WO1993001655A1 - Dynamic limiting circuit - Google Patents

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WO1993001655A1
WO1993001655A1 PCT/EP1992/000153 EP9200153W WO9301655A1 WO 1993001655 A1 WO1993001655 A1 WO 1993001655A1 EP 9200153 W EP9200153 W EP 9200153W WO 9301655 A1 WO9301655 A1 WO 9301655A1
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WO
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signal
dynamics
input signal
level
circuit arrangement
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PCT/EP1992/000153
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Walter Link
Stefan Schradi
Udo Link
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Deutsche Thomson-Brandt Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
    • H03G7/005—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers using discontinuously variable devices, e.g. switch-operated
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
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    • H03G3/3005—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in amplifiers suitable for low-frequencies, e.g. audio amplifiers
    • H03G3/301—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in amplifiers suitable for low-frequencies, e.g. audio amplifiers the gain being continuously variable
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    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers
    • H03G7/004—Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers using continuously variable impedance devices

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for limiting the dynamics according to the preamble of claim 1.
  • a circuit arrangement for regulating or limiting the dynamics usually serves to change the amplification of an amplifier stage as a function of the signal level of the signal to be amplified. This means that signals with a low level can be amplified sufficiently. On the other hand, it is avoided that signals with a high level lead to an excessively strong output signal.
  • the signal to be amplified is an acoustic signal
  • damage to the system connected to the amplifier such as loudspeakers, headphones, etc., can be avoided by limiting the dynamics.
  • a circuit arrangement for automatic control or limitation of the dynamics is known for example from DE-OS 30 27 715.
  • the circuit arrangement presented there causes the amplification of the system used to be reduced as quickly as possible in the event of a sudden increase in amplitude.
  • the dynamics of an amplifier connected to the circuit arrangement according to the invention be limited only after a predetermined time after the level of an input signal has been exceeded.
  • a timing element is provided to which, on the one hand, a signal is supplied which represents a measure of the difference between a predetermined level and the actual level of an input signal.
  • the timing element causes the dynamics to be limited only after a predetermined period of time.
  • the predetermined level is selected as a function of an electroacoustic transducer connected to the amplifier device in such a way that above a corresponding sound pressure level, long-term exposure to a listener is likely to cause health damage, this is avoided by the circuit device according to the invention.
  • Fig. 1 the block diagram of a first preferred embodiment
  • Fig. 2 the circuit diagram of the embodiment shown in Fig. 1;
  • Fig. 3 the block diagram of a second preferred
  • Fig. 4 the circuit diagram of the embodiment shown in Fig. 3;
  • FIG. 1 the block diagram of a first embodiment is shown.
  • An audio playback device 10 contains a power amplifier 11, to which signals from stages, not shown, are fed via its input.
  • the output signal of the power amplifier 11 is supplied on the one hand to a loudspeaker 12, or generally an electroacoustic transducer, and on the other hand to the input of a smoothing element 13.
  • the output signal of this smoothing element 13 reaches a threshold value stage 14 and the control input of an actuating stage 15.
  • the threshold voltage stage 14 is supplied with the reference voltage Ur as the threshold value and the output of the stage 14 is on Timer 16 connected, the output signal leading to the control input of a switching means 17. If the switch contact is closed, the first signal connection 15a of the control stage 15 is connected to ground.
  • the second signal connection 15b leads to the center tap of a volume control 18 and to the volume control input 19 of the audio playback device 10.
  • FIG. 1 The function of the exemplary embodiment according to FIG. 1 is explained with the aid of FIG. 2, in which a preferred version of this exemplary embodiment is shown on the basis of a circuit diagram.
  • the signal amplified by the power amplifier 11 is rectified, sieved and smoothed by the smoothing element 13.
  • a semiconductor diode 13a is provided, at the anode of which the amplified signal arrives.
  • the signal rectified in this way is smoothed by a charging capacitor 13b and a filter element which consists of a filter resistor 13c and a filter capacitor 13d.
  • First connections of the capacitors 13b, 13d are connected by the resistor 13c and second connections of these capacitors lead to ground.
  • the signal thus smoothed is fed to the input of the threshold stage 14, more precisely to the first connection of a first input resistor 14a.
  • a second input resistor 14b at the first terminal of which the negative reference voltage Ur is present in this version, is connected with its second terminal to the second terminal of the first input resistor 14a.
  • This common connection is connected to the non-inverting input of an operational amplifier 14c, the inverting input of which is connected to ground.
  • the output of this operational amplifier 14c is on the one hand through a feedback resistor 14d connected to the non-inverting input and the other to the input of the timing element 16.
  • the smoothed signal present at the first input resistor 14a exceeds a threshold value predetermined by the value of the reference voltage Ur, the positive operating voltage, which is supplied to the operational amplifier at a supply input (not shown), is present at the output of the threshold value stage 14.
  • the timing element 16 following the threshold value stage 14 consists of a timing capacitor 16a, which is connected to ground, and the second terminal of which is connected to the output of the timing element 14 via a timing resistor 16b.
  • the choice of the values of the components 16a and 16b determines a time constant or a time period after which the switching means 17, here consisting of a switching potentiometer 17a, a switching resistor 17b and a switching transistor 17c, is switched through.
  • the actuating stage 15 in this exemplary embodiment consists of an npn actuating transistor 15c, at the base of which an adjusting trimmer 15d is provided, which leads to the output of the smoothing element 13.
  • the collector of the control transistor 15c is connected to the volume control input 19 of the device 10 via a variable resistor 15e.
  • control transistor 15c acts between its emitter and its collector like a variable resistor which is connected in parallel with the volume control 18. With strong control, this resistance becomes small, which leads to the voltage on the volume ke control input 19 is reduced without actuating the volume control 18. At high levels of the output signal of the output stage 11, this leads to a reduction in its amplification and thus to a limitation of the dynamics.
  • Diode 13a AA 143 (npn-Ge; low threshold voltage),
  • Capacitor 13b 0.22 uF (electrolytic capacitor),
  • Capacitor 13d 100 uF (electrolytic capacitor),
  • Resistor 14b 11 kOhm
  • Transistor 15c AC 187K (npn-Ge; low threshold voltage),
  • Capacitor 16a 330 uF (electrolytic capacitor),
  • Resistor 16b 3.3 kOhm
  • Resistor 17b 10 kOhm
  • Transistor 17c BC 548 (npn silicon),
  • Converter 12 headphones with impedance of 30.6 ohms
  • the threshold value stage 14 outputs a signal with a first value (here the positive supply voltage) when the level of the input signal rises when the smoothed signal at the non-inverting input of the operational amplifier 14c exceeds the first threshold.
  • the value of the signal delivered to the timing element 16 remains until the smoothed signal at the non-invertie ring input of the operational amplifier 14c falls below a second threshold. Then a signal with a second value (here negative supply voltage) is output to the timing element 16.
  • the first value of the above-mentioned signal causes the time capacitor 16a to be charged and to switch on the switching transistor 17c when a predetermined voltage is exceeded.
  • the second value of the above-mentioned signal causes the time capacitor 16a to be discharged, so that the switching transistor 17c is blocked when the voltage falls below the predetermined value.
  • threshold level 14 should respond in such a way that a longer, about 3 seconds long exceeding a sound pressure level of 83 dB leads to a limitation of the dynamics.
  • the negative operating voltage is present at its output. This causes the time to discharge and the dynamic limit to be reduced.
  • FIG. 3 The block diagram of a second exemplary embodiment is shown in FIG. 3.
  • the main difference compared to the first embodiment is that a difference value from the smoothed input signal and the reference voltage is used as the control variable for dynamic limitation.
  • an amplifier stage hereinafter referred to as an intermediate amplifier 20, is provided, which is connected between a preamplifier 21 and the power amplifier 11.
  • the dynamics of this additional amplifier stage are limited.
  • the output signal of the preamplifier 21 is supplied to the smoothing element 13, which supplies a rectified and smoothed signal to the threshold value stage 14 and to a first signal connection of a signal switch 27.
  • the threshold value stage 14 is supplied with the reference voltage Ur as the threshold value, which also reaches the first signal connection of a reference switch 28.
  • the control inputs of the switches 27, 28 are connected to outputs of the timer 16.
  • the second signal connections of the switches 27 and 28 lead to the non-inverting and the inverting input of a differential amplifier 29.
  • the differential amplifier 29 compares the rectified and smoothed signal voltage with the reference voltage Ur.
  • An output signal the value of which depends on the difference in the voltages, is output by the differential amplifier 29 to a control input of the intermediate amplifier 20, the gain factor of which is reduced by the value of the output signal as the difference increases.
  • the differential amplifier 29 has a circuit known per se which contains an operational amplifier.
  • the repeater 20 includes an operational amplifier 20a and a feedback resistor 20b.
  • An input resistor is formed from the resistor 20c and a field effect transistor 20d, the gate of which forms the control input of the intermediate amplifier and is connected to the output of the differential amplifier 29.
  • the reference voltage Ur is obtained by a voltage drop at the center tap of a reference voltage resistor 30 which is connected between the positive supply voltage + Ub and ground.
  • the positive reference voltage thus obtained is fed to the inverting input of the operational amplifier 14c.
  • the field effect transistor 20d changes its value and the gain of the intermediate amplifier 20, at the input of which the output signal of the preamplifier 21 is present, is controlled. Since the output signal of the repeater 20 is supplied to the final amplifier 11 as an input signal, the dynamics of the entire system, which includes the device 10, is limited.
  • Versions of the second exemplary embodiment can have at least one of the following variants: a field effect transistor can be used as the intermediate amplifier 20, which is connected with source and drain connections between the positive supply voltage + Ub and ground. Via its gate connection, it can be controlled by a superimposed signal from the input signal and the differential signal in such a way that an output signal can be tapped off at its drain connection and can be fed to the output amplifier 11; Furthermore, the difference signal can serve as a control signal in order to operate a field effect transistor as a variable resistor. The modulated input signal obtained in this way can be fed either to the power amplifier 11 or to an intermediate amplifier 20 with a predetermined gain factor.

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Abstract

In prior art acoustic reproduction systems to the input of which signals are fed from tape players, record players, radio receivers and the like, listening enjoyment may be adversely affected by fast readjustment of the dynamics. It is proposed in the invention to limit the dynamics of an amplifier connected to a circuit of the invention only after a predetermined time after the level of an input signal has been exceeded. There is a time function element (16) to which is fed a signal which represents a measure of the difference between a predetermined level (VR) and the actual level of an input signal. On the other hand the time unit (16) causes the dynamics to be limited by controlling switching means (17) only after a predetermined time. It is thus possible to maintain linear amplification in cases of only brief excessive rises in the input signal. In the reproduction of audio signals, this has the special advantage that listening enjoyment is not adversely affected by only brief increases or excessive increases in the level.

Description

Schaltungsanordnung zur Dynamikbegrenzung  Circuit arrangement for dynamic limitation
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Dynamik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a circuit arrangement for limiting the dynamics according to the preamble of claim 1.
Eine SchaItungsanordnung zur Regelung bzw. Begrenzung der Dynamik dient üblicherweise dazu, die Verstärkung einer Verstärkerstufe in Abhängigkeit von dem Signalpegel des zu verstärkenden Signals zu ändern. Damit können zum einen Signale mit einem niedrigen Pegel ausreichend verstärkt werden. Andererseits aber wird vermieden, daß Signale mit einem hohen Pegel zu einem übermäßig starkem Ausgangssignal führen. A circuit arrangement for regulating or limiting the dynamics usually serves to change the amplification of an amplifier stage as a function of the signal level of the signal to be amplified. This means that signals with a low level can be amplified sufficiently. On the other hand, it is avoided that signals with a high level lead to an excessively strong output signal.
Handelt es sich bei dem zu verstärkenden Signal um ein akustisches Signal, können durch eine Dynamikbegrenzung Schäden des dem Verstärker angeschlossenen Systems, wie Lautsprecher, Kopfhörer, usw. vermieden werden. If the signal to be amplified is an acoustic signal, damage to the system connected to the amplifier, such as loudspeakers, headphones, etc., can be avoided by limiting the dynamics.
Eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung oder Begrenzung der Dynamik ist beispielsweise aus der DE-OS 30 27 715 bekannt. A circuit arrangement for automatic control or limitation of the dynamics is known for example from DE-OS 30 27 715.
Die dort vorgestellte Schaltungsanordnung bewirkt, daß bei einem plötzlichen Amplitudenanstieg möglichst schnell die Verstärkung des verwendeten Systems verringert wird. The circuit arrangement presented there causes the amplification of the system used to be reduced as quickly as possible in the event of a sudden increase in amplitude.
Bei akustischen Wiedergabesystemen, denen am Eingang Signale von Bandwiedergabegeräten, Plattenspielern, Rundfunkempfängern und dergleichen zugeführt werden, kann es durch das schnelle Zurückregeln der Dynamik zu Beeinträchtigungen des Hörgenusses kommen. In acoustic playback systems, to which signals from tape playback devices, record players, radio receivers and the like are fed at the input, the rapid reduction in dynamics can impair hearing enjoyment.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei nur kurzzeitigen hohen Pegeln eines Eingangssignales die Dynamik nicht zu begrenzen. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. It is an object of the present invention not to limit the dynamics in the case of only short high levels of an input signal. This object is achieved in a generic circuit arrangement by the features of claim 1.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß erst nach einer vorgegebenen Zeit nach überschreiten des Pegels eines Eingangssignales die Dynamik eines der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angeschlossenen Verstärkers begrenzt wird. According to the invention, it is proposed that the dynamics of an amplifier connected to the circuit arrangement according to the invention be limited only after a predetermined time after the level of an input signal has been exceeded.
Es ist ein Zeitglied vorgesehen, dem einerseits ein Signal zugeführt wird, das ein Maß darstellt für die Differenz eines vorgegeben Pegels und dem tatsächlichen Pegel eines Eingangssignales. Andererseits bewirkt das Zeitglied durch Ansteuerung von Schaltmitteln erst nach einem vorgegeben Zeitraum, daß eine Begrenzung der Dynamik erfolgt. A timing element is provided to which, on the one hand, a signal is supplied which represents a measure of the difference between a predetermined level and the actual level of an input signal. On the other hand, by activating switching means, the timing element causes the dynamics to be limited only after a predetermined period of time.
Damit kann in Fällen nur kurzzeitiger Pegelüberhöhung des Eingangssignales eine lineare Verstärkung beibehalten werden. This means that linear amplification can be maintained in cases where the level of the input signal is only briefly increased.
Bei der Wiedergabe von Audiosignalen hat das insbesondere den Vorteil, daß bei nur kurzzeitiger Pegelerhöhung bzw. -Überhöhung der Hörgenuß nicht beeinträchtigt wird. When audio signals are reproduced, this has the particular advantage that listening pleasure is not impaired if the level is increased or increased only briefly.
Wird der vorgegebene Pegel in Abhängigkeit von einem mit der Verstärkereinrichtung verbundenen elektroakustischem Wandler derart gewählt, daß oberhalb eines entsprechenden Schalldrukkes bei langzeitiger Einwirkung auf einen Zuhörer gesundheitliche Schäden zu erwarten sind, so werden diese durch die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung vermieden. If the predetermined level is selected as a function of an electroacoustic transducer connected to the amplifier device in such a way that above a corresponding sound pressure level, long-term exposure to a listener is likely to cause health damage, this is avoided by the circuit device according to the invention.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in den folgeneden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen: Further features, advantages and details of the invention are explained in the following exemplary embodiments with reference to the drawing. Show:
Fig. 1 : das Blockschaltbild eines ersten bevorzugten Fig. 1: the block diagram of a first preferred
Ausführungsbeispiels;  Embodiment;
Fig. 2: den Schaltplan des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels; Fig. 3: das Blockschaltbild eines zweiten bevorzugten Fig. 2: the circuit diagram of the embodiment shown in Fig. 1; Fig. 3: the block diagram of a second preferred
Ausführungsbeispiels;  Embodiment;
Fig. 4: den Schaltplan des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels;  Fig. 4: the circuit diagram of the embodiment shown in Fig. 3;
Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis dienen, üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Diese können in integrierter oder Hybridtechnik oder als programmgesteuerter Mikrorechner bzw. als Teil eines zu seiner Steuerung geeigneten Programm es realisiert sein. Before the description of the exemplary embodiments is discussed in more detail, it should be pointed out that the blocks shown individually in the figures serve only for better understanding, usually one or more of these blocks are combined to form units. These can be implemented in integrated or hybrid technology or as a program-controlled microcomputer or as part of a program suitable for its control.
Die in den einzelnen Stufen enthaltenen Elemente können jedoch auch getrennt ausgeführt werden. The elements contained in the individual stages can, however, also be carried out separately.
Im folgenden werden Mittel und Signalverläufe mit gleichen Bedeutungen jeweils mit denselben Referenzzeichen versehen und auf sie wird, wenn sie einmal beschrieben wurden, in der weiteren Beschreibung nur insoweit eingegangen, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist. In the following, means and signal profiles with the same meanings are each provided with the same reference symbols and, once they have been described, they will only be discussed in the further description to the extent necessary for the understanding of the present invention.
In Fig. 1 wird das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles gezeigt. Ein Audio-Wiedergabegerät 10 enthält einen Endverstärker 11, dem über seinen Eingang Signale von nicht dargestellten Stufen zugeführt werden. Das Ausgangsignal des Endverstärkers 11 wird zum einen einem Lautsprecher 12, oder allgemein einem elektroakustischen Wandler, und zum anderen dem Eingang eines Glättungsgliedes 13 zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Glättungsgliedes 13 gelangt zu einer Schwellwertstufe 14 und zu dem Steuereingang einer Stellstufe 15. In Fig. 1, the block diagram of a first embodiment is shown. An audio playback device 10 contains a power amplifier 11, to which signals from stages, not shown, are fed via its input. The output signal of the power amplifier 11 is supplied on the one hand to a loudspeaker 12, or generally an electroacoustic transducer, and on the other hand to the input of a smoothing element 13. The output signal of this smoothing element 13 reaches a threshold value stage 14 and the control input of an actuating stage 15.
Der Schwellwertstufe 14 wird als Schwellwert die Referenzspannung Ur zugeführt und der Ausgang der Stufe 14 ist an ein Zeitglied 16 angeschlossen, dessen Ausgangssignal zu dem Steuereingang eines Schaltmittels 17 führt. Ist dessen Schaltkontakt geschlossen, so ist der erste Signalanschluß 15a der Stellstufe 15 mit Masse verbunden. Der zweite Signalanschluß 15b führt zu dem Mittenabgriff eines Lautstärkereglers 18 und zu dem Lautstärke-Steuereingang 19 des Audio-Wiedergabegerätes 10. The threshold voltage stage 14 is supplied with the reference voltage Ur as the threshold value and the output of the stage 14 is on Timer 16 connected, the output signal leading to the control input of a switching means 17. If the switch contact is closed, the first signal connection 15a of the control stage 15 is connected to ground. The second signal connection 15b leads to the center tap of a volume control 18 and to the volume control input 19 of the audio playback device 10.
Die Funktion des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 wird mit Hilfe von Fig. 2 erläutert, in dem eine bevorzugte Version dieses Ausführungsbeispiels anhand eines Schaltplans dargestelIt ist. The function of the exemplary embodiment according to FIG. 1 is explained with the aid of FIG. 2, in which a preferred version of this exemplary embodiment is shown on the basis of a circuit diagram.
Das von dem Endverstärker 11 verstärkte Signal wird durch das Glättungsglied 13 gleichgerichtet, gesiebt und geglättet. Dazu ist eine Halbleiterdiode 13a vorgesehen, an deren Anode das verstärkte Signal gelangt. The signal amplified by the power amplifier 11 is rectified, sieved and smoothed by the smoothing element 13. For this purpose, a semiconductor diode 13a is provided, at the anode of which the amplified signal arrives.
Das derart gleichgerichtete Signal wird durch einen Ladekondensator 13b, sowie einem Siebglied, das aus einem Siebwiderstand 13c und aus einem Siebkondensator 13d besteht, geglättet. The signal rectified in this way is smoothed by a charging capacitor 13b and a filter element which consists of a filter resistor 13c and a filter capacitor 13d.
Dabei sind erste Anschlüsse der Kondensatoren 13b, 13d durch den Widerstand 13c verbunden und zweite Anschlüsse dieser Kondensatoren führen an Masse. First connections of the capacitors 13b, 13d are connected by the resistor 13c and second connections of these capacitors lead to ground.
Das derart geglättete Signal wird zu dem Eingang der Schwellwertstufe 14, genauer gesagt zu dem ersten Anschluß eines ersten Eingangswiderstandes 14a, geführt. Ein zweiter Eingangswiderstand 14b, an dessen erstem Anschluß die in dieser Version negative Referenzspannung Ur anliegt, ist mit seinem zweiten Anschluß mit dem zweiten Anschluß des ersten Eingangswiderstandes 14a verbunden. Dieser gemeinsame Anschluß liegt an dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14c, dessen invertierender Eingang an Masse liegt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 14c ist zum einen durch einen Rückkopplungswiderstand 14d mit dem nicht-invertieren- den Eingang und zum anderen mit dem Eingang des Zeitgliedes 16 verbunden. überschreitet das an dem ersten Eingangswiderstand 14a anliegende geglättete Signal einen durch den Wert der Referenzspannung Ur vorgegebenen Schwellwert, so liegt am Ausgang der Schwellwertstufe 14 die positive Betriebsspannung, die an einem nicht dargestellten Versorgungseingang dem Operationsverstärker zugeführt wird, an. The signal thus smoothed is fed to the input of the threshold stage 14, more precisely to the first connection of a first input resistor 14a. A second input resistor 14b, at the first terminal of which the negative reference voltage Ur is present in this version, is connected with its second terminal to the second terminal of the first input resistor 14a. This common connection is connected to the non-inverting input of an operational amplifier 14c, the inverting input of which is connected to ground. The output of this operational amplifier 14c is on the one hand through a feedback resistor 14d connected to the non-inverting input and the other to the input of the timing element 16. If the smoothed signal present at the first input resistor 14a exceeds a threshold value predetermined by the value of the reference voltage Ur, the positive operating voltage, which is supplied to the operational amplifier at a supply input (not shown), is present at the output of the threshold value stage 14.
Das der Schwellwertstufe 14 folgende Zeitglied 16 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Zeitkondensator 16a, der mit einem Anschluß an Masse liegt, und dessen zweiter Anschluß über einen Zeitwiderstand 16b mit dem Ausgang des Zeitgliedes 14 verbunden ist. In this exemplary embodiment, the timing element 16 following the threshold value stage 14 consists of a timing capacitor 16a, which is connected to ground, and the second terminal of which is connected to the output of the timing element 14 via a timing resistor 16b.
Die Wahl der Werte der Bauelemente 16a und 16b bestimmt eine Zeitkonstante oder einen Zeitraum, nach dem das Schaltmittel 17, hier bestehend aus einem Schaltpotentiometer 17a, einem Schaltwiderstand 17b und einem Schalttransistor 17c, durchgeschaltet wird. The choice of the values of the components 16a and 16b determines a time constant or a time period after which the switching means 17, here consisting of a switching potentiometer 17a, a switching resistor 17b and a switching transistor 17c, is switched through.
Dann ist der erste Signalanschluß 15a der Stellstufe 15 über den durchgeschalteten Transistor 17c mit Masse verbunden. Die Stellstufe 15 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem npn-StelItransistör 15c, an dessen Basis ein Stelltrimmer 15d vorgesehen ist, der zu dem Ausgang des Glättungsgliedes 13 führt. Der Kollektor des Stelltransistors 15c ist über einen Stellwiderstand 15e mit dem Lautstärke-Steuereingang 19 des Gerätes 10 verbunden. Then the first signal connection 15a of the control stage 15 is connected to ground via the transistor 17c which is switched on. The actuating stage 15 in this exemplary embodiment consists of an npn actuating transistor 15c, at the base of which an adjusting trimmer 15d is provided, which leads to the output of the smoothing element 13. The collector of the control transistor 15c is connected to the volume control input 19 of the device 10 via a variable resistor 15e.
Die Ansteuerung des Stelltransistors 15c über dessen Basis wirkt zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor wie ein variabler Widerstand, der dem Lautstärkeregler 18 parallel geschaltet ist. Bei starker Ansteuerung wird dieser Widerstand klein, was dazu führt, daß die Spannung an dem Lautstär ke-Steuereingang 19 ohne Betätigung des Lautstärkereglers 18 vermindert wird. Das führt bei hohen Pegeln des Ausgangssignales der Endstufe 11 zu einer Verminderung von deren Verstärkung und damit zu einer Begrenzung der Dynamik. The actuation of the control transistor 15c via its base acts between its emitter and its collector like a variable resistor which is connected in parallel with the volume control 18. With strong control, this resistance becomes small, which leads to the voltage on the volume ke control input 19 is reduced without actuating the volume control 18. At high levels of the output signal of the output stage 11, this leads to a reduction in its amplification and thus to a limitation of the dynamics.
Als besonders geeignet zur Realisierung der Version des ersten Ausführungsbeispieles hat sich die Verwendung folgenderThe use of the following has proven to be particularly suitable for realizing the version of the first exemplary embodiment
Bauelemente erwiesen: Components proved:
Diode 13a : AA 143 (npn-Ge; geringe Schwellspannung), Diode 13a: AA 143 (npn-Ge; low threshold voltage),
Kondensator 13b : 0,22 uF (Elko), Capacitor 13b: 0.22 uF (electrolytic capacitor),
Widerstand 13c : 270 Ohm,  Resistance 13c: 270 ohms,
Kondensator 13d : 100 uF (Elko),  Capacitor 13d: 100 uF (electrolytic capacitor),
Widerstand 14a : 15 kOhm,  Resistance 14a: 15 kOhm,
Widerstand 14b : 11 kOhm,  Resistor 14b: 11 kOhm,
Verstärker 14c : 741 (TTL),  Amplifier 14c: 741 (TTL),
Widerstand 14d : 46,2 kOhm,  Resistance 14d: 46.2 kOhm,
Transistor 15c : AC 187K (npn-Ge; geringe Schwellspannung), Transistor 15c: AC 187K (npn-Ge; low threshold voltage),
Trimmer 15d : 30 kOhm, Trimmer 15d: 30 kOhm,
Widerstand 15e : 1,6 kOhm,  Resistance 15e: 1.6 kOhm,
Kondensator 16a : 330 uF (Elko),  Capacitor 16a: 330 uF (electrolytic capacitor),
Widerstand 16b : 3,3 kOhm,  Resistor 16b: 3.3 kOhm,
Potentiom. 17a : 199 Ohm (500 Ohm),  Potentiom. 17a: 199 ohms (500 ohms),
Widerstand 17b : 10 kOhm,  Resistor 17b: 10 kOhm,
Transistor 17c : BC 548 (npn-Silizium),  Transistor 17c: BC 548 (npn silicon),
Potentiom. 18 : 50 kOhm,  Potentiom. 18: 50 kOhm,
elektroakust. Wandler 12 : Kopfhörer mit Impedanz von 30,6 Ohm electro-acoustic. Converter 12: headphones with impedance of 30.6 ohms
Bei Verwendung dieser Bauelemente ergibt sich die Eigenschaft, daß eine Hysterese verwirklicht wird. Das heißt, daß die Schwellwertstufe 14 bei ansteigendem Pegel des Eingangssignales an das Zeitglied dann ein Signal mit einem ersten Wert (hier der positiven Versorgungsspannung) abgibt, wenn das geglättete Signal am n i c h t- i nv e rt i e rende n Eingang des Operationsverstärkers 14c einen ersten Schwellwert überschreitet. When using these components, there is the property that a hysteresis is realized. This means that the threshold value stage 14 outputs a signal with a first value (here the positive supply voltage) when the level of the input signal rises when the smoothed signal at the non-inverting input of the operational amplifier 14c exceeds the first threshold.
Der Wert des an das Zeitglied 16 abgegebenen Signals bleibt solange erhalten, bis das geglättete Signal am nicht-invertie renden Eingang des Operationsverstärkers 14c einen zweiten Schwellwert unterschreitet. Dann wird an das Zeitglied 16 ein Signal mit einem zweiten Wert (hier negative Versorgungsspannung) abgegeben. The value of the signal delivered to the timing element 16 remains until the smoothed signal at the non-invertie ring input of the operational amplifier 14c falls below a second threshold. Then a signal with a second value (here negative supply voltage) is output to the timing element 16.
Der erste Wert des genannten Signales bewirkt, daß der Zeitkondensator 16a geladen wird und bei überschreiten einer vorgegeben Spannung den Schalttransistor 17c durchschaltet. The first value of the above-mentioned signal causes the time capacitor 16a to be charged and to switch on the switching transistor 17c when a predetermined voltage is exceeded.
Der zweite Wert des genannten Signales bewirkt, daß der Zeitkondensator 16a entladen wird, so daß bei Unterschreiten der vorgegebenen Spannung der Schalttransistor 17c gesperrt wird. The second value of the above-mentioned signal causes the time capacitor 16a to be discharged, so that the switching transistor 17c is blocked when the voltage falls below the predetermined value.
Zur Vermeidung von langfristigen Gesundheitsschäden soll die Schwellwertstufe 14 derart ansprechen, daß ein längeres, ca. 3 Sekunden dauerndes, überschreiten eines Schalldruckpegels von 83 dB zu einer Begrenzung der Dynamik führt. In order to avoid long-term damage to health, threshold level 14 should respond in such a way that a longer, about 3 seconds long exceeding a sound pressure level of 83 dB leads to a limitation of the dynamics.
Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von Bauelementen gemäß der aufgeführten Bestückungs li ste und einer Referenzspannung Ur von -3 Volt dazu am Eingang der Schwellwertstufe 14 der Spannungswert von 100 mV überschritten werden muß. It has been found that when using components in accordance with the assembly list and a reference voltage Ur of -3 volts, the voltage value of 100 mV must be exceeded at the input of threshold value stage 14.
Ein Unterschreiten eines Schalldruckpegels von 79 dB, entsprechend 45 mV am Eingang der SchwelIwertstufe 14, führt dazu, daß an deren Ausgang die negative Betriebsspannung anliegt. Das verursacht eine Entladung des Z e i t k o n d e n s a t o r s 16a und damit eine Zurücknahme der Dynamikbegrenzung. If the sound pressure level falls below 79 dB, corresponding to 45 mV at the input of threshold value 14, the negative operating voltage is present at its output. This causes the time to discharge and the dynamic limit to be reduced.
Das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles ist in Fig. 3 dargestellt. The block diagram of a second exemplary embodiment is shown in FIG. 3.
Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß als Steuergröße zur Dynamikbegrenzung ein Differenzwert aus dem geglätteten E i n g a n g s s i gn a l und der Referenzspannung dient. In einer ersten Version ist zu sätzlich eine Verstärkerstufe, im folgenden als Zwischenverstärker 20 bezeichnet, vorgesehen ist, welche zwischen einem Vorverstärker 21 und dem Endverstärker 11 geschaltet wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Dynamik dieser zusätzlichen Verstärkerstufe begrenzt. The main difference compared to the first embodiment is that a difference value from the smoothed input signal and the reference voltage is used as the control variable for dynamic limitation. In a first version it is too In addition, an amplifier stage, hereinafter referred to as an intermediate amplifier 20, is provided, which is connected between a preamplifier 21 and the power amplifier 11. In this exemplary embodiment, the dynamics of this additional amplifier stage are limited.
Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 wird dem Glättungsglied 13 zugeführt, das ein gleichgerichtetes und geglättetes Signal zum einen der Schwellwertstufe 14 und zum anderen einem ersten Signalanschluß eines Signalschalters 27 zuführt. The output signal of the preamplifier 21 is supplied to the smoothing element 13, which supplies a rectified and smoothed signal to the threshold value stage 14 and to a first signal connection of a signal switch 27.
Der Schwellwertstufe 14 wird als Schwellwert die Referenzspannung Ur zugeführt, welche außerdem zu dem ersten Signa lanschluß eines Referenzschalters 28 gelangt. The threshold value stage 14 is supplied with the reference voltage Ur as the threshold value, which also reaches the first signal connection of a reference switch 28.
Die Steuereingänge der Schalter 27, 28 sind mit Ausgängen des Zeitgliedes 16 verbunden. Die zweiten Signalanschlüsse der Schalter 27 bzw. 28 führen zu dem nicht-invertierenden bzw. dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 29. The control inputs of the switches 27, 28 are connected to outputs of the timer 16. The second signal connections of the switches 27 and 28 lead to the non-inverting and the inverting input of a differential amplifier 29.
Der Differenzverstärker 29 vergleicht die gleichgerichtete und geglättete Signalspannung mit der Referenzspannung Ur. Ein Ausgangssignal, dessen Wert von der Differenz der Spannungen abhängig ist, wird von dem Differenzverstärker 29 an einen Steuereingang des Zwischenverstärkers 20 abgegeben, dessen Verstärkungsfaktor von dem Wert des Ausgangssignales vermindert wird bei zunehmender Differenz. The differential amplifier 29 compares the rectified and smoothed signal voltage with the reference voltage Ur. An output signal, the value of which depends on the difference in the voltages, is output by the differential amplifier 29 to a control input of the intermediate amplifier 20, the gain factor of which is reduced by the value of the output signal as the difference increases.
Eine bevorzugte Version dieses zweiten Ausführungsbeispieles ist durch den Schaltplan der Fig. 4 angegeben. Auf Einzelheiten hierzu soll nur insofern eingegangen werden, wie es für das Verständnis de r vorliegenden Erfindung wesentlich ist. A preferred version of this second exemplary embodiment is indicated by the circuit diagram in FIG. 4. Details of this should only be dealt with to the extent that it is essential for the understanding of the present invention.
Die Schalter 27 und 28 wurden mittels npn-Bipolartransistören realisiert. Der Differenzverstärker 29 weist eine an sich bekannte Schaltung auf, welche einen Operationsverstärker enthält. Der Zwischenverstärker 20 umfaßt einen Operationsverstärker 20a und einen Rückkopplungswiderstand 20b. Ein Eingangswiderstand wird gebildet aus dem Widerstand 20c und einem Feldeffekttransistor 20d, dessen Gate den Steuereingang des Zwischenverstärkers bildet und mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 29 verbunden ist. Switches 27 and 28 were implemented using npn bipolar transistors. The differential amplifier 29 has a circuit known per se which contains an operational amplifier. The repeater 20 includes an operational amplifier 20a and a feedback resistor 20b. An input resistor is formed from the resistor 20c and a field effect transistor 20d, the gate of which forms the control input of the intermediate amplifier and is connected to the output of the differential amplifier 29.
Die Referenzspannung Ur wird durch Spannungsabfall an dem Mittenabgriff eines Referenzspannungs-Widerstandes 30 erhalten, der zwischen der positiven Versorgungsspannung +Ub und Masse geschaltet ist. Die dadurch gewonnene positive Referenzspannung wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14c zugeführt. The reference voltage Ur is obtained by a voltage drop at the center tap of a reference voltage resistor 30 which is connected between the positive supply voltage + Ub and ground. The positive reference voltage thus obtained is fed to the inverting input of the operational amplifier 14c.
In Abhängigkeit von dem Spannungswert des Zwischenverstärkers 29 verändert der Feldeffekttransistor 20d seinen Wert und damit wird die Verstärkung des Zwischenverstärkers 20, an dessen Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 anliegt, gesteuert. Da das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 20 dem Endverstärker 11 als Eingangssignal zugeführt wird, wird die Dynamik des gesamten Systems, das das Gerät 10 umfaßt, begrenzt. Depending on the voltage value of the intermediate amplifier 29, the field effect transistor 20d changes its value and the gain of the intermediate amplifier 20, at the input of which the output signal of the preamplifier 21 is present, is controlled. Since the output signal of the repeater 20 is supplied to the final amplifier 11 as an input signal, the dynamics of the entire system, which includes the device 10, is limited.
Versionen des zweiten Ausführungsbeispiels können zumindest eine der folgenden Varianten aufweisen: als Zwischenverstärker 20 kann ein Feldeffekttransistor dienen, der mit Source- und Drain-Anschlüssen zwischen der positiven Versorgungsspannung +Ub und Masse geschaltet ist. über seinen Gate-Anschluß kann er derart durch ein überlagertes Signal aus dem Eingangssignal und dem Differenzsignal angesteuert werden, daß an seinem Drain-Anschluß ein Ausgangssignal abgreifbar ist, das dem Endverstärker 11 zugeführt werden kann; weiterhin kann das Differenzsignal als Ansteuersignal dienen, um einen Feldeffekttransistor als variablen Widerstand zu betreiben. Das dadurch erhaltene modulierte Eingangssignal kann entweder dem Endverstärker 11 oder einem Zwischenverstärker 20 mit fest vorgegebenem Verstärkungsfaktor zugeführt werden. Versions of the second exemplary embodiment can have at least one of the following variants: a field effect transistor can be used as the intermediate amplifier 20, which is connected with source and drain connections between the positive supply voltage + Ub and ground. Via its gate connection, it can be controlled by a superimposed signal from the input signal and the differential signal in such a way that an output signal can be tapped off at its drain connection and can be fed to the output amplifier 11; Furthermore, the difference signal can serve as a control signal in order to operate a field effect transistor as a variable resistor. The modulated input signal obtained in this way can be fed either to the power amplifier 11 or to an intermediate amplifier 20 with a predetermined gain factor.

Claims

Pat en tan sprüch e Pat en tan say
1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Dynamik einer zugeordneten Verstärkereinrichtung (11, 21), der ein Eingangssignal mit verschiedenen Pegeln zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (16) vorgesehen ist, dem einerseits ein Signal zugeführt wird, das ein Maß darstellt für die Differenz eines vorgegeben Pegels (Ur) und dem tatsächlichen Pegel des Eingangssignales und das andererseits durch Ansteuerung von Schaltmitteln (17; 27, 28) bewirkt, daß eine Begrenzung der Dynamik erst nach einem vorgegebenen Zeitraum erfolgt. 1. Circuit arrangement for limiting the dynamics of an associated amplifier device (11, 21), which is supplied with an input signal at different levels, characterized in that a timing element (16) is provided, to which, on the one hand, a signal is supplied which represents a measure of the Difference of a predetermined level (Ur) and the actual level of the input signal and, on the other hand, by activating switching means (17; 27, 28) causes the dynamics to be limited only after a predetermined period of time.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Verstärkereinrichtung (11, 21) mit einem zugehörigen Verstärkungsstellglied (18) versehen ist, und daß die Begrenzung der Dynamik durch eine Stellstufe (15) erfolgt, welche mit dem Verstärkungsstellglied (18) verbunden ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the associated amplifier device (11, 21) is provided with an associated amplification actuator (18), and that the limitation of the dynamics is carried out by an actuating stage (15), which with the amplification actuator (18) connected is.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Verstärkereinrichtung (11, 21) einen Vorverstärker (21) und einen Endverstärker (11) umfaßt und daß ein Zwischenverstärker (20) vorgesehen ist, der zwischen den Vorverstärker (21) und den Endverstärker (11) geschaltet ist und dessen Verstärkungsfaktor durch ein Signal gesteuert wird, dessen Wert von der Differenz des Eingangssignales und des Referenzsignales (Ur) abhängt. 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the associated amplifier device (11, 21) comprises a preamplifier (21) and a power amplifier (11) and that an intermediate amplifier (20) is provided which is between the preamplifier (21) and the power amplifier (11) is connected and the amplification factor is controlled by a signal, the value of which depends on the difference between the input signal and the reference signal (Ur).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal einem akustischen Signal entspricht, daß das Ausgangssignal der zugeordneten Verstärkereinrichtung (11, 21) direkt oder indirekt einem elektroakustischem Wandler (12) zugeführt wird, und daß der vorgegebene Pegel (Ur) derart bestimmt ist, daß der betreffende Pegel des Eingangssignales einem durch den elektroakustischen Wandler (12) bewirkten Schalldruck entspricht, der bei langzeitiger Einwirkung zu gesundheitlichen Schäden eines Zuhörers führt. 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the input signal corresponds to an acoustic signal that the output signal the associated amplifier device (11, 21) is fed directly or indirectly to an electroacoustic transducer (12), and the predetermined level (Ur) is determined such that the relevant level of the input signal corresponds to a sound pressure caused by the electroacoustic transducer (12), which leads to long-term exposure to health damage to a listener.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Verstärkereinrichtung (11, 21) als Teil eines Audio-Wiedergabegerätes (10) und der elektroakustische Wandler (12) als Ohr- bzw. Kopfhörer ausgebildet ist. 5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the assigned amplifier device (11, 21) as part of an audio playback device (10) and the electroacoustic transducer (12) is designed as earphones or headphones.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Begrenzung der Dynamik eine Hysteresfunktion aufweist, derart, daß eine Reduzierung der Dynamik bei einem ersten Schwellwert des vorgegebenen Pegels (Ur) und eine anschließende Erhöhung der Dynamik bei einem zweiten Schwellwert des vorgegebenen Pegels (U1) erfolgt, wobei der erste Schwellwert oberhalb von dem unteren Schwellwert liegt. 6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the limitation of the dynamics has a hysteresis function, such that a reduction in dynamics at a first threshold value of the predetermined level (Ur) and a subsequent increase in dynamics at a second threshold value of predetermined level (U1) takes place, the first threshold being above the lower threshold.
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