DE1487276B2

DE1487276B2 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Störgeräuschverminderung bei der Signalübertragung, -aufzeichnung oder -wiedergabe

Info

Publication number: DE1487276B2
Application number: DE19661487276
Authority: DE
Inventors: Ray Milton London Dolby
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-08-11
Filing date: 1966-08-10
Publication date: 1975-02-20
Also published as: CH467560A; BE712376A; NL6611156A; JPS4842361B1; NL147297B; JPS5026887B1; DE1487276A1; DE1487276C3; JPS5114842B1; JPS4841044B1; GB1120541A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Störgeräuschverminderung durch Dynamik-Kompression oder -Expansion von Nachrichtensignalen. Die Einrichtung, die die Störsignale einführt, sei »Informationskanal« genannt. Bei Audioeinrichtungen machen sich die Störsignale als Zischen, Summen, Rumpeln, Knacken, Übersprechen usw. bemerkbar. Bei Videoeinrichtungen ergeben hochfrequente Störsignale ein körniges Bild.

Bei zahlreichen bekannten Entstörungseinrichtungen werden die unteren und oberen Teile des Hörfrequenzbereichs angehoben. Dies ist jedoch insofern nur beschränkt möglich, als eine Überlastung vermieden werden muß, wenn das Audiosignal in den hohen oder niedrigen Frequenzbereichen an sich schon sehr stark ist. Das Aufzeichnen erfolgt mitunter über zwei Kanäle, und zwar über den einen mit einem um bis zu 30 dB höheren Pegel als über den anderen. Bei der Wiedergabe werden dann die Kanäle selbsttätig umgeschaltet, so daß durch den Kanal mit hohem Pegel schwache Signale geleitet werden und umgekehrt. Dieses Verfahren ist jedoch nur beschränkt verwendbar und erfordert zwangläufig zwei Kanäle statt eines Kanals. Bei anderen Einrichtungen werden nichtlineare Schaltungen verwendet, die jedoch bei Audioeinrichtungen Intermodulationsverzerrungen bewirken.

Außerdem ist es bekannt, ein Tiefpaßfilter selbsttätig in Abhängigkeit vom Signalpegel derart zu steuern, daß nur beim Durchlassen niedriger Pegel das Zischen ausgefiltert wird. Bei Verwendung von Kompressoren und Expandern ist es bekannt, den Expansionsgrad bei der Wiedergabe selbsttätig in Abhängigkeit vom Signalpegel zu ändern.

Diese bekannten Einrichtungen haben daher alle den Nachteil, daß sie entweder nur beschränkt verwendbar oder nur beschränkt wirksam oder weder verwendbar noch wirksam sind.

Aus einer Veröffentlichung von Good eil and Michel in der Zeitschrift »Electronics«, Juli 1946,

S. 142 bis 148, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine erste Schaltung aufweist, welche die Signale im Verhältnis zu den Eingangssignalen mit linearer Dynamik in ihrer vollen Bandbreite überträgt und eine weitere Schaltung mit einem frequenzselektiven Filter und Vorrichtungen enthält, welche die Amplitude des Informationssignals beeinflussen, und mit einer Schaltung, die die Ausgangssignale derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der weiteren Schaltung das Ausgangssignal der ersten Schaltung zur Kompression anhebt. Dabei nimmt die Verstärkung dieser weiteren Schaltung ab, wenn der Pegel des Eingangssignals zunimmt. Die weitere Schaltung enthält zwei Kanäle, deren Ausgangssignale subtrahiert werden, um das Ausgangssignal der weiteren Schaltung zu bestimmen. Die Verstärkung eines Kanals nimmt zu, wenn der Pegel des Eingangssignal zunimmt, wodurch die Verstärkung der weiteren Schaltung insgesamt abnimmt. Bei dieser bekannten Anordnung werden in den weiteren Kanälen große Signale mit hohem Eingangspegel verarbeitet und verstärkt. Ein kleineres Ausgangssignal der weiteren Schaltung kann man nur durch Subtraktion der in beiden Kanälen vorhandenen großen Signale erhalten. Es ist aber erfahrungsgemäß schwierig, eine kleine Größe mit hinreichender Genauigkeit durch die Subtraktion von zwei großen Größen zu erhalten. Die bekannte Schaltung gibt daher Signalverzerrungen, es tritt infolge des großen Verstärkungsfaktors Rauschen auf, und es können stärkere Übersteuerungen erfolgen, wenn der Signalpegel plötzlich ansteigt. Außerdem ergibt sich unvermeidlich eine Verzögerung in der Wirkung des zweiten Kanals, weil das variable Verstärkerelement nur eine Allmähliche Steuerung gestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist, die allgemein verwendbar ist und die es ermöglicht, daß das Nutzsignal die Entzerrungs- und Kompressionsvorgänge derart steuert, daß der Informationskanal im gesamten Nutzsignalbereich möglichst störungsfrei und wirkungsvoll ausgenutzt wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die weiteren Schaltungen eine Regelstufe

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mit einer solchen Kennlinie aufweisen, daß unterhalb und das Ausgangssignal des Expanders mit z, dann

eines niedrigen Schwellwertes des Informationssignals gilt

keine Verminderung des Verstärkungsgrades eintritt, _ /·ι _i_ c \ λ — rr
während oberhalb des niedrigen Schwellwertes der y - {,1 +tj-xunaz-y-f_t-z
Verstärkungsfaktor mit steigendem Signalpegel ab- 5 _ y
nimmt, so daß das Signal am Ausgang der weiteren ^z ~~ ι j_/t '
Schaltung oberhalb des niedrigen Schwellwertes auf ²
einen Bereich begrenzt wird, der mindestens um eine wobei F₁ und F₂ jeweils die Übertragungskennlinien Größenordnung kleiner ist als das Ausgangssignal der weiteren Schaltung im Kompressor und Expander ersten Schaltung, ίο der sind. Deshalb gilt weiter ^;*

Die Wirkung dieser Merkmale besteht darin, daß

die Ausgangsgröße des Kompressors bei hohen Si- _ 1 + ^i "·■"
gnalpegeln weitgehend gleich dem Eingangssignal ist, \ -|_ ρ '
der Verstärker in der weiteren Schaltung bei niedrigen Pegeln jedoch eine Kompression bewirkt. Die 15 und wenn F₁ gleich F₂ ist, ergibt sich ζ — x, wie ge-Begrenzungsvorrichtung kann linear sein, was bedeu- wünscht. Dieses Ergebnis erhält man, ohne daß eine tet, daß der Kompressor in Audioeinrichtungen ver- hohe Verstärkung im Expander erforderlich ist, wie wendet werden kann. dies bei üblichen Expandern mit Rückführung erfor-

Bei einem herkömmlichen Begrenzer oder Korn- derlich ist, bei denen der gesamte Kompressor in

pressor wird das Betriebsverhalten von einem Bau- 20 einem Rückführkreis enthalten ist.

element mit veränderbarer Verstärkung und seinen Obwohl ζ = χ ist, werden vom Informationskanal

Regelschaltungen bestimmt, durch das das volle eingeführte Störsignale vom Expander nur insofern

Nutzsignal geleitet wird. Dagegen ist bei der Erfin- beeinflußt, als er sie bei niedrigen Signalpegeln weit-

dung die Signaldynamik in zwei Komponenten unter- gehend dämpft, z. B. um 10 dB. Die Übertragungs-

teilt: 25 kennlinie F₁ hat weitgehend die Form der Kennlinie

eines Vervielfachers, die bei niedrigen Signalpegeln

1) in eine ungeänderte Komponente, die haupt- abfällt, so daß die Ausgangsgröße der weiteren sächlich zu den Signalen mit hohem Pegel bei- Schaltung bei höheren Pegeln konstant ist oder sogar trägt, und abfällt, wenn χ ansteigt, was später noch erläutert

2) eine Differenzkomponente mit niedrigem Pegel 30 wird.

von einer Begrenzerschaltung. Der Kennlinie der weiteren Schaltung entspricht

vorzugsweise der eines Bandpasses (der aber auch

Die Gesamtkompressionskennlinie ergibt sich jeweils bei der oberen und der unteren Grenzfrequenz durch Addition der beiden Komponenten. Im Gegen- die Eigenschaften eines Hochpasses oder eines Tiefsatz hierzu werden in der Schaltung von Goodell 35 passes haben kann), damit die Entstörung wahlweise and Michel drei Komponenten benutzt, nämlich in einem bestimmten Teil des Frequenzspektrums, in eine ungeänderte Komponente und zwei weitere dem Zisch- oder Summgeräusche auftreten, erfolgen Komponenten, die zusammen der obengenannten kann, oder bei einer Videoeinrichtung die hoch-Komponente 2) entsprechen, aber selbst Komponente frequenten Störsignale verringert oder unterdrückt mit hohem Signalpegel sind. 40 werden können. Bei den meisten Anwendungsfällen

