EP0746122A1 - Monolithically integratable mixing device for an audio control desk - Google Patents
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Definitions
- An application example for this is a soft cross fade from a music playback to a current traffic announcement, whereby both signals come from different sources. During the traffic announcement, the channel is attenuated with the music signal and the traffic announcement is faded in instead.
- an abrupt switchover of signal sources produces unpleasant crackling noises and, if necessary, strong volume jumps.
- a further, increasingly important use for such mixer devices is the as unnoticed cross-fading from a disturbed or weakening reception channel to a better one. This operating mode is also known as diversity reception.
- Such cross-fades require a purely electronic mixer device with an intelligent control, which e.g. by means of a processor which is connected to the actual mixer device via control lines or a bus system.
- the circuitry for mixer equipment can be very large, especially if it is professional studio equipment. For consumer areas, for example in the described application for car radio receivers or in a PC or in other applications, the requirements are lower, but the circuitry for an intelligent mixer device is still so great that a compact, monolithically integrable solution has been found for the specified consumer application must be, the circuit complexity, which is ultimately expressed in the required semiconductor crystal area, should remain as low as possible for cost reasons.
- a mixer device with active components contains on the input side a preamplifier with adjustable gain and on the output side a summing device to combine the differently amplified signals into a single signal at an output, cf. Fig. 1.
- circuits with operational amplifiers prove to be expedient because the respective amplification can be easily adjusted by changing a resistance ratio formed by an input and a feedback resistor. In the case of an analog circuit, this takes place via a slider or a potentiometer and, in the case of a digital version, via a resistor network, which can be controlled by tapping or by electronically switching, switching on or off partial resistors - which can also include a parallel or series connection - A change in the resistance ratio digitally allows in a simple manner.
- the differently amplified signals of the individual channels are then combined using the summing device. If you want to use an operational amplifier arrangement for the summing device, then the known summing amplifier circuit offers itself, which has an input resistor for each channel and a common feedback resistor for all channels. The ratio of feedback resistance and input resistance also determines the respective channel gain component here.
- the advantages of this combination include the defined channel gain and the low-impedance signal output.
- the active circuit parts consist of first operational amplifiers v1, which, with corresponding circuits, form first operational amplifier arrangements OP1 and form a first, second and third preamplifier M1, M2, M3 for the signals supplied.
- the outputs of the preamplifiers are interconnected by means of a second operational amplifier arrangement OP2 in order to combine the signals of all three channels into a single signal which can be tapped at the output o.
- the second operational amplifier arrangement OP2 forms a summing amplifier S which contains an operational amplifier, the second operational amplifier v2, as an active element.
- Transconductance amplifiers and other active circuits with corresponding wiring can also be used as active elements in both operational amplifier arrangements OP1, OP2.
- the operational amplifier v2 is connected as a summing amplifier and has an input resistance Rsv for each channel and a feedback resistance Rsr for all channels.
- the amplification of the three preamplifiers M1, M2, M3 is set in each case via an input resistor Rmv and a feedback resistor Rmr.
- the input resistance Rmv lies between the respective channel input e1, e2, e3 and the inverting input of the first operational amplifier v1.
- the output signal of the operational amplifier v1 is also fed back to this input via the feedback resistor Rmr.
- the first and second operational amplifier arrangements OP1, OP2 shown in FIG. 1 prove to be advantageous in that the respective gains are determined directly by the ratio of feedback resistance Rmr or Rsr and input resistance Rmv or Rsv.
- the gain is set in the first Operational amplifier arrangement OP1, in that the input resistance and the feedback resistance are formed by a potentiometer or slider rs (see FIG. 3), the tap a1 of which is located at the inverting input of the first operational amplifier v1 and the other two connection nodes k1, k2 of which are input e1 and are connected to the operational amplifier output.
- the analog setting is usually done manually or using a servomotor. Electronic adjustment is easier if only discrete gain values need to be set, but the step size can be narrow. For example, a step size of 1.5 dB is sufficient for the intended consumption range.
- the input resistor Rmv and the feedback resistor Rmr of the preamplifier M as a resistor network rp are formed from a large number of partial resistors r, which can be switched on, off or on via electronic switches, a series connection or parallel connection also being provided of partial resistances r is possible.
- a particularly simple arrangement for such a resistance network rp is represented by a resistance chain made up of mostly different partial resistors r, part or all of the connection nodes k of the partial resistors being provided with taps ai.
- a switching device s shown schematically in FIG. 3 which corresponds to a sliding contact in a slide controller rs, one of the taps ai can be connected to the inverting input of the first operational amplifier v1.
- a single switch contact divides the tapped resistor network rp into two parts via the respective tap a1 and forms a first and a second resistor R1, R2 coupled to it.
- the invention only requires a second sliding or switching contact s2 for this resistor chain, with which the total resistance value of the resistor chain is divided into three resistors R1, R2, R3 in a particularly simple manner.
- the realization of the matchable resistor network rp as a resistor chain is also very suitable for monolithic integration. This resistance chain thus allows the resistance ratio in the case of the two resistors R1, R2 or the three resistors R1, R2, R3 to be changed in a very simple manner in a wide ratio. In the case of a fine gradation, this is paid for by a large number of partial resistances r, which thus form a relatively long chain.
- the number of partial resistors r can, on the other hand, be reduced if the structure of the resistor network rp can be changed by the switching device, but this requires a complex switching device. A combination of both methods is of course also possible. Because all three resistors R1, R2, R3 are coupled to one another in the resistor chain, the change in a resistor has a direct effect on the value of the adjacent resistor, that is to say connected to the same tap ai, and changes it. By parallel displacement of both taps a1, a2, the change in resistance can also be carried out in such a way that only the two external resistances R1, R2 change and the mean resistance R2 remains constant. In the exemplary embodiment of the invention according to FIG. 4, the mutual coupling of the three resistors R1, R2, R3 is cleverly used in order to effect a sliding gain distribution.
- FIG. 3 shows the circuit arrangement of FIG. 1 described in more detail, in particular in the area of the first operational amplifier arrangement OP1.
- the gain control in the preamplifier M1 contains, as an adjusting resistor, a slider rs whose tap a1 is connected to the inverting input of the first operational amplifier v1 via a sliding contact s.
- the input of the slider rs, the first circuit node k1 is connected to the signal input e1 via a fixed resistor Rmv '.
- the tap a1 divides the resistance of the slider rs into two parts and forms the first and second resistor R1 and R2.
- the output of the slider which is formed by a second circuit node k2, is connected to the output of the first operational amplifier v1 and to the one terminal of a fixed resistor Rsv ', which serves as the input resistor Rsv of the summing amplifier S for this channel.
- the first operational amplifier arrangement OP1 the sum resistance of the fixed resistor Rmv 'and the first resistor R1 forms the input resistor Rmv and the second resistor R2 the Feedback resistor Rmr (see Fig. 1).
- the connection point between the fixed resistors Rsv and Rsr forms a third circuit node k3, which is connected via a summing line s1 to the inverting input of the second operational amplifier v2.
- a second or a third preamplifier M2 or M3 is connected to this summing line s1 via further input resistors.
- the actuation of the slide controller rs, s can be controlled manually or electronically by means of an auxiliary device from a control device P.
- the electronic control becomes simpler in that, as already stated, only electronic switching devices have to be operated.
- the slider rs or the potentiometer is replaced by a resistor network rp with taps ai.
- FIG. 4 compared to FIG. 3, the same circuit parts being provided with the same reference numerals and therefore no longer having to be explained in more detail.
- the slider rs is replaced by a resistor network rp.
- a first and second electronic switch s1 and s2 establish a connection to the first or tap a1 or a2, as a result of which the resistor network is divided into three sub-areas which form the first, second and third resistor R1, R2, R3.
- the permissible ranges for the first and second taps a1 and a2 do not overlap. 4, the associated areas are shown schematically by the length of the respective sliding contact lines.
- the gain vm of the preamplifier can M can be controlled jointly or independently of one another both via the position of the first switch s1 and via the position of the second switch s2.
- the gain vm of the preamplifier M is formed by the ratio of the second resistor R2 to the sum of the fixed resistor Rmv 'and the first resistor R1. It is pointed out that the resistors Rmv ', Rsv' and Rsr can of course also be included in the resistor network rp.
- the electronic switches s1, s2 and any other switches are controlled by means of the control device P, which uses a stored table T to assign the respective position of the switches s1, s2 to the desired channel gain vk.
- Fig. 5 an example of such a distribution of the channel gain is shown in a table form, which indicate an appropriate division for the individual gain and attenuation areas in order to solve the desired task.
- the entire modulation range from +12 dB to -34.5 dB is divided into two areas 1 and 2 (see FIG. 5), the first area 1 from +12 dB to about -6 dB and the second area 2 from about -6 dB to -34.5 dB ranges.
- the summation gain vs remains constant at 0 dB.
- the channel gain vk is thus set only by changing the resistance ratio in the preamplifier M, for which the position of the first tap a1 is varied. If the two fixed resistors Rsv 'and Rsr of the second operational amplifier arrangement OP2 are given the same size, in the assumed example of FIG. 4 each 3 kOhm, then the second tap a2 for this amplification range is identical to the second circuit node k2.
- the first tap a1 corresponds to the first circuit node k1.
- the channel gain vk should be divided such that the attenuation takes place in the summing amplifier S and not in the preamplifier M. This is achieved in that the first resistor R1 is no longer changed after the maximum value has been reached.
- the preamplification vm therefore only changes between -6 dB and -7.5 dB due to the only relatively slight reduction in the second resistance R2 in the second region 2, while the total channel gain vk changes between -6 dB and -34.5 dB changes.
- This increases the input resistance Rsv from 6 kOhm to approx. 67 kOhm. This corresponds to a change in the summation gain vs from -0 dB to -27 dB.
- the table to be stored is simplified T in the control device P. Its scope also depends on the smallest step size of the gain change, for which 1.5 dB is sufficient in the assumed example.
- the function of the control device P can optionally also take over a processor which is integrated on the semiconductor chip.
- control of the gain distribution and ultimately the control of the taps can also be defined using a more or less descriptive formula that is then calculated in the processor.
- the channel gain vk forms the variable for the formulaic representation of the gain distribution, in which the function can even be defined differently in sections.
- the formulaic representation is particularly simple if a linear dependency is given as an approximation for individual areas or sections, because then the intermediate values can easily be calculated using a linear interpolation.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierbare Mischereinrichtung für ein Mischpult, die als Teilschaltung für die Steuerung von verschiedenen Tonsignalquellen in einer Audio-Signalverabeitungsschaltung, z.B. in einer PC-Sound-Karte (= Tonverarbeitungsplatine für einen Personel Computer) oder in einem Autoradioempfänger, vorgesehen ist, bei der allmählich von einer Tonsignalquelle auf eine andere umgeschaltet werden soll. Ein Anwendungsbeispiel hierzu ist eine weiche Überblendung von einer Musikwiedergabe auf eine aktuelle Verkehrsdurchsage, wobei beide Signale aus unterschiedlichen Quellen stammen. Während der Verkehrsdurchsage wird der Kanal mit dem Musiksignal gedämpft und statt dessen die Verkehrsdurchsage eingeblendet. Bekanntlich erzeugt ein abruptes Umschalten von Signalquellen unangenehme Knackgeräusche und gegebenenfalls auch starke Lautstärkesprünge. Eine weiterer, immer wichtiger werdender Einsatz für derartige Mischereinrichtungen ist die möglichst unbemerkte Überblendung von einem gestörten oder schwächer werdenden Empfangskanal auf einen besseren. Diese Betriebsart wird auch als Diversity-Empfang bezeichnet. Derartige Überblendungen erfordern eine rein elektronische Mischereinrichtung mit einer intelligenten Steuerung, die z.B. mittels eines Prozessors, der über Steuerleitungen oder ein Bus-System mit der eigentlichen Mischereinrichtung verbunden ist, realisisert werden kann.The invention relates to a monolithically integrable mixer device for a mixer, which as a subcircuit for the control of various sound signal sources in an audio signal processing circuit, e.g. in a PC sound card (= sound processing board for a personal computer) or in a car radio receiver is provided, in which it is intended to gradually switch from one sound signal source to another. An application example for this is a soft cross fade from a music playback to a current traffic announcement, whereby both signals come from different sources. During the traffic announcement, the channel is attenuated with the music signal and the traffic announcement is faded in instead. As is well known, an abrupt switchover of signal sources produces unpleasant crackling noises and, if necessary, strong volume jumps. A further, increasingly important use for such mixer devices is the as unnoticed cross-fading from a disturbed or weakening reception channel to a better one. This operating mode is also known as diversity reception. Such cross-fades require a purely electronic mixer device with an intelligent control, which e.g. by means of a processor which is connected to the actual mixer device via control lines or a bus system.
Der Schaltungsaufwand für Mischereinrichtungen kann sehr groß sein, insbesondere wenn es sich dabei um professionelle Studioeinrichtungen handelt. Für Konsumbereiche, z.B. bei der beschriebenen Anwendung für Autoradioempfänger oder der Anwendung im PC oder bei anderen Anwendungen, sind die Anforderungen zwar geringer, aber der Schaltungsaufwand für eine intelligente Mischereinrichtung ist trotzdem so groß, daß für die angegebene Konsumanwendung eine kompakte, monolithisch integrierbare Lösung gefunden werden muß, wobei der Schaltungsaufwand, der sich letzten Endes in der erforderlichen Halbleiterkristallfläche ausdrückt, aus Kostengründen möglichst gering bleiben soll.The circuitry for mixer equipment can be very large, especially if it is professional studio equipment. For consumer areas, for example in the described application for car radio receivers or in a PC or in other applications, the requirements are lower, but the circuitry for an intelligent mixer device is still so great that a compact, monolithically integrable solution has been found for the specified consumer application must be, the circuit complexity, which is ultimately expressed in the required semiconductor crystal area, should remain as low as possible for cost reasons.
Eine Mischereinrichtung mit aktiven Bauelementen enthält eingangsseitig für jeden Kanal einen in der Verstärkung einstellbaren Vorverstärker und ausgangsseitig eine Summiereinrichtung, um die unterschiedlich verstärkten Signale zu einem einzigen Signal an einem Ausgang zusammenzufassen, vgl. Fig. 1. Für die Vorverstärker erweisen sich Schaltungen mit Operationsverstärkern als zweckmäßig, weil bei ihnen über die Änderung eines von einem Ein- und einem Rückkopplungswiderstand gebildeten Widerstandverhältnisses die jeweilige Verstärkung leicht einstellbar ist. Dies erfolgt bei einer analogen Schaltung über einen Schieberegler oder ein Potentiometer und bei einer digitalen Ausführung über ein Widerstandsnetzwerk, das über die Steuerung von Abgriffen oder durch die elektronische Um-, Zu- oder Abschaltung von Teilwiderständen - die auch eine Parallel- oder Serienschaltung einschließen können - eine Änderung des Widerstandsverhältnisses auf einfache Weise digital ermöglicht. Die unterschiedlich verstärkten Signale der einzelnen Kanäle werden dann mittels der Summiereinrichtung zusammengefaßt. Will man für die Summiereinrichtung eine Operationsverstärkeranordnung einsetzen, dann bietet sich hierfür die bekannte summierende Verstärkerschaltung an, die für jeden Kanal einen Eingangswiderstand und für alle Kanäle einen gemeinsamen Rückkopplungswiderstand aufweist. Das Verhältnis aus Rückkopplungswiderstand und Eingangswiderstand bestimmt auch hier den jeweiligen Kanalverstärkungsanteil. Die Vorteile dieser Kombination liegen unter anderem in der definierten Kanalverstärkung und dem niederohmigen Signalausgang.A mixer device with active components contains on the input side a preamplifier with adjustable gain and on the output side a summing device to combine the differently amplified signals into a single signal at an output, cf. Fig. 1. For the preamplifiers, circuits with operational amplifiers prove to be expedient because the respective amplification can be easily adjusted by changing a resistance ratio formed by an input and a feedback resistor. In the case of an analog circuit, this takes place via a slider or a potentiometer and, in the case of a digital version, via a resistor network, which can be controlled by tapping or by electronically switching, switching on or off partial resistors - which can also include a parallel or series connection - A change in the resistance ratio digitally allows in a simple manner. The differently amplified signals of the individual channels are then combined using the summing device. If you want to use an operational amplifier arrangement for the summing device, then the known summing amplifier circuit offers itself, which has an input resistor for each channel and a common feedback resistor for all channels. The ratio of feedback resistance and input resistance also determines the respective channel gain component here. The advantages of this combination include the defined channel gain and the low-impedance signal output.
Bei der oben beschriebenen Anordnung mit Vor- und Summierverstärker ist jedoch von Nachteil, daß im Dämpfungsfall zwar das Nutzsignal im Vorverstärker um den gewünschten Wert abgesenkt wird, das stets vorhandene Eigen- oder Fremdrauschen hingegen durch die Verstärkung des Summierverstärkers unverändert weitergereicht oder sogar noch angehoben wird, so daß sich das Signal/Rauschverhältnis am Ausgang unnötig verschlechtert.In the arrangement with preamplifier and summing amplifier described above, however, it is disadvantageous that in the case of damping, the useful signal in the preamplifier is reduced by the desired value, but the inherent or external noise that is always present is passed on unchanged or even increased by the amplification of the summing amplifier , so that the signal / noise ratio at the output deteriorates unnecessarily.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für eine monolithisch integrierbare Mischereinrichtung eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der das vom Eigen- oder Fremdrauschen abhängige Signal/Rauschverhältnis im gesamten Verstärkungs- und Dämpfungsbereich möglichst hoch bleibt.It is therefore an object of the invention to provide a circuit arrangement for a monolithically integrable mixer device in which the signal / noise ratio which is dependent on the intrinsic or external noise remains as high as possible in the entire amplification and attenuation range.
Diese Aufgabe wird nach dem Anspruch 1 für eine monolithisch integrierbare Mischereinrichtung für ein Mischpult durch folgende Merkmale gelöst:
- ein in der Verstärkung (= Vorverstärkung) einstellbarer Vorverstärker für jeden Tonkanal;
- ein Summierverstärker, der an die Ausgänge der Vorverstärker gekoppelt ist und dessen Verstärkung (= Summierverstärkung) je Tonkanal unterschiedlich einstellbar ist; und
- eine Steuereinrichtung, die mit dem Vorverstärker und dem Summierverstärker gekoppelt ist und der Steuerung der den jeweiligen Tonkanal betreffenden Gesamtverstärkung (= Kanalverstärkung) dient, die zwischen dem Vor- und dem Summierverstärker nach einem vorgegebenen, von der einzustellenden Kanalverstärkung abhängigen Verhältnis aufgeteilt ist, das sich im Dämpfungsbereich bei zunehmender Signaldämpfung dahingehend ändert, daß die Summierverstärkung im Verhältnis stärker reduziert ist als die Vorverstärkung.
- a preamplifier with adjustable gain (= pre-amplification) for each audio channel;
- a summing amplifier which is coupled to the outputs of the preamplifiers and whose amplification (= summing amplification) can be set differently for each audio channel; and
- a control device which is coupled to the preamplifier and the summing amplifier and serves to control the overall amplification (= channel amplification) relating to the respective sound channel, which is divided between the preamplifier and the summing amplifier according to a predetermined ratio which is dependent on the channel amplification to be set and which changes in the attenuation range with increasing signal attenuation in such a way that the summation gain is reduced more than the preamplification.
Es handelt sich somit um die Realisierung einer intelligenten Verstärkungseinstellung, die gleichsam im Hindergrund abläuft und die ohne elektronische Hilfsmittel nicht durchführbar ist.It is therefore a matter of realizing an intelligent gain setting that takes place in the background and that cannot be carried out without electronic aids.
Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungen werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert:
- Fig. 1
- zeigt schematisch eine bekannte Mischereinrichtung mit aktiven Bauelementen,
- Fig. 2
- zeigt ein Beispiel für ein Widerstandsnetzwerk mit einer Serienschaltung von Teilwiderständen und mit einer Vielzahl von Widerstandsabgriffen,
- Fig. 3
- zeigt ein ausführlicheres Schaltbild der Mischereinrichtung nach Fig. 1,
- Fig. 4
- zeigt ein Schaltbild einer Mischereinrichtung nach der Erfindung,
- Fig. 5
- zeigt in Tabellenform an einem Beispiel, wie die jeweilige Kanalverstärkung oder -dämpfung zwischen dem Vor- und Summierverstärker aufgeteilt ist.
- Fig. 1
- schematically shows a known mixer device with active components,
- Fig. 2
- 1 shows an example of a resistance network with a series connection of partial resistors and with a large number of resistance taps,
- Fig. 3
- 1 shows a more detailed circuit diagram of the mixer device according to FIG. 1,
- Fig. 4
- shows a circuit diagram of a mixer device according to the invention,
- Fig. 5
- shows in table form an example of how the respective channel gain or attenuation is divided between the preamplifier and summing amplifier.
In Fig. 1 ist als Beispiel eine Mischereinrichtung mit aktiven Schaltungsteilen für drei Kanäle dargestellt, die mit einem ersten, zweiten und dritten Signaleingang e1, e2, e3 verbunden sind. Die aktiven Schaltungsteile bestehen aus ersten Operationsverstärkern v1, die mit entsprechenden Beschaltungen erste Operationsverstärkeranordungen OP1 bilden und für die zugeführten Signale einen ersten, zweiten und dritten Vorverstärker M1, M2, M3 bilden. Die Ausgänge der Vorverstärker sind mittels einer zweiten Operationsverstärkeranordnung OP2 zusammengeschaltet, um die Signale aller drei Kanäle zu einem einzigen Signal zusammenzufassen, das am Ausgang o abgreifbar ist. Die zweite Operationsverstärkeranordnung OP2 bildet dabei einen Summierverstärkers S, der als aktives Element einen Operationsverstärker, den zweiten Operationsverstärker v2, enthält. Als aktive Elemente können in beiden Operationsverstärkeranordnungen OP1, OP2 auch Transkonduktanzverstärker und andere aktive Schaltungen mit entsprechender Beschaltung verwendet werden. In Fig. 1 ist der Operationsverstärker v2 als Summierverstärker geschaltet und weist für jeden Kanal einen Eingangswiderstand Rsv und für alle Kanäle gemeinsam einen Rückkopplungswiderstand Rsr auf.1 shows a mixer device with active circuit parts for three channels, which are connected to a first, second and third signal input e1, e2, e3. The active circuit parts consist of first operational amplifiers v1, which, with corresponding circuits, form first operational amplifier arrangements OP1 and form a first, second and third preamplifier M1, M2, M3 for the signals supplied. The outputs of the preamplifiers are interconnected by means of a second operational amplifier arrangement OP2 in order to combine the signals of all three channels into a single signal which can be tapped at the output o. The second operational amplifier arrangement OP2 forms a summing amplifier S which contains an operational amplifier, the second operational amplifier v2, as an active element. Transconductance amplifiers and other active circuits with corresponding wiring can also be used as active elements in both operational amplifier arrangements OP1, OP2. 1, the operational amplifier v2 is connected as a summing amplifier and has an input resistance Rsv for each channel and a feedback resistance Rsr for all channels.
Die Verstärkung der drei Vorverstärker M1, M2, M3 wird jeweils über einen Eingangswiderstand Rmv und einen Rückkopplungswiderstand Rmr eingestellt. Der Eingangswiderstand Rmv liegt dabei zwischen dem jeweiligen Kanaleingang e1, e2, e3 und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers v1. Auf diesen Eingang wird auch über den Rückkopplungswiderstand Rmr das Ausgangssignal des Operationsverstärkers v1 zurückgekoppelt.The amplification of the three preamplifiers M1, M2, M3 is set in each case via an input resistor Rmv and a feedback resistor Rmr. The input resistance Rmv lies between the respective channel input e1, e2, e3 and the inverting input of the first operational amplifier v1. The output signal of the operational amplifier v1 is also fed back to this input via the feedback resistor Rmr.
Es sind auch andere Schaltungen zur Verstärkungseinstellung bekannt. Die in Fig. 1 dargestellten erste und zweite Operationsverstärkeranordnungen OP1, OP2 erweisen sich jedoch dadurch von Vorteil, daß die jeweiligen Verstärkungen direkt durch das Verhältnis von Rückkopplungswiderstand Rmr bzw. Rsr und Eingangswiderstand Rmv bzw. Rsv bestimmt wird. Die Einstellung der Verstärkung erfolgt in der ersten Operationsverstärkeranordung OP1, indem der Eingangswiderstand und der Rückkopplungswiderstand durch ein Potentiometer oder Schieberegler rs (vergl. Fig. 3) gebildet werden, dessen Abgriff a1 am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers v1 liegt und dessen beide anderen Anschlußknoten k1, k2 mit dem Eingang e1 bzw. dem Operationsverstärkerausgang verbunden sind. Durch eine Änderung der Potentiometer- oder Schiebereglereinstellung kann das Signal im jeweiligen Tonkanal über einen sehr weiten Bereich verstärkt oder gedämpft werden.Other gain adjustment circuits are also known. However, the first and second operational amplifier arrangements OP1, OP2 shown in FIG. 1 prove to be advantageous in that the respective gains are determined directly by the ratio of feedback resistance Rmr or Rsr and input resistance Rmv or Rsv. The gain is set in the first Operational amplifier arrangement OP1, in that the input resistance and the feedback resistance are formed by a potentiometer or slider rs (see FIG. 3), the tap a1 of which is located at the inverting input of the first operational amplifier v1 and the other two connection nodes k1, k2 of which are input e1 and are connected to the operational amplifier output. By changing the potentiometer or slider setting, the signal in the respective sound channel can be amplified or damped over a very wide range.
Die analoge Einstellung erfolgt bei einem Potentiometer oder Schieberegler rs in der Regel von Hand oder über einen Stellmotor. Eine elektronische Einstellung ist leichter möglich, wenn nur diskrete Verstärkungswerte eingestellt werden müssen, deren Schrittweite jedoch eng sein kann. Für den vorgesehenen Konsumbereich reicht beispielsweise eine Schrittweite von 1,5 dB aus. Hierzu ist der Eingangswiderstand Rmv und der Rückkopplungswiderstand Rmr des Vorverstärkers M als Widerstandsnetzwerk rp (vergl. Fig. 2) aus einer Vielzahl von Teilwiderständen r gebildet, die über elektronische Schalter um-, zu- oder abgeschaltet werden können, wobei auch eine Serienschaltung oder Parallelschaltung von Teilwiderstanden r möglich ist.With a potentiometer or slider rs, the analog setting is usually done manually or using a servomotor. Electronic adjustment is easier if only discrete gain values need to be set, but the step size can be narrow. For example, a step size of 1.5 dB is sufficient for the intended consumption range. For this purpose, the input resistor Rmv and the feedback resistor Rmr of the preamplifier M as a resistor network rp (see FIG. 2) are formed from a large number of partial resistors r, which can be switched on, off or on via electronic switches, a series connection or parallel connection also being provided of partial resistances r is possible.
Eine besonders einfache Anordnung für ein derartiges Widerstandsnetzwerk rp stellt eine Widerstandskette aus meist unterschiedlichen Teilwiderständen r dar, wobei ein Teil oder alle Anschlußknoten k der Teilwiderstände mit Abgriffen ai versehen sind. Durch eine in Fig. 3 schematisch dargestellte Schalteinrichtung s, die einem Schleifkontakt bei einem Sclieberegler rs entspricht, kann jeweils einer der Abgriffe ai mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers v1 verbunden werden. Ein einziger Schaltkontakt teilt über den jeweiligen Abgriff a1 das abgreifbare Widerstandsnetzwerk rp in zwei Teile auf und bildet einen ersten und einen mit ihm verkoppelten zweiten Widerstand R1, R2.A particularly simple arrangement for such a resistance network rp is represented by a resistance chain made up of mostly different partial resistors r, part or all of the connection nodes k of the partial resistors being provided with taps ai. By means of a switching device s shown schematically in FIG. 3, which corresponds to a sliding contact in a slide controller rs, one of the taps ai can be connected to the inverting input of the first operational amplifier v1. A single switch contact divides the tapped resistor network rp into two parts via the respective tap a1 and forms a first and a second resistor R1, R2 coupled to it.
Die Erfindung erfordert für diese Widerstandskette lediglich einen zweiten Schleif- bzw. Schaltkontakt s2, mit dem der Gesamtwiderstandswert der Widerstandskette auf besonders einfache Weise auf drei Widerstände R1, R2, R3 aufgeteilt wird. Die Realisierung des abgleichbaren Widerstandsnetzwerkes rp als Widerstandkette ist zudem für die monolithische Integration sehr geeignet. Diese Widerstandkette erlaubt somit, daß das Widerstandsverhältnis im Falle der zwei Widerstände R1, R2 bzw. der drei Widerstände R1, R2, R3 auf sehr einfache Weise in einem weiten Verhältnis geändert werden kann. Bei einer feinen Stufung wird dies durch eine hohe Anzahl von Teilwiderständen r erkauft, die damit eine relativ lange Kette bilden. Die Anzahl der Teilwiderstände r läßt sich andererseits verringern, wenn die Struktur des Widerstandsnetzwerkes rp durch die Schalteinrichtung verändert werden kann, dies erfordert jedoch eine aufwendige Schalteinrichtung. Selbstverständlich ist auch eine Kombination beider Verfahren möglich. Dadurch, daß bei der Widerstandskette alle drei Widerstände R1, R2, R3 miteinander verkoppelt sind, wirkt sich die Änderung eines Widerstandes unmittelbar auf den Wert des benachbarten, also mit dem selben Abgriff ai verbundenen Widerstandes aus und ändert diesen. Durch eine parallele Verschiebung beider Abgriffe a1, a2 kann die Widerstandsänderung auch so durchgeführt werden, daß sich nur die beiden äußeren Widerstände R1, R2 ändern und der mittlere Widerstand R2 konstant bleibt. In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 4 wird die gegenseitige Verkopplung der drei Widerstände R1, R2, R3 geschickt ausgenutzt, um eine gleitende Verstärkungsaufteilung zu bewirken.The invention only requires a second sliding or switching contact s2 for this resistor chain, with which the total resistance value of the resistor chain is divided into three resistors R1, R2, R3 in a particularly simple manner. The realization of the matchable resistor network rp as a resistor chain is also very suitable for monolithic integration. This resistance chain thus allows the resistance ratio in the case of the two resistors R1, R2 or the three resistors R1, R2, R3 to be changed in a very simple manner in a wide ratio. In the case of a fine gradation, this is paid for by a large number of partial resistances r, which thus form a relatively long chain. The number of partial resistors r can, on the other hand, be reduced if the structure of the resistor network rp can be changed by the switching device, but this requires a complex switching device. A combination of both methods is of course also possible. Because all three resistors R1, R2, R3 are coupled to one another in the resistor chain, the change in a resistor has a direct effect on the value of the adjacent resistor, that is to say connected to the same tap ai, and changes it. By parallel displacement of both taps a1, a2, the change in resistance can also be carried out in such a way that only the two external resistances R1, R2 change and the mean resistance R2 remains constant. In the exemplary embodiment of the invention according to FIG. 4, the mutual coupling of the three resistors R1, R2, R3 is cleverly used in order to effect a sliding gain distribution.
In Fig. 3 ist die beschriebene Schaltungsanordnung von Fig.1, insbesondere im Bereich der ersten Operationsverstärkeranordnung OP1 ausführlicher dargestellt. Die Verstärkungsregelung im Vorverstärker M1 enthält als Einstellwiderstand einen Schieberegler rs dessen Abgriff a1 über einen Schleifkontakt s auf den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers v1 geschaltet ist. Der Eingang des Schiebereglers rs, der erste Schaltungsknoten k1, ist über einen Festwiderstand Rmv' mit dem Signaleingang e1 verbunden. Durch den Abgriff a1 wird der Widerstand des Schiebereglers rs in zwei Teile geteilt und bildet den ersten und zweiten Widerstand R1 bzw. R2. Der Ausgang des Schiebereglers, der durch einen zweiten Schaltungsknoten k2 gebildet wird, ist mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers v1 und mit dem einen Anschluß eines Festwiderstandes Rsv' verbunden, der als Eingangswiderstand Rsv des Summierverstärkers S für diesen Kanal dient. Bei der ersten Operationsverstärkeranordnung OP1 bildet der Summenwiderstand aus dem Festwiderstand Rmv' und dem ersten Widerstand R1 den Eingangswiderstand Rmv und der zweite Widerstand R2 den Rückkopplungswiderstand Rmr (vergl. Fig. 1). Der Verbindungspunkt zwischen den Festwiderständen Rsv und Rsr bildet einen dritten Schaltungsknoten k3, der über eine Summierleitung s1 mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers v2 verbunden ist. An diese Summierleitung s1 sind über weitere Eingangswiderstände ein zweiter bzw. ein dritter Vorverstärker M2 bzw. M3 angeschlossen. Die Betätigung des Schiebreglers rs, s kann von Hand oder elektronisch über eine Hilfseinrichtung von einer Steuereinrichtung P gesteuert werden. Bei einer digitalen Ausführung des Schiebereglers rs oder Potentiometers wird die elektronische Steuerung einfacher, indem wie bereits angegeben lediglich elektronische Schalteinrichtungen betätigt werden müssen. Der Schieberegler rs oder das Potentiometer wird dabei durch ein Widerstandsnetzwerk rp mit Abgriffen ai ersetzt.FIG. 3 shows the circuit arrangement of FIG. 1 described in more detail, in particular in the area of the first operational amplifier arrangement OP1. The gain control in the preamplifier M1 contains, as an adjusting resistor, a slider rs whose tap a1 is connected to the inverting input of the first operational amplifier v1 via a sliding contact s. The input of the slider rs, the first circuit node k1, is connected to the signal input e1 via a fixed resistor Rmv '. The tap a1 divides the resistance of the slider rs into two parts and forms the first and second resistor R1 and R2. The output of the slider, which is formed by a second circuit node k2, is connected to the output of the first operational amplifier v1 and to the one terminal of a fixed resistor Rsv ', which serves as the input resistor Rsv of the summing amplifier S for this channel. In the first operational amplifier arrangement OP1, the sum resistance of the fixed resistor Rmv 'and the first resistor R1 forms the input resistor Rmv and the second resistor R2 the Feedback resistor Rmr (see Fig. 1). The connection point between the fixed resistors Rsv and Rsr forms a third circuit node k3, which is connected via a summing line s1 to the inverting input of the second operational amplifier v2. A second or a third preamplifier M2 or M3 is connected to this summing line s1 via further input resistors. The actuation of the slide controller rs, s can be controlled manually or electronically by means of an auxiliary device from a control device P. In the case of a digital version of the slider rs or potentiometer, the electronic control becomes simpler in that, as already stated, only electronic switching devices have to be operated. The slider rs or the potentiometer is replaced by a resistor network rp with taps ai.
In Fig. 4 sind im Vergleich zu Fig. 3 deutlich die Unterschiede der Erfindung zu erkennen, wobei gleiche Schaltungsteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und daher nicht mehr näher erläutert werden müssen. Im Vorverstärker M ist der Schieberegler rs durch ein Widerstandsnetzwerk rp ersetzt. Ein erster und zweiter elektronischer Schalter s1 bzw. s2 stellen zum ersten bzw. Abgriff a1 bzw. a2 eine Verbindung her, wodurch das Widerstandsnetzwerk in drei Teilbereiche aufgeteilt wird, die den ersten, zweiten und dritten Widerstand R1, R2, R3 bilden. Die zulässsigen Bereiche für den ersten und zweiten Abgriff a1 bzw. a2 überlappen sich dabei nicht. In Fig. 4 werden die zugehörigen Bereiche schematisch durch die Länge der jeweiligen Schleifkontaktleitungen dargestellt.The differences of the invention can be clearly seen in FIG. 4 compared to FIG. 3, the same circuit parts being provided with the same reference numerals and therefore no longer having to be explained in more detail. In the preamplifier M, the slider rs is replaced by a resistor network rp. A first and second electronic switch s1 and s2 establish a connection to the first or tap a1 or a2, as a result of which the resistor network is divided into three sub-areas which form the first, second and third resistor R1, R2, R3. The permissible ranges for the first and second taps a1 and a2 do not overlap. 4, the associated areas are shown schematically by the length of the respective sliding contact lines.
In der ersten Operationsverstärkeranordnung OP1 bildet wie in Fig. 3 der Festwiderstand Rmv' zusammen mit dem ersten Widerstand R1 den Eingangswiderstand Rmv (vergl. Fig. 1) und der zweite Widerstand R2 den Rückkopplungswiderstand Rmr. In der zweiten Operationsverstärkeranordnung OP2 bildet der dritte Widerstand R3 zusammen mit dem Festwiderstand Rsv' den Eingangswiderstand Rsv (verl. Fig. 1). Da der Rückkopplungswiderstand Rsr der zweiten Operationsverstärkeranordnung OP2 konstant ist, wird deren Verstärkung bzw. Dämpfung über die Änderung des dritten Widerstandes R3 gesteuert. Da der zweite Abgriff a2 über den zweiten Schalter s2 mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers v1 verbunden ist, kann die Verstärkung vm des Vorverstärkers M sowohl über die Position des ersten Schalters s1 als auch über die Position des zweiten Schalters s2 gemeinsam oder unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Verstärkung vm des Vorverstärkers M wird dabei durch das Verhältnis aus dem zweiten Widerstand R2 zum Summenwert aus dem Festwiderstand Rmv' und dem ersten Widerstand R1 gebildet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Widerstände Rmv', Rsv' und Rsr selbstverständlich auch in das Widerstandsnetzwerk rp mit einbezogen werden können.In the first operational amplifier arrangement OP1, as in FIG. 3, the fixed resistor Rmv 'together with the first resistor R1 forms the input resistor Rmv (see FIG. 1) and the second resistor R2 forms the feedback resistor Rmr. In the second operational amplifier arrangement OP2, the third resistor R3 together with the fixed resistor Rsv 'forms the input resistor Rsv (ex. FIG. 1). Since the feedback resistor Rsr of the second operational amplifier arrangement OP2 is constant, its amplification or damping is controlled by the change in the third resistor R3. Since the second tap a2 is connected to the output of the first operational amplifier v1 via the second switch s2, the gain vm of the preamplifier can M can be controlled jointly or independently of one another both via the position of the first switch s1 and via the position of the second switch s2. The gain vm of the preamplifier M is formed by the ratio of the second resistor R2 to the sum of the fixed resistor Rmv 'and the first resistor R1. It is pointed out that the resistors Rmv ', Rsv' and Rsr can of course also be included in the resistor network rp.
