NL8104171A - Ruisonderdrukkingsschakeling. - Google Patents

Description

i j

’N

X/Sch/lh/1314

Ruisonderdrukkingsschakeling.

De uitvinding betreft in het algemeen een inrichting voor het opnemen en weergeven van informatiesignalen en in het bijzonder een ruisonderdrukkingsschakeling voor het verminderen van in het algemeen in een uitgelezen 5 informatiesignaal aanwezige ruis, welke schakeling deel kan uitmaken van een informatiesignaalopneem- en/of -weer-geefinrichting.

Bekend zijn ruisonderdrukkingsschakelèn van het compander-type voor het verminderen van ruis en vorming, 10 waarmee het uitlezen van informatiesignalen gepaard gaat.

i *

Dergelijke ruisonderdrukkingsschakelingen zijn ontworpen voor het vergroten van het dynamische bereik van het signaal dat kan worden opgenomen op en weergegeven van een registratiemedium zoals een magneetband. Bijvoorbeeld zijn 15 ruisonderdrukkingsschakelingen, die het dynamische bereik van het signaal met ongeveer 10 dB verhogen in het hoog-frequentie gebied door middel van niveaucompressie en complementaire niveau-expansie van de hoog-frequenté componenten van het daaraan toegevoerde ingangssignaal, onthuld 20 in het Amerikaanse octrooischrift 3.631.365 ten name van

Dolby en het Amerikaanse octrooischrift 3.911.371 ten name ' van de onderhavige aanvraagster, waarbij Nakamura en anderen als uitvinder zijn vermeld.

In het algemeen wordt voor deze ruisonderdrukkings-25 schakelingen een variabel filter .toegepast met een variabel weerstandselement, bijvoorbeeld een FET of een bipolaire junctiontransistor, voor het uitvoeren van de genoemde compressie- en expansieverwerking. Toepassing van een variabel filter legt evenwel beperkingen op voor wat be-30 treft het ontwerp van de ruisonderdrukkingsschakeling. Bijvoorbeeld wordt het ten gevolge van de aanwezigheid van discrete elementen zoals die worden gebruikt met de genoemde transistoren, moeilijk, zoniet onmogelijk, een dergelijk variabel filter uit te voeren als geïntegreerde 8104171

.... V

'4 * *

1 φ I

s schakeling. Bovendien bezitten de genoemde transistoren, die worden toegepast in het variabele filter, een temperatuurafhankelijkheid die in veel gevallen moeilijk beheerst kan worden en een gelijkstroomverschuiving teweeg kan 5 brengen als gevolg van de met de temperatuurveranderende weerstand van de transistor. Dit kan resulteren· in veranderingen of fluctuaties in de funktieresponsie van de schakeling. Bovendien kunnen de genoemde ruisonderdrukkings-schakelingen niet onderling worden uitgewisseld, dat wil 10 zeggen dat een informatiesignaal dat met een Dolby schaker ling is opgenomen uitsluitend met de Dolby schakeling kan worden weergegeven. Afgezien van de reeds genoemde beperkingen in het ontwerp van de schakeling, is het moeilijk een element met variabele weerstand te vervaardigen met 15 nauwkeurige karakteristieken. Dit betekent dat het moeilijk wordt, de gewenste karakteristieken van de ruisonderdruk-kingsschakeling te verbeteren, waardoor het dynamische bereik daarvan slechts met ongeveer 10 a 20 dB kan worden verbeterd.

20 De uitvinding stelt zich derhalve ten doel, een verbeterde ruisonderdrukkingsschakeling te ver schaf feit, waarbij de bovenbeschreven problemen volgens de stand der techniek zich niet voordoen.

In het bijzonder stelt de uitvinding zich ten 25 doel een ruisonderdrukkingsschakeling te verschaffen die geschikt is voor toepassing in een informatiesignaalopneein-en/of -weergeefsysteem.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een ruisonderdrukkingsschakeling die een grote 30 mate van vrijheid in het ontwerp van de schakeling biedt.

Weer eenuander doel van de uitvinding is het verschaffen van een ruisonderdrukkingsschakeling die gemakkelijk uitwisselbaar is met ruisonderdrukkingsschakelingen van andere typen.

35 Een verder doel van de uitvinding is het verschaf fen van een ruisonderdrukkingsschakeling, waarin gebruik wordt gemaakt van eén spanningsgestuurde versterker met zeer nauwkeurige ‘en beheersbare karakteristieken.

8104171 * * _____ ... .. X - -3-

Weer een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van ruisonderdrukkingsschakeling, waarbij fluctuaties in de frequentieresponsie worden voorkomen en gelijkstroomvèrschuivingen ten opzichte van de bekende 5 ruisonderdrukkingsschakelingen zijn verlaagd, waardoor een aanzienlijke vergroting van het dynamische bereik van de schakeling is verkregen .

Tenslotte stelt de uitvinding zich ten doel, een ruisonderdrukkingsschakeling te verschaffen, die een 10 eenvoudige opbouw paart aan een goedkope vervaardiging en gebruiksgemak.

Volgens een aspect van de uitvinding omvat een ruisonderdrukkingsschakeling een eerste signaalbaan met een versterker met variabele versterking voor het versterken 15 van een daaraan toegevoerd signaal met bestuurbare versterking, en -integratormiddelen voor het -integreren van tenminste een gedeelte van hét de versterker met variabele versterking doorlopende signaal; met de eerste signaalbaan verbonden eerste middelen voor het opleggen van een onder-20 grens aan de 'versterking, waaraan het aan de schakeling toegevoerde signaal wordt onderworpen? alsmede met de eerste signaalbaan verbonden tweede middelen voor het opleggen van een bovengrens aan de versterking, waaraan het aan de schakeling toegevoerde signaal wordt onderworpen.