Die Erfindung hat mehrere Vorteile: Einmal wer- ist es außerdem wünschenswert, mehrere weitere

den Verzerrungen verringert, da der Einfluß des Be- Schaltungen zu verwenden, um wahlweise verschie-

grenzers bei hohem Pegel vernachlässigbar ist. Zum dene Bänder entstören zu können, so daß Signale mit

anderen werden Gleichlaufgenauigkeitsprobleme zwi- hoher Amplitude in dem einen Band den Störsignal-

sehen Kompression und Expansion praktisch besei- 45 Unterdrückungsvorgang im anderen Band, in dem

tigt, da das Kompressionsverhältnis weitgehend von Nutzsignale mit niedrigem Pegel auftreten, nicht ver-

den leicht steuerbaren Faktoren, dem Begrenzungs- hindern.

schwellwert und den Additionsanteilen der beiden Im Falle eines Farbfernsehsignals können nicht

Komponenten, bestimmt wird. So ergibt sich als be- nur Störsignale sondern auch Moir£-Störungen weit-

sonderer Vorteil der Erfindung eine relative Unemp- 50 gehend unterdrückt werden, wenn die weiteren Schal-

findlichkeit gegen Fehler im Pegel zwischen Korn- tungen die Farbhilfsträger und vorzugsweise auch

pression und Expansion. Die Erfindung ist auch vor- deren Seitenbänder berücksichtigen,

teilhaft bei dynamischen und sprungartigen Änderun- Der Expander kann auch zur Verbesserung Öe'F

gen des Nutzsignals. Insbesondere ist es möglich, Qualität eines Signals verwendet werden, das vorher

Überschwingungen vernachlässigbar klein zu halten 55 nicht komprimiert wurde, während der Kompressor

und dadurch eine Überlastung des Informations- mitunter ohne Expander zur Erzielung bestimmter

kanals zu vermeiden. Entzerrungseigenschaften verwendet werden kann.

Im Kompressor ist die weitere Schaltung zwischen Im allgemeinen enthält eine vollständige Einrichtung den Eingang des Kompressors und eine die Aus- jedoch sowohl einen den Informationskanal speisengangsgröße der weiteren Schaltung zum Eingangs- 60 den Kompressor als auch einen vom Informationssignal addierende Vorrichtung geschaltet. kanal gespeisten Expander. Bei einer anderen Aus-

Der Signalexpander ist komplementär zum Korn- führung der Erfindung werden zwei Informations-

pressor. Die weitere Schaltung ist zwischen den Aus- kanäle verwendet, einer für das Ausgangssignal von

gang des Expanders und eine die Ausgangsgröße der tl?r ersten Schaltung des Kompressors und einer für

weiteren Schaltung vom Eingangssignal subtrahie- 65 das Ausgangssignal seiner weiteren Schaltung oder

rende Vorrichtung geschaltet. die kombinierten Ausgänge der weiteren Schaltun-

Bezeichnet man das Eingangssignal des Kompres- gen. Dies ist vorteilhaft, wenn das unkomprimierte

sors mit x, das Signal im Informationskanal mit y Signal in einer kompatiblen Einrichtung getrennt zur

Verfügung stehen soll. Dabei werden die zwei Signale nach den Informationskanälen addiert, um das Eingangssignal für den Expander zu erhalten.

Die Schaltungsanordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Regelstufe einen Begrenzungswiderstand und eine Regelschaltung enthält, die in Abhängigkeit von dem Informationssignal die Impedanz des Begrenzungswiderstandes ändert. Die Regelschaltung ist ferner vorzugsweise so ausgebildet, wie dies in den Kennzeichen der Ansprüche 5 bis 10 angegeben ist.

Die Erfindung kann aber auch bei einem Verfahren zur Störverminderung angewendet werden, bei dem ein Signal in voller Bandbreite mit linearer Dynamik übertragen und empfangen bzw. aufgezeichnet und wiedergegeben wird und eine Kompression des dynamischen Bereichs in einem begrenzten Frequenzband vor der Übertragung oder Aufzeichnung, und einer komplementären Expansion des dynamischen Bereichs in dem begrenzten Frequenzband nach dem Empfang oder der Wiedergabe unterworfen wird.

Gemäß der Erfindung wird bei diesem Verfahren sowohl während der Kompression als auch während der Expansion das begrenzte Frequenzband in Abhängigkeit von Signalkomponenten großer Amplitude, die darin auftreten, eingeengt, um diese Komponenten aus dem eingeengten begrenzten Band und dadurch von der Kompression und Expansion auszuschließen. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist vorzugsweise derart ausgebildet, wie es in den nebengeordneten Ansprüchen 12 bis 19 angegeben ist.

Bei einer Einrichtung, bei der der Phasenwinkel erhalten bleibt, z. B. einer Videoeinrichtung, kann das Ausgangssignal der oder jeder weiteren Schaltung durch eine einfache Diodenschaltung begrenzt werden, die die Grenzfrequenz des Filters selbsttätig in Richtung auf einen schmaleren Durchlaßbereich verschiebt, wenn das Filterausgangssignal einen bestimmten Pegel überschreitet. In einer Audioeinrichtung wird ein linearer Begrenzer verwendet, der von einem geglätteten Signal gesteuert wird, um eine Verzerrung zu verhindern. An den linearen Begrenzer kann sich dann jedoch ein nichtlinearer Begrenzer anschließen, der während der endlichen Zeitspanne wirksam wird, die das geglättete Signal zur Ausbildung benötigt, um eine Überlastung in dieser Zeitspanne zu verhindern, ohne jedoch hörbare Störungen oder Verzerrungen einzuführen, da die Zeitspanne sehr kurz und die Amplituden des Begrenzerausgangssignals im Vergleich zu der des Hauptkanals klein ist. Als Alternative kann daher die lineare Begrenzung auch mit Hilfe eines Filters mit veränderbarer Grenzfrequenz durchgeführt werden, dessen Grenzfrequenz selbsttätig so verschoben wird, daß der Durchlaßbereich des Filters schmaler wird, wenn das Filterausgangssignal einen bestimmten Pegel überschreitet.

Zur Verringerung des Schaltungsaufwandes kann die Anordnung auch derart ausgebildet sein, daß die weiteren Schaltungen der Kompressionsanordnung und der Expansionsanordnung im wesentlichen ein ander gleich sind und daß ein und dieselbe Schaltung während der Aufzeichnung in der Kompressionsanordnung und während der Wiedergabe in der Expansionsanordnung verwendbar ist.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur. Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Kompressors für Vidiosignale;

F i g. 2 ist ein Blockschaltbild des komplementären

ίο Expanders;

F i g. 3 und 4 sind Schaltbilder zweier Filter- und Begrenzerschaltungen, die im Kompressor und Expander verwendet werden;

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung von Fig. 3;

F i g. 6 ist das Schaltbild einer modifizierten Filter- und Begrenzerschaltung, das in einer Farbfernseheinrichtung verwendet wird;
F i g. 7 ist ein Blockschaltbild eines Audiokompressors;

F i g. 8 ist das Schaltbild eines im Kompressor von Fi g. 7 verwendeten Begrenzers;
F i g. 9 zeigt eine Abwandlung der F i g. 7; Fi g. 10 zeigt eine weitere Abwandlung von Fig. 7; Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines abgewandelten Filters und Begrenzers für den Audiokompressor, und

Fig. 12 zeigt zur Erläuterung Kennlinienkurven, die sich der Reihe nach von a bis c auf Kompressoren, Kompressoren mit Dämpfung und Expander beziehen.

