JPS6047774B2 - 信号の圧縮伸長回路 - Google Patents

信号の圧縮伸長回路

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JPS6047774B2
JPS6047774B2 JP52083252A JP8325277A JPS6047774B2 JP S6047774 B2 JPS6047774 B2 JP S6047774B2 JP 52083252 A JP52083252 A JP 52083252A JP 8325277 A JP8325277 A JP 8325277A JP S6047774 B2 JPS6047774 B2 JP S6047774B2
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JP
Japan
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circuit
signal
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compression
output
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JP52083252A
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English (en)
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JPS5417610A (en
Inventor
憲一 佐藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Signal Processing Not Specific To The Method Of Recording And Reproducing (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は信号伝送系のノイズによるS/N劣化を改善す
る信号の圧縮伸長回路に関するものである。 一般に雑音のある伝送系に信号を通すと、信号のS/N
は劣化する。 S/Nを改善するには信号のレベルを大巾に増巾して伝
送系に通すことがまず考えられるが、伝送系のダイナミ
ックレンジが有限てある場合、信号を過度に増巾すると
、信号歪や飽和を発生させる原因となる。例えばテープ
レコーダのダイナミックレンジはたかだか70(dB)
程度であり、50(dB)のダイナミックレンジをもつ
た信号を伝送しようとすると、最も低いレベルの信号に
対してはS/Nは20(dB)以上にはならない。もし
、信号のレベルを圧縮し、なるべく高いレベルで伝送系
に通すことができれば、S/Nは大きく改善されるはす
である。 例えば前述の例に於一ピロ^^゛′ L、゛3hh、ノ
【ntAP、九半 の25(dB)に圧縮することが
出来れば、最低レベルに於ても45(dB)のS/Nを
得ることが可能となる。この様な信号の圧縮伸長の原理
は勿論、公知であつて各種の方式が提案されており、電
話その他の伝送系に於て現に利用されている事は周知の
通りである。しかし、音声の高忠実度録音再生技術の分
野では取扱かう信号のダイナミックレンジが広く、80
〜120(dB)にも達するためこのようなワイドレン
ジの信号を処理できる信号の圧縮伸長装置は少なく、又
実用されているものも複雑高価なものである。本発明は
きわめて単純な構成で、忠実度の高い且つ安価に実現て
きる信号の圧縮伸長装置を提供するものてある。 信号の圧縮伸長回路の基本原理を第1図により説明する
と、ます圧縮の場合aは入力端子1と伝送系(例えばテ
ープレコーダ等)2の間に可変利得増巾回路3を設け、
この出力信号のレベルをレベル制御回路4により検出し
て、該信号レベルに・応じた制御信号により可変利得増
巾回路3の利得を変化させて入力信号の振出の制御を行
なうものである。 即ち、演算増巾器の入力信号をそれぞれ(ii)および
(さo)、そのレベルをそれぞれ(Ei)および(Eo
)、可変利得増巾回路3の利得門を(G)とすると、E
o■GEiとなる。利得(G)がレベル制御回路4によ
り出力レベル(Eo)のn乗に反比例するものとすれば
、G=に/Eon(に:定数)と表わされ、Eo■に/
Eon−Eiとなる。故にフ E0=に1「Tコ7 E
i−「平Π丁 ・・・・・・(1)となり、入力信号レ
