NO157400B - Koplingsanordning for modifikasjon av dynamikkomraadet av et inngangssignal. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt koplings- eller kretsanordninger som endrer det dynamiske område av signaler, nemlig kompressorer som komprimerer det dynamiske område, og ekspandere som ekspanderer det dynamiske område. Oppfinnelsen er særlig nyttig for behandling av audio- eller lydsignaler, men er også anvendelig på andre signaler.

Kompressorer og ekspandere blir normalt benyttet sammen (kompandersystem) for å bevirke støyreduksjon. Signalet blir da komprimert før overføring eller innspilling og ekspandert etter mottagning eller avspilling fra overførings-kanalen. Kompressorer kan imidlertid benyttes alene for å redusere det dynamiske område, f.eks. for å passe til kapa-siteten av en overføringskanal, uten senere ekspansjon når det komprimerte signal er egnet for sluttformålet. Dessuten blir kompressorer alene benyttet i visse produkter, særlig audioprodukter som er ment bare å overføre eller innspille komprimerte radioprogrammer eller forinnspilte signaler. Ekspandere alene blir benyttet i visse produkter, særlig audioprodukter som er ment bare å motta eller avspille allerede komprimerte radioprogrammer eller forinnspilte signaler.

I visse produkter, særlig lydinnspillings- og lydavspillings-produkter, blir en eneste anordning ofte utformet for drift i omkoplingsbar modus, som kompressor for å innspille signaler og som ekspander for å avspille komprimerte radioprogrammer eller forinnspilte signaler.

Graden av kompresjon eller ekspansjon kan uttrykkes

i decibel (dB). For eksempel betyr en kompresjon på 10 dB at et inngangs-dynamikkområde på N dB er komprimert til et ut-gangsområde på (N-10) dB. I et støyreduksjonssystem sies en kompresjon på 10 dB etterfulgt av en komplementær ekspansjon på 10 dB å tilveiebringe en støyreduksjon på 10 dB.

Oppfinnelsen angår særlig en koplingsanordning for modifikasjon av det dynamiske område av et inngangssignal og som omfatter en første krets med en bilineær karakteristikk (hvor "lineær" i denne sammenheng betegner konstant forsterkning) som er sammensatt av

1) en lineær lavnivå-del opp til en terskel,

2) en ikke-lineær (varierende forsterkning)

mellomnivådel, over terskelen og opp til et avslutningspunkt som tilveiebringer et forutbestemt, maksimalt kompresjonsforhold eller ekspansjonsforhold, og

3) en lineær høynivå-del med en forsterkning som

er forskjellig fra lavnivådelens forsterkning.

Karakteristikken betegnes som en bilineær karakteristikk fordi det er to deler med i hovedsaken konstant forsterkning.

I praksis er terskelen og avslutningspunktet ikke alltid veldefinerte "punkter". De to overgangsområder hvor mellomnivådelen går over i de lineære lavnivå- og høynivå-deler, kan begge variere i form fra en jevn kurve til en skarp kurve, avhengig av kompressorens og ekspanderens styre-karakteristikker.

Det skal også påpekes at koplings- eller kretsanordninger med bilineære karakteristikker skjelnes fra to andre kjente kretsanordningsklasser, nemlig; (a) En logaritmisk eller ikke-lineær kretsanordning med enten fast eller varierende helling og uten noen lineær del, dvs. forsterkningen endres over hele det dynamiske område. (b) Kretsanordninger med en karakteristikk som har to eller flere deler av hvilke bare én del er lineær ("uni-lineær"). f

En kretsanordning med en bilineær karakteristikk har spesielle fordeler og blir benyttet i stor utstrekning. Terskelen kan innstilles over inngangsstøynivået eller over-føringskanalens støynivå for å utelukke muligheten for at kretsen styres av støy. Høynivådelen med i hovedsaken konstant forsterkning unngår ikke-lineær behandling av høynivå-signaler som ellers ville innføre forvrengning. Når det dreier seg om et audiosignal, for hvilket kretsen må være stavelsesdannende eller syllabisk (engelsk: syllabic), tilveiebringer videre høynivådelen et område i hvilket man kan behandle de oversvingninger som opptrer med en syllabisk krets når signalnivået øker plutselig. Oversvingningene undertrykkes ved hjelp av klippende dioder eller liknende midler. Bare bilineære karakteristikker er i stand til å tilveiebringe denne kombinasjon av fordeler.

Storparten av de kjente kretser med bilineær karakteristikk som for tiden er i bruk i konsument-audio-produkter, tilveiebringer 10 dB kompresjon og ekspansjon som er tilstrekkelig for mange formål. Dette etterlater imidlertid en viss støy som er hørbar for noen lyttere, og for best mulig gjengivelsesnøyaktighet er mer kompresjon og ekspansjon øns-ke.lig, f.eks. 20 dB. Det er vanskelig å tilveiebringe en så stor grad av kompresjon eller ekspansjon uten å støte på problemer som innvirker på signalets karakter.

Det er kjent og kommersielt tilgjengelig kretser som tilveiebringer en kompresjon eller ekspansjon på 20 dB, og også mer, men disse er vanligvis logaritmiske kretsanordninger med konstant helling i hvilke det er en konstant varierende forsterkning over hele det dynamiske område eller nesten hele det dynamiske område. Sådanne kretser lider av høyere forvrengning og større signaltilpasningsproblemer ved meget lave og meget høye signalnivåer enn de bilineære kretser i hvilke forsterkningsendringen er begrenset til en mel-lomdel av karakteristikken, og oversvingproblemer er mer alvorlige enn med kretsanordninger med bilineær karakteristikk. Kjente konstanthellingskompandere benytter kompresjonsforhold i området 1,5:2, 2:1 og 3:1, men 2:1 er mest vanlig.

Kompresjonsforholdet er definert som forholdet mel-., lom det inkrementale inngangsdynamikkområde og det inkrementale utgangsdynamikkområde. Ekspansjonsforholdet for en komplementær ekspander er det inverse av kompresjonsforholdet. Dersom kompresjonsforholdet er 3:1, er ekspansjonsforholdet 1:3. Det er bekvemt å benytte begrepet med det inverse ekspansjonsforhold som for det nettopp gitte eksempel er 3:1, dvs. det svarer til kompresjonsforholdet. For enkelhets skyld vil den foreliggende beskrivelse stort sett være begrenset til kompresjonsforholdet, med den forutsetning at de samme betraktninger gjelder for ekspansjonsforholdet når passende endringer gjøres.

Et høyt kompresjonsforhold har en ulempe ved at det er vanskelig å sikre komplementaritet mellom kompressoren og ekspanderen. Spesielt fører nivåfeil eller feil i overførings- eller innspillingsmediets frekvensrespons til tilsvarende økede feil på ekspanderens utgang.

Det er kjent (f.eks. US-PS 2 558 002, US-PS

4 061 874 og japansk patentpublikasjon 51-20124) å øke graden av tilgjengelig kompresjon ved å kople et antall kompressortrinn i kaskade. Disse kjente kretser (styrte impedansan-, ordninger, dioder, etc.) multipliserer kompresjonsforholdene •for de individuelle trinn slik at det resulterer i et høyt kompresjonsforhold, med den foran beskrevne ulempe. For eksempel vil én krets med et kompresjonsforhold på 2:1 og en ytterligere krets med et kompresjonsforhold på 3:1 gi et totalt forhold på 6:1. Det resulterende ekspansjonsforhold på 1:6 ville legge en tung byrde på overføringskanalens ens-artethet. En annen faktor er de krav som stilles til hvilken som helst krets som forårsaker den forsterkningsendring som er nødvendig for å tilveiebringe kompressor-ieller ekspander-karakteristikken. Det er forholdsvis lett å bringe en krets til å bevirke nøyaktige forsterkningsendringer over et område på 10 dB, men vesentlig vanskeligere å bringe den samme krets til å bevirke nøyaktige forsterkningsendringer over et område på 2 0 dB. Det er således vanskelig å tilveiebringe en styrt, reproduserbar karakteristikk for benyttelse i et kompandersystem. Den japanske patentpublikasjon 51-20124 konkluderer med at et antall serie-kompressorer (og ekspandere) ikke er egnet som et støyreduksjonssystem for gjengivelsessystemer med høy naturtrohet (high fidelity).

Det er også kjent (US-PS 3 902 131 og US-PS

3 930 208) å kaskadekople et antall kompressortrinn som arbeider i gjensidig utelukkende frekvensområder. Selv om slike arrangementer muligens ikke resulterer i noen økning i kom-pres jonsforhold utover kompresjonsforholdet for et enkeltstående trinn, tilveiebringer de ikke noen økning i kompresjon.

Fra US-PS 3 969 680 er det kjent et automatisk dynamikk-kompandersystem med en kompresjonskrets hvis nytte-signalbane omfatter en første og en andre spenningsstyrt forsterker, slik at forskjellige karakteristikker kan tilveiebringes ved å velge en klemme på utgangen av henholdsvis den første og den andre forsterker som utgang. Den kjente anordning inneholder således to spenningsstyrte forsterkere i serie, men anordningen er forøvrig ikke relevant overfor anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, da den ikke benytter kretser san har bilineære karakteristikker.

Fra DE-OS 2 038 973 er det kjent en kompanderkop-ling i hvilken det henholdsvis i en kompressor og en ekspander er anordnet en summasjonsforsterker til hvilken det analoge signal tilføres både på en lineær bane, direkte i kompressoren og invertert i ekspanderen, og også via minst ett par som er dannet av en inverterende amplitudehøypasskrets og en inverterende amplitudelavpasskrets og har lik absolutt grenseamplitude. Kretsanordningen omfatter motstander som bestemmer tersklene for diodebegrenser- og omformeranordninger. Tersklene for flere av de nevnte par er fortrinnsvis innbyrdes adskilt for å tilveiebringe en logaritmisk karakteristikk.

Den ønskede karakteristikk oppnås ved benyttelse av en kombinasjon av kretser i parallell. Kretsanordningen benytter imidlertid ikke bilineære kretser for å oppnå større kompresjon eller ekspansjon uten økning av kompresjons- eller ekspansjonsforholdene.

I lys av de foregående betraktninger er formålet

med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en øket grad av kompresjon eller ekspansjon uten noen uønsket stor økning i kompresjonsforholdet og uten å stille for store krav til noen krets som er innblandet i utførelse av en forsterkningsendring.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en øket grad av audiokompresjon eller -ekspansjon uten å frembringe en uønsket stor økning i de oversving som frembringes under trasiente signaltilstander.

En omhyggelig undersøkelse av bilineære kretser viser at de ikke bare har de foran oppregnede fordeler, men også en ytterligere fordel, nemlig en måte for løsning av problemet med høyt kompresjonsforhold og, når det dreier seg om audiokretser, også en måte for løsning av problemet med store oversving.

Man bør merke seg at overlagringen av de lineære områder ikke forsterker kompresjonsforholdet i disse områder. Kompresjonsforholdet økes bare i det begrensede område i hvilket dynamisk virkning finner sted. Man har derfor funnet det mulig å adskille områdene med dynamisk virkning på en slik måte at man oppnår den nødvendige, totale økning i kompresjon, samtidig som man ikke endrer det totale, maksimale kompresjons- eller ekspansjonsforhold i vesentlig grad.

Et ytterligere særtrekk ved dette arrangement er at det totale resultat er bilineært med alle de medfølgende fordeler. Den virkningsforskyvende mulighet med bilineære anordninger representerer således en ytterligere, hittil ikke-erkjent fordel ved denne klasse av anordning.

De foran angitte formål oppnås med en koplingsanordning for modifikasjon av dynamikkområdet av et inngangssignal, hvilken anordning omfatter en første krets med en bi-lineær karakteristikk som består av en lavnivådel med i hovedsaken konstant forsterkning opp til et terskelnivå, en mellomnivådel, over terskelen, med varierende forsterkning som tilveiebringer et kompresjonsforhold eller ekspansjonsforhold som varierer mellom én ved endene av mellomnivådelen og en maksimalverdi mellom disse ender, og en høynivådel med i hovedsaken konstant forsterkning som er forskjellig fra lavnivådelens forsterkning, idet det foran den første krets, når det dreier seg om en kompressor for kringkastingssendere, om ønsket kan være anordnet en bredbåndskompressor eller bredbåndsbegrenser, og koplingsanordningen er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at den første krets er etterfulgt av minst én andre krets som også har en bilineær karakteristikk innenfor et frekvensområde som er felles for kretsene, idet mellomnivådelene av kretsenes karakteristikker innenfor et frekvensområde som er felles for kretsene, er innbyrdes for-skjøvet på en slik måte at det oppnås en forsterkningsendring over et større område av mellom-inngangsnivåer enn for noen av kretsene individuelt, og en øket forskjell mellom forsterkningene ved lave og høye inngangsnivåer, men med et totalt, maksimale kompresjons- eller ekspansjonsforhold som i kraft av forskyvningen i hovedsaken ikke er større enn forholdet for en eneste krets, og en total karakteristikk som også er bilineær.

Når det dreier seg om audiokretser, dersom kretsene har oversvingundertrykkende (begrensende) elementer,

er det også mulig å forskyve kretsenes terskler sammen med forskyvningen av de syllabiske terskler. Oversvingene av lavnivå-kretsene, eller trinnene, reduseres tilsvarende, med minimalt, totalt oversving av de mange trinn. Dette står i motsetning til konvensjonelle, logaritmiske kompressorer i hvilke store oversving frembringes ifølge sakens natur.

Hver av kretsene kan innføre en forandring av signalets spektralinnhold, for eksempel en lavnivå-diskanthev-ning når det dreier seg om en kompressor. Hvert fortløpende trinn kan således påvirkes av et signal med gradvis varierende spektralinnhold. Når det dreier seg om komplekse signaler, har dette fordelen med spektral utbredelse av sjan-sene for feil i dekodingsfunksjonen..Når det dreier seg om en båndopptaker med en ujevn frekvensresponskarakteristikk for eksempel, reduserer spektralforskyvningstendensen den totale dynamikk og frekvensresponsfeilene i det dekodede resultat.

Den grad av forskyvning som er nødvendig, skal

nå tas opp til overveielse. For enkelhets skyld refereres det til en seriekopling av to kompressorkretser. Kompresjonsforholdet for hver av de første og andre kretser vil stige fra én ved den respektive terskel til et maksimum, og dette vil bli kalt kompresjonsforholdets stigeflanke. Forholdet vil deretter falle tilbake til én, og dette vil bli kalt fallflanken. Strengt tatt kan fallflanken nærme seg én asymptotisk, men for alle praktiske formål kan den anses å ha nådd én når den befinner seg på en eller annen verdi som er forskjellig fra ~ én bare med et vilkårlig lite beløp.

Forskyvningen av mellomnivådelene av de første og andre kretser resulterer i at fallflanken for den ene krets overlapper stigeflanken for den andre krets. I det minste som en første approksimasjon kan forskjellen mellom de to terskler gjøres slik at overlappingen av flankene resulterer i et totalt kompresjonsforhold som ikke i vesentlig grad overskrider det maksimale kompresjonsforhold for den ene eller den andre krets i seg selv.

Terskelen for den andre krets er fortrinnsvis lavere enn terskelen for den første krets (dersom mer enn

to kretser benyttes, har hver ytterligere krets fortrinnsvis en gradvis lavere terskel) når det dreier seg om en kompressor, og omvendt når det dreier seg om en ekspander. I prinsipp kan rekkefølgen reverseres, slik at den første kompres-sorkrets har den laveste terskel. Når det dreier seg om

mer enn to kretser, kan rekkefølgen av terskelnivåer blant disse i prinsipp omkastes og anordnes i hvilken som helst rekkefølge så lenge kretsenes mellomnivådeler er riktig for-skjøvet .

Den ideelle forskyvning anses således for å være den som forårsaker at fallflanken for den ene krets overlapper stigeflanken- for den andre krets for å begrense, så langt som mulig, det nivåområde i hvilket dynamisk virkning opptrer i den totale, seriekoplede anordning, samtidig som man unngår en vesentlig økning i det maksimale kompres-sjons- eller ekspansjonsforhold utover det maksimale kompresjons- eller ekspansjonsforhold for en enkeltstående anordning. Dersom da for eksempel det maksimale kompresjonsforhold for hver krets er 2:1, vil kompresjonsforholdet for det totale kretsarrangement stige til 2:1, opprettholde denne verdi over overlappingen og deretter falle tilbake til én. Ideelt sett er det således i det hele tatt ingen økning over forholdet på 2:1, i motsetning til de tidligere kjente arrangementer med kaskadekoplede kompressortrinn som multipliserer forholdene til 4:1.

I praksis kan det være vanskelig å oppnå en optimal overlapping ved alle frekvenser, men det kan innses at det totale, maksimale kompresjonsforhold, forutsatt at det gjøres en rimelig tilnærmelse til det ideelle, kan hindres fra å stige overdrevent over 2:1 i det gitte eksempel. I et praktisk kretsarrangement kan det muligens stige til 2,5:1.

Et lavt, maksimalt kompresjonsforhold (f.eks. 1,5:1) tillater en ekspander å følge kompressoren mer lettvint for å tilveiebringe god komplementaritet med signalkanaler som har noe upålitelige forsterkninger og/eller frekvensresponser.

Et lavt kompresjonsforhold sprer imidlertid den dynamiske virkning over et større område av nivåer, hvilket forårsaker større følsomhet for støymodulasjon for en gitt maksimal grad av støyreduksjonsforhold ved forsterkning ved lave og høye inngangsnivåer. Det er således et kompromiss mellom uønskede virkninger forårsaket både av høye og lave kompresjonsforhold. Det ideelle kompresjonsforhold vil følgelig avhenge av system-miljøet og systemkonstruksjonsmålene.

Evnen til å forskyve bilineære trinn utstyrer konstruktøren med en ytterligere måte på hvilken en total krets kan optimaliseres. Når dette gjøres, kan formene på kompresjonskarakteristikkene for individuelle trinn utformes med forskyvning spesielt i tankene. Det tas også hensyn til kretsenes transientkarakteristikker, og man benytter fortrinnsvis anledningen til å forskyve oversving-under-trykkelsesterskléne i audiokompressorer og -ekspandere slik at det resulterer i minimalt total-oversving.

