DE1437389A1 - Tonaufzeichnungs- und -uebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tonaufzeichnungsund -übertragungssystem. Es ist früher vorgeschlagen worden, eine Kompression eines Tonsignals zu erzeugen, ehe ein derartiges Signal in einer Tonaufzeichnung aufgezeichnet wird, beispielsweise auf einem Hagnetband oder ehe es beispielsweise vermittels einer Drahtleitung übertragen wird, soll das Signal bei der Wiedergabe oder beim Empfang expandiert.werden. Der Zweck der Kompression, an die sich eine Expansion anschloß, ist die Verringerung unerwünschter Effekte durch Geräusch, das vom Aufzeichnungs- oder Wiedergabekanal herrührt. * Es hat sich jedoch experimentell gezeigt, daß, obgleich sich"der Geräuscheffekt verringern läßt, andere Störungen des Signals die Verbesserungen hinsichtlich der Geräusche wieder aufheben. Insbesondere, ergibt sich durch die Kompression und Expansion ein Rausch-Geräusch während gewisser hoher Signalpegel.

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Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaf- Fung eines verbesserten Tonaufzeichnungs- oder -übertragungs-3ystems mit dem besonderen Zweck, Kompression und/oder Expansion 5U ermöglichen mit geringerer Störanfälligkeit, als sie bisher iabei aufgetreten ist.

Gemäß d§r vorliegenden Erfindung wird die Kompression rür ein Signal, welches aufzuzeichnen oder zu übertragen ist, rerwendet für relativ hohe Frequenzkomponenten unabhängig von den tiedrigen Frequenzkomponenten. Im Falle der niedrigeren Frequenz- :omponenten kann eine Kompression vorgenommen werden, braucht es Lber nicht, wenn aber eine Kompression für die niedrigen Frequenz- :omponenten durchgeführt wird, ist sie unabhängig von der Kom_ iression für die relativ hohen Frequenzkomponenten. Nach der Impression der hohen und niedrigen Frequenzkomponenten werden lese zur Bildung eines einzigen Signals für die Aufzeichnung und iedergabe benötigt. Die Expansion bei der Reproduktion oder der ufzeichnung erfolgt entsprechend und ist eine Funktion der'Freuenz des Tonsignals. ..-.-.- ·

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung, die Ausührungsbeispieie zeigt, ausführlich erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltdiagramm eines Kompressors

oder Pressers gemäß der vorliegenden Erfindung, „ Fig. 2 eine ähnliche Darstellung für den entsprechenden Ausdehner, . . ·

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Pig.. 2 und 4 zeigen Mlter, die in dem Kompressor

,, und in dem Ausdehner verwendet werden, Pig. ,5 und 6 sind Punktionsdiagramme des i» Tandem

geschalteten Kompressors und Ausdehners, Pig-, 7 zeigt einen Elongator im Kompressor, Pig. 8 zeigt ein nicht-lineares Pilter im Kompressor, Pig. 9 und 10 sind Wellendiagramme, die sieh auf Pig.

beziehen,

Pig. 11 zeigt ein nicht-lineares Pilter in dem Auedehner Pig. 12 zeigt einen Teiler, der in einem Kompressor

verwendet werden könnte und Pig. 13 zeigt ein Diagramm für einen Yervielfacher,

der in einem Ausdehner verwendet werden kann.

Gemäü der vorliegenden Erfindung werden Kompression und Expansion in einem Zwei-Kanal-System durchgeführt. Die Verwendung eines Zwei-Kanal-Systems bedeutet, daß das Audioßignal in einem Signalkanal in komplementere Hoch- und Niederfrequenzkanäle aufgeteilt werden muli, wobei ein Kompressor-Steuersignal abgeleitet wird und dem Hochfrequenzteil des Signals allein zugeführt wird. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Porm wird Kompression (und Ausdehnung) nur dem Hochfrequenzteil des Signals angelegt. Die beiden Kanäle müssen dann in einem Signalkanal kombiniert werden, ehe Aufzeichnung oder Übertragung stattfindet. In dem zu beschreibenden Beispiel ist die Aufzeichnung

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dee Signals auf einem Magnatetband ins luge gefaßt und die Auf zeichnung ist eine Zwischenstufe in dem Terfahren zut Eersto einer Matrize für eine Sehallplatte. Bei der Wiedergabe ä#s Ab diosignals von dem Aufzeichnungsband muB der Ksaal wieder Ip. einem Ausdehner geteilt werden. Das Ausdehner-SteuersigimX wl nur von ©inem Hochfrequenzteil des Signals abgeleitet xmä aa dieses angelegt uad die beiden Kanal© für den Sndau-sgang wieä vereinigt * ■ . " . -_#

Bei ä©r Heilmng des Kanäle in swei es wiehtigg fiaB eina flach© GetsaBtaiispreehfreöiions halten wird«. Is ist aber nio&t notwendig? wenn Audioslgnsle wendet \v©rd@a₉ di© yiohtige Phase aufy@@litziierlislteii-iiiiil "ti ainaige Aafordei?uag, die besteht_s ist die im Üb@rfe^euziaag8b@r©ieh aufe©elitzuer!laltea₀ Si©

aatiesli 3*ioh"ßig"außerhalb dieses Be3?sieli@s· Is ist iiiolr'' © Qlit ©stweier feoüapleaaeatsre Aaplituäea ad@r die gX©iol?3

d®3? relövantea Tsktorsa eygibt sia^ flach© Α^.δ^θαίϊ s» Salisr wir.d in dar prafetiaetea A^afühnmgsfor^ öer li

aog. Hör ton-filter 1 »&r ^:.Bgs,äteii ä dsi^artigos filter 2 ale

Summe ν des? -auläaeigen- liagöftge äisa filters 'ein« kossetas.t«3 .^^i tenss ist» Eis MXiser 1-miä.H mi&ü in um fif.' 3 iin& ä d«r^filί;

* S

BAO Ol

erkennen, daß in jedem Falle ein einziger Sektionsfilter ver wendet wird. Es wurde gefunden, daß das Ansprechen bis innerhalb von 0,8 dB flach ist, aber eine verbesserte Flachheit könnte dadurch erhalten werden, daß eine geringe Änderung an den Parametern vorgenommen oder ein phasenjustierendes Netzwerk mit aufgenommen wird.

Aus Fig. 1, auf die jetzt Bezug genommen vr'rd, geht hervor, daß für die Kompression die niedrigen Frequenzen durch einen Siefpaßteil des Norton-Filters direkt zum Ausgang 3 vermittels eines angeschlossenen Verstärkers 4 gegeben werden. Die hohen Frequenzen andererseits werden, nachdem sie durch den Hochpaßteil des Norton-Filters 1 hindurchgegangen sind, von einem Teiler 5 gesteuert., ehe sie den Ausgang 3 über dem Verstärker ,4 erreichen, wo sie dem Teil mit den niedrigeren Frequenzen des Signals zugeführt werden. Außerdem wird ein Teil des Hochfrequenzteiles des Signale gleichgerichtet und in einer Schaltung 6 gedehnt. Der Dehner wird später beschrieben werden. Der Ausgang der Schaltung 6 wird einem nicht-linearen Filter 7 zugeführt, das dazu dient, gewisse Verzerrungen, die ggf. auftreten, zu beseitigen. Der Ausgang des Filters wiederum wird zu einem Funktionsgenerator 8 geschickt, der die Quadratwurzel der angelegten Spannung über den Bereich vom Spitzenpegel bis zu 30 dB herunter bildet. Die' Ausgangespannung des Funktionsgenerators 8 wird zur Steuerung des Teilers 5 angelegt, so daß, falls das Spitzensignal, das als

