DE939819C - Schaltung zur Dynamikregelung - Google Patents

Schaltung zur Dynamikregelung

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DE939819C
DE939819C DEE2804D DEE0002804D DE939819C DE 939819 C DE939819 C DE 939819C DE E2804 D DEE2804 D DE E2804D DE E0002804 D DEE0002804 D DE E0002804D DE 939819 C DE939819 C DE 939819C
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DE
Germany
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potentiometer
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volume
control voltage
control
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Expired
Application number
DEE2804D
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English (en)
Inventor
Karl Hermann Franz Dr Schlegel
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BRITISH ACOUSTIC FILMS Ltd
Original Assignee
BRITISH ACOUSTIC FILMS Ltd
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/02Volume compression or expansion in amplifiers having discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Description

  • 'Schaltung zur Dynamikregelung Gegenstand des Patents 738 932 ist ein Verfahren zur Dynamikregelung, bei elektroakustischen Schallübertragungen, bei welchem eine von den Nutzamplituden abgeleitete, in einer Hilfsschaltung erzeugte Steuerspannung einem zur selbsttätigen amplitudenabhängigen Regelung des Übertragungsmaßes dienenden Regelglied aufgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zwischen den Nutzamplituden und der Steuerspannung als auch zwischen dieser und den durch das Regelglied bewirkten Änderungen des Übertragungsmaßes eine logarithmische Abhängigkeit geschaffen wird und daß die Einstellung des Regelgrades durch Aufdrücken eines veränderlichen Teiles der Steuerspannung auf das Regelglied erfolgt.
  • Gegenstand des Hauptpatents ist weiter eine Schaltung zur Dynamikregelung, bestehend aus einem im Übertragungsweg eingeschalteten Regelglied und einer diesem zugeordneten Hilfsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfsschaltung ein Glied zur Erzeugung einer nach Maßgabe der Dezibelwerte der Nutzamplituden sich ändernden Steuerspannung vorgesehen ist und daB das Regelglied' aus einem nach einem Exponentialgesetz arbeitenden Glied, z. B. einer Exponentialröhre; besteht, wobei die Hilfsschaltung über..cin Potentiometer zur Abzweigung eines regelbaren Teiles- der Steuerspannung an das Regelglied angeschlossen ist.
  • Die bei natürlichen Schallereignissen auftretenden Lautstärkeunterschiede können bekanntlich bei der Aufzeichnung bzw. Übertragung .nach Umsetzen der Schallschwingungen in elektrische Schwingungen nicht oder nur ganz ausnahmsweise aufrechterhalten werden, weshalb es im allgemeinen notwendig ist, vor der Aufzeichnung bzw. Über= tragung die Dynamik der elektrischen Schwingungen gegenüber der Dynamik der ursprünglichen Schallschwingungen, wenn diese z. B. von einem Orchester herrühren, erheblich herabsetzen (Dynamikeinengung).
  • Um bei der Schallwiedergabe die Dynamik der aufgezeichneten Schwingungen zu erweitern,. muß die Verstärkungswirkung der Wiedergabevorrichtung in Abhängigkeit von der bei der Aufzeichnung bzw. Übertragung vorgenommenen Einengung der Dynamik geregelt werden.
  • Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Verstärkung der wiederzugebenden Schwingungen mit Hilfe einer von diesen Schwingungen selbst erzeugten Steuerspannung zu beeinflussen, die die Dynamik nach einer bestimmten gewünschten Gesetzmäßigkeit ändert.
  • In gewissen Fällen, z. B. bei der Wiedergabe von Schallereignissen mittlerer Tonstärke, ist es möglich, die Dynamik -der ursprünglichen Schallschwingungen wiederherzustellen. In vielen Fällen gelingt dies indessen mit Rücksicht auf die vorherrschenden akustischen Verhältnisse bei der Wiedergabe nicht. Außerdem erweist es sich in Anbetracht der begrenzten Leistungsfähigkeit der Lautsprecher- und Wiedergabevorrichtungen im allgemeinen als unmöglich, die ursprüngliche Dynamik wiederherzustellen.
  • . Treten z. B. während der Wiedergabe Töne oder Geräusche auf, die von den Zuhörern oder von der Umgebung herrühren, .dann ist es notwendig, um wiedergegebene Schallschwingungen kleiner Lautstärke überhaupt noch hören zu können, die kleinsten Lautstärken der- wiederzugebenden Schallereignisse beliebig zu vergrößern. Nun gibt es indessen eine bestimmte Grenze für den Höchstwert der Lautstärke, die einwandfrei wiedergegeben werden kann. Da eine etwaige Steigerung der kleinsten Lautstärke nicht zur Folge haben darf, daß die größte Lautstärke den -zulässigen Höchstwert überschreitet, hat man bereits vorgeschlagen, z. B. bei Dynamikeinengung eine Regelung der Dynamik durch Drehen der Regelkennlinie um ' einen Punkt, der z. B. dem zulässigen Höchstwert der Lautstärke entspricht, vorzunehmen. Es sind indessen bisher keine Schaltungen bekanntgeworden, mit deren Hilfe z. B. die selbsttätige Erweiterung der Dynamik während der Wiedergabe beliebig geregelt werden kann unter Aufrechterhaltung eines geradlinigen Verlaufs der Regelkenn-Linie im logarithmischen Koordinatensystem und unter Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Höchstwertes der Lautstärke.
  • Dis Erfindung betrifft eine solche Schaltung und ist insbesondere für solche Regelschaltungen bestimmt, bei denen die Erweiterung der Dynamik sich über den ganzen Lautstärkebereich der Schwingungen stets in Übereinstimmung mit der logarithmischen Empfindlichkeitskennlinie- des menschlichen Ohres abspielt, d. h. Regelschaltungen, in denen die Dynamik durch Steuerung der Verstärkung der elektrischen Schwingungen in einer Verstärkervorrichtung mit Exponentialkennlinie mittels einer von den Schwingungen erzeugten Steuerspannung, die sich proportional mit den Dezibelwerten der Variationen der Amplituden der Schwingungen abspielt, geregelt wird.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine solche Regelung -nur dann möglich ist, wenn gleichzeitig mit der Änderung der Dynamik eine logarithmische' Änderung der Verstärkung vorgenommen wird.
  • In Auswertung dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß die Schaltung zur Dynamikregelung nach Patent 738 932; bei der in einer Hilfsschaltung zur Erzeugung einer nach Maßgabe der Dezibelwerte der Nutzamplitude sich ändernden Steuerspannung ein linearer Potentiometer zur Abzweigung eines regelbaren Teiles der Steuerspannung zwecks Einstellung des Regelgrades vorgesehen ist, so ausgebildet, .daß dieses lineare Potentiometer mit einem dem Übertragungsweg zugeordneten logarithmischen Potentiometer zur Einstellung der Lautstärke derart stark gekoppelt ist, daß bei einem bestimmten Wert der Nutzamplitude eine durch Einstellung des linearen Potentiometers erzeugte Änderung des Verstärkungsgrades durch zwangläufige Einstellung des logarithmischen Potentiometers ausgeglichen wird.
  • Es ist zweckmäßig, zur Voreinstellung der durch das lineare Potentiometer geregelten Steuerspannung ein drittes Potentiometer, das dem linearen Potentiometer angeschaltet ist, zu verwenden. Zum Einstellen der höchsten Lautstärke der wiedergegebenen Schallschwingungen auf einen beliebigen gleichbleibenden Höchstwert kann ein dem logarithmischen Potentiometer angeschaltetes viertes Potentiometer benutzt werden.
  • Falls eine Hilfsaufzeichnung - bei Wiedergabe mittels Tonfilm - oder ein Hilfssignal für das Erzeugen der Steuerspannung verwendet wird, ist es möglich, die Lautstärke der Schwingungen, deren Verstärkung .durch eine Änderung der Erweiterung der Dynamik nicht beeinflußt wird, beliebig zu wählen. Es ist ferner möglich, die Verhältnisse so zu wählen, daß die Lautstärke, bei welcher die Steuerspannung den Wert Null annimmt, dem Wert höchster Lautstärke der Schwingungen entspricht. In diesem Fall wird der Höchstwert gleichbleibend sein, wenn die Dynamiksteigerung geändert wird. Soll dagegen die kleinste - Lautstärke aus irgendeinem -Grund gesteigert werden, so kann diese Steigerung einfach durch Regelung des linearen Potentiometers bewirkt werden. Eine Regelung der Dynamikerweiterung in dieser Weise ist jedoch mit :dem Nachteil verbunden, daß die durch den Wiedergabeverstärker erzeugte Verstärkung plötzlich steigen wird, falls die Steuerspannung aus irgendeinem Grund, z. B. wegen eines Fehlers in der Einrichtung, nicht erscheinen sollte.
  • Aus dem zuletzt genannten Grund empfiehlt es sich, die Verhältnisse so zu wählen, daß die Steuerspannung den Wert Null annimmt, wenn eine Schwingung vom kleinsten Wert erscheint, d. n. derart, daß die Verstärkung von Schwingungen mit diesem Wert durch eine Änderung des Expansionsgrades nicht beeinflußt wird.
  • Das Wesen der Erfindung soll im folgenden an Hand des in Abb. i schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert werden. A1 und A2 sind die Anschlußklemmen des Eingangsstromkreises a einer Exponentialröhre V zur Verstärkung elektrischer Schwingungen, die den erwähnten Klemmen zugeführt werden. P2 ist ein der Röhre V vorgeschaltetes logarithmisches Potentiometer zur Einstellung des Verstärkungsgrades der Röhre V auf einen beliebigen Wert. P1 ist ein lineares Potentiometer, das in den Stromkreis b eines zur Erzeugung der obenerwähnten Steuerspannung dienenden Hilfsstromkreises eingeschaltet ist. Bi und B2 sind die Anschlußklemmen des Stromkreises b. Der. durch den erwähnten, in an sich bekannter Weise erzeugten Hilfsstrom hervorgerufene Spannungsabfall im Potentiometer P1 wird über das Potentiometer P2 dem Steuergitter der Exponentialröhre V aufgedrückt.
  • Abb. 2 zeigt gräphisch den Verlauf der Dynamik der ursprünglichen Schallschwingungen und die Dynamik der wiedergegebenen Schallschwingungen. Die in Dezibeleinheiten ausgedrückten Lautstärkeänderungen der ursprünglichen Schallschwingungen sind auf der Abszissenachse aufgetragen. pp ist die kleinste Lautstärke, ff die größte Lautstärke. Die Schallintensitäten w der wiedergegebenen Schallschwingungen sind durch die Ordinaten in einer logarithmischen Skala dargestellt, und der Nullpunkt ist beliebig gewählt, derart, daß er mit der größten Lautstärke wf der wiedergegebenen Schallschwingungen zusammenfällt.
  • In Abb.2 ist beispielsweise angenommen, daß die elektrischen Schwingungen, in welche die Schallschwingungen zwecks Übertragung oder Aufzeichnung umgesetzt worden sind, einer logarithmischen Kompression unterworfen worden sind. In diesem Fall sind die Kurven für die Dynamik -der ursprünglichen Schallschwingungen und für die Dynamik der wiedergegebenen Schallschwingungen gerade Linien.
  • Werden die Schallschwingungen mit ihren ursprünglichen Intensitätsunterschieden, z. B. bis zum Betrag von 7o Dezibel, wiedergegeben - was einer vollständigen Expansion entspricht -, so fällt die erwähnte Kurve mit der Geraden i in Abb. 2 zusammen, und die kleinste Lautstärke wp 1 liegt dann 7o Dezibel unterhalb der größten Lautstärke wf.
  • Wenn man annimmt, die kleinste Lautstärke müsse auf einen Wert wp 2 entsprechend- einer Intensität von 4o Dezibel gesteigert werden, während die größte Lautstärke auf einem gleichbleibenden Wert gehalten werden soll, dann wird die Kurve, die die Abhängigkeit zwischen der Intensität der ursprünglichen Schallschwingungen und der Intensität der wiedergegebenen Schallschwingungen ausdrückt, durch die Gerade 2 in Abb. 2 dargestellt. Der Übergang von dem durch die Kurve i auf den durch die Kurve 2 dargestellten Zustand wird in folgender Weise erreicht: Durch beliebige Einstellung des Potentiometers P1 in Abb. i wird die Steuerspannung der Röhre V geändert, derart, daß die Dynamik der wiedergegebenen Schallschwingungen von 7o Dezibel auf 4o Dezibel verringert wird. Da gemäß den obenerwähnten Voraussetzungen die Maßnahmen derart getroffen sind, daß die kleinste Lautstärke w. 1 durch die Regelung mittels des Potentiometers Pl nicht beeinflußt wird, so ruft die erwähnte Änderung der Dynamik der wiedergegebenen Schallschwingungen eine Verminderung auf 3o Dezibel der größten Lautstärke wf hervor, was einer Verschiebung des Punktes wt auf den Punkt wt in Abb. 2 entspricht. Die Abhängigkeit der Dynamik der ursprünglichen Schallschwingungen und der Dynamik der wiedergegebenen Schallschwingungen wird dann durch die Gerade i' dargestellt. Um diese erwähnte Verschiebung der größten Lautstärke auszugleichen, ist es notwendig, die Expansionskurve von der Lage i in die Lage 2 in Abb. 2 parallel zu verschieben. Das geschieht durch Einstellung des Potentiometers P2 derart, daß die Verstärkungswirkung der Röhre V einer Steigerung von 3o Dezibel der der größten Lautstärke entsprechenden Änderung unterworfen wird.
  • Die obenerwähnte Regelung kann auch dadurch erreicht werden, daß die Einstellung der beiden Potentiometer in der umgekehrten Reihenfolge stattfindet, d. h. derart, daß die Gerade i erst durch Einstellung des Potentiometers P2 in die Lage ä verschoben wird, wonach die dadurch bewirkte Steigerung der größten Lautstärke auf den Wert wf' ausgeglichen wird dadurch, daß das Potentiometer P1 so eingestellt wird, daß die größte Lautstärke von wf' auf wf verringert wird.
  • Erfindungsgemäß werden die obenerwähnten Einstellungen auf den beiden Potentiometern P1 und P2 zum Zweck einer Regelung des Expansionsgrades unter Aufrechterhaltung einer größten Lautstärke gleichbleibenden Wertes gleichzeitig vorgenommen, und zwar derart, .daß die Einstellung des einen Potentiometers zwangläufig eine entsprechende Einstellung des anderen Potentiometers hervorruft, was in bekannter Weise, z. B. durch mechanisches Zusammenschalten der Stellarme der beiden Potentiometer, sichergestellt werden kann.
  • Wird zum Erzeugen der Steuerspannung ein besonderes Steuersignal verwendet, dessen Amplituden den in Dezibeleinheiten ausgedrückten Änderungen des übertragungskoeffizienten der Aufzeichnungs- bzw. Sendervorrichtung proportional sind, dann kann erfindungsgemäß eine Steuerspannung, die unmittelbar vom Steuersignal erzeugt wird, zur Regelung der Expansion mittels des Potentiometers P1 verwendet werden. Sind die Amplituden des Steuersignals nicht proportional zu den Änderungen des erwähnten Übertragungskoeffizienten, sondern ändern sie sich in einer anderen beliebigen Abhängigkeit von dem Koeffizienten, dann ,gelingt es, durch eine dieser Abhängigkeit entsprechende Umwandlung aus dem Steuersignal eine Steuerspannung zu erzeugen, deren Änderungen sich proportional zu den in Dezibeleinheiten ausgedrückten Änderungen des erwähnten Übertragungskoeffizienten abspielen.