In F i g. 1 ist ein Videokompressor gezeigt, bei dem das Signal in einem Geradeauskanal 18 in einer Vereinigungsschaltung 20 mit den Ausgangssignalen zweier weiterer Schaltungen 9 und 11 zur Störsignalunterdrückung bzw. Entstörung (in Verbindung mit einem Expander) jeweils in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis. 1 MHz und von 1 bis 4 MHz vereinigt wird. Die Ausgangssignale der Schaltungen 9 und 11 werden in einem Addierer 19 addiert, bevor sie der Schaltung 20 zugeführt werden. Zwei Verstärker 13 und 14 verstärken die schwachen Eingangssignale um 6,7 dB (2,16 mel), eingestellt durch Dämpfungsglieder 16. Jede weitere Schaltung enthält einen mit einem Filter (das das entsprechende Band auswählt) kombinierten Begrenzer 10, 12, der als Regelstufe wirkt und der verhindert, daß die Ausgangssignale der beiden weiteren Schaltungen etwa l°/o des maximalen Eingangssignalpegels überschreiten. Bei niedrigen Signalpegeln liegen die Hochfrequenzkomponenten des Kompressorausgangssignals um 10 dB (3,16 mel) über den Eingangspegel, jedoch liegt der Betrag der addierten Komponenten bei vollem Eingangspegel nur bei 2,16% des Spitze-Spitze-Signals, so daß sich ein vernachlässigbares Uberschwingen ergibt.

Der in Fig. 2 gezeigte Expander stellt das ursprüngliche Signal wieder her, datöie beiden weiteren Schaltungen 9 und 11 jetzt zwischen den Ausgang und Eingang einer Subtrahiervoxrichtung 21 geschal tet sind. Die Schaltungen 9 und 11 sind gleich den in Fig. 1 und 2 gezeigten weiteren Schaltungen. Diese Expanderschaltung dämpft Hochfrequenzkomponenten bei niedrigen Signalpegeln in den Hochfrequenz- bändern und mithin die Hochfrequenzstörsignale, die eine Körnung des Bildes bewirken. Die Dämpfung ist nicht vorhanden, wenn der Hochfrequenzpegel hoch ist, jedoch sind die Störsignale dann nicht be-

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merkbar, da die Bildkörnung von den Einzelheiten des Bildes, die durch die Hochfrequenzsignalkomponenten dargestellt werden, überdeckt wird. Der gleiche Überdeckungseflekt ist dafür verantwortlich, daß wahrnehmbare Störsignale bei Audioeinrichtungen, die noch beschrieben werden, mit Erfolg beseitigt werden. Die zwei weiteren Schaltungen 9 und 11 sollen im Expander und Kompressor von F i g. 1 und 2 als Beispiel dienen. Wenn nur eine einzige weitere Schaltung für den gesamten Bereich von 100 kHz bis 4 MHz verwendet würde, würden Signale mit hohen Amplituden bis zu 1 MHz häufig die Unterdrückung von Störsignalen oberhalb von 1 MHz verhindern.

In der Praxis ist es nicht notwendig, in jeder weiteren Schaltung 9 und Il einen Verstärker vorzusehen. Statt dessen braucht nur ein einziger der beiden Schaltungen gemeinsamer Verstärker hinter die beiden Regelstufen 10 und 12 geschaltet zu werden.

F i g. 3 zeigt die .bevorzugte Schaltung der Regelstufe 12 mit Filter und Begrenzer. Ein einfaches RC-Glied 24, 26 sorgt für Hochpaßeigenschaften, d. h. oberhalb von 1 MHz, und Dioden 28 begrenzen das Ausgangssignal auf kleine positive und negative Abweichungen vom Wert Null (oder Masse). Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung 10 enthält ein zusätzliches i?C-Glied 30, 32, das die obere Grenzfrequenz von 1 MHz bestimmt, die Werte der Bauelemente 24 und 26 sind an die Grenzfrequenz von 100 kHz angepaßt.

Die Dioden 28 sind Germaniumdioden mit hoher Leitfähigkeit im Durchlaßbereich, um ihren Spannungsabfall im Durchlaßbereich möglichst klein zu halten, z. B. bei 0,1 oder 0,2 V. Desgleichen muß der Eingangssignalspannungspegel hoch sein, wenn die Begrenzung bei bespielsweise 1% der maximalen Eingangsspannung wirksam werden soll. Eine Eingangsspannung von 40 V von Spitze zu Spitze mit einer Vorspannung von einem Bruchteil von 1 V ist ausreichend.

Die in F i g. 5 gezeigte Ausführung verringert den Treiberaufwand gegenüber herkömmlichen Transistorschaltungen. Die Dioden 28 sind mit einem Filterausgangspunkt 34 über einen Kondensator 35 und mit dem Ausgang einer Rückführverstärkerkette, bestehend aus einem Verstärker 36, einem Verstärkungseinstell-Dämpfungsglied 38 und einem Emitterfolger 40 verbunden. Die am Eingang erforderliche Spannungsschwingung wird um den Faktor der Verstärkung des. Rückführkreises verringert, dessen Wirkung darin besteht, daß er die Bandgrenze in entgegengesetzter Richtung gegenüber Änderungen des Eingangssignalpegels verschiebt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Begrenzungsdioden ohne Zwischenschaltung eines Trennverstärkers unmittelbar mit dem oder den Filtern im Punkt 34 verbunden sind. Der Ladestrom des Filterkondensators wird hauptsächlich von den Dioden bei hohen Amplitudensprüngen und hohen Ausgleichsamplituden geliefert. Die Erholungszeit der Schaltung ist deshalb kleiner als bei Verwendung einer Trennstufe. in welchem Falle der Ladestrom des Kondensators nur vom Widerstand 26 geliefert würde. Die Filterbauelemente nehmen ihr normales, lineares Verhalten wieder an, sobald die Ausgleichsschwingungen abgeklungen sind und der Kondensator sich wieder weitgehend entladen hat. Die Treiberstufe sollte in der Lage sein, genügend Strom zu liefern, um den Kondensator innerhalb von ungefähr 0,1 Mikrosekunden nach Durchgang eines vollen Spitze-Spitze-Eingangssprungs zu laden.

Die dargestellten speziellen Schaltungen sind für ein Videosignal bei 405 Zeilen geeignet. Bei anderen Fernsehnormen und zur Verwendung von Videoinstrumentationssignalen müssen Abwandlungen getroffen werden.

Der Expander kann auch zur Entstörung von Videosignalen verwendet werden, die nicht zuvor durch

ίο einen Kompressor geleitet wurden. Obwohl dies zum Verlust von Einzelheiten mit niedrigem Pegel führt, ist dieser Verlust bei normaler Betrachtung überraschenderweise nicht zu bemerken. Wenn z. B. eine Videoaufzeichnung übertragen wird, kann die Bedienungsperson die Verstärkung der beiden Schaltungen 9 und 11 so weit erhöhen, daß Störsignale, die durch einen defekten Bandknopf eingeführt werden, bis auf einen annehmbaren Pegel unterdrückt werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß, wenn sowohl ein Kompressor als auch ein Expander verwendet wird, die Frequenzgänge ihrer jeweiligen weiteren Schaltungen nicht sehr genau aufeinander abgestimmt zu werden brauchen.

Die Erfindung kann auch auf Fernsehsignale angewandt werden und ist bei der Aufzeichnung von Farbvideosignalen besonders vorteilhaft zur Unterdrückung von Moire-Störungen, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Farbhilfsträger und der FM-Trägereinrichtung des Videoaufzeichnungsgerätes hervorgerufen werden.

Die Kompression und Expansion kann auf die R-, B- und G-Signale einzeln oder besser auf die Y-, I- und Q-Signale oder auf das zusammengesetzte Farbsignal angewandt werden, wenn, was häufig der Fall ist, die Komponentensignale nicht getrennt zur Verfügung stehen. In allen Fällen muß der Farbhilfsträger aus jedem weiteren Kanal ausgesperrt werden (bis zu einer Dämpfung von mindestens 50 dB). Andernfalls würde der Hilfsträger den Kompressor und Expander drosseln (sperren) und eine Entstörung unmöglich machen, wenn Komponentensignale verarbeitet werden. Deshalb ist in jedem Kanal ein Tiefpaßfilter (mit einer Grenzfrequenz von 2MHz) erforderlich, während geeignete Vorkehrungen getroffen werden können, um Schwingungen im Rückführkreis des Expanders zu vermeiden. In diesem Beispiel können dann Störsignale im Bereich von 100 kHz bis IMHz in den R-, B- und G-Kanälen oder von 100 kHz bis 2MHz im F-Kanal und von 100 kHz bis zur oberen Grenzfrequenz der /- und Q-Kanäle unterdrückt werden. Ein ähnliches Vorgehen im Falle des zusammengesetzten Signals ergibt nur im F-Kanal eine Störsignalunterdrückung im Bereich von 100 kHz bis 2 MHz, doch ist selbst dies vorteilhaft, da die ungewollten Intermodulationsprodukte, die Moire-Bilder bewirken, hauptsächlich im Y-Kanal auftreten.

