DE971602C - Schaltungsanordnung fuer Nachrichtenuebertragungssysteme mit selbsttaetiger Dynamikregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Dynamikregelung oder zur selbsttätigen Geräuschunterdrückung in Nachrichtenübertragungssystemen durch Regelglieder veränderbarer Übertragungscharakteristik.

In Geräten dieser Art zur selbsttätigen Regelung der Dynamik von Sprache oder Musik (Amplituden-Presser und -Dehner) oder zur selbsttätigen Geräuschunterdrückung (Schwächung kleiner Amplituden) wird die eigentliche Regelung bzw. Geräuschunterdrückung in Regelgliedern mit veränderbarem Übertragungsfaktor vorgenommen. Diese Regelglieder enthalten nichtlineare Schaltelemente, wie z. B. Röhren mit veränderlicher Steilheit oder nichtlineare, veränderbare Widerstände, die mit festen Widerständen zu einem Netzwerk zusammengeschaltet sind. Der Übertragungsfaktor dieser Regelglieder wird durch eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom gesteuert.

Das Blockschaltbild der Fig. ι zeigt als Beispiel zum Stand der Technik einen Geräuschunterdrücker, der als wesentliche Teile im Übertragungsweg ein Regelglied R mit nachfolgendem Verstärker V₁ und im Steuerweg einen Gleichrichter Gl mit vorgeschaltetem Verstärker V₂ sowie eine Schwelle 5* enthält. Aus der Eingangsspannung wird im Gleichrichter Gl ein Gleichstrom abgeleitet und über die Schwelle S dem Regelglied R zugeführt. Je nach dem Verstärkungsgrad des Verstärkers V₂ und der Einstellung · der Schwelle S setzt das Anwachsen

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des Übertragungsfaktors des Regelgliedes R bei einem bestimmten Wert des Eingangssignals ein. Die Kennlinie steigt dann je nach Einstellung der Schwelle S mehr oder weniger steil an und geht wieder in eine Gerade konstanter Verstärkung über, wenn der maximale Übertragungsfaktor des Regelgliedes erreicht ist.

Die Verwendung von nichtlinearen Schaltelementen in den Regelgliedern und von Gleichrichtern im ίο Steuerzweig führt zn nichtlinearen Verzerrungen, die in der Hauptsache auf folgende Weise entstehen :

1. Die endliche Aussteuerung der Kennlinie der nichtlinearen Schaltelemente durch die angelegte Wechselspannung IUI ergibt Verzerrungen, die im folgenden als Aussteuerungsverzerrungen (Aussteuerungsklirrfaktor K₀) bezeichnet werden sollen.

2. Je nach dem Grad der Siebung hinter der Gleichrichtung im Steuerweg sind der regelnden Gleichspannung bzw. dem regelnden Gleichstrom mehr oder weniger große Oberwellen der Signalfrequenz überlagert. Der Oberwellengehalt der regelnden Größe /_r ist um so größer, je kleiner die Signalfrequenz und je kleiner die geforderte Nachwirkzeit der Regelung bzw. Geräuschunterdrückung, d. h. je kleiner die Zeitkonstante des zur Siebung verwendeten i?C-Gliedes ist. Durch besondere Anordnung des Regelgliedes, z. B. Brückenschaltungen aus festen und veränderbaren Widerständen, erreicht' man eine Entkopplung zwischen Steuer- und Übertragungsweg, so daß die Oberwellen der regelnden Größe J_T nicht in den Übertragungsweg gelangen können. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Entkopplung sind um so größer, je kleiner die Signalfrequenz, je kleiner die geforderte Nachwirkzeit und je kleiner die Amplitude der am Regelgliedeingang liegenden Signalspannung It*, und damit die an den nichtlinearen Schaltelementen liegenden Amplituden der Spanrungen Wl im Verhältnis zu den Amplituden, der Oberwellen der regelnden Größe /_r sind. Die durch mangelhafte Entkopplung im Regelglied entstehenden nichtlinearen Verzerrungen werden im folgenden als Kopplungsverzerrungen (Kopplungsklirrfaktor K_k) bezeichnet.