ベルに対して圧縮比士
1+nの圧縮が行なわれる。 一方、圧縮されて伝送系2に送り込まれた信号を再びも
とのレベルに伸長する伸長の場合bも同様に伝送系2と
出力端子5の間に利得(G″)の可変利得増巾回路6を
入れ、これを伝送系2の出力信号に応じて制御する為に
レベル制御回路7を設ける。 この場合、伝送系2の出力信号(δj″)のレベル(E
i″)のn乗(Ei″n)に比例して利得を制御するも
のとすれば、再出出力信号(50″)のレベル(EO″
)は、(K″)を定数とすれば、となり、伝送系2の出
力信号レベルに対して、伸長比(1+n)の伸長が行な
われる。 ここでEi″=EOであるからとなり、原信号のレベル
が再現される。 ここで可変利得増巾回路3,6の利得変化範囲は、きわ
めて広いダイナミックレンジを必要とし、又レベル制御
回路4,7との結合に於て厳密な直線性を要するのみな
らず、温度その他のドリフトに対しても安定している必
要があるなどむずかしい諸要件を満たさなければならな
い、従つて、回路を構成する素子の選別及ひ精度の要求
される多数の個所の調整などを必要とし、高価なものと
ならざるを得ない。 事実、ダイナミックレンジの広い信号の圧縮伸長装置て
実用化されているものは、いずれも複雑高価である。本
発明はこれらの難しい諸要件を満たす高性能な装置を単
純かつ安価に構成できる回路を提供するものてある。 以下その回路を詳細に説明する。第2図は本発明にかか
る信号の圧縮伸長回路を.示し、8は入力端子、9は出
力端子てあり、可変利得増巾回路は抵抗10、演算増巾
器11、可変インピーダンス素子12で構成されている
。端子8は同時に絶対値回路14に接続されているのて
、端子8の入力信号は対数変換回路16、抵抗120,
21よりなるアツテネータ回路を経て差動増幅器等より
なる比較回路23の片側の入力端子へ供給される。又端
子9は同様に絶対値回路13に接続されているので、端
子9の信号は対数変換回路15、抵抗17,18よりな
るアツテネータ回路を経て比較回路23のもう一方へ供
給される。又比較回路23の出力は、抵抗2牡ダイオー
ド25,コンデンサ26より構成される充放電回路を経
て、バッファアンプ27へ供給される。このときバッフ
ァアンプ27の出力は可変インピーダンス素子12の制
御入力となり、インピーダンス素子12のインピーダン
スを制御する。スイッチ19,22は連動しており、圧
縮時はスイつツチ22が接地側(a)に、伸長時はスイ
ッチ19が接地側(b)に閉じるように構成されている
。次にかかる構成の回路の動作について説明する前に、
一般的な帰還増幅器の動作について第3図と共に説明す
る。同図に示す如き帰還制御系にお7いては、一般にそ
れぞれの端子における信号電圧をEi,ε″0,E″0
,およびEOとし、誤差増幅器30の増幅率をA1帰還
率をβとすると、よく知られているように次式が成立す
る。即ち故に、IO=A(Ei−βEO)となり、とな
る。 ここでA+1とすると、(■)式の左辺はOとなるので
、EO/E1=1/βとなる。即ち、帰還制御系では誤
差増幅器30の増幅率(4)を無限大とし、誤差が零に
なるよう動作することを基本に伝達関数を導き出すのが
通常であり、以下説明する本発明の回路に於いても同様
の手順に従つて回路系の伝達関数を導びき出している。
次に第2図と共に本発明の回路の動作について説明する
。図示の如く、抵抗10の値を(Rs)、可変インピー
ダンス素子12の値を(Zc)とし、またスイッチ22
が接地側(a)接続とし、更に端子8の入力信号を(5
1)、そのレベルを(Ei)、端子9の出力信号を(5
0)、そのレベルを(EO)とすると、(Ei),(E
O)は次式の如くなる。 即ち又、対数変換回路15の出力は10?O、対数変換
回路16出力は10ザ】と表わされるから、今、比較回
路23の利得を囚、その入力インピーダンスは抵抗R,
,R2より充分大きいものとし、その出力を(EO″)
とすると、と表わされる。 (εO″)は充放電回路を通り、時間積分され可変イン
ピーダンス素子12の制御信号となる。 故に、(εO″)によるバッファアンプ27の出力を(
εo)とし、(1)と(EO)とのあいだに、なる非線
形な関係が成立するものとすると(ただし、αは定数、
γは非線形可変特性に関する係数、β(T)は温度ドリ
フトに関する係数を表す)式(5)と(6)より と表わされる。 従つて式(4),(7)から、これを整理すると、とな
る。 ここでA=1なる条件を与えると、^10?l−10?
o=o、故にとなり、可変インピーダンス素子の諸特性
(非線形温度ドリフト)にまつたく関係しないレベルに
関してデシベルでリニアな係数、R2/(R1+R2)
なる圧縮が行なわれる。 なお、A=1のとき、(5)式においてEO半Ei八と
すると、ε″0=1となつて可変インピーダンス素子1
2には無限大の制御電圧が印加されることになる。そし
て通常初期条件としてはEO〜Ellであり、実
R1+R2際には、制御系の時間遅れ
により過渡的に無限大電圧(実際は増幅器の飽和レベル
)となるが、定常状態では第4図に示す如く或る一定値
に収束する。 本発明の場合は更に、抵抗24、ダイオード25、コン
デンサ26で構成される充放電回路による時間遅がある
が、音声等のレベル変化の周期100ミリ秒程度に対し
、過渡状態が数ミリ秒であるため実用上問題ない。本発
明による回路は、主に定常状態での特性を利用すること
にある。ここで例えば、R1=R2の場合、係数が11
2となり、112の圧縮になるのであるが、アツテネー
タを構成する抵抗Rl,R2を色々な値にすることによ
り、任意の圧縮比が得られることは当然である。次に伸
長の場合の動作も同様にして説明できる。 すなわち、スイッチ19が接地側(b)接続になるよう
にし、入出力信号レベルをそれぞれ(E″i)および(
EO″)とすると、次にような結果が得られる。 10gEi″一晶0gE0″=01故に すなわち、前述の如く、可変インピーダンス素子の諸特
性にまつたく関係しない伸長係数(R1+R2)/R2
の伸長特性となる。 又、当然ながら、圧縮時間同様にアツテネータを構成す
る抵抗Rl,R2を変えることにより任意の伸長比が得
られる。ここで、比較回路23の入力に関して説明を補
足すると、前述の動作説明に関しては、便宜上、圧縮・
伸長それぞれにおいて比較回路23の2つの入力端子へ
の接続に関しては触れすに説明を行なつたが、実際の回
路構成においては対数変換出・力15,16の比較回路
23への入力は圧縮接続、伸長接続で互いに逆にする必
要がある。 これは圧縮における可変インピーダンス素子の制御極性
と、伸長の場合の制御極性とは逆になる必要があるとい
う理由によるものであ発明の詳細な説明jは省略する。
次に、式(8)て表わされる圧縮接続回路で圧縮された
信号をテープレコーダ等の伝送系2を通過させ、式(9
)て表わされる伸長接続回路て伸長する場合を考えると
、EO=E″iであるから、式(8),(9)から、く
相補な特性を有する伸長接続回路によつて原信号レベル
に再現されることがわかる。 以上の説明のように可変利得増幅回路の入力及び出力を
それぞれ対数レベル変換し、それらの出力を抵抗アツテ
ネータにより適当な比率で分圧して、ゲイン無限大の比
較回路に印加し、その出力により可変利得増幅回路の可
変インピーダンス素子を制御し、信号の圧縮伸長を行う
本発明の回路によれば、もつとも重要な可変利得増幅回
路を構成する可変インピーダンス素子の持つ諸特性(非
直線可変特性、温度ドリフトなど)は、装置の性能には
まつたく関係しないため、可変インピーダンス素子とし
て非常に安価なものを使用するにもかかわらず、直線性
や温度特性に関しては非常にすぐれた特性をもち而も簡
単な抵抗等よりなるアツテネータにより自由に圧伸比を
設定てきる圧縮伸長回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は圧縮伸長回路の基本的原理を説明するためのブ
ロック・ダイヤグラム、第2図は本発明の信号の圧縮伸
長回路を示す回路図てある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 可変利得増幅回路の利得を制御することにより伝送
    信号のレベルを圧縮伸長する信号の圧縮伸長回路におい
    て、前記可変利得増幅回路の入力に接続された信号のレ
    ベルを対数変換する第1変換回路と、前記可変利得増幅
    回路の出力に接続された信号のレベルを対数変換する第
    2の変換回路と、前記第1変換回路の出力と第2変換回
    路の出力の差を検出する比較回路とを有し、該比較回路
    の出力により前記可変利得増幅回路の利得を制御するこ
    とを特徴とする信号の圧縮伸長回路。
JP52083252A 1977-07-09 1977-07-09 信号の圧縮伸長回路 Expired JPS6047774B2 (ja)

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JPS5417610A JPS5417610A (en) 1979-02-09
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