Wenn die Grenzfrequenz so weit erhöht wird, daß Hilfsträgerseitenbänder durchgelassen werden, etwa bis zu den 400 kHz der Hilfsträgerfrequenz, wird der Bereich der Störsignalunterdrückung zwar gesteuert, jedoch auf Kosten der Einführung einer »Totzeit« (die zu etwa 3 Mikrosekunden errechnet wurde), immer dann, wenn sich die Amplitude oder Phase des Hilfsträgers sprungartig ändert. »Totzeit« wird die Zeit genannt, in der das Ausgangssignal der weiteren Schaltung den Begrenzungswert beibehält, obwohl das Nutzsignal unter diesen Wert abgefallen ist. Legt man die N. T. S. C.-Norm von 525 Zeilen zugrunde,

dann ergibt sich eine Störsignalunterdrückung im Bereich von 100 kHz bis 3,58 MHz — 40OkHz = 3,18 MHz im Y-Kanal, von 400 kHz bis 1,5 MHz im /-Kanal und von 400 kHz bis 500 kHz im ß-Kanal. Die Totzeit bedeutet, daß die Störsignalunterdrükkung nach großen, sprungartigen Farbübergängen nicht gut ist, jedoch lassen sich die impulsartigen Störsignale leicht subjektiv durch den Farbwert- und Sättigungsübergang oder durch die dabei möglicherweise auftretende Helligkeitsänderung leicht überdecken.

Der Seitenbanddrosseleffekt kann mit dem zuvor beschriebenen Verhalten der monochromatischen Einrichtung verglichen werden, bei der ein Trennverstärker zwischen der Filterschaltung und dem Begrenzer verwendet wird. In keinem Falle greifen die Dioden in die Anpassung des Filternetzwerks an die neuen Bedingungen ein, die im Falle eines Übergangs entstehen. Man sieht, daß, wenn es den Dioden ermöglicht wird, mit dem Filter in Wechselwirkung zu treten, das Filter bei Übergängen mit hoher Amplitude nicht linear und gezwungen wird, sich selbst an die neuen Bedingungen anzupassen. Daraus folgt, daß eine analoge, auf einem Träger und seine Seitenbänder ansprechende Anordnung möglich sein müßte.

Das ideale Verhalten ergibt sich bei Verwendung eines Hilfsträgersiebgliedes mit hohem Q (kleine Bandbreite), wenn die Farbseitenbänder und die hochfrequenten Y-Komponenten kleine Pegel haben. Unter diesen Umständen ist es möglich, die Störsignale vollständig zu unterdrücken. Wenn die Farbseitenbänder und/oder hochfrequenten Y-Komponenten einen vorbestimmten Pegel überschreiten, verringert sich das Q des Siebgliedes augenblicklich, wobei die Energie der Seitenbänder verbraucht wird und nicht mehr in Reaktanzbauelementen gespeichert werden kann. Sobald die Energie des Seitenbandes verbraucht ist, steigt das Q des Siebgliedes wieder an, und die Entstörung wird fortgesetzt.

Eine geeignete Schaltung ist in Fig. 6 gezeigt. Neben einem Kondensator 60 und einem Widerstand 62, die die untere Grenzfrequenz des Störsignalunterdrückungsbandes bestimmen, wie in Fig. 3, ist ein (auf die Hilfsträgerfrequenz) abgestimmter Sperrkreis, bestehend aus Spule 54 und Kondensator 56, in den Signalkanal geschaltet, während ein Saugkreis, genauer gesagt ein Saugzweig, bestehend aus Spule 54 A und Kondensator56A, den Signalkanal shuntet. Beide Hilfsträgersiebglieder können aber auch durch eine nicht abgestimmte Impedanz ersetzt werden. Obwohl schwache Seitenbandkomponenten mit unverminderter Amplitude zum Ausgang übertragen werden — das Siebglied ist nicht in der Lage, diesen Änderungen während des linearen Betriebs zu folgen — wird die Schaltung gezwungen, sich selbst an große und sprungartige Änderungen der Amplitude oder Phase des Trägers (Erscheinung der Seitenbänder) durch das Eingreifen der Dioden 28 anzupassen.

Die Störsignalunterdrückung erfolgt nun im Y-Kanal von 100 kHz an aufwärts, jedoch nicht bei einem scharfen Einschnitt bei Hilfsträgerfrequenz. Die I- und Q-Kanäle sind vor einer Frequenz geschützt, die von der Bandbreite des (oder der) Siebgliedes(r) abhängt, z. B. im Bereich von 50 kHz bis zur oberen Grenzfrequenz.

Das vorstehend Gesagte bezieht sich hauptsächlich auf Einrichtungen, die nach dem NTSC- und nach dem PAL-Verfahren arbeiten, jedoch ist auch vieles auf Einrichtungen anwendbar, die nach dem SECAM-Verfahren arbeiten. Es werden jedoch einige Abänderungen notwendig, um auch SECAM-Einrichtungen vollständig zu entstören, da hier der Hilfsträger frequenzmoduliert ist. So könnte beispielsweise das Siebglied 54A, 56A, das in Fig. 6 gezeigt ist, durch mehrere derartige parallelgeschaltete Siebglieder, die das gesamte Hubfrequenzband des Hilfsträgers erfassen, ersetzt werden. Eine andere Möglichkeit wäre,

ίο den FM-HiIfsträger zu begrenzen und zurückzuführen, um den Hilfsträger im zusammengesetzten Signal im weiteren Kanal des Kompressors oder Expanders zu unterdrücken.

Ähnliche Verfahren können bei AM- oder FM-Trägereinrichtungen für Meßgeräteeinrichtungen (Fernsehüberwachungsanlagen oder Fernmeßeinrichtungen) angewendet werden. Bei einer Mehrträgereinrichtung wird das Signal vorzugsweise in zwei getrennte Bänder unterteilt und jedes mit einer eigenen Entstörungseinrichtung versehen. Eine weniger günstige Alternative wäre, für den Fall, daß mehrere Träger von einer einzigen Störsignalunterdrückungseinrichtung entstört werden sollen, eine Schaltung der in F i g. 6 gezeigten Art mit mehreren auf die verschiedenen Trägerfrequenzen abgestimmten Siebgliedern 54 A, 56 A zu verwenden. In diesem Falle würden der Kondensator 60 und der Widerstand 62 entfallen, und der Parallelresonanz-Sperrkreis würde durch einen Widerstand ersetzt werden. Die Entstörung würde dann in allen Kanälen wegfallen, immer wenn starke Seitenbandkomponenten in irgendeinem Kanal auftreten.

Bei Audiosignalen besteht der einzige grundlegende Unterschied gegenüber Videöeinrichtungen darin, daß für eine lineare Begrenzung gesorgt werden muß, da in Audioinformationskanälen die Phasenlage nicht erhalten bleibt. Eine Entstörung ist in einem hohen Frequenzband, z. B. von 5 bis 20 kHz, und gewöhnlich in einem niedrigen Frequenzband, z. B. von 30 bis 150 Hertz, erforderlich. Bei einer hochwertigen Einrichtung werden vorzugsweise weitere Schaltungen für den Bereich von 150 Hertz bis 1,5 kHz und von 1,5 bis 5 kHz vorgesehen. Die sich ergebende Kompressorschaltung ist in F i g. 7 dargestellt. Sie enthält einen Geradeauskanal 64, einen Addierer 84, Verstärker 74 in allen vier weiteren Schaltungen, hinter jedem ein Dämpfungsglied 86, Filter 66, 68, 70 und 72 für die vier Bänder, getrennte lineare Begrenzer 76, 78, 80 und 82 und eine die durch die weiteren Schaltungen gebildeten Kanäle kombinierende Vorrichtung 85. Für die Kanäle werden folgende Verstärkungen vorgeschlagen:

Kanal 1 30Hz bis 150 Hz; 10 dB

Kanal 2 150Hz bis 1,5 kHz; 10 dB

Kanal 3 1,5 kHz bis 5 kHz; 10 dB

Kanal 4 5 kHz bis 20 kHz; 15 dB

Diese Verstärkungen sind allerdings nur bis zu Pegeln wirksam, die durch die Begrenzer 76 usw. bestimmt werden.

Der entsprechende Expander ist nicht dargestellt, da sich sein Aufbau unmittelbar in Analogie zu F i g. 2 ergibt. Praktisch ist es möglich, eine einzige Einheit zu bauen, deren Verbindungen umgeschaltet oder umgestöpselt werden können, um die Einheit entweder als Kompressor oder als Expander arbeiten

zu lassen. Die im Expander erforderliche Rückführverbindung schließt die Verwendung von Filtern mit schnellen Änderungen der Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz aus. Die Filter 66 usw. können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.

Jeder Begrenzer kann bei etwa -4OdB beginnen einzugreifen und bei etwa —30dB voll wirksam werden, so daß die Wirkung irgendeines Entstörungskanals bei hohem Signalpegel vernachlässigbar ist und keine Verzerrungen oder starke Überschwingungen bei sich sprunghaft ändernden Nutzsignalen hervorruft. Vorzugsweise kann jedoch dafür gesorgt werden, daß das Ausgangssignal des Begrenzers bei Ansteigen des Pegels über —30dB abnimmt, wie noch beschrieben wird, und auf einen vernachlässigbaren Wert von etwa — 1OdB abfällt. Dieses Merkmal ist in Kanal 4 wünschenswert, in dem die Verstärkung 15 dB beträgt, und kann auch in anderen Kanälen vorgesehen sein, wenn ein ebener Frequenzgang bei hohen Signalpegeln gefordert wird.

Fig. 12a zeigt Kompressorübertragungskennlinien. Die Kurve A ist die Kennlinie eines herkömmlichen Kompressors, der mit vollem Signal arbeitet. KurveD stellt die ungeänderte Komponente des Geradeauskanals der Erfindung dar und Kurve E die Differenzkomponente mit niedrigem Pegel aus einer als Regelstufe wirkenden Begrenzerschaltung. Die Kennlinien D und E ergeben die Gesamtkompressionskennlinie B.

F i g. 8 zeigt eine geeignete Begrenzerschaltung. Die angegebenen Werte der Bauelemente gelten für Kanal 1, d. h. den Begrenzer 76.

Die exponentiell Stromspannungskennlinie einer Halbleiterdiode auszunützen, ist eine bequeme oder einfache Art einen veränderbaren Widerstand zu schaffen, der leicht durch einen Gleichvorstrom gesteuert werden kann. Da die erfindungsgemäßen Begrenzer nur niedrige Signale durchlassen, ist die durch die Dioden hervorgerufene Verzerrung vernachlässigbar.

Bei der in F i g. 8 gezeigten Schaltung werden die dynamischen oder differentiellen Widerstände der Dioden D₁ und D₂ (dies können Dioden sein, deren Kennlinien eine hohe Steigung und niedrige Sättigungsspannung aufweist, z. B. Germanium-Dioden vom Typ OA 81) von dem durch Siliciumtransistoren Q₁ und Q₂ (die geringe Restströme und aneinander angepaßte Betas haben sollten) fließenden Strom gesteuert. Ohmsche Spannungsteiler werden aus R₃ und D₁ und aus .R₄ und D₂ gebildet, wobei sich die vom Steuerstrom erzeugten Signale in abgeglichenem Zustand der Schaltung gegenseitig aufheben. Wenn Q₁ und Q_n gesperrt sind, wird das Eingangssignal weitgehend ungeändert zum Ausgang durchgelassen, während, wenn Q₁ eine Steuerspannung zugeführt wird, der dynamische Widerstand der Dioden verringert und das Ausgangssignal gedämpft wird.

■ Die Kondensatoren C₁, C₂, C₃ und C₅ dienen lediglich als Koppelkondensatoren und haben keinen Einfluß auf den Frequenzgang oder die Zeitkonstanten. Die Widerstände R₁ und R₂ verbinden die Ausgänge der Kondensatoren jeweils fest mit der Speisespannung und Masse. Die Kondensatoren C₃ und C₅ addieren die Ausgangsspannungen der beiden Dämpfungskreise, während die Kondensatoren C₄ und C₆ so abgeglichen sind, daß das Regelsignal Null wird. Der Verstärker 94 speist die Vollweg-Gleichrichterschaltung T₁, D₃ und D₄, an die ein Glättungskondensator C₇ angeschlossen ist. Der Widerstand R₇ und der Kondensator C₇ haben zusammen eine Zeitkonstante von 1 sek, die sich als günstig für die den Niederfrequenzkanal passierenden Kanäle erwiesen hat.

Bei der dargestellten Schaltung setzt die Begrenzungswirkung sprungartig ein. Durch Verwendung einer einfachen Diodenwiderstandsschaltung zwischen den Emittern von Q₁ und Q₂ kann man erreichen, daß der Begrenzungsvorgang allmählich einsetzt, was

ίο für einen guten Gleichlauf zwischen den Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltungen im Bereich des Begrenzungsschwellwertes vorteilhaft ist.

Das wesentliche Eingangssignal des Verstärkers 94 ist das über die Rückführverbindung 93 zugeführte.

Die Vorwärtsverbindung 95 kann nach Belieben vorgesehen werden und sorgt für das erwähnte Drosseln oder Sperren des Ausgangssignals bei ungefähr -1OdB.
Um zu gewährleisten, daß die Kompressionskennlinie in einem vorbestimmten Band nur von den Frequenzen dieses Bandes bestimmt wird, ist es möglich, in jedem Regelverstärker 94 Bandpaßfilter einzusetzen. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn die vor die Eingänge der Begrenzer geschalteten Filter 66 usw. nicht hinreichend sperren, da schärfere Filter hier infolge der Rückführung im Expander nicht verwendet werden können.

Wichtig ist, daß die Verwendung getrennter Schaltungen für die vier verschiedenen Frequenzbänder nicht nur eine vom Signalpegel in einem Band unabhängige Entstörung im anderen Band ermöglicht, sondern auch die Kennlinien oder Frequenzgänge aller Entstörungskanäle für die von ihnen verarbeitenden Frequenzen geeignet sein können. Der Kanal 4 kann beispielsweise eine Auslöse-, Ansprech- oder Anstiegszeitkonstante von nur etwa 2 msek haben (im Vergleich zu Zeitkonstanten in der Größenordnung von 0,3 bis 7 sek, die üblicherweise mit einer Kompression oder Begrenzung verbunden ist). Wenn jede Zeitkonstante an den zugehörigen Frequenzbereich angepaßt ist, tritt das übliche Zischen oder Pfeifen nicht auf.

Der einfache Glättungskondensator C₇ von F i g. 8 erfordert die Entladung vieler Schwingungen des Eingangssignals und macht den Begrenzer träge hinsichtlich seiner Ansprechgeschwindigkeit. Wenn die Zeitkonstante verringert wird, um diesen Nachteil zu beseitigen, wird die Regelspannung wellig und verzerrt das komprimierte Signal.

Um dieses Problem zu lösen, kann der Kondensator C₇ und der Widerstand R₇ in F i g. 8 durch die F i g. 9 gezeigte Schaltung ersetzt werden.

Eine geeignete i?C-Abkliri'g- oder Abfallzeitkonstante (R₈ ■ C₇) wird gewählt und der Kondensator C₇

in zwei Kondensatoren C₇ _A und C₇ _B unterteilt, die über zwei Widerstände R_s, gespeist werden. Die Widerstände sind so ausgewählt, daß mit diesen Kondensatoren die Welligkeit auf den gewünschten Wert reduziert wird. Unglücklicherweise hat die Schaltung eine viel zu große Anstiegszeit. Wenn jedoch den Widerständen R_s Dioden D₅ und D₄ parallel geschaltet werden, wird die kurze Anstiegszeit wieder hergestellt, ohne daß die Abfallzeit beeinflußt wird. Die Dioden D₅ und D₆ sind so ausgewählt, daß sie Strom-Spannungskennlinien haben, die ein wirksames Ausfiltern der Welligkeitskomponente ermöglichen, und daß sie bei großen Amplituden gut leiten.
Der oben beschriebene nichtlineare Integrator ist

hinsichtlich seiner Filterfähigkeit bei gegebener Abfallzeit beschränkt. Unter diesen einschränkenden Bedingungen steigt die Welligkeit, wenn die Abfallzeit verringert wird. Um die Abfallzeit verringern zu können, ist eine weitere Verbesserung vorgesehen (Fig. 10). Ein Vorintegrator, bestehend aus einem Widerstand R₉ und einem Kondensator C₈, ist so ausgelegt, daß er die gewünschte Abfallzeitkonstante R₉ · C₈ hat; der Vorintegrator kann jedoch auch wie der in, Fig. 8 gezeigte ausgebildet sein, der ohne Nachteil eine glattere Ausgangsspannung erzeugt. Der Ausgang des Vorintegrators speist einen Emitterfolger 96, der als niederohmige Treiberstufe für eine weitere Integrierschaltung dient. Infolge der Dioden D₇ und D_s folgt die Ladung des Kondensators C₉ sehr schnell den Schwingungen des Eingangssignals bei großen Amplituden. Mithin bleibt eine kurze Anstiegszeit erhalten, während die Abfallzeit zwangsläufig der des Vorintegrators folgt. In ausgeglichenem Zustand oder Gleichgewichtszustand sind die Dioden jedoch nahezu gesperrt, so daß der Integrator R₁₀ ■ C₉ die Schwingung in jedem gewünschten Maße glättet.

