SE450985B - Kretsanordning for modifiering av en insignals dynamiska omrade - Google Patents

Description

10 15 Z0 25 b-I UI 40 450 985 2 del tillhandahåller ett förutbestämt, maximalt kom- pressions- eller expansionsförhållande; samt 3) en högnivåíg linjär del med annan förstärkning än för- stärkningen i lågnivådelen.

Denna karakterístik benämnes "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 övergàngsområdena där mellan- nivädelen 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 styrkarakteri- stik.

Det skall även framhållas att kretsarrangemang med bi- -línjära karakteristikor skiljer sig från andra klasser av kretsarrangemang, nämligen: (a) ett logaritmiskt eller olinjärt kretsarrangemang med fix eller föränderlig lutning och utan linjär del: ningen ändrar sig över hela dynamikområdet; (b) kretsarrangemang med en karakteristíka som har två eller flera delar, av vilka endast krets). förstärk- en är linjär ("uni-linjär" Kretsarrangemang med bi-linjär karakteristika har speci- ella fördelar och är allmänt använda. För att undgå risken att kretsen styrs av brus kan tröskeln inställas så att den ligger ovanför insignalbrusnivån eller transmissionskanalbrusnivån.

Högnivådelen med i huvudsak konstant man undviker olínjär behandling av högnivåsignaler, något som eljest skulle introducera distorsion. Vid audiosignaler, då kretsen mäste vara syllabisk, tillhandahåller dessutom hög- nivådelen ett område, inom vilket de översvängningar kan be- handlas som uppträder hos en syllabisk krets när signalnivän ökar abrupt. Uversvängningarna undertryckes medelst klipp- dioder eller liknande organ. Endast bi-linjära karakteristi- kor är kapabla att ge alla dessa fördelar.

Merparten av kända kretsar med bi-linjär karakteristik som för närvarande används i hem-audioprodukter ger 10 dB kompression och expansion, vilket är adekvat för många ända- mål. Detta kvarlämnar dock visst brus som kan uppfattas av vissa lyssnare, och för högsta fidelitet är större kompression och expansion önskvärd, säg 20 dB. Det är svårt att åstadkomma förstärkning innebär att ~ ngn-_ -f-f -v 10 15 Z0 25 30 35 40 -rzermnvnua-.f M m", u. ° - 450 98 så stor kompression eller expansion utan att påträffa problem som inverkar på signalkvaliteten.

Kretsar som ger 20 dB kompression eller expansion, eller t.o.m. ännu mer, är kända och kommersiellt tillgängliga, men de utgöres vanligen av logaritmiska kretsarrangemang med konstant kurvlutning, vilka således har en kontinuerligt för- änderlig förstärkning över hela eller nästan hela dynamik- området. Dylika kretsar besitter nackdelen att ha större dis- torsion och större signalföljningsproblem vid mycket låga och mycket höga signalnivåer än de bi-linjära kretsar, hos vilka förstärkningsändringen är begränsad till en mellandel av karakteristikan, och dessutom är problemen avseende översväng- ningar allvarligare än vid de bi-linjära arrangemangen. Kända kompandrar med konstant kurvlutning använder sig av kompres- síonsförhållanden inom området 1,5:1, 2:1 och 3:1, varvid dock 2:1 är vanligast.

Kompressionsförhållandet definieras som förhållandet mel- lan inkrementellt ingångsdynamikområde och inkrementellt ut- gångsdynamikomrâde. Expansionsförhållandet för en komplementär expander är invers till kompressionsförhållandet. Om kompres- sionsförhâllandet är 3:1, är expansiensförhållandet 1:3. För enkelhets skull är det lämpligt att använda begreppet "inverst expansionsförhållande", som för nyssnämnda exempel är 3:1 och således motsvarar kompressionsförhâllandet. För enkelhets skull kommer följande diskussion i hög grad att be- gränsas till kompressionsförhållandet, varvid det underförstås att samma villkor, med lämpliga ändringar, även gäller ex- pansionsförhållandet.

Ett stort kompressionsförhållande har den nackdelen, att det är svårt att garantera komplementaritet mellan kompres- sorn och expandern; speciellt leder nivåfel eller fel i frekvensgången hos transmissions- eller inspelningsmediet till motsvarande förstorade fel i expanderns utsignal.

Det är känt (exempelvis genom US-PS Z 558 002, US-PS 4 061 874 och japanska patentpublikationen 51-20124) att öka den tillgängliga kompressionen genom att kaskadkoppla ett an- tal kompressorsteg. Dessa kända kretsar (anordningar med styrd 'impedans, dioder etc) multiplicerar de individuella stegens kompressionsförhâllanden så att som resultat erhålles en hög kompression, åtföljd av de ovan förklarade nackdelarna. ....-.~.--..-,-,. _ ...__ .V ,. _.. _..-.- 10 15 20 30 40 450 985 4 Exempelvis erhålles med en krets med kompressionsförhâllan-H det 2:1 och en annan krets med kompressionsförhållandet 3:1 ett totalt kompressionsförhållande på 621. Det resulterande expansionsförhållandet på 1:6 skulle ställa mycket stora krav pâ transmissionskanalens uniformitet. En annan fråga som måste beaktas är de krav som ställs på den krets (av vilket slag den nu må vara) som åstadkommer den erforderliga för- stärkningsändringen för bildande av kompressor- och expander- karakteristikorna. Det är förhållandevis enkelt att förmå en krets utföra korrekta förstärkningsändríngar inom ett område om 10 dB men avsevärt svårare att förmå samma krets utföra korrekta förstärkningsändringar inom ett 20 dB-område. Det är således förenat med svårigheter att bilda en styrd, re- producerbar karakteristika avsedd för användning i ett kompandersystem. I den ovannämnda japanska publikationen dras den slutsatsen, att ett stort antal seriekompressorer (och -expandrar) icke är lämpliga som brusreduceríngssystem för återgivningsanläggningar av hifi-typ.

Det är ävenledes känt (US-PS 3 902 131 och US-PS 3 930 208) att kaskadkoppla ett flertal kompressorsteg som arbetar inom ömsesidigt uteslutande frekvensområden: Emedan dylika arrange- mand ej kan resultera i någon ökning av kompressionsförhàl- landet jämfört med ett enda steg, ökad kompression. medför de således ingen I ljuset av alla dessa betraktelser har föreliggande upp- finning till ändamål att åstadkomma höjd kompression eller expansion utan att det ställs alltför stora krav på någon av de kretsar som är inbegripna i genomförandet av förstärk- ningsändringen.

Ett annat ändamål är att åstadkomma större audiokompres- síon eller -expansion utan alstring av oönskat stor ökning av de svängningar som bildas under tillstånd då transient- signaler uppträder.

Ett närmare studium av bi-linjära kretsar ger vid handen att de ej endast är i besittning av de tidigare enumererade fördelarna utan därtill uppvisar ännu en - nämligen en möj- lighet att lösa problemet avseende stora kompressionsförhäl- landen och, vad gäller audiokretsar, även en möjlighet till lösning av problemen förknippade med stora översvängningar.

Observera att överlagringen av de linjära områdena icke :zfàsrinflf-'Imlbaxcuzwa-:n-nrzv-vmanz. ':=f~1-,-».~.-:,~.'-- www ---" ~~ 'V-' ""'“ '“"""""“"""'“ ' ' " " " ”""""'"" ' '_ ' 10 15 ZS 30 35 40 S 450 985 ökar kompressionsförhållandet inom dessa områden; kompres- sionsförhållandet ökar endast inom det begränsade område där dynamikverkan uppträder. I enlighet med föreliggande uppfinning har det därför befunnits möjligt att separera områdena med dynamikverkan på sådant sätt, att den erforderliga totalökningen av kompressíonen erhålles utan att samtidigt ändra det tota- la, maximala kompressions- eller expansionsförhàllandet i någon betydande grad.

Ett ytterligare särdrag med detta arrangemang är att total- resultatet är bi-linjärt, med alla därtill hörande fördelar.

Möjligheten till spridd funktion av bi-linjära anordningar representerar således en ytterligare, hittills icke känd vin- ning hos denna typ av anordningar.

Ovannämnda ändamål uppnås med föreliggande uppfinning, vilken utmärkes av att en första krets, som uppvisar bi-linjär in/ut-karakteristik, följs av en eller flera ytterligare kretsar, som likaså uppvisar bi-linjära karakteristikor vid varje godtycklig given frekvens inom det för kretsarna gemen- samma frekvensområdet. Kretsarnas trösklar och dynamikomràden inställes på olika värden i syfte att sprida kretskarakteri- stikornas mellannivådelar så att en"förstärkningsändring upp- kommer över ett större mellannivâområde än för kretsarna individuellt tack vare spridningen samt samtidigt alstra större skillnad mellan förstärkningarna vid låga och höga in- sígnalnivåer, men med ett maximalt kompressions~ eller ex: pansionsförhâllande, som i allt väsentligt icke är större än det maximala kompressionsförhàllandet för en enstaka krets.

