DE2211374A1 - Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereiches von Signalen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereiches von Signalen

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Description

Patentanwälte
Dr.-Ing. Wilhelm Reichel Dipl,-Ing. Wolfgang Beichel
6 Frankfurt a. M. 1 .
ParksiraßelS .
6996 Dolby Laboratories Inc. , New York, USA
Schaltungsanordnung zur Änderung des dynamischen Bereiches von Signalen
rfindung betrifft Schaltungen, in denen der dynamische Bereich eines Eingangssignals verändert wird, d.h.' Kompressoren, die den dynamischen Bereich komprimieren und Expander, die den dynamischen Bereich expandieren. Es ist in manchen Fällen erwünscht, daß Kompressoren und Expander unabhängig voneinander arbeiten. In vielen Fällen jedoch komprimiert der Kompressor den dynamischen Bereich eines Eingangssignals, bevor es übertragen oder aufgezeichnet wird und ein komplementärer Expander expandiert den dynamischen Bereich des empfangenen Signals oder des von der Aufzeichnung wieder abgespielten Signals, d.h. der Expander stellt die lineare Kennlinie des dynamischen Bereichs in Bezug auf das Eingangssignal wieder her. Störgeräusche, die von der Übertragung oder dem Aufzeichnungs- und Wiedergabevorgang erzeugt v/erden, werden dadurch wesentlich vermindert und die Kompressor-Expander-Kombination, die auch als Kompander bezeichnet v/erden kann, wirkt als Einrichtung zur Verminderung von Störgeräuschen.
Es ist möglich, als Kompressor oder Expander eine Schaltung mit einer von sich aus nicht-linearen Kennlinie, z.B. einer quadratisch verlaufenden Kennlinie zu verwenden. Eine solche
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Schaltung arbeitet als unverzögert wirkender Kompressor oder Expander, sie ist jedoch mit Störungen durch unerwünschte Moculationswirkungen und anderen Nachteilen behaftet, die besonder für die Übertragung von Audiosignalen störend sind.
Es ist auch möglich, eine Schaltung zu verwenden, die für einzelne Perioden des Eingangssignales linear arbeitet, die aber so ausgebildet oder gesteuert ist, daß sie eine nicht-lineare Kennlinie bezüglich eines mittleren Signalpegels aufweist, wie in den sogenannten syllabisehen oder linearen Kompressoren oder Expandern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schaltung anzugebens bei der die Kompressions- oder Expansionskennlinie mit Hilfe einer Anzahl von einzelnen Schaltkreisen aufgebaut wird, deren Kennlinien bezüglich des dynamischen Bereiches im wesentlichen linear verlaufen, ohne daß jedoch Verzerrungen oder Pegelunbastimmtheiten bei sehr tiefen und sehr hohen Signalpegeln auftreten, was besonders bei der Geräuschverminderung von Wichtigkeit ist.
Die Erfindung betrifft daher Schaltungsanordnungen zur Änderung des dynamischen Bereiches von EingangsSignalen, die innerhalb eines vorgegebenen dynamischen Bereiches liegen, wobei zwei Übertragungskanäle vorgesehen sind, die die Signalkomponenten von dem Eingang zum Ausgang übertragen.Wie z.B. in den britischen Patentschriften 1 120 541 und 1 253 031 von R.M. Dolby angegeben ist, wird die Kompressions- oder Expansionskennlinie dadurch aufgebaut, daß die Ausgangsgrößen der beiden Übertragungskanäle kombiniert werden.
Im Gegensatz zu diesen bekannten Anordnungen sind jedoch bei der Erfindung die Kennlinien der beiden Übertragungskanäle an sich invariant und die Kompressions- oder Expansionskennlinie
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wird dadurch erhalten, daß eine veränderbare Kombinationsschaltung benutzt wird, die die Ausgangsgrößen der beiden Übertrao'ungskanäle verarbeitet, wobei die Kombination und Selektion in einer solchen Weisen erfolgt, daß die Signale bei niedrigen und bei hohen Pegeln von Änderungen und Unzulänglichkeiten der ICombinationsschaltung völlig unabhängig sind«,
Bei einem Signalkompressor zur Verminderung des dynamischen Bereiches von innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden EingangsSignalen mit zwei Kanälen zur Übertragung von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgang ist die Anordnung gemäß der Erfindung so getroffen, daß jeder der beiden Kanäle eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynamischen Bereiches hat und daß die beiden Kanäle mit dem Ausgang über eine veränderbare Kombinationsschaltung verbunden sind, die auf einen oder mehrere Signalpegel oder auf die Differenz von Signalpegeln anspricht, so daß bei niedrigem und bei hohem Signalpegel des vorgegebenen dynamischen Bereichs die am Ausgang auftretenden Signale praktisch vollständig von dem ersten bzw. dem zweiten Kanal übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels im vorgegebenen Bereich die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Übertragungskanälen enthalten, wobei die Verstärkungseigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale für niedrige Pegel gegenüber den Ausgangssignalen für hohe Pegel angehoben sind.
Mindestens einer der Übertragungskanäle kann ein Filter enthalten. Wenn dieses Filter in dem ersten Übertragungskanal angeordnet ist, so hat es hauptsächlich die Aufgabe, den Kompressor frequenzselektiv zu machen. Wenn jedoch ein Filter in dem zweiten Ubertragungskanal angeordnet ist, dann wird nicht nur der Kompressor frequenzselektiv gemacht, sondern dieses Filter hat die Wirkung der Kompressorkennlinie eine Ausgleichskennlinie zu überlagern. Dies kann bei der Übertragung oder Auf-
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zeichnung wertvoll-sein, um eine Anpassung an vorgegebene Aus-■ gleichskennlinien vorzunehmen. Ein derartiger Ausgleich oder eine Egalisierung ist von großer Wichtigkeit auch bei dem Empfang oder bei der Wiedergabe von Signalen und die Erfindung soll daher einen Expander liefern, der diese Möglichkeit eröffnet.
Ein Signalexpander zur Erweiterung des dynamischen Bereiches von innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden Eingangssignalen mit zwei Kanälen zum Übertragen von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgang ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß jeder der beiden Kanäle eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynamischen Bereiches hat, daß der zweite Kanal ein Filter mit vorgegebener Kennlinie enthält und daß die beiden Kanäle mit dem Ausgang über eine veränderbare Kombinationsschaltung verbunden sind, die auf einen oder mehrere Signalpegel oder auf die Differenz von Signalpegeln anspricht, so daß bei niedrigem und bei hohem Signalpegel des vorgegebenen dynamischen Bereiches die am Ausgang auftretenden Signale praktisch vollständig von dem ersten bzw. dem zweiten Kanal übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels im vorgegebenen Bereich die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Übertragungskanälen enthalten, wobei die Verstärkereigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale mindestens für einen Teil des Frequenzbandes bei niedrigem Signalpegel im Verhältnis zu dem Ausgangssignal bei hohem Signalpegel gedämpft sind.
Bei einem Expander können Schwierigkeiten bei der Steuerung der veränderbaren Kombinationsschaltung auftreten, besonders wenn die Steuerung mit Hilfe eines geglätteten Steuersignales bewirkt wird, das von einem Teil des Expanders abgegriffen wird, um die syllabisehe Expanderwirkung herbeizuführen. Wenn
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dieses Signal von einem Punkt abgegriffen wird, an dem der dynamische Bereich der Signale groß ist, ist es schwierig, die Anordnung so zu treffen, daß das Steuersignal rasch auf einen niedrigen Wert zurückkehrt, wenn die Nachrichtensignale in dem Expander rasch auf einen niedrigen Pegel absinken.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher der Signalexpander zur Erweiterung des dynamischen Bereiches von innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegenden Eingangssignalen, der zwei Kanäle zur Übertragung von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgang aufweist, derart ausgebildet, daß der erste Kanal ein Filter mit vorgegebener Kennlinie aufweist/ daß ferner jeder der beiden Kanäle eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynamischen Bereiches hat und daß die beiden Kanäle mit dem Ausgang über eine veränderbare Kombinationsschaltung verbunden sind, die auf den Strom durch ein veränderbares Schaltelement der veränderbaren Kombinationsschaltung oder eine Spannung an einem veränderbaren Element dieser Schaltung anspricht, so daß bei niedrigen und hohen Pegeln des vorgegebenen dynamischen Bereiches die am Ausgang auftretenden Signale praktisch vollständig von dem ersten bzw„ dem zweiten Kanal übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels innerhalb des vorgegebenen Bereiches die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Übertragungskanälen enthalten, wobei die Verstärkungseigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale mindestens für einen Teil des Frequenzbandes bei niedrigen Signalpegeln im Verhältnis zu den AusgangsSignalen bei hohen Signalpegeln gedämpft sind.
Wenn beide Übertragungskanäle bezüglich des dynamischen Bereiches ein lineares Verhalten haben, wird keine Verzerrung bei hohen und niedrigen Pegeln eingeführt. Bei Geräuschminderungsanordnungen genügt es, nur die niedrigen Pegel des dyna-
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tischen Bereiches, z.B. Pegel von weniger als -20 dB, -40 .dB oder selbst -60 dB mit Bezug auf den maximalen Betriebspegel (eine, zwei oder drei Größenordnungen niedriger) zu behandeln. Venn durch die Arbeitsweise der veränderbaren Kombinationsschaltung Verzerrungen auftreten (beim Übergang von einem Übertragungskanal zum andern) so sind sie auf sehr niedrige Signaipegel beschränkt, bei denen sie nicht bemerkbar sind. Bei Anwendungen, z.B. beim Fernsehen, bei dem nicht-lineare Verzerrungen, die durch den Kompressor eingeführt werden, mit Hilfe des Expanders kompensiert werden können, ist es möglich, nichtlineare Schaltelemente, z.B. Dioden in der veränderbaren Kombinationsschaltung zu verwenden. Für Audioschaltungen kann die Kombinationsschaltung so ausgeführt v/erden, daß sie in Abhängigkeit von einem gleichgerichteten und geglätteten Signal verändert wird, so daß man eine syllabisehe Arbeitsweise erhält. Das Steuersignal kann an verschiedenen Stellen der Schaltung abgenommen werden, z.B. am Eingang oder am Ausgang, es ist jedoch besonders vorteilhaft, das Signal von dem Strom abzuleiten, der durch ein veränderbares Schaltelement der veränderbaren Kombinationsschaltung fließt oder von einer Spannung an einem derartigen Schaltelement, d.h. von Teilen der Schaltung, in denen der Strom oder die Spannung entsprechend der Wirkungsweise der Anordnung auf kleine Werte bei hohen Pegeln beschränkt ist. Hierbei kann es erforderlich sein, einen Differenzverstärker zu benutzen, jedoch hat diese Maßnahme den Vorteil, daß die Steuerspannung keine zu großen Werte bei hohen Signalpegeln annehmen kann.
Kompressoren und Expander sollen häufig selektiv innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes arbeiten. Dies kann gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß in einem oder beiden Übertragungskanälen Filter vorgesehen sind. Die Arbeitsweise der Schaltung ist dann mit Bezug auf die Frequenz nichtlinear, jedoch bleibt die Wirkung der Übertragungskanäle bei
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einer gegebenen Frequenz mit Bezug auf den dynamischen Bereich linear. Um dieses Verhalten sicherzustellen, können Entkopplungsverstärker verwendet werden, um zu verhindern, daß die Kennlinie der Filter durch die veränderbare Kombinationsschaltung beeinflußt wird.
Die Erfindung kann auch bei einer beliebigen Anzahl von Übertragung skanälen angewendet werden, wobei die Kombinationsschaltung die Ausgangsgrößen der Kanäle entsprechend dem Pegel oder entsprechend anderen Eigenschaften der Signale auswählt (z„B. Amplituden-Frequenzverteilungj Störwellencharakteristik oder Phaseneigenschaften). Diese Möglichkeiten können für die Erzielung spezieller Audio- oder Videoeffekte ausgeschöpft werden.
Manchmal ist es erwünscht, Phasenschieberschaltungen in einem oder beiden :"'Übertragungskanälen vorzusehen, insbesondere um die GeSamtübertragungseigenschaften zu optimieren 9 wenn Filter benutzt werden.
Im folgenden werden die Kompressoren und Expander getrennt beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, eine Änderung der Arbeitsweise durch Verwendung von gegengekoppelten Verstärkern herbeizuführen, wobei ein Kompressor oder Expander in der Rückkopplungsschleife vorgesehen ist, um eine Expander- bzw. Kompressorwirkung hervorzurufen.
Die Schaltungsanordnungen können auch so ausgebildet sein, daß Trägerfrequenzsignale und ihre Seitenbänder komprimiert oder · expandiert werden. Dabei können in einem oder beiden der Über-? tragungskanäle Filter zur Verarbeitung derartiger Signale benutzt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren dargestellt sind.
Figur 1 ist ein Schaltbild eines Kompressors gemäß der Erfin-.dung;
Figur 2 ist ein Pegeldiagramm, welches die Arbeitsweise der Figur 1 erläutert;
Figur 3 ist ein Schaltbild eines Expanders gemäß der Erfindung;
Figur 4 ist ein Pegeldiagramm, welches die Arbeitsweise der Figur 3 erläutert;
Figur 5 ist ein Schaltbild, welches eine Abänderung des Ausführungsbeispiels der Figur 3 zeigt und
Figur 6 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit mehr als zwei Übertragungskanälen.
Die Kompressorschaltung
In der Schaltung der Figur 1 ist eine Eingangsklemme 10 mit einem ersten Übertragungskanal 11 verbunden, der ein Filter 12 und einen Entkopplungsverstärker 13 enthält. Ein zweiter Übertragungskanal wird durch die direkte Verbindung 14 gebildet. Dieser Übertragungskanal kann wahlweise auch ein Filter 21 und/oder einen Verstärker 22 enthalten, der das Filter 21 von einer Kombinationsschaltung 15 entkoppelt. Die Signale der beiden Übertragungskanäle werden in der Kombinationsschaltung 15 kombiniert, die einen festen Widerstand 16 enthält, der mit dem Ausgang des Verstärkers 13 verbunden ist und einen veränderbaren Widerstand 17» der an den Kanal 14 angeschlossen
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ist. Die Verbindungsstelle der Widerstände ist mit einer Ausgangsklemme 18 verbunden. Die in dem Kanal 14 übertragenen Signale werden mit Hilfe einer Steuerschaltung 19 z.B. durch Messung des Spannungsabfalles an dem veränderbaren Widerstand 17 abgefühlt. Die Steuerschaltung kann in der Weise ausgebildet sein, wie es in Verbindung mit Figur 3 näher erläutert wird, und erzeugt ein Steuersignal auf einer Leitung 20, welches den Wert des veränderbaren Widerstandes 17 steuert. Die Steuerschaltung ist so ausgebildet, daß bei niedrigen Signalen in dem Kanal 14, d.h. wenn die Eingangssignale sich in einem Abschnitt des dynamischen Bereiches der Eingangssignale mit niedrigem Pegel befinden und wenn daher die Spannung an dem Widerstand 17 klein ist, die Schaltung 19 den Widerstand 17 so beeinflußt, daß er einen hohen Wert annimmt, so daß die Signale an der Ausgangsklemme 18 nahezu ausschließlich aus dem Übertragungskanal 11 stammen. Wenn andererseits das Signal sich in dem Abschnitt des dynamischen Bereiches mit hohem Pegel befindet, wird der Widerstand 17 auf einen sehr niedrigen Wert vermindert, so daß praktisch eine direkte Verbindung über den Kanal 14 von der Eingangsklemme 10 zur Ausgangsklemme 18 führt. Das am Ausgang 18 auftretende Signal wird dann praktisch ausschließlich über den zweiten Kanal 14 übertragen.
Der Übertragungskanal 14 ist vollständig linear und der Kanal 16 ist bezüglich des dynamischen Bereiches linear, selbst wenn er bezüglich der Frequenz (wie weiter unten erläutert wird) nicht-linear ist. Die Kennlinien der beiden Übertragungskanäle können daher in einem Pegeldiagramm der Figur 2 als zwei gerade Linien 11 a und 14 a dargestellt werden, die die gleiche Richtung haben, aber gegeneinander versetzt sind, weil der Ausgangspegel des Kanales 11 gegenüber dem des Kanals 14 durch den Verstärker 13 angehoben ist. Die tatsächlich auftretende Übertragungskennlinie der Gesamtschaltung ist durch die dick ausgezogene !Linie dargestellt und reicht von einem Teil 25 bei niedrigem Pegel, der der Linie 11a entspricht, d.h. wenn der
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Widerstand 17 einen hohen Wert hat, in einen Teil 26 mit hohem Pegel hinein, der ein Teil der Linie 14 a ist, wenn nämlich der Widerstand 17 einen sehr niedrigen Wert annimmt, v/obei ein Zwischenabschnitt 27 besteht, der einen allmählichen übergang voi. der Linie 11a zur Linie 14 a bewirkt, wenn der Widerstand 17 einen Zwischenwert annimmt, bei dem beide Übertragungskanäle dazu beitragen, das Ausgangssignal mit entsprechendem Anteil zu erzeugen.
Die dick ausgezogene tatsächliche Kennlinie bewirkt, daß der dynamische Bereich von 40 dB am Eingang auf einen Bereich von 30 dB am Ausgang komprimiert wird. Wenn daher der Kompressor mit einem komplementären Expander zusammen benutzt wird, ist es möglich, eine Geräuschverminderung von 10 dB herbeizuführen.
Im folgenden soll nun die Arbeitsweise des Filters 12 der Figur 1 näher erläutert werden. Das Filter besteht aus einem Reihenzweig und einem Nebenschlußwiderstand 30. Der Reihenzweig enthält einenWiderstand 31 parallel zu einem Kondensator 32. Das Filter ruft eine Anhebung der hohen Frequenzen hervor, die sich einer allgemeinen Dämpfung infolge der Potentiometerwirkung der Widerstände 30 und 31 überlagert. Der Verstärker 13 hat zwei wichtige Funktionen mit Bezug auf das Filter. In erster Linie kompensiert er die Dämpfung, die durch die Widerstände 30 und 31 hervorgerufen wird und in zweiter Linie trennt er das Filter von der Kombinationsschaltung 15, so daß die Kennlinien des Filters nicht von Veränderungen des Widerstandes 17 beeinflußt werden.
Die Anordnung kann daher so getroffen werden, daß unterhalb der Grenzfrequenz des Filters die Kennlinie 11 a (Figur 2) im wesentlichen mit der Kennlinie 14 a zusammenfällt, wodurch bei dieser Frequenz keine Kompressorwirkung auftritt. Oberhalb der Grenzfrequenz erzeugt die Anhebung der hohen Frequenz
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durch das Filter 12 das in Figur 2 dargestellte Verhalten, wodurch.sich eine Korapressorwirkung bei hohen Frequenzen ergibt. Die Kompressorwirkung tritt daher selektiv in dem Hochfrequenzband auf·. Die Schaltung der Figur 1 kann zur Störverminderung in einem Audiosystem benutzt werden, bei dem die Grenzfrequenz z.B. bei 3 KHz liegt, um eine Verminderung der hochfrequenten Geräusche herbeizuführen.
Der Kondensator 32 und die Induktivität 32 a dienen dazu, das Verhalten bei Übertragung von trägerfrequenten Signalen zu erläutern.
Die Expanderschaltung
Figur 3 zeigt eine . komplementäre Expanderschaltung, die in vieler Hinsicht ähnlich der Schaltung der Figur 1 aufgebaut ist. Der Hauptunterschied besteht darin, daß das Filter 12 nun eine solche Ausbildung hat, daß es eine Dämpfung der hohen Frequenzen herbeiführt. Zu diesem Zweck besteht das Filter aus einem Reihenwiderstand 35, auf den ein Nebenschlußzweig mit einem Widerstand 36 in Reihe mit einem Kondensator 37 folgt. Da die Dämpfung der hohen Frequenzen nun erforderlich ist, um die Expanderwirkung herbeizuführen, ist der Verstärker nicht notwendig, um die Verstärkung anzuheben. Er dient lediglich dazu, das Filter von der Kombinationsschaltung 15 zu trennen und kann daher als Emitter in Folgeschaltung ausgebildet sein.
Die Hochfrequenzkennlinie der Expanderschaltung (wenn der Kondensator 37 eine niedrige Reaktanz hat) entspricht daher der Figur 4, in der die relative Lage der Linien 11 a und 14 a im Vergleich mit der Figur 2 ausgetauscht sind, so daß der dynamische Bereich expandiert wird.
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Die Steuerschaltung
Figur 3 zeigt ein Beispiel für die Ausbildung der Steuerschaltung 19, die beim Kompressor oder auch bei einem Expander verwendet werden kann. Die Spannung an dem Widerstand 17 wird durch einen Differenzverstärker 40 abgegriffen, durch einen Gleichrichter, der schematisch als Block 41 dargestellt ist, gleichgerichtet und. durch eine Glättungsschaltung 42 geglättet, so daß auf der Leitung 20 das Steuersignal entsteht. Dieses Signal kann den Widerstand 17 in verschiedener Y/eise steuern. Der V/iderstand 17 kann z.B. ein Feldeffekttransistor sein, oder ein fotoempfindlicher Widerstand, der von einer Lampe be" ouchtet wird, die von dem Steuersignal gespeist wird.
Die dargestellte Glättungsschaltung 42 eignet sich zur Anwendung für Audioübertragungen, bei denen der Kompressor oder der Expander syllabisch wirken muß, d.h. so, daß der dynamische Bereich komprimiert wird, ohne daß in das Signal nichtlineare Verzerrungen eingeführt werden. Die Glättungsschaltung enthält ein erstes RC Glättungsnetzwerk, das aus einem Wider stand 43 und einem Kondensator 44 besteht, die eine relativ kurze Zeitkonstante haben und die an sich noch nicht genügt, um die geforderte' syllabische Glättungswirkung zu erzeugen. An das erste Netzwerk schließt sich ein zweites Netzwerk an, welches einen Reihenwiderstand 43 und einen Nebenschlußkonden« sator 46 enthält, der eine- längere Zeitkonstante aufweist, so daß die Glättung des Steuersignals durchgeführt werden kann. Der Widerstand 45 ist durch eine Diode 47 überbrückt, die einen nennenswerten Spannungsabfall nach vorn aufweist. Die Diode kann z.B. eine Siliciuadiode sein, so daß kein Diodenstrom fließt, wenn nicht dor Spannungsabfall an dem Widerstand 45 eine Spannung von etwa 0,6 Volt übersteigt.
Bei kleinen Schwankungen der Steuerspannung des ersten Netz-
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Werkes kann das zweite Netzwerk vollständig folgen. Wenn jedoch eine starke Zunahme der Signalamplitude auftritt, wird die Diode 47 leitend und vermindert die Zeitkonstante des zweiten Netzwerkes beträchtlich. Die Ansprechzeit der Steuerschaltung 19 ist daher kurz, während gleichzeitig Signalverzerrungen und ßie Erzeugung von Modulationsprodukten bei gleichmäßigen Signalverhältnissen auf einem Minimum gehalten werden»
Expander mit nicht-linearem Begrenzer
Figur 5 zeigt eine Schaltung 9 die sich von derjenigen der Figur 3 nur dadurch unterscheidet, daß Begrenzerdioden 50 und 51 in Reihe mit Vorspannungsqüellen 52 (schematisch als Batterien dargestellt) zwischen der Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 18 angeordnet sind und daß ein abgestimmter Kreis vorgesehen ist, der Trägerfrequenzen verarbeiten kann. Die Dioden haben die Aufgabe, die Spannung an dem veränderbaren Element der veränderbaren Kombinationsschaltung daran zu hindern, daß sie unter einen vorgegebenen kleinen Grenzwert fällt, der durch die Vorspannung bestimmt ist und zwar selbst bei extremen Störbedingungen. Ohne die Dioden würde die Zeitverzögerung in der Steuerschaltung 19 eine beträchtliche Änderung von Signalen mit hohem Pegel hervorrufen. Die. Dioden 51 können auch mit Hilfe eines Transformators mit entsprechendem Wickluiigsverhältnis gekoppelt und vorgespannt sein, wobei die Primär- l wicklung zwischen den beiden Punkten 10 und 18 liegt und die Dioden an die Sekundärwicklung angeschlossen sind. Ein ähnliches Ergebnis läßt sich durch die Verwendung eines Differenzverstärkers erzielen, dessen Eingänge an den Übertragungskanal und an den Punkt 18 angeschlossen sind, während der Ausgang dos Verstärkers über Dioden an dem Punkt 18 liegt. Während hier der Fall einer Expanderschaltung angegeben ist, kann die Unterdrückung von Störwellen auch bei Kompressorschaltungen in ähnlicher Weise ausgeführt werden.
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Die Diodenschaltung stellt auch eine nicht-lineare Kombinationsschaltung dar (d.h. ohne Steuerschaltung 19 und Widerstand 17) und ist bei Kompressoren und Expandern anwendbar.
Schaltungen mit mehr als zwei Übertragungskanälen
Figur 6 zeigt eine Schaltung, in der drei verschiedene Übertragung skanäle.60, 61 und 62 verwendet werden, von denen jeder ein Filter 63 und/oder einen Verstärker 64 enthalten kann. Die Ausgangsgrößen der Übertragungskanäle werden in verschiedenen veränderlichen Verhältnissen durch eine veränderbare Kombinationsschaltung 65 kombiniert, die im dargestellten Fall einen Widerstand 66 aufweist, der Anzapfungen hat, die an die Ausgänge der drei Kanäle angeschlossen sind und einen einstellbaren Abgriff 67, der am Ausgang 18 liegt. Die Lage des Abgriffs 67 wird von der Steuerschaltung 19 in Abhängigkeit von dem Signal auf der Leitung 20 eingestellt, wobei die Steuerschaltung den Pegel des Ausgangssignals lediglich beispielsweise abgreift. Der Abgriff 67 kann mit Hilfe einer Servomotoreinrichtung verstellt werden, obwohl es auch möglich ist, eine rein elektronisch arbeitende Anordnung zu benutzen.
Ob die Schaltung als Kompressor oder Expander arbeitet, hängt von der relativen Verstärkung in den drei Kanälen 60, 61 und 62 ab und die Schaltung kann über einen Teil des dynamischen Bereiches als Kompressor und über einen anderen Teil des dynamischen Bereiches als Expander arbeiten. Durch entsprechende Auswahl der Verstärkungsfaktoren der verschiedenen Kanäle,durch Wahl der Kennlinien der Filter und Ausbildung der veränderbaren Kombinationsschaltung 65 in Bezug auf den Signalpegel ist es möglich, eine Reihe von verschiedenen Wirkungen zu erzielen, z.B. bei Synthesegeräten für elektronische Musik oder spezielle Effekte bei Geräten für besondere musikalische Darbietungen.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Signalkompressor zur Verminderung des dynamischen Bereichs von innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegenden Eingangssignalen mit zwei Kanälen zur Übertragung von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgang,, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der beiden Kanäle (11, 14) eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynamischen Bereiches hat, und daß die beiden Kanäle (11, 14) mit dem Ausgang (18) über eine veränderbare Kombinationsschaltung (15) verbunden sind, die auf einen oder mehrere Signalpegel oder auf die Differenz von Signalpegeln anspricht, so daß bei niedrigem und bei hohem Signalpegel des vorgegebenen dynamischen Bereichs die am Ausgang auftretenden Signale praktisch vollständig von dem ersten bzw. dem zweiten Kanal übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels im vorgegebenen Bereich die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Übertragungskanälen enthaltenP wobei die Verstärkungseigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale für niedrige Pegel gegenüber den Ausgangssignalen für hohe Pegel angehoben sind.
    2. Signalexpander zur Ausdehnung des dynamischen Bereichs von innerhalb eines vorgegebenen dynamischen Bereiches liegenden Eingangssignalen mit zwei Kanälen zur Übertragung von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgangs d a d u r c h gekennzeichnet , daß jeder der beiden Kanäle (11, 14) eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynami- · sehen Bereiches hat, daß der zweite Kanal ein'Filter mit vorgegebener Kennlinie enthält und daß die beiden Kanäle (11914) mit dem Ausgang (18) über eine veränderbare Kombinationsschaltung (15) verbunden sind, die auf einen oder mehrere Signalpegel oder auf die Differenz von Signalpegeln anspricht, so daß bei niedrigem und bei hohem Signalpegel des vorgegebenen dynamischen Bereiches die am Ausgang auftretenden Signale.
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    praktisch vollständig von dem ersten bzw. dem zweiten Kanal, übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels im vorgegebenen Bereich die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Ubertragungskanälen enthalten, wobei die Verstärkungseigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale mindestens für einen Teil des Frequenzbandes bei niedrigem Signalpsgel im Verhältnis zu dem Ausgangssignal bei hohem Signalpegel gedämpft sind.
    3. Signalexpander zur Ausdehnung des dynamischen Bereichs von innerhalb eines vorgegebenen dynamischen Bereiches liegenden Eingangssignalen mit zwei Kanälen zur Übertragung von Signalkomponenten von einem Eingang zu einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Übertragungskanal (11) ein Filter (13) mit vorgegebener Kennlinie enthält, daß jeder der beiden Kanäle (11, 14) eine lineare Arbeitskennlinie bezüglich des dynamischen Bereiches hat, und daß die beiden Kanäle (11, 14) mit dem Ausgang (18) über eine veränderbare Kombinationsschaltung (15) verbunden sind, die so ausgebildet ist, daß sie auf den Strom anspricht, der durch ein veränderbares Schaltelement (17) der veränderbaren Kombinationsschaltung fließt oder auf eine Spannung an diesem veränderbaren Schaltelement (17), so daß bei niedrigem und bei hohem Signalpegel des vorgegebenen dynamischen Bereichs die am Ausgang auftretenden Signale praktisch vollständig von dem ersten bzw. dem zweiten Kanal übertragen sind, während bei mittleren Werten des Signalpegels im vorgegebenen Bereich die am Ausgang auftretenden Signale Komponenten aus beiden Übertragungskanälen enthalten, wobei die Verstärkungseigenschaften der Kanäle und die Kombinationsschaltung so ausgebildet sind, daß die Ausgangssignale mindestens für einen Teil des Frequenzbandes bei niedrigem Signalpegel im Verhältnis zu dem Ausgangssignal bei hohem Signalpegel gedämpft sind.
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    - Vf -
    4. Signalkompressor oder Expander nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß v/eitere Ubertragungskanale (60, 61, 62) vorgesehen sind und daß die Kombinationsschaltung (65) den relativen Anteil bestimmt, mit dem die Ausgangsgrößen der Kanäle zu den Ausgangssignalen in Abhängigkeit von einem oder mehreren· Signalpegeln oder Pegeldifferenzen beitragen.
    5. Signapkompressor oder Expander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsschaltung (15) eine feste Impedanz (16) enthält, die zwischen dem ersten Kanal (11) und dem Ausgang (18) liegt, sowie eine veränderbare Impedanz (17), die zwischen dem zweiten Kanal (14) und dem Ausgang angeordnet ist und daß eine Steuerschaltung (19) so angeordnet ist, daß sie die veränderbare Impedanz (17) steuert derart, daß ihr Impedanzwert entweder sehr hoch oder sehr niedrig ist im Vergleich zu dem der festen Impedanz (16), wenn das Eingangssignal einen niedrigen bzw. einen hohel Pegel aufweist.
    6. Signalkompressor oder Expander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Filter so ausgebildet ist, daß es eine Trägerfrequenz überträgt.
    7. Signalkompressor oder Expander nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Kombinationsschaltung (15) durch eine Steuerschaltung (19) gesteuert wird, die einen ersten Glättungskreis (43, 44) mit verhältnismäßig kurzer Zeitkonstante und einen zweiten Glättungskreis (45, 46, 47) mit einer verhältnismäßig langen Zeitkonstante bei stetigen Signalbedingungen aufweist, jedoch eine verhältnismäßig kurze Zeitkonstante hat, wenn der Signalpegel sich plötzlich ändert.
    209839/0848
    -JW-
    3. Signalkompressor oder Expander nach einem oder mehreren. der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die veränderbare Kombinationsschaltung mit einem nicht-linearen Begrenzer (50, 51) verbunden ist, der das Signal der Kombinationsschaltung auf einen kleinen T;.rert bei plötzlichen Änderungen des Eingangs signals begrenzt.
    9. Signalkompressor oder Expander nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die.veränderbare Kombinationsschaltung eine nicht-lineare Arbeitskennlinie hat.
    10. Signalkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, daß mindestens einer der Übertragungskanäle ein Filter (12) mit vorgegebener Kennlinie enthält, so daß die Schaltung als frequenzselektiver Kompressor arbeitet.
    11. Signalexpander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t, daß der erste Übertragungskanal (11) eine lineare Frequenzkennlinie aufweist.
    12. Signalexpander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeic hnet, daß der erste Übertragungskanal (11) ein Filter (21) mit vorgegebener Kennlinie enthält.
    209839/0845
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