DE2236709A1

DE2236709A1 - Einstellbares bandpassfilter

Info

Publication number: DE2236709A1
Application number: DE2236709A
Authority: DE
Inventors: Richard S Burwen
Original assignee: Individual
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1971-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1973-02-08
Also published as: US3753159A; DE2236709C2; US3678416A; GB1393690A; JPS4827661A; CA964338A; FR2147687A5

Description

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Dr.-Ing. R, Θ K B T Z Jr.
8Mönchen22,Sieln»dorfttr.1·! _o52-19.1l8P 26. Juli 1972

O52-19118P 26·. 7. 1972

Richard S. BURWEN, Lexington (Massachusetts 02173), V.St.A.

Einstellbares Bandpaßfilter

Die Erfindung betrifft ein System zur Unterdrückung von tonfrequentem Rauschen, insbesondere ein automatisch verstellbares Bandpaßsystem zur Reduzierung der Wahrnehmung von tonfrequentem Rauschen.

Die Wahrnehmung von tonfrequentem Rauschen durch Hörer wird stark verringert durch ein Unterdrückungs-Tonsignal im selben Frequenzbereich wie das Rauschen. Obwohl bereits früher Versuche unternommen worden sind, um die Wahrnehmung des Rauschens zu verringern, indem diejenigen Teile des Tonfrequenzbereichs ausgefiltert werden, die kein Rauschunterdrückungssignal enthalten, sind die bis

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jetzt entwickelten Systeme ungeeignet für eine Rauschunterdrückung bei modernen tonfrequenten Systemen, an die hohe Anforderungen hinsichtlich geringer Verzerrung und breitbandigem Ansprechen gestellt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (vgl. Patentanmeldung P ?£ 22 531.6 vom 8. Mai 1972, Anwaltsakte: O52-725P) ti e Anordnung zur Erzielung einer verbesserten einstellbaren Bandpaßfilterung, die mit anderen Anforderungen an moderne Tonfrequenzsysteme verträglich ist.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es um ein verbessertes Filter für dynamisches Rauschen von der Art nach dem älteren Vorschlag.

Gemäß einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung sorgt das einstellbare Bandpaßfilter für ein verzerrungsarmes Filtern mit einem großen Lautstärkeumfang oder Dynamikbereich der höher- und niederfrequenten Teile des vollen Tonfrequenzspektrums, und zwar mit einem Grad, der indirekt proportional zum Anteil an höher- und niederfrequenten Signalen ist. Von der Erzeugung eines schmalen Durchlaßbands innerhalb des Tonfreauenzbereichs, wenn kein Signal vorhanden ist, werden durch das Filter die höherund niederfrequenten Grenzpunkte oder Eckfrequenzen erhöht bzw. verringert, wenn der Signaigehalt an höher- und niederfrequenten Anteilen zunimmt.

Das erfindungsgemäße Bandpaßfilter besteht aus einem integrierenden Vorwärtssignalweg und einem integrierenden RUckkopplungssignalweg, die zu einem geschlossenen Kreis oder Schleife verbunden sind. Ein weiterer Widerstandsrück-

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kopplungsweg ist vorhanden, um eine Mittenfrequenzver-Stärkungs-Referenz zu bilden. ,Feldeffekttransistor-Vor-Spannungsschaltungen steuern das Ausmaß der Integration jedes Wegs und reduzieren unerwünschte Schwankungen im Integrationsausmaß. Die Feldeffekttransistor-Vorspannungsschaltungen sprechen auf zugeordnete Steuersignale an, die mit steilen Anstieg und langsamem Abfall als Antwort auf den Signa^.gehalt in den höher- und niederfrequenten Teilen des To^frequenzbereichs entwickelt werden.