und Eingang an den Teiler angelegt wird und das gleich "1" ist,/das

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tatsäohliclie Signal gleich "a", der Hüllpegel des Ausgangs des Teilers gleich "a-g" ist vom Spitzenpegel bis herab zu -30 dB, unter dem die Verstärkung des Teilers konstant bleibt. Mit anderen Worten₅ falls das Signal χ dB unterhalb des Spitzenwertes am Eingang liegt, wird es $ dB unterhalb des'Spitzsnpegels am Ausgang des Teilers 5 bis herab zu einem Eingangspegel von -30 dB liegen, wenn es -15 dB am Ausgang sein wird und bei noch tieferen Pegeln wird es (x + 15) dB unterhalb des Spitzenpegels liegen. Der Ausdehnerkreis,der in Pig» 2 gezeigt ist, umfaßt einen Vervielfacher 10 im Hochfrequenzkanal, und im Steuersignalkanal sind Gleichrichter- und Dehnerkreise 11, ein nicht-lineares filter 12 und ein Begrenzer 13 angeordnet« Der Eingang zu dem Steuersignalkanal wird von dem Morton-Filter 2 über ein nichtlineares Beipassfilter 14 abgenommen«, Somit wird ein Teil des Hochfrequenzteiles des Audiosignals durch das nicht-lineare PiI-

ter geschickt, ehe Gleichrichtung und Dehnung stattfindet. Der Begrenzer 13 begrenzt den Ausgang von 12 über den Bereich von 0 —15 dB, was dem ursprünglichen 0 - -30 dB am ursprünglichen Signaleingang entspricht. Der begrenzte Ausgang wird zur Steuerung des Yervielfachers 10 verwandt. Mithin ist über den ange- , gebenen Bereich die Amplitude der Hülle des Ausgangs des Vervielfachers proportional dem Quadrat der Hülle des Dehnereingangs. Die Amplitude der Hülle des Dehnereingangs ist aber proportional "az¹", so daß die Amplitude der Hülle am Dehnerausgang proportional dem ursprünglichen Signal ^3la" ist, wie gefordert. Der Ausgang

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des Vervielfachers 1Q wird dem. Ausgang niedriger Frequenzen des Norton-Filters 2 in einem Verstärker 15 zugeführt, so daß der resultierende Ausgang an der Leitung 16 erscheint.

Die .Überkreuzungsfrequenz des Filters 1 in diesem Beispiel ist ungefähr 1,5 kHz und die effektive Verbesserung für das Signal/Geräusch-Verhältnis liegt bei ungefähr 12.dB.

Die Filter 1 und 2 sind vorzugeweise vom Norton-Typ, obgleich irgendwelche Filter oder Kombinationen von Filtern, die eine entsprechende Ansprechung besitzen, verwendet werden können. Jedes Filter 1 und 2 kann als eine Kombination eines Hochpaß- und eines Tiefpaßfilters angesehen werden.

Für das Tiefpaßfilter gilt:

« 1 η / 1

^wobei

und die Werte für a_r werden entsprechend gewählt. Ähnliches gilt für das Hochpaßfilter:.

Ή"

ι so daß

r=1 ' ~r ' 1 \ ~in

' ^worin

ist

und F₁₊F₁₁= [i+ (Jx)³JF₁

Für m ungleich

V¹H

F.

.809805/0383

• u

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Ein geeignetes Ansprechen für Hochpaß- und !Tiefpaßfilter ist das_r was als Butbsrworth-Ansprechen bekannt ist, für welches

so daß

F, »I^+fH

^UT

•i.

= F., und F-J

Daher können wir schreiben JF.

Sie Norton-Filter, die .in Fig. 3 und 4 gezeigt sind* beistzen das· Buiterworth-Ansprechen, für das m die Zahl der leak-, tanzen gleich 3 ist. Irgendwelche anderen ungleichen W©2?te für ε können gleichfalls benutzt werden« I¹Ur gleiche Werte von m ist es erforderlich, ähnliche Birtesworth-Iilter in !Sandern au verwenden. Für 55W@i Tiefpaßfilter in !Tandem und swei in fandern giltι

j 1 Ή
■and SüT visr ähnliche Filter in jedes Falle;

|»i⁺ⁱh|- ⁼

Die folgende Eeehnung betrifft nioht* direkt die. I?il-fee,-,₉ die gerade Werte für m ha&en» aber sia.läßt sich leicht mo'äifi· «iersa, wenn man ^h³⁸*! ^miö Ί,*¹"*·! ▼erweadet·

. Wie oben erwähnt, sind Hortöa»Filtö3· i'irwendt üqtu,® ein. Bu"lÄ$iOf|k«AiisprWohen ^©eitiseB aü3@r· and0r.'e-liXterarten» SönXiöliss Asiispreoheft liesitzen·,. ty&iman aucli

Ι-«· i

i ' ■: ' ■

fell:-

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Zur Erläuterung der Einzelheiten der Schaltung wird auf ein vereinfachtes Diagramm, welches in Fig. 5 dargestellt ist, Bezug genommen, indem P₁Cf) das Hoehpaßansprechen des Filters 1 für den Kompressor, ist und 1-F₁(f) das Tiefpaßansprechen. Diese beiden Ansprechen sind Kraftverstärkungen. Der Einfachheit halber ist die ganze erforderliche Durchführung zur Erzeugung des Steuersignals als in einer einzigen Vefvielfachereinheit X enthalten angenommen. In dem Dehner F₂(f) erfolgt das Hochpaßleistungsansprechen des Filters 2, während G (f) das Leistungsansprechen des nicht-linearen Filters 14 ist über den Teil des Signals, das die Kraftverstärkung des Vervielfachers bestimmt, geleitet wird. Das Tiefpaßleistungsansprechen von 2 ist als 1-Fp(f) dargestellt. Die Hoch- und QÜefpaßfilterkomponenten eines jeden Filters 1 oder 2 Bind komplementer. Eine weitere Vereinfachung ist in Fig. 6 gezeigt, in der die Kraftverstärkung des Kompressorteilers 5 als q.j dargestellt ist, und die Kraftverstärkung des Dehnervervielfachers 10 als q.₂· ^Die Stärke des Eingangs signals relativ zu einem Spitzenwert von 1 ist mit a bezeichnet und die Leistung des AuBgangBBignals mit A. Im Idealfall, wie gezeigt werden wird, iet A=a und Q₁ Q₂ * ^{1> wänrend} "beim Spitzenpegel Q₁=Q₂=¹ iet. Außerdem ändert sich ^ von 1 beim Spitzenpegel auf 15 dB oder 32 mal für ein Eingangssignal von 30 dB oder mehr unterhalb Spitaenpegel, während q,₂ sich von 1 am Spitzenpegel herunter bis zu -15 dB ändert oder um 0,032 für ein Eingangssignal von 30 dB oder mehr unterhalb Spitzenpegel.

- 10 809805/0383

-1Q-

Die Ausgangsleistung des Kompressors beim Spitzenpegel ergibt sich theoretisch durch die Beziehung

1
P₀ = 1 - F₁ + Kp . (1)

die 1 ist, wie es für F₁=O und F₁=I erforderlich ist und ©in Maximalfehler bei F₁=0,25 besitzt, wo P =1,25 ist. Daraus er-

I ■" C

scheint hervorzugehen, daß die Kompressor-Ausgangsleistung P_n beim Spitzenpegel den Bedingungen nicht gerecht wird_? da sie linear mit der Frequenz geht, aber in der Praxis wurden befriedigende Ergebnisse erzielt. Theoretisch könnten genauere Ergebnisse erzielt werden durch entsprechende Justierungen an den lorton-Filtern 1 und 2. In der Praxis läßt sich der Fehler dadurch beseitigen, daß man einige Baßverluste in einem Verstärker, der in Fig. 1 dargestellt ist, in Kauf nimmt und der zwischen dem Teiler 5 und dem kombinierten Verstärker 4 liegt.

Eine zweite Konstruktionsbedingung des beschriebenen Beispiels ist die, daß Änderungen in der Hülle einer ersten Signalkomponente nicht die Hülle einer zweiten Signalkomponente verändern sollten, d.h. es sollte keine Hüllen-Kreuzmo'dulation auftreten, d.h. daß q^qp³"¹ ist.
• Wir haben

-1-1 . ·

^₁ "- ^ ^₁ ² (2 )

F₁)G ί^--

- 11 -809805/0383 ' ■

Ersetzt man cu in (3) und multipliziert

= G

1 1 1

Ί "2 2 a (P₁ - I₁ ) + 1

(4)

so daß die Bedingung für keine Kreuzmodulation

1-11 ■

1/G = 1 + a^ (P₁ ²- P₁ ²) . (5)

Diese Gleichung gibt die ideale Ansprechcharakteristik G für das Filter H. Da G mit dem Leistungspegel"a" variiert, ist das Filter H, wie dargelegt, ein nicht-lineares Filter, was weiter unten beschrieben werden wird.

Eine dritte Bedingung für das beschriebene Beispiel ist die, daß die Frequenzansprechbarkeit des Kompressors und Dehners in Serie mit allen Signalpegeln gleichlaufend sein sollte. Um diese Bedingung darzustellen, soll angenommen werden, daß die frühere Bedingung q..q₂=t befriedigend gewesen ist. Dann erhält man

A/a = (1-F₁₊IjF₁) (1-F₂₊F₂A) (6)

' . A/a - 1+ (q-1) (F₁-F₂A -(1-1A)F₁Fg) = 1 (7) in der q₌q.=i/q iat und damit auch

q=1 oder V <⁸>

Daraus folgt, daß die Frequenzen, für die F..»1 oder eind, F₂ entsprechend 1 oder 0 sein muß. Sa beide Filter·

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filter sind, sind diese Bedingungen automatisch erfUlIt. men F₁ ist gegeben und angenommen Fg ist ein Norton-Filter, so ist die einzige Variable in unserem Vorschlag die Justierung der Überkreuzungsfrequenz von F«. Mithin kann die Gleiehimg (8) nur für einen Wert von q. befriedigen. Da die Gleichung (7) "bereits für q=1 befriedigend ist und der höchste Wert von q. 15dE oder 32 oberhalb 1 liegt, werden die Filter 1 und 2 so ausgelegt, daß Gleichung (8) für q=4 richtig ist, wenn

Für F₁=O,5 haben wir F₂=0,8, sodaS Fg eine niedrigex-e Abschaltfrequenz haben muß als F₁. FtIr I₁=Q₉S ergibt sicJfci & Fehler durch

A/a - 1 = 0,1q - 0,5 + 0,4/q,

was einem Maximalfehler von weniger als 0>5 dB bedeutet» BrIe Pehlei' für 1^-0,25 und F-*OJ75 sind geringer«

-. , -Ss vnzr&® gezeigt? daß die drei Bedingungen ainiäh©°?H'I befriedigt werden können« Außerdem seigea Sehalteleme».te -₃ eil© in Übereinstimmung mit den angegebenes GrXei,ohung®n hergestellt ' sind, keiae hörbaren Fehler» BioiJttsciestoweniger ä&wien ate Eostf ehler' durch kleine empirlseh® Justierungen p,n am Ρϋί._Οιιι«ΐβ·»η weiter verringert -w©rdea_s " ^r-?

TT-

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Ee wurde gezeigt, daß das Hochpaßfilter Fp, welches in 2 enthalten ist, eine niedrigere Abschaltfrequenz haben soll als F-. Das bedeutet, daß die Überkreuzungsfrequenz in dem Norton-Filter 1 in dem Dehner niedriger liegen soll als das von 2 in dem KomiwreBSor. Eine zu niedrige Überkreuzungsfrequenz aber erzeugt einen ⁿhushⁿ-ⁿhushⁿ-Effekt, während eine ho^v«? -berkreuzungsfrequerur die Hintergrundgeräusche erhöht. Es wurde daher gefunden, daß ein .annehmbarer Kompromiß zu schließen ist, so daß die Überkreuzungefrequenz im Kompressor 1,9 kHz und im Dehner 1,25 kHz betragen soll. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Verhältnis der Überkreuzungsfrequenzen bedeutend ist für ein gegebenes Kompensationsgesetz und für einen gegebenen Filtertyp, das3aber die mittlere ttberkreuzungsfrequenz nicht kritisch ist.

23a nur hohe Frequenzen in der Schaltung 6 und 11 gleichgerichtet werden, ist ein Yollweggleichrichter in jedem Falle ausreichend, obgleich bei einer niedrigen Überkreuzungsfrequenz eine quadratische Gleichrichtung wünschenswert wäre. Fig. 7 zeigt den '

i Dehner dir Schaltung 6, der zur Entfernung von Audiofrequenzen und zum Glätten nach der Gleichrichtung in dem Kompressor verwendet wird» Die entsprechende Schaltung in dem Dehner ist ähnlich mit der Ausnahme, daß H₉ weggelassen ist. Es ist bereits darauf Mn-

gewiesen worden, daß eine der notwendigen Bedingungen, die zu · | erfüll·» sind, die ist, daß die Verstärkung durch in Tandem liegende Kompressoren und Dehner unabhängig von Frequenz und Pegel sein muÄ. Das bedeutet, daß die Form eines Einschwingvorganges

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am Ausgang ähnlich der am Eingang sein muß. Falls in der Arbeitsweise des Kompressors oder Pressers "bei steigenden Einschwingvorgängen irgendeine Verzögerung auftritt, wird die hohe' Verstärkung, .die den niedrigen Pegeln entspricht, während des ansteigenden Teiles des Einschwingvorganges aufrechterhalten mit dem Er- . gebnis, daß der Spitzenpegel über den Spitzenpegel der für einen stetigen Ton eingestellt ist, hinaus ansteigen wird. Dadurch ergibt sich eine vorübergehende Überlastung. Es ist daher für den vollen Wert der Steuerspannung erforderlich, daß sie am Spitzenpegel mit dem steilsten Einschwingvorgang arbeitet, der möglicherweise auftreten kann. Das läßt sich entweder dadurch erreichen, daß das Audiosignal in den Kompressorteller 5 verzögert wird und eine verhältnismäßig langsam ansteigende Steuerspannung verwendet wird oder wie im vorliegenden Beispiel, daß die Steuerspannung in einem Bruchteil von einer Tausendstelsekunde ansteigen gelassen wird. Das letztere Verfahren spart die sehr beträcirt liehen Kosten für ein Verzögerungsnetzwerk und ist daher vorzuziehen. Der steile Anstieg wird vermittels der Diode 17 erzielt, die parallel zum Widerstand R₁ liegt.

TJm die Audiofrequenzsignale vom Ausgang des Gleichrichters zu beseitigen, ist es erforderlich, eine Art Tiefpaßfilter zu verwenden. Da aus den oben angegebenen Gründen wünschenswert ist, daß die Hülle sehr schnell ansteigt, muß unweigerlich dem Verhältnis, in dem die Hülle abfällt, eine Begrenzung entgegen-

• - 15 -

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gesetzt werden. Für die Arbeitsweise der Einrichtung iet das kein Nachteil, da eine Überlastung bei einem steilen Abfall nicht auftreten kann, weil Musiksignale sehr schnell verstummen. Andererseits ist es erforderlich,"eine entsprechende Beziehung zwischen der Zeitkonstanten für ein sehr schnell fallendes Signal in dem Kompressor und in dem Dehner aufrechtzuerhalten. Diese Beziehung wird bestimmt durch die Anforderung, daß die Bedingung q..q₂=1 sowohl für Einschwingvorgängp als auch für stetige Töne zutreffen soll. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, hat sich gezeigt, daß ein fallender Einschwingvorgang einer Frequenz die Hüllen der Signale anderer Frequenzen verändert.

Es soll zunächst ein extremer Fall betrachtet werden, bei dem die Hauptkomponente der eingeleiteten Signale sehr schnell vom Spitzenwert auf 0 abfällt. Es soll angenommen werden, daß die fallende Zeioxonsxante für das Filter, das auf den Gleichrichter, in dem Kompressor folgt, t ist und die für das entsprechende Filter in dem Dehner t.. ist. Damit kann die Spannungsverstärkung des Kompressorfilters geschrieben werden e*~ ' o, während die.

-t/t <des Dehnerfi?.ters geschrieben werden kann e ' 1. Der Effekt der Quadratwurzel und die Mvision soll die effektive Verstärkung des Kompressors cuf e ' ο bringen. Das wird eine Modulation irgendeines Signa: \< { das von kleinerer Amplitude und niedriger · Frequenz ist) bewirken, welches das Hauptsignal begleitet und* noch vorhanden sein wird, wenn die Hauptkomponente dee Signal· auf 0 abgefallen ist. Diese Modulation kann aber volletändj|.g ent- j

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373Sf

ferjit werden, in dem Dehnerfilter, vorausgesetzt, daß t-j«2t_Q iat.

Wenn das Gesetz der Kompression und Dehnung von dem beschriebenen verschieden ist oder die Arbeitsweise des Kompres-.sorfiltera unzureichend beschrieben ist, in dem es für eine einzige Zeitkonstante t_Q bestimmt ist, ist ein anderes Filter in dem Dehner erforderlich, damit die unerwünschte Modulation eines Signals durch die Hülle eines anderen eliminiert wird. Es kann aber auch das gleiche Prinzip angewandt werden, d.h. dafi die Filter in dem Sinne aufeinander abgestimmt sind, daß die unerwünschte Modulation, die von dem ersten erzeugt wird, von dem zweiten entfernt wird.

. Es soll nun auf den in Fig. 7 dargestellten Kompressor-Dehner Bezug genommen werden. Die Zeitkonstante R₀O₀ ist von sekundärer Bedeutung und wird der Einfachheit halber vernachlässigt» Falls Η» weggelassen wird, hat man eine einzige Zeitkonstante R-Cj. Wenn andererseits Ή« weggelassen wird, hat man eine einzige Zeitkonstante RpC.. Diese beiden Zeitkonstanten sind nicht äquivalent, da R* zum Eingang zurückgeführt wird und R₂ an Erde gelegt ist. Somit können R₁ und H₂ nur in einem beßon&e»- ren Falle als parallel behandelt werden, inrdem das Eingangssignal plötaliohettf 0 abfällt. Wenn andsrtrstite ein* Ztitfcönstaate T₉ mit dtn Abfall des Eingangssignal« assoziiert ist, wird die

* - ■ ■· . . ■-■ ■ ■■-■■ · ■ ^i , Entladung .fiber .E₁ langsamer von. statten gehen ale wenn R₁ zu Hg geschaltet wäre. .

-■

Es wurde gezeigt, daß zur Erreichung derartiger Ergebnisse für einen sehr steilen Abfall die Zeitkonstante t_Q, die sioh duroh Cj+E₁ und Rp parallel liegend ergibt, t^/2 sein sollte, in der t- die Zeitkonstante für das entsprechende Filter in dem Dehner iet, in dem der Widerstand, der R₂ entspricht, weggelassen ist. Für einen langsamen Abfall ist es erforderlich, die effektive Zeitkonstante des Kompressors zu verringern, damit ein langsamerer Abfall dee Eingangssignals durch Erhöhung der Abfallge- Bchwindigkeit in dem Kompressorfilter ausgeglichen wird. Es hat sioh aber jedoch gezeigt, daß, wie theoretisch zu erwarten war, ein Fehler im entgegengesetzten Sinn entsteht. Demgemäß wird das Verhältnie RVEg so eingestellt, daß sich ein Minimumfehler ergibt· Das ist das tatsächliche Verfahren zur Minimalisierung des fehlere für eine Eingangssignal-Zeitkonstante von 50 ms. Die optimalen Werte sind CA,0,02/uF, R₁=Rg=I^ Μ-Λ-und geben eine Zeitkonetante bei einem steilen Abfall von 15 ms.

Das nicht-lineare Filter 7 ist ausführlich in Fig. 8 dargestellt. Fehlt dieses Filter, so kann eine Verzerrung auftreten, die sich sehr ernst für schnelle Änderungen bei 100 hz der Hülle eines Tones von ungefähr 2 kHz auswirkt» Die Veraerrung eoheint auf die Sägezahnwellenform zurückzuführen zu sein,, die am Auegang des Dehners erscheint und Harmonische von 100 hz enthält· Venn diese Harmonischen von der Steuerspannung nicht entfernt werden, müssen sie zu zusätzlichen Seitenbändern des 2 kHa-· Tones führen.

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Wenn dem Filter, welches in Fig. 8 dargestellt ist, bei A ein Signal von einer niedrigen Impedanz; beispielsweise dem Ausgang eines Kathodenverstärkers zugeführt wird, wird das Eingangssignal auf zwei verschiedene Arten behandelt. Ein Teil wird von B durch D, dem Ausgang bei D zugeführt und der andere von C durch D, dem Ausgang. Die Aufgabe der Dioden D* und D. ist es, den größeren der beiden Ausgänge in jedem Augenblick aus C bzw. B auszuwählen.

Es soll zunächst das Signal bei B betrachtet werden. Bei einem steilen Anstieg des Einschwingvorganges gelangt das Signal durch den Kondensator C₀ in ungefähr 1.0 ms. Aber wenn

dieses Signal abstirbt, ist das Restsignal das, welches von dem Potentiometer R-Rp abgeleitet ist und durch R-, hindurchgeht. Wenn also das Eingangssignal das der Einheitsfunktion ist, es durch A in Fig. 9(a) wiedergegeben ist, ist der Ausgang bei B der, der bei B in Fig. 9(b) dargestellt ist.

Es soll nun das Signal bei G in Fig. 8 betrachtet werden. Die vorgespannten Dioden D₁ und Dp bilden ein Gatterpaar, das es Signalen gestattet, durch die eine oder die andere der Dioden nur dann hindurchzugelangen, wenn C wenigstens 14 Volt oberhalb oder unterhalb des Potentials von A ist. Das bedeutet, daß ein plötzlicher Anstieg in der Spannung keine Änderung bei C hervorruft, wenn und so lange es H Volt nicht übersteigt, noch wird ein plötzlicher Abfall in der Eingangsspannung eine Änderung

..■■- 19 -

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bei C hervorrufen, so lange und wenn die Spannung nicht um 14 Volt; abgefallen ist. Wenn jedoch eine langsamere Änderung über den Widerstand R., =30 kOhm bei einer Zeitkonstanten von 6 ms, die

ungefähr von R.Cj mit C₁=O^yUF hervorgerufen wird nach C geleitet. Daraus folgt, daß ein Einheits-Funktionseingang einen Ausgang bei C erzeugt, wie er als Kurve C in Fig. 9(b) dargestellt , ist. Unter gewissen Bedingungen, beispielsweise bei der Verwendung eines begrenzten Bereiches von Eingangssignalwerten wurde experimentell gefunden, daß die Weglassung der Dioden D-j und D₂ aus der Schaltung nicht zu merklichen Verzerrungen in der Ar- : beitsweise führt.

Die Aufgabe der Dioden D, und D. ist dann, die Kurve B bis zum Überkreuzungspunkt in Fig. 9(b) und·danach die Kurve C auszuwählen. Mithin ergibt eine Einheitsfunktion eine Verstärkung,

die sehr schnell den dem Spitzenwert entsprechenden Wert erreicht und dann etwas vor der Erholung, wie in Fig. 9(a) bei D gezeigt, abfällt. Der zusätzliche Widerstand Rc-1 mOhm erwies sich als wünschenswert, damit sichergestellt ist, daß der ursprüngliche

/ Wert nur etwas höher ist als der Endwert der resultierenden Kurve , für das Ausgangesignal bei D. Die genaue Justierung dieses ursprünglichen Wertes kann dazu verwandt werden, die Wirkung dee nachfolgenden Abfalls im Ansprechen auf ein Minimum zu btaohränr ken. '·,.-'

Die Wirkung eines Sägezahnwtlltneinganges der ei<jh

■ durch Überlagerungen ergibt, ist in Ii§. 10(a) dargfittllt» Dmv

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sehr schnelle anfängliche Anstieg ist auf C_Q zurückzuführen. Der Ausgang fällt dann, wie im ersten Teil der Kurve B in Pig. 9(b) ab. Die nachfolgende Sägezahn-Variation wird verhindert mit Ausnahme für eine Schwingung oder so durch die Gatterwirkung der Dioden D₁ und D«, durch die R. der einzige Weg von A nach C in Pig. 8 bleibt. Deshalb wird die Sägezahnvariation geglättet, sowohl beim Anstieg als auch beim Abfall durch die Zeitkonstante RjO₁-, die für diesen Zweck ausreichend ist. Nichtsdestoweniger bleibt eine Restriffelung wie in Pig. 10(b) gezeigt, die jedoch fast vollständig frei von Harmonischen von 100hz ist, die Ursprung lieh Verzerrungen verursacht haben.

Die Schaltung des filters 12, die in"dem Dehner verwandt wird, ist ähnlich der in Pig. 8 gezeigten mit Ausnahme ge-, ringer Änderungen an den Komponentenwerten, um den Gesamterfolg zu steigern.

Der Punktionsgenerator 8 in Pig. 1 zieht die Quadratwurzel der angelegten Spannung in einem Bereich von 0 dB bis 30 dB unterhalb des Spitzenpegels. Der dB-Bereich wird dadurch über den Bereich seiner Pegel halbiert, während der Pegel aller Signale, die ursprünglich mehr als 30 dB unterhalb der Spitze · lagen, um 1b dB erhöht wird. Die Ausgangsspannung des Punktionsgenerators 8 steuert die Verstärkung des Teilers 5, wobei die Quadratwurzel der Hülle der Signalamplitude, die dem. 'feiler züge*» führt wird, gezogen wird. Der-Punktionsgenerator 8 ist naoh^vbekannten. Prinzipien konstruiert und kann z.B. ein Diodenfunktions-

generator sein. - ■ ©$!£««&- ₅.*€?κν ,t·^ -

80Ö80B/0383 '

In dem Dehner (Fig. 2) wird der Ausgang der Begrenzerschaltung 13 direkt an den Vervielfacher 10 angelegt, so daß die Amplitude der Hülle des Ausgangs proportional dem Quadrat der Amplitude der Hülle des gepreßten Signals ist und damit proportional der Amplitude der Hülle des ursprünglichen Eingangssignals. Das Filter 14 für das Ansprechen G für den Dehner ist ausführlich in Fig. 11 gezeigt. Der Zweck des Filters ist, sicherzustellen, daß Änderungen in der Hülle eines Komponentensignals nicht die Hülle eines zweiten Komponentensignals verändern. Bezugnehmend auf Glättung (5) haben wir festgestellt, daß G=1 sein sollte, wenn F=1 ist und G=O, wenn F=O ist. Da G ein Hochpaßfilter ist, stellt das keine Schwierigkeit dar. Im Überkreuzungsbereich wird G etwa genau für alle Frequenzen beim Spitzeneingang gemacht, wenn a=1 ist. Die Ansprechung für G ist in der sich anschließenden Tabelle ungefähr angegeben.

Tabelle

i 1 1

0,16 0,32

0,25 0,40

0,5 0,58

0,81 0,83

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Damit sollte das Abschalten für G tiefer stattfinden als für F₁ und langsamer vor sich gehen. Gleichung (5) zeigt aber, daß die Amplitude des Eingangssignals abnimmt, das Ansprechen bei niedrigen Frequenzen zunehmen sollte und schließlieh daß das Ansprechen von G ein lineares -Ansprechen sein sollte, wenn "aⁿ 0 erreicht. Wenn andererseits die Frequenz abnimmt, wird ein größerer Anteil des Signals durch den Tiefpaßfilterteil des Norton-Filters 2 in den'Dehner gehen, so daß die Bedeutung des Fehlers von G kleiner und kleiner wird. Schließlich wird die Situation erreicht, in der G bei höheren Frequenzen und auch bei Amplituden in der Höhe der Spitzenamplitude richtig arbeitet und Fehler nur bei niedrigen Pegeln und mittleren Frequenzen erzeugen kann. Derartige Fehler werden praktisch durch Einführung einer Verstärkung bei mittleren Frequenzen und niedrigen Signalamplituden korrigiert.

Aus Fig. 11, auf die jetzt Bezug genommen wird, ist zu erkennen, daß der Eingang dem Gitter einer Röhre eines "long-tail" Paares angelegt wird und der Ausgang von der Anode der anderen Röhre des Paares abgenommen wird. Vermittels einer dritten Röhre ist eine negative Rückkopplung vorgesehen, die zwischen die Anode und das Gitter der anderen Röhre des Paares angelegt ist. Die dritte Röhre ist als Kathodenverstärker geschaltet und speist eine Serie abgestimmter Kreise, deren Resonanz bei 270 hz liegt, so daß die negative Rückkopplung bei dieser Frequenz außerordentlich wirksam ist. Zwei parallel geschaltete Dioden, jedoch in

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entgegengesetzten Richtungen liegend, leiten das von der Serie abgestimmter Kreise durchgelassene Signal dem Gitter der anderen Röhre des "long-tail"-Paares zu, so daß die negative Rückkopplung wirksamer für Signale hohen Pegels ist für die die Dioden über einen größeren Teil einer jeden Schwingung leiten, so daß die mittleren Widerstände der beiden Dioden klein sind. Wenn daher der Pegel ansteigt, nimmt die wirksame Abschaltungsfrequenz zu und die Ansprechform des Filters verändert sich in der gewünschten Weise.

Das Filter 14 soll Kreuzmodulationen der Hülle einer Signalkomponente durch die Hülle der anderen Signalkomponente des gleichen Kanals verhindern. Sonst würden Änderungen in der Amplitude einer 2kHz-Signalkomponente z.B. die Amplitude des 10 kHz-Signals verändern, das stetig sein sollte. In der Praxis ist bei der Verwendung des in Fig. 11 gezeigten Filters die Res.t-Kreuzmodulation nicht hörbar. Das Ansprechen des Filters wie in Gleichung (5) dargestellt, ist nur für ein besonderes Kompensationsgesetz, das für das erfindungsgemäße Beispiel ausigewählt ist, richtig. Die Änderungen in den Gleichungen (2) bis (5), die erforderlich sind, die Beziehung Cj_-1CXp=I aufrechtzuerhalten für andere Kompensationsgesetze, ist für einen jeden Fachmann geläufig.

Eine geeignete Schaltung für den Teiler 5 ist in Fi'g. gezeigt. Das Audiosignal'vom Hochpaßauegang des Norton-Filters 1 wird im Gegentakt den Gittern der Trioden angelegt und erscheint

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.m Gegentakt an der Serienschaltung der beiden Zenerdioden und Lern Potentiometer P₁, sowie an den Primärwicklungen des Trans-^ 'ormators. Das Ausgangssignal wird von der Sekundärwicklung Les Transformators abgenommen. Der Steuerstrom, der die !ellung larsteilt, wird von dem funktionsgenerator 8 abgeleitet und dem Leiter des Potentiometers P₁ zugeführt.'

Eine geeignete Schaltung für den Vervielfacher 10 .st in Pig. 13 gezeigt. Der Audioeingang von dem Ibrton-Mlter ! wird der Primärwicklung des Transformators T.. zugeführt. Ein iteuerstrom, der den Vervielfacher darstellt- und von dem Begrener 13 abgenommen wird, wird dem Reiter des Potentiometers zuge-'ührt, das an jedem Ende über eine Zenerdiode an eine SekundäT-leklung eines Transformators T„ angelegt wird. Die Sekundär— icklung des Transformators T₁ und die Primärwicklung des Transormators T« sind in Serie über die Hälfte der Primärwicklung es Transformators T₅ geschaltet. Die Primärwicklung des Transormators T„ ist parallel zur Primärwicklung des Transformators ~ über einen Kondensator G.. geschaltet. Das Ausgangssignal des ervielfachers wird von der Sekundärwicklung des Transformators •z abgenommen, nachdem es in der RShre verstärkt worden ist. ine negative Rückkopplung ist für die Röhre durch C₁R. gesehafen, damit sieh ein niedriger; Ausgangswiderstand mit einem ohen Signal/Geräusch-Verhältnis ergibt.

Die Schaltungen des Teilers und des Vervielfachers sind omplementär und ihre Arbeitsweise beruht auf der ExpansionBchäakteristik der Zenerdioden.

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Im feiler wird die Eingangs-Audiofrequenz an den in Serie geschalteten Dioden erzeugt und die Widerstandskomponente der Elektrodenimpedanz der Dioden ist umgekehrt proportional dem Steuerstrom mit dem Ergebnis, daß der Audiostrom,, der in den Primärwicklungen des Transformators fließt, umgekehrt proportional der Größe des Steuerstromes ist. Somit ist das Ausgangssignal, welches in der Sekundärwicklung des Transformators erzeugt wird, proportional dem Eingangssignal, welches im Gegentakt an die Dioden angelegt wird, dividiert durch die Größe des Steuerstromes des Funktionsgenerators 8.

In dem Vervielfacher erscheinen die Impedanzen der Dioden in der Primärwicklung des Transformators Tp» wodureh die Signalüberführung von der Sekundärwicklung des Transformators T₁ ettr Primärwicklung des Transformators T₅ gedämpft wird. Der Kondensator G ist so eingestellt, daß sich eine Kopplung 0 für einen Steuerstrom 0 ergibt. Wie im Teiler sind die Diodenimpedanzen umgekehrt proportional dem Steuerstrom. In diesem Falle aber liegen sit alt dem Signal in Serie, so daß das Nettoergebnis eine Multiplikation des Eingangssignalβ durch den Steuerstrom des Begrenzers 13 let.

In dem Teiler wird dae resistive Gleichgewicht durch das Potentiometer P^, den Spannungsausgleich durch R₀ und den kapazitiven Ausgleich durch C eingestellt· In dem Vervielfacher ergibt P den resistlven Ausgleich, R_Q den Spannungsausgleich und C den kapazitiven Ausgleich.

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Der Teiler 5 und der Vervielfacher 10 können "beide Vervielfacher sein, beispielsweise Halleffekt-Vervielfacher, in welchem Falle der Punktionsgenerator 8 zur Erzeugung der inversen Form der Quadratwurzel des an ihn angelegten Signals ausgelegt sein muß.

Bei dem.obenbeschriebenen erfindungsgemäßen Beispiel wird die Pressung durch Änderung der Amplitude des angelegten Signals auf seine Quadratwurzel erzielt und die Dehnung durch Quadrieren der Amplitude des gepreßten Signals, Obgleich andere Gesetze wie das quadratische oder logarithmische zum Pressen und entsprechende inverse Gesetze z.B* verwendet werden können, hat die Verwendung des quadratischen, wie im vorliegenden Bei-

spiel angegeben, den Vorteil., daß kein funktionsgenerator zur Urzeugung des Steuersignals für den Vervielfacher, der in dem Dehner verwandt wird, erforderlich ist, obgleich in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Aufzeichnung auf Magnetband ins Auge gefaßt ist» kann die Erfindung auch mit naheliegenden Modifikationen der Parameter zur Verbesserung des Signal/Geräusch* Verhältnisses sofern etwas anderes aj.s Band verwendet wird, bei* spielsweise Radio,· ionfilm, Draht etc. angepaßt werden, vorausgesetzt, das Signal/Gerausch-SgtfctrMittrist flach oder steigt mit *

der Frequenz» Die Erfindung ist auch anwendbar auf stereo|&oiii~ sehe Aufzeichnung oder Wiedergabe. Die Erfindung kaan aufie^dem * in einem viel größeren Umfang als auf Pressen und Dehnen angewandt werden und ist ganz allgemein zur Steuerung des Hülleape-»

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gels eines Audiosignals bei hoher Geschwindigkeit geeignet, ohne daß Verzerrung oder andere unerwünschte Effekte angeführt werden, insbesondere wenn es genügt, den Pegel der höheren Frequenzen zu steuern. Somit ist die Erfindung auf einfaches Pressen höherer Pegel anwendbar, die sonst in Überlastungsbereiche laufen · wurden.

Die nicht-lineare Schaltung, die in Fig. 8 gezeigt ist, kann auch für andere Zwecke als zum Pressen und Dehnen oder zum Steuern von Audiofrequenzsignalen verwendet werden. Sie stellt eine Art einer nicht-linearen G-lättung dar, bei der die Glättung, die durch R*^c-j erzeugt wird, nur den Amplitudenänderungen angelegt wird, die einen Bruchteil der maximalen Amplitude des Signals betragen, sowohl wenn das Signal steigt als auch wenn es fällt. Die Anstiegszeit des Einschwingvorganges wird durch die Glättung nicht verringert und mit Ausnahme eines niederpegeligen Schwanzes wird die ATbfallzeit durch das Glätten nicht berührt. Beispielsweise kann die Schaltung in einem Rückkopplungsweg eingelegt sein, wodurch eine sehr schnell wirkende Rückkopplung erhalten wird und doch Schwingungsänderungen von relativ kleiner Amplitude unterdrückt werden und sich daher nicht zur Erzeugung einer permanenten Oszillation aufbauen können.

In dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei Kanäle verwendet, so daß es möglich ist, unabhängig Pressung und Dehnung für die niedrigen und die hohen Frequenzen durchzuführen. Nichtsdestoweniger hat sich das Geräusch des Ban-

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des, welches in den Fiederfrequenzkanal des Dehners eindringt, als ausreichend schwach erwiesen aufgrund der geringeren' Bandbreite und der verringerten Empfindlichkeit des Ohres für niedrige Frequenzen, so daß dieses unerläßlich ist.Im Idealfall könn- ten mehrere Kanäle verwendet werden, die jeweils unabhängig gesteuert werden.

Bei. dem beschriebenen Beispiel besteht keine Gefahr der Überlastung des Bandes bei steilen Einschwingungsvorgängen, so daß auch keine Yerzögerungsnetzwerke erforderlieh sind. Weder ist es notwendig, die Pressung und die Dehnung auf mehrere dB unterhalb des Spitzenpegels zu beschränken, es kann sogar wünschenswert sein, sogar oberhalb des Spitzenpegels zu pressen und zu dehnen.

Beim Aufzeichnen auf Band ist es allgemeine Praxis, einen Ausgleicher vor dem Aufzeichnungskopf anzuordnen, dessen Ansprechfrequenz eine Steigerung des hörbaren Signäl/Geräuseh-Verhältnisses für einen gegebenen kleinen Betrag gelegentlicher hörbarer.Verzerrung beabsichtigen soll, die auf Überlastung zurückzuführen ist. Es ist verständlich, daß die Ausgleichung vor der Aufzeichnung eine entsprechende Ausgleichung nach der Wiedergabe einschließt, damit die Gesamtcharakteristik linear bleibt» Eine besondere Aufzeichnungscharakteristik ist als die CGIR-AttfseieiiiiTingscharakteriatik bekannt* aber andere Aufzeieiinungs^ -.Charakteristiken können in manchen Pällen geeigneter sein, ^v

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Die optimale Charakteristik wird durch solche Faktoren wie die Wahrscheinlichkeit, ausgedrückt als Funktion der Frequenz des Pegelspektrums, der einen spezifischen Pegel übersehreitet, Variationen des hörbaren Überlastungspegels z.B. des Bandes mit Frequenz.und der Variation des hörbaren Geräusches mit Frequenz bestimmt. Die Diskussion vereinfacht sich, wenn man nur die ersten beiden Faktoren bezogen auf das Band betrachtet, obgleich ohne weiteres verständlich ist, daß die Erfindung auf irgendein Aufzeichnungs- oder Übertragungssystem anwendbar ist, auf das die gleichen Prinzipien anwendbar sind. Aasgleichungseigenschaften scheinen nur auf die diskutierten Faktoren anwendbar zu sein und nicht auf irgendwelche Ausgleichungen, die zur Korrektur für besondere Eigenschaften des zugehörigen Gerätes beispielsweise derΛ-Ansprechung der Wiedergabeköpfe zutreffen.

Falls die hörbare Überlastungscharakteristik des Bandes mit der Frequenz linear wäre, wäre es möglich, nur die Änderungen im Pegelspektrum des eingespeisten Signals zu betrachten. Nichtsdestoweniger nimmt man im allgemeinen an, daß das Pegelspektrum mit der Frequenz fällt. Wenn also die Wahrscheinlichkeit der hörbaren Überlastung des Bandes die gleiche über das Frequenzband ist, sollte die Aufzeichnungscharakteristik mit der Frequenz ansteigen. Wenn der Anstieg r-dB ist, ist r.. eine Funktion der' Frequenz.

Wenn andererseits das Pegelspektrum am Eingang linear wäre und der hörbare Überlastungspegel für das Band mit der Fre-

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quenz fiele, wäre es erforderlich, eine fallende Aufzeichnungscharakteristik zu verwenden. Der Abfall wäre z.B. v,, dB in der T₂ eine Funktion der Frequenz ist. Wenn beide Faktoren vorhanden sind, kann die Ausgleichungscharakteristik mit r..-r₂ dB beim Frequenzanstieg wiedergegeben werden. Ds ist verständlich, daß die Bestimmung von sowohl τ ^ als auch r„ subjektive Faktoren einschließt, obgleich einige Änderungen erforderlich werden könnten, damit Änderungen des hörbaren' Geräusches mit der Frequenz vorgenommen werden könnten.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anwendung dieser Prinzipien auf Fälle, bei denen Kompensation angewandt wird. Aufgrund dieser Merkmale der Erfindung sind zwei Ausgleicher oder Entzerrer vorgesehen, einer vor der Pressung und der andere nach der Pressung, aber ehe die Aufzeichnung stattfindet, derart, daß das Band über das Frequenzband voll belastet ist für einen gegebenen zulässigen Grad gelegentlicher hörbarer Überlastungsverzerrung und der Arbeitspunkt des nichtlinearen Netzwerks, welches zur Erzeugung der entsprechenden Pressungs-Steuer-Spannung verwandt wird, ist das gleiche bei allen Frequenzen für ein Signal, welches das Band, wie dargelegt, voll belastet. Die beiden Zustände,, die in dem vorangegangenen Absatz dargelegt sind, sind im mathematischen Sinne unabhängig und die Justierungen des Ansprechens der beiden Entzerrer ergeben zwei unabhängige Variable für jede Frequenz, mit deren Hilfe die beiden Zustände befriedigt werden können.

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Dieses Merkmal der Erfindung ist nicht in seiner Anwendung auf Pressungs- und Dehnungseinrichtungen, wie sie beschrieben worden sind, beschränkt,sondern es wird in Bezug auf derartige Einrichtungen erläutert..

Es soll 0 dB der 2 $ige Verzerrungspegel am Presser sein. Wenn die Wahrscheinlichkeit die gleiche für alle Frequenzen ist, muß der Entzerrer vor dem Presser einen Anstieg von r.j dB geben. Um auch für einen Abfall im Überlastungspegel am Band mit der Frequenz zu sorgen, muß ein Entzerrer zwischen dem Presser und dem Band vorhanden sein, der einen Abfall von r„ dB mit der Frequenz gibt. Um außerdem das ursprüngliche Signal am Endausgang wieder herzustellen, muß ein Entzerrer einen Anstieg . von r_? dB zwiechen dem Band und dem Dehner herbeiführen und ein Entzerrer, der einen Abfall von r^ dB besitzt zwischen dem Dehner und dem Endausgang.

Es kann jedoch sein, daß, damit Änderungen des Geräuschpegels mit der Frequenz vorgenommen werden können, oder aus anderen Gründen entschieden werden muß, r- in r, und r., in r. in dem Presser zu ändern. In diesem Fall müssen ähnliche Änderungen in dem Dehner vorgenommen werden.

Die Hauptcharakteristik des Merkmals der Erfindung, die betrachtet wird, ist die Verwendung von vier Entzerrern in J-den beschriebenen Stellungen, wobei eine optimale Belastung über ; das Frequenzband sowohl für das Band als auch für das nicht-lineare Netzwerk, welches das Kompressionsgesetζ bestimmt, erhalten 'wird. .