■ Ein Nachteil, sehr kurze Anstiegszeiten vorzusehen, besteht darin, daß der Kompressionsvorgang von sehr kurzen Übergängen und nicht von längeren, stärker hörbaren Komponenten des Signals gesteuert wird. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es jedoch möglich, eine Ansprechzeit von mindestens einer msek zu verwenden, wenn sich an den linearen Begrenzer ein herkömmlicher, nichtlinearer Begrenzer anschließt. Ein derartiger nichtlinearer Begrenzer ist in Kanal 4 gezeigt (nur in Fig. 7, da es ein beliebiges Merkmal ist). Er dient dazu, das Ausgangssignal des linearen Begrenzers 82 symmetrisch zu begrenzen, wenn ein großes, plötzlich zugeführtes Signal dort durchgeht, infolge der verhältnismäßig langen Ansprechzeit. Ein Überschwingen wird dadurch selbst bei voller Amplitude des Nutzsignals auf etwa 1 oder 2 dB begrenzt, so daß der nichtlineare Begrenzer, selbst bei schwierigsten Programmarten, z. B. bei Klavierspiel, keine Störungen verursacht, da das Begrenzerausgangssignal im Vergleich zum Nutzsignal im Hauptkanal klein und die Störung nur sehr kurz ist. Wenn derartig lange Ansprechzeiten zulässig sind, ist es möglich, weniger kostspielige Steuerbauelemente, z. B. Elektro-Optische-Vorrichtungen, zu verwenden.

Bei einer abgewandelten Ausführung des Audiokompressors oder -expanders sind die Kanäle 2 und 3 in F i g. 7 weggelassen, und die Begrenzung in den Kanälen 1 und 4 wird dadurch bewirkt, daß die oberen und unteren Grenzfrequenzen der betreffende^. Bänder jeweils nach unten und oben verschoben werden, wenn das Kanalausgangssignal einen vorbestimmten Pegel überschreitet. Die weitere Beschreibung beschränkt sich auf Kanal 4, da das umgekehrte Vorgehen bei Kanal 1 daraus abgeleitet werden kann. Bei niedrigen Pegeln und hohen Frequenzen kann also Kanal 4 Signale von 2 kHz an aufwärts verstärken. Wenn ein Signal mit hoher Amplitude und größerer Frequenz als 2 kHz auftritt, wird die Grenzfrequenz des Filters nach oben verschoben. Fig. 11 zeigt eine geeignete Filter- und Begrenzerschaltung um dies durchzuführen.

C₁₀, L₁ und R_n bilden ein herkömmliches Hochpaßfilter. Ein spannungsgesteuerter Widerstand 108, der ähnlich der abgeglichenen Diodenschaltung D₁, D₂ usw. sein kann, die in F i g. 8 gezeigt ist, liegt parallel zu jR_n und ist so vorgespannt, daß er normalerweise einen hohen Widerstand hat. Das Ausgangssignal wird jedoch in einem Regelverstärker 110 verstärkt und in einer Schaltung 112 gleichgerichtet und gefiltert, um ein Regelsignal für den Widerstand 108 zu erzeugen, das den Widerstand kleiner werden läßt, wenn die Amplitude des Signals ansteigt. Dadurch wird die Grenzfrequenz des Filters nach oben verschoben und gleichzeitig sein Amplitudengang

ίο geglättet. Die Steigung beträgt vorzugsweise 12 dB pro Oktave, wenn der Widerstand 108 hochohmig (gesperrt) ist, um zu verhindern, daß eine fehlerhafte Betriebsweise durch Komponenten mit hoher Amplitude und niedrigerer Frequenz als 2 kHz verursacht wird; die Steigung kann jedoch auch ohne Nachteil mit steigender Grenzfrequenz bis auf 6 dB pro Oktave abnehmen.

Als Widerstand 108 können die verschiedensten Bauelemente verwendet werden, z. B. Hall-Generatoren, Reaktanzröhren, spannungsgesteuerte Kondensatoren oder lichtgesteuerte Widerstände. Die Zeitkonstante der Gleichrichterfilterschaltung 112 kann in der Größenordnung von 100 msek im Hochfrequenzkanal und einigen Zehnerpotenzen von einer Sekunde im Niederfrequenzkanal liegen.

Hier sind zwar auch die gleichen Verfahren zur Erzielung einer vollständigen Sperrwirkung wie im Falle des in F i g. 8 gezeigten Begrenzers möglich, dennoch wird vorgezogen, den durch den spannungsgesteuerten Widerstand 108 fließenden Wechselstrom zu messen. Wenn der Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird eine von diesem Strom abgeleitete Spannung in den Regelkreis geführt, die dann den Widerstand noch weiter verringert. Das Ausgangssignal und damit die Rückführspannung wird dann so lange gesperrt, bis der gemessene Strom auf Grund einer Änderung der Eingangsspannung oder der Frequenzverteilung wieder kleiner geworden ist.

Es ist jedoch auch möglich, entweder im Regelverstärker 110 oder am Ausgang der in Fig. 11 gezeigten Schaltung einen einfachen Frequenzdiskriminator vorzusehen, der dazu dient, die Schwellwertspannung für sehr hohe und sehr niedrige Frequenzen zu verringern, was zur Vermeidung irgendwelcher Überlastungen stark entzerrter Aufzeichnungseinrichtungen notwendig sein kann.

Die oben beschriebenen Audio-Kompressoren und -Expander können in zahlreichen Einrichtungen verwendet werden, z. B. in Bandaufzeichnungseinrichtungen, Plattenaufzeichnungseinrichtungen, Tonaufzeichnungseinrichtungen für Bewegungsbilder, Funk-TelaiseinrichtungeiTund Fernsprechnetzen. Insbesondere können Meisterbänder mit selbst nach wiederholtem Abspielen hohem Störabstand (Verhältnis vom Nutzsignal zum Störsignal) hergestellt und entweder die Kosten der Meisterbänder oder von

ie voraufgezeichneten Bändern verringert werden, indem es ermöglicht wird, eine höhere Packungsdichte zu verwenden. Eine mit dem Kompressor von F i g. 7 ausgerüstete Einrichtung wurde zusammen mit dem entsprechenden Expander unter den schwierigsten Bedingungen getestet. Dabei zeigte sich keine merkliche Verschlechterung, selbst bei Programmaterial schwierigster Art.

Zusammenhängende Vorrichtungen oder auf den Prinzipien der Erfindung beruhende Einrichtungen seien ebenfalls noch erwähnt.

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In einigen Fällen kann eine das gesamte Frequenz- Um das Verkehrs- oder Plattentellerrampeln zu band entstörende Einrichtung verwendet werden. verringern, kann ein Expander verwendet werden, Diese kann die Form des in F i g. 7 gezeigten Ka- der einen einzigen Störsignalunterdrückungskanal mit nals 4 annehmen, in dem die Filter 72 weggelassen einem Tiefpaßfilter (80 Hz) und sowohl linearen als und die Kurven B und H in F i g. 12 jeweils zum Auf- 5 auch nichtlinearen Begrenzern, wie in F i g. 8 gezeigt, zeichnen und zur Wiedergabe verwendet werden. enthält. Es wird jedoch eine steilere Expansionskenn-Wenn nicht der gesamte Hörfrequenzbereich entstört linie verwendet, nach Kurve / von Fig. 12c.
zu werden braucht, kann ein einziger Kanal mit einem Wenn keine Niederfrequenzsignale auftreten, erentsprechenden Filter verwendet werden, um zum gibt die Einrichtung einen gedämpften Frequenzgang Beispiel das Zischen oder Rumpeln zu beseitigen. Ein io bei niedrigen Frequenzen, wobei der Begrenzungsschmalbandiges Filter kann zur Unterdrückung einer schwellwert auf einen Wert eingestellt wird, der etspeziellen Frequenz verwendet werden, z. B. zur Un- was höher als die;, Rumpelamplitude liegt. Wenn terdrückung von Brumm- oder Pfeifgeräuschen, und überhaupt Niederfrequenzkomponenten vorhanden das Filter kann abstimmbar ausgeführt werden. Ein sind, sind ihre Amplituden wesentlich größer als der derart schmalbandiger Kanal kann neben den Kanä- 15 Begrenzungsschwellwert, so daß nur geringfügig oder len verwendet werden, die zur Entstörung des gesam- gar nicht gedämpft durchgelassen werden,
ten Bandes vorgesehen sind, wie in Fig. 7. Der Obwohl der Rumpelunterdrückungsexpander nicht schmalbandige Kanal kann auch dann wirksam wer- die Verwendung eines Expressors zur Voraussetzung den, wenn der Breitbandkanal, der den schmalbandi- hat, ist die zu / gehörige Kompressionskennlinie C gen Kanal enthält,, durch Signale mit hohem Pegel ao in Fig. 12a dargestellt. Man erhält sie durch Addigesperrt ist. Wenn der Störpegel hoch- und breit- tion einer Störsignalunterdrückungskennlinie F zur bandiger Natur ist, kann es notwendig sein, eine Geradeauskennlinie D. Die Kennlinie F resultiert aus große Anzahl schmalbandiger Kanäle zu verwenden. einer höheren Kreisverstärkung und einem schärferen

Die Verwendung getrennter Informationskanäle Begrenzungsschwellwert als im Falle der Kurve E, für das direkte Signal und die Signale aus den Ent- 25 die für die in F i g. 8 gezeigte Schaltung geeignet ist. Störungskanälen bzw. dem Entstörungskanal wurde Das Abfallen der Kurve E bei höheren Signalpegeln bereits erwähnt. Bei F i g. 7 bedeutet dies praktisch ist eine Folge der Steuerung (feed forward control), die Entfernung der Addierschaltung 84 vom Korn- bei der in Fig. 8 gezeigten Schaltung,
pressor zum Expander. Dies ist schematisch durch Ein Expander ohne Kompressor zur Zischentstöeinen Schalter 83 zum Verbinden des Ausgangs des 30 rung kann ebenfalls verwendet werden. Aber dieses Addierers 85 mit einem Hilfsausgang zum Übertra- Merkmal ist nicht so klar umrissen, wie im Falle der gen oder Aufzeichnen in einem zum Geradeaus-Kanal Rumpelentstörung, da im Gegensatz zu niedrigen parallelen Kanal angedeutet. Dies wird bei kompa- Frequenzen (bei denen es sich um Grundfrequenzen tiblen VHF-Übertragungen, kompatiblen Monopho- handelt), hochfrequente Signalkomponenten (bei denen-Plattenaufzeichnungen (die beiden Kanäle wer- 35 nen es sich um Harmonische handelt) jede beliebige den nach in der Stereo-Technik üblichen Verfahren Amplitude haben können. Um merkliche Änderungen getrennt aufgezeichnet) und bei kompatiblen Band- des Frequenzganges zu vermeiden, müssen deshalb aufzeichnungen angewandt. Der Entstörungskanal im Hochfrequenzfalle die Steuersignale für den Bekann dann mit einem höheren Pegel auf einer schmale- grenzer aus Grundschwingungen mit niedriger Freren Spur außerhalb des Bereiches des normalen Kop- 40 quenz abgeleitet werden, die als ähnliche Indikator fes aufgezeichnet werden, der nur das direkte Signal für das Vorhandensein hochfrequenter Komponenten reproduziert. Zur Störsignalunterdrückung oder Ent- verwendet werden können.

Störung tastet ein zusätzlicher Kopf die schmale Spur Eine Zwischenentstörungseinrichtung kann auf oder ein besonders breiter Kopf sowohl diese als gleiche Weise, der Kurve / folgend, wie die Rumpelauch die Direktsignalspur ab. In unkritischen Fällen 45 entstöreinrichtung ausgebildet werden, mit Ausnahme braucht das übertragene oder aufgezeichnete Signal der Filter. An der in F i g. 7 gezeigten Filterstelle jedoch nicht kompatibel zu sein. Es ist möglich, ohne kann z. B. ein 2000-Hz-Hochpaßfilter verwendet wer-Expander auszukommen, vorausgesetzt, daß ein ein- den, dessen Ausgangssignal genügend Grundschwinfaches, passives Netzwerk zum Korrigieren der vom gungen enthält, um als grobe Anzeige für das VorKompressor verursachten Verstärkung der Tiefen und 50 handensein harmonischer dienen zu können. Dabei Höhen vorgesehen wird. Für die in der erfindungs- wird dann ein 5000-Hz-Filter zwischen dem linearen gemäßen Einrichtung vorkommenden Parameter be- und dem nichtlinearen Begrenzer angeordnet, das wirkt das Netzwerk einen Abfall von 6 dB pro Ok- den Frequenzbereich steuert, in-^!dem das Zischen tave, beginnend bei 100 Hz für die Tiefen und bei unterdrückt wird. In anderen Anwendungsfällen 3 kHz für die Höhen. 55 kann es erwünscht sein, daß zur Ableitung des gleich-

Die Erfindung ermöglicht ferner die Verringerung gerichteten und geglätteten Regelsignals ausgewählte einer Verzerrung (des Klirrfaktors) insbesondere Band schmaler als das von den Filtern und Begreneiner Hochfrequenzverzerrung bei Plattenaufzeich- zern im weiteren Kanal beeinflußte Band zu machen, nungen, und zwar dadurch, daß ein niedriger Auf- Bei einer Alternativausführung, bei der Phasenprozeichnungspegel verwendet werden kann, ohne den 60 bleme weniger wahrscheinlich sind, kann das Störabstand zu verschlechtern, wobei entsprechend 5000-Hz-Signalfilter an die Filterstelle von Fig. 7 der in Fig. 12b gezeigten Kurve G aufgezeichnet gesetzt werden, wobei die Regelspannung für den wird. Selbst bei niedrigen Frequenzen kann es vorteil- Begrenzer von einem scharfen 2000-Hz-Filter, das haft sein, die Erfindung anzuwenden, um einen nied- parallel mit dem Signalfilter oder vom Eingang gerigeren Aufzeichnungspegel und mithin eine höhere 65 speist wird, abgeleitet werden kann.
Informationsdichte zu ermöglichen, wie z. B. durch Zur Unterdrückung einzelner Störfrequenzen, ohne einen kleineren Rillen- oder Spurabstand bei Platten- Zuhilfenahme eines Kompressors, sind Bandpaßfilter aufzeichnungen. und -begrenzerkanäle, deren Kennlinie der Kurve /

von Fig. 12c entspricht, für jede Störfrequenz vorgesehen, wobei bei jedem ein entsprechender Schwellwert eingestellt ist. Wenn ein Signal mit einer der Störfrequenzen auftritt, wird die Störsignalunterdrükkung kurzzeitig gesperrt, jedoch wird das Störsignal dann vom Nutzsignal praktisch überdeckt.

Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn die Aufzeichnungs- oder Übertragungskanäle, die kurzzeitig nicht verwendet werden, selbsttätig gesperrt werden. Die erforderliche, selbsttätige Dämpfung kann nach der in der Fig. 12c gezeigten Kurve / erzielt werden, ohne daß ein Filter verwendet wird. Der Begrenzungsschwellwert würde etwas höher als der Störpegel der Einrichtung oder auf irgendeinen anderen Pegel eingestellt werden, oberhalb dessen das Signal als groß angesehen wird. Der größte Vorteil einer derartigen selbsttätigen Dämpfungseinrichtung wäre, daß sie praktisch sofort anspricht, ohne die Vorderflanke des Signals zu verzerren.