Den folgenden Betrachtungen wird ein Regelglied R in der einfachen Form eines gegen Erde symmetrischen Spannungsteilers zugrunde gelegt, der aus zwei konstanten und zwei veränderbaren (nichtlinearen) Widerständen besteht (Fig. 2).

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Aussteuerungs-, des Kopplungs- und des resultierenden Klirrfaktors K_r von dem Betrag der an den nichtlinearen Widerständen liegenden Wechselspannung U (Aus-Steuerungsspannung) bei konstantem Wert der regelnden Größe und ihres Oberwellengehalts sowie bei konstanter Entkopplungsdämpfung des Regelgliedes.

Mit wachsender Aussteuerungsspannung IUI steigt der Aussteuerungsklirrfaktor K_a an. Mit abnehmender Aussteuerungsspannung steigt der Kopplungsklirrfaktor K_k an, da das Verhältnis der im Regelglied auftretenden Signalspannungen zu den Oberwellen der als konstant angenommenen Regelgröße kleiner wird. Bei kleiner Aussteuerungsspannung besteht also der resultierende Klirrfaktor K₁. praktisch nur aus einem Kopplungsklirrfaktor K_k, bei großer Aussteuerungsspannung praktisch nur aus einem Aussteuerungsklirrfaktor K_a. Bei einem bestimmten optimalen Wert der Aus-Steuerungsspannung hat der resultierende Klirrfaktor K₁. ein Minimum.

Mit wachsender Regelgröße verlagert sich nun im allgemeinen der optimale Wert der Aussteuerungsspannung in Richtung zu höheren Werten hin. Da bei den gebräuchlichen Regelschaltungen, z. B. bei der Anordnung der Fig. 1, mit wachsendem Eingangspegel P_E sowohl die Aussteuerungsspannung IUI wie die Regelgröße zunehmen, ändern sich also die Aussteuerungsspannung IUI und ihr optimaler Wert in derselben Richtung. Es macht daher im allgemeinen keine Schwierigkeiten, das Verhältnis der Eingangsspannung Ug der Gesamtschaltung zur Aussteuerungsspannung IUI so zu wählen (z. B. durch einen Übertrager), daß der resultierende Klirrfaktor K₁. im gesamten Arbeitsbereich unterhalb des zulässigen Höchstwertes bleibt.

Wird jedoch die Forderung gestellt, den Einsatzpunkt der Regelung bzw. Geräuschunterdrückung über einen großen Bereich verschieben zu können, so können die Verzerrungen bei den üblichen Schaltungen, insbesondere dann, wenn auch noch kleine Nachwirkzeiten gefordert werden, unzulässig hohe Werte annehmen.

Bei den bisher gebräuchlichen Schaltungen erreicht man eine Verschiebung des Regeleinsatzpunktes durch Regelung der Verstärkung im Steuerzweig (V₂ in Fig. 1).

Fig. 4 zeigt das Verhalten einer Anordnung nach Fig. 1. An Stelle der Eingans- und Ausgangsspannungen Uf bzw. Uyi sind für die Darstellung die Spannungspegel P_E bzw. P_A gewählt, die trotz logarithmischer Zusammendrängung der darzu- · stellenden Größen auf den Ordinaten eine lineare Skala ergeben. Mit wachsender Verstärkung von F₂ verschiebt sich der Einsatzpunkt und damit der Teil der Kennlinie, in dem geregelt wird, in Richtung kleinerer Pegel und umgekehrt. Wählt man bei Einstellung der Kennlinie I in Fig. 4 das Verhältnis von Eingangsspannung U^ der Gesamtschaltung zur Aussteuerungsspannung IUI so, daß sich innerhalb des gesamten Arbeitsbereiches ein noch zulässiger Klirrfaktor ergibt,"so können bei Einstellung der Kennlinen II und III die Klirrfaktoren schon unzulässig hoch werden, da sich die Aussteuerungsspannung IUI zu weit von ihrem Optimum entfernt. Betrachtet man z. B. die durch die Punktet, B und C gekennzeichneten, vergleichbaren Betriebszustände der drei Kennlinien, so treten in ihnen die gleichen Regelgrößen auf, die Aussteuerungsspannungen IUl sind jedoch im Punkt B wesentlich kleiner, im Punkt C wesentlich größer als im Punkt A, so daß im Punkt B ein großer Kopplungsklirrfaktor Kf,, im Punkt C ein großer Aüssteuerungsklirrfaktor K_a auftritt.

