eine Spannungsquelle 42 angeordnet werden, welche verhindert,
daß am unteren Ende des Widerstandes i. zusätzliche Spannungen entstehen. Bei dieser
Anordnung wird die Spannung E für den Widerstand 14 und Kondensator 15 in
der gleichen Weise erzeugt wie bei den vorhergehenden Schaltungen.
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Noch sicherer werden Erscheinungen gemäß Fig.io vermieden bei einer
Anordnung nach Fig. 8. In dieser Ausführungsform arbeiten Übertrager io,
Gleichrichter ii und Siebmittel 12 und 13 wie in Fig. i, jedoch wird die Spannung
zur Erzeugung der Gegenspannung an den Enden des Widerstandes 13 abgenommen. Diese
Spannung wird dann an Kathode und Gitter einer Röhre So gelegt, die mit dem üblichen,
von einem Kondensator 52 überbrückten Kathodenwiderstand 5T versehen
ist. Die Anodenspannung wird dann über einen Kondensator 54 einem Übertrager
55
zugeführt. Im Sekundärkreis des Übertragers liegt ein Gleichrichter derart,
daß er nur bei einem Anstieg der Spannung am Kondensator 12 Signale durchläßt. Die
vom Gleichrichter 56 gleichgerichtete Spannung wird über einen Siebkreis
24, 25 dem Widerstand 14 und über den Kondensator 15 der Röhre 16 zugeführt.
Bei dieser Anordnung wird also jedes dem Gitter der Röhre So zugeführte Signal bestimmt
durch die am Widerstand 13 und am Kondensator 12 sich ausbildende Spannung; somit
kann die Ausgangsspannung des Gleichrichters 56 einen Anstieg der an Kondensator
12 vom Gleichrichter ii gelieferten Spannung nicht übersteigen, so daß der scharfe
Abfall in der Kurve der Fig. io völlig vermieden wird. Ein Hochfrequenzsperrkreis,
der aus der Induktivität 57
und einem parallel geschalteten Widerstand
58 besteht, ist im Anodenkreis der Röhre So eingeschaltet, um die Frequenzcharakteristik
des Ver7ögerungskreises 12, 13 zu kompensieren.
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Die Anordnung nach Fig. 9 ergibt ganz dasselbe wie die Anordnung
nach Fig. 8, jedoch auf einem ganz anderen Wege. In dieser Anordnung ist
der Übertrager io mit dem Gleichrichter ii in gleicher Weise verbunden, jedoch liegt
quer zur Sekundärwicklung des Übertragers io ein Spannungsteiler,
bestehend
aus einem Widerstand 62 und einem Widerstand 61 sowie einem Gleichrichter
6o. Von hier erhält ein Gleichrichter 22 Strom. Die Widerstände 61 und
62 sind so bemessen, daß der Gleichrichter 22 den gleichen Anteil der Spannung
erhält wie der Gleichrichter ii. Der Gleichrichter 6o ist vorzugsweise ein Kupferoxydgleichrichter.
Da durch den Gleichrichter 6o unterhalb einer bestimmten Spannungsschwelle, die
von der Anzahl der Gleichrichterglieder abhängt, kein Strom fließt, so fließt Strom
durch den Röhrengleichrichter ii, wodurch ein Spannungsabfall am Kondensator i,->
und am Widerstand 13 erzeugt wird; wenigstens ein Teil dieser Spannung wird über
den Widerstand 14 dem Gitter der Röhre 16 zugeführt, bevor irgendein merkbares Signal
durch den Gleichrichter 7,2 läuft. Während dieser Arbeitsweise wird der Übertrager
io lediglich durch den im Widerstand 13 fließenden Strom belastet; die Spannung
E ist daher höher, als wenn der Übertrager durch den Gleichrichter 6o belastet
wäre. Die Gegenspannung wird, wie in den vorhergehenden Fällen, von dem den Widerstand
24 und den Kondensator 25
enthaltenden Kreis erzeugt. Unabhängig von der Zeitkonstante
dieses Kreises wird die Spannung, bei welcher der Gleichrichter ii Spannung erhält,
bevor ein Signal den Gleichrichter 22 erreicht, bestimmt von der Anzahl der Gleichrichterelemente
des Gleichrichters 6o; die scharfe Spitze in der Charakteristik der Fig. io wird
somit völlig vermieden.
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Es ist selbstverständlich, daß die einzelnen Elemente Werte erhalten
sollen, die dem betreffenden Zweck entsprechen; die Elemente können auch einstellbar
sein, z. B. können die Widerstände 13 und --4 in allen genannten Schaltungen einstellbar
und miteinander verbunden sein, so daß bei einer Veränderung des Widerstandes 13
zwecks Änderung der Zeitkonstante das Verhältnis der Zeitkonstanten der beiden Teile
des gesamten Stromkreises das gleiche bleibt und somit die Charakteristik, abgesehen
von xpansion oder Konipression, entlang der Zeitachse ähnlich bleibt.
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Zweckmäßige Werte für die einzelnen Teile sind in Fig. 4 für den Fall
angegeben, daß E, doppelt so groß ist wie E2, und zwar E,
= 2,o Volt und E2 = io Volt ist. Die Widerstände haben folgende
Werte: Widerstand 13 # 65 000 Ohm, Widerstand 24 = 56 ooo Ohm,
Widerstand 30 = 56 ooo Ohm, die Kondensatoren 12, 25 und ebenfalls
31 je einen Wert von 0,03 mF.