En velkjent type krets som kalles "glidebånd"-krets, ("sliding band") og som kan benyttes for hver av de første og andre kretser, frembringer den spesielle, ønske-lige karakteristikk for tilfellet med høyfrekvens-audiokompresjon eller -ekspansjon ved anvendelse av høyfrekvens-hevning (for kompresjon) eller høyfrekvenssenkning (for ekspansjon) ved hjelp av et høypassfilter med en variabel, nedre hjørnefrekvens. Etter hvert som signalnivået i høy-frekvensbåndet øker, glir filterets hjørnefrekvens oppover slik at det hevede eller senkede bånd innsnevres og det nyttige signal utelukkes fra hevningen (boost) eller senkningen (cut). Eksempler på sådanne kretser finnes i US-PS

Re 28 426, US-PS 3 757 254, US-PS 4 072 914, US-PS 3 934 190

og japansk patentsøknad nr. 55529/71.

Hver av de første og andre kretser kan følgelig være en sådan "glidebånd"-krets. I prinsipp kan de ubeve-gelige hjørnefrekvenser for de to glidebåndkretser være forskjellige, og dette kan benyttes til å tilveiebringe en grad av kompresjon eller ekspansjon som er høyere i én del av det behandlede frekvensbånd enn i en annen. I overensstemmelse med en viktig videreutvikling av oppfinnelsen gjøres imidlertid hjørnefrekvensene i hovedsaken identiske. Dette fører til fordelen med skarpere sondring eller skjelning mellom det frekvensområde hvor hevning eller senkning anvendes og det område hvor det ikke anvendes, og følgelig en skarpere skjelning mellom det område hvor støy-reduksjon ikke lenger finner sted, på grunn av tilsynekoms-ten av et betydelig, nyttig signal, og det område hvor støy-reduksjon forblir effektiv.

På den annen side er det også godt kjent kretser

i hvilke frekvensspektret er oppdelt i et antall bånd ved hjelp av tilsvarende båndpassfiltre, og kompresjonen eller ekspansjonen utføres i hvert bånd ved hjelp av en forsterk-ningsstyreanordning (enten en automatisk reagerende begrens-ningsanordning av diodetype eller en styrt begrensningsan-ordning) når det dreier seg om en kompressor, med én eller annen form for resiprok eller komplementær krets som ekspander. Eksempler på sådanne kretser finnes i US-PS 3 846 719. Disse splittbånd- eller multibånd-kretser har fordelen med uavhengig virkning i de forskjellige frekvensbånd, og dersom denne egenskap kreves, kan sådanne kretser benyttes som de første, andre eller ytterligere trinn i kretsanordningen ifølge oppfinnelsen.

I prinsipp kan den ene av de første og andre kretser være en multibåndkrets og den andre kan være en glide-båndkrets. Dette vil være av interesse i en spesiell situasjon i hvilken man for eksempel ønsker å øke graden av kompresjon eller ekspansjon i én del av det totale frekvensbånd, idet glidebåndkretsen og én eller flere av de bånd-splittende kanaler virker over denne del av frekvensbåndet.

Det er kjent å konstruere bilineære kompressorer og ekspandere av både glidebånd- og splittbånd-typen, ved bruk av bare en eneste signalbane. Imidlertid foretrekkes det vanligvis å konstruere sådanne anordninger ved tilveie-bringelse av en hovedsignalkrets som er lineær med hensyn til dynamisk område, med en kombinasjonskrets i hovedkretsen, og en ytterligere krets som avleder et inngangssignal fra inngangen til eller utgangen fra den ytterligere krets og har sin utgang koplet til kombinasjonskretsen. Den ytterligere krets omfatter en begrenser (selv-virkende eller styrt), og det begrensede signal, fra den ytterligere krets forsterker (boosts) hovedkretssignalet i kombinasjonskretsen i tilfelle av kompresjon, men motvirker (bucks) hovedkretssignalet i tilfelle av ekspansjon. Den ytterligere banes begrensede signal er mindre enn hovedbanens signal i den øvre del av inngangsdynamikkområdet. Hovedkretsen og den ytterligere krets er fortrinnsvis og mest bekvemt separat identifiser-bare signalbaner.

Sådanne kjente kompressorer og ekspandere er særlig fordelaktige da de muliggjør at den ønskede type av over-føringskarakteristikk kan etableres på nøayktig måte uten problemer med høynivåforvrengning. Lavnivådelen med i hovedsaken konstant forsterkning etableres ved å gi den ytterligere bane en terskel over støynivået. Under denne terskel er den ytterligere bane lineær. Mellomnivådelen dannes av det område over hvilket den ytterligere banes begrensningsvirk-ning blir delvis effektiv, og høynivådelen med i hovedsaken konstant forsterkning oppstår etter at begrenseren er blitt helt effektiv, slik at den ytterligere banes signal fort-setter å øke og blir neglisjerbart sammenliknet med hovedbanesignalet. I den høyeste del av inngangsdynamikkområdet er kretsanordningens utgangssignal effektivt sett bare det signal som overføres av den lineære hovedbane, dvs. lineær med hensyn til dynamisk område. I dobbeltbane-audiokretser er tilveiebringelsen av oversving-undertrykkelse særlig bekvem.

En iboende fordel med seriekoplede trinn som har innbyrdes forskjøvne, syllabiske (stasjonære) terskler i motsetning til et eneste trinn som har den samme lavnivåforsterkning eller maksimale kompresjonsvirkning, er at det oversving som frembringes av de innbyrdes forskjøvne serietrinn, med den samme oversvingundertrykkelsesterskel i hvert av de forskjøvne serietrinn og i det eneste trinn, er vesentlig mindre enn det som frembringes av det eneste trinn.

I arrangementet med de innbyrdes forskjøvne serietrinn er forsterkningen spredt blant de mange trinn, og således må hvert trinn tilveiebringe mindre forsterkning enn det enkeltstående trinn tilveiebringer. Følgelig er det oversving som frembringes av det første trinn i serietrinn-arrangementet, nødvendigvis mindre enn det som frembringes av det enkeltstående trinn, og hvert trinn i seriearrange-mentet må tilveiebringe mye mindre kompresjon enn det enkeltstående trinn. Det maksimale oversving-utgangssignal fra hvilket som helst trinn, enten det er ett av serietrinnene eller det enkeltstående trinn, er i hovedsaken uavhengig av inngangssignalnivået (den ikke-lineære oversvingundertrykkel-sesmekanisme begrenser det maksimale oversving som er mulig).

Arrangementet av innbyrdes forskjøvne serietrinn har også mindre oversving enn det enkeltstående trinn på grunn av at det første trinn i det forskjøvne serietrinn-arrangement, som må ta seg av den største endring i signalnivå, frembringer det største oversving i serietrinnene. Det eller de etterfølgende trinn må behandle et signal som allerede er blitt utsatt for oversvingundertrykkelsesmekanismen i det foregående trinn. Dessuten, til forskjell fra stasjonære signaler som er utsatt for den normale forsterknings-sammensettende virkning av de forskjøvne serietrinn, er høy-nivåoversving i hovedsaken uavhengige av inngangssignalnivået og adderes lineært blant serietrinnene. Oversvingvirkningen sammensettes ikke når seriekoplede trinn benyttes. Det totale oversving fra den forskjøvne seriekopling av trinn er således vesentlig mindre enn den som frembringes av et eneste trinn.

En ytterligere forbedring ved oversvingundertryk-kelse tilveiebringes ved forskyvning av oversvingundertryk-kelses-terskelnivåene i de seriekoplede trinn. Virkningen er å redusere ytterligere oversvingbidraget fra trinnet eller trinnene etter det første trinn, slik at det totale oversving i det forskjøvne seriearrangement reduseres enda mer.

Enda en ytterligere forbedring ved oversvingunder-trykkelse tilveiebringes ved å utforme de innbyrdes forskjøvne trinn som dobbeltbanetrinn. Oversvingfordelen i en dobbelt-banekompressor forbedres når sidebane- eller sidekjedebidraget reduseres i forhold til hovedbanebidraget. Oppsplitting av virkningen i flere trinn oppnår dette.

Eksempler på kjente dobbeltbanekretser finnes i US-PS 3 846 719, US-PS 3 903 485 og US-PS Re 28 426. Det er også kjent analoge kretser som oppnår de samme resultater, men hvor den ytterligere bane har egenskaper som er inverse i forhold til begrenseregenskaper, og den ytterligere banes utgangssignal motvirker hovedbanens signal for kompresjon og forsterker hovedbanens signal for ekspansjon (US-PS 3 828 280 og US-PS 3 875 537).

Hvilke som helst av disse kjente, bilineære kretser kan følgelig benyttes som de første og andre kretser i kretsanordningen ifølge oppfinnelsen for å oppnå de fordeler som er en naturlig del av denne, og også for å tilveiebringe en god måte for å etablere den ønskede grad av forskyvning. Dette gjøres ved å innstille tersklene og. de dynamiske områder for de to ytterligere baner på riktig måte.

Slik som foran nevnt, er det ikke vesentlig å danne den ønskede form for bilineær karakteristikk ved hjelp av sådanne "dobbeltbane"-teknikker. Det eksisterer alterna-tiver som arbeider med enkeltbaner, slik som beskrevet i f.eks. US-PS 3 757 254, US-PS 3 967 219, US-PS 4 072 914, US-PS 3 909 733 og japansk patentsøknad nr. 55529/71. Selv om disse alternative kretser vanligvis ikke er i stand til å frembringe så gode resultater som dobbeltbanekretser,

eller kan være mindre bekvemme og dermed mindre økonomiske, kan de frembringe i det vesentlige ekvivalente resultater. Følgelig kan disse kjente kretser også benyttes som én eller flere av kretsene i en koplingsanordning ifølge oppfinnelsen. Dersom det ønskes, kan den ene av de første og andre kretser være en dobbeltbanekrets og den andre en enkeltbanekrets.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et eksempel på et kurvesett som viser komplementære, bilineære kompresjons- og ekspansjons-karakteristikker, fig. 2 er et blokkskjema som viser oppfinnelsen i generelle vendinger, fig. 3 viser et eksempel på en grafisk fremstilling av områdene med dynamisk virkning og hvordan disse kan adskilles i seriekoplede kompressorer eller ekspandere, fig. 4 viser en ytterligere forenklet form for fig. 3, fig. 5 viser en rekke idealiserte, bilineære karakteristikk-kurver som illustrerer en generell teknikk for forskyvning av tersklene til seriekretser, fig. 6 viser et koplingsskjerna av en tidligere kjent glidebåndkompressor, fig. 7 viser et koplingsskjerna av en tidligere kjent glide-båndekspander, fig. 8 viser et koplingsskjerna av en modifikasjon av fig. 6 og 7, fig. 9 er en kurveregistrering som viser responsen under kompresjonsterskelen for to seriekom-pressorer og -ekspandere ifølge en utførelse av oppfinnelsen, fig. 10 er en kurveregistrering som viser responsen under kompresjonsterskelen for en tidligere kjent kompressor og ekspander ifølge fig. 6, 7 og 8, fig. 11 viser en kurveregistrering av inngangs-utgangs-responsen som funksjon av frekvensen for en kompressor som har serieanordninger ifølge en utførelse av oppfinnelsen, fig. 12 viser en kurveregistrering av inngangs-utgangs-responsen som funksjon av frekvensen for en tidligere kjent kompressor som har en eneste anordning, fig. 13 - 15 viser en rekke probetonekuryer som illustrerer glidebåndvirkningen av en utførelse av oppfinnelsen og av kretsen på fig. 6 og 8, fig. 16 viser karakteristiske kurver under kompresjonsterskelen for en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, fig. 17 viser karakteristiske kurver av liknende art som kurvene på fig. 11, men for en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, og fig. 18 viser karakteristiske kurver av liknende art som kurvene på fig. 11 og 17, men viser overdreven bunting (bunching).

Eksempler på bilineære, komplementære kompresjons-og ekspansjons-overføringskarakteristikker (ved en spesiell frekvens) er vist på fig. 1 som (for kompresjonskarakteri-stikken) viser lavnivådelen med i hovedsaken konstant forsterkning, terskelen, den del hvor dynamisk virkning opptrer, avslutningspunktet, og høynivådelen med i hovedsaken konstant forsterkning.

Fig. 2 viser den foreliggende oppfinnelse i generelle vendinger: En første bilineær kompressor 2 mottar inngangsinformasjonen og tilfører sitt utgangssignal til en seriekoplet, andre bilineær kompressor 4 hvis utgangssignal tilføres til en støybelastet, informasjonsoverførende kanal N. To seriekoplede, bilineære ekspandere 6 og 8 mottar inngangssignalet fra kanalen N ved ekspanderen 6 og tilveiebringer en støyreduksjonssystem-utgang på utgangen av ekspanderen 8. Områdene med dynamisk virkning for serieanord-ningene er adskilt eller forskjøvet i forhold til hverandre innenfor det frekvensområde som er felles for anordningene. Selv om figuren viser to anordninger på hver side av infor-masjonskanalen N, kan to eller flere benyttes, og oppfinnelsen regner med to eller flere seriekoplede, bilineære kompressorer eller ekspandere. Ved utforming som et komplementært støyreduksjonssystem tilveiebringes like antall av seriekoplede, bilineære kompressorer og ekspandere.

Rekkefølgen av trinn som har spesielle karakteristikker i kompressoren, reverseres i ekspanderen. For eksempel er det siste trinn i ekspanderen komplementært til det første trinn i kompressoren i alle henseender, både med hensyn til stasjonær (steady state) og tidsavhengig, dynamisk respons (frekvens-, fase- og transientrespons under alle signalnivå- og dynamikk-tilstander).

Et eksempel på en grafisk fremstilling av separa-sjonen eller forskyvningen for to bilineære anordninger er vist på fig. 3 som viser kompresjonsforhold som funksjon av inngangsamplitudenivå (horisontal akse) for en kompressor eller ekspander som arbeider på en spesiell frekvens. For klarhetens skyld er kurvene vist i idealisert form. Som en praktisk sak er kurvene noe asymmetriske i praktiske utfø-relser av søkerens støyreduksjonssystemer av type A og type B (US-PS 3 846 719 hhv. US-PS Re 28 426). Kurve 12 refererer seg til den dynamiske virkning av én kompressor eller ekspander (høynivåtrinnet). Kurve 10 gjelder for en ytterligere kompressor eller ekspander (lavnivåtrinnet) med et adskilt område med dynamisk virkning. Dersom høynivåtrinnet er først i rekken av kompressorer (det andre i rekken av ekspandere), representerer kurve 12 variasjonene i kompresjonsforhold for det første (kompressor-) trinn som en funksjon av inngangsnivået til det første trinn, og kurve 10 representerer variasjonen av kompresjonsforholdet for det andre (kompressor-) trinn som en funksjon av inngangsnivået til det første trinn. De øvre kurver gjelder for kompressorer og de nedre kurver for ekspandere. I dette eksempel er områdene med virkning som reaksjon på inngangsamplitudenivå adskilt, slik at produktet av de to kurver resulterer i en total karakteristikk med et kompresjonsforhold eller ekspansjonsforhold som ikke overstiger 2:1 (1:2) mellom de to maksimal-kompresjonspunkter 10a og 12a (10b og 12b) for de to anordninger.

Selv ved to anordninger i serie vil således ende-driftsområdene fremdeles forbli faste, idet de maksimale kompresjons- og ekspansjonsforhold ikke økes . utover de maksimale kompresjons- og ekspansjonsforhold for enkeltstående anordninger, og fordelene med enkeltstående, bilineære anordninger bibeholdes. Eventuelle feil som opptrer innenfor området med dynamisk virkning og som er forårsaket av de seriekoplede anordninger, skulle således ikke overskride feilene med en enkeltstående anordning.

De fleste bilineære anordninger bestemmer de faste endeområder med konstant forsterkning ved hjelp av faste, forinnstilte kretselementer, såsom motstander og kondensatorer, som i sin natur er stabile og ikke kan inn-føre dynamiske feil, bølgeformforvrengninger og liknende. Eventuelle dynamisk aktive deler av kretsene kan følgelig innføre signalfeil bare i et overgangs-driftsområde mellom de.lineære områder med konstant forsterkning.

Man bør merke seg at den dynamiske virkning for en konvensjonell, logaritmisk kompressor eller ekspander,

i fremstillingen på fig. 3 blir en rett linje. For eksempel er linjen 11 karakteristikken for en 2:1-kompressor, og linjen 13 er karakteristikken for en 1:2-ekspander. I denne analyse er det klart at det ikke er noen mulighet for sepa-rasjon eller forskyvning av virkningene av sådanne anordninger.

For analyseformål og for å oppnå en første ordens approksimasjon av nødvendige terskelnivåer for å tilveiebringe optimal forskyvning i overensstemmelse med oppfinnelsen, er det nyttig å idealisere fig. 3 enda mer. Det antas derfor at hver kompressor (og ekspander) umiddelbart oppnår sitt maksimale kompresjonsforhold ved et terskelnivå og opprettholder dette forhold inntil den når et avslutningspunkt ved et høyere nivå hvor dens dynamiske virkning plutselig stopper. En rekke kompressorer og ekspandere som er fremstilt på samme måte som på fig. 3, fremkommer da som fortløpende, rektangulære kurver, slik som vist på fig. 4. Som et eksempel er tre bilineære, karakteristiske kompressorer og ekspandere koplet i serie. Lavnivåanord-ningen, som fortrinnsvis er den tredje kompressor (første ekspander), har den laveste terskel (T^) vist ved -62 dB,

og sitt avslutningspunkt (F^) ved -46 dB som er terskelen (T2) for mellomnivåtrinnet. Mellomnivåtrinnet har sitt avslutningspunkt (F2) ved -30 dB som er terskelen (T^) for høynivåtrinnet. Høynivåtrinnet har sitt avslutningspunkt (F^) ved -14 dB. Alle nivåer er referert til det totale eller generelle inngangssignal. Det er videre antatt at hvert trinn har en forsterkning på 8 dB og et maksimalt kompresjonsforhold på 2:1.

Fig. 5 viser idealiserte karakteristikk-kurver (totalt inngangssignal som funksjon av utgangssignal) for kompresjon basert på eksemplet på fig. 4 (speilbilde-ekspansjonskurvene er for klarhetens skyld utelatt). Figuren viser hvordan den dynamiske virkning for hvert trinn opptrer ved siden av virkningen for det tilstøtende trinn, hvilket resulterer i et totalt kompresjonsforhold på 2:1 samtidig som det oppnås en kompresjon på 24 dB.