^ Om det gäller audiokretsar, och om dessa kretsar är för- sedda med översvängningsundertryckande (-begränsande) element är det möjligt att även sprida dessas trösklar tillsammans med spridningen av de syllabiska trösklarna. Oversvängning- arna hos lâgnivákretsarna eller -stegen minskas i motsvarande grad, med minimal totalöversvängning hos nämnda flertal steg.

Detta står i motsats till förhållandena vid konventionella logaritmiska kompressorer, som till följd av sin natur alstrar stora översvängningar.

Var och en av kretsarna kan införa en förändring av sig- nalens spekUulüvæhåLh exempelvis en lågnivå-diskanthöjning i kompressorfallet. Sålunda kan varje efterföljande steg komma att påverkas av en signal med gradvis ändrat spektral- 10 15 20 25 30 35. 40 450 985 6 .innehåll. Vid komplexa signaler innebär detta den vinsten att spektral spridning sker av riskerna för fel i avkodnings- funktionen. Då det exempelvis gäller en bandspelare med ojämn frekvensgäng, medför spektralskifttendens att en reducering sker av de totala dynamik- och frekvensgångsfelen i det av- kodade resultatet.

Storleken på den erforderliga spridningen skall nu tagas under beaktande. För enkelhets skull hänvisas härvid till det fall då tvâ kompressorkretsar är seriekopplade. Kompressions- förhàllandet hos vardera av dessa båda (första och andra) kretsar stiger från värdet ett vid respektive tröskel till ett maximum. Detta kommer att benämnas kompressionsförhållan- dets stigande flank. Kompressionsförhållandet faller därefter åter till ett, och detta kommer att benämnas den fallande flanken. Strängt taget kan den fallande flanken närma sig värdet ett asymptotiskt, men ur praktiska synpunkter kan flanken anses ha nått värdet ett när den skiljer sig från detta värde endast godtyckligt litet.

Spridningen av de första och andra kretsarnas mellannivå- delar medför att den ena kretsens fallande flank överlappar den andra kretsens stigande flank.-Åtminstone enligt en första approximation kan skillnaden mellan de bada trösklarna göras sådan, att flankernas överlappning resulterar i ett totalt kompressionsförhållande som ej i väsentlig grad över- skrider maximala kompressionsförhällandet hos kretsarna var för sig. __ Den andra kretsens tröskel är företrädesvis lägre än den första kretsens tröskel (om fler än två kretsar används, skall företrädesvis de efterföljande kretsarna ges gradvis lägre trösklar) om det gäller en kompressor; vid en expander är förhållandet det motsatta. I princip kan ordningen omkastas, varvid således den första kompressorkretsen har den lägre tröskeln. Vid mer än två kretsar kan ordningen mellan trösk- larna i princip göras godtycklig förutsatt att kretsarnas mellannivådelar är korrekt spridda.

Den ideala spridningen kan således anses vara den som förorsakar att den ena kretsens fallande flank överlappar den 'andra kretsens stigande flank i sy te att så långt som möj- ligt begränsa det nivåområde inom vilket dynamisk verkan uppträder hos den totala, seriekopplade anordningen under sam- 10 15 20 25 35_ 40 ,,._- ...¿.-. av __ -v a-.flu-m-wf., ..- 7 45Û 985 tidigt undvikande av någon väsentlig ökning av maximala kompressions- eller expansionsförhållandet jämfört med vad som råder vid en enda anordning. Om exempelvis det maximala kompressionsförhållandet hos varje krets är 7:1 kommer således det totala kretsarrangemangets kompressionsförhállande att stiga till 2:1, bibehålla detta värde över överlappningen och därefter äter falla till värdet ett. Idealt sker således ingen som helst ökning av förhållandet över 2:1, detta i motsats till förhållandena vid tidigare kända arrangemang av kaskad- kopplade kompressorsteg där förhållandet multipliceras till 4:1.

I praktiken kan det vara svårt att uppnå optimal överlapp- ning vid alla frekvenser, men det är uppenbart att - förut- satt att en rimlig approximation sker i förhållande till be- greppet ideal - det totala maximala kompressionsförhållandet kan förhindras stiga alltför kraftigt över 2:1 vid det givna exemplet. I ett i praktiken åstadkommet kretsarrangemang kan förhållandet eventuellt stiga till Z,5:1.

Ett lågt maximalt kompressionsförhâllande (t.ex. 1,5:l) möjliggör för expandern att lättare följa kompressorn i och för åstadkommande av god komplementaritet med signalkanaler som har något opålitliga förstärkningar och/eller frekvens- gångar. Ett lågt kompressionsförhállande sprider emellertid dynamikverkan över ett större nivåområde, vilket ger större benägenhet för brusmodulering för en given brusreducering _ (förstärkningsskillnad vid låga och höga ingångsnivâer)._Sà- ledes råder ett avvägningsförhàllande mellan oönskade effekter förorsakade av höga och låga kompressionsförhâllanden. Det ideala kompressíonsförhållandet beror följaktligen på systemets omgivning och de uppställda målen för konstruktionen. system- Möjligheten att sprida bi-linjära steg ger konstruktören ännu ett sätt för optimering av den totala kretsen. Härvid kan formen på de individuella stegens kompressíonskarakteristikor bestämmas under åtanke speciellt av denna spridning. Hänsyn tages även till kretsarnas transientegenskaper och företrädes- vis utnyttjas möjligheten att sprida översvängningsunder- tryckningströsklarna i audiokompressor och -expandrar så att resultatet blir minimala totalöversvängningar.

En välkänd kretstyp benämnd "glidbandskrets" kan användas --1.;.:.:..:=>'2-_f"'.-u.-.'- ..-...:~'.' - -i-.........~- 10 15 20 25 30 35 40 - -,-v- un: --~_f 450 985 8 för såväl den första som den andra kretsen och åstadkommer specificerade önskade karakterístikan för audiokompression eller -expansion vid höga frekvenser genom att införa hf-h ning (för kompression) eller hf-sänkning (för expansion) m hjälp av högpassfilter med variabel lägre övergångsfrekven När sígnalnivån ökar inom högfrekvensbandet, förflyttar si ("glider") övergångsfrekvensen uppåt i syfte att begränsa höjda eller sänkta bandet och exkludera nyttosignalen frän höjningen eller sänkningen. Exempel på kretsar av detta sl återfinnes i US-PS Re 28 426, US-PS 3 757 254, US-PS 4 072 US-PS 3 934 190 och japanska patentansökningen 55529/71.

Således kan vardera av de första och andra kretsarna u göras av en "glidbandskrets". I princip kan de vid vilotil stånd rådande övergångsfrekvenserna hos de båda glidbands- kretsarna vara olika, och fördel kan dragas härav för att åstadkomma en kompressíons- eller expansíonsgrad som är st re inom ena delen av det behandlade frekvensbandet än inom den andra. I enlighet med en viktig vidareutveckling av up finningen göres dock övergångsfrekvenserna i stort sett identiskt lika. Detta leder till den fördelen att skarpare åtskillnad uppkommer mellan det frekvensområde där höjning eller sänkning förekommer och det frekvensomràde där detta inte sker och således skarpare åtskillnad mellan det omrâd där brusreducering ej längre sker till följd av uppträdand den öj- ed s.

O b det ag 914, t.. 1.. ör- p- e et av en betydande nyttosignal och det-område där brusreduce: ringen fortsätter att verka. _ Å andra sidan är kretsar välkända vid vilka frekvens- spektret uppdelas i ett antal band med hjälp av däremot svarande bandpassfilter, varvid kompression eller expansio utföres inom varje band med hjälp av en tillhörande förstä ningsstyrande anordning (antingen en automatiskt reagerand n rk- e begränsare av díodtyp eller en styrd begränsningsanordning) i kompressorn och med något slag av reciprok eller komple- mentär kretsanordning för expandern. Exempel på dylika kretsar återfinnes i US-PS 3 846 719. Dessa banduppdelade kretsar eller multibandskretsar har fördelen att arbeta obe- roende 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 kretsanord- ningen enligt uppfinningen. ..,_.\n___ f- 15,5. ,.¿~e ~,_-___,-_,_ _;,.___ _ ~-. ;u uuflaw" l0 15 20 25 35 40 _..~»;..'.-1~.=;:.a.~ 9 450 985 I princip kan den ena av de första och andra kretsarna vara en multibandskrets och den andra en glidbandskrets. Detta kan vara av intresse i speciella situationer då det exempelvis är önskvärt att framhäva kompressionen eller expansionen inom ett parti av det totala frekvensbandet, varvid man låter glidbandskretsen och en eller flera av banduppdelningskanaler- na verka över detta frekvenspartí.

Det är känt att konstruera bi-linjära kompressorer och expandrar - såväl av glidbandstyp som banduppdelningstyp - genom användning av blott en signalbana. Emellertid föredrages det i allmänhet att dylika anordningar konstrueras genom in- rättande av en huvudsignalkrets, som är linjär med avseende på dynamikomràdet och som innehåller en kombinationskrets, och en ytterligare krets som erhåller sin insignal från den ytter- ligare kretsens ingång eller utgång och har sin utgång kopp- lad till kombinationskretsen. Den ytterligare kretsen inne- håller en begränsare (självverknade eller styrd) och den ytterligare kretsens begränsade signal höjer huvudkretsens signal i kombinationskretsen, vid kompressionsfallet, men sänker eller motverkar huvudkretssignalen i expansionsfallet.

Den begränsade signalen i den ytterligare banan är mindre än huvudbanans signal inom den övre delen av insignalens dynamik- område. Huvudkretsen och den ytterligare kretsen är lämpligen och företrädesvis separat identifierbara signalbanor.

Kända kompressorer och expandrar av detta slag är speciellt fördelaktiga eftersom de möjliggör ett exakt upp: rättande av den önskade överföringskarakteristikan utan problem avseende högnivâdistorsion. Lågnivádelen med i huvud- sak konstant förstärkning åstadkommes genom att den ytterligare banan ges en tröskel ovanför brusnivån; under denna tröskel är den ytterligare banan linjär. Medelnivådelen bildas av det område över Vilket den ytterligare banans begränsande verkan delvis träder i funktion, och högnivâdelen med i huvudsak konstant förstärkning uppkommer efter det att begränsaren trätt helt i funktion så att den ytterligare banans signal upphör att öka och blir försumbar jämfört med huvudbanesig- nalen. Vid högsta delen av insignalens dynamikområde utgöres kretsens utsignal i praktiken endast av den signal som passe- rat genom den linjära huvudbanan, varmed med linjär åsyftas linjär med avseende på dynamikområdet. I dubbelbaniga audio- .ga-r _. wvh-apggg, _,_ _-¿,;,-,;.,..a-,4-,-.~.=-~a.-1n-a~f-=z-auefl. um.- z - -w - -=~=~ -~ ~«-,._..,_.. ._ f--wv ø-...ß m. .'v_.--. ___-__. 10 TS 20 30 40 450 985 w kretsar är inrättandet av översvängningsundertryckning speciellt lämpligt. _ Exempel på kända kretsar av detta slag àterfinnes i US-PS 3 846 719, US-PS 3 903 485 och US-PS Re 28 426. Vidare finns kända analogkretsar som uppnår liknande resultat men i vilka den ytterligare banan har en karakteristika som är invers till begränsningskarakteristikan, varjämte den ytterligare banans utsignal sänker eller motverkar huvudbanesignalen vid kompression och höjer densamma vid expansion (US-PS 3 S28 280 och US-PS 3 875 537).

Vilken som helst av dessa kända bi-linjära kretsar kan följaktligen utnyttjas som första och andra kretsar i krets- anordningen enligt uppfinningen i och för uppnående av de där- med förknippade fördelarna och även för att på enkelt sätt upprätta önskad grad av spridning. Detta utföres genom att trösklar och dynamíkomrâden hos de båda ytterligare banorna väljes på lämpligt sätt.

Såsom nämnts tidigare, är det icke väsentligt att den önskade formen av bi-linjär karakteristik åstadkommas medelst dylik "dubbelbaneteknik". Alternativ finnes, vilka arbetar med enkla banor, såsom beskrives exempelvis i US-PS 3 757 254, US-PS 3 967 219, US-PS 4 072 914, US-PS 3 909 753 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 resultat.

Följaktligen kan även dessa kända kretsar användas som en eller fler av kretsarna i det í enlighet med uppfinningen ut- förda kretsarrangemanget. Om så önskas, kan den ena av de första och andra kretsarna utgöras av en dubbelbanekrets och den andra av en enkelbanekrcts.

Uppfínníngen kommer nu att beskrivas mer i detalj i form av exempel och under hänvisning till den bifogade ritningen. §ig_l är en som exempel visad grupp kurvor som visar komple- mentära kompressions- och expansionskarakteristikor av bi- -linjär typ. §ig_Z är ett blockschema som illustrerar förelig- gande uppfinning i generell form. fig_§ är ett exempel på en grafisk representation av de dynamiska verkningsområdena och hur dessa kan separeras i seriekopplade kompressorer och ex- pandrar. fig_í är en förenklad form av fig 3. fig_§ är en :z-:xzzsaz-:rzaszrrr .f:zcacaaïarfztazzarrzff-Lfaeau:e.~=;-..f..-.-,,.._~.=.A.- a... ,_ . .--, - »- 10 15 20 25 b: U1 40 H 4bU 985 serie idealiserade bi-linjära kurvor som illustrerar en generell metod för spridning av seríekretsars trösklar. §ig_§ är ett schematiskt kopplingsschema för en känd kompressor av glidbandstyp. fig_Z är ett schematiskt kopplingsschema för en känd expander av glidbandstyp. §ig_§ är ett schematiskt kopplingsschema för en modifiering till fig 6 och 7. §ig_2 är ett kurvdiagram som visar frekvensgången under kompressions- tröskeln för två seriekopplade kompressorer resp. expandrar enligt en utföringsform av uppfinningen. Pig 10 är ett kurv- diagram som visar frekvensgången under kompressionströskeln för en känd kompressor och expander enligt fig 6, 7 och 8. Pig 11 är ett kurvdiagram som såsom funktion av frekvensen visar in/ut-kurvorna för en kompressor med serieanordningar enligt en utföringsform av uppfinningen. Pig 12 är ett kurvdiagram som såsom funktion av frekvensen visar in/ut-kurvorna för en känd kompressor försedd med en enda anordning. Pig 13-15 är en serie testtonskurvor som illustrerar bandglidningsfunktio- nen hos en utföringsform av uppfinningen och hos kretsarna enligt fig 6 och 8._Fig_16 visar karakteristiska kurvor under kompressionströskeln för en ytterligare utföringsform av uppfinningen. Pig 17 fig 11 men för en ytterligare utföringsform av uppfinningen.

Pig 18 visar karakteristiska kurvor av samma slag som de i fig 11 och 17 men kraftigt hopgrupperade. visar kurvor~av samma slag som i Exempel på bi-linjära komplementära kompressions- och expansionsöverföringskurvor (vid en viss frekvens) visas iv fig 1, som (för kompressionskarakterístikan) visar lågnivá- delen med i huvudsak konstant förstärkning, tröskeln, den del där dynamikverkan föreligger, slutpunkten samt högnivädelen med i huvudsak konstant förstärkning.

Pig Z visar föreliggande uppfinning rent generellt; en första bi-linjär kompressor Z tillföres ingångsinformationen och matar sin utsignal till en andra bi-linjär kompressor 4, som är seriekopplad med den första och som har sin utgång un~ sluten till en störd informationsöverföringskanal N. Ett par seriekopplade bi-linjära expandrar 6 och 8 tillföres vid expandern 6 såsom insignal síngalen från kanalen N och avger vid expanderns 8 utgång brusreduceringssystemets utsignal.

De seriekopplade anordningarnas dynamiskt verkande områden är separerade eller spridda relativt varandra inom det för an~ 45Û 985 12 anordningarna gemensamma frekvensområdet. Även om i figuren. visas två anordningar på vardera sidan om informationskanalen N, kan även fler än två användas, och uppfinningen avser så- ledes användning av två eller fler seriekopplade bi-linjära 5 kompressorer eller expandrar. När brusreduceringssystemet är utfört komplementärt, används samma antal seriekopplade bi-linjära kompressorer och expandrar.

Ordningen mellan stegen med speciella karakteristikor i kompressorn är omvänd i expandern. Exempelvis är expanderns 10 sista steg komplementärt med avseende på kompressorns första steg, detta i samtliga avseenden - stationärt tillstånd och tidsberoende dynamiskt svar (frekven-, fas- och transientsvar vid alla signalnivà- och dynamiktillstànd).

