SE447524B - Signalkompressor - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 447 524 2 Typiskt är den hörbaraste effekten icke den direkta verkan av de mycket höga eller mycket låga signalerna som sådana, utan snarare modulationseffekter på signaler mellan bandbreddens ytteromrâden förorsakade av att extremt hög- och lågfrekventa signaler ej förmår nå expandern. I följande diskussion kommer denna effekt att be- nämnas "mittbandsmodulationseffekt”.

I bredbandiga kompandrar kommer ett amplitudfel vid styr- frekvensen att visa sig i samma grad inom alla andra delar av spek- tret. Detta kan vara antingen acceptabelt eller oacceptabelt. I kompandrar av "glidbandstyp“, beskrivna nedan, kommer om styrfre- kvenserna ligger vid bandbreddskanterna, fel vid dylika frekvenser att i huvudsak multipliceras vid mittfrekvenserna. (Om omvänt styr- frekvenserna ligger vid mittfrekvenserna, vilket vanligen är fallet, kommer fel vid frekvensändarna att reduceras, vilket är en fördel med kompandrar av "glidbandstyp").

Uttrycket "transmissionskanal" skall i föreliggande ansök- ning avses innefattaalla delar av anläggningen mellan en kompressor och en expander.

Vid brusreduceringssystem som inspelar komprimerade signaler på ett medium med relativt liten bandbredd, såsom magnetband med låg hastighet, exempelvis kompaktkassetter, är det speciellt svårt att uppnå korrekt komplementär expansion av de komprimerade signalerna.

Detta har sin grund i dylika systems oförmåga att ge en flat ampli- tudkurva för signalerna speciellt vid låga och höga frekvenser. Dy- lika problem förekommer emellertid även i professionella kompressor/ /expander-system. Felaktigheten uppträder efter kompressorn och kan vara förorsakad av bandspelaren, bandet, avspelningsenheten 'Zler någon kombination därav, innefattande bandbreddsbegränsande filter.

På liknande sätt uppträder i andra system, såsom vid PM-radio och satellitsändning, felaktigheter efter kompressionen i sändaren, i mediet som överför signalen, i mottagaren eller i någon kombination därav. ' I de i praktiken utförda komprcssor/expander~systemen kar det befunnits nödvändigt att införa branta spärrfilter före kompres- sorn och före expandern. Filtren är åtminstone av lågpasstyp men in- nehåller företrädesvis även högpassdelar. Dylika bandbegränsningsfil- ter har gränsfrekvenser vid kanterna av eller utanför systemets an- vändbara passband för att därigenom icke begränsa systemets bandbredd.

Filter av detta slag har flera funktioner! 10 15 20 25 30 35 HO 447 524 _ r 51- a) dämpning av underbärvågskomponenter och den vid -sändningar använda pilottonen på 19 kHz; denna dämpning har till syfte att eliminera "birdie"-ínterferens (visslingar) och felspår- ning hos processorkretsarna för kodningoch avkodning, b) dämpning av bandspelarens förmagnatisering, som eventu- ellt kan läcka till signalkretsarna; denna dämpning medför att man undviker kodarlavkodar-felspårning. c) dämpning i insignalen av radiofrekventa eller ovanför det hörbara området liggande signalkomponenter, vilka eljest skulle kun- na resultera i hörbara intermodulationsprodukter och/eller förmag- netiserings-"birdies", d) dämpning av ovanför det hörbara området liggande bandbrus eller annat transmissionskanalbrus vid avkodaringången, detta i och för undvikande av kodar/avkodar-felspårning, e) en signalbandbreddsdefinition för främjande- av komple- mentaritet mellan kurvorna hos kodare/avkodare.

Vid professionella applikationer är det önskvärt att använda ett bandbreddsbegränsningsfilter av högfrekvenstyp (t.ex. 20-25 kHz) Och företrädesvis även ett~bandbegränsningsfilter av 1åšfFekVenStYP 20 Hz).

Om en ideal kanal förefinns melïan kodaren coh avkodaren, (t.ex. skall strängt taget avkodarens ingângsfilter bortkopplas, eftersom dess förefintlighet under vissa signalsituationer skulle medföra en viss icke-komplementaritet (kodarsignalen genomgår ett filtrerings- steg, undet det att avkodarsignalen genomgår två filtreringssteg).

Avlägsnande av avkodarens ingângsfilter är dock ej praktiskt med hänsyn till punkterna a) tille) ovan. Även då en god kanal förefinns mellan kodarutgângen och avkodaringângen, kommer därför förefintlig- heten av det (för skyddsändamål) högst nödvändiga irgårrsfiltret H05 o ~ a; - -- v x avkodaren att resultera i ett i sig självt icke-komplementärt under vissa signaltillstånd. Till följd av detta kan det vara system till hjälp att betrakta expanderns ingångsfilter såsom en till transmis- sionskanalen hörande del.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma undertryckning av de av fel i transmissionskanalens amplitudkurva fororsakade skadliga effekterna på komplementariteten 1 brusreduce- ringssystem av kompandertyp.

Utïryflkt med andra ord är ett ändamål med föreliflvande upp- “uu finning att undertrycka de skadliga verkningar på komplementariteten 1 brusreduceringssystem av kompandertyp, vilka orsakas av amplitud- 10 15 20 25 30 35 HO 447 524 kurvfel uppträdande mellan kompressorn och expandern.

Ett speciellt syfte med föreliggande uppfinning är att un- dertrycka vid mycket höga (låga) frekvenser uppträdande icke-komple- mentära effekter som ger upphov till hörbara effekter i mellan- frekvensomrâdet (i och för reducering av míttbandsmoduleringseffekt).

Ett annat syfte med uppfinningen är att undertrycka dylika skadliga verkningar i anläggningar, i vilka den komprimerade signalens bandbredd överstiger den bandbredd inom vilken transmissionskanalens amplitudkurva är relativt flat.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att undertrycka dy- lika skadliga verkningar i ljudbandsanläggningar utnyttjande kompakt- kassetter eller andra bandbreddsbegränsade medier,inbegripet audio- delen av videoband och -skivor. Ännu ett ändamål med föreliggande uppfinning är att reducera den icke-komplementära moduleringen avlägnivåiganædelfrekvenssignaler (exempelvis cirka 500 Hz - l kHz) när dessa förekommer samtidigt med signaler av extremt hög frekvens (exempelvis över 10 kHz) i dylika ljudbandssystem.

Ett ytterligare syfte är att reducera icke-komplementära ef- fekter införda genom användning av ingångsfilter hos expandrarna. Ännu ett syfte med uppfinningen är att reducera ovanstående effekter i "glidbandssystem" av det slag som beskrives nedan.

I bandbreddsbegränsade system närmar sig eller överstiger de komprimerade signalernas bandbredd den användbara bandbredden hos inspelnings/avspelnings-transmissionskanalen, och således är dylika system speciellt utsatta för fel i inspelnings/avspelningsfrekvens- gången, speciellt vid frekvensbandets övre och nedre kanter.

Problemet har två aspekter: 1) kompressorutsignalens band- bredd kan överstiga den del av bandbredden inom vilken inspelnings/ /avspelningskurvan är relativt flat i en självständigt arbetande audioanorning, och 2) kompressorutsignalens bandbredd hos den anord- ning som används för färdigställande av förínspelade band eller ski- vor kan överstiga den bandbredd inom vilken audioanordningens åter- givningskurva är flat.

Under det att fel teoretiskt kan uppstå var som helst inom spektret, såsom förklaras nedan, är uppfinningen inriktad.på under- tryckning'av verkan av fel vid anläggningens bandgränser, speciellt på undertryckning av mittbandsmodulationseffekter förorsakade av dylika fel. C Den uppfinning som utgör lösningen på problemet avseende 10 15 20 25 30 35 h-o 447 524% mittbandsmodulation är tämligen förvånande i sin enkelhet. Närmare bestämt utsätts de av kompressorn behandlade signalerna för ett ab- rupt hög- och/eller lâgfrekvensfall med en gränsfrekvens som gott 'och väl ligger inom systemets användbara passband, och närmare be- stämt något under (över) den frekvens vid vilken transmissionskanalen och/eller inspelnings/avspelnings-kurvan uppvisar sina huvudsakligaste fel. De av expandern behandlade signalerna utsätts företrädesvis för en komplementär höjning så att en totalt sett flat frekvenskurva upprätthålles. Om en icke totalt flat frekvenskurva kan accepteras, kan uppfinningen ingå enbart i kompanderanläggningens kompressor~ partier.

I enlighet med föreliggande uppfinning utätts en del (eller delar) av det signalspektrum inom vilket transmissionskanalen eller inspelnings/avspelnings-kurvan uppvisar fel för en dämpning till sådan nivå att det dämpade partiet i huvudsak utesluts från styrning av kompressionen och expansionen.

I enlighet med uppfinningen utsätter man det av kompressorn behandlade spektralinnehållet för en ändring eller osymmetribehand- ling ("spectral skewing") så att kompressorverkan utsätts avsevärt mindre för påverkan av signaler utanför den abrupta gränsfrekvensen.

Vid en föredragen utföringsformfav uppfinningen placeras ett lämpligt filter (eller nät) i signalbanan till kompressoringången (och företrädesvis ett komplementärt filter i signalbanan hos expan- derutsignalen). Denna lösning föredrages eftersom den kräver minsta mängden kretskomponenter och arbetar vid alla signalnivåer. Vid ett ekvivalent arrangemang används två filter: det ena i kompressorns styrkretsbana och det andra i signalbanan för kompressorutsignalen.

På motsvarande sitt finns i expandern ett filter i styrkretsbanan och ett annat i expanderutsignalbanan. Ytterligare alternativ är möjliga i det fall dubbelbanekompressorer och -expandrar (exenpelvis av det slag som visas i US-PS 3 8U6 719 och US-PS Re 28 H26) används: ett lämpligt filter kan härvid vara beläget enbart vid ingången till processorns sidobana för att både påverka de därigenom passerande signalerna och styra sidobanans styrkrets; alternativt kan det ekvi- valenta tvåfilterarrangemanget användas, varvid det ena filtret är placerat i sidobanans styrbana och det andra i sidobanans utgångsbana.

Exempelvis för att reducera bandmëttningen är det i kcmyander- anläggningar känt att åstadkomma en dämpning vid höga frekvenser i anläggningens kompressorsida och att åstadkomma en komplementär höj- ning i anläggningens expandersida (US-PS 3 BHS 719, US-PS U 072 91u 10 15 20 25 30 35 40 vid dessa extremfrekvenser till följd av det mänskliga örats egens}= 447 524 och "Rundfunktechn. Mitteilungen" årgång 22 (1978), H. 2, sid 53-74). Emellertid är dämpningen svag och otillräcklig för att avhålla högnivåsignaler av hög (låg) frekvens inom anläggningens osäkra område från att påverka kompressorn, något som däremot upp- nås vid föreliggande uppfinning.

Från de ovan angivna litteraturställena är det känt att placera anti-mättningsfilter vid olika platser i signalbanan; före eller efter kompressorn/expandern och inom kompressorn/ /expandern så att de samtidigt ingår i styrkretsen. Sålunda finns många tänkbara placeringar av anti-mättningsfiltren i kompressorns och expanderns signalbanor i syfte att reducera de till inspelnings- bandet förda högfrekvenssignalerna. I motsats därtill måste den i enlighet med föreliggande uppfinning utförda kretsen vara mer exakt placerad eftersom den är avsedd att påverka kompressorn och följakt- ligen expandern genom ändring av frekvensspektret hos de signaler som kompressorn behandlar. Även om föreliggande uppfinning icke är inriktad på att mild- ra mëttningseffekter är den icke desto mindre till hjälp för att i viss utsträckning undvika bandmättning. Eftersom emellertid gräns- frekvensen för det abrupta fallet vanligen är belägen vid en fre- kvens som ligger över (under) det omrâde mättning börjar uppträda, behandlas bandmättning företrädesvis på andra sätt, exempelvis såsom beskrivs i "Audio", maj 1981, sid. 20-26.

I likhet med kända anti-mättningsarrangemang ger föreliggande uppfinning en minskning av brusreduceringseffekten inom det område där signalerna abrupt dämpas som funktion av frekvensen. Emellertid ligger det abrupta fallets gränsfrekvens för systemets övre oxråde vid en relativt hög frekvens inom det område där det mänskliga örat är betydligt mindre känsligt för brus. Vad gäller uppfinningens an- vändning vid systemets lågfrekventa gränsområde, är örat även där mindre känsligt, och även i detta fall bör i huvudsak inget hïrbart brus finnas vid dessa frekvenser i ett korrekt dimensionerat system r även om minskad brusreduoering föreligger. gg- Uppfinningen åsyfta spektralosymmetri endast vid extremt höga och/eller låga frekvenser, eftersom i praktiska system dessa frekvensområden är de enda inom vilka transmissicnskanalens amplitudkurva uppvisar mer betydande fel.

Ett annat skäl är att en försämring av brusreduceringen kan tolereras - n s....-. __ Vid ett annat känt system används ett bandpassfílter om 12 dB/oktav och med gränsfrekvenserna 20 Hz och 10 kHz i styrkretsen fr» 10 15 20 25 30 35 447 524 till ett för hembandspelare avsett bredbandigt kompanderbrusredu- ceringssystem (salufört under varumärket "dbx II"). Vid detta ar- rangemang uppnås emellertid ej samma resultat som vid föreliggande uppfinning, eftersom inget filter är anordnat i signalbanan och en högnivâig högfrekvonssignal (lågfrekvenssignal) över 10 kHz (resp. under 20 Hz) förstärkas i överensstämmelse med nivån hos alla sig- naler som förefinns inom styrkretsens passband. Ett dylikt arrange- mang medför således överdriven förstärkning av högnivåiga högfrekvens- signaler (lågfrekvenssignaler) (utanför bandet 20 Hz - 10 kHz) när signaler av hög amplitud inom nämnda band inte existerar, vilket re- sulterar i överstyrning av transmissionskanalen.

Det är även känt att i videobrusreduceringssystem (US-PS 3 846 719) inrätta ett variabel-Q-bandspärrfilter (av notch-typ) känsligt för krominansnivân och centrerat vid färgunderbärvågens frekvens, detta i syfte att förhindra att krominanssignaler åstad- kommer undertryckning i kompressorn och expandern och således elimi- nerar brusreduoeringen vid frekvenser som ligger under färgunderbär- vågen. Filtermitten ligger således inom bandbreddskanterna hos systemets signaler och inom det förutsägbara frekvensområdet hos transmissionskanalen, och har dessutom icke till syfte att eliminera inspelnings/avspelnings-kurvfel, vilket'ër syftet med föreliggande uppfinning.

Det är vidare känt att inrätta lågpass-, bandpass- och hög- passfilter med 12 dB/oktav i sidobanorna hos dubbelbanekompressorer och -expandrar (US-PS 3 846 719; "Journal of the Audio Engineering Society", Vol. 15, No. H, oktober 1967, sid. 383-388). Dessa filter har dock ett helt annat syfte, nämligen banduppdelningav brusredu- ceringsverkan i separata sidobancr och har ingen inverkan på kompres- sorinsignalernas övre och nedre gränser.

Likaså har de tidigare beskrivna skarpa bandbegränsningsfiltren gränsfrekvenser som med avsikt ligger utanför den användbara hand- bredden eftersom de icke är avsedda att påverka bandbreddens övre och nedre ytterfrekvensområden.

Hittills har det icke ansetts önskvärt att i högre grad ändra _frekvensspektret inom den användbara systembandbredden. Vid profes- sionell inspelning betraktas det såsom otänkbart att förlägga gräns- frekvensen för ett övre bandbegränsningsfilter under 20 käz. Vid FM- sändningar vidmakthâlles en övre bandgrëns om 15 käz rigoröst genom samtliga audiosignalsteg. 447 524 Även om föreliggande uppfinning icke är begränsad till an- vändning vid någon speciell typ av brusreducerings-kompanderings- system och förbättrar funktionen för alla kompandertyper, inklusive bredbandskompandrar, är uppfinningen speciellt användbar för använd- ning vid brusreduceringssystem av "glidbandstyp". Exempel på system av detta slag återfinnes i US-PS Re 28 H26 och US-PS 3 757 25H. I dy- lika glidbandskretsar uppnås högfrekvent audiokompression och -expan- sion genom användning av högfrekvenshöjning (för kompression) och högfrekvenssänkning (för expansion) med hjälp av ett högpassfilter med variabel lägre gränsfrekvens. När signalnivån inom högfrekvens- bandet ökar, förskjuts filtrets gränsfrekvens uppåt i syfte att be- gränsa det höjda eller sänkta bandet och exkludera den användbara signalen (nyttosignalen) från höjning eller sänkning.

I glidbandsanordningar utgöres en osäkerhetsfaktor i in/av- spelningskurvan av den resulterande modulationen av lågnivåiga mel- lanfrekvenssignaler när det vid kompressoringången föreligger hög- frekvenssignal inom området av in/avspelnings-osäkerheterna. I dub- belbaniga glidbandsanordningar av den typ som beskrivas i US-PS Re 28 H26 kan denna verkan undertryckas genom att man förlägger det abrupta högfrekvensfallet i anordningens sidobana. Under det att en dylik konfiguration ger det abrupta fallet endast vi låga och me- delhöga signalnivåer, är den adekvat för att i allt väsentligt upp- fylla uppfinningens syfte i dubbelbaneanordningar såväl av glidbands- typ (US-PS Re 28 426) som av dylika anordningar med fixt band (US-PS 3 8U6 719). ' Uppfinningen förklaras mer i detalj nedan i form av några exempel och under hänvisning till de bifogade ritningarna. Fif. 1-h ï/Å är blockschemor som visar alternativa placeringar av spektralscymmetri- _,- e nät enligt uppfinningen. lig. 5 är en frekvenskurva som allmänt visar egenskaperna dels för ett högfrekvensspektralosymmetrering:rät dels för ett komplementärt symmetreringsnët, för användning i L spelare. Pig. 6 visar den enligt CCIR standardiserade viktninçskurvan för brus. Pig. 7-10 är representativa frekvensgångskurvor för typiska kassettbandspelare. Pig. 11-16 är representativa kurvor för underlät- tande av uppfinningens förståelse.

Hänvisning sker nu till fig. 1-U, som visar generaliserade blockschemor för att illustrera de olika platser där spektralcsymme- treringsnät enligt uppfinningen kan vara belägna.

I fig. 1, som visar den enklaste och föredragna utförings- formen, är spektralosymmetreringsnätet (försett med en låg- eller 10 15 20 25 30 35 40 9 447 524 högfrekvenssektion) eller -näten 2 (försedda med såväl låg- som hög- frekvenssektioner) belägna i insignalbanan till en kompressor H, vars utsignal matas till en transmissionskanal N. Pâ reproduceringssidan av kanalen N verkar en komplementär expander B på den reproducerade signalen och matar den till ett eller flera fakultatíva spektralsym- metreringsnät 8 som har karakteristikor som är komplementära till nätet/näten i kompressorns ingångsbana. Denna placering av nätet är speciellt gynnsam då kompressorn och expandern vardera innefattar två eller flera serieanordningar såsom beskrives i "Audio", maj 1981, sid 20-26.

I fig. 2 visas en ekvivalent konfiguration, som i praktiken ej föredrages eftersom den är komplexare, erfordrar ytterligare kret- sar och är dyrare. I denna ekvivalenta konfiguration är ett eller fle- ra osymmetreringsnät 10 placerade i kompressorns styrkrets och ett eller flera ytterligare osymmetreringsnät 12 i kompressorns utsignal- bana. Om den valfritt införbara symmetreringen utnyttjas på återgiv- ningssidan, används ett eller flera symmetreringsnät 14 i expanderns insignalbana, och ett eller flera osymmetreringsnät 10 med samma ka- rakteristika som nätet/näten 10 i kompressorstyrkretsen är placerade i expanderns 6 styrkrets. Karakteristikorna hos näten H och 12 kan skilja sig något från nätet/näten 2 och från varandra i och för upp- nående av samma totalresultat som nätet/näten 2. Denna observation gäller även för näten 14 och 16. När såväl kompressorn 4 som expandern 6 innehåller serieanordningar, såsom beskrives i nyssnämnda artikel i "Audio", erfordras ett (eller flera) osymmetreringsnät 10 endast_i den första kompressoranordningens styrkrets, varjämte ett (eller flera) nät 12 är anordnade enbart i den första kompressorserieanordningens utgångsbana, och valfritt finns ett eller flera nät 1H enbart i in- gångsbanan hos den sista expanderserieanordningen med ett eller fle- ra nät 16 enbart i dennas styrkrets.

Pig. 3 och M illustrerar placeringen av spektralosymmetrerings- näten i sidobanorna hos dubbelbaniga kompressorer och expandrar.

Dylika kompressor- och expanderkonfigurationer är i och för sig kända och kommer därför icke att beskrivas i detalj. För den ytterligare banan N (20) finns emellertid två huvudformer. Det ena alternativet (fig. 7 och 8 i US-PS 3 8H6 719) utgöres av ett filter följt av en styrd begränsare, som av en likriktad och glättad styrsignal föror- sakas utföra en progressiv begränsning när signalen tilltar. Det andra alternativet (US-PS Re 28 H25) utgöres av ett högpassfilter av glid- bandstyp där passbandet göres progressívt smalare medelst en styrsig- 10 15 20 25 30 35 10 447 524 nal så att stora signalkomponenter utesluts från filterutsignalen.

Gynnsamma gränsfrekvensvärden för dessa variabla filter är omkring 375 Hz vid vilotillstånd men övergår gradvis till allt smalare hög- pass 1 beroende av styrsignalen. Dubbelbaniga kompressorer och ex- pandrar (enstaka eller i serie) kan användas även vid kcnfiguratí0nêT* na enligt fig. 1 och 2.

I fig. 3 är osymmetrinätet (-näten) 18 placerade i insignal- banan till kompressorns 22 (och eventuellt även expanderns 2%) brus- reduceringskrets. I fig. U visas en ekvivalent konfiguration i sam- band med en kompressor 26 och expander 28 av "glidbandstyp". I den- na ekvivalenta konfiguration är ett eller flera osymmetrinät 28 in- placerade i sidbandsstyrkretsen 30 som styr en frekvensvariabel en- het eller en glidbandsfilterkrets 32. Ett ytterligare osymmetrerings- nät 34 är placerat i sidobanans utgång. Valfritt kan samma nät pla- 'oeras i expanderbanan. Konfigurationerna i fig. 1 och 2 är att före- draga framför dem i fig. 3 och U eftersom de förra verkar vid alla signalnivåer och således även reducerar kanalöverstyrning eller band- mättningsfenomen vid bandbreddsgränsen (-gränserna). Även om en enda sidobana visas i fig. 3 och 4,kan även ett flertal sidobanor användas, exempelvis såsom visas i US-PS 3 BMG 719.

Vidare kan sidobanorna vara utförda så att kompressorns sidobana är försedd med en återkopplingsenhet och expanderns sidobana med en po- sitiv återkopplingsenhet, exempelvis såsom visas i US-PS 3 903 N85.

När man utnyttjar seriekopplade dubbelbaneanordningar såsom beskrivas i "Audio", maj 1981, sid 20-26, är det tillfyllest att använda ett (eller flera) osymmetreringsnät i kompressorns första seriekoçplade anordning och (valfritt) ett dylikt nät i expanderns sista serie- kopplade anordning, även om konfigurationen i föreliggande ansöknings fig. 1 är att föredraga.

Den spektrala osymmetriegenskapen har företrädesvis följande särdrag: a) en gränsfrekvens inom det område inom vilket trans- missionskanalens eller bandspelarens frekvensgång - inbegripet frekvensgången hos expanderns bandpassfilter - är pålitlig inom rim- liga gränser; dvs. något under (över) den frekvens vid vilken trans- missionskanalens eller bandspelarens frekvensgång är osäker eller börjar falla; b) ett abrupt avbrott i och för åstadkommande av en välde- finierad gräns för frekvensstyrningskretsen; 10 15 20 25 30 35 duo 11 447 524 c) en väldefinierad kurvform, beroende av nyssnämnda fall i frekvenskurvan, så att det blir lätt att åstadkomma reciprok ka- rakteristik under återgivning eller återspelning i och för ett bi- behållande av en totalt sett flat frekvensgång (om detta önskas); d) en form som drar maximal nytta av det mänskliga örats låga känslighet för brus och störningar vid låga nivåer dvs. frekvens- kurvan faller snabbt och så kraftigt som möjligt utan införande av en hörbar ökning av brusnivån under användning av den reciproka ka- rakteristiken under avspelning eller återgivning.

Emedan spektralosymmetriegenskaperna effektivt reducerar minskningen av brusreduceringen över (under) den skarpa gränsfre- kvensen - om denna ligger över 8 kHz eller under 50 Hz - kommer det förhöjda bruset ej att vara hörbart med hänsyn till det mänskliga örats låga känslighet för lågnivåigt brus av såväl hög som låg fre- kvens, speciellt om brusnivån är synnerligen låg, såsom fallet är då föreliggande uppfinning används i samband med bandspelarkompandrar.

Denna något förvånande aspekt av uppfinningen har verifierats experi- mentellt.

Rättfärdigande av denna behandling kan även återfinnas i utseendet av CCIR:s brusvägningskurva, vilken visas i fig. 6. Denna kurva följer det mänskliga örats lågëkënslighet för lågnivåigt brus.

Observera att känsligheten är svag vid låga frekvenser och att den dessutom faller mycket snabbt ovanför en gräns om cirka 6-7 kHz.

Sålunda föreligger ett minskat behov ur psyko-akustisk synpunkt för upprätthållande av större brusreducering vid frekvenser över 8-10 kHz.

Detta är högfrekvensmotsvarigheten till den observerade förmågan hos brusreduoeringssystem att ge en subjektivt sett stor brusreducering även om lågfrekvenserna behandlas obetydligt eller inte alls. God dimensionering kan eliminera brum, som vid kassettinspelningar är det enda lågfrekventa brus som ger subjektivt upplevda besvär.

I professionella brusreduceringssystem, i vilka lågfrekvent brusreducering används som garanti mot oväntade Lrumproblem, ger vanligen ringa behov för brusreducerin; under den lägsta brum- komponent som sannolikt kan uppträda (dvs. 50 Hz).

Speciellt vid spektrets högfrekvensënde kan användning av ett spektralosymmetrinët icke ersätta eller förebygga användning av ett totaltäokande bandbegränsningsfilter, understundom benämnt "multiplexfilter" (“MPXÜ). Skälen härtill har givits ovan. Såsom dis- kuterats tidigare har ett bandbegränsningsfilter, vanligen använt så- väl vid in- som avspelning, ett flertal funktioner som är endast pe- 10 15 20 25 30 35 40 447 524 12 rifert relaterade till de i nämnda diskussioner anförda funktioner- na. Även vid en ideal signalkanal är det därför önskvärt a.t det vid såväl kodningen som avkodningen förefinns både 1) bandbreddsbegränsningsfilter och 2) spektralosymmetrerings- och symmetreringsnät.

Nyssnämnda osymmetrerings- och symmetreringsnät (2, 18, 28, 34) ger abrupt avsats, sänkning eller fall såsom vi 5. De streckade linjerna har för avsikt att visa att den sl frekvens- (lågfrekvens-)kurvan icke behöver ha exakt det ut eende som visas med de heldragna linjerna.

En lämplig form på spektralosymmetreringsnätet(enäten) (2, 10, 12, 18, 28, SU) är ett skarpt lågpassfilter (högpassfilter) med ett fall på 18 dB/oktav och med en grënsfrekvens inom den snašbt avtagande delen av CCIR:s brusvägningskurva (fig. 5) och under (över) transmis- sionskanalens övre gränsfrekvens. En gränsfrekvens på omkring 8-10 kHz (50 Hz vid lågfrekvensänden) skulle vara lämplig för ett högkvalitets- däck med en användbar men oviss frekvensgång upp till omkring 15 kk: (eller 30-60 Hz vid den undre frekvensänden).

Nätet skulle även kunna ha formen av ett "avsatsnät" med ett 10 dB-"golv" såsom visas i fig. 5.

En annan lämplig form på nätet'är ett bandspärrfilter med en mittfrekvens på omkring 16 kHz (20 Hz) och ett sådant Q-värde att en gränsfrekvers på omkring 8-10 kHz (40 Hz) erhålles samt med ett djup av ungefär 10 dB. Man kan även använda ett dubbelavstämt (spritt av- stämt) bandspärrfilter, speciellt i professionella applikationer, detta för att erhålla en vidare totaldip, varvid den and ger någon bråkdels oktav från den första dípen.(t.ex. 1/3 cktav).

Ett djup på omkring 10-15 dB har experimentellt visat s eliminera mittbands-modulationseffekter även i de svåraste fall. Ett djup så litet som 6 dB har dock befunnits ge en avsevärd förbättring med avseende på mitthands- modulationseffekten, speciellt när fallet är mycket abrupt, såsom 18 dB/oktav.

Om en flat totalkarakteristik önskas används sanna och/eller komplementära nät 8, 1G, 1U, 18, 28 och SH i återgivnings- eller avspelningsdelen av systemet.

Under speciell hänvisning till egenskapen hos hembandspelare för kompaktkassetter, och för ytterligare belysning av uppfinningen, hänvisas nu till fig. 7-9, som för flera typiska kompaktkassettoand- spelare visar representativa,uppmätta högfrekvenskurvor vid tillräck- ligt låga nivåer för att mättning av bandet skall undvikas. Pig. 10 í/R/'A i e, P00 s QHA “FY 10 15 20 25 30 35 M0 13 447 524 visar representativa högfrekvenskurvor vid flera ingångsnivåer för en annan typisk kompaktkassettbandspelare. Observera i fig. 7 att bandspelarens frekvensgáng faller kraftigt ovanför 10 kHz. I fis. 8 stiger frekvenskurvan med början vid omkring 10 kHz och har en ut- talad topp vid 17 kHz. Kurvan i fig. 9 uppvisar en högfrekvenstopp vid 15 kHz med ett kraftigt fall ovanför denna frekvens. Den i fig. 10 visade kurvan för nivån -20 dB, där mättning undvikas, är nära nog ideal, emedan den är i huvudsak flat bort till 20 kHz. En så god fre- kvensgång är emellertid sällsynt.

Att välja gränsfrekvensen till omkring 10 kHz för hf-spektral- osymmetrinätet är således ett gott val för dylika anordningar efter- som frekvenskurvorna i fig. 7-10 visar att vid nivåer under mättníng har den typiska, väl injusterade bandspelaren ringa brister i fre- kvenskurvan under 10 kHz. Spektralosymmetreringsnätet garanterar så- ledes att det vid de flesta nivåer icke kommer att uppträda någon ni- vådiskrepans av betydelse i återgivningssignalen till följd av osäker- heter hos frekvensgângen vid mycket höga frekvenser. En gränsfrekvens på omkring 10 kHz är ett gott val för dylika anordningar, eftersom denna frekvens därtill befinner sig på den kraftigt fallande delen av CCIR:s viktningskurva (fig. 6), varför sålunda viss minskning av brusreducerineen kan tolereras av det mïnzkliga örat.

Vid bestämningen av lämplig gränsfrekvens för ett spektral- osymmetreringsnät kan konstruktören baserat på parametrarna i sitt system välja approximativa frekvenser som skiljer sig från 10 kHz.

Exempelvis kan en högre gränsfrekvens vara acceptabel i en högkva- litativ transmissionskanal. Vad gäller kompaktkassettancrdnirjar av det slag vilkas larakteristik visas i fia. 7-10, kan acceptabla övre gränsfrekvenser ligga inom området från 8 kïz till 11 eller 12 kñz. 45.. __ Under det att ett filter på omkring 18 dB/ek av är önskvärt -_; att garantera att högnivåiga signaler av hög (låg) frekvens inte styr kompressorn, kan ändock så litet som 12 dB/cktav vara tillräckligt för att uppfylla uppfinningens syftemål för de flesta signaler. Dämp- ningar betydligt kraftigare än 18 DB/oktav medför problem genom att ge komplementär symmetriåtervinning och är därför dyrbarare.

Erforderligt filterfall beror till känslighet för signaler ovanför filtrets gränsfrekvens. Betrakta viss del på kompressorns exempelvis den dubbelbaniga glidbandskompressorn enligt US-PS Fe 28 u26. I denna anordning används högfrekvenshöjning i kompressorns styrkrets så att när en signal enligt fig. 11 påtryekes på kompres- sorn (en dylik signal kan alstras av ett bredbandigt slag- eller UALIFTIV 01 _10 15 20 25 30 35 14 447 524 stötljud), så kommer styrkretsens nämnda höjning att medföra att signalen får ett energispektrum enligt fig. 12. Det diskanthöjda signalspektret har en topp. Efter likriktning ger denna topp den likströms-styrsignal som styr kompressorns bandförskjutningsverkan.

Pig. 13 återger de ovissa frekvenskurvorna hos bandspelar- kanalen för fyra olika, representativa kompaktkassettbandspelare a, b, c och d. Verkan av spektret enligt fig. 12 är att fyra olika spektra uppträder i expanderns (avkodarens) styrkrets, vilket som resultat ger fyra olika likströms-styrsignaler. Uppenbarligen resul- terar detta i felaktigheter under avkodningen.

I ett dylikt fall förorsakar en5nSka¿karakteristik hos spektralosymmetrinätet att expandern (avkodaren) alstrar samma likströms-styrsignal i vart och ett av fallen enligt fig. 15. En nätkarakteristik med en gränsfrekvens på omkring 10 kHz, såsom visas i fig. 5, är lämplig. bandets förskjutning, utan att denna endast reduceras Emellertid blir förskjutningen (eller kompressionen i systemet enligt US-PS 3 846 719) nu återvinnbar under Observera att nätet icke eliminerar frekvens- obetydligt. bandsplittrings- återgivningen.

Det är uppenbart att uppfinningens primära syfte framgår av fig. 15 - nämligen att garantera att samma topp hos växelströmsstyr- signalens spektrum förefinns vid likriktningspunkten såväl i kompres- sorn som i expandern.

Vad gäller glidbandssystem av det nyss nämnda slaget, är spektralosymmetrinätet speciellt användbart för undertryckníng av mittfrekvensmodulation förorsakad av i kompressorn uppträdande hög- nivåiga högfrekvenssignalersom ej återvinnes och matas Denna moduleringseffekt, som förekommer mycket sällan i till expandern. verkliga mu- sikkällor, hänför sig till den grundläggande funktionen hos en glid- bandsanordning med ofullkomliga signalkanaler; en dominerande styr i själva verket glidbandsfrekvenskarakteristiken och kan i- hov till hörbara effekter när signalen är av hög frekvens och återvinnas under återgivningen. När denna dominerande signal ligger vid hög frekvens, betydligt över frekvensen hos en lågnivâig medel- frekvenssignal, är verkan av mittfrekvensmoduleringen hörbar frekvenssignalen är intermittent såsom är fallet vid stötljud, exempel- vis klingande cymbaler, och inte återges med samma nivå av bandspelaren. om hög- I detta fall amplitudmoduleras mittfrekvenssignalerna även efter av- kodningen, eftersom högfrekvenssignalen hringar glidbandsfrekvensgången att variera utan motsvarande komplementär expansion i âtergivnings- liríñññm" luuAL ITY 10 20 25 15 447 524 avkodaren. Det bör observeras att denna verkan i grunden icke är en bandmättningseffekt; den kan förorsakas av felaktig förmagne~ tisering och frekvensutjämning eller av gapförluster, dålig vinkel- inställning eller dylikt. Emellertid är det uppenbart att verkan blir värre om det dessutom förekommer mättning i styrfrekvenscmrådet.

Detta problem avseende etfekterna av lågnigåig nittfrekvens- modulaticn kan lättare förstås med hjälp av fíg. 16, som visar resul- taten när en följd testtonkurvor i form av en 15 kHz-signal vid ni- våer från O till -GO dB och därunder'tillsammans med en svepande låg- nivå-testsignal vid -65 dB inspelas och uppspelas på en glidbandsan- läggning.

Observera att en ökning av den dominerande 15 kHz-signalen i amplitud från -60 dE till exempelvis -SO dB medför att kompressor- utsignalen ändrar sig omkring 2 dB. Denna ändring om 2 dB måste nog- grant iakttagas under inspelningsprocessen till följd av mittfrekvens- dynamikens beroende på denna dominanta signal (en förändring på om- kring 10 dB förorsakas vid området 1 kHz). Varje ändring under inspel- ningen inom styrfrekvensområdet multipliceras således avsevärt i mitt- frekvensområdet. .

Om ett brusreduceringssystem är utfört för behandling av låga frekvenser, uppkommer en motsvarande verkan vid låga frekvenser.

Extremt lågfrekvent brum hos kompressorinsignalen kan påverka kompres- sorkretsen. Om uppspelningsenheten inte återger dessa brumkomponenter, kommer signalmodulationseffekter vid expanderutgången att vara uppen- bara. ÅPOOR I auAuTv

Claims (16)

16 447 524

1. Signalkompressor för användning i en signaltransmissions- Patentkrav anläggning, i vilken en komprimerad signal tillföres till en trans- missionskanal, som i sin tur är ansluten till en expander, varvid den relativa signalamplitudkurvan i transmissionskanalen mellan konpressorn och expandern är oviss inom området kring de hög- och/ /eller lågfrekventa ytterområdena av den användbara bandbredden hos de till kompressorn matade signalerna, vilken kompressor har sin kompression styrd i beroende av frekvens- och amplitudnivåegenskaperna hos de påtryckta signalerna, och vilken kompressor innefattar ett bandpassfilter vars övergångsfrekvens och filterlutning är sådana att nämnda hög- och/eller lâgfrekventa ytterområden i huvudsak är uteslutna från styrningen av kompressorn, k ä n n e t e c k n a d av ett kretsarrangemang för dämpning av nämnda hög- och/eller låg- frekventa ytterområden hos den komprimerade signalen utöver att i huvudsak utesluta dessa ytterområden från styrningen av kompressorn.

2. Signalkompressor enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar åtminstone ett bandspärrnät-med åtminstone ett brant fall med en gräns- eller övergångsfrekvens belägen så att den dämpar nämnda hög- och/eller lågfrekventa ytterområden.

3. Sígnalkompressor enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar åtminstone ett bandspärrnät med ett eller fle- ra fall på mellan 12 då/oktav och 18 dB/oktav. H.

Signalkompressor enligt kravet 2 eller 3, k ä n n e- t e c k n a d av att den innefattar åtminstone ett nät beläget i kompressorns insignalbana.

5. Signalkompressor enligt kravet 2 eller 3 och innefattande en styrkrets reagerande på frekvens och amplitud hos de för kompres- sion tillförda signalerna, k ä n n e t e c k n a d av att den inne- fattar åtminstone ett bandspärrnät beläget i styrkretsen och minst ett ytterligare bandspärrnät beläget i utsignalbanan från kcmpressorn.

6. Signalkompressor enligt något av kraven 2-5, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena bandspärrnät utgöres av ett lågpassfiltcr inom det högfrekventa ytterområdet och/eller av ett högpassfilter inom det lågfrekventa ytterområdet.

7. Signalkompressor enligt något av kraven 2, H, 5 eller 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena bandspärrnät -innefattar ett bandspärrnät av notchtyp inom det hög- och/eller låg- frekventa ytterområdet. Føøwøpøøøñøæøøræfi v. PÛÛR QU UTY, I?

8. Signalkompressor enligt något av kraven 2-6, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena bandspärrnät innefattar ett"avsatsnät" (shelf network) i de hög- och/eller lågfrekventa yt- terområdena. h z:

9. Signalkompressor enligt något av kraven 2-8, k n n e- t e o k n a d av att bandspärrnätet eller -näten har ett djup på 5-10 dE eller mer inom nämnda hög- och/eller lâgfrekventa yttercm- råden.

10. Signalkompressor enligt något av kraven 1-9 i kombination med en expander för expansion av dynamikområdet av signalerna kompri- merade av kompressorn och mottagna via transmissionskanalen, vilken expander innefattar ett kretsarrangemang för höjning av de dämpade hög- och/eller lågfrekventa ytteromrâdena i och för uppnående av en i huvudsak flat frekvenskurva.

11. Signalkompressor enligt något av kraven 1-3, varvid kompres- sorn innefattar en huvudsignalbana som är linjär med avseende på dyna- mikomrâdet, en i huvudbanan belägen kombinationskrets, och en ytter- ligare bana, som har sin ingång förbunden med huvudbanans in- eller utgång och sin utgång med kombinationskretsen, vilken ytterligare bana vid kombinationskretsen avger en signal som höjer huvudbanans signal men som är begränsad så att den är mindre än huvudbanesignalen, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kretsarrangemang är beläget endast i kompressorns nämnda ytterligare bana.

12. Signalkompressor enligt kravet 11, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone ett nät är beläget i den ytterligare banans insig- nalbana.

13. Signalkompressor enligt kravet 11 med en i den ytterligare banan belägen styrkrets som i och för kompressionsstyrning reagerar på de påtryckta signalernas frekvens och arplitud, k ä n n e t e c k- n a d av åtminstone ett bandspärrnät i nämnda styrkrets och åtminstone ett ytterligare bandspïrrnät beläget i utsignalbanan hos nämnda ytter- ligare bana. 1H.

Signalkompressor enligt kravet 12 eller 13, k å n n e- t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena nät innefattar ett låg- passfilter i det högfrekventa ytterområdet och/eller ett högpassfilter i det lågfrekventa ytterområdet.

15. Signalkompressor enligt kravet 12 eller 13, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena nät innefattar ett band- spärrfilter i de hög- och/eller lågfrekventa ytterområdena. se pooR" ' " QUALITY 19 447 524

16. Sígnalkompressor enligt kravet 12 eller 13, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda åtminstone ena nät innefattar ett "av- satsnät" i de hög- och/eller lågfrekventa ytterområdena.