Mit Hilfe der Erfindung wird der Klirrfaktor auch bei Verschiebung des Regeleinsatzpunktes über einen beliebig großen Bereich klein gehalten. Bei einer Schaltungsanordnung für Nachrichten-Übertragungssysteme mit selbsttätiger Dynamikregelung, z. B. in Presser- und/oder Dehnerschaltungen, bei denen die Regelung mittels nichtlinearer Schaltelemente vorgenommen wird und bei denen der Einsatzpunkt der Regelung beliebig ίο einstellbar ist, wird erfindungsgemäß das Verhältnis zwischen der zu regelnden Größe und der Regelgröße am Regelglied im gesamten Arbeitsbereich der Anordnung oder in Teilen dieses Bereiches vom Einsatzpunkt der Regelung dadurch unabhängig gemacht, daß vor und hinter dem Regelgiied je ein linearer Vierpol mit einstellbarem Ubertragungsfaktor liegt und daß die Einstellungen der beiden Übertragungsfaktoren zur Einstellung des Regeleinsatzpunktes miteinander gekoppelt sind.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt die zum Teil schon besprochene

Fig. ι eine Schaltungsanordnung eines Geräuschunterdrückers als Beispiel für den Stand der Technik,

Fig. 2 ein einfaches Netzwerk aus festen und veränderbaren Widerständen als Beispiel für das Regelglied eines Geräuschunterdrückers mit Definition der Aussteuerungsspannung,

Fig. 3 die Abhängigkeit der Klirrfaktoren von der Aussteuerungsspannung,

Fig. 4 ein Diagramm mit drei Regelkennlinien eines Geräuschunterdrückers,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer anderen Schaltanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 5 dient zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und ist gleichzeitig Beispiel für eine entsprechende Schaltungsanordnung. Im Übertragungsweg liegen der veränderbare, lineare Vierpol N₁, das Regelglied R und der veränderbare, lineare Vierpol A"₂, der meist mit einem Verstärker kombiniert ist. Im Steuerzweig liegt der Verstärker V, der Gleichrichter Gl und die Schwelle S.

Die Eingangswechselspannungen U_Ä am Regel-So glied R werden nun automatisch mit der Einstellung der Verstärkung in V so geändert, daß zu jedem beliebigen Wert der regelnden Größe J₁. unabhängig von der Einstellung des Einsatzpunktes ein bestimmter Wert der Eingangsspannung U^ am Regelglied R gehört.

Zu diesem Zweck wird die Einstellung des linearen Vierpols N₁ mit veränderbarer Übertragungscharakteristik mit der Einstellung der Verstärkung im Steuerweg mechanisch gekuppelt, und die Übertragungsfaktoren beider Netzwerke werden im gleichen Sinn geändert.

Wird nun der Einsatzpunkt der Regelung bei kleinerem Störpegel zu kleinen Pegelwerten verschoben, so ergibt die entsprechende Bedienung von N₁ und V bei gleichem Eingangsnutzpegel P_E eine Verringerung sowohl der Regelgröße J_r als auch der zu regelnden Größe \l% (Eingangsspannung am Regelglied). Dadurch wird erreicht, daß auch im PunktB wie im Punkte (Fig.4) zur gleichen Regelgröße der gleiche Wert der zu regelnden Größe gehört. Sinngemäßes gilt für Kurve III mit Punkt C.