25 In een voorkeursuitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding wordt het aan de eerste signaalbaan toegevoerde signaal toegevoerd aan de eerste middelen, die worden gevormd door een resistieve meekoppelbaan, terwijl de uitgang daarvan is gecombineerd met de uitgang van de 30 eerste signaalbaan ter verkrijging van het uitgangssignaal van de ruisonderdrukkingsschakeling. De tweede middelen omvatten een resistieve terugkoppelbaan, waaraan het uitgangssignaal van de ruisonderdrukkingsschakeling wordt toegevoerd en dient voor het tegenkoppelen van dit signaal naar de 35 ingang van de eerste signaalbaan.

Verdere kenmerken en bijzonderheden van de uitvinding zullen worden genoemd en toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin tonen: 810 4 171 « > >v -4-

Figuur 1 een blokschema van een ruisonderdruk-kingsschakeling volgens een basisuitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 2 een grafiek van de frequentieresponsie 5 van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 1;

Figuur 3 een grafiek van de variabele frequentieresponsie van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 1;

Figuur 4 een grafiek van de ingangs/uitgangs-10 niveaukarakteristiek van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 1; ' • Figuur 5 een blokschema van een ruisonderdruk kingsschakeling volgens een ander uitvoeringsvoorbeeld van j de uitvinding; *5 1 Figuur 6 een grafiek van de frequentieresponsie van een ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 5 woor iverschillende versterkingsfaktoren van de gebruikte span-ningsgestuurde versterker of VCA (voltage controlled amplifier);

Figuur 7 een blokschema van een ruisonderdruk-20 kingsschakeling volgens een ander uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding;

Figuur 8A een grafiek van een frequentieresponsie van het hoog-doorlaatfi1ter van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 7; 25 Figuur 8B een grafiek van de variabele frequentie- responsiekarakteristiek van de ruisonderdrukkingsschakeling vólgens figuur 7;

Figuur 9 een grafiek van de frequentie-responsie van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 7: 30 voor verschillende 'versterkingsfaktoren van de toegepaste VCA;

Figuur 10 een blokschema van een ruisonderdrukkingsschakeling volgens een ander uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding; 35 Figuur 11 een grafiek van de frequentie*-respondie van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 10 voor verschillende versterkingsfaktoren van de toegepaste VCA; 8104171 * 'V.

-5-

Figuur 12 een blokschema van een ruisonderdruk-kingsschakeling volgens een ander uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding;

Figuur 13 een schema van een anti-begrenzings-5 schakeling die kan worden toegepast in de ruisonderdrukkings-schakeling volgens figuur 12; · 10 Figuur 1 toont, een ruisonderdrukkingsschakeling volgens een basisuitvoering van de uitvinding, die kan worden toegepast als een dekodeerschakeling aan de ingangs-zijde van een audiosignaalopneem- en/of -weergeefinrichting voor het uitvoeren van een niveau -expa’n siebewerking.

15 Zoals duidelijk blijkt, wordt een weergegeven, gekodeerd signaal, bijvoorbeeld een van een bandapparaat afkomstig audiosignaaï, via een ingangsaansluiting 11 toegevoerd aan een optellende of positieve ingang van een aftrekschakeling 18. Het uitgangssignaal van de aftrekschakeling 18 wordt 20 toegevoerd aan een eerste signaalbaan, bestaande uit een serieschakeling van een versterker 13 met variabele versterking en een integrator 14. De versterking 13 kan van het spanningsgestuurde type of VCA (voltage controlled amplifier) zijn voor versterking van het uitgangssignaal 25 van de aftrekschakeling 18 met variabele versterkingsfaktor.

4

In het bijzonder hangt de versterkingsfaktor van de versterker 13 rechtstreeks samen met het signaalniveau van het daaraan toegevoerde audio-ingangssignaal, zodanig dat de versterkingsfaktor hoog is bij relatief hoog ingangs-30 niveau en omgekeerd de versterkingsfaktor laag is bij relatief laag ingangsniveau. Dit wordt bereikt door een besturingsbaan, bestaande uit een hoogdoorlaatfilter 19a en de besturingsschakeling 19b, welke laatstgenoemde schakeling een besturingsspanning toevoert aan de VCA 13 35 voor het besturen van de versterkingsfaktor daarvan. Het hoogdoorlaatfilter 19a biedt dienst als weegschakeling voor het wegen van het daaraan toegevoerde signaal in overeenstemming met de frequentie-inhoud daarvan, en de bestu- 8104171 -6-

*- * -I

rings schakeling 19b kan bestaan uit een niveauwaarneming-schakeling voor het waarnemen van het niveau van en het afvlakken van het signaal van het hoogdoorlaatfilter 19a ter verkrijging van de besturingsspanning, die kan worden 5 toegevoerd aan een besturingsaansluiting van de versterker 13. Op deze wijze bestuurt de besturingsschakeling 19b de versterkingsfaktor van de versterker 13, zodanig dat de versterkingsfaktor daarvan toeneemt voor ingangssignalen met hoocr niveau en afneemt voor ingangssignalen met laag 10 niveau. De integrator 15 integreert tenminste dat gedeelte van het uitgangssignaal van de versterker 13, dat zich binnen de audioband bevindt. Het uitgangssignaal van de integrator 14 wordt vervolgens toegevoerd aan een optellende ingang van een opteller 17.

15 Een tweede signaalbaan of meekoppelbaan 15 met een vlakke frequentieresponsie, dat wil zeggen een frequentie- onafhankelijke overdracht, is parallel geschakeld met de eerste signaalbaan, die wordt gevormd door de versterker 13 en de integrator 14, via de opteller 17. De meekoppelbaan 15 20 verschaft in hoofdzaak geen versterkingsregeling en kan uitsluitend uit een weerstand bestaan. Xn hét bijzonder ontvangt de meekoppelbaan 15 hét ingangssignaal van de . aftrekschakeling 18 en voert 'op zijn beurt een uitgangssignaal toe aan een tweede ‘optelleride 'of positieve ingang 25 van de 'opteller' 17. Zoals nog meer' in detail zal worden besproken, doet' de meekoppelbaan 15 dienst voor hét vastleggen van een' ondergrens van de versterking, waaraan hét de ruisonderdrukkingsschakeling doorlopende audiosignaal wordt onderworpen voor hoge frequentie.' De ‘opteller 17 geeft 30 het uitgangssignaal van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 aan de uitgangsaansluiting 12 'daarvan.

Verder is een derde signaalbaan of terugkóppel-baan 16 met een in hoofdzaak vlakke 'frequent!eresponsië parallel geschakeld met de eerste signaalbaan via de af-35 trekschakeling la- Met andere woorden, de terugk'oppelbaan 16 verschaft in hoofdzaak geen' versterkingsregeling voor het daaraan toeg'evoerde signaal en kan bijvoorbeeld uitsluitend uit een weerstand bestaan. Aan de tegenkoppelbaan 8104171

--.- ''V

£ -* -7- gedékodeerde l6 wordt heWuitgangssignaal van de opteller. 17 toegevoerd en de baan 15 voert een uitgangssignaal toe aan de aftrekkende of negatieve ingang van de aftrekschakeling 18, waarin het signaal wordt afgetrokken van het'lngangs- 5 signaal aan de ingangsaansluiting 11. Zoals nog meer in detail zal worden besproken, doet de tegenkoppelbaan ]6 dienst voor het verschaffen of bepalen van een bovengrens van de versterkingsfaktor voor het audiosignaal, dat de ruisonderdrukkingsschakeling doorloopt, voor .lage frequenties 10 daarvan. Het van de aftrekschakelihg 18 afkomstige signaal wordt vervolgens toegevoerd aan de ingang van de versterker' 13 met variabele versterkingsfaktor.

Indien bij de ruisonderdrukkingsschakeling 10 het niveau van het aan de ingangsaansluiting 11 toegevoerde 15 ingangssignaal door x wordt aangeduid, het niveau van het uitgangssignaal aan de aansluiting 12 met v, het liiveau van het van de aftrekker 18 afkomstige uitgangssignaal met z, de versterkingsfaktor van de versterker 13 met variabele versterkingsfaktor met G, de overdrachtsfunktie 20 van de · integrator 14 met 1/sT waarbij s = jü en T is een voorafbepaalde konstante waarde, de overdrachtsfunktie van de meekoppelbaan 15 met F wordt aangeduid en de over- drachtsfunktie van de tegenkoppelbaan 16 met F , ontstaan

H

de volgende vergelijkingen, die de relatie vastleggen tussen 25 de eerste, de tweede, en de derde signaalbaan: jy - <G 4r+ V · z <» \z = x - F^y ... (2)

De vergelijkingen (lï en (2) kunnen worden gecombineerd 30 voor vorming van een vergelijking voor hét niveau y van het uitgangssignaal als funktie van het niveau x van het ingangssignaal: L _ i . 1 + sT · fl - è 1 y —p —- Γ+-f~f * x rH 1 -i- sT * x ^ ttfL 1 35 -f- * g

Een grafische weergave van vergelijking. (3) is in figuur 2 weergegeven. Zoals blijkt, vertoont de resulterende kromme 8104171 _ -8- ί- -. * • ·. ί · ....... ....... .

' twee kantelfrequenties f.^ en f2, corresponderend met resp. de bovengrens en de ondergrens van de versterkingsfaktor voor het signaal, dat de ruisonderdrukkingsschakeling 10 doorloopt, waarbij de kantelfrequenties voldoen aan de 5- volgende vergelijkingens .

f1 = 1/(2%) .... W

f2 = 1/(27%) ... (5) waarin de tijdkonstanten T^ en T2 voldoen aan de volgende 10 vergelijkingen:

Ti = T--ΡΠ^·έ ---(¾ Π T2 - T · FL · è ' ··· C7>.

15 Wanneer de vergelijkingen (4)-(7) in vergelijking (3) worden gesubstitueerd, is de ondergrens van de door de ruisonderdrukkingsschakeling 10 veroorzaakte versjterkingsfaktor gelijk aan 3?^/ (i+f fl1 is de'bovengrens van dé versterkingsfaktor gelijk aan 1/F . · Zoals blijkt uit figuur 2, de bovengrens van 20 de versterking is ter toelichting 0 dB gesteld! en treedt op voor frequenties bij of onder de onderste kantelfrequentie f^.

Op dezelfde manier ^is de ondergrens .van de. versterker in figuur 2 ter toelichting -10 dB. gesteld en treedt' op voor frequenties bij of boven de andere kantelfrequentie f 2.

Tevens wordt de helling van de kromme tussen de kantel- 25 frequentie fj en f2 bepaald door de karakteristiek van de integrator 14.