Die Feldeffekttransistor-Vorspannungsschaltungen, die die Grenzfrequenzen steuern, sorgen ferner für eine Temperaturkompensation, eine Linearisierung der Änderung der Integrationsra.te und eine Verringerung der Verzerrung der zweiten Harmonischen im Signalweg. Die Signalschleife hat auch eine Einrichtung zur Erzielung einer sehr flachen Antwort innerhalb des tonfrequenten Bereichs, wenn die Antwci't des Filters zu seinen extremen höher- und niederfrequenten Grenzpunkten ausgedehnt wird, und die Schaltung hält die Verstärkung der Mittenfrequenz des einstellbaren Bandpaßfilters im wesentlichen konstant über dem Ä'nderungsbereich ihrer Grenzpunkte.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemblockschaltbild eines dynamischen Mehrkanal-Rauschfilters mit dem erfindungsgemäßen einstellbaren Bandpaßfilter';

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des er-

findungsgemäßen einstellbaren Bandpaßfilters, teilweise als Blockschaltbild, teilweise schematisch;

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Fig« 2A die Antwortkurve in Abhängigkeit von der Frequenz zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung von Fig. 2; und

Fig. 3 das Schaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung eines höher- oder niederfrequenten Steuer- oder Regelsignals zur Änderung der Grenzpunkte des einstellbaren Bandpaßfilters von Fig. 2.

In den herkömmlichen Tonwiedergabesystemen ist es üblich, zwei oder mehr getrennte Tonfrequenzkanäle zu haben, um den gut bekannten Stereoeffekt zu erzeugen. Ein Mehrkanalsystem, das erfindungsgemäß ausgestaltet ist, ist in Fig. 1 zu sehen. Ein dynamisches Vierkanal-Rauschfilter hat Eingänge 12 bis 18 und Ausgänge 20 bis 26. Die Eingänge 12 und 14 empfangen ein tonfrequentes Signal zur Rauschverringerung und speisen entsprechende Signale in aktive Transformatoren 28 und 30 ein, die normalerweise Differenzverstärker mit hoher GleichtaktunterdrUckung (Unterdrückung gleichphasiger Signale) sind. Die entsprechenden Ausgänge der aktiven Transformatoren 28 und 30 sind r,n einstellbare Bandpaßfilter 32 bzw. 3^ angeschlossen, und der Ausgang des aktiven Transformators 28 ist sowohl mit einem Hochpaßfilter 36 als auch einem Tiefpaßfilter 38 verbunden. Der Ausgang des aktiven Transformators 30 führt über einen Umschalter 40 zu den Filtern 36 und 38. Normalerweise addieren bzw. summieren die Filter 36 und 38 die Signale von den Transformatoren 28 und 30. Wahlweise sprechen die Filter 36 und 38 auf die höchsten der Signale von den Transformatoren an.

Die Filter 36 und 38 erzeugen entsprechende Ausgangssignale für einen höher- und niederfrequenten Regler

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bzw. 44. Die Ausgangssignale der Regler 42 und 44 werden ihrerseits als Steuersignale in das einstellbare Bandpaßfilter 32 eingespeist. Ein zweipoliger Schalter 46, der mit dem Schalter 40 gekuppelt ist, läßt wahlweise das Ausgangssignal der Regler 42 und 44 durch, um die Eingänge des einstellbaren Bandpaßfilters 54 zu steuern. Die Ausgangssignale der einstellbaren Bandpaßfilter 32 und 34 werden in die Ausgänge 2Ö bzw. 22 eingespeist.

Von den Eingängen l6 und l8 empfängt ein identisches System 48 von zwei zusätzlichen Kanälen diese Eingangssignale für eine einstellbare Bandpaßfilterung und erzeugt entsprechend gefilterte Signale für die Ausgänge 24 und

Beim Betrieb werden die einstellbaren Bandpaßfilter und 34 zu einer Änderung ihrer tonfrequenten Grenzpunkte innerhalb eines Frequenzverhältnisses von 3OsI veranlaßt, daß den gesamten Tonfrequenzbereich umfaßt. Ein Mindestbandpaßfilter läßt einen schmalen Anteil des Tonfrequenzbereichs mit einer Mittenfrequenz von etwa 700 Hz durch. Die Durchlaßbandänderung wird durch Einstellung des höherund niederfrequenten Filtergrenzpunkts in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des höher- und niederfrequenten Reglers 42 bzw. 44 vorgenommen. Das Hochpaßfilter 36 wählt aus und läßt durch vorherrschende Signale im Ä'nderungsbereich des höherfrequenten Grenzpunkts. Die Regler 42 und 44 erzeugen ein steil ansteigendes und langsam abfallendes Signal, das den Signalgehalt im entsprechenden höher-ιιη <5 niederfrequenten Teil des Tonfrequenzbereichs angibt. Diese Signale bewirken in den Bandpaßfiltern 32 und 34 eine Erniedrigung des niederfrequenten Grenzpunkts und eine Erhöhung des höherfrequenten Grenspunkts in Abhängigkeit vom Signalgehalt an höheren und niederen Frequenzen.

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Normalerweise beginnt die Filterbandbreite mit den höher- und niederfrequenten Signalpegeln am Rauschpegel des Eingangssignals anzusteigen, und die Bandbreite sorgt für eine maximale Antwort auf Eingangssignale mit mittlerem Pegel.

Zur Verwendung als ein Stereosystem, in dem die Ausgänge 20 und 22 Tonfrequenzsignale abgeben, die um einen Abstand getrennt sind, ist eine Einsparung an Bauteilen durch Verwendung eines Einzelsteuersystems wie in Pig. I möglich. Durch Verwendung eines einzelnen höher- und niederfrequenten Steuersystems für die Bandpaßfilter 32 und Jtk werden die Verstärkung und Phase Jedes Kanals identisch gehalten.

Die zusätzlichen Kanäle 48 können hinzugefügt werden, so daß die Elektronik für die oben beschriebenen Kanäle verdoppelt wird, um eine weitere Verbesserung der Raumwirkung des wiedergegebenen Tonfrequenzsignals zu erzeugen. Die zusätzlichen Kanäle 48 können ihr eigenes höher- und niederfrequentes Reglersystem haben, das wie oben angedeutet für die ersten beiden Kanäle arbeitet, oder sie können so gebaut werden, da3 sie mit denselben Steuersignalen arbeiten, wie sie oben für die einstellbaren Bandpaßfilter 32 und 3^ benutzt werden.

Um die einstellbare Bandpaßf11terung und einen Dynamikbereich bzw. Lautstärkeumfang von etwa 30 : 1 bei der Änderung der Grenzpunkte zu erzielen, ist 4ne beträchtliche Signaländerung erforderlich. Schaltungen zur Durchführung dieser Punktionen mit niedriger Verzerrung und niedrigem Rauschen sind schwierig zu bauen,

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insbesondere wegen der Notwendigkeit vieler Signalwegbauteile. Beim einstellbaren Bandpaßfilter von Fig. 2 handelt es sich um ein neues bevorzugtes Filter, das eine verζerrungsarme, innerhalb eines großen Bereichs stattfindende Einstellung des höher- und niederfrequenten Grenzpunkts im Tonfrequenzintervali vornimmt. Das Filter verwendet eine einstellbare Filterung, die auf Änderungen in den Integrationsraten beruht, wie sie an sich bereits durch den älteren Vorschlag beschrieben wird, wobei jedoch ein neuer Aufbau einschließlich einer neuen Regelschaltung benutzt wird. Innerhalb des einstellbaren Bandpaßfilters empfängt ein Vorverzerrer 52 für höhere Frequenzen das Ausgangssignal eines aktiven Transformators. Das Signal an seinem Ausgang wird über einen Widerstand 54 zu einem Vorwärtssignalweg 56 geleitet, der aus einem Filter 58 zum Schärfen der Filtereckenform 65 (vgl. Fig. 2A) an den höheren Enden des höherfrequenteri Grenzpunkts und einem Integrator βθ einstellbarer Rate für höhere Frequenzen besteht. Ein Gegenkopplungssignalweg wird durch einen Widerstand 6l vom Ausgang des Integrators 60 zu dessen Eingang gebildet. Ein weiterer Gegenkopplungssignalweg 62 führt vom Ausgang des Integrators ^50 zum Verbindungspunkt des Widerstands 54 und des Filters 58 über einen Integrator 64 einstellbarer Rate für Niederfrequenzen und ein Filter 66, das die Filtereckenform 65 an den unteren Enden der niederfrequenten Grenzpunkte schärft (vgl. Fig. 2A).