Damit die jeweiligen Werte des Ausgangspegels P_A erhalten bleiben, muß hinter das Regelglied R ebenfalls ein linearer Vierpol (bzw. ein Verstärker N₂) mit veränderbarem Übertragungsfaktor geschaltet werden, der die durch den veränderbaren Vierpol N₁ hervorgerufenen Pegeländerungen wieder ausgleicht. Die Einstellung des Vierpols N₂ muß ebenfalls mit der Einstellung der Verstärkung im Steuerzweig mechanisch gekoppelt werden.

Fig. 6 gibt eine weitere mögliche Anordnung für das Verfahren. Die Bezugszeichen der Fig. 5 sind für die entsprechenden Teile in die Fig. 6 übernommen.

Da der Übertragungsfaktor des Vierpols N₁ vor dem Regelglied und der Verstärkerungsfaktor von V sich in gleicher Richtung ändern, kann man diese beiden zugehörigen Regelmaßnahmen durch eine einzige ersetzen, indem man den linearen Vierpol N₁ vor dem Eingang der Gesamtschaltung anordnet und diesen mit dem Vierpol N₂ hinter dem Regelglied bzw. mit der Verstärkungsregelung des mit N₂ verbundenen Verstärkers mechanisch koppelt.

Da der erste Vierpol N₁ vor der Abzweigung des Steuerweges liegt, wird durch ihn auch die Eingangsspannung des Steuerweges Ust geregelt. Diese ist also immer proportional der Eingangsspannung iI_Ä am Regelglied R. Auf diese Weise wird erreicht, daß im gesamten Arbeitsbereich der Anordnung jedem Wert der regelnden Größe unabhängig vom jeweiligen Einsatzpunkt der Regelung bzw. Geräuschunterdrückung an den nichtlinearen Elementen der RegelgMeder ein und der- selbe Wert der Aussteuerungsspannung IUI zugeordnet ist.

Die Erfindung wurde zwar an Hand eines speziellen Beispiels beschrieben. Dies bedeutet jedoch keinerlei Begrenzung ihres Wesens und ihrer Anwendbarkeit.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Schaltungsanordnung für Nachrichten-Übertragungssysteme mit selbsttätiger Dynamikregelung, z. B. in Presser- und/oder Dehnerschaltungen, bei denen die Regelung mittels niahtlinearer Schaltelemente vorgenommen wird und bei denen der Einsatzpunkt der Regelung iao beliebig einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im gesamten Arbeitsbereich der Anordnung oder in Teilen dieses Bereiches das Verhältnis zwischen der zu regelnden Größe (U^) und der Regelgröße (/_r) am Regelglied (R) vom Einsatzpunkt der Regelung dadurch unab-

   hängig gemacht wird, daß vor und hinter dem Regelglied je ein linearer Vierpol (JNT₁, JV₂) mit einstellbarem Übertragungsfaktor liegt und daß die Einstellungen der -beiden Übertragungsfaktoren zur Einstellung des Regeleinsatzpunktes miteinander gekuppelt sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungen der Übertragungsfaktoren der beiden Vierpole (JV₁, JV₂) auch mit der Verstärkungsregelung (V) mechanisch gekuppelt sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der gesamten Schaltung und hinter dem Regelglied je ein linearer Vierpol (JV₁, JV₂) mit einstellbarem Übertragungsfaktor liegt und daß die Einstellungen der beiden Übertragungsfaktoren miteinander gekuppelt sind.
4. 4· Schaltungsanordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitigen Änderungen des Übertragungsfaktors im eingangsseitigen Vierpol (N₁) und im Steuerververstärker (V) gleichsinnig verlaufen und daß die gleichzeitige Änderung der Übertragungsfaktoren des ausgangsseitigen Vierpols (JV₂) ²S zum eingangsseitigen Vierpol (JV₁) gegensinnig verläuft.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Änderung der Übertragungsfaktoren der eingangsseitig und ausgangsseitig liegenden Vierpole (JV₁, JV₂) gegensinnig erfolgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Zeitschrift »Funk«, 1938, S. 123 bis 128 und bis 178.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen