FR2503906A1

FR2503906A1 - Signal compression and expansion circuits for analogue recorder - uses operational amplifier with diodes forming precision rectifier to ensure four quadrant multiplier produces correct output signal phasing

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Publication number: FR2503906A1
Application number: FR8107414A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1981-04-13
Publication date: 1982-10-15

Abstract

An input signal for compression is applied to a non inverting amplifier (6) whose gain is adjusted to ensure that the output level is the same as the input. The output is applied to a four quadrant multiplier (7) which obtains the square root of its input signal (Z2). The compressed output cycles of waveform are obtained from the X outputs (1,2) and are recombined in an operational amplifier (8). An operational amplifier with diodes at its output ensure that the correct output signal phase is used. For signal expansion a similar circuit is used where the input is applied to the Y input of a four quadrant multiplier. Diodes used in conjunction with an operational amplifier connected to the X inputs (1,2) ensure that the correct signal phase is obtained at the output (z1,5). The system increases the dynamic range of sounds during a recording, and provides noise suppression.

Description

La présente invention a pour but d'augmenter les possibilités dynaniques d'enregistrement lors d'une prise de son en direct, ou plus généralement, si le support d'enregistrement possède une dynamique inférieure à celle de la source sonore ou électrique et de supprimer tout ou partie des bruits que l'on ajoute aux signaux électriques issus d'une source sonore lorsqu'on veut reproduire ceux-ci en passant par l'intermédiaire d'un enregistrement de type analogique. The object of the present invention is to increase the dynamic possibilities of recording during a live sound recording, or more generally, if the recording medium has a dynamic range lower than that of the sound or electric source and to eliminate all or part of the noise that is added to the electrical signals from a sound source when it is desired to reproduce these by passing through an analog type recording.

De nombreux systemes visant le même but son commercialisés à l'heure actuelle. Certains comme le DOLBY B procèdent par conpression extension, mais avec un taux variable, non seulement en fonction de l'amplitude du signal, mais aussi suivant la fréquence. Lenr efficacité n'est pas extraordinaire (5 à 10 dB environ). Many systems aiming at the same goal are marketed at present. Some like the DOLBY B proceed by extension compression, but with a variable rate, not only according to the amplitude of the signal, but also according to the frequency. The efficiency is not extraordinary (around 5 to 10 dB).

D'autres tels les DBX, High Com, ANRS, etc..., sont des compresseursextenseurs agissant avec la même efficacité sur une fraction ou tout le spectre audible. Cette catégorie peut elle-même se diviser encore en deux groupes suivant que le taux de compression ou d'extension est fixe ou variable.Others such as DBX, High Com, ANRS, etc ..., are compressorsextenders acting with the same efficiency on a fraction or the entire audible spectrum. This category can itself be further divided into two groups depending on whether the compression or extension rate is fixed or variable.

Les appareils à taux variable traitant un signal d'amplitude A sortent un signal d'amplitude (A/Vref)m où Vref est la tension de référence et m un exposant qui peut varier entre 1 et 0,2 ou même 0 pour la compression et de 1 a 5 pour l'extension. Ceux à taux fixe choisissent de plus en plus unanimement un taux m = 0,5 pour la compression et m = 2 pour l'extension, ce qui revient mathématiquement a prendre respectivement la racine carrée du signal original, puis le carre du signal résultant, afin de retrouver le signal initial. Ces appareils sont tres efficaces puisqu'ils peuvent théoriquement aller jusqu'à doubler la dynamique utile du signal enregistré. Variable rate devices processing an amplitude signal A output an amplitude signal (A / Vref) m where Vref is the reference voltage and m an exponent which can vary between 1 and 0.2 or even 0 for compression and from 1 to 5 for the extension. Those with a fixed rate choose more and more unanimously a rate m = 0.5 for compression and m = 2 for extension, which amounts mathematically to taking respectively the square root of the original signal, then the square of the resulting signal, in order to find the initial signal. These devices are very effective since they can theoretically go as far as doubling the useful dynamics of the recorded signal.

Ils présentent pourtant tous le même défaut qui vient de ce que leur gain est ajusté, par contre réaction variable, en fonction de l'amplitude du signal d'entrée. L'analyse de ce dernier prenant nécessairement un certain temps, la réponse en cas de variation rapide de l'amplitude des signaux d'entree présente des déformations difficilement admissibles dans un système véritablement HI FI. L'examen de la réponse donnée à partir d'un générateur "tone-burst" est éloquent à ce sujet.However, they all have the same defect which comes from the fact that their gain is adjusted, on the other hand variable reaction, as a function of the amplitude of the input signal. The analysis of the latter necessarily taking a certain time, the response in the event of a rapid variation in the amplitude of the input signals presents deformations which are hardly admissible in a truly HI FI system. The examination of the response given from a tone-burst generator is eloquent on this subject.

Le dispositif décrit ici qui entre dans le cadre des sytètles compresseurs-extenseurs à taux fixe 0,5-2, se propose de remédier à ce défaut. Il utilise pour ce faire un multiplicateur analogique quatre quadrants (1) auquel on associe, pour le pilotage correct des signaux, deux diodes "sans seuil" réalisées de façon classique, à l'aide d'un amplificateur opérationnel (2) et des diedes (3 et 4), sulvant les schémas de principe n 1 pour le compresseur et n r pour l'extenseur. tans le montage compresseur le sommateur (5) permet de retrouver en sortie un signal alternatif en phase avec le signal d'entrée. The device described here, which is part of the fixed rate compressor-extender systems 0.5-2, proposes to remedy this defect. To do this, it uses an analog quadruple quadrant multiplier (1) to which we associate, for the correct piloting of the signals, two diodes "without threshold" produced in a conventional manner, using an operational amplifier (2) and diedes (3 and 4), following the principle diagrams n 1 for the compressor and nr for the expander. tans the compressor assembly the adder (5) allows to find at output an alternating signal in phase with the input signal.

Les multiplicateurs actuellement connus sont de différents types : poten io- mètriques, à diodes, à module log-antilog, à cellule à transconductance, a effet Hall. Parmi ceux-ci, seuls ceux à entrées différentielles fonctionnant dans les quatre quadrants et sur une bande de fréquencecouvrant de 20 à 20 000 Hz peuvent convenir, ce qui réduit fortement le choix dans la liste précédente. Quant au système d'aiguillage devant orienter correctement les signaux suivant leur polarité, il peut être réalisé de différentes façons, parmi lesquelles l'utilisation de la diode sans seuil nous a paru la plus pratique.Mais l'on pourrit tout aussi bien concevoir un système push-pull classe B avec une prépolarisation correcte, qui présenterait cependant des difficultés de mise au point et des risques de dérive, o encore une coe- mande par conmutateurs analogiques rapides.Multipliers currently known are of different types: potentiometers, diodes, log-antilog module, transconductance cell, Hall effect. Among these, only those with differential inputs operating in the four quadrants and on a frequency band covering 20 to 20,000 Hz may be suitable, which greatly reduces the choice in the previous list. As for the routing system that should correctly orient the signals according to their polarity, it can be achieved in various ways, among which the use of the diode without threshold seemed to us the most practical. But we could just as easily design a class B push-pull system with correct prepolarization, which would however present development difficulties and risks of drift, or even control by rapid analog switches.

Le dispositif proposé est extrêmement simple dans son principe, la partie compresseur est détaillée figure 3. Les signaux à enregistrer ou plus généralement à coder,entreatd'abord dans un amplificateur opérationel (6) utilisé en montage non inverseur dont le gain est réglé de telle façon qu'un signal d'amplitude O dBV en entrée de l'appareil ressorte à ce meme niveau, mais il serait très possible également de se servir de cet amplificateur pour obtenir un gain variable à l'entrée. Le signal sortant de l'amplificateur (6) gagne ensuite le module multiplicateur (7) monté de façon à obtenir la racine carrée du signal entrant en Z2. L'entrée différentielle sur Z autorise un réglage de zéro.L'inversion des deux entrées Z1 et Z2 provoque simplement une inversion de phase, ce qui peut être utile si l'on préfère un montageinverseur à l'entrée. En sortie les alternances compressées sont obtenues respectivement en X1 et
X2, on les recombine gracie aux sommateur-inverseur (8) qui rétablit en meme temps le niveau d'amplitude de façon à ce que O dBV à l'entrée donne bien le même niveau en sortie.The proposed device is extremely simple in principle, the compressor part is detailed in FIG. 3. The signals to be recorded or more generally to be coded, firstly entered into an operational amplifier (6) used in non-inverting mounting, the gain of which is adjusted in such a way so that an amplitude signal O dBV at the input of the device comes out at this same level, but it would also be very possible to use this amplifier to obtain a variable gain at the input. The signal leaving the amplifier (6) then reaches the multiplier module (7) mounted so as to obtain the square root of the signal entering Z2. The differential input on Z authorizes a zero adjustment. The inversion of the two inputs Z1 and Z2 simply causes a phase inversion, which can be useful if one prefers an inverter assembly at the input. At the output the compressed half-waves are obtained respectively in X1 and
X2, we recombine them thanks to the summator-inverter (8) which restores at the same time the amplitude level so that O dBV at the input gives the same level at output.

La partie extenseur, très semblable, est détaillée figure 4. Les signaux à décoder passent tout d'abord par l'amplificateur opérationnel (9) monté en non inverseur afin d'assurer 1à également le niveau de référence correct, on attaque ensuite le module multiplicateur (io) sur ses entrees Y2 d'une part et X1, X2 suivant la phase d'autre part. Ce module est monté en multiplicateur, c'est-à-dire que le signal élevé au carre est obtenu sur Z. Afin de retrouver un signal de niveau correct et en phase avec le signal d'entrée, on passe par l'intermédiaire de l'anplificateur opérationnel (il) monte en inverseur. The extender part, which is very similar, is detailed in FIG. 4. The signals to be decoded pass first through the operational amplifier (9) mounted as a non-inverter in order to also ensure the correct reference level, then attack the module. multiplier (io) on its inputs Y2 on the one hand and X1, X2 following the phase on the other hand. This module is mounted as a multiplier, that is to say that the signal raised to the square is obtained on Z. In order to find a signal of correct level and in phase with the input signal, we pass via the operational amplifier (it) mounts as an inverter.

Le montage décrit, principalement destiné à réduire le brait lors d'un enregistrement sur bande ou cassette magnétiques et à conserver la dynamique maximale, peut être également utilisé à l'enregistrement (gravure) et à la lecture de disques analogiques. The described arrangement, mainly intended to reduce brait when recording on magnetic tape or cassette and to maintain the maximum dynamic range, can also be used for recording (burning) and reading analog discs.

Claims

1. - Noise reduction - Dynamic expander characterized, both in the compressor part and in the expander part, by the use of analog quad multipliers four quadrarts (1 and 1 '), associated, for the correct control of positive signals and negative, with two "no threshold" diodes produced conventionally using an operational amplifier (2 and 2 ') and two diodes (3-4 and 3'-4').

In order to ensure correct operation in all circumstances, this assembly can be associated with: for the compressor part, an impedance and level adaptation at input (6) and at output a level adapter summator (8), for expander part, a simple adaptation of the input level (9).

2. - Device according to claim 1 characterized by the use of analog multipliers equipped with transconductance cells.

3. - Device according to claim 1 characterized by the use of analog multipliers with diodes.

4. - Device according to claim 1 characterized by the use of analog Hall effect multipliers.

5. - Device according to claim 1 characterized in that the alternating referral system is provided by an analog switch, fast gique.

6. - Device according to claim 1 characterized in that the alternation switching system is provided by a push-pull class B mounting correctly prepolarized.