  • Kommt kein Steuersignal vor, so wird die Steuerspannung, wie erwähnt, durch die aufgezeichneten bzw. übertragenen elektrischen Schwingungen selbst erzeugt, und zwar in einer Weise, die von der Art, in welcher die Kompression bei der Aufzeichnung bzw. Übertragung der Schwingungen vorgenommen worden ist, abhängig ist. Ist die Kompression mittels einer Kompressionsvörriehtung-oder einer ähnlichen Vorrichtung. vorgenommen, so daß die Amplituden sich innerhalb eines gewissen Intervalls proportional zu dem in Dezibelei.nheiten ausgedrückten übertragungskoeffizienten der Aufzeichnungs- bzw. Sendervorrichtung ändern, dann kann die Steuerspannung erfindungsgemäß unmittelbar bei Gleichrichtung eines Teils - der betreffenden Schwingungen in- der Wiedergabevorrichtung erzeugt werden.
  • Wurde bei der Aufzeichnung des Schalles die Kompression in der Weise vorgenommen, daß die in Dezibeleinheiten ausgedrückten Amplitu.denänderungen der elektrischen Schwingungen sich proportional zu den ebenfalls in Dezibeleinheiten ausgedrückten Änderungen des übertragungskoeffizienten der Aufzeichnungsvorrichtung ändern, dann kann die Steuerspannung aus den Amplituden der erwähnten Schwingungen dadurch abgeleitet werden, .daß ein Teil dieser Schwingungen durch eine logarithmische Umsetzungsvorrichtung und einen Gleichrichter- geleitet wird. Diese Steuerspannung, die durch das Potentiometer P1 geregelt wird, steuert die Dynamikexpansion derart, daß sie sich genau -in Übereinstimmung mit den zwei Linien i., a gemäß Abb. a abspielt, welche die im physiologischen Sinne beste Annäherung an die Lautstärkenunterschiede des natürlichen Schallereignisses ergeben.
  • Eine Einrichtung nach der Erfindung kann auch in den Fällen verwendet werden, in denen die Kompression nach einer willkürlichen Funktion der Schallintensitäten gesteuert worden ist. In diesem Fall müssen die elektrischen Schwingungen in' der zur Wiedergabe verwendeten Einrichtung einer beliebigen Umsetzung in Abhängigkeit der erwähnten willkürlichen Funktion unterworfen werden', bevor die Steuerspannung zur Steuerung der Expansion der elektrischen Schwingungen in der oben beschriebenen Weise abgeleitet werden kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltung zur Dynamikregelung nach Patent 738 932, bei der .in- einer Hilfsschaltung zur Erzeugung einer nach Maßgabe der Dezibelwerte der Nutzamplituden sich ändernden Steuerspannung ein lineares Potentiometer zur Abzweigung eines regelbaren Teiles der Steuerspannung zwecks Einstellung des Regelgrades vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses lineare Potentiometer (Pi) mit einem dem Übertragungsweg zugeordneten logarithmischen Potentiometer (P2). zur Einstellung der Lautstärke derart starr gekoppelt ist, daß bei .einem bestimmten Wert der Nutzamplituden eine durch Einstellung des linearen Potentiometers erzeugte Änderung des Verstärkungsgrades durch zwangläufige Einstellung des logarithmischen Potentiometers ausgeglichen wird. z. Dynamikregelschalturig nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein drittes Potentiometer, das dein linearen Potentiometer angeschaltet ist, derart, daß es zur Voreinstellung der durch das lineare Potentiometer geregelten Steuerspannung dienen kann. -3. Dynamikregelschaltung nach Anspruch i und z, gekennzeichnet durch ein dem logarithmischen Potentiometer angeschaltetes viertes Potentiometer zur Einstellung der Fortissimointensität der wiedergegebenen Schallschwingungen auf einen beliebigen, gleichbleibenden Höchstwert.
DEE2804D 1937-04-08 1938-04-26 Schaltung zur Dynamikregelung Expired DE939819C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1042026B (de) * 1957-05-04 1958-10-30 Philips Patentverwaltung Niederfrequenzverstaerker mit Dynamikaenderung
DE1184805B (de) * 1961-07-10 1965-01-07 Philips Patentverwaltung Schaltungsanordnung zur einstellbaren Dynamikregelung

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