Het zal duidelijk zijn, dat de frequeritie-responsie van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 wijzigt met variaties.in de versterkingsfaktor van de versterker 13 30 met variabele versterking, zoals met de krommen in figuur 3 is weergegeven. In het bijzonder vertoont de "integrator 14 als responsie een rechte 'lijn met een vaste responsie-helling, bijvoorbeeld 6 dB/oktaaf, waarbij de responsie of het uitgangssignaal .afneemt met' toenemende frequentie 35 van hét daaraan toegevoerde signaal. De rechte lijn voor de v integrator 14 wordt verschoven in de richting van de pijl A in figuur 3 met variatie in de versterkingsfaktor G van de variabele versterker 13 ter vetkrijging van een 8104171 « Λ , ( -9- Υ variabele integratorkarakteristiek, die is weergegeven, met de onderbroken lijnen D^-D^. In het bijzonder worden de onderbroken integrator-krommen volgens figuur 3 verschoven in de richting vanaf de kromme tot de kromme 5 wanneer de versterkingsfaktor van de variabele versterker 13 af neemt- De ondergrens en de bovengrens Rmax van de responsie echter, dat wil zeggen de ondergrens en de bovengrens van de versterkingsfaktor van de schakeling 10, die worden bepaald door de meekoppelbaan 15 en de tegen-10 koppelbaan 16, blijven konstant gedurende het genoemde verschuiven van de krommen naar. D^. Dit betekent dat de totale frequentieresponsie C van de ruisonderdrukkings-schakeling 10, tussen de kantelfrequenties f ^ en f2, wordt verschoven in de richting van de pij 1 B in figuur 3, zoals 15 is weergegeven met de getrokken krommen tot C^, corresponderend met resp. de : integrator-krommen' D^D^. Uit de vergelijkingen 4-7 zal duidelijk zijn, dat de verhouding fl/f2 van de kantelfrequenties, en daarmee de verhouding T2/T^ van de corresponderende tijdkonstanten konstant is, 20 ongeacht wijzigingen in de versterkingsfaktor G van de variabele versterker 13. Op deze wijze treedt een zogenaamd verschuivende-bandeffekt op, waarbij eén verschuiving optreedt in de kromme C in de richting van de 'f requentie-as , dat wil zeggen in de richting van de pijl B in figuur 3 25 in overeenstemming met de versterkingsfaktor G van de variabele versterker 13, waarbij eén konstante kantelfre-quentieverhouding f ^/f2 wordt gehandhaafd. Met andere woorden, variaties in de versterkingsfaktor G van de 'variabele ' versterker 13 beïnvloeden niet' de bovengrens R „„ en de 30 ondergrens Rmin van de responsie,' maar variëren slechts de plaats van de overgangsband tussen de kantelfrequenties fX en f2-

De niveau—expan-siekarakteristiek van de ruis-onderdrukkingsschakeling 10 'is weérgegeveri in de kromme 35 volgens figuur 4. Zoals in het bijzonder daaruit blijkt, zijn het referentie-ingangs- en uitgangsniveau elk op 0 dB gesteld, terwijl de niveau'-expaïrsiekarakteristiek van de variabele versterker 13 is weergegeven met de onder- 8104171 .... '"v.

-10- broken lijn EP. Naar mate het niveau van het ingangssignaal van de schakeling 10 'afneemt, neemt de versterkingsfaktor ^veneens G van de versterker IJyaf, totdat de ondergrens R^^ van de responsie is bereikt als gevolg van de aanwezigheid van 5 de meekoppelbaan 15/ zoals met de streep-stippellijn (1+fhP^) in figuur 4 is aangeduid. Wanneer daarentegen het niveau van het ingangssignaal van de ruisonderdrukkingsschakeling 10toeneemt/ neemt de versterkingsfaktor G van de versterker 13 toe, totdat de bovengrens R _ is bereikt als gevolg max 10 van de aanwezigheid van de tegehkóppelbaan 16, zoals in figuur 4 Is aangeduid met de streep-stippellijn ,1/F„.

kt

Aldus kan de totale ingangs/uitgangskarakteristiek van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 worden weergegeven door de, getrokken kromme -.dn figuur 4.

15 Het zal duidelijk zijn dat de onderhavige uit vinding duidelijke voordelen biedt ten opzichte van de genoemde bekende ruisondefdrukkingsschakelingen. In het bijzonder fluctuaties in de frequentieresponsies als gevolg van de toepassing van een element met variabele weer-20 stand, bijvoorbeeld een FET of een bipolaire junktie- transistor, zijn aanzienlijk verminderd door toepassing van de uitvinding,, zodat de mate van gelijkstroomverschuiving ook is afgenomen. Ook problemen tengevolge van lekstroom door een dergelijke FET of Bipolaire junktietransistor zijn 25 aanzienlijk verminderd door de gebruikmaking van een spanningsgestuurde versterker .volgens de 'uitvinding, welke versterker zeer' nauwkeurige en' beheersbare karakteristieken en een ruim gebied van variabele versterking vertoont.

Het behoeft geen betoog dat verschillende wijzi-30 gingen kunnen" worden aahgebracht met betrekking tot de aansluiting van de individuele elementen van de ruisonderdrukkingsschakeling volgens figuur 2 onder handhaving van de genoemde 'gewenste eigenschappen. Bijvoorbeeld de posities van de variabele versterker' 13' en de ’ Integrator . 14 in 35 de eerste signaalbaan kunnen' worden verwisseld, dat wil zeggen, het is slechts belangrijk dat de- integrator' 14 het' de variabele versterker 13 doorlopende signaal integreert. - ' Bovendien kan hét' signaal dat wordt toege- 8104171 'N..

-11- voerd aan de door het hoogdoorlaatfliter 19a en de bestu-ringsschakeling 19b gevormde besturingsbaan worden afgenomen van elk punt in de eerste signaalbaan. Bijvoorbeeld kan het hoogdoorlaatfilter 19a worden aangesloten aan de ingang 5" of de uitvinding van de variabele versterker 13 of kan zelfs zijn aangesloten voor ontvangst van een signaal, dat correspondeert met de som of het verschil tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal van de variabele versterker 13. Hoewel verder volgens de uitvinding een ' mee Jcoppelbaanis paral-10 lel geschakeld op de eerste signaalbaan ter verkrijging van een maximale versterking of onderste grens aan de verst erkingsfaktor van de schakeling wanneer het niveau van het ingangssignaal buitengewoon laag is, kan ditzelfde worden bereikt door een maximale versterkingsinstelling 15 in te stellen voor het besturingssignaal van de besturings-schakeling 19b of door de "· mee Jcoppelbaan 15 een laagdoor-laat-karakteristiek te, geven.

De ruisonderdrukkingsschakeling 10 is gebruikt als dakodeerschakeling ter verkrijging van niveau-expansie· 8104171 ___ * 0 · -12- van de informatiesignalen die bijvoorbeeld op een magneetband zijn geregistreert; een dergelijke schakeling kan evenwel ook worden toegepast als , ikodeer-schakeling met niveau-comPressie complementair met de corresponderende karakteristieken van de genoemde ruisonderdruk-5 kingsschakeling volgens figuur 1. Zoals in het bijzonder in figuur 5 is weergegeven, omvat een koderende ruisonder-drukkingsschakeling 20 een ruisonderdrukkingsschakeling 10, die is opgenomen in de negatieve-terugkoppelbaan van een operationele versterker 23. In dit geval is van de operatio-10 nele versterker 23 een niet-inverterende ingang gekoppeld met een ingangsaansluiting 21 voor ontvangst van een be registreren ingangs- ..signaal, en is een inverterende ingang gekoppeld met de 'uitgangsaansluiting 12 van de ruisonderdrukkingsschakeling 10. De uitgang van de versterker 23 15 is gekoppeld met de 'ingangsaansluiting 11 van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 en met een uitgangsaansluiting 22.

Aldus is de ruisonderdrukkingsschakeling 10 aangesloten als tegenkoppelschakeling vanaf de uitgang naar de inverterende ingang van de versterker 23, ëën en ander zoals boven be-20 schreven, ter' verkrijging van aan niveaucompressieDnderwor-pen informaties'ignalèn ter' plaatse van de uitgangsaansluiting 22. Aldus wordt het bijvoorbeeld van een microfoon of .ontvanger afkomstige .ingangs-informatiesignaal.via de ingangs- sluiting 21 toegevoerd, . -gekodeerd, eri vervolgens toegevoerd 25. aan de uitgangsaansluiting 22 < " voor registratie op een registratiemedium d.m.v. een registratietrans-ducent zoals een magnetische opneemkopyDe elementen en de aansluit tingeri van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 tussen de ingangsaansluiting 11 en de uitgangsaansluiting 12. daarvan zijn identiek^ aan die.volgens figuur 1.'eri de gedetaileerde beschrijving daarvan zal daarom kortheidshalve niet worden 30 herhaald. Tevens is ter wille van de kortheid de besturings- baan van de ruisonderdrukkingsschakeling 10 in figuur 5 niet weergegeven.

Tijdens bedrijf wordt de overdrachtsfunktie H van de ruisonderdrukkingsschakeling 10, dat wil zeggen 35 tijdens gebruik in dedekodeer~bedrijfstoes.tand, met H aangeduid en wordt gebruikt als versterkingsfaktor voor de tegerikoppeling voor de versterker 23. Indien de 'operi-lusversterking van de versterker 23 als A wordt aangeduid, is de a 1 ö 4 171 -13- ’ ^ totale versterking of overdr ach ts funk tie ü van de ruisonder-drukkingsschakeling 20: π - A (8) 1 + AH 5

Dit is natuurlijk de versterkingsfaktor van de versterker met tegenkoppeling. Indien nu de versterkingsfaktor A van de versterker 23 zeer groot is, dat wil zeggen dat het produkt AH voldoende groot is zodat AH^>1 is, is de ver-10 sterkingsfaktor of overdrachtskarakteristiek van de schakeling 20 ongeveer gelijk aan 1/H. Wanneer dan de schakeling 10 als tegenkoppelnetwerk is aangesloten aan de versterker 23, is de totale overdracht van de ruisonderdrukkingsschake-ling 20 omgekeerd of complementair ten opzichte van de de+.

15 kodeer-overdrachtskarakteristiek H. Het zal daarmee duidelijk zijn dat, wanneer de schakeling 10 wordt gebruikt met de versterker 23 in de kodeer-bedrijfstoestand, een aan niveau compressie onderworpen signaal wordt verkregen, met een ten opzichte van de ^oy^parjcaraktefistiek complemen-20 taire karakteris tiek .voor registratie op het registratiemedium.

i 8104171 _______ . . . . . ........

-13a- I Figuur 7 toont een andere uitvoeringsvoorbeeld j van een ruisonderdrukkingsschakel'ing 30 volgens de uitvin-! ding, waarbij de elementen 31-38 dezelfde 'ophouw en funktie ’vertonen als de elementen 11-18, die boven zijn beschreven 5 onder verwijzing naar de ruisonderdrukkingsschakeiing volgens figuur 1 en een gedetai- leerde beschrijving zal hier kortheidshalve achterwege worden gelaten. In het bijzonder wordt een weergegeven audio-10 signaal toegevoerd aan de opteilende ingang van een aftrek-schakelxng 3 8 via een' ingangsaansluiting 31.· • Het uitgangssignaal van de aftrekschake-ling 38 wordt via een eerste signaalbaan, bestaande uit een variabele versterker 33 en een integrator 3’4 dóorge-15 voerd aan een opteilende ingang van een opteller 3 ... Bovendien wordt het uitgangssignaal van de aftrekker 38 via een meekoppelbaan 3ë/ die identiek met de meekoppelbaan l5 volgens figuur 1 toegevoerd en wordt j Figuur 6 toont de frequentieresponsie van de 20 i

Iruisonderdrukkingsschakeiing 20. In het bijzonder zijn de jresponsiekrommen volgens figuur 6 verkregen met een twee signalen bestaand ingangssignaal, dat wil zeggen met een - » eerste referentiesignaal met de gewenste versterkingsfaktor èn een frequentie van bijvoorbeeld 400 Hz voor het instellen ; van de versterkingsfaktor van de variabele versterker 13 en | een daarop gesuperponeerd tweede signaal in de vorm van een ( -s * zwaaiend signaal, waarvan de frequentie varieert in het in figuur 6 getoonde- bereik. De diverse krommen zijn verkregen met waarden van de versterking G van de variabele versterker 30 13 van -50 dB tot 10 dB. Met deze waarden zijn de responsies *·, « • of overdrachtsfunkties van de meekoppelbaan 15 en de tegen-koppelbaan 16 op resp. -9,5 dB en 0 dB ingesteld. Het zal duidelijk zijn dat de.krommendie zijn verkregen met de , ruisonderdrukkingsschakeiing volgens figuur 5 eri zijn weer-35 gegeven in figuur 6 het genoemde verschuivende-bandeffekt vertonen, waardoor dezelfde voordelen zijn verkregen als ! bij de genoegde dekodeerschakeling volgens figuur 1.

810 4 171 "v -14- het uitgangssignaal van de meekoppelbaan 3 5 toegevoerd aan een andere optellende ingang van de opteller 3-7. Het uitgangssignaal van de opteller 3 7 wordt toegevoerd aan een Ï^tffingsaan^lui^inc^32 ^de ^isonderdrukkingsschakeling 5 Het uitgangssignaal van de laaqdoorlaatfilter 39 wordt via een tegenkoppelbaan 3 6, die identiek aan de tegenkoppelbaan 1 6 volgens figuur 1, aan een negatieve of aftrekkende ingang van de aftrekker 3 8 toegevoerd. De besturingsbaan vtoor de variabele versterker 33 is kortheidshalve uit de figuur 10 weggelaten, maar de aandacht wordt erop gevestigd dat die besturingsbaan identiek is aan die, welke in figuur 1 is weergegeven en bestaat uit het hoge doorlaatfilter 19a en de besturingsschakeling 19b.

Het laagdoorlaatfilter 39 werkt samen met de 15 integrator 34 voor het variëren van de frequentie-accen- tueringskarakteristiek van de schakeling ter vergroting van de helling van de frequentieresponsie, dat wil zeggen ter (laagfrequent£accentuering) verkrijging van een * desaccentueringskarakteristiekvaan de hoogfrequente zijde. Dit resulteert in een vergrote schei-20 ding van de signalen in een laagfrequente en middenfrequente gebied van de signalen in het hoogfrequente gebied, waardoor ruismodulatie wordt verminderd. Met ruismodulatie worden ruiscomponenten gevarieerd als funktie van ingangssignaal-nriueauvariaties. Zoals in figuur 8& met de getrokken lijn 25 is aangeduid, bezit de frequentieresponsie van het laagdoorlaatfilter 39 een afsnij- of kantelfrequentie f nabij hét hoogfrequente gebied van de audiosignalen en stijgt in de richting van het laagfrequente 'gebied met een helling van bijvoorbeeld 6 dB/oktaaf.

30 Figuur 8B toont de variabele frequentieresponsie

voor de schakeling volgens figuur 7, die gelijk is aan de karakteristiek volgens figuur 3 voor de schakeling in figuur 1. Evenals de krommen volgens figuur 3 zijn de krommen volgens figuur 8 verschoven in de richting van de 35 frequentie-as, dat wil zeggen in de richting van de pijl B

• daarop, in overeenstemming met variaties in de versterkings-faktor G van de variabele versterker 33. Dienovereenkomstig worden de frequentieresponsiekarakteristieken van het hoog- 8104171 _ .. . - - - I -15- doorlaatfliter 39 volgens figuur 8A en van de rest van de schakèling volgens figuur 30, zoals weergegeven met de getrokken krommen in figuur 8B, in de ruisonderdrukkings-schakeling 30 gecombineerd ter vergroting van de helling 5 van elk van de getrokken krommen in figuur 8B, zoals is weergegeven met de onderbroken krommen met een helling van bijvoorbeeld 12-IdB/oktaaf. De aandacht wordt er op gevestigd dat de resulterende krommeii volgens figuur 8B een dal vertonen als gevolg van de toegenomen faseverschuiving, die 10 wordt geïntroduceerd door het hoogdoorlaatfilter 39. Dit effekt kan worden onderdrukt door het gebruiken van een tweede af snij- of kantelfrequentie f' voor het laagdoor-laatfilter 39 aan het laagfrequente einde van het audio-gebied, 2oals figuur 8A met de streep-stippellijn is weer-15 gegeven. Door gebruikmaking van een laagdoor laatfilter 39 met twee kantelfrequenties van bijvoorbeeld 1 kHz en 3,16 kHz, waarbij de responsie van de tegenkoppelbaan 35 op 0 dB is ingesteld en de responsie van de meek'oppelbaan 35 is ingesteld op 9,5dB evenals bij de schakeling volgens 20 figuur 5, wordt de frequentieresponsie van de ruisonderdruk-kingsschakeling 30 als in figuur 9 weergegeven, wanneer de versterkingsfaktor G van de variabele versterker 33 wordt ingesteld op resp. 0,.20,..40 eri_80 dB. Uit de krommen volgens figuur 9 zal duidelijk zijn, dat stéile résponsiéhel-25 lingen worden verkregen, wannéér' de 'versterking G gelijk is aan.40 dB en„20 dB, waardoor onderdrukking van ruismodulatie is verkregen.

Figuur 10 toont een ander uitvoeringsvoorbéeld van een ruisonderdrukkingsschakeling 40 volgens de uitvin-30 ding, die kan worden gebruikt als dekodeerschakeling, waarbij de elementen 41-45 en 47-49 'qua opbóuw en funktie identiek zijn met de corresponderende elementen 31-35 en 37-39 in de schakeling volgens figuur 7. Kortheidshalve Oq zal daarom een beschrijving van de elementen hier achterwege a 35 worden gelaten. Voor de ruisonderdrukkingsschakeling 40 is in plaats van een liniair resistief element, zoals is gebruikt in de meek'oppelbaan 36 van de ruisonderdrukkings- schakeling 30, in de meek'oppelbaan 46, die is aangesloten tussen de uitgang van een laagdoorlaatfliter 49 en de negatieve of inverterende ingang van de aftrekker 48 gebruik gemaakt . 'X.

-16-

Ivan een laagdoorlaatfilter. Op deze wijze verkrijgen de aan Jde ruisonderdrukkingsschakeling toegevoerde signalen van '•hoog niveau een hoogdoorlaatkarakteristiek. Met andere 5 woorden: voor dergelijke zwakke signalen is dè varsterkings- eveneens faktor van de variabele versterker 43Y?elatief laag/ zodat het signaal, dat wordttegsigekoppeld via het laagdoorlaatfilter 46, weinig invloed uitoefent op het ingangssignaal waarvan .het is afgetrokken door de aftrekker 48. Wanneer ander-10 zijds de versterkingsfaktor van de variabele versterker 43 relatief hoog is voor sterke signalen, voert het laagdoorlaatfilter 46 een signaal van hoog niveau aan de opteller 48 toe, waarbij de laagfrequente componenten daarvan zijn geaccentueerd ten opzichte van de hoogfrequente componenten.

15 Aldus voert de -.aftrekkers een aan hoogfrequente accentuering. · signaal aan de variabele versterker 43 . Dit betekent dat het hoogfrequente gebied van het ingangssignaal van de ruisonderdrukkingsschakeling 40 verder is geexpandeerd voor ingangssignalen van hoog 20 niveau, zoals in figuur 11 weergegeven. Bijvoorbeeld is het laagdoorlaatfilter 46 van het type met een karakteristiek met twee kantelfrequenties, bijvoorbeeld 5 kHz in het laagfrequente gebied en 10 kHz in het hoogfrequente gebied. Evenals bij. de in het voorgaande besproken schake-25 lingen, werden de krommen volgens figuur 11 verkregen met instelling van de responsies van de meeköppelbaan 4 5 en de tegenkoppelbaan 4 6 op resp-9.,5dB en - 0 dB. Er wordt op gewezen dat bij de 'schakeling volgens figuur 10 volgens de

A

uitvinding als gevoig van de expansie van het' hoogfrequente 30 gebied voor hoge niveaus in het ingangssignaal, een toeneming in het lineaire werkingsgebied van de band optreedt en een verbetering kan worden bereikt in het maximale uitgangsniveau (MOL = maximum output level), dat wil zeggen voorafgaand aan verzadiging.

35 Figuur 12 toont een ander uitvoeringsvoorbeeld van een ruisonderdrukkingsschakeling 15 volgens de uitvinding, waarbij de elementen 51-59 qua structuur en opbouw identiek zijn met de elementen 31-39 van de ruis onderdruk- 8104171 -17- * , kingsschakeling 30 volgens figuur 7, reden waarom een ge- detaileerde beschrijving daarvan ' kortheidshalve zal worden weggelaten» Behalve deze elementen omvat de ruisonderdrukkingsschakeling 50 nog één meeikoppel-5 baan, die parallel is geschakeld met de meekoppelbaan 55 en bestaat uit een hoogdoorlaatfilter 61, waaraan het uitgangssignaal van de aftrekker 58 wordt toegevoerd, alsmede een antibegrenzingsschakeling 62, waaraan het uitgangssignaal van het hoogdoorlaatfilter 61 wordt toege-10 voerd en die op zijn beurt een uitgangssignaal toevoert aan een andere optellende of positieve ingang van de op- teller 57. . ” ·

Bovendien omvat de ruisonderdrukkingsschakeling 50 een bestu- ringsbaan, bestaande· uit een hoogdoorlaatfilter 69a waaraan 15 het uitgangssignaal van het hoogdoorlaatfilter 61 wordt toe-geyoerd en een besturingsschakeling 69b waaraan hét uitgangssignaal van een hoogdoorlaatfilter 69-a wordt toegevoerd, en die op zijn beurt eén besturingsspanning toevoert aan de variabele, versterker" 53 die," zoals boven besproken, is uitge-2Q voerd als spanningsgestuurde versterker. Het zal duidelijk zijn dat in dit uitvoeringsvoorbeeld de weeghewerking plaatsvindt door de "aanwezigheid van de "twee hoogdoorlaatfliters |61 en 69a.

Een voorbeeld van een antibegrenzingsschakeling 25 62 die in de schakeling volgens figuur 12 kan worden toege past is in figuur 13 weergegeven. In het bijzonder omvat de antibegrenzingsschakeling 62 volgens figuur 13 een weerstand 64 waaraan het uitgangssignaal van het hoge door-laatfilter 61 via een ingangsaansluiting 63 wordt toegevoerd, 30 ,-en twee onderling tegengesteld aan gesloten diodes 66 en 67, die onderling parallel zijn geschakeld en in serie zijn i aangesloten tussen de weerstand 64 en een uitgangsaanslui—"· ting 65 van de antibegrenzingsschakeling 62. Het uitgangs-! signaal van de antibegrenzingsschakeling 62 aan de uitgangs-CD 35 aansluiting 65 wordt toegevoerd aan de genoemde optellende _ ingang van de ooteller 57.

CZ3 ^ Wanneer bij de ruisonderdrukkingsschakeling 50 «a.. I" volgens figuur 12 het niveau van het Ingangssignaal plotse-| ling toeneemt, neemt de versterking van de versterker 53 Μ&Ιά [ _ » -28- ker 53 niet onmiddellijk de verandering in het niveau van het ingangssignaal volgt, treedt er een vertraging op, waardoor de golfyorm van het bewerkte signaal wordt ver-vorrad.

5 I indien bijvoorbeeld dë ruisonderdrukkingsschakeling 50 wordt j 'gebruikt in dè tegenkoppelkring van een versterker ter I verkrijging van een kodeerbewerking treedt, wanneer het ini · I gangssignaalniveau abrupt toeneemt, een corresponderende doorschietend gedeelte van de golfvormen op aan de uitgang 2Q van de versterker, waardoor verzadiging van de band optreedt. De tijd | waarin dit doorgieten terugvalt tot het gewenste niveau 5 wordt de stijgtijd genoemd. De antibegrenzingsschakeling | 62 doet derhalve dienst ter voorkoming van dit nadelige J effekt en wordt in werking gesteld, wanneer het niveau van -15 . !het ingangssignaal een vooraf bepaald niveau overschrijdt [ voor het compenseren van dit signaal.

i l | Aangezien tevens de genoemde verzadiging ‘van de magneetband het meest waarschijnlijk is voor hoge j frequenties van het ingangssignaal, is het hoogdoorlaat- 2Q I filter 61 aangebracht in de tweede meekoppeIbaan tussen i I de uitgang van de aftrekker 58 . en de ingang van de ‘ antibegrenzingsschakeling 62.

j' De<uitvinding beperkt zich niet de beschreven ! en getekende uitvoeringsvoorbeelden. Diverse wijzigingen ï 25 j in de onderdelen en hun onderlinge samenhang kunnen worden i aangebracht, zonder dat daardoor het kader van de uitvin- ding wordt overschreden.

8104171

Claims (14)

1. Ruisonderdrukkingsschakeling gekenmerkt door een eerste signaalbaan met een versterker met variabele versterking voor het versterken van een daaraan toegevoerd signaal met bestuurbare versterkingsfaktor en 5 een integrator . voor het integreren van tenminste een gedeelte van het door de variabele versterker gaande signaal; middelen voor het besturen van de versterkingsfaktor van de variabele versterker; 10 met de eerste signaalbaan verbonden, eerste middelen voor het opleggen van een ondergrens aan de versterkingsfaktor, waaraan een aan de schakeling toegevoerd signaal wordt onderworpen; en met de eerste signaalbaan verbonden tweede midde- 15 len voor het opleggen van een bovengrens aan de versterkingsfaktor, waaraan het aan de schakeling toegevoerde signaal wordt Onderworpen.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de integrator tenminste dat gedeelte van 20 het door de variabele versterker lopende signaal integreert, dat binnen een vooraf bepaald audiogebied ligt.

3. Schakeling yolgeris conclusie. 3., met het kenmerk., dat de eerste signaalbaan een uitgangssignaal levert in afhankelijkheid van een daaraan toegevoerd ingangssignaal, 25 waarbij de eerste middelen meeköppelmiddelen omvatten voor het positief voorwaarts koppelen van het ingangssignaal yoor combinatie met het uitgangssignaal voor vorming van een opgeteld signaal.

4. Schakeling volgens conclusie 3, met het 3Q kenmerk, .dat de meeköppelmiddelen een reststief element omvatten.

5. Schakeling volgens conclusie 3, gekenmerkt door een opteller voor het combineren van het ingangssignaal, dat aan meekoppeling is onderworpen dóór de jaee^ppelmiddelen, 35 en het uitgangssignaal van de eerste signaalbaan voor vorming van het opgetelde signaal. 810 4 171 ^' Sck-akelinST volgens conclusie 3 f met het -20- ^ ” > kenmerk, dat de tweede middelen tegenkoppelmiddelen omvatten voor het negatief terugkoppelen van het opgetelde signaal naar de ingang van de genoemde schakeling.

7. Schakeling volgens conclusie 6, gekenmerkt 5 door een aftrekker voor het aftrekken van het negatief teruggekoppelde signaal van het aan de schakeling toegevoerde signaal ter verkrijging van het aan de eerste signaalfaaan toe te voeren ingangssignaal.

8. Schakeling volgens conclusie 6, met het 10 kenmerk, dat de tegenkoppelmiddelen een resistièf ' element omvatten.

9. Schakeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de tegenkoppelmiddelen een laagdoorlaatfilter omvatten.

10. Schakeling volgens conclusie 6, gekenmerkt door een laagdoorlaatfilter voor toevoer van een uitgangssignaal aan de tegenkoppelmiddelen in afhankelijkheid van het opgetelde signaal.

11. Schakeling volgens conclusie 1, gekenmerkt 20 door antibegrenzingsmiddelen, die zijn parallel geschakeld met de eerste signaalbaan voor hét compenseren van het aan de schakeling toegevoerde signaal, wanneer het niveau van het signaal abrupt toeneemt.

12. Schakeling volgens conclusie 1, gekenmerkt 25 door een versterker met een inverterende ingang en een uitgang, waarbij de eerste signaalbaan, de eerste middelen, de tweede middelen en de besturingsmiddelen eerste dekodeer-middelen vormen, die als negatieve-terugkoppelschakeling yoor de versterker zijn aangesloten tussen de inverterende 30 ingang en de uitgang daarvan, waarbij de ruisonderdrukkings-schakeling in de kodeer-bedrijfstoestand werkzaam is.

13. Schakeling volgens conclusie JL, met het kenmerk, dat de versterker met variabele versterking en de integrator in serie zijn geschakeld, waarbij de middelen 35 voor besturing niveauwaarneemmiddelen omvatten yoor het besturen van de versterkingsfaktor van de yersterker met variabele versterking in afhankelijkheid yan het niveau van een van de eerste signaalbaan afkomstiq signaal- 8104171 *V.% -21- -* «r % m t* '

14. Schakeling volgens conclusie 13, mè.t het kenmerk, dat de versterker met variabele versterkingsfaktor een spanningsgestuurde versterker omvat, waarbij de niveau-waarneemmiddelen een versterkingsfaktorregelspanning afgeven 5 in afhankelijkheid van het spanningsniveau van een van de eerste signaalbaan afkomstig signaal en die versterkings-faktorregelspanning toevoeren aan de spanningsgestuurde versterker voor het besturen van de versterkingsfaktor daarvan. 10. 15. Schakeling volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de middelen voor besturing verder weégmiddelen omvatten voor het afleiden van een gewogen signaal uit de hoogfrequenté componenten van een van de eerste signaalbaan afkomstig signaal, waarbij de niveauwaarneemmiddelen het 15 genoemde yersterkingsfaktorbesturingssignaal uit het gewogen signaal afleiden.

16. Schakeling volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de. niveauwaarneemmiddelen zijn ingericht voor het doen toenemen van de versterkingsfaktor van de verster- 20- ker met variabele 'versterkingsfaktor voor toenemende niveaus yan het van de eerste signaalbaan afkomstige ‘signaal en voor het doen toenemen daarvan voor afnemende niveaus van het van de eerste signaalbaan afkomstige 'signaal. 8104 17!