Die Schaltung von Fig. 2 soll jetzt etwas genauer betrachtet werden: im Filter 58 liegt eine Parallelkombination eines Widerstands 68 und eines Kondensators 70 vor, um eine Phasenverschiebung vorzunehmen, durch die die Eckenform bei höheren Frequenzen geschärft wird, um ein Abrunden und Signalverzerren zu vermeiden, das

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sonst auftreten könnte.

Das Signal vom Filter 58 wird in den Integrator 6O über einen Gleichstromsperr-Kondensator 72 zu einem gesteuerten Anschluß eines Feldeffekttransistors 74 weitergeleitet. Der andere gesteuerte Anschluß des Feldeffekttransistors 74 ist zum Eingang eines integrierenden Verstärkers 76 geführt, der einen Gegenkopplungskondensator 78 hat. Ein Gleichstromüberbrückungswiderstand 80 liegt zwischen dem Eingang des Verstärkers 76 und dem Eingang des Integrators 6O..

Ebenfalls mit dem Eingang des Integrators 6O ist ein Verstärker 82 mit der Verstärkung Eins verbunden, der ein Ausgangssignal über einen Widerstand 84 an den Oatteranschluß des Feldeffekttransistors 74 abgibt. Ein weiterer Widerstand 86, dessen Wert gleich dem des Widerstands 84 ist, liegt zwischen dem Gatteranschluß und dem Ausgang eines Differentiations- Verstärkers 88. Der invertierende Eingang des Verstärkers 88 ist geerdet, während der nicht invertierende Eingang über einen Widerstand 90 ein .löher frequent es Gleichstrom-Regel signal über eine Leitung 92 bekommt. Ein gesteuerter Anschluß eines zweiten Feldeffekttransistors 94 ist ebenfalls mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 88 verbunden. Eine erste Bezugssignalquelle 96 liefert Strom über einen Widerstand 98 zum anderen gesteuerten Anschluß des Feldeffekttransistors 94 und über einen Widerstand 100 an Erde. Ein Widerstand 102 überbrückt die gesteuerten Anschlüsse des Feldeffekttransistors 94. Das Ausgangssignal des Verstärkers 88 wird über einen Widerstand 104 in den Gatteranschluß des Feldeffekttransistors 94 eingespeist, und ein Widerstand 106 liegt zwischen dem Gatteranschluß und dem Verbindungspunkt der Widerstände 98 und 100.

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Im Betrieb erzeugt der integrierende Verstärker ?6 einen Verstärkungsfaktor, der mit der Frequenz abnimmt, wobei der Verstärkungspegel bei irgendeiner gegebenen Frequenz vom Widerstandswert zwischen den gesteuerten Anschlüssen des Feldeffekttransistors 74 abhängt. Dieser Widerstandswert wird bestimmt durch das Vorspannungssignal, das in den Gatteranschluß vom Ausgang des Verstärkers 88 eingespeist wird. Der Verstärker 88 wird auf eine ausreichend hohe Verstärkung eingestellt, so daß er ähnlich einem Operationsverstärker arbeitet, indem eine Rückkopplung vorgesehen ist, um den Widerstandswert des Feldeffekttransistors 94 zu steuern und ferner den Pegel am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 88 auf im wesentlichen derselben Spannung, gewöhnlich Erde, zu halten. Auf diese Weise wird mit zunehmendem höherfrequentem Regelsignal auf der Leitung 92 der Widerstandswert zwischen den gesteuerten Anschlüssen des Feldeffekttransistors 94 verringert, um einen ausgleichenden Anstieg im Strom durch den Feldeffekttransistor 94 zu bewirken, der den Anstieg im Strom durch den Widerstand 90 vom höherfrequenten Regelsignal entgegenwirkt.

Die Kombination des Verstärkers 82 mit· der Verstärkung 1 und den gleich großen Widerständen 84 und 86 trägt dazu bei, das Potential am Gattereingang des Feldeffekttransistors 74 ungefähr in der Mitte zwischen den Potentialen an seinen gesteuerten Eingängen zu halten. Der Kondensator 72 unterdrückt einen resultierenden Gleichstrom durch die gesteuerten Anschlüsse des Feldeffekttransistors 74, um die Gleichstrom-Transienten am Ausgang des Integrators 60 möglichst klein zu machen. Der Verstärker 82 und die Widerstände 84 und 84 helfen bei der Linearisierung der

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Antwort des Feldeffekttransistors 74 und verringern oder eliminieren die Verzögerung der zweiten Harmonischen, indem ihr Gatter-Wechselstromsignal-Pegel zwischen den Pegeln seiner gesteuerten Anschlüsse gehalten wird.

Die Verbindung des Feldeffekttransistors 94 mit dem Verstärker 88, um ein Vorspannungssignal für das Oatter des Feldeffekttransistors 74 zu erzeugen, hat eine temperaturkompensierende Wirkung und linear!« siert die Änderung des höherfrequenten Grenzpunkts mit dem Pegel des höherfrequenten Regelsignals in der Leitung 92. Durch Herstellung der Feldeffekttransistoren 74 und 94 aus demselbem oder ähnlichem Halbleitermaterial und deren Anordnung in Wärme - Berührung, werden die Temperatureinwirkungen auf beide Feldeffekttransistoren gleich gehalten. Wenn also der Widerstandswert des Feldeffekttransistors 94 infolge einer Temperaturänderung abgesenkt wird, ändert sich das Ausgangssignal des Verstärker.*· 38 entsprechend, um den ursprünglichen Widerstandswert :les Feldeffekttransistors 94 wieder herzustellen und gleichzeitig auch den Widerstandswert des Feldeffekttransistors 74. Ferner wird wegen der RUckkopplungs-BeZiehung des Feldeffekttransistors 94 und des Verstärkers 88 eine genauere inverse Änderung im Widerstandswert des Feldeffekttransistors 7^Jl mit dem Pegel des höherfrequenten Regelsignals in der Leitung 92 erzielt.

Beim Gesamtbetrieb, wenn das höherfrequente Regel-Signal zunimmt, was einen höheren Gehalt an höh er frequ entern Signal anzeigt, nimmt der Widerstandswert eier beiden Feldeffekttransistoren 94 und 74 ab. Dien bewirkt ein

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Ansteigen der Integrationsrate des Verstärkers 76, um dessen höherfrequente Antwort zu vergrößern und den höherfrequenten Grenzpunkt in Fig. 2A zu einer höheren Frequenz zu verschieben.

Bei mittleren Frequenzen, wenn die Rückkopplung des Verstärkers 76 über den Weg 62 niedrig und seine· Verstärkung entsprechend hoch ist, bewirkt die Rückkopplung über den Widerstand 6l eine Verstärkungsgrenze für den Integrator 6O, wie bei TOO Hz in Fig. 2A angedeutet ist.

Im Integrator 64 wird das Ausgangssignal vom integrierenden Verstärker 76 über einen abschwächenden Spannungsteiler 109 und einen Gleichstromsperr-Kondensator 110 in einen gesteuerten Anschluß eines Feldeffekttransistors 112 eingespeist. Dieses Signal vom anderen gesteuerten Anschluß des Feldeffekttransistors 112 gelangt zu einem integrierenden Verstärker 114 mit einem integrierenden, gegenkoppelnden Kondensator II6. Ein Gleichstrom-Überbrückungswiderstand HS liegt zwischen dem Eingang des integrierenden Verstärkers 114 und dem Eingang vom Spannungsteilerpaar 109. Das Eingangssignal des Integrators 64 wird auch in einen Abschwächer 120 eingespeist, der seinerseits ein Ausgangssignal über einen Widerstand 122 an den Gatteranschluß des Feldeffekttransistors 112 abgibt. Normalerweise, wenn die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 76 klein ist, kann der Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins weggelassen werden, da dessen Pufferwirkung nicht benötigt wird, weshalb er hier durch den Abschwächer 120 ersetzt ist. Ein differenzierender Verstärker 124 gibt ein Ausgangssignal über einen Widerstand I26, der den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand

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hat, ebenfalls an den Gatteranschluß des Feldeffekttransistors 112 ab. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 124 ist geerdet, während sein invertierender Eingang mit der Stromdifferenz von zwei Wegen beaufschlagt wird, nämlich einem über einen Widerstand 128 an einem zweiten Bezugspotential I30. Der zweite Weg wird über die gesteuerten Leitungsanschlüsse eines Feldeffekttransistors I32 mit einem parallel liegenden Widerstand 135 vom niederfrequenten Regelsignal auf einer Leitung 134 gebildet. Das Regelsignal auf der Leitung 134 wird spannungsmäßig geteilt durch Widerstände 135 und 136 sowie in den Gatteranschluß des Feldeffekttransistors 132 über einen Widerstand I38 eingespeist. Ein Widerstand 140 liegt zwischen dem Gatteranschluß des Feldeffekttransistors 132 und dem Ausgang des Verstärkers 124.