In einigen Aufzeichnungs-Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn man die hohen und niedrigen Frequenzen während leiser Passagen entsprechend den Fletcher-Munson-Kurven verstärken kann, um den Frequenzgang des menschlichen Ohres bei leisen Tönen zu kompensieren. Dies läßt sich mit Hilfe eines Filters und eines Kompressors mit einer der Kurve B (Fig. 12a) entsprechenden Kennlinie verwirklichen. S Der genaue Verlauf der Kennlinie sowie der Frequenzgang des Filters sollten jedoch so gewählt werden, daß sich die beste Gesamtanpassung an die Fletcher-Munson-Kurven ergibt. Es wäre jedoch auch möglich, die gewünschten Eigenschaften oder

ίο Kennlinien mit Hilfe getrennter Nieder- und Hochfrequenzkanäle zu erzielen; dies wäre im Hinblick auf eine Optimisierung der Abfallzeitkonstanteri¹ vorteilhaft.

Obwohl die Expander vorzugsweise in der hier beschriebenen Weise ausgebildet werden, sei darauf hingewiesen, daß ein Expander auch in der üblichen Weise hergestellt werden kann, indem man einen vollständigen Kompressor in der Rückführung eines Verstärkers mit hoher Verstärkung anordnet. Diese

ao Art eines Expanders wird hier nicht speziell beansprucht, da er lediglich aus einem erfindungsgemäßen Kompressor besteht, der in eine an sich bekannte Schaltung geschaltet ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Störgeräuschverminderung durch Dynamik-Kompression oder -Expansion von Nachrichtensignalen mit einer ersten Schaltung, welche die Signale im Verhältnis zu den Eingangssignalen mit linearer Dynamik in ihrer vollen Bandbreite überträgt und mit mindestens einer weiteren Schaltung, die ein frequenzselektives Filter aufweisen kann und Vorrichtungen enthält, welche die Amplitude des Informationssignals beeinflussen, ohne dessen Verlauf zu verzerren, und mit einer Vorrichtung, die die Ausgangssignale der Schaltungen derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der weiteren Schaltung das Ausgangssignal der ersten Schaltung zur Kompression bzw. Expansion anhebt bzw. vermindert, dadurch gekennzeichnet daß die weiteren Schaltungen (10, 12; 66, 76, 68, 78, 70, 80, 72, 82) eine Regelstufe mit einer solchen Kennlinie (E in Fig. 12a) aufweisen, daß unterhalb eines niedrigen Schwellwertes des Informationssignals keine Verminderung des Verstärkungsgrades eintritt, während oberhalb des niedrigen Schwellwertes der Verstärkungsfaktor mit steigendem Signalpegel abnimmt, so daß das Signal am Ausgang der weiteren Schaltung oberhalb des niedrigen Schwellwertes auf einen Bereich begrenzt wird, der mindestens um eine Größenordnung kleiner ist als das Ausgangssignal der ersten Schaltung.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Dynamikkompression, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung (10, 12) von dem Eingangssignal der Vereinigungsvorrichtung (20) abgeleitet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Dynamikexpansion, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung (10, 12) von dem Ausgangssignal der Vereinigungsvorrichtung (21) abgeleitet ist (Fig. 2).

4. Schaltungsanordnung zur Dynamikkompression oder -expansion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstufe (F i g. 8) einen Begrenzungswiderstand (D₁, D₂) und eine Regelschaltung (D₃, D₄; C₇; Q₁, Q₂) enthält, die in Abhängigkeit von dem Informationssignal die Impedanz des Begrenzungswiderstandes ändert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand mindestens eine Diode (D₁, D₂) enthält und daß die Regelschaltung (D₃, D^C₁; Q₁, Q₂) den dynamischen oder differentiellen Widerstand der Diode ändert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand (Fig. 11) einen spannungsgesteuerten ohmschen Widerstand (108) enthält, dessen Widerstandswert durch die Regelschaltung (112) geändert wird.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (D₃, D₄; C₇ oder 112) Mittel zum Gleichrichten und Glätten des Eingangssignals und/oder Ausgangssignals der Regelstufe enthält.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsmittel zwei Kondensatoren (C₇ _A, C₇ _B) enthalten, die über vorgeschaltete ohmsche Widerstände (R_s) gespeist werden, und daß zu jedem Widerstand (R_s) eine Diode (D₅, D₆) parallel geschaltet ist, die eine schnelle Aufladung der Kondensatoren gestattet.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungsmittel eine erste Glättungsschaltung (R₉, C₈) enthalten, die eine zweite Glättungsschaltung mit einem Reihenwiderstand (.R₁₀) und einen Kondensator (C₉) speist, und daß parallel zu diesem Reihenwiderstand (-R₁₀) z-wei entgegengesetzt gepolte Dioden (D₇, D₈) geschaltet sind. ·*

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelstufe (82) ein nichtlinearer Begrenzer (87) nachgeschaltet ist (Fig. 7).

11. Verfahren zur Störgeräuschverminderung, bei dem ein Signal in voller Bandbreite mit linearer Dynamik übertragen und empfangen bzw. aufgezeichnet und wiedergegeben wird und einer Kompression des dynamischen Bereichs in einem begrenzten Frequenzband vor der Übertragung oder Aufzeichnung, und einer komplementären Expansion des dynamischen Bereichs in dem begrenzten Frequenzband nach dem Empfang oder der Wiedergabe unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl während der Kompression als auch während der Expansion das begrenzte Frequenzband in Abhängigkeit von Signalkomponenten großer Amplitude, die darin auftreten, eingeengt wird, um diese Komponenten aus dem eingeengten begrenzten Band und dadurch von der Kompression und Expansion auszuschließen. ■■■"

12. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, mit einer die Signale in ihrer vollen Bandbreite mit linearer Dynamik im Verhältnis zu den Eingangssignalen übertragenden ersten Schaltung und mindestens einer weiteren, die Signalamplitude beeinflussenden Schaltung, die ein frequenzselektives Filter aufweist, und mit einer Vorrichtung, die die Ausgangssignale der Schaltungen derart vereinigt, daß das Ausgangssignal der weiteren Schaltung das Ausgangssignal der ersten Schaltung zur Kompression bzw. Expansion anhebt bzw. vermindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßbereich des Filters (C₁₀, L₁, R_n, 108) selbsttätig derart in Abhängigkeit von einem Signalpegel in der Schaltungsanordnung verringerbar ist, daß Signale unterdrückt werden, deren Amplitude einen vorbestimmten niedrigeren Wert überschreitet, so daß das Ausgangssignal der weiteren Schaltung bei hohen Signalpegeln mindestens eine Größenordnung kleiner ist' als das Ausgangssignal der ersten Schaltung (Fig. 11).

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 zur Dynamikkompression, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung von dem Eingangssignal der Vereinigungsvorrichtung abgeleitet ist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 zur Dynamik-Expansion, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der weiteren Schaltung von dem Ausgangssignal der Vereinigungsvorrichtung abgeleitet ist.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine abgestimmte Siebschaltung (54, 56, 54 A, 56A) zum Beseitigen einer Trägerfrequenz enthält.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Filters direkt an einen Dioden-Begrenzer (28) angeschlossen ist.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Dioden-Begrenzer (28) in einem verstärkenden Rückführzweig liegt.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein lineares Filter ist und ein lineares Steuerungsbauelement (108) und eine Regelschaltung (112) enthält (Fig. 11), die in Abhängigkeit von einem Signalpegel in der Schaltungsanordnung den Durchlaßbereich so verringert, daß einer Vergrößerung des Signalpegels am Ausgang des Filters entgegengewirkt wird.

19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem linearen Filter ein nichtlinearer Begrenzer nachgeschaltet wird.

20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung zur Kompression die Vereinigungsvorrichtung weggelassen ist, die Ausgangssignale der ersten und der weiteren Schaltungen dem Expander getrennt zugeführt werden, und daß die Expansionsanordnung an ihrem Eingang eine Vereinigungsvorrichtung zur additiven Überlagerung der von der Kompressionsanordnung übertragenen Signale aufweist.

21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 12, bei der die Kompressionsanordnung ein Aufzeichnungsgerät oder Übertragungsmittel speist, während das Aufzeichnungsgerät oder Übertragungsmittel die Expansionsanordnung mit dem Signal nach der Aufzeichnung und Wiedergabe oder nach der Übertragung speist, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schaltungen der beiden Anordnungen im wesentlichen gleich sind und daß ein und dieselbe Schaltung während der Aufzeichnung in der Kompressionsanordnung und während der Wiedergabe in der Expansionsanordnung verwendbar ist.