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Angenommen, das Gesetz des nicht-linearen Netzwerks ist so, daß es linear für Eingangssignalpegel ist, die mehr als 30 dB unterhalb des Spitzenpegels liegen, aber die Abweichungen in dB vom Spitzenpegel halbiert je nach dem, ob diese Abweichung oberhalb oder tmterhalb desselben liegen. Das schließt ein, daß der nicht-lineare Bereich des linearen Netzwerkes sich von -30 dB bis zu r dB mit Bezug auf den Spitzenpegel wie 0 dB erstreckt, worin r nicht kleiner ist als der höchste Signalpegel,der wahrscheinlich angetroffen wird.

Da der Spitzenpegel an dem Band der gleiche ist, ganz gleich ob Kompensation angewandt wird oder nicht, folgt daraus, daß keine Kompression und keine Dehnung beim Spitzenpegel stattfindet. Unterhalb des Spitzenpegels ist der Signal/Geräuschpegel, wie erläutert, verbessert, während für die gelegentlichen Signale, die den Spitzenpegel übersteigen, die Verzerrung aufgrund der Überlastung verringert ist. Wenn man somit annimmt, daß das Eingangssignal den Spitzenpegel um 6 dB übersteigt und daß ohne Kompensation die-.Bandcharakteristik so ist, daß es um 3 dB beim Ausgang vom Band verringert ist, weil mit einer Kompression von 6 dB auf 3 dB im Kompressor das Band das Signal weiter preßt auf beispielsweise 2 dB (was durchaus möglich ist) so daß der Dehner es auf 5 dB erhöht, so ist die Verzerrung von einem Betrag von .-, 3 dB auf-einen Betrag, .der durch 1 dB wiedergegeben wird, Ü

, - Ansprüche «

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Claims (1)

1. Ansprüche :

   1. Äufzeichnungs- und Übertragungssystem für Tonsignale, gegekennzeichnet durch ein erstes Filter zur Trennung eines angelegten Signals in eine Komponente relativ hoher Frequenz und eine Komponente relativ niedriger Frequenz, sowie Einrichtungen, durch die mit dem ersten Filter Einrichtungen zum Pressen des Amplitudenbereich.es der Hochfrequenzkomponenten verbunden sind, sowie Einrichtungen zur Vereinigung der gepreßten Hochfrequenzkomponenten und der JTiederfrequenzkomponenten, ferner ein zweites Filter, eine Äufzeichnungs- oder Übertragungsleitung, die die erste Vereinigungseinrichtung mit dem zweiten Filter verbindet und das zweite Filter ein Signal von der Leitung abnimmt, welches in eine Komponente relativ hoher Frequenz und eine Komponente relativ niedriger Frequenz aufgeteilt wird, sowie Einrichtungen zur Dehnung des Amplitudenbereiches der Komponente hoher Frequenz, die mit dem zweiten Filter verbunden sind, und Einrichtungen zur Vereinigung der gedehnten Frequenzkomponenten und der Komponenten niedriger Frequenz des zweiten Filter- wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches im wesentlichen identisch mit dem Eingangssignal des ersten Filters ist.

   2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gepreßten Komponenten hoher Frequenz mit den niedrigen Frequenzkomporienten zur Aufzeichnung und Übertragung vereinigt werden und nach

   - A2 -

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   SH

   Aufzeichnung und Übertragung die gepreßten hohen Frequenzkomponenten von den Komponenten niedriger Grequenz zum Zwecke der Dehnung getrennt werden.

   3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Pressen und Dehnen von Komponenten niedriger Frequenz vorgesehen sind.

   4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennungsfrequenz für ein Signal in hohe und niedrige Frequenzkomponenten für die Trennung vor der Pressung hoher ist als für die Trennung unmittelbar vor der Dehnung.

   b* System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen eines Eingangssignals erreicht wird durch Einrichtungen zur Teilung des Eingangssignals durch einen ersten Faktor, der durch Gleichrichtung der Hülle des Eingangssignals zur Erzeugung eines gepreßten Signals erhalten wird und die Dehnung des gepreßten Signals durch Einrichtungen zur Vervielfachung des gepreßten Signals durch einen zweiten Faktor, der* durch Gleichrichtung aus der Hülle des gepreßten Signals abgeleitet wird, so daß sich ein Ausgangssignal ergibt, wobei der erste und der zweite Faktor im wesentlichen untereinander gleich sind.

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   >5

   iS

   6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressung des Eingangssignals durch Einrichtungen erreicht wird zur Ableitung des Eingangssignals um einen ersten Faktor der proportional der Quadratwurzel der Hülle des Eingangssignals ist und die Dehnung des gepreßten Signals durch Einrichtungen z.ur Vervielfachung des gepreßten Signals um einen zweiten Faktor, der proportional der Hülle des gepreßten Signals ist.

   7. System nach Anspruch 5,oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Qlättungsschaltungen in den Teiler- und Vervielfachereinrichtungen zur Glättung der gleichgerichteten Signale enthalten sind, wobei die Zeitkonstanten der Glättungsschaltungen aufeinander abgestimmt sind, damit der erste und der zweite Paktor im wesentlichen gleich sind bei fallenden Einschwingvorgängen in dem Eingangssignal.

   8. System nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfachereinrichtungen zur Dehnung des gepreßten Signals

   /Einrichtungen zur Ableitung des zweiten Faktors von dem gepreßten Signal vermittels eines nicht-linearen Filters vor der Gleichrichtung enthalten, der eine Kreuzmodulation der Hülle der einen Komponenten des gepreßten Signals mit der Hülle der anderen Korn-* ponenten des gepreßten Signals verringert.

   - A4 ■-·

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   9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,, daß die Teiler- und Vervielfachereinrichtungen weiterhin nicht-lineare filter enthalten, die Störsignale, die durch den Gleichrichtungsvorgang hervorgerufen werden, entfernen und dabei Verzerrung beim BinschwingungsVorgang eines an das System angelegten Signals verringern.

   10. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Teiler- und Vervielfachereinrichtungen Dioden enthalten, die Faktoren durch Ströme durch diese Dioden dargestellt sind, wodurch die Widerstände dieser Dioden gesteuert werden.

   11. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiler- und Vervielfachereinrichtungen jeweils zwei Zener-Dioden umfassen, die in Serie und in entgegengesetztem Sinn geschaltet sind, wobei die Größen durch Ströme durch diese Dioden wiedergegeben werden, wodurch die Impedanzen der in Serie liegenden Diodenkombinationen verändert werden.

   1if. System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Pressung und Dehnung über einen begrenzten Amplitudenbereich nur vorgenommen werden.

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   3?

   13· System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, aaii uie Trennung eines Signals in Komponenten hoher und niedriger Frequenz vermittels Filter durchgeführt wird, die Butterworth-"response" besitzen.

   14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Norton-Filter zur Trennung eines Signals in hohe und niedrige Frequenzkomponenten verwendet wird.

   15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der gepreßten Höhenfrequenz- und Niederfrequenzkomponenten auf Magnetbald aufgezeichnet wird und bei dem Rückspielen des Bandes die gepreßten Komponenten gedehnt werden.

   16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß vier Entzerrer vorgesehen sind, einer vor der Pressung und einer nach der Pressung, aber vor dem Aufzeichnungsvorgang, einer nach dem Rückspielen aber vor der Dehnung und siner nach der Dehnung, so daß das Magnetbald vollständig über das Frequenzband für einen zulässigen Grad gelegentlich hörbarer Überlastungsverzerrung belastet ist, und der Arbeitspunkt von einem nicht-linearen Netzwerk, das zur Erzeugung der entsprechenden Preßsteuerspannung verwendet wird, der gleiche bei allen Frequenzen für ein Signal ist, das das Magnetband voll belastet.

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