Basert på observasjoner av fig. 4 og 5 angir en eneste likning sammenhengen mellom terskelnivå T, avslutningspunkt F, maksimalt kompresjonsforhold C og forsterkning G for et vilkårlig spesielt trinn:

Ved benyttelse av denne likning kan terskelnivåene for hvert trinn bestemmes som en noenlunde nøyktig approksimasjon ved hjelp av en iterativ metode. Dersom det for eksempel ønskes et totalt avslutningspunkt (F^) på -14 dB med en trinnforsterkning på 8 dB og et maksimalt kompresjonsforhold på 2, viser likningen at høynivåterskelen (T-^) er -30 dB. Denne verdi benyttes da som avslutningspunktet (F2) for mellomnivåtrinnet for å bestemme at dettes terskel skal være -4 6 dB, og så videre. Hvert trinn henvises således tilbake til resultatet for det foregående trinn i denne analyse. Den beregnede terskel er imidlertid den totale terskel referert til inngangen av rekken. For å oppnå terskelen for en spesiell krets referert til dens egen inngang, tas det hensyn til den kumulative signalfor-sterkning opp til dette punkt. For eksempel er terske-

len for trinnet med lavest nivå på fig. 5 lik -46 dB når det refereres til inngangen til dette trinn.

Likningen kan også løses med hensyn på avslutningspunktet F, kompresjonsforholdet C eller forsterkningen G. Konstruktøren kan således bestemme sine kretsparamet^-re basert på hans konstruksjonsmål. Slike mål kan omfatte krav om at det laveste nivås terskel skal ligge over støy-minimumsgrensen, at det høyeste nivås avslutningspunkt skal være tilstrekkelig lavt til å tillate bruk av oversvingbe-skyttelse, og at det totale, maksimale kompresjonsforhold ikke skal overskride en spesiell verdi.

I praktiske kretser er terskelen og avslutningspunktet ikke alltid veldefinerte punkter, slik det er tilfelle i denne analyse. Slik som omtalt innledningsvis,

kan de områder i hvilke mellomnivådelen av karakteristikken går over i de lineære lavnivå- og høynivå-deler, være jevne eller skarpe avhengig av karakteristikkene for de kretser som styrer den dynamiske virkning. I praksis vil således terskelområdet for én krets overlappe avslutningspunkt-området for en annen krets.

Betraktning av ovenstående likning og av fig. 5 viser at for det spesielle tilfelle med et kompresjonsforhold på 2:1 tilveiebringes halvparten av terskelforskyvnin-gen ved hjelp av signalforsterkningene for trinnene, og at den andre halvpart må tilveiebringes ved hjelp av en endret forspenning på styreelementet og/eller en endret styreforsterker-forsterkning (øket forsterkning for lavere terskel). For kompresjonsforholdene 1,5:1 og 3:1 tilveiebringes på liknende måte 1/3 henholdsvis 2/3 av forskyvningen ved hjelp av trinnforsterkningene, og 2/3 hhv. 1/3 av forskyvningen må tilveiebringes ved hjelp av styrekretsene.

På både fig. 1 og 5 er 0 dB et nominelt maksimum eller referansenivå. I praksis tilveiebringes en fri høyde på ca. 10 - 20 dB over 0 dB-nivået.

Slik som foran nevnt, er det vanligvis å foretrek-ke at høynivåtrinnet er det første i en kompressorrekke og at lavnivåtrinnet er det siste. Et reversert arrangement er imidlertid også mulig. I det reverserte tilfelle trenger det første trinns styreforsterker en høy forsterkning for å oppnå den nødvendige, lave terskel. Denne lave terskel gjelder da selv ved nærvær av høynivåsignaler, hvilket vanligvis fører til dårlig støymodulasjonsytelse for det totale system når det dreier seg om glidebånd-systemer ifølge den kjente teknikk. I dette reverserte arrangement må hvert trinn tilveiebringe tilstrekkelig styreforsterker-forsterkning til å oppnå den terskel som kreves for dette trinn. Hver terskel er videre i hovedsaken fast og uavhengig av operasjonen av de andre trinn. Dette er en følge av det faktum at signalforsterkningen for hvert tidligere trinn har falt i hovedsaken til én når terskelen nås for det tilsvarende, påfølgende trinn. Beregningen av de terskler som kreves for optimal forskyvning i det reverserte tilfelle, er den samme som beregningen i det foretrukne tilfelle. Terskelen for hvert trinn referert til dets egen inngang blir imidlertid den samme som den totale terskel.

I motsetning til den reverserte situasjon er det i det foretrukne arrangement (i hvilket høynivåtrinnet er først i kompressorkjeden og lavnivåtrinnet er sist), en nyttig vekselvirkning mellom trinnforsterkningene og tersklene. Tersklene for nedstrømstrinnene bestemmes delvis av signalforsterkningene for de foregående trinn. I et 2-trinns system med en lavnivåforsterkning på 10 dB pr. trinn er således styreforsterker-forsterkningskravet for det andre trinn redusert med 10 dB, i kraft av lavnivå-signalforsterkningen for det første trinn. Når et høynivåsignal fremkommer, elimineres 10 dB-forsterkningen for det første trinn og terskelen for lavnivåtrinnet heves effektivt med 10 dB. Med glidebåndkompandere forbedrer dette støymodu-lasjonsytelsen av støyreduksjonsvirkningen.

I det foretrukne arrangement er forsterkningene for alle foregående trinn helt effektive opp til terskelen for hvilket som helst spesielt, etterfølgende trinn. I motsetning til det foran beskrevne system med reversert rekkefølge, drar således det foretrukne arrangement størst fordel av de virkende signalforsterkninger for de individuelle trinn. Således gjelder: 1. Under signaltilstander med meget lavt nivå

(sub-terskelnivå) reduseres styreforsterker-forsterkningskravet for hvert trinn med et beløp som er lik de kumulative signalforsterkninger for alle foregående trinn. I eksemplet på fig. 5 blir således den styreforsterker-forsterkning som er nødvendig for trinnet med lavest nivå, for å oppnå en terskel på -62 dB, redusert med 16 dB i forhold til den som ville være nødvendig dersom trinnet arbeidet uavhengig eller i den reverserte konfigurasjon som er beskrevet foran. På liknende måte blir styre-forsterkerforsterkningen for midtnivåtrinnet redusert med 8 dB, hvilket således fører til den mest økonomiske krets.

2. En signalavhengig, variabel terskelvirkning

oppnås, slik at støymodulasjonsvirkningene med glidebåndtrinn reduseres. De effektive terskler for lavnivåtrinnene blir gradvis hevet med økende signalnivå ved en spesiell frekvens. Med høye signalnivåer (på den lineære høynivådel av over-føringskarakteristikken) blir den effektive terskel for trinnet med lavest nivå hevet med et nivå som er lik alle lavnivå (sub-terskel)-trinnfor-sterkninger opp til dette punkt. I eksemplet på fig. 5 blir således terskelen for trinnet med lavest nivå, normalt -62 dB under signaltilstander med lavt nivå, hevet med 16 dB, til -4 6 dB, under signaltilstander med høyt nivå. På liknende måte blir terskelen for midtnivåtrinnet hevet til

-38 dB.

I en første praktisk utførelse av oppfinnelsen, hvor det benyttes serie-glidebåhdanordninger, er kompressoren 2 og ekspanderen 8 på fig. 2 i det vesentlige glidebånd-anordninger av standard B-type, som angitt i US-PS Re 28 426, mens kompressoren 4 og ekspanderen 6 har modifiserte respons-karakteristikker. Man har funnet at det, med den støy som genereres av kassettbånd, oppnås et brukbart resultat når den andre anordning (i kompressormodusen) ikke bare har en forskjøvet inngangsamplitudenivårespons, men også har en grensefrekvens som ligger ca. to til tre oktaver lavere enn grensefrekvensen for en anordning av standard B-type. Nærmere bestemt blir terskelnivåene på den andre anordning senket, både for de syllabiske filtre/begrensere og for oversving-undertrykkelsesbegrenseren, for å bevirke forskyvning, og hjørnefrekvensen for det faste filter senkes med to til tre oktaver.

Detaljer ved B-type-kretsen er vist på fig. 6, 7 og 8 som er de samme figurer som fig. 4, 5 og 10 i US-PS

Re 28 426, og ytterligere detaljer ved disse kretser, deres virkemåte og teori er angitt i det nevnte patentskrift.

Den følgende beskrivelse av fig. 6, 7 og 8 er tatt fra US-PS Re 28 426.

Kretsen på fig. 6 er spesielt konstruert for inn-bygging i innspillingskanalen i en konsument-båndopptaker, idet to sådanne kretser er nødvendig for en stereo-opptaker. Inngangssignalet tilføres ved en klemme 10 til et emitter-følgertrinn 12 som tilveiebringer et lavimpedanssignal. Dette signal tilføres for det første via en direkte gjennom-gående hovedbane som utgjøres av en motstand 14, til en ut-gangsklemme 16, og for det andre via en ytterligere bane hvis siste element er en motstand 18 som også er koplet til klemmen 16. Motstandene 14 og 18 adderer utgangssignalene fra hovedbanen og den ytterligere bane for å tilveiebringe den nødvendige kompresjonslov.

Den ytterligere bane består av et fast filter 20, et filter 22 med variabel avskjæring omfattende en FET-transistor 24 (idet disse utgjør filter/begrenser-enheten), og en forsterker 2 6 hvis utgang er koplet til en dobbel diodebegrenser eller klipper 28 og til motstanden 18. Den ikke-lineære begrenser undertrykker oversving av utgangs-signalet med plutselig økende inngangssignaler. Forsterkeren 26 øker signalet i den ytterligere bane til et slikt nivå at kneet i karakteristikken til begrenseren eller oversvingundertrykkeren 28, som består av siliciumdioder, er effektivt ved det riktige signalnivå under transiente tilstander. Den effektive terskel for oversvingundertrykkeren ligger noe over terskelen for den syllabiske filter/begrenser-enhet. Motstandene 14 og 18 er proporsjonert slik at den nødvendige, kompenserende dempningsgrad da tilveiebringes for signalet i den ytterligere bane.

Utgangen fra forsterkeren 2 6 er også koplet til

en forsterker 30 hvis utgangssignal likerettes ved hjelp av en germaniumdiode 31 og integreres ved hjelp av et glattings-filter 32 for å tilveiebringe styrespenningen for FET-transistoren 24.

Det benyttes enkle RC-filtre, selv om ekvivalente LC- eller LCR-filtre kunne benyttes. Det faste filter 20 tilveiebringer en grensefrekvens på 1700 Hz, under hvilken avtagende kompresjon finner sted. Filteret 22 omfatter en seriekondensator 34 og en shuntmotstand 36 etterfulgt av en seriemotstand 38 og FET-transistoren 24, med transistorens kilde-sluk-bane koplet som en shuntmotstand. Under hviletilstander med null signal på FET-transistorens 24 styre-elektrode. er transistoren strupt og oppviser i hovedsaken uendelig impedans. Tilstedeværelsen av motstanden 38 kan da ignoreres. Filterets 22 grensefrekvens er således 800 Hz, altså en frekvens som ligger vesentlig under grensefrekvensen for det faste filter 20.

Når signalet på FET-transistorens 24 styreelektro-de øker tilstrekkelig til at transistorens motstand faller til mindre enn f.eks. 1 k£2, shunter motstanden 38 på effektiv måte motstanden 36, og grensefrekvensen stiger slik at filterets passbånd innsnevres markant. Stigningen i grensefrekvens er selvsagt en gradvis virkning.

Benyttelsen av en FET-transistor er bekvemt da en sådan anordning, innenfor et passende, begrenset område av signalamplituder, virker i hovedsaken som en lineær motstand (for signaler av den ene eller den andre polaritet) hvis verdi bestemmes av styrespenningen på styreelektroden.

Motstanden 3 6 og FET-transistoren 2 4 er ført tilbake til et innstillbart uttak 4 6 på en spenningsdeler som omfatter en temperaturkompenserende germaniumdiode 48. Uttaket 46 muliggjør at filterets 22 kompresjonsterskel kan reguleres.

Forsterkeren 26 omfatter komplementære transisto-rer som gir høy inngangsimpedans og lav utgangsimpedans.

Da forsterkeren driver diodebegrenseren 28, er en begrenset utgangsimpedans nødvendig og blir tilveiebrakt av en kop-lingsmotstand 50. Som allerede nevnt, er diodene 28 siliciumdioder og har et skarpt kne rundt 1/2 volt.

Signalet på begrenseren og dermed på motstanden

18 kan kortsluttes til jord ved hjelp av en bryter 53.når det er nødvendig å sette kompressoren ut av virkning.

Forsterkeren 30 er en NPN-transistor med et emitter-tidskonstantnettverk 52 som gir øket forsterkning ved høye frekvenser. Sterke høyfrekvenser (f.eks. et .cymbal skrall) vil derfor føre til rask innsnevring av det bånd i hvilket kompresjon finner sted, slik at signalforvrengning unngås.

Forsterkeren er koplet til glattingsfilteret 32

via den likerettende diode 31. Filteret omfatter en seriemotstand 54 og en shuntkondensator 56. Motstanden 54 er shuntet av en siliciumdiode 58 som tillater hurtig oppladning av kondensatoren 55 for raskt angrep, kombinert med god glatting under stasjonære tilstander. Spenningen på kondensatoren 56 tilføres direkte til FET-transistorens 24 styre-elektrode.

Et komplett koplingsskjerna av den komplementære ekspander er vist på fig. 7, men en fullstendig beskrivelse er ikke nødvendig da i hovedsaken hele kretsen er identisk med fig. 6, og komponentverdier er derfor for størstedelen ikke vist på fig. 7.

Forskjellene mellom fig. 6 og 7 er som følger:

På fig. 7 avleder den ytterligere bane sitt inngangssignal fra utgangsklemmen 16a, forsterkeren 26a er inverterende, og de signaler som kombineres av motstandene 14 og 18, tilføres til inngangen (basisen) av emitter-følgeren 12 hvis utgang (emitter) er koplet til klemmen 16a. For å sikre lav drivimpedans, er inngangsklemmen 10a koplet til motstanden 14 via en emitterfølger 60. Det må tas passende forholdsregler for å hindre forspenningsvirkning (bias getting) i ekspanderen.

Forsterkeren 26a gjøres inverterende ved å ta utgangen fra emitteren i stedet for kollektoren i y den andre (PNP-) transistor. Denne endring medfører skifting av 10 k£3 motstanden 62 (fig. 6) fra kollektoren til emitteren, hvilket automatisk gir en passende utgangsimpedans for å drive begrenseren. Motstanden 50 er derfor utelatt på

fig. 7.

Det skal bemerkes at det ved trimming av et komplett støyreduksjonssystem er viktig å ha like signalnivåer på transistorenes 12 emittere i både kompressor og ekspander. Måleklemmer M er vist koplet til disse emittere.

Fig. 8 viser en foretrukket krets for erstatning av kretsen mellom punktene A, B og C på fig. 6 og 7. Når FET-transistoren 2 4 er strupt, er det andre RC-nettverk 22 uvirksomt, og det første RC-nettverk 20 bestemmer da den ytterligere banes respons. Den forbedrede krets kombinerer fasefordelene med å ha bare en eneste RC-seksjon under hviletilstander, med dempningskarakteristikken på 12 dB pr. oktav for et to-seksjons RC-filter under signaltilstander.

I den praktiske krets, hvor det benyttes FET-transistorer av typen MPF 194, er motstanden 36a på 39 kQ nødvendig for å tilveiebringe en begrenset kildeimpedans for å arbeide inn i FET-transistoren. På denne måte blir kompresjonsforholdet ved alle frekvenser og nivåer holdt på et maksimum på ca. 2. Motstanden 36a på 39 kfi tjener den samme kompresjonsforholdbegrensende funksjon i den forbedrede krets som motstanden 36 i kretsen på fig. 6

eller 7. Denne motstand tilveiebringer dessuten en lav-frekvensbane for signalet.

Modifikasjoner av fig. 6, 7 og 8 skal beskrives

i det følgende.

I den første praktiske utførelse av oppfinnelsen benytter kompressoren 4 og ekspanderen 6 på fig. 2, slik som foran nevnt, anordninger av den på fig. 6, 7 og 8 viste type med modifiserte karakteristikker. Den endrede grensefrekvens og reduserte terskel oppnås henholdsvis ved å modifisere karakteristikkene for det faste filter (det faste filter 20 på fig. 6) og også styreforsterkerens forsterkning- ved å endre dens forkorreksjons-karakteristikker (emitter-tidskonstantnettverket 52 i forsterkeren 30 på fig. 6). Oversving-undertrykkerens terskel senkes ved anvendelse av passende DC-forspenninger (i fremoverretningen) på diodene 28. Impedansen til det variable filter (det variable filter 22 på fig. 6 og 8) etterlates

i det vesentlige uendret for å bibeholde en passende tilpasning til karakteristikkene for tilgjengelige, spennings-styrbare, variable kretselementer. Passende modifikasjoner av B-type-glidebåndkretsen som er vist på fig. 6, 7 og 8, er å endre verdien av motstanden på 3,3 k£2 i det faste filter 20 til en verdi på 18 kn for å senke dets grensefrekvens to til tre oktaver. For å øke styreforsterker-forsterkningen, økes verdien av kondensatoren i forsterkerens 30 emitter-tidskonstantnettverk 52 fra 0,15 til 0,60 uF (eller fra 0,1 til 0,4 yF dersom den antydede verdi på

0,1 uF benyttes). Forspenninger på ca. pluss og minus 1/4 volt i fremoverretningen påtrykkes på siliciumdiodene 28, slik at oversving-undertrykkelsesnivået reduseres med flere decibel.

Det variable filter 22 har en all-pass-frekvens-karakteristikk som reaksjon på hvile-styrespenningen, og således senkes den totale filter-avskjæring med to til tre oktaver. En økning av kondensatorverdien i styreforsterkerens 30 emitternettverk øker forsterkerens forsterkning ved hvilken som helst gitt frekvens. Slik som beskrevet foran og i US-PS Re 28 426, stiger det variable RC-filters 22 grensefrekvens når styrespenningen (fra forsterkeren 30, likeretteren 31 og glattingsfilteret 32) øker. Med større kapasitetsverdier i nettverket 52 reagerer således det variable filter ved å bevege seg oppover i frekvens fra sin hvileverdi som reaksjon på signaler med lavere nivå, slik at nivåresponsen eller terskelen forskyves i forhold til nivåresponsen eller terskelen i den umodifiserte B-type-krets.

Nivåresponsen kan forskyves på tallrike måter i tillegg til å endre styreforsterkerens emitternettverk. Andre muligheter omfatter endring av forspenningen på styreelementet, endring av styreforsterkerens forsterkning på annen måte, endring av de relative signalnivåer mellom filterbanen og styresignal-avledningsbanen, og så videre.

Visse detaljer ved kretsen på fig. 6, 7 og 8 har utviklet seg i årenes løp og mer moderne former av kretsen er blitt publisert og er velkjente i teknikken. Henvisnin-gen til den spesielle krets i US-PS Re 28 426 er benyttet for bekvemmelighet i fremstillingen. Fig. 9 viser en virkelig kurveregistrerings-opptegning av respons under kompresjonsterskelen for de to seriekoplede kompressorer, idet den første er modifisert slik som beskrevet foran, og ekspanderresponsen er også vist. Sammenlikn denne figur med fig. 10 (som svarer til fig. 12 i US-PS Re 28 426) som viser en virkelig kurveregi-strerings-opptegning av respons under kompresjonsterskelen for en enkeltstående kompressor eller ekspander ifølge fig. 6, 7 og 8. Fig. 11 viser en kurveregistrering (chart recording) av inngangs-utgångs-responsen av serie-kompres-sorene som en funksjon av frekvensen. Inspeksjon av respons-opptegningene viser de to dynamiske områder for kurvene som indikerer de to forskjøvne virkningsområder. Selv om obser-verbarheten av de dynamiske områder i disse kurver er nyttig for å vise den forskjøvne virkning av anordningene, foretrekkes det i praksis at kurvene er så jevne som mulig, uten merkbare dynamiske områder eller "humper". Parallelle lin-jer A og B er trukket gjennom terskelområdene, idet linjen A refererer seg til standardkretsen og linjen B til den modifiserte krets. Sammenlikn disse kurver med fig. 12

(som svarer til fig. 12 i US-PS Re 28 426) som viser liknende responskurver for en enkeltstående, umodifisert B-type-glidebåndkompressor. Fig. 11 viser at kompressoren som omfatter serie-anordninger, tilveiebringer i hovedsaken dobbelt så mye kompresjon som er fordelt over et større frekvens- og nivåområde.

Den variable båndvirkning av serie-anordningene med forskjøvet virkning kan sees på fig. 13 og 14 som viser en kurveskriver-probetonerespons (chart recorder probe tone response) av de seriekoplede kompressorer. Sammenlikn disse figurer med fig. 15 (som svarer til fig. 15 i US-PS

Re 28 426) som viser en virkelig kurveregistrering som er oppnådd fra kretsen på fig. 6 med inkorporering av kretsen på fig. 8. Den variable båndvirkning er vist ved oppteg-ning av kompressor-frekvensresponsen ved hjelp av en lavnivå-probetone (hvis nivå ligger under kompressorterskelen) ved nærvær av et høynivåsignal, idet probe- eller føler-tonen detekteres på kompressorens utgang ved hjelp av et sporingsfilter.(tracking filter). Høynivåsignalet bringer kompressorkretsen til å operere, idet diagrammet viser virkningen på filterets omslagsfrekvens (turnover frequency).

Fig. 13 viser responsen for én probetone ved

-65 dB og 200 Hz signaltoner ved nivåer som strekker seg fra -28 dB og under til +10 dB. Fig. 14 gjelder for en 500 Hz signaltone ved nivåer som strekker seg fra -34 dB

og under til +10 dB.

I en ytterligere praktisk utførelse av oppfinnelsen som gir forbedret ytelse, er både kompressoren 2 og ekspanderen 8 på fig. 2 modifikasjoner av standard B-type-anordninger. Begge serieanordninger har sine hjørnefre-kvenser senket med to oktaver for å tilveiebringe en skarpt stigende lavnivåresponskarakteristikk. Forskyvning av den dynamiske virkning tilveiebringes ved å redusere tersklene (både syllabisk og oversving-undertrykkelse) for den andre (i kompressormodusen) anordning.

Et særtrekk og en nyttig fordel ved oppfinnelsen er at frekvensresponsene for de individuelle kretser set-tes sammen eller blandes. Dersom den mest skarpt eller plutselig stigende støyreduksjonskarakteristikk ønskes, oppnås dette ved å benytte kretser som har de samme lav-

i

nivå (hvile)-frekvensresponskarakteristikker.

I den forbedrede utførelse resulterer følgelig valget av identiske filterkarakteristikker ved ca. 2 oktaver under karakteristikken for den normale B-type-anordning,

1 en karakteristikk som stiger raskt over ca. 300 Hz. Systemet blir således i stand til å oppnå en vesentlig støy-xeduksjon i det kritiske område fra 300 Hz til 2 kHz, et område i hvilket båndstøy er merkbar så snart støy over 2 kHz er blitt redusert. Det er et neglisjerbart, hørbart støybidrag fra båndet under ca. 3 00 Hz. Ved å tilveiebringe bare minimal støyreduksjonsyirkning under 300 Hz, unngår systemet manipulasjonen av fundamentale signalfrekvenser og forbedrer systemets komplementaritet i praktiske båndopp-takere som for eksempel kan ha frekvensresponsfeil på grunn av hodeujevnheter og liknende. Ved å unngå kompresjonen av lavfrekvenssignaler, forbedres videre systemkompatibiliteten på grunn av at hevningen av lavfrekvenssignalene ville

resultere i sjenerende rummel og bassforsterkning når kodede bånd spilles på systemer som ikke har komplementære ekspandere.

Idet det på nytt henvises til fig. 6 og 8, blir motstanden i det faste filter 20 i begge de to serieanordninger i den praktiske utførelse som diskuteres, endret fra

i

3,3 kfi til 13 kfi, hvilket forårsaker at den totale, lavere grensefrekvens for filtrene 20 og 22 forskyver seg ca. 2 oktaver lavere til ca. 375 Hz. I den andre anordning blir kondensatoren i styreforsterkerens 30 emitternettverk 52 øket i verdi med en faktor på ca. 4, slik som i den foran beskrevne utførelse. Dette resulterer i en forskyvning av terskelnivåer på grovt 10 - 15 dB (avhengig av signalnivå og signalfrekvens). Passende forspenning innføres i diode-begrenserkretsen 28 for å senke oversving-undertrykkelsesnivået.

I en modifikasjon av den sist beskrevne, praktiske utførelse kan kondensatoren 34 i filteret 22 økes i verdi til 0,01 pF for å fremme overensstemmelsen i karakteristikker fra enhet til enhet og å forbedre støymodulasjons-karakteristikkene. Som følge av de i hovedsaken like tidskonstanter for det faste filter 20 og det variable filter 22, blir arrangementet i dette tilfelle ekvivalent med et énpolet, variabelt filter, og det faste filter kan elimineres. I dette tilfelle plasseres motstanden 36a (som har en verdi på 47 kfi i moderne former, for B-type-kretsen) i parallell med FET-transistorens 24 kilde-sluk-bane for å tilveiebringe en hvile-hjørnefrekvens på ca.

375 Hz. Det er imidlertid ønskelig å bibeholde det faste filter i høynivåkretsen, slik at kretsen kan omkoples for å arbeide alene som en standard B-type-krets.

Som en praktisk detalj vil et konsumentprodukt som inneholder de praktiske systemer som nettopp er beskrevet, være kompatibelt med eksisterende, ikke-kodet og B-type-kodet "programvare" (f.eks. bånd og FM-radioprogrammer).

De forbedrede systemer omfatter en standard B-type-anordning og kan følgelig omkoples til å arbeide som en B-type-anordning for full kompatibilitet. Når det på den annen side blir tilgjengelig innspilte bånd som er kodet med det forbedrede system, kan eksisterende konsumentsystemer av B-typen observere overdreven høyfrekvensinformasjon eller "klarhet", hvilket kan behandles ved å justere høyfrekvens-tonekontrollen på samme måte som ikke-utstyrte konsumentsystemer for tiden behandler B-type-kodet programvare.

Den standard B-type-krets som er beskrevet i US-PS Re 28 426, har et maksimalt kompresjonsforhold på ca. 2:1. Dette kompresjonsforhold har vist seg å være et godt praktisk valg for konsumentkassettbånd-kompandersystemer.

I de seriekoplede kretser i de utførelser som er beskrevet foran, bibeholder hver krets et maksimalt kompresjonsforhold på ca. 2:1, og det maksimale kompresjonsforhold for den totale kombinasjon av seriekretser er ca. 2:1 ved de fleste inngangssignalnivåer og -frekvenser. I praktiske utførel-ser ér det imidlertid vanskelig å unngå noe større forhold, f.eks. 2,5:1, i et lite område av nivåer og frekvenser. Dette kan aksepteres dersom kompresjonsforholdet ikke er mer enn ca. 2,5:1 (eller ca. 1 1/4 ganger kompresjonsforholdet for hver krets), og .dersom det område av nivåer og frekvenser i hvilket det opptrer, ikke er stort.

En annen spesiell utførelse av oppfinnelsen som er vist generelt på fig. 2, er å utforme én kompressor og ekspander som en splittbåndanordning, slik som beskrevet i US-PS 3 846 719 og US-PS 3 903 485, og den andre kompressor og ekspander som en glidebåndanordning. En passende splittbånd- eller multibåndanordning er beskrevet i "Journal of the Audio Engineering Society", Vol. 15, nr. 4, o'ktober 1967, s. 383 - 388. Splittbåndanordninger i overensstemmelse med parametrene i denne artikkel er blitt velkjente som A-type-anordninger.

I en praktisk utførelse mottar en A-type-kompres-

i

sor et flatt inngangssignal og tilfører sitt utgangssignal til en spesielt tilpasset glidebåndanordning. Det er sær^ lig fordelaktig å anbringe A-type-anordningen slik at den mottar et ubehandlet inngangssignal da den er konstruert for å behandle et flatt inngangssignal. Anbringelse av glidebåndanordningen først ville ha ulempen med endring av det flate inngangssignal til en form som er mindre egnet som inngangssignal for A-type-anordningen. På gjengivelses-siden mottar glidebåndekspanderen signalet fra kanalen N, behandler dette og tilfører det til A-type-ekspanderen.

Fig. 16 viser liknende kurver som fig. 9 for lavnivå-signalresponsen for:en A-type-kompressor alene, glidebåndkompressoren alene!og den kombinerte kompressor-respons. Ekspansjonsresponskurvene er komplementære på tilsvarende måte som på fig. 9. A-type-anordningen tilveiebringer en kompresjon på 10 dB opp til ca. 5 kHz, over hvilken frekvens økningen i nivå stiger jevnt til 14 dB

ved 15 kHz. Denne stigende respons av A-type-karakteristikken benyttes til å desensibilisere glidebåndkarakteristikken ved høye frekvenser (se høyfrekvensdelen av "glidebånd"-kurven på fig. 16). Dette er fordelaktig for å redusere virkningene av høyfrekvens-kanalresponsusikkerheter som skal beskrives nærmere i det følgende. Den kombinerte responskurve klatrer således jevnt opp til 20 dB hvor den holder seg i hovedsaken flat til ca. 14 kHz hvor den faller

av. Glidebåndanordningen er konstruert for å ha drifts-terskler og resulterende områder med dynamisk virkning som ligger godt klar av tersklene og områdene for A-type-kretsen.

Fig. 17 viser en rekke responskurver ved forskjellige nivåer for de seriekoplede A-type- og glidebånd-kompressorer. Disse kurver fremviser den samme type infor-masjon som fig. 11. Det skraverte område C angir generelt de dynamiske områder som skriver seg fra virkning av A-type-anordningen, og det skraverte område D angir virkningen av glidebåndanordningen. Dette arrangement resulterer i et maksimalt kompresjonsforhold som ved hvilket som helst nivå eller hvilken som helst frekvens ikke overskrider ca. 2:1

og derfor er forholdsvis fritt for feilforsterkningsvirknin-ger i praktiske båndinnstillingskanaler.

Man vil forstå at en standard A-type-anordning i eksempeløyemed er koplet i serie med en spesiell glidebåndanordning. I prinsipp kan imidlertid A-type-anordningen modifiseres for å forskyve sine områder med dynamisk virkning for å tilveiebringe den beste tilpasning til virknings-områdene for glidebåndanordningen.

Den nøyaktige grad av forskyvning som er nødvendig 1 denne og andre utforminger som er beskrevet i det foregående, vil avhenge av parametrene for de benyttede signal-behandlingsanordninger. Formålet med forskyvning av områdene med dynamisk virkning er å minimere opphopnings- eller "buntings"-virkninger (bunching effeets) i responskurvene. Bunting er en indikasjon på store kompresjons- eller ekspansjonsforhold. Se for eksempel fig. 18 som viser overdreven bunting, dvs. ved noen frekvenser og nivåer resulterer en endring på 10 dB i inngangsnivå i en endring på 2 1/2 dB i utgangsnivå, et forhold på 4:1. Optimalt, med riktig forskyvning, blir et forhold på 2:1 aldri vesentlig overskredet i et kassettkompandersystem over det meste av området av nivåer og frekvenser. I andre typer av over-føringssystemer kan høyere kompresjonsforhold.være aksep-table.

Claims (13)

1. Koplingsanordning for modifikasjon av dynamikkområdet av et inngangssignal, omfattende en første krets med en bilineær karakteristikk som består av en lavnivådel med i hovedsaken konstant,forsterkning opp til et terskelnivå, en mellomnivådel, over terskelen, med varierende forsterkning som tilveiebringer et kompresjonsforhold eller ekspansjonsforhold som varierer mellom én ved endene av mellomnivådelen og en maksimalverdi mellom disse ender, <p>g en høynivå-del med i hovedsaken konstant forsterkning som er forskjellig fra lavnivådelens forsterkning, idet det foran den første krets, når det dreier seg om en kompressor for kringkastingssendere, om ønsket kan være anordnet en bredbåndskompressor eller bredbåndsbegrenser, karakterisert ved at den første krets (2, 6) er etterfulgt av minst én andre krets (4, 8) som også har en bilineær karakteristikk innenfor et frekvensområde som er felles for kretsene, idet mellomnivådelene av kretsenes karakteristikker innenfor et frekvensområde som er felles for kretsene, er innbyrdes forskjøvet på en slik måte at det oppnås en forsterkningsendring over et større område av mellom-inngangsnivåer enn for noen av kretsene individuelt, og en øket forskjell mellom forsterkningene ved lave og høye inngangsnivåer, men méd et totalt, maksimalt kompresjons-eller ekspansjonsforhold som i kraft av forskyvningen i hovedsaken ikke er større enn forholdet for en eneste krets, og en total karakteristikk som også er bilineær.

2. Koplingsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av kretsene er innrettet for et maksimalt kompresjons- eller ekspansjonsforhold på i hovedsaken 2:1, og det maksimale forhold overalt ikke vesentlig overstiger 2:1.

3. Koplingsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at for en kompressor ligger terskelen for hver av de andre kretser (4) lavere enn terskelen for den foregående krets (2, 4), og at for en ekspander ligger terskelen for hver av de andre kretser (8) høyere enn terskelen for den foregående krets (6, 8).

4. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 1-3, for modifikasjon av dynamikkområdet av lydsignaler, og hvor hver krets inneholder en oversvingundertrykker (28) med et terskelnivå, karakterisert ved at kretsene er innrettet med terskelnivåene trinnvis forskjøvet seg imellom, slik at det oppnås en reduksjon av oversvingene for den totale koplingsanordning.

5. Koplingsanordning ifølge krav 3 og 4, karakterisert ved at oversvingundertrykkerne (28) i de enkelte kretser i henholdsvis kompressoren og ekspanderen er innrettet med terskelnivåene innbyrdes forskjøvet på samme måte som terskelnivåene for de suksessive kretser.

6. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 1-5, ved hvilken i det minste én av kretsene består av et variabelt filter (22) som tilveiebringer en hevning eller senkning i et høyfrekvens- eller lavfrekvensområde av signalbåndet, og som reagerer på signaler i dette område på en slik måte at filtergrensefrekvensen bringes til å gli i en retning som innsnevrer det hevede eller senkede område, idet koplingen fortrinnsvis for lydsignaler oppviser en likerettende, glat-tende og forsterkende styrekrets (30, 31, 32) som tilveiebringer et styresignal til en styrt impedansanordning (24) i filteret, for å bevirke forskyvningen av filtergrensefrekvensen, karakterisert ved at hver krets omfatter et variabelt filter (22).

7. Koplingsanordning ifølge krav 6, karakterisert ved at styrekretsen (3 0, 31, 32) i hvert variabelt filter (22) har en forskjellig forsterkning, for på denne måte å innstille de forskjellige terskler for kretsene.

8. Koplingsanordning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at i hver av kretsene er hvile-grensefrekvensene for de variable filtre (22) i hovedsaken de samme.

9. Koplingsanordning ifølge krav 6, 7 eller 8, ved hvilken hevningen eller senkningen tilveiebringes i et høyfrekvensområde, karakterisert ved at de variable filtre (22) har hvile-grensefrekvenser som ligger i området fra 300 til 400 Hz.

10. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 1 - 9, i hvilken minst én av kretsene er en dobbeltbanekrets som omfatter en hovedbane (14) som er lineær med hensyn til dynamikkområde, en kombinasjonskrets i hovedbanen, og en ytterligere bane hvis inngang er forbundet med den ytterligere banes inngang eller utgang og hvis utgang er forbundet med kombinasjonskretsen, idet den ytterligere bane tilveiebringer et"signal som i det minste i en øvre del av frekvensområdet hever eller motvirker hovedbanens signal via kombinasjonskretsen, men som er slik begrenset at den ytterligere banes signal i den øvre del av inngangsdynamikkområdet er mindre enn hovedbanesignalet, karakterisert ved at hver av kretsene (2, 4; 6, 8) er en dobbeltbanekrets.

11. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 1-10, karakterisert ved at den andre hhv. hver andre krets (4, 8) er innrettet til å påvirkes av et modifisert signal, f.eks. et signal med endret spektralinnhold i det tilfelle at en berørt krets (2, 6; 4, 8) endrer signalets spektralinnhold.

12. Koplingsanordning ifølge krav 1-5 eller krav 10 i avhengighet av kravene 1 - 5, karakterisert ved at hver krets (2, 4, 6, 8) har en styrekrets (30, 31, 32) som tilveiebringer et styresignal for å styre kretsens ekspansjon eller kompresjon, idet hver styrekrets reagerer på signaler i den respektive krets (2, 4, 6, 8) i hvilken den er beliggende.

13. Koplingsanordning ifølge ett av kravene 6-9 eller krav 10 i avhengighet av kravene 6-9, karakterisert ved at styrekretsen eller hver styrekrets (30, 31, 32) reagerer på signaler i den respektive krets (2, 4, 6, 8) i hvilken den er beliggende.