En som exempel given grafisk framställning av separatio- 15 nen eller spridningen hos tvâ bi~1injära anordningar visas i fig 3, som visar kompressionsförhällandet som funktion av in- signalens amplitudnivå (utefter horisontella axeln) för en kompressor eller expander arbetande vid en viss frekvens. För tydlighets skull visas kurvorna i idealiserad form; i själva 20 verket är kurvorna något asymmetriska vid praktiska utföran- den av Dolby-brusreduceringssystem'ênfigt typ A och typ B (US-PS 3 846 719 resp US-PS Re 28 426). Kurva 12 hänför sig till den dynamiska verkan hos en kompressor eller expander (högnivåsteget). Kurva 10 hänför sig till en ytterligare 25 kompressor eller expander (lågnivåsteget) med ett annat dynamikverkansområde. Om högnivästeget ligger först i följden av kompressorer (och som andra steg i följden expandrar), så representerar kurva 12 kompressionsförhällandets variation hos det första (kompressor)steget som funktion av ingângsnirân 30 till detta steg, under det att kurva 10 återger kompressions- -förhållandets variation i det andra (kompressor)steget som funktion av ingángsnívân till det första steget.De övre kurvor- na hänför sig till kompressorerna, de undre till expsndrarna.

I detta exempel är verkningsområdena med avseende pà ingångs- 35. amplitudnivån separerade på sådant sätt att produkten av de båda kurvorna medför en totalkarakteristika med ett kompres- sions- eller expansionsförhâllande som inte överstiger 2:1 (112) meiian de båda punkter ioa och 12 (1ob och 1zb) där kompressionen är maximal för de bada anordningarna. 40 Även med två anordningar i serie kommer sålunda funktions- . _ _, _ f. _.._..,.. _ _ f,.._., .-- »vr-v - - -~--.-f - «....- -fi--fi- -- n-..-f--q- - f- -- f - fe. -..H- -.--,- _ . .--._- - -~~-~- 10 20 25 35 40 -PâeYIJ¿ü.-.äaf-:.'-.Z"-.'~ h; 13 450 985 områdets ytterdelar att förbli fixa och de maximala kompres- sions- och expansionsförhållandena ökar icke så att de kommer att överstiga motsvarande förhållanden för enstegsanordningar, varför de med enkla bi-linjära anordningar förknippade för- delarna bíbehålles. Följaktligen kommer fel uppträdande inom dynamikverkningsområdet vid de seriekopplade anordningarna icke att överstiga motsvarande fel vid enkla anordningar.

Vid de flesta bi-linjära anordningar fastställes de fixa, konstant förstärkning uppvisande ändområdena medelst fixa, förinställda kretselement, såsom motstånd och kondensatorer, vilka till sin natur är stabila och ej kan införa dynamikfel, kurvformsdístorsion eller liknande. Följaktligen är det endast inom övergångsområdet mellan de linjära områdena med fix för- stärkning som dynamiskt aktiva delar av kretsarna kan intro- ducera signalfel.

Vid representationen enligt fig 3 bör observeras att dynamikverkan hos en konventionell logaritmisk kompressor el- ler expander blir en horisontell linje; exempelvis utgör linje 11 karakteristikan för en 2:1-kompressor, linje 13 karakteri- stikan för en 1:2-expander. Genom denna analys är det uppen- bart att inga möjligheter föreligger att separera eller sprida verkan hos dylika anordningar.

Ur analyseringssynpunkt och för erhållande av en första approximation av de erforderliga tröskelnivåerna för bildande av optimal spridning enligt uppfinningen, är det praktiskt.att idealisera fig 3 ytterligare. Antag därför att varje kompres- sor (och expander) omedelbart når sitt maximala kompressions- förhållande vid en tröskelnivà och bibehåller detta förhållan- de tílls en slutpunkt nås vid en högre nivå där kompressorns _dynamiska verkan tvärt upphör. Härvid kommer en serie kompres- sorer och expandrar enligt fig 3 att uppträda som intill varandra liggande rektangulära kurvor på i fig 4 visat sätt.

Såsom exempel har antagits att tre kompressorer och expandrar med bi-linjära karakteristikor är kopplade i serie. Lågnivå- anordningen, som företrädesvis utgöres av den tredje kompres- sorn (den första expandern) har den lägsta tröskeln (TS), visad till -62 dB, och sin slutpunkt (F3) vid -46 dB, som bildar tröskeln (TZ) för mellannivàsteget. Detta mellannivå- steg har sin slutpunkt (FZ) vid -§O dB, som utgör tröskeln (TI) för högnivåsteget. Högnivàstegets slutpunkt (P1) ligger _.-_-_;:.ff.gzs.'1,zr«:.e;.n>1:~z.-. . :zruwffl-r. -'~.~~" f'--"-f '~""'^"' i* "“' ...,vV....__..,,.-\ .w -.-. .f .a ....,--_.-_-.._._,..-.-._ ~>-- 10 20 450 985 ” vid -14 dB. Samtliga nivåer är refererade till totalínsignal- en. Vidare antages att varje steg har en förstärkning på 8 dB och ett maximalt kompressionsförhållande om 2:1.

Pig 5 återger ídealiserade karakteristiska kurvor (total insignal visavi utsignal) för kompression baserad på exemplet enligt fig 4 (de spegelbildsliknande expansionskurvorna har för tydlighets skull utelämnatsl. Figuren visar hur varje stegs dynamiska verkan uppträder såsom liggande intill an- gränsande stegs dynamiska verkan; vilket resulterar i ett totalt kompressionsförhállande på 2:1 under erhållande av 24 dB kompression.

Baserat på observationerna i fig 4 och 5 erhålles en enda ekvation för förhållandet mellan tröskelnivåerna (T), slut- punkten (F), maximalt kompressionsförhållande (C) och för- stärkning (G) för varje enskilt steg: T F - CG/ (C-Û Genom användning av denna ekvation kan tröskelniváerna för varje steg bestämmas med godtagbar approximation genom en iterativ process. Om exempelvis en total slutpunkt (P1) på -14 dB önskas vid en stegförstärkningapä 8 dB och ett maximalt kompressionsförhållande på 2, framgår av ekvationen att hög- nivåtröskeln (T1) är -30 dB. Detta värde används därpå som slutpunkt (FZ) för medelnivåsteget för fastställande av att dettas tröskel skall vara -46 dB, osv. För varje steg åter- hänvisas således vid denna analys till resultaten från föfe- gående steg. Den beräknade tröskeln är emellertid total- tröskeln med avseende på följdens ingång. För att man skall erhålla tröskeln för en viss krets med avseende på dennas egen ingång, tages hänsyn till den kumulativa signalförstärk- 'ningen fram till denna punkt. Exempelvis är tröskeln för det 35 lâgnivåigaste steget i fig S -46 dB med avseende på detta stegs ingång.

Ekvationen kan även lösas med avseende pâ slutpunkten F, kompressionsförhâllandet C eller förstärkningen G. Konstruk- tören kan således bestämma sina kretsparametrar pä basis av de av honom uppställda konstruktionsmålen. I dessa mål kan ingå fordringar på att lågnivâtröskeln skall vara belägen ovanför brusnivân, att den högsta nivåns slutpunkt skall vara tillräckligt lag för att medge användning av översvängnings- . _ ^'¿. -fl-F-XfJTfl-u. -- r-u-ue- -.- _ ~<;,-n- »fy » 4 ÉLFJ w-g-.f-U. 10 ...- Un 35 »fly~af~¿.

QOU Vöb skydd samt att det totala maximikompressionsförhållandet ej skall överstiga ett visst värde.

Vid i praktiken utförda kretsar är tröskeln och slut- punkten icke alltid så väldefinierade punkter som i denna analys. Såsom diskuterats inledningsvis kan de områden där karakteristíkens mellannivådel övergår till de låg- och hög- nivåiga, linjära delarna vara mjuka eller skarpa beroende på egenskaperna hos de kretsar som stvr dynamikverkan. Sålunda kommer i praktiken tröskelomràdet hos en krets att överlappa slutpunktsområdet hos en annan krets.

Betraktande av ovanstående ekvation och fig S visar att för det speciella fallet att kompressionsförhållandet är 2:1, så kommer hälften av tröskelspridníngen att åstadkommas av stegens signalförstärkningar, under det att resterande hälft måste åstadkommas genom ändrad förspänning hos styrelementet och/eller ändrad förstärkning i styrförstärkaren (kraftigare förstärkning för lägre tröskel). För kompressionsförhâllanden på 1,521 och 3:1 gäller på motsvarande sätt att 1/3 resp. 2/3 av spridningen àstadkommes av stegförstärkníngarna och att 2/3 resp, 1/3 av spridningen måste åstadkommas av styr- kretsarna. ~*'“ I såväl fig 1 som 5 är 0 dB en nominell maximi- eller iefmænsüvâ. I praktiken finns ett fritt utrymme på omkring 10-20 dB ovanför 0 dB-nivån.

Såsom redan nämnts är det vanligen att föredraga att hög- nivåsteget är det första steget i kompressorföljden och läg- nivåsteget 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 lvid förekomst av högnivåsígnaler, vilket vid kända "g1idbands- System" vanligen leder till att systemet som helhet får dåliga prestanda med avseende på brusmodulering. Vid detta omkastade arrangemang måste varje steg ge tillräcklig för- stärkning hos styrförstärkarna för att ifrågavarande stegs tröskel skall nås. Vidare är varje tröskel i huvudsak fix och oberoende av de övriga stegens funktion. Detta är en följd av att signalförstärkningen hos varje tidigare steg fallit till_i huvudsak ett när motsvarande efterföljande steg nått sin tröskel. Beräkningen av erforderliga trösklar för optimal '__ _ fi i V_____ Å_____ ___, _ _ _ V, __ . Nyby. ._ , ._. . 13,7- ..._ . ........... _... _. _ 'flfmarfi ' ' 10 15 20 ZS 35 40 - . »#221 wa. ...rzfzns-a. - sf,- 450 985 16 spridning sker vid detta omvända fall på samma sätt som vid det föredragna fallet. Tröskeln för varje steg refererad till sin egen ingång blir densamma som totaltröskeln.

I motsats till vad som är fallet vid det omkastade fallet gäller vid det föredragna arrangemanget (där högnivåsteget således ligger först i kompressorkedjan och lågnivásteget sist) att det föreligger en gynnsam växelverkan mellan steg- förstärkningarna och trösklarna. Trösklarna hos de "nedströms" belägna stegen bestämmes delvis av de föregående stegens sig- nalförstärkningar. I ett tvâstegssystem med 10 dB lâgnivåför- stärkning per steg reduceras fordringarna på förstärkningen i det andra stegets styrförstärkare med 10 dB till följd av lågnivåsignalförstärkningen i det första steget. När en hög- nivåsignal uppträder, elimineras denna 10 dB-förstärkning i det första steget och lâgnívàstegets tröskel höjs i praktiken 10 dB. Vid kompandrar av glidbandstyp förbättrar detta syste- metsprestanda med avseende på brusreduceringen.

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

Sålunda gäller: 1. Under signaltillstånd med mycket låg nivå (under tröskeln) reduceras fordringarna på förstärkningen i styr: förstärkaren i varje steg i en grad lika med de kumulativu signalförstärkningarna i alla föregående steg. Vid exemplet enligt fig S reduceras sålunda erforderlig förstärkning hos styrförstärkaren i det mot lägsta nivån svarande steget, för _att en tröskel på -62 dB skall uppnås, med T6 dB jämfört med vad som skulle erfordras om steget arbetade oberoende eller i den tidigare beskrivna omkastade konfigurationen. Pâ liknan- de sätt minskas förstärkningen i mellannivåstegets styrför- stärkare med 8 dB, vilket sålunda leder till den mest ekono- miska kretsen. I 2. En sígnalberoende, variabel tröskeleffekt uppnås, vari- genom brusmodulationseffekter reduceras vid glidbandssteg.

De effektiva trösklarna i lågnivåstegen höjs gradvis med till- tagande signalnivâ vid viss frekvens. Vid höga signalnivâer (på den linjära högnivådelen av överföringskarakteristíkan) ___m&,_:,_x__ ___,_,_V_«,_,__ _ _ ,_,,,. _ ., ._ . ..._-.... _ .__ . 10 15 ZO 25 35 40 W 450 985 höjs lågnivåstegets effektiva tröskel en nivå lika med för- stärkningarna i alla lågnivåsteg [sub-tröskelsteg) upp till denna punkt. I exemplet enligt fig 5 höjs tröskeln hos steget svarande mot lägsta nivån, vilken tröskel normalt är -62 dB under lâgniváiga signaltillstánd, sålunda med 16 dB, dvs till -46 dB, under högnivåiga signaltillstånd. På liknande sätt höjs medelnivåstegets tröskel till -38 dB.

Vid en första praktisk utföringsform av uppfinningen, där seriekopplade glidbandsanordningar används, utgöres kompres- ~ sorn 2 och expandern 8 i fig 2 i huvudsak av konventionella glídbandsanordningar av B-typ av det slag som visas i US-PS Re 28 426, under det att kompressorn 4 och expandern 6 har modifierade frekvenskarakteristikor. Med det av kassettband alstrade bruset har det visat sig att användbara resultat er- hålles när den andra anordningen (i kompressionsmoden) ej endast har spritt svar avseende insignalens amplitudnivâ utan även dessutom en gränsfrekvens som ligger två à tre oktaver lägre än vid anordningar av standard-B-typ. Närmare bestämt sänks den andra anordníngens tröskelnívåer, både hos de syllabiska filtren/begränsarna och hos den översvängnings- undertryckande begränsaren, i och för âstadkommande av sprid- ningen, och vidare sänks det fixa filtrets övergångsfrekvens två eller tre oktaver.

Detaljer hos kretsen av B-typ framgår av fig 6, 7 och 8, vilka_motsvarar fig 4, 5 resp 10 i US-PS Re 28 426, och _ ytterligare detaljer hos dessa kretsar liksom deras funktion och teori återfinnes í denna skrift. Följande beskrivning av fig 6, 7 och 8 härstammar från US-PS Re 28 426.

Kretsen enligt fig 6 är speciellt dimensionerad för att _ in å i ins elninflskanalen hos en hem~bands elare och två p O I dylika kretsar erfordras för en storeobandspelare. Insignalen tillföres vid en klämma 10 till ett emitterföljarsteg 12, som alstrar en lågimpedanssignal. Denna signal matas dels via en huvud- eller direktpassagebana bestående av ett motstånd 14 till en utgångsklämma 16 och dels via en ytterligare bana, vars sista element utgöres av ett motstånd 18, som är anslutet till klämman 16. Motstånden 14 och 18 adderar utsignalerna från huvudbanan och den ytterligare banan i och för uppfyllan- de av den erforderliga kompressionslagen.

I den ytterligare banan ingår ett vist filter 20, ett 10 15 20 35 40 450 985 ”g filter 22 med variabel gränsfrekvens och innefattande en fälteffekttransistor 24 (utgörande filtret/begränsaren) samt en förstärkare 26, vars utgång är förbunden med en dubbel- diodsbegränsare eller -klippare 28 och även med motståndet 18.

Den olinjära begränsaren undertrycker översvängningar hos ut- signalen víd abrupt ökande insignaler. Förstärkaren 26 höjer signalen i den ytterligare banan till sådan nivå att knäet i karakteristikan hos begränsaren eller översvängníngsunder- tryckaren 28, som bestàr av kiseldioder, är verksamt vid korrekt signalnivà under transienttillstånd. Oversvängnings- undertryckarens effektiva tröskel ligger något ovanför tröskeln hos det syllabiska filtret/begränsaren. Motstånden 14 och 18 är dimensionerade så att den erforderliga dämpnings- kompensationsgraden erhålles för signalen i den ytterligare banan.

Förstärkarens 26 utgång är även förbunden med en förstärk- are 30, vars utsignal likriktas av en germaniumdiod 31 och integreras i ett glättningsfilter 32 i och för àstadkommande 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, under vilken en avtagande kompression uppträder. Filtret 22 utgöres av en seríekondensator 34 och ett shuntmotstånd 36 följt av ett seriemotstând 38 och fält- effekttransistorn 24, vars emitter-kollektorbana är kopplgd som shuntmotstând. Vid vilotillstând med nollsignal på transistorns 24 styre är transistorn strypt och uppvisar i huvudsak oändlig impedans, varvid man kan bortse från mot- ståndet 58. Filtrets 22 gränsfrekvens är sålunda 800 H2, vil- ket man kan observera ligger väsentligt under det fixa filt- rets 20 gränsfrekvens.

När signalen på styret ökar tillräckligt för att transis- torns 24 resistans skall falla till mindre än exempelvis 1 kohm, kommer motståndet 38 att shunta motståndet 56 så att gränsfrekvensen ökar och markant minskar filtrets passband.

Gränsfrekvensens höjning sker givetvis gradvis.

Användningen av en fälteffekttransistor är gynnsam efter- som denna inom ett lämpligt begränsat signalimplitudomrâde fungerar i huvudsak som ett linjart motstånd (för signal av endera polariteten), vars värde bestämmes av styrspänningen i ._ ta . w .a- 5,- W... ,,,¿A=-;,---' -mw-wra-s .. -,_;_1 -. ,,,-- --=.æ\.-V-,«a.-»....-..-«~.-.,.enter-w- .n-wv-.auu-h--va-u-a- -. .»-..----..--.--.--..__......_._.. ._ . ». vanan..- -_-_ . _aø.. _ ..._ . _. .-. . -. n -- -- - Uï 10 15 (s) UI 40 19 450 985 på styret.

Motståndet 36 och fälteffekttransistorn är förbundna med ett inställbart uttag 46 hos en spänningsdelare som innehål- ler en temperaturkompenserande germaniumdiod 48. Uttaget 46 möjliggör justering av filtrets 22 kompressíonströskel.

Förstärkaren 26 innehåller komplementära transistorer som ger hög íngångsimpedans och låg utgångsimpedans. Eftersom för- stärkaren driver diodbegränsaren 28) erfordras en ändlig ut- gångsimpedans, vilket åstadkommas med kopplingsmotstándet S0.

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.

Förstärkaren 30 är en NPN-transistor med ett emittertids- konstantnät 52 som höjer förstärkningen vid höga frekvenser.

Kraftiga 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 likriktardioden 31. Filtret består av”ett seriemotstànd 54 och en shuntkondensator 56.IMotstândet 54 är shuntat av en kiseldiod 58, som möjliggör snabb uppladdning av kondensatorn 56 för snabbt ikraftträdande förenat med god glättning under stationärtillstånd. Spänningen över kondensatorn 56 påtrygks direkt på transístorns 24 styre.

Ett fullständigt kopplingsschema för den komplementära ekpandern visas i fig 7. En fullständig beskrivning är icke nödvändig eftersom kretsen i huvudsak är identiskt lik kret- sen i fig 6, och av samma skäl anges merendels ej heller komponentvärden i fig 7.

Skillnaderna mellan 6 och 7 är följande.

I fíg 7 erhäller den ytterligare banan sin insignal frán utgângsklämman 16a, förstärkaren 26a är inverterande samt de av motstânden 14 och 18 kombinerade signalerna matas till in- gången (basen) hos emitterföljaren 12, vars utgång (emittern) är kopplad till klämman lóa. För tillförsäkrande av låg driv- impedans är ingångsklämman 10a kopplad till motståndet 14 genom en emitterföljare 60. Lämpliga åtgärder måste vidtagas för att förhindra att förspänníngar inkommer i expandern. 10 15 20 25 30 40 450 985 2” Förstärkaren 26a göres inverterande genom att utsignalen' tas fràn den andra transistorns (av PNP-typ) emitter i stäl- let för kollektor. Denna förändring inbegriper även flytt- ning av 10 kohm motståndet 62 (fig 6) från kollektorn till emittern (fig 6), vilket automatiskt ger en lämplig utgångs- impedans för drivning av begränsaren. Motståndet 50 är därför utelämnat i fig 7.

För korrekt injustering av ett komplett brusreducerings- system bör det observeras att det är av vikt att samma signal- niváer föreligger på emittrarna hos transistorerna 12 i både kompressorn och expandern. Mätklämmor M visas anslutna till nyssnämnda emittrar.

Pig 8 visar en föredragen krets för ersättning av kretsen mellan punkterna A, B och C i fig 6 och 7. När fälteffekt- transistorn 24 är strypt är det andra RC-nätet 22 inoperativt, och det första RC-nätet 20 är härvid bestämmande för frekvens- gången i den ytterligare banan. Den förbättrade kretsen kombinerar de med avseende på fasen existerande fördelarna _med att ha endast en RC-sektion under vilotillstånd med dämp- ningen 12 dB/oktav hos ett tvåsektions RC-nät under signal- tillstånd. -~--r I en i praktiken utförd krets med användning av MPF 104 som fälteffekttransistorer, måste motståndet 36a på 39 kohm finnas för att ge en ändlig källimpedans för fäteffekttransis- torn. På detta sätt hàlles kompressionsförhållandet vid alla frekvenser och nivåer maximalt vid Z. Motståndet Sóa har samma kompressionsbegränsande funktion i den förbättrade kretsen som motståndet 36 har i kretsen i fig 6 eller 7. Dessutom tillhandahåller detta motstånd en lågfrekvensbana för sig- nalen. _ Vid den första utföríngsformen av föreliggande uppfinning utnyttjas i kompressorn 4 och expandern 6 enligt fig Z såsom tidigare nämnts anordningar av det slag som visas i fig 6, 7 och 8 med modifierade karakteristíkor. Den ändrade gräns- frekvensen och den sänkta tröskeln uppnås genom modifiering av det fixa filtrets (filtret 20 i fig 6) karakteristika och även genom ändring av styrförstärkarens förstärkning genom ändring av förstärkarens frekvensgång (emíttertidkonstant- nätet 52 hos förstärkaren 30 i fig 6). Oversvängningsunder- tryckarens tröskel sänks genom påtryckning av lämplig lik- 10 15 20 25 35 40 21 450 985 förspänning (i framriktningen) över dioderna 28. Impedanserna i det variabla filtret (variabla filtret 22 i fig 6 och 8) lämnas i stort sett orörda i och för bihehållande av lämplig anpassning till karakteristikorna hos tillgängliga spännings- styrda, variabla kretselement. En lämplig modifiering av den i fig 6-8 visade glidbandskretsen av B-typ är att ändra det fixa filtrets 20 motstånd på 3,3 kohm till 18 kohm i och för sänkning av gränsfrekvensen två till tre oktaver. För höjning av styrförstärkarens förstärkning ökas värdet pà kondensatorn i förstärkarens 30 tidskonstantnät 52 från 0,15,uF till 0,60,uF (eller från 0,1 pF till 0,4 p? om det föreslagna värdet 0,1 pF används). Förspänningar på omkring i 1/4 volt i framriktningen påtryckes över kíseldioderna 28, varigenom reducering med flera dB sker av översvängningsundertrycknings- nivån.

Det variabla filtret 22 uppvisar allpasskarakteristik som gensvar på vilo-styrspänning, och sålunda sänks totalfiltrets gränsfrekvens två till tre oktaver. ökning av kondensator- värdet i emitternätet hos förstärkaren 30 höjer sistnämndas förstärkning vid en given frekvens. Såsom förklarats ovan och i US-PS Re 28 426 kommer gränsfrckvensen för det variabla RC-filtret 22 att öka när styrspänningen (från förstärkaren 30, likriktaren 31 och glättníngsfiltret 32) ökar. Ned stora kapacitansvärden i nätet 52 kommer således det variabla filtret att förflyttas uppåt i frekvens från sitt vilovärde som gensvar på lâgnivåiga signaler, dymedelst spridande nivå- svaret eller tröskeln från vad som gäller i en omodifierad B-krets.

Nivåsvaret kan spridas på ett otal sätt utöver ändring av styrförstärkarens emitternät. Bland dessa möjligheter in- går ändring av förspänningen på styrelemcntet, annan ändiing av styrförstärkarens förstärkning, ändring av de relativa signalniváerna i filterbanan och styrsignalalstrande banan, osv.

Vissa detaljer i kretsarna enligt fig 6, 7 och 8 har vidareutvecklats under årens lopp och modernare kretstyper har publicerats och är välkända bland fackmän. Hänvisning till Us-Ps Re zs 426 har skett för att förenkla presentatio- nen.

Fig 9 visar en faktiskt upptägen inspelningskurva under 10 15 20 25 40 .-.'“~5?“Å-'?J5.».... '“-'Z.2-'«7.- 'lf-IJZIC .Vi 450 985 22 kompressionströskeln för tva seriekopplade kompressorer, av' vilka den första är modifierad enligt ovan; därtill visas expanderns frekvensgàng. Jämför detta med fig 10 (svarande mot fig 12 i US-PS Re 28 426), som visar den faktiska inspel- ningskurvan under kompressionströskeln för en enda kompressor eller expander enligt fig 6-8.

Pig ll visar som funktion av frekvensen in/ut-svaret hos de seriekopplade kompressorerna. Vid betraktande av dessa kurvor framgår de båda dynamikområdena indikerande de båda spridda funktionsområdena. Under det att möjligheten att iak- taga dessa kurvors dynamikomràden är till nytta för demon- stration av anordningarnas spridda funktion, är det i praktik- en att föredraga att kurvorna är så jämna som möjligt utan iakttagbara dynamikområden eller "upphöjningar". Parallella linjer A och B är dragna genom tröskelområdena, varvid linje A hänför sig till standardkretsen och linje B till den modifie- rade kretsen. Jämför dessa kurvor med fig 12 (som är US-PS Re 28 426) som på liknande sätt visar frckvensgångskurvorna för en enkel glidbandskompressor av B-typ. Fig 11 illustrerar att den med seriekopplade anordningar försedda kompressorn ger i huvudsak dubbelt så stor kompression fördelad över större frekvens- och nivåområden.

Det varíabla bandets verkan hos de spridd verkan uppvisan- de anordníngarna kan iakttagas i fig 13 och 14, vilka visar frekvensgången vid testtonsinspelning med nämnda seriekopp- lade kompressorer. Jämför härvid med fig 15 (som är fig lš i US-PS Re 28 426), som visar en faktisk inspelningskurva erhållen med kretsen i fig 6 innefattande kretsen i fig 8.

Det variabla bandets verkan visas genom upptagning av kompres- sorfrekvenssvaret vid en lågniväig testton (med en nivå lig- gande under kompressorns tröskel) i närvaro av en högnivåsig- nal; testsignalen detekteras vid kompressorutgângen medelst ett filter- Högnivâsignalen bringar kompressorkretsen att fungera, och kurvorna visar inverkan på filtrets övergångs- frekvens.

Fig 13 visar frekvenssvaret för en testton vid -65 dB och närvaro av 200 Hz signaltoner vid nivåer mellan -28 dB och_lägre upp till f10 dB. Pig 14 gäller för en 500 Hz sig- nalton vid nivåer från -34 dB och lägre till +10 dB.

Vid en ytterligare utföringsfbrm av uppfinningen med :Igwüg «'-;;~__,,1..v,=~_-¿;;_- f- y-.vøaa 11-1-1 'z-"r-a-w-r-ëza-Q :~:-»--'e:-.. :f- -.....<. “~_-"-._-- ._ _. _ - -.- - 10 15 25 40 :e-'fe-w-wy-ff f' ~ g.- -;.,~_..(,.|..-;~ -. f .-. WW. v; 23 450 985 bättre prestanda utgör såväl kompressorn Z och expandern 8 i fig 2 modifieringar av standardanordningar av B-typ. Bada serieanordningarna har sina övergångsfrekvenser sänkta tvâ oktaver för att därigenom ge en kraftigt stigande frekvensvàg vid låga nivåer. Spridning av den dynamiska verkan åstadkommes genom sänkning av trösklarna (både syllabiska och översväng- ningsundertryckande] hos den andra anordningen (vid kompressor- mod). ' Ett fördelaktigt särdrag hos föreliggande uppfinning är att de individuella kretsarnas frekvenssvar är sammansatta. Om så kraftigt stigande brusreduceringskurva som möjligt önskas, uppnås detta genom användning av kretsar med samma làgnivå- (vilo-J frekvenssvar.

Vid den förbätrrade utföringsformen medför valet av de identiska filterkurvorna så att de ligger omkring 2 oktaver under vad som förekommer vid standard-B-anordningar således att en karakteristika erhålles som stiger snabbt över omkring 300 Hz. Således erhåller systemet förmåga till väsentlig brusreducering inom det_kritiska området mellan 300 Hz och 2 kHz, ett område inom vilket bandbrus är märkbart efter det att brus ovanför 2 kHz reducerats. Brusbidraget från bandet är försumbart under 300 Hz. Genom att systemet endast har minimal brusreduceringsverkan under 300 Hz undvikes att manipulation sker med de fundamentala signalfrekvenserna, var- jämte systemets komplementaritet förbättras i praktiskt före- kommande bandspelare, vilka exempelvis kan ha frekvensgàngs- fel till följd av huvudstötar eller dylikt. Genom att man und- viker kompression av lâgfrekvenssignaler förbättras dessutom systemkompatíbiliteten eftersom höjning av lågfrekrenssignaler skulle resultera i besvärande rumble (brum) och bashöjning när kodade band återges i system som saknar komplemcntërn ex- pandrar.

Hänvisning sker nu åter till fig 6 och 8, där de båda serie- kopplade anordningarna i den under diskussion stående praktiska utföringsformen båda har motståndet i det fixa filtret 20 änd- rat frân 3,3 kohm, vilket förorsakar att totalgränsfrekvensen för filtren 20 och 22 sänks omkring tvâ oktaver ned till cirka 375 Hz. I den andra anordningen höjs kapacitansvärdet i styr- förstärkarens 30 emitternät 52 med en faktor fyra eller där- omkring, liksom i den tidigare diskuterade utföríngsformen. 10 15 20 ZS 35- 40 iQ-.at-.Lv v. .sa-s 43U 753 M Detta resulterar i en spridning av tröskelnivåerna på omkring 10-15 dB (beroende pà signalnivå och -frekvens). Lämplig för- spänning införes i diodbegränsarkretsen 28 i och för sänkning av nivån för översvängningsundertryckning.

I en modifiering av den senaste utföringsformen kan konden- satorn 34 i filtret 22 höjas till 0,01 pF i syfte att främja överensstämmelse mellan olika enheters karakteristikor och för att förbättra brusmodulationsegenskaperna. Till följd av de i huvudsak lika tidskonstanterna hos det fixa filtret 20 och det variabla filtret ZZ, kommer i detta fall arrangemanget att bli ekvivalent med ett enkelpoligt variabelt filter, och det fixa filtret kan elimineras. I detta fall placeras motståndet 36a (som har värdet 47 kohm i moderna typer av B-kretsar) som shunt till fälteffekttransistorns 24 emitter-kollektorbana i syfte att ge en vilo-övergångsfrekvens på omkring 375 Hz.

Det är emellertid önskvärt att det fixa filtret bibehålles i högnivåkretsen så att kretsen kan omkopplas att självständigt' arbeta som B-krets av standardtyp.

I praktiken kommer en produkt försedd med de nyssnämnda förbättrade systemen att vara kampatibel med existerande okoaaa eller B-koaad mjukvara (rexlïfiäna och Fmraaiosänaning- ar). De förbättrade systemen innehåller en standardanordning av B-typ och kan således för uppnàende av full kompatibilitet omkopplas till att arbeta som B-typ-anordning. När á andra sidan_inspelade band blir tillgängliga kodade enligt det för- ' bättrade systemet, kan nu befintliga konsumentprodukter av B-typ komma att ge överdriven högfrekvensinformation eller diskantríkedom, vilket kan åtgärdas genom ändrad inställning av diskantkontrollen på samma sätt som man idag gör vid av- spelning av B-kodad programvara på utrustning utan speciella kretsar.

Standard-B-kretsen beskriven i US-PS Re 28 426 har ett maximalt kompressíonsförhâllande på omkring 2:1. Detta för- hållande har visat sig vara ett gott praktiskt val för kompandersystem för kassettband för privatbruk. I de seriekopp- lade kretsarna i de ovan beskrivna utföringsformerna bibehål- ler varje enskild krets ett maximalt kompressionsförhällande på omkring 2:1, och därtill är maximala kompressionsförhål- landet för totalkombinationen av seriekretsar likaså omkring 2:1 vid de flesta insignalnivâer och -frekvenser. I praktiken .._--~un~.-.a~=.m~<-,~. -............... . -f f-- ' U1 10 15 20 25 40 25 450 985 är det dock svårt att undvika något större förhållande, t.ex. 2,5:1, inom ett mindre nivå- och frekvensomrâde. Detta kan tolereras om kompressionsförhâllandet icke är större än 2,5:1 (eller omkring 1,25 ggr varje krets kompressionsförhål- lande) och om det nivå- och frekvensområde där detta förekom- mer icke är alltför stort.

En annan speciell utföringsform av den i fig 2 allmänt återgivna uppfinningen är att utföra en kompressor och en expander som en banduppdelad anordning, såsom beskrives i US-PS 3 846 719 och US-PS 3 903 485, och den andra kompressorn och den andra expandern som glidbandsanordningar. En lämplig anordning med uppdelat band, multibandsanordning, beskrives i "Journal of the Audio Engineering Society", Vol. 15, No. 4, okt 1967, sid 383-388. Banduppdelade anordningar i enlighet med de däri givna parametrarna har blivit allmänt kända såsom A-typ-anordningar.

Vid en praktisk utföringsform tillföres en kompressor av A-typ en flat ínsignal och avger sin utsignal till en speci- ellt därtill anpassad glidbandsanordning. Det är mest gynn- samt att placera A-anordningen så att den matas med en obe- handlad ínsignal, eftersom den är utförd för behandling av en flat ínsignal. Placering av glidbandsanordningen först skulle medföra den nackdelen att den flata insignalen ändrades till en mindre lämplig form för inmatning i en A-anordning. På återgívningssidan matas glidbandsanordningen med signalen- från N-kanalen, behandlar denna signal och tillför den till en expander av A-typ.

Fig 16 visar kurvor motsvarande de i fig 9 för làgnivå- svaret hos en ensam A-kompressor och för en ensam glidbands- kompressor samt svaret för den kombinerade kompressorn.

Expansionskurvorna är komplementära i överensstämmelse med för- hållandena vid fig 9. A-typanordningen ger 10 dB kompression upp till ungefär 5 kHz, och däröver stiger nivån mjukt till omkring 15 dB vid 15 kHz. Fördel drages av detta stigande frekvenssvar hos A-karakteristikan för att göra glidbands- karakteristikan mindre känslig vid höga frekvenser (se hög- frekvensdelen av "glidbands"-kurvan i fig 16); detta är gynn- samt för reducering av inverkan av osäkerheter vid hög fre- kvens hos kanalsvaret, vilket beskrivas mer i detalj nedan.

Den kombinerade frekvenssvarskurvan stiger således'mjukt upp 10 15 20 ZS 35- 4DU YÖÖ N till 20 dB där den planar ut och förblir i huvudsak vid denna nivå till 14 kHz där den åter faller. Glidbandsanordningen är dimensionerad så att dess arbetströsklar och resulterande dynamikverkansområden ligger gott och väl utanför vad som gäller A-kretsen.

Pig 17 visar en grupp frekvenssvarskurvor för olika nivåer vid kompressorer med seriekopplade A-ngr och glidbandsanord- ningar. Dessa kurvor återger samma typ av information som fig 11. Det skuggade området C anger allmänt de dynamíkområden som härrör'från verkan av A-anordningen, under det att det skuggade området D härrör från verkan av glidbandsanordningen.

Detta arrangemang resulterar i ett maximalt kompressionsför- hållande som icke vid någon nivå eller frekvens överstiger omkring 2:1 och är därför relativt fritt från förstärknings- fel i i praktiken förekommande bandspelarkanaler.

Det inses att seriekopplingen av en standard-A-anordning med en speciell glidbandsanordning avser ett exemplifierande fall. I princip kan dock A-anordningen modifieras för skift- ning av sina dynamikområden så att den bäst passar tillsammans med glidbandsanordningens arbetsområden.

Exakt mängd erforderlig spridning eller skiftning vid denna och andra konfigurationer beskrivna ovan beror på de använda signalbehandlingsanordningarnas parametrar. Syftet med spridning av de dynamiskt verksamma områdena är att minimera hopgrupperingseffekter i frekvenssvarskurvorna. Dylik hop-- gruppering är ett tecken på stora kompressions- och expan- sionsförhállanden. Se exempelvis fig 18, som illustrerar ett fall med mycket kraftig hopgruppering; vid vissa frekvenser och nivåer resulterar en 10 dB insignalnivåändring i en änd- fring av utsignalen på Z 1/2 dB - ett förhållande på 4:1. Op- timalt kommer med lämplig spridning ett förhållande på 2:1 aldrig att överskridas i större grad i kassettkcmpander- system över merparten av nivå- och frekvensområdet. Vid andra typer av transmissionssystem kmihögre kompressionsförhållanden vara acceptabla.

Claims (14)

450 985 27 "Patentkrav

1. Kretsanordníng för modifiering av en ínsignals dynamiska område och innefattande en första krets med en bi- -linjär karakteristika bestående av en lågnivådel med väsent- ligen konstant förstärkning upp till en tröskel, en ovanför tröskeln liggande mellannívådel med föränderlig förstärkning, som ger ett kompressions- eller expansionsförhållande, vilket varierar mellan ett vid mellannivâdelens ändar och ett maximi- värde mellan dessa ändar, samt en högnivådel med väsentligen konstant förstärkning, skild från lågnivådelens förstärkning, varvid den första kretsen, då det gäller en kompression för radiosändare, om så önskas kan framför sig ha en bredband- kompressor eller begränsare, k ä n n e t e c k n a d av att den första kretsen följs av åtminstone en andra krets, som likaså har bi-linjär karakteristika inom ett för kretsarna gemensamt frekvensområde, varvid mellannivådelarna av kretsar- nas karakteristikor är spridda inom ett för kretsarna gemen- samt frekvensomràde i och för åstadkommande av en förstärknings- ändring över ett större område av mellaninsignalnivåer än för varje krets för sig jämte större skillnad mellan förstärkning- en vid låga och höga insignalnivåer, men med ett totalt maximalt kompressions- eller expansionsförhàllande, som till följd av spridningen i huvudsak icke är större än för en ensam krets,_och en total karakteristika, som också är bi-linjär;

2. Kretsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att det maximala kompressions- eller expansionsför- hàllandet totalt inte överstiger approximativt 1,25 gånger maximiförhållandet för någon av kretsarna.

3. Kretsanordning enligt kravet 1 eller Z, k ä n n e- t e c k n a d av att det parti av mellandelen, som gränsar till högnivådelen av den bi-linjära karakteristikan för en av kretsarna, överlappar det parti av mellandelen, som gränsar till lågnívådelen av den bi-linjära karakteristikan för en annan krets i sådan utsträckning att det totala kompressions- eller expansionsförhållandet inom överlappníngsområdet icke väsentligt överstiger det maximala kompressions- eller ex- pansionsförhållandet för angränsande kretsar.

4. Kretsanordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e- t e c k n a d av att var och en av kretsarna har ett maxi- malt kompressions- eller expansionsförhållande på i huvudsak 450 985 28 2:1 samt att det maximala förhållandet i sin helhet icke väsentligen överstiger 2:1.

5. Kretsanordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e- t e c k n a d av att den approximativa tröskelniván T för ett givet steg är bestämd av relationen _ _'E r_1= (H, där F är stegets slutpunkt, C stegets maximala kompressions- förhållande och G stegets förstärkning.

6. Kretsanordníng, som innefattar både en kompressor och en expander, enligt något av de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a d av att i kompressorn tröskeln hos var och en av nämnda andra kretsar är lägre än tröskeln hos den föregående kretsen samt att i expandern tröskeln hos var och en av nämnda andra kretsar är högre än tröskeln hos den föregående kretsen.

7. Kretsanordning enligt något av kraven 1-6 och inrättad för modifiering av audiosignalers dynamíkområde, varvid varje krets innefattar en översvängníngsundertryckare, som har en tröskelnivå, k ä n n e t e c k n a d av att tröskelnivâerna är spridda bland kretsarna i syfte att åstadkomma en reduce- ring av den totala kretsanordningens översvängningar.

8. Kretsanordning enligt något av kraven 6 och 7, k ä n n e- t e c k n a d av att trösklarna hos översvängningsunder- tryckarna i de enskilda kretsarna hos kompressorn respektive hos expandern är spridda i samma bemärkelse som trösk1arna'hos de efter varandra följande kretsarna.

9. Kretsanordning enligt något av kraven 1-8, k ä n n e- t e c k n a d av att den innefattar bi-linjära kretsar, vilka vardera har en lågnivåförstärkning på i huvudsak 10 dB.

10. Kretsanordning enligt något kraven 1-9, varvid åt- minstone en av kretsarna innefattar ett variabelt filter, som åstadkommer en höjning eller sänkning inom ett hög- eller låg- frekvensområde av signalbandet och som reagerar på signaler inom detta område, så att filtrets övergångsfrekvens bringas att glida på sådant sätt, att det höjda eller sänkta området blir smalare, varvid företrädesvis varje krets innefattar en likriktande, glättande och förstärkande styrkrets för avgivan- de av en styrsignal till en styrd impedansanordning hos filtret för åstadkommande av glidningen av filtrets övergångs- frekvens, k ä n n e t e c k n a d av att varje krets inne- fattar ett variabelt filter. 450 98g5 29

11. Kretsanordníng enligt kravet 10, k ä n n e t e c k- n a d av att styrkretsen hos varje variabelt filter har en speciell förstärkning för bildande av olika trösklar för kretsarna.

12. Kretsanordning enligt kravet 10 eller 11, k ä n n e- t e c k n a d av att de variabla filtrens vilo-övergångs- frekvenser är i huvudsak desamma.

13. Kretsanordning enligt kravet 10, 11 eller 12, varvid höjningen eller sänkningen ligger i ett högfrekvensområde, k ä n n e t e c k n a'd 'av att de variabla filtrens vilo- -övergångsfrekvenser ligger inom området 300 till 400 Hz.

14. Kretsanordníng enligt något av kraven 1-13, varvid åtminstone en av kretsarna utgöres av en dubbelbanekrets, som innefattar en huvudsignalbana, vilken är linjär med avseende på dynamikomràdet, en i huvudbanan belägen kombinationskrets samt en ytterligare bana, som har sin ingång ansluten till den ytterligare banans in- eller utgång och sin utgång an- sluten till kombinationskretsen, varvid den ytterligare banan avger en signal, som, åtminstone i en övre del av frekvens- bandet, höjer eller sänker huvudbanesignalen medelst kombina- tíonskretsen men som är så begränsad, att den inom den övre delen av insignaldynamikområdet är mindre än huvudbanesignalen, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av kretsarna är en dubbelbanekrets.