DE2919280C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur wahl­ weisen automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 19 00 639 bekannt ist.

Kompander, wie z. B. der in der DE-OS 19 00 639 beschriebene, werden zur Störabstandsverbesserung bei der Signalübertragung auf Strecken sowie bei der Signal­ speicherung 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 Über­ tragungswege hinzukommenden Störsignale mit abgesenkt. Außerdem können Störsignale durch Nutzsignale mehr oder weniger verdeckt werden. Der Verdeckungseffekt ist eine physiologische Erscheinung und hängt davon ab, wieweit das Nutzsignal und das Störsignal in der Frequenz von­ einander 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 Nutzsignalen zu regeln. Ein für professionelle Zwecke ausreichender Verdeckungseffekt läßt sich mit vier frequenzselektiven Kanälen erzielen. Für semiprofessionelle - und Konsum­ zwecke 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 Beschränkung auf zwei Kanäle sinnvoll.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solcher Kompander, der nach den Grundsätzen eines Vierkanal-Kompander - mit Aus­ nahme 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, die­ se Signale rauschfrei zu behandeln, könnte die Übergangs­ frequenz 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 Fre­ quenzbereiche mit subjektiv etwa gleicher Rauschleistung, die Stör- und Rauschbefreiung tieffrequenter Signale zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen an­ gegebenen Merkmale gelöst. Eine Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung spielen folgende Überlegungen eine Rolle: Die auf ein Frequenzinterval entfallende Rauschleistung nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Die Amplitudenstatistik üblicher Audiosignale zeigt im mittleren und hohen Frequenzbereich einen niedrigeren Amplitudenverlauf als im unteren Frequenzbereich. Es wurde herausgefunden, daß auch bereits im niederfrequenten Kompanderkanal die höher­ frequenten 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 Signal­ amplituden erfolgt als im unteren Frequenzbereich. Eine Zunahme des Rauschpumpens im unteren Frequenzbereich durch diese Maßnahme ist wegen der schwächeren höher­ frequenten Signalanteile praktisch nicht zu erwarten.

Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur wahlweisen auto­ matischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit Auf­ teilung des Frequenzspektrums in zwei Kanäle. Dem Kom­ pander werden die Eingangssignale über eine Eingangsklemme 1 zugeführt und über einen Kondensator 2 an den nichtin­ vertierenden Eingang 5 eines Differenzverstärkers 4 ange­ legt. Zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 5 und Masse ist ein Widerstand 3 angeordnet, der zur Fest­ legung eines bestimmten Eingangswiderstandes dient. Von dem Ausgang 7 des Differenzverstärkers 4 ist ein Gegen­ kopplungsweg zu dem invertierenden Eingang 6 geführt. Bei der Betriebsart "Kompression" verläuft der Gegenkopplungs­ weg für das obere Frequenzband über eine steuerbare Fil­ teranordnung 16 und für das untere Frequenzband über eine steuerbare Filteranordnung 22 zu einer Vereinigungs­ schaltung 38. Die Vereinigungsschaltung 38 ist als nichtinvertierender Summierverstärker ausgebildet. Der weitere Gegenkopplungsweg verläuft von dem Ausgang der Vereinigungsschaltung über einen Kondensator 15, einen ersten Schalter 12, einen zweiten Schalter 10 und einen weiteren Kondensator 9 zu dem in­ vertierenden Eingang 6 des Differenzverstärkers 4. Durch den niederohmigen Ausgang der Vereinigungsschaltung 38 wird ein direkter Gegenkopplungsweg des Verstärkers 4 über einen Widerstand 8 für das Signal unterbrochen. Dieser Weg dient nur noch zur Einstellung des Arbeits­ punktes.

Der Signalweg verläuft vom Ausgang 7 des Differenzver­ stärkers 4 über einen Kondensator 11 zu einer Ausgangs­ klemme 14. An dieser Ausgangsklemme sind bei der Be­ triebsart "Kompression" die komprimierten Nutzsignale abgreifbar. In der Betriebsart "Expansion" wird der Schalter 10 in die nicht eingezeichnete Stellung gelegt. Der Gegenkopplungsweg des Differenzverstärkers 4 ver­ läuft dann vom Ausgang 7 über den Widerstand 8 zum in­ vertierenden Eingang 6. Die bei der Betriebsart "Kom­ pression" im Gegenkopplungsweg liegenden Schaltungs­ elemente 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 Vereinigungsschaltung 38. Vom Ausgang der Vereini­ gungsschaltung verläuft der Signalweg weiter über den Kondensator 15 und den Schalter 12 zu einer Ausgangsklemme 13.

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 14 geführt.

Die Steuerung des Übertragungsmaßes bei jedem steuerbaren Filter erfolgt über jeweils einen der Filteranordnungen 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 Ver­ stärkers 34 zugeführt. Dieser Verstärker ist wie auch das entsprechende steuerbare Filter 22 durch einen steuer­ baren Widerstand 35 in der Verstärkung steuerbar. Die Verstärkung wird dabei so gesteuert, daß die an der Ein­ gangsklemme 1 angelegten Signale am Eingang des Zweig­ weges 31 im stationären Zustand auf den halben Dynamik­ wert und hinter dem Verstärker 34 auf den Dynamikwert Null reduziert werden. Die Ausgangssignale des Verstärkers 34 werden über ein Bewertungsfilter 36 einem Steuerspan­ nungserzeuger 37 zugeführt.

Der Steuerspannungserzeuger 37 ist mit den Steuereingängen des steuerbaren Widerstandes 35 und einem im steuerbaren Filter 22 angeordneten steuerbaren Widerstand 30 ver­ bunden und steuert die Widerstände im Sinne einer Wider­ standsverminderung bei zunehmender Nutzsignalamplitude. Die zwei steuerbaren Filteranordnungen unterteilen das Frequenzspektrum in zwei Frequenzbänder. Die Frequenz­ charakteristik 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 sowie der Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und 20. Von dem gemeinsamen Ver­ bindungspunkt der Widerstände 18 und 20 wird das Signal einerseits für den Zweigweg 21 abgegriffen, andererseits wird das Signal direkt einem als Stell­ glied 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 Hochpaß­ filter 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 Tief­ paßfilter ist ein als Trennverstärker dienender Spannungs­ folger 25 verbunden. Vom Ausgang des Trennverstärkers 25 wird einerseits das Signal für den Zweigweg 31 abgegriffen, an­ dererseits wird das Signal einem 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 "Kom­ pression" und Höhenabsenkung bei der Betriebsart "Expan­ sion". 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 ent­ sprechend dem Dämpfungsglied 18, 20 im hochfrequenten Kanal mit dem einen Anschluß eines steuerbaren Wider­ standes 30 verbunden. Der andere Anschluß des steuerbaren Widerstandes 30 ist mit der Vereinigungsschaltung 38 ver­ bunden. Die Vereinigungsschalter 38 ist als nichtinver­ tierender Summierverstärker ausgebildet, um die von den steuerbaren Filtern verursachte Dämpfung wieder auszu­ gleichen.

Das Bewertungsfilter 36 besitzt die gleiche Frequenz­ charakteristik wie das im Gegenkopplungsbetrieb ar­ beitende Netzwerk 26, 27, 28. Dadurch wird eine gleiche Frequenzcharakteristik für die geregelten Kettenver­ stärker 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 er­ forderlich, daß das Filter 36 unmittelbar vor dem Gleichrichter 37 liegt; es kann auch vor dem Verstärker 34 angeordnet sein oder mit dem die Kanaltrennung be­ wirkenden Filter 32 gemeinsam ausgebildet sein.

Claims (2)

1. Schaltung zur wahlweisen automatischen Dynamik-Kompres­ sion oder -Expansion mit Aufteilung des Frequenzspek­ trums auf zwei frequenzselektive Kanäle, die Stellglie­ der zur Steuerung des Übertragungsmaßes enthalten, und einer Vereinigungsschaltung für die Ausgänge der Kanä­ le, dadurch gekennzeichnet, daß der niederfrequente Kanal (22) in Reihe mit seinem Stellglied (30) ein hö­ henselektives Netzwerk (26, 27, 28) enthält, das in der Betriebsart Kompression eine Höhenanhebung und in der Betriebsart Expansion eine Höhenabsenkung verursacht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Steuerung des Stellgliedes (30) vorgesehener Zweigweg (31) mit einer Reihenschaltung aus einem steu­ erbaren Verstärker (34) und einer als Steuerspannungser­ zeuger dienenden Gleichrichterschaltung (37) ein als Bewertungsfilter vor der Gleichrichterschaltung (37) angeordnetes höhenselektives Netzwerk (36) umfaßt, das mit dem Netzwerk (26, 27, 28) im niederfrequenten Kanal (22) gleichartig ist.