DE2919280A1

DE2919280A1 - Schaltung zur wahlweisen automatischen dynamik-kompression oder -expansion

Info

Publication number: DE2919280A1
Application number: DE19792919280
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Schroeder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1979-05-12
Filing date: 1979-05-12
Publication date: 1980-11-20
Also published as: SG22584G; MY8500649A; NZ193676A; DE2919280C2; GB2050773B; GB2050773A; HK68984A; IT1130715B; IT8021800A0; US4353035A; AU5815280A; JPS55163920A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1

6000 Frankfurt/Main 70

Hannover, den 08.05.1979 K9E2-Kör/gn

Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kompander werden ζar Störabstandsverbesserung bei der Signalübertragung auf Strecken sowie bei der Signalspeicherung eingesetzt. Die Arbeitsweise besteht darin, schwache Signale vor der Übertragung oder Speicherung in ihrem Pegel anzuheben und nach der Übertragung oder Wiedergabe abzusenken. Dabei werden die auf dem übertragungsweg e hinzukommenden Störsignale mit abgesenkt. Außerdem können Sbörsignale durch ITutzsignale mehr oder weniger verdeckt werden. Der Verdeckungseffekt ist eine physiologische Erscheinung tind hängt davon ab, wieweit das Nutzsignal und das Btörsignal in der Frequenz voneinander abweichen. Es ist deshalb zweckmäßig, das Niederfrequenzspektrum in mehrere frequenzselektive Kanäle aufzuteilen und das Übertragungsmaß in diesen Kanälen nur in Abhängigkeit von den darin auftretenden Nutssignalen·

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zu regeln. Ein für professionelle Zwecke ausreichender Verdeckungseffekt läßt sich mit vier frequenzselektiven Kanälen erzielen. Für semiprofessionelle - und Konsumzwecke ist ein geringerer Aufwand erwünscht. Ausgehend von der Überlegung, daß der Aufwand und damit die Kosten etwa proportional der Anzahl der Kanäle sind, ist für semiprofessionelle Zwecke die Beschrankung auf zwei Kanäle sinnvoll.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solcher Kompander, der nach den Grundsätzen eines Vierkanal-Kompander - mit Ausnahme der anderen Übergangsfrequenzen - konzipiert wurde, bereits einen Rauscheffekt bei bestimmten extremen Signaldarbietungen zeigt, z.B. starke,spektralreine Signale .im Grundtonbereich. Wenn es nur darauf ankäme, diese Signale rauschfrei zu behandeln, könnte die Übergangsfrequenz der beiden Kompanderkanäle herabgesetzt werden. Dies führt aber zu einem ungünstigen Rauschverhalten im Diskantbereich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Aufteilung des Übertragungsbereichs in zwei Frequenzbereiche mit subjektiv etwa gleicher Rauschleistung, die Stör- und Rauschbefreiung tieffrequenter Signale zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst, oder bei einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs 2 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 3 und 4 angegeben.JBei der erfindungsgemäßen Lösung spielen folgende Überlegungen eine Rolle: Die auf ^

Frequenzinterval entfallende Rauschleistung· nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Die Amplitudenstatistik üblicher

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Audiosignale zeigt im mittleren und hohen Frequenzbereich einen niedrigeren Amplitudenverlauf als im unteren Frequenzbereich. Es wurde herausgefunden, daß auch bereits im niederfrequenten Kompanderkanal die höherfrequenten Signalanteile schwächer vertreten sind als die niederfrequenten. Aus diesen Überlegungen wurde gefolgert, daß eine höhere Rauschunterdrückung erzielbar ist, wenn die Signalkompandierung im oberen Frequenzbereich des niederfrequenten Kanals bereits bei kleineren Signalamplituden.erfolgt als im unteren Frequenzbereich. Eine Zunahme des öauschpunipens im unteren Frequenzbereich durch diese Maßnahme ist wegen der schwächeren höher-frequenten oignalanteile praktisch nicht zu erwarten.

Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums in zwei Kanäle. Dem Kompander v/erden die Eingangssignale über eine Eingangsklemme 1 zugeführt und über einen Kondensator 2 an den nichtinvertierenden Eingang 5 eines Di.l"ferenzverstärkers 4- angelegt. Zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 5 und Masse ist ein Widerstand 3 angeordnet, der zur Festlegung eines bestimmten Eingangswiderstandes dient. Von dem Ausgang 7 des DifferenzVerstärkers 4 ist ein Gegenkopplungsweg zu dem invertierenden Eingang 6 geführt. Bei der Betriebsart "Kompression" verläuft der Gegenkopplungsweg für das obere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 16 und für das untere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 22 zu einer Vereinigungsschaltung 38· Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichfcinverbierender Summierverstärker ausgebildet. Der weitere Gegenkopplungsweg verläuft von dem Ausgang der Vereinigungsschalfcung über einen Kondensator 15,

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einen ersten Schalter 12, einen zweiten Schalter 10 und einen weiteren Kondensator 9 zu dem invertierenden Eingang 6 des Differenzverstärkers 4. Durch den niederohmigen Ausgang der Vereinigungsschaltung 33 wird ein direkter Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4 über einen V/iderstand 8 für das Signal unterbrochen. Dieser Weg dient nur noch zur Einstellung des Arbeitspunktes.

Der Signalweg verläuft vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 über einen Kondensator 11 zu einer Ausgangsklemme 14. An dieser Ausgangsklemme sind bei der Betriebsart "Kompression" die komprimierten Nutzsignale abgreifbar. In der Betriebsart "Expansion" wird der Schalter 10 in die nicht eingezeichnete Stellung gelegt. . Der Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 4 verläuft dann vom Ausgang 7 über den Widerstand 8 zum invertierenden Eingang 6. Die bei der Betriebsart "Kompression" im Gegenkopplungsweg liegenden Schaltungselemente sind bei "Expansion" im Signalweg angeordnet. Der Signalweg bei der Betriebsart "Expansion" verläuft dann vom Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 über die bereits erwähnten steuerbaren Filteranordnungen 16, 22 zu der VereinigungESchaltung 38. Vom Ausgang der Vereinigungsschaltung verläuft der Signalweg weiter über den Kondensator I5 und den Schalter 12 zu einer Ausgangsklemme

Wird der Schalter 12 in die nicht eingezeichnete Stellung gebracht, so ist der Kompander unwirksam und die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale werden mit der konstanten Verstärkung 1 über den Differenzverstärker 4 und den Kondensator 11 an die Ausgangsklemmen 13 und geführt.

Die Steuerung des Übertragungsmaßes bei jedem steuerbaren

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Filter erfolgt über jeweils einen der FiIteranordnungen zugeordneten Zweigweg mit einem Steuerspannungserzeuger. Für den hochfrequenten Kanal ist ein Zweigweg 21 und für den niederfrequenten Kanal ein Zweigweg 31 vorgesehen. Die Zweigwege sind bis auf an ihren Eingängen und den Steuerspannungserzeugern liegende Bewertungsfilter sowie die Zeitkonstanten in den zur Steuerspannungserzeugung dienenden Gleichrichtern im wesentlichen gleich aufgebaut. Der Aufbau wird hier an dem Zweigweg für den niederfrequenten Kanal erläutert. Die bereits in der Dynamik verminderten Signale werden über das Bewertungsfilter 32 und ein Trimmpotentiometer 33 dem Eingang eines steuerbaren Verstärkers 34- zugeführt. Dieser Verstärker ist wie auch das entsprechende steuerbare Filter 22 durch einen steuerbaren Widerstand 35 in der Verstärkung steuerbar. Die Verstärkung wird dabei so gesteuert, daß die an der Eingangsklemme 1 angelegten Signale am Eingang des Zweigweges 31 im stationären Zustand auf den halben Dynamikwert und hinter dem Verstärker 3^ auf "den Dynamikwert Null reduziert werden. Die Ausgangssignale des Verstärkers 34- werden über ein Bewertungsfilter 36 einem Steuerspannungserzeuger 37 zugeführt.

Der SteuerSpannungserzeuger 37 ist mit den Steuereingängen des steuerbaren Widerstandes 35 und einem im steuerbaren Filter 22 angeordneten steuerbaren Widerstand 30 verbunden und steuert die Widerstände im Sinne einer Widerstandsverminderung bei zunehmender Nufczsignalamplitude. Die zwei steuerbaren Filteranordnungen unterteilen das Frequenzspektrum in zwei Frequenzbänder. Die Frequenzcharakteristik ist vorzugsweise so bemessen, daß sich die Frequenzgänge benachbarter Kanäle bei -3 dB schneiden.

Der Kanal für das hochfrequente Band 16 enthält einen Hochpaß aus einem Kondensator 17 sov/ie der Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und 20. Von dem gemeinsamen Ver-

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bindungspunkt der Widerstände 18 und 20 wird das Signal einerseits für -den Zweigweg 21 abgegriffen, andererseits wird das oignal direkt einem als Stellglied dienenden steuerbaren Widerstand 19 zugeführt. Der steuerbare Widerstand 19 ist an seinem anderen Ende mit dem Eingang der Vereinigungsschaltung 38 verbunden. Der für die Pegelanpassung des dem Stellglied zugeführten Signals verwendete Spannungsteiler aus den Widerständen 18 und 20 wird mit in das frequenzbestimmende Hochpaßfilter einbezogen.

Der niederfrequente Kanal enthält zur Kanaltrennung ein dem Hochpaßfilter 17, 18, 20 entsprechendes Tiefpaßfilter aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 23. Mit dem Tiefpaßfilter ist ein als Trennverstärker dienender Spannungsjfolger 25 verbunden. Vom Ausgang des Trennverstärkers 25 wird einerseits das Signal für den Zweigweg 31 abgegrifen, andererseits wird das Signal einen ebenfalls als Tiefpaß ausgebildeten Netzwerk mit Widerständen 26 und 28 sowie einem Kondensator 27 zugeführt. Dieses Netzwerk besitzt eine niedrigere andere Grenzfrequenz als das Filter 23, 24· und dient zur Höhenanhebung bei der Betriebsart "Kompression" und Höhenabsenkung bei der Betriebsart "Expansion". Die bei "Kompression" erforderliche komplementäre Frequenzcharakteristik kommt dadurch zustande, daß das Netzwerk bei "Kompression" im Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4- liegt. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 26 mit dem Kondensator 27 ist über einen Impedanzwandler 29 und ein Dämpfungsglied 39, 40 zur Pegelanpassung entsprechend dem Dämpfungsglied 18, 20 i-^m hochfrequenten Kanal mit dem einen Anschluß eines steuerbaren Widerstandes 30 verbunden. Der andere Anschluß des steuerbaren Widerstandes 50 ist mit der Vereinigungsschaltung 38 verbunden. Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichtinvertierender Summierverstärker ausgebildet, um die von den steuerbaren Filtern verursachte Dämpfung wieder auszu-

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gleichen.

Da's Bewertungsfilter 36 besitzt die gleiche Frequenzcharakter Is eile wie das im Gegenkopplungsbetrieb arbeitende Netzwerk 26, 27, 28.- Dadurch wird eine gleiche Frequenzcharakteristik für die geregelten Kettenverstärker 4 (beim niederfrequenten Kanal) und 34 erzielt. Dies ist im Interesse eines geraden und parallelen Verlaufs der frequenzabhängigen Kennlinien-Scharen im Kompressions-Expansions-Diagramm. Es ist nicht erforderlich, daß das Filter 36 unmittelbar von dem Gleichrichter 37 liegt; es kann auch vor dem Verstärker 34 angeordnet sein oder mit dem'die Kanaltrennung bewirkenden Filter 32 gemeinsam ausgebildet sein.

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Claims

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Patentansprüche

1. Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums auf mehrere frequenzselektive Kanäle, die Stellglieder zur Steuerung des Übertragungsinaßes enthalten, und einer Vereinigungsschaltung für die Ausgänge der Kanäle, dadurch gekennzeichnet, daß der niederfrequente Kanal (22) in der Betriebsart "Kompression" ein Höhenanhebungsnetzwerk (Pre-Emphase) und in der Betriebsart "Expansion" ein Höhenabsenkungsnetzwerk ( 26, 27» 28 De-Emphase) enthält.

2. Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspektrums auf mehrere frequenzse3ektive Kanäle, die Stellglieder zur Steuerung des Übertragungsmaßes enthalten, einer Vereinigungsschaltung für die Ausgänge der Kanäle und einem Steuerspannungserzeuger mit einer Reihenschaltung aus einem steuerbaren Verstärker und einer Gleichrichterschaltung zur Speisung der Stellglieder, dadurch gekennzeichnet, daß der niederfrequente Kanal (22) in der Betriebsart "Kompression" ein Hönenanhebungsnetzwerk "Pre-Emphase) und in der Betriebsart "Expansion" ein Höhenabsenkungsnetzwerk (26, 27, 28 De-Eraphase) enthält und daß ein gleichartiges Höhenanhebungsnetzwerk (36) als Bev/ertungsfilter vor der Gleichrichterschaltung (37) angeordnet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1 odei* 2, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Betriebsarten dasselbe Netzwerk (26, 27, 28) zur Höhenanhebung bzw.- Absenkung dient, dieses bei "Kompression" im Gegenkopplungsweg zwischen einem Ausgang (7) und einem invertierenden Eingang (6)

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eines Differenzverstärkers (4·) angeordnet ist und bei "Expansion" im Signalweg in Serie mit dem Differenzverstärker (4·) angeordnet ist.

Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in beiden Betriebsarten dasselbe Hoch.pa3n.etzwerk zur Höhenanhebung bzw. -absenkung dient, dieses bei "Expansion" in Gegenkopplungsweg zwischen einem Ausgang (7) und einem invertierenden Eingang (G) eines Differenzverstärkers (4-) angeordnet ist und bei "Kompression" im Signalweg in Serie mit dem Differenzverstärker (4-) angeordnet ist.

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