Beim Betrieb arbeitet der Integrator 64 mit einstell· barer Integrationsrate ähnlich wie der Integrator 60 bis auf die Ausnahme, daß das Regelsignal und das Bezugssignal an entgegengesetzcen Punkten in den Integrator im Vergleich zum Integrator 60 eingespeist werden. Daher bewirkt eine Erhöhung im niederfrequenten Regelsignal, was einen größeren Gehalt an niederfrequentem Signal andeutet, eine Erhöhung derWiderstandswerte der Feldeffekttransistoren 112 und 132. Diese Erhöhung des Widerstandswerts des Feldeffekttransistors 112 verursacht eine Verschiebung der Verstärkung-Frequenz-Kurve des integrierenden Verstärkers 114 und eine Verringerung der niederfrequenten Rückkopplung am Integrator 60. Als weiteres Ergebnis wird die niederfrequente Antwort des einstellbaren Bandpaßfilters durch Absenken des niederfrequenten Grenzpunkts ausgedehnt. Die Widerstände 122 und 126 ar-

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beiten wie oben angedeutet, um den Gatter-Weohselsfrom-' Signalpegel in der Mitte zwischen den Wechselstrom-Signalpegeln der gesteuerten Anschlüsse des Feldeffekttransistors 112 zu halten. Die Feldeffekttransistoren 112 und 152 bewirken eine Temperaturkompensation und linear!sieren die Änderung des Widerstands über das niederfrequente Regelsignal, so daß der niederfrequente Grenzpunkt genau indirekt proportional zu diesem Regelsignal sich ändert. Die Schaltung führt beim Gesamtbetrieb die Funktion eines Spannungsteilers aus, wie bereits im älteren Vorschlag angedeutet ist.

Das Ausgangssignal des Integrators 64 mit einstellbarer Rate wird in die Formschaltung 66 für die niederfrequente Ecke eingespeist und über einen Widerstand 140 vom Eingang eines Verstärkers 142 empfangen. Der Verstärker 142 hat einen Rückkopplungsweg, der aus einem Kondensator 144 und einem Widerstand 146 besteht. Die Bauteile sind so abgeglichen, daß sie eine zusätzliche niederfrequente Verstärkung im Rückkopplungsweg ergeben, die die niederfrequente Grenzfrequenzecke an den niederfrequenten Enden schärft.

Das Zusammenwirken der Bauteile in der Signalschleife verursacht, daß das Bandpaßfilter eine im wesentlichen schmale Bandbreite um die Mittenfrequenz von 700 Hz bei Fehlen jeglichen Regelsignals in entweder dem höher- oder niederfrequenten Anteil hat und ihr höher- und niederfrequente Grenzpunkt erhöht bzw. abgesenkt wird bei zunehmendem höher- und niederfrequentem Regelsignal. Wenn der höher- und niederfrequente Grenzpunkt von der Mittenfrequenz wegbewegt werden, wird die Verstärkung der Mittenfrequenz konstant gehalten, wie Fig. 2A zu erkennen gibt.

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Aus Fig. 2A ist ersichtlich, daß die Form des höherund niederfrequenten Grenzpunkts dieselbe wie bei einstufigen RC-Tlefpaß- und Hochpaßfiltern ist. Bei minimaler Bandbreite jedoch, wenn der höher- und niederfrequente Grenzpunkt zusammenfallen, wird die maximale oder Mittenfrequenzverstärkung durch Rückkopplung über den Widerstand 6l konstant gehalten. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Kaskadeschaltung eines einstellbaren Tiefpaß- und Hochpaß-Filters. .

Bei maximaler höherfrequenter Bandbreite wird die höherfrequente Ecke durch das Filter 58 geschärft, um eine im wesentlichen abgeflachte Antwort von der 700 Hz-Mittenfrequenz bis zu ungefähr 20 kHz am höherfrequenten Ende zu erzielen. Eine ähnliche* Wirkung wird erzeugt durch das Filter 66 für das niederfrequente Ende, wodurch die Ecke geschärft und die Antwort von 700 Hz bis nach unten zu 20 Hz abgeflacht wird.

Aus dem Ausgangssignal des Integrators 60 erzeugt ein Entzerrer 148 für höhere Frequenzen ein Entzerrungskomplement in bezug auf die höherfrequente Vorverzerrung durch die Schaltung 52. Das Ausgangssignal des einstellbaren Bandpaßfilters wird durch das Ausgangssignal des Entzerrers 148 gebildet.

Das höher- und niederfrequente Regelsignal (auch Steuersignal genannt) werden durch die in Fig. 3 gezeigte Schaltung erzeugt. Zur Erzeugung eines niederfrequenten Regelsignals wird dasselbe Signal, das in den Eingang des einstellbaren Bandpaßfilters eingespeist wird, einem Tiefpaßfilter 150 zugeführt, um auszuwählen und durchzulassen vorwiegend niederfrequente Signalkomponenten, die im Änderungsbereich des niederfrequenten Grenzpunkts liegen. Das Aus-

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gangssignal des Tiefpaßfilters 150 wird in einen Signalamplitudenbegrenzer 152 eingespeist, um zu verhindern, daß außerordentlich hohe Signalpegel auf die nachfolgende Schaltung einwirken. Das Ausgangssignal des Begrenzers 152 wird einem Vollweggleichrichter 154 und einem Spitzenwertgleichrichter 156 zugeführt. Diese können von der Art nach dem älteran Vorschlag sein, um ein steil ansteigendes, langsam ^,-fallendes Antwortsignal auf das Ausgängssignal des Begrenzers 152 abzugeben. Das Ausgangssignal des Spitzenwertgleichrichters 156 wird in ein nichtlineares Filter 158 eingespeist, das vorzugsweise den in Fig. 3 gezeigten Aufbau hat, also mit einem RC-JC-Filter 16Ο, das das Ausgangssignal des Gleichrichters empfängt und es in einen Differenzverstärker l62 einspeist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird zu sich selbst über einen Widerstand l6jj rückgekoppelt, zum kalten Ende des ersten Kondensators im RC- 3t -Filter I60 und zu einem Differenzeingang eines weiteren Verstärkers l64. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 164 wird mit dem Eingangssignal in das nichtlineare Filter I58 versorgt, wie es durch die Spannungsteilerwiderstände l66 und 168 abgeschwächt ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 164 wird über eine Diode 17-4 demselben Eingang des Verstärkers l62 zugeleitet, mit dem auch das Filter 16Ο verbunden ist. Dieser selbe Eingang wird auch mit einem Signal zum Ausgang eines Verstärkers 176 Über eine Diode I8O beaufschlagt. Der Verstärker empfängt die Differenz zwischen einem Bezugseingangssignal und dem Signal von der Diode 180.

Das nichtlineare Filter 158 arbeitet so, daß ein Signal filtern- und -glätten durch das' RC- 3t -Filter mit erhöhter Antwort verursacht wird, die durch die Rück-

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kopplung vom Verstärker 162 erzeugt wird. Wenn jedoch das Eingangssignal des nichtlinearen Filters 158 das geglättete und gefilterte Ausgangssignal des Verstärkers 162 um einen vorgegebenen Prozentsatz überschreitet, der durch die Spannungsteilerwiderstände 166 und 168 bestimmt ist, steigt das Ausgangssignal des Verstärkers 164 schnell an, überwindet das Einschaltpotential der Diode 174 und bewirkt, daß der Verstärker l62 schneller auf das Eingangssignal des nichtlinearen Filters anspricht. Eine Bereichsbegrenzfunktion wird durch den Verstärker 176 und die Diode 180 erzielt, um einen maximalen Signalpegel für das niederfrequente Regelsignal herzustellen, das von seinem Ausgang abgenommen wird. Ein weiterer Widerstand I82, der zwischen der Diode 174 und dem Verstärker 162 liegt, gibt der Begrenzungsfunktion Vorrang.

Um das höherfrequente Regelsignal zu erzeugen, wird ein Hoohpaßfilter anstelle des Tiefpaßfilters in Fig. -~*> eingesetzt, während die Schaltung sonst im wesentlichen in derselben Weise wie bei der Erzeugung des höherfrequenten Regelsignals arbeitet.

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Claims

- 17 Patentansprüche .

(1.;Filter mit geringer Verzerrung und variabler Frequenzantwort, bei dem eine Grenzfrequenz Innerhalb eines ausgedehnten Dynamikbereichs In Abhängigkeit von einem Steuersignal variierbar ist, gekennzeichnet durch' .·

eine Filtereinrichtung mit einer Verstärkungskennlinie, ^x die sich gleichsinnig mit der Frequenz ändert?

eine Einrichtung zur Verringerung der Verstärkungsänderung der Filtereinrichtung, um eine untere Grenze der Verstärkung der Filtereinrichtung aufzuerlegen, so daß die Filtereinrichtung eine Frequenzantwortkurve hat, die Im wesentlichen flach in einem bestimmten Teil und sich ·' ei η' sinnig mit der Frequenz ändernd in einem weiteren Teil ist, wobei die Grenzfrequenz zwischen den beiden Teilen liegt j

eine Stellimpedanzeinrichtung, die die Lage der Verstärkungskennlinie der Filtereinrichtung entsprechend ihrer Impedanz bestimmt, wobei der Grenzpunkt entsprechend durch die Impedanz der Stellimpedanzeinrichtung bestimmt wird; und · ·

eine Einrichtung zur Änderung der Impedanz.der Stelllmpedanzeinrlchtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal.;
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Impedanz der Stellimpedanzeinrichtung aufweist:

einen Integrator,der die Kennlinie variabler Verstärkung erzeugt und an einem Eingang die erste- Stellimpedanzelnrlchtung angeschlossen hat;

eine zweite Stellimpedanzeinrichtung;

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eine Rückkopplungssteuerschaltung, die ein Vorspannungssignal erzeugt, das mit der Impedanz der ersten und zweiten Stellimpedanzeinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal variiert; und

eine Einrichtung für die Zuordnung der zweiten Steuerimpedanzeinrichtung zur Steuerschaltung, um eine Änderung im Vorspannungssignal in Abhängigkeit von einer Änderung in der Impedam; der zweiten Stellimpedanzeinrichtung sowie eine Kompensation in der Änderung der ersten Stellimpedanzeinrichtung, hervorgerufen durch Änderungen in den Betriebsbedingungen der ersten und zweiten Stellimpedanzeinrichtung, zu verursachen.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und zweite Stellimpedanzeinrichtung Feldeffekttransistoren sind; und

daß eine Einrichtung den Signalpegel des Gatters der ersten Stellimpedanzeinrichtung im wesentlichen mittig zwischen den Signalpegeln der gesteuerten Anschlüsse der ersten Stellimpedanzeinrichtung * hält, um die Verzerrung zu verringern.
4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Einrichtung zur Impedanzänderung in Abhängigkeit von dem Steuersignal ferner aufweist:

eine Einrichtung zum Filtern des in das Filter eingespeisten Signals, wobei die Einrichtung vor allem auf den Frequenzbereich anspricht, innerhalb dessen der .Grenzpunkt variiert;

eine Einrichtung zur SpltzenwertgleichrlehtuBg des gefilterten Signals; und

eine Einrichtung zum nichtlinearen Filtern des spitzenwertgleichgerichteten Signals, um in Verbindung mit de« Spitzen-

wertgleichrichter das Steuersignal mit einem geglätteten, schnell ansteigenden und langsam abfallenden Verlauf in Abhängigkeit von im entsprechenden Frequenzbereich vorherrschenden Signalpegeln zu versehen..
5. Filter nach Anspruch 1,' gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Verringerung von Gleichstrom-Transienten aus der Filtereinrichtung in Abhängigkeit von Änderungen des Steuersignals. ·
6. Tonfrequenzfilter mit variablem Durchlaßband, gekennzeichnet durch

einen Vorwärtssignalweg mit einer Verstärkungskennlinie, die "einsinