SE449282B - Kretsanordning for modifiering av inkommande informationssignalers dynamikomrade - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 HO 449 282 2 Denna karakteristik benämnas "bi-linjär" eftersom den har två delar med i huvudsak konstant förstärkning.

I praktiken är tröskeln och slutpunkten inte alltid väl- definierade "punkter". De båda övergångsområdena där mellannivå- delen övergår till de låg- och högnivåiga linjära delarna kan var och en variera i form från en mjuk till en skarp kurva beroende på kompressorns och expanderns styrkarakteristik.

Det skall även framhållas att kretsarrangemang med bi-linjära karakteristikor skiljer sig från andra klasser av kretsarrangemang, nämligen; (a) ett logaritmiskt eller olinjärt kretsarrangemang med fix eller föränderlig lutning och utan linjär del: förstärkningen ändrar sig över hela dynamikområdet; (b) kretsarrangemang med en karakteristika som har två eller flera delar, av vilka endast en är linjär ("uni-linjär" krets).

Kretsarrangemang med bi-linjär karakteristika har speciella fördelar och är allmänt använda. För attundgå_risken att kretsen styrs av brus kan tröskeln inställas så att den ligger ovanför in- signalbrusnivån eller transmissíonskanalbrusnívån~ Högnivådelen med i huvudsak konstant förstärkning innebär att man undviker olinjär behandling av högnivåsignaler, något som eljest skulle introducera distorsion. Vid audiosignaler, då kretsen måste vara syllabisk, tillhandahåller dessutom högnivâdelen ett område, inom vilket de översvängningar kan behandlas som uppträder hos en syllabisk krets när signalnivân ökar abrupt. Översvängningarna undertryckes medelst klippdioder eller liknande organ. Endast bi-linjära karakteristikor är kapabla att ge alla dessa fördelar.

Kända kretsar utnyttjande ettenkelt steg med bi~linjär karak- teristik som för närvarande används i hem-audioprodukter ger 10 dB kompression och expansion, vilket är adekvat för många ändamål.

Detta kvarlämnar dock visst brus som kan uppfattas av vissa lyssnare, och för högsta fidelitet är större kompression och expansion önsk- värd, säg ZO dB. En ny krets somlikaså används i hem-audioprodukter beskrivs i BE-Ps sas uza, BE-Ps ses uzv, BE-Ps ass me, i "Audiøk maj 1982, sid. 20-26 samt i ett tryckt föredrag presenterat vid Audio Engineering Society, nov. 1981, New York, N.Y.

Innan nyssnämnda kretsar fanns, var kretsar kända och kommer- siellt tillgängliga, vilka gav 20 dB kompression eller expansion, eller t.o.m. ännu mer, men dessa tidigare kretsar utgöres vanligen av logaritmiska kretsarrangemang med konstant kurvlutning, vilka 10 15 20 25 30 35 3- 449 zsz således har en kontinuerligt föränderlig förstärkning över hela eller nästan hela dynamikomrâdet. Dylika kretsar besitter nack- delen att ha större distorsion och större signalföljningsproblem vid mycket låga och mycket höga signalnivåer än de bi-linjära kret- sar, hos vilka förstärkningsändringen är begränsad till en mellan- del av karakteristikan, och dessutom är problemen avseende över- svängningar allvarligare än vid de bi-linjära arrangemangen. Kända kompandrar med konstant kurvlutning använder sig av kompressionsför- hållanden inom området 1,5:1, 2:1 och 3:1, varvid dock 2:1 är van- ligast.

Enligt den spridda aspekten av de bi-linjära kretsarna be- skrivna i BE-PS 889 H28, följs en första krets - som har bi-linjär in/ut-karakteristika - av en eller flera ytterligare kretsar, som likaså har bi-linjär karakteristika vid en given frekvens inom ett för kretsarna gemensamt frekvensomräde. Kretsarnas trösklar och dy- namikområden inställes på olika värden så att spridning erhålles av mellannivâpartiet av kretsarnas karakteristikor i syfte att ge en förstärkningsändring över en större del av mellansignalnivåerna än för varje krets individuellt och i syfte att ge större skillnad mel- lan förstärkningen vid låga och höga insignalnivåer, men med maxi- malt kompressions- eller expansionsförhâllande, som i huvudsak icke är större än det maximala kompressionsförhållandet för en ensam krets, detta till följd av spridningen.

Om det gäller audiokretsar, och om kretsarna har översväng- ningsundertryckande (begränsande) organ, är det även möjligt att sprida dessas trösklar tillsammans med spridningen av de syllabiska trösklarna. översvängarna i lågnivåkretsarna eller -stegen minskas i motsvarande grad, med minimal totalöversvängning hos alla steg.

Detta står i motsats till konventionella logaritmiska kompressorer, i vilka stora översvangar alstras till följd av dessa kompressorers inneboende egenskaper.

Varje krets kan införa en ändring av signalens spektralinne- håll - exempelvis en lågnivåig diskanthöjning vid kompressorfallet.

Sålunda kan varje efterföljande steg komma att aktiveras av en signal med progressivt ändrat spektralinnehåll. Vid komplexa signaler har detta fördelen att sprida riskerna för fel vid avkodningsfunktionen.

I fallet med en bandspelare med exempelvis ojämn frekvensgàng, kommer spektralskiftningstendensen att minska de totala dynamik- och fre- kvenssvarsfelen i det avkodade resultatet. 10 15 20 2s_ 30 35 40 449 282 " Möjligheten att sprida bi-linjära steg ger konstrüktören ännu ett sätt för optimering av den totala kretsen. Härvid kan formen på de individuella stegens kompressionskarakteristikor be- stämmas under åtanke speciellt av denna spridning. Hänsyn tages även till kretsarnas transíentegenskaper, och företrädesvis utnytt- jas möjligheten att sprida översvängningsundertryckningströsklarna i audiokompressorer och -expandrar så att resultatet blir minimala totalöversvängningar.

En välkänd kretstyp benämnd "glidbandskrets" kan användas för såväl den första som den andra kretsen och åstadkommer den specifi- cerade önskade karakteristikan för audiokompression eller -expansion vid höga frekvenser genom att införa hf-höjning (för kompression) el- ler hf-sänkning (för expansion) med hjälp av högpassfilter med vari- abel lägre övergångsfrekvens. När signalnivån ökar inom högfrekvens- bandet, förflyttar sig ("glider") övergångsfrekvensen uppåt i syfte att begränsa det höjda eller sänkta bandet och exkludera nyttosignalen från höjningen eller sänkningen. Exempel på kretsar av detta slag återfinnes i US-PS Re 28 426, US-PS 3 757 254, US-PS U 072 91%, US-PS 3 93k 190 och japanska patentansökningen 55529/71.

Således kan vardera av de första och andra kretsarna utgöras av en "glidbandskrets". I princip kan de vid vilotillstånd rådande över- gângsfrekvenserna hos de båda glidbandskretsarna vara olika, och för- del kan dragas härav för att åstadkomma en kompressions- eller expan- sionsgrad som är större inom ena delen av det behandlade frekvens- bandet än inom den andra. I enlighet med en modifiering göres dock övergángsfrekvenserna i stort sett identiskt lika. Detta leder till den fördelen att skarpare åtskillnad uppkommer mellan det frekvensom- råde där höjning eller sänkning förekommer och det frekvensområde där detta inte sker och således skarpare åtskillnad mellan det om- råde där brusreducering ej längre sker till följd av uppträdandet av en betydande nyttosignal och det område där brusreduceringen fort- sätter att verka. Å andra sidan är kretsar välkända, vid vilka frekvensspektret uppdelas i ett antal band med hjälp av däremot svarande bandpass- filter, varvid.kompression eller expansion utföres inom varje band med hjälp av en tillhörande förstärkningsstyrande anordning (antingen en automatiskt reagerande begränsare av diodtyp eller en styrd be- gränsningsanordning) i kompressorn och med något slag av reciprok eller komplementär kretsanordning för expandern. Exempel på dylika kretsar âterfinnes i US-PS 3 8u6 719. Dessa banduppdelade kretsar 10 2@ 25 30 35 40 449 282 eller multibandskretsar har fördelen att arbeta oberoende inom de olika frekvensbanden, och om denna egenskap önskas eller behövs, kan kretsar av detta slag användas i det första, det andra eller i ytterligare steg i kretsanordningen enligt uppfinningen.

Det är känt att konstruera bi-linjärakompressorer och ex- pandrar - såväl av glídbandstyp som banduppdelningstyp - genom an- vändning av blott en signalbana. Emellertid föredrages det i allmän- het att dylika anordningar konstrueras genom inrättande av en huvud- signalkrets, som är linjär med avseende på dynamikomrâdet och som in- nehåller en kombinationskrets, och en ytterligare krets som erhåller sin insignal från den ytterligare kretsens ingång eller utgång och har sin utgång kopplad till kombinationskretsen. Den ytterligare kretsen innehåller en begränsare (självverkande eller styrd) och den ytterligare kretsens begränsade signal höjer huvudkretsens signal i kombinationskretsen, vid kompressionsfallet, men sänker eller mot- verkar huvudkretssignalen i expansionsfallet. Den begränsade signalen i den ytterligare banan är mindre än huvudbanans signal inom den övre delen av insignalens dynamikområde. Huvudkretsen och den ytterligare kretsen är lämpligen och företrädesvis identifierbara signalbanor.

Kända kompressorer och expandrar av detta slag är speciellt fördelaktiga eftersom de möjliggör ett exakt upprättande av den ön- skade överföringskarakteristikan utan problem avseende högnivådistor- sion. Lâgnivådelen med i huvudsak konstant förstärkning åstadkommas genom att den ytterligare banan ges en tröskel ovanför brusnivån; under denna tröskel är den ytterligare banan linjär. Medelnivâdelen bildas av det område över vilket den ytterligare banans begränsande verkan delvis träder i funktion, och högnivådelen med i huvudsak konstant förstärkning uppkommer efter det att begränsaren trätt helt i funktion så attden ytterligare banans signal upphör att öka och blir försumbar jämfört med huvudbanesignalen. Vid högsta delen av insig- nalens dynamikområde utgöres kretsens utsígnal i praktiken endast av den signal som passerat genom den linjära huvudbanan, varmed med lin- jär åsyftas linjär med avseende på dynamikområdet. I dubbelbaniga audiokretsar är inrättandet av översvängningsundertryckning speciellt lämpligt.

Exempel på kända kretsar av detta slag âterfinnes i US-PS 3 BUS 719, US-PS 3 903 H85 och US-PS Re 28 H26. Vidare finns kända analogkretsar som uppnår liknande resultat men i vilka den ytterligare banan har en karakteristika som är invers till begränsningskarakteris- tikan, varjämte den ytterligare banansutsignal sänker eller motverkar 10 15 20 25 30 35 MO 449 282 -6 huvudbanesígnalen vid kompression och höjer densamma vid expansion (US-PS 3 828 280 och US-PS 3 875 537).

Vilken som helst av dessa kända bi-linjära kretsar kan följ- aktligen utnyttjas som första och andra kretsar i kretsanordningen enligt uppfinningen.

Såsom nämnts tidigare, är det icke väsentligt att den önskade íformen av bi-linjär karakteristík åstadkommas medelst dylik "dubbel- baneteknik". Alternativ finnes, vilka arbetar med enkla banor, såsom beskrivas exempelvis i US~PS 3 757 25k, US-PS 3 967 219, US~PS H 072 91H, US-PS 3 909 733 och japanska patentansökningen 55529/71. Även om dessa alternativa kretsar vanligen icke förmår alstra lika goda resultat som dubbelbanekretsar, eller kan vara mindre lämpliga och därmed mindre ekonomiska, kan de i allmänhet ge lika goda resul- tat. Följaktligen kan även dessa kända kretsar användas som en eller flera av kretsarna i det i enlighet med uppfinningen utförda krets- arrangemanget. Om så önskas, kan den ena av de första och andra kretsarna utgöras av en dubbelbanekrets och den andra'av en enkelbane- krets.

Vid ett känt arrangemang av två i serie liggande bi~linjära kretsar enligt amerikanska patentansökningen 325 529, inlämnad 1 de- cember 1981, förefinns en korskoppling mellan de separata styrkretsar- na i varje anordning. En styrsignalkomponent från lågnivåkretsen ma- tas via ett kopplingsnät till styrkretsen i högnivâprocessorn.

I enlighet med föreliggande uppfinningsprinciper förefinns ytterligare metoder för korskoppling av spridda, seriekopplade bi- -linjära kretsar, däri innefattande koppling av signalkomponenter i ena kretsens signalbana till en signalbana i den andra kretsen och korskoppling genom användning av en gemensam styrkrets för seriekopp- lade anordningar. Korskoppling kan a) vara till hjälp för att göra systemet okänsligt för icke önskade signaler, b) vara behjälplig för att reducera brusmoduleringseffekter, c) undertrycka parasitsvar (icke önskade svar), d) medge minskade individuella kretskrav, e) öka kompression eller expansion utan bieffekter, f) reducera den totala kretskomplexiteten och -kostnaden, etc. En egenskap hos spridda serie- kopplade bi-linjära kretsar är att de utnyttjar olika driftströsklar och vanligen även olika översvängningskretsar (åtminstone i samband med audioanordningar). Följaktligen kommer kretsarna att ge olika gensvar. Korskoppling av växelströmssignaler mellan (eller bland) seriekretsarna ger systemkonstruktören en extra konstruktionsparameter som kan vara till användning vid optimering av systemoperationen. 10 15 20 25 30 35 H0 7 4-49 282 Exempelvis vid dubbelbane-bilinjärkretsar kan utsignalen från brusreduceringsbanan i en krets med högre tröskelnivå matas till kretsen med lägre tröskelnivå och med lämpliga frekvenssvars- och fasmodífikatíoner inmatas i signalkretsarna med fixa och vari- abla filter för att därigenom ge upphov till aktiv filterverkan som främjar glidbandsverkan och åtföljande brusreduceringsverkan.

Dessutom kan kretskomplexiteten och -kostanden reduceras ge- nom användning av en enda styrkrets för två eller flera seriekopplade bi-linjära kretssteg, i vilket fall de respektive in- och utsignaler- na hos den enda styrkretsen är korskopplade mellan (eller bland) de seriekopplade stegen.

Uppfínningen kommer nu att beskrivas mer i detalj i form av exempel och under hänvisning till den bifogade ritningen. Pig. 1 är en som exempel visad grupp kurvor som visar komplementära kompres- sions- och expansionskarakteristikor av bi-linjär typ. Pig. 2 utgör ett blockschema som generellt visar en serie bi-linjära anordningar.

Pig. 3 är ett schematískt kopplingsschema för en tidigare känd kompres- sor av glidbandstyp. Pig. N är ett schematiskt kopplingsschema för en tidigare känd expander av glidbandstyp. Pig. 5 är ett schematiskt kopp- lingsschema för en modifíkation.av kretsarnai fig. 3 och U. Pig. 6 är ett blockschema för en dubbelbanig, bi-linjär kompressor av glid- bandstyp av det slag som beskrivits i samband med fig. 3 eller i sam- band med fig. 3 med den i fig. 5 visade modifikationen. Pig. 7 och 8 är blockscheman som visar tidigare kända kompressorer och expandrar med fast band. Pig. 9 är ett blockschema som åskådliggör föreliggan- de uppfinning i sin generella form. Pig. 10 är ett blockschema som visar föreliggande uppfinning ut- -' U förd som en dubbelstegs bi-linjär kompressor och expander. Pig. 11 är ett mer detaljerat blockschema av utföringsformen i fig. 10.

Pig. 12 är ett schematiskt diagram som visar ett exempel på ett kors- kopplingsnät för användning i fig. 11. Pig. 12 är ett blockschema som visar uppfinningen i ett arrangemang för âstadkommande av en gemensam styrkrets för seriekopplade bi-linjära anordningar av glidbandstyp.

Pig. 14 är ett blockschema som visar uppfinningen i ett arrangemang för åstadkommande av en gemensam styrkrets för seriekopplade bi-linjära anordningar med fixt band.

Exempel på bi-linjära komplementära kompressions- och expan- síonsöverföringskurvor (vid en viss frekvens) visas i fig. 1, som (för kompressionskarakteristikan) visar lâgnivådelen med i huvudsak konstant förstärkning, tröskeln, den del där dynamikverkan förelig- ger, slutpunkten samt högnivàdelen med i huvudsak konstant förstärk- 10 15 20 25 30 35 449 282 8 ning.

Pig. 2 visar seriekopplade bi~linjära anordningar rent ge- nerellt: en första bi-linjär kompressor 2 tillföres ingångsinfor- mationen och matar sin utsignal till en andra bi-linjär kompres som är seriekopplad med den första och som har utgången ansluten till en störd informatíonsöverföringskanal N. Ett par seriekoppladc bi- -linjära expandrar 6 och 8 tillföres vid expandern 6 såsom insignal signalen från kanalen N och avger vid expanderns 8 utgång brusredu- ceríngssystemets utsignal. De seriekopplade anordningarnas dynamiskt verkande områden är separerade eller spridda relativt varandra inom det för anordningarna gemensamma frekvensområdet. Även om i figuren visas två anordningar på vardera sidan om informationskanalen N, kan även fler än två användas, och uppfinningen förutser korskoppling av två eller fler seriekopplade bi-linjära kompressorer eller expandrar.

När brusreduceringssystemet är utfört komplementärt, används samma antal seriekopplade bi-linjära kompressorer och expandrar.

Ordningen mellan stegen med speciella karakteristikor i kom- pressorn är omvänd i expandern. Exempelvis är expanderns sista steg komplementärt med avseende på kompressorns första steg, detta i samt- liga avseenden - stationärt tillstånd och tidsberoende dynamiskt svar (frekvens-, fas- och transientsvar vid alla signalnivå- och dynamik- tillstånd).

Såsom redan nämnts är det vanligen att föredraga att högnivâ- steget är det första steget i kompressorföljden och lågnivåsteget det sista. Emellertid är det omvända arrangemanget möjligt, varvid det första stegets styrförstärkare måste ha hög förstärkning för att den erforderliga låga tröskeln skall uppnås. Denna låga tröskel äger sedan giltighet även vid förekomst av högnivåsignaler, vilket vid kända "glidbandssystem" vanligen leder till att systemet som helhet får dåliga prestanda med avseende på brusmodulering. Vid detta omkas- tade arrangemang måste varje steg ge tillräcklig förstärkning hos styrförstärkarna för att ifrågavarande stegs tröskel skall nås. Vi- dare är varje tröskel i huvudsak fix och oberoende av de övriga ste- gens funktion. Detta är en följd av att signalförstärkningen hos var- je tidigare steg fallit till i huvudsak ett när motsvarande efterföl- jande steg nått sin tröskel. 10 15 20 25 30 35 40 u 9 449 289 1- I motsats till vad som är fallet vid det omkastade fallet gäller vid det föredragna arrangemanget (där högnivåsteget således ligger först i kompressorkedjan och lågnivåsteget sist) att det föreligger en gynnsam växelverkan mellan stegförstärkníngarna och trösklarna. Trösklarna hos de "nedströms" belägna stegen bestämmas delvis av de föregående stegens signalförstärkningar. I ett två- stegssystem med 10 dB lågnivåförstärkning per steg reduceras ford- ringarna på förstärkningen i det andra stegets styrförstärkare med 10 dB till följd av lågnivåsignalförstärkningen i det första steget.

När en högnivåsignal uppträder, elimineras denna 10 dB-förstärkning i det första steget och lågnivåstegets tröskel höjs i praktiken 10 dB.

Vid kompandrar av glidbandstyp förbättrar detta systemets prestanda med avseende på brusreduceringen.

Vid den föredragna utföringsformen är alla föregående stegs förstärkning fullt verksam upp till tröskeln hos ett visst efterföljan- de steg. Till skillnad mot det ovan beskrivna "omvända" systemet drar ~det föredragna arrangemanget mest nytta av de individuella stegens rådande signalförstärkningar.

Sålunda gäller: 1. Under signaltillstånd med mycket låg nivå (under tröskeln) reduceras fordringarna på förstärkningen i styrförstärkaren i varje steg i en grad lika med de kumulativa signalförstärkningarna i alla föregående steg. 2. En signalberoende, variabel tröskeleffekt uppnås, varigenom brusmodulationseffekter reduceras vid glídbandssteg. De effektiva trösklarna i lågnivâstegen höjs gradvis med tilltagande signalnivå vid viss frekvens. Vid höga signalnivåer (på den linjära högnivå- delen av överföringskarakteristikan) höjs lâgnivåstegets effektiva tröskel en nivå lika med förstärkningarna i alla lågnivåssteg (sub- -tröskelsteg) upp till denna punkt.

En känd utföringsform av seriekopplade, bi-linjära processorer utnyttjar i serie. liggande glidbandsanordningar: kompressorerna 2 och H och expandrarna 6 och 8 i fig. 2 är konventionella glidbandsanord- ningar av det slag som visas i US-PS Re 28 426 med modifieringar så- som beskrives i BE-PS 889 N28. Dylika modifieringar innefattar sprid- ning av syllabik- och översvängningströsklarna och ändring av filter- gränsfrekvenserna.

Detaljer hos grundkretsen framgår av fig. 3, H och 5, vilka motsvarar fig. U, 5 resp. 10 i US-PS Re 28 M26, och ytterligare de- taljer hos dessa kretsar liksom deras funktion och teori återfinnas 10 15 20 25 30 35 HO 449 282 1° i denna skrift. Följande beskrivning av fig. 3,H och 5 härstammar till stor del från US~PS Re 28 H16.

Kretsen enligt fig. 3 är speciellt dimensionerad för att in- gå i inspelningskanalen hos en hem~bandspelare, och tvâ dylika kretsar erfordras för en stereobandspelarc. Insignalen tillföres vid en klämma 10 till ett emitterföljarsteg 12, som alstrar en låg- impedanssignal. Denna signal matas dels via en huvud- eller direkt- passagebana bestående av ett motstånd 1H till en utgångsklämma 16 och dels via en ytterligare bana, vars sista element utgöres av ett motstånd 18,-som är anslutet till klämman 15. Motstånden 1H och 18 adderar utsignalerna från huvudbanan och den ytterligare banan i och för uppfyllande av den erforderliga kompressionslagen.

I den ytterligare banan ingår ett fixt filter 20, ett filter 22 med variabel gränsfrekvens och innefattande en fälteffekttransistor 2H (utgörande filtret/begränsaren) samt en förstärkare 28, vars ut- gång är förbunden med en dubbeldiodsbegränsare eller -klippare 28 och även med motståndet 18. Den olinjära begränsaren undertrycker över- svängningar hos utsignalen vid abrupt ökande insignaler. Förstärkaren 25 höjer signalen i den ytterligare banan till sådan nivå att knäet i karakteristikan hos begränsaren eller översvängningsundertryckaren 28, som består av kiseldioder, är verksamt vid korrekt signalnivå under transíenttillstånd. översvängningsundertryckarens effektiva tröskel ligger något ovanför tröskeln hos det syllabiska filtret/ /begränsaren. Motstånden 14 och 18 är dimensionerade så att den er- forderliga dämpningskompensationsgraden erhålles för signalen i den ytterligare banan.

Förstärkarens 26 utgång är även förbunden med en förstärkare 30, vars utsignal likriktas av en germaniumdiod 31 och integreras i ett glättningsfilter 32 i och för åstadkommande av styrspänningen för fälteffekttransistorn 24.

Två enkla RC-filter används, men även därmed ekvivalenta LC- eller LCR-filter kan användas. Det fixa filtret ger en gränsfrekvens på 1700 Hz (nu 1500 Hz), under vilken en avtagande kompression upp- träder. Filtret 22 utgöres av en seriekondensator SH och ett shunt- motstånd 36 följt av ett seriemotstånd 38 och fälteffekttransistorn 2%, vars emitter-kollektorbana är kopplad som shuntmotstånd. Vid vi- lotillstând med nollsignal på transistorns 2H styre är transistorn strypt och uppvisar i huvudsak oändlig impedans, varvid man kan bort- se frân motståndet 38. Filtrets 22 gränsfrekvens är sålunda 800 Hz (nu 750 Hz), vilket man kan observera ligger väsentligt under det fixa filtrets 20 gränsfrekvens. 10 15 20 25 30 35 M0 11 449 282 När signalen på styret ökar tillräckligt för att transistorns 2% resistans skall falla till mindre än exempelvis 1 kohm, kommer motståndet 38 att shunta motståndet 36 så att gränsfrekvensen ökar och markant minskar filtrets passband. Gränsfrekvensens höjning sker givetvis gradvis.

Användningen av en fälteffekttransistor är gynnsam eftersom denna inom ett lämpligt begränsat sígnalamplitudområde fungerar i huvudsak som ett linjärt motstånd (för signal av endera polariteten), vars värde bestämmes av styrspänningen på styret.

Motståndet 36 och fälteffekttransistorn är förbundna med ett inställbart uttag 45 hos en spänningsdelare som innehåller en tempe- raturkompenserande germaniumdiod H8. Uttaget H6 möjliggör justering av filtrets 22 kompressionströskel. h Förstärkaren 26 innehåller komplementära transistorer som ger hög ingångsimpedans och låg utgångsimpedans. Eftersom förstärka- ren driver diodbegränsaren 2B,.erfordras en ändlíg utgångsimpedans, vilket åstadkommes med kopplingsmotståndet 50. Såsom redan nämnts är dioderna 28 kiseldioder med ett skarpt knä kring 1/2 volt.

Signalen över begränsaren och således över motståndet 18 kan kortslutas till jord medelst en strömställare 53 när det erfordras att kompressorn försätts ur funktion. I Förstärkaren 30 är en NPN-transistor med ett emittertids- konstantnät 52 som höjer förstärkningen vid höga frekvenser. Kraf- tiga högfrekvenser (t.ex. cymbalslag) kommer därför att leda till snabb minskning av det band inom vilket kompression sker, detta för undvikande av signaldistorsion.

Förstärkaren är kopplad till glättningsfiltret 32 via lik- riktardioden 31. Filtret består av ett seriemotstånd SU och en shunt- kondensator S6. Motståndet SU är shuntat av en kiseldiod 58, som möjliggör snabb uppladdning av kondensatorn 56 för snabbt ikraft- trädande förenat med god glättning under stationärtillstånd. Spän- ningen över kondensatorn 56 pâtryçkes direkt på transistorns 24 styre.

Ett fullständigt kopplingsschema för den komplementära ex- pandern visas i fig. H. En fullständig beskrivning är dock icke nöd- vändig eftersom kretsen i huvudsak är identiskt lik kretsen i fig. 3, och av samma skäl anges merendels ej heller komponentvärden i fig. H.

Skillnaderna mellan fig. 3 och H är följande.

I fig. H erhåller den ytterligare banan sin insignal från utgångsklämman 16a, förstärkaren 26a är inverterande samt de av motstànden 1H och 18 kombinerade signalerna matas till ingången (II 10 15 20 25 30 35 H0 449 282 12 (basen) hos emitterföljaren 12, vars utgång (emittern) är kopplad till klämman 16a. För tillförsäkrande av låg drivimpedans är in- gångsklämman 10a kopplad till motståndet 1H genom en emitterföljare 60. Lämpliga åtgärder måste vidtagas för att förhindra att förspän- ningar inkommer i expandern.

Förstärkaren 26a göres inverterande genom att utsignalen tas från den andra transistorns (av PNP-typ) emitter i stället för kol- iektor. Denna förändring inbegriper även flyttning av 10 kohm mot- ståndet 62 (fig. 6) från kollektorn till emíttern (fig. 6), vilket automatiskt ger en lämplig utgångsimpedans för drivning av begränsaren.

Motståndet 50 är därför utelämnat i fig. 4.

För korrekt injustering av ett komplett brusreduceringssystem bör det observeras att det är av vikt att samma signalnivåer före- ligger pâ emittrarna hos transistorerna 12 i både kompressorn och expandern. Mätklämmor M visas anslutna till nyssnämnda emittrar.

I Pig. 5 visar en föredragen krets för ersättning av kretsen mellan punkterna A, B och C i fig. 3 och H. När fälteffekttransistorn 24 är strypt, är det andra RC~fältet 22 inoperatívt, och det första RC-nätet 20 är härvid bestämmande för frekvensgången i den ytter- ligare banan. Den förbättrade kretsen kombinerar de med avseende på fasen existerande fördelarna med att ha endast en RC-sektion under vilotillstånd med dämpningen 12 dB/oktav hos ett tvåsektions RC-nät under signaltillstånd.

I en i praktiken utförd krets med användning av MFF 104 som fälteffekttransistorer, måste motståndet 36a på 39 kohm finnas för att ge en ändlig källimpedans för fälteffekttransistorn. På detta sätt hålles kompressíonsförhållandet vid alla frekvenser och nivåer maximalt vid 2. Motståndet 36a har samma kompressionsbegränsande funktion i den förbättrade kretsen som motståndet 36 har i kretsen i fig. 3 eller U. Dessutom tillhandahåller detta motstånd en låg- frekvensbana för signalen. 2 Vissa detaljer hos kretsen enligt fig. 3-5 har utvecklats under årens lopp, och modernare typer av kretsen har publicerats och är välkända inom föreliggande teknikgren. För att förenkla presentationen hänvisas till den speciella kretsen i US-PS Re 28 H26.

I BE-PS 889 fl28 behandlas modifieringar till den nyss beskrivna kretsen, speciellt i syfte att låta två dylika kretsar arbeta i se~ rie. Dessa modifieringar innefattar ändring av filtrens 20 och 22 frekvenser, ändring av översvängningsundertryckningsnivân och änd- ring av den syllabiska tröskeln hos en av kretsarna genom modifiering (It 10 15 20 25 30 35 H0 13 449 282 av styrförstärkaren 30. Detta sker genom ändring av dess högfre- kvenshöjningsegenskaper, som styrs av nätets 52 emittertidskonstant. Ökning av kondensatorvärdet i styrförstärkarens 30 emitternät höjer förstärkarens förstärkning vid en given frekvens, vilket förorsakar att glidbandsfiltret reagerar på lägre sígnalnivåer. Såsom för- klarats ovan och i US-PS Re 28 H26, kommer - när styrspänningen (från förstärkaren so, iikr-iktaren 31 och giartningsfilfrer az) ökar - det variabla RC-filtrets 22 gränsfrekvens att stiga. Med större värden på kapacitansen i nätet 52 (med åtföljande sänkning av styrförstärkarens övergångsfrekvens) kommer således det variabla filtret att reagera genom att förflytta sig uppåt i frekvens från sitt vilovärde. Översvängningsundertryckarens tröskel sänks genom påtryckning av lämplig likförspänning (i framriktningen) över dioder- na 28. Alternativt kan förstärkarens 26 (fig. 3) förstärkning höjas till den erforderliga nivån eller också kan förstärkarens 26 för- stärkning höjas till hög nivå och dämpning användas för injustering av signalnivåerna för dioderna.

Pig. 7 visar ett blockschema för en dubbelbanig, bi-linjär kompressor- och expanderkonfiguration med fixt band. De grundläg- gande aspekterna hos detta system behandlas i US-PS 3 846 719, US-PS 3 903 485 och i "Journal of the Audio Engineering Society", v01. 15, nr. u, okt. 1967, sia. saraaa.

Vid det kända utförandet i fig. 7 tillhandahåller nätet 250 för ytterligare banor fyra band. Banden 1,3 och 4 är försedda med konventionella ingångsfilter om 12 dB/oktav: ett 80 Hz lågpassfilter 252 vid ingången till band 1, ett 3 kHz högpassfilter 25% vid in- gången till band 3 och ett 9 kHz högpassfilter 256 vid ingången till band H. Vartdera filtret följs av ett som emitterföljare ut- fört isoleringssteg 258. Bandet 2 har en frekvensgång som är komple- mentär till banden 1 och 3. En dylik frekvensgång uppnås genom ad- dering (i adderaren 260) av utsignalerna från emitterföljarna i banden 1 och 3 och subtrahering av denna summa från den totala ingångssignalen (i subtraheraren 262). Utsignalen från emitter- följaren 258 i varje band och subtraherarens 262 utsignal matas till respektive begränsare 264, 26H'. Dessa är likadana med undan- tag av att begränsarna 26%' i banden 1 och 2 har tidskonstanter som är dubbelt så stora som i banden 3 och 4. Bandens 1-H utsignaler kombineras med huvudbanesignalen i kombinationskretsen 266. Kompres- sorutsignalen matas till en störd kanal för sändning till den komple- mentära expandern, i vilken utsignalen från de identiskt lika ytter- 10 15 20 25 30 35 HO 449 282 “" ligare bannäten subtraheras från insignalen för att därigenom ge den komplementära expansionskarakteristiken.

Pig. 8 visar ytterligare detaljer i begränsarna 26H och 26H', som innehåller var sin fälteffekttransistor-begränsare 270 som fungerar som gensvar på en styrsignal. Den dämpade utsignalen för- stärks av signalförstärkaren 272, vars förstärkning är inställd för att ge den önskade lågnivåsígnalförstärkningen. Samtliga bands vtsignaler kombineras med huvudsignalen på sådant sätt att en låg- nivåutsígnal erhålles från kompressorn, vilken lågnivåsignal likfor- migt är 10 dB högre än insignalen upp till omkring 5 kHz, varovan- för nivån ökar mjukt till omkring 15 dB vid 15 kHz.

FET-dämparen 270 styrs av en styrsignals-underkrets som till- handahåller en kompressionströskel om HO dB under topparbetsnívån.

Denna underkrets innehåller en styrsígnalförstärkare 276 följd av en fasdelare 278 som driver en helvågslikriktare 280. Den resulterande likspänningssignalen matas till ett glättningsnät 282, vars utsignal är nämnda styrsignal. I nätet 282 ingår en för-integrator av RC-typ, en emitterföljare och en RC-slutintegrator som arbetar tillsammans med dioder på sådant sätt att såväl för- som slutintegratorn har av dioderna förorsakade olinjära karakteristikor. Snabba, stora för- ändringar i signalamplituden passerar snabbt, under det att små änd- ringar överföres långsamt. Denna dynamiska glättningsverkan åstad- kommer optimala resultat med avseende på modulationseffekter, låg- frekvensdistorsion och av styrsignalen genererade distortionskompo- nenter. Med kretsen uppnås både snabb återhämtning och låg signal- distorsion.

Pig. 9 visar generellt de tänkbara korskopplingskonfigurationer- na mellan två i serie liggande bi-linjära anordningar. Om fler än två anordningar arbetar i serie, ökar antalet möjliga korskopplings- konfigurationer. Sålunda kan exempelvis den första anordningen vara korskopplad till den tredje anordningen osv. I fig. 9 visas "n" möjliga korskopplingar från kompressorn 2 till kompressorn H med de respektive överföringsfunktionerna f1(s), f2(s) - fn(s). Vidare visas "n" möjliga korskopplingar från kompressorn 4 till kompressorn 2 med de respektive överföringsfunktionerna g1(s), g2(s) - gn(s). Vid det komplementära expanderarrangemanget av expandrarna 6 och 8 är kors- kopplingarna omkastade så att g1(s)-, g2(s) ~ och gn(s)-korskopplingar- na går från expandern 6 till expandern 8 och f1(s)-, f2(s)- och fn(s)- korskopplingarna från expandern 8 till expandern 6. Generellt kan således finnas en eller flera korskopplingar, antingen framåt eller 10 15 20 25 30 35 HO 15 449- 282 bakåt [f(s) eller g(s)] och korskopplingarna kan gå i enbart en riktning (t.ex. är antingen f(s)- eller g(s)-riktningarna uteläm- nade), eller också kan de alternativt gå i båda riktningarna via ett gemensamt kopplingsorgan. Överföringsfunktionerna f1(s), f2(s), g1(s) etc. kan förverk- ligas medelst olika aktiva och passiva anordningar, som kan inne- fatta frekvens- och /eller nivåberoende element. Korskopplingsbanor- nas in- och utgångsanslutningar kan innehålla lämpliga punkter för matning från kopplingen till någon av följande punkter: insignal- banan, utsignalbanan, huvudsignalbanan (i en dubbelbanig bi-linjär anordning), signalbanor med ytterligare banor (i en dubbelbanig bi- -linjär anordning) och växelinsignalbanan till styrkretsen (-kretsar- na).

I fig. 10 visas ett exempel på en signalbanekorskopplingsanord- ning belägen mellan de ytterligare banorna hos dubbelbaniga bi- -linjära kompressorer och expandrar. De i serie belägna anordningarna är inrättade så att den första kompressorkretsens syllabiska tröskel ligger vid högre nivå än den andra kretsens. Av komplementaritetsskäl är ordningen omkastad i de i serie liggande expanderkretsarna. Blocken N1 och N2 betecknar de ytterligare banornas kretsar. Vid arrangemanget i fig. 10 påtryckes utsignalen från den ytterligare banans N1 högnivå- steg via kopplingskretsar med överföringsfunktionen f(s) på kretsen hörande till lâgnivåstegets 282 ytterligare krets N2. överförings- funktionen f(s) kan ha lämplig frekvens- och faskarakteristik för främjande av begränsníngsverkan i lågnivå-kompressorsteget och följ- aktligen av brusreduceringsverkan. Om de bi-linjära anordningarna ut- göres av glidbandsanordningar matas exempelvis signalen från högnivà- steget till lågnivåfilterstegets filterkretsar i syfte att främja glidbandsverkan. I den komplementära expandern matas utsignalen från N1 lågnivåstegets med den ytterligare banan förknippade kretsen N2. i högnivåexpandersteget genom samma överföringskarakteristik till En speciell utföringsform av det i fig. 10 visade generella arrangemanget åskådliggöres i fig. 11 och 12. Pig. 11 visar de i se- rie liggande kompressorkretsarna 280 och 282 med angivande av ingångs- och utgångsanslutningspunkterna för den korskoppling som innehåller överföringsfunkteionen f(s). Pig. 12 visar detaljerna hos f(s)-över- föringsnätet och dettas anslutning till kompressorns 282 filterkretsar.

För enkelhets skull antages kompressorns 282 filterkretsar vara såsom beskrivits i samband med fig. 5.

Korskopplingsnätet i fig. 12 innefattar ett högfrekvenshöjnings- 10 15 20 25 30 35 HO 449 282 16 nät 284, som ger en höjning om 10 dB vid höga frekvenser och med en övergångsfrekvens lika med kretsens 280 vilo-övergângsfrekvens.

Utsignalen från nätet 282 delas upp i två banor och inmatas via organ med inställbar förstärkning i det fixa filtret 20 och det varíabla filtret 22. Ena änden av det fixa filtrets 20 motstånd på 3,3 kohm ligger över jord, och påtryckning sker därefter av sig- nalen härledd via potentiometern 286 och förstärkaren 288. Den ände av 39-kohm-motståndet Sßa som tidigare var förbunden med kopplings- punkten mellan 0,033-kondensatorn och 3,3-kohm-motståndet höjs från denna övergång och signalen härledd av potentiometern 290 och för- stärkaren 292 påtryckes. Förstärkaren 288 har en förstärkning om cirka 3/U och förstärkaren 292 förstärkningen ett.

Under drift kommer högnivåkretsen 280 icke att arbeta redan vid låga nivåer. Under dessa betingelser är spänningen V2 lika med spänningen Vu eftersom spänningen V3 innehåller en lågnivå-högfrekvens- höjning (resulterande från förstärkningen under tröskeln i högnivâ- kretsen 280) som matchas av frekvenshöjningsnätet 284. Signalnivåerna påtryckta på det fixa filtret 20 och det variabla filtret 22 kan ínjusteras för uppnâende av bästa resultat. Om omkring 3/H av utsig- nalen frân filtret 284 matas till 3,3-kohm-motståndet, blir dettas effektiva resistans omkring 13 kohm. När högnivâkretsen når sin trös- kel, kommer bâda filtren (20 och 22) i lågnivåkretsen 282 att därvid uppvisa glidbandsverkan som förbättrar totalprestandan med avseende på modulationsbrus utan att förvärra mittbands-modulationseffekterna, dvs. överdrivet stor bandglidníng minimeras.

I fíg. 13 visas ännu en utföringsform av uppfinningen för kors- koppling av i serie liggande bandglidningsanordningar av dubbelbane- typ. Element gemensamma med utförandet i fíg. 11 har bibehållit sam- ma hänvisningsbeteckningar. Vid utförandet enligt fig. 13 matas en ensam styrkrets (blocken 30, 31, 32) addítionsmotstånd 30H och 306 från utgångarna hos de ytterligare banorna i vardera seriekompres- sorn 280, 282. Styrkretsens utsignal matas till det variabla filtret 22 i vardera seriekompressorn via respektive nivåinställningsorgan 308 och 310 (om så erfordras). Additionsmotståndens 304 och 306 värden kan vara valda så att viktning av styreffekten hos en kompressor sker med avseende på den andra. Arrangemanget innebär en besparing av kretskomponenter och ger samtidigt i stort sett samma prestanda som de konfigurationer som utnyttjar individuella styrkretsar för varje serie- anordning. En ensam styrkrets kan även vara inrättad i det fall att tre eller fler seriekopplade kompressorer eller expandrar finns, var- 10 15 20 25 30 35 17 A49 282 vid utsignalen från varje ytterligare bana via summeringsorgan matas till styrkretsingången, varjämte Styrkretsens utsignal via respektive nivâinställningsorgan (om så erfordras) matas till de respektive, variabla filtren.

Ett arrangemang med en enda styrkrets är även tillämpligt vid seriekopplade anordningar med fixa band, såsom visas i fig. 14, där kompressorer med fixa band med en enda ytterligare bana visas.

Arrangemanget är även tillämpligt vid seriekopplade, fixa band upp- visande kompressorer och expandrar, som var och en har ett flertal ytterligare banor; i detta fall är den gemensamma styrkretsen givet- vis ansluten mellan eller bland de ytterligare banorna arbetande inom samma frekvensband.

Såsom visas i fig. 14 delas insignalen i kompressorn 326 mel- lan en huvudbana, ansluten till kombinationsnätet 316, och en ytter- ligare bana innefattande ett fixt filter 312 och en spänningsstyrd förstärkare (VCA) 314. Denna förstärkare 314 kan utgöras av en fält- effekttransistor-dämpare följd av en förstärkare av det slag som be- skrivits i samband med fig. 8 (blocken 270 och 272). I den andra kompressorn 328 är den spänningsstyrda förstärkaren 31k' utförd så att den är spridd med avseende på förstärkaren 31H i den första kompressorn, vilket förklaras i BE-PS 889 H28. En gemensam styrkrets (blocken 276, 278, 280 och 280, såsom beskrivits i samband med fig.

B) matas av summationsmotstånden 318 och 320 från den ytterligare banans utgång på samma sätt som vid utföringsformen enligt fig. 13.

Styrkretsens utsignal tillföres till de spänningsstyrda förstärkarna 31%, 314' via nivåinställningsorgan 322 och 32k. Arrangemanget är även tillämpligt vid tre eller flera seriekopplade anordningar med fixa band, såsom nämnts i samband med utföringsformen enligt fig. 13.

Utföringsformerna i fig. 13 och 1% baseras båda på den obser- vationen att i dylika seriekopplade kompressorer och expandrar upp- träder dynamisk verkan huvudsakligen i ett steg åt gången. Med start vid exempelvis låga insignalnivåer, kommer det lägnivåigaste steget att alstra merparten av den kombinerade styrsignalen. När insignal- nivån stiger faller det lågnivåigaste steget bort ur sin dynamiska verkan och steget med närmast högre tröskel blir aktivt och bidrar med större delen av den kombinerade styrsignalen.

Claims (3)

T? 449 282 Patentkrav

1. Kretsanordning för modifiering av inkommande informations- signalers dynamikområde och innefattande en första krets med en bi-linjär karakteristika bestående av en lågnivådel med väsentligen konstant förstärkning upp till en tröskel, en ovanför tröskeln lig- gande mellannivådel med föränderlig förstärkning som ger ett maximalt kcrpressions- eller expansionsförhållande samt en högnivådel med vä- sentligen konstant förstärkning skild från lågnivådelens förstärkning, varvid den första kretsen följs av åtminstone en andra krets, som likaså har bi-linjär karakteristika inom ett för kretsarna gemensamt frekvensområde, och varvid mellannivådelarna av kretsarnas karakteris- tikor är spridda inom ett för kretsarna gemensamt frekvensområde i och för ástadkommande av en förstärkningsändring över ett större mellan- nivåomràde än för varje krets för sig jämte större skillnad mellan förstärkningen vid låga och höga insignalnivåer, varvid dock det maximala kompressions- eller expansionsförhållandet till följd av spridningen i huvudsak icke är större än för en ensam krets, k ä n- n e t e c k n a d av att kretsanordningen innefattar minst en kopp- lingskrets, som kopplar informationssignalkomponenter i en första av kretsarna till en signalbana i en andra av kretsarna för att därigenom modifiera den andra kretsens verkan i beroende av den första kretsens tillstånd.

2. Kretsanordning enligt kravet 1, varvid var och en av de av kopplingskretsen förbundna kretsarna innefattar en huvudsignal- bana, som är linjär med avseende på dynamikområdet, en ytterligare bana, som har olinjär karakteristika med avseende på dynamikområdet och som har sin ingång ansluten till huvudsignalbanans in- eller ut- gång och sin utgång till i huvudsignalbanan belägna kombinationsorgan som additivt eller subtraktivt kombinerar signalen från den ytter- ligare banan med signalen i huvudbanan, k ä n n e t e c k n a d av att kopplingskretsen har en ingång ansluten till utgången från den första kretsens ytterligare bana och en utgång ansluten för inmatníng av en signal i den andra kretsens ytterligare bana.

3. Kretsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av av gemensam styrkrets för styrning av nämnda kretsars dynamiska verkan, varvid denna gemensamma styrkrets utgör nämnda kopplingskrets samt härleder signalkomponenter från kretsarna och avger en signal för styrning av dessa kretsars dynamiska funktion. _ .in _ ..._