Die Steuerung der elektronischen Schalter s1, s2 und gegebenenfalls weiterer Schalter erfolgt mittels der Steuereinrichtung P, die mittels einer gespeicherten Tabelle T die jeweilige Position der Schalter s1, s2 der gewünschten Kanalverstärkung vk zuordnet. Die gesamte Kanalverstärkung vk ergibt sich dabei aus dem kanalbezogenen Verstärkungsprodukt
In Fig. 5 ist in einer Tabellenform ein Beispiel für eine derartige Aufteilung der Kanalverstärkung dargestellt, die für die einzelnen Verstärkung- und Dämpfungsbereiche eine zweckmäßige Aufteilung angeben, um die gewünschte Aufgabe zu lösen.In Fig. 5 an example of such a distribution of the channel gain is shown in a table form, which indicate an appropriate division for the individual gain and attenuation areas in order to solve the desired task.
Der gesamte Aussteuerbereich von +12 dB bis -34,5 dB ist dabei in zwei Bereiche 1 und 2 (vergl. Fig. 5) aufgeteilt, wobei der erste Bereich 1 von +12 dB bis etwa -6 dB und der zweite Bereich 2 von etwa -6 dB bis -34,5 dB reicht.The entire modulation range from +12 dB to -34.5 dB is divided into two
Im ersten Bereich 1, der also den gesamten Kanalverstärkungsbereich von 0 dB bis +12 dB und auch noch den schwachen Dämpfungsbereich bis -6 dB umfasst, bleibt die Summierverstärkung vs konstant auf 0 dB. Die Einstellung der Kanalverstärkung vk erfolgt somit nur durch die Änderung des Widerstandsverhältnisses im Vorverstärker M, wofür die Position des ersten Abgriffes a1 variiert wird. Wenn die beiden Festwiderstände Rsv' und Rsr der zweiten Operationsverstärkeranordnung OP2 gleich groß vorgegeben sind, im angenommen Beispiel von Fig. 4 jeweils 3 kOhm, dann ist der zweite Abgriff a2 für diesen Verstärkungsbereich identisch mit dem zweiten Schaltungsknoten k2. Der Eingangswiderstand Rsv (wobei
Nach der Erkenntnis der Erfindung soll im Dämpfungsbereich, insbesondere bei starker Dämpfung, die dem unteren Teil des zweiten Bereiches 2 in Fig. 5 entspricht, die Kanalverstärkung vk so aufgeteilt sein, daß die Dämpfung möglichst im Summierverstärker S und nicht im Vorverstärker M erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, daß der erste Widerstand R1 nach Erreichen des Maximalwertes nicht mehr verändert wird. Die Vorverstärkung vm ändert sich daher infolge der nur noch relativ geringfügigen Verkleinerung des zweiten Widerstandes R2 im zweiten Bereich 2 nur noch zwischen -6 dB und -7,5 dB, während sich die gesamte Kanalverstärkung vk zwischen -6 dB und -34,5 dB ändert. Hierzu wird der zweite Abgriff a2 in Richtung (vom zweiten Schaltungsknoten k2 ausgehend) des ersten Schaltungsknotens k1 verändert, bis der dritte Widerstand R3 (und damit der gesamte Eingangswiderstand Rsv, mit
Wenn in bestimmten Verstärkungs- und Dämpfungsbereichen , z.B. in Fig. 5 im ersten und im zweiten Bereich 1 bzw. 2, jeweils einheitlich verfahren werden kann, z.B. dadurch, daß nur ein einziger Abgriff ai verändert werden muß, dann vereinfacht sich die zu speichernde Tabelle T in der Steuereinrichtung P. Ihr Umfang hängt ferner von der kleinsten Schrittweite der Verstärkungsänderung ab, für die im angenommen Beispiel 1,5 dB ausreichend ist. Die Funktion der Steuereinrichtung P kann gegebenenfalls auch ein auf dem Halbleiterchip mitintegrierter Prozessor übernehmen.If, in certain amplification and damping areas, for example in FIG. 5 in the first and in the
Selbstverständlich kann die Steuerung der Verstärkungsaufteilung und letzlich die Steuerung der Abgriffe auch über eine mehr oder weniger anschauliche Formel, die im Prozessor dann jeweils berechnet wird, definiert werden. Für die formelmäßige Darstellung der Verstärkungsaufteilung, bei der die Funktion sogar abschnittsweise unterschiedlich definiert sein kann, bildet die Kanalverstärkung vk die Variable. Besonders einfach ist die formelmäßige Darstellung, wenn für einzelne Bereiche oder Abschnitte eine lineare Abhängigkeit als Näherung vorgegeben wird, weil dann die Zwischenwerte leicht über eine lineare Interpolation berechnet werden können.Of course, the control of the gain distribution and ultimately the control of the taps can also be defined using a more or less descriptive formula that is then calculated in the processor. The channel gain vk forms the variable for the formulaic representation of the gain distribution, in which the function can even be defined differently in sections. The formulaic representation is particularly simple if a linear dependency is given as an approximation for individual areas or sections, because then the intermediate values can easily be calculated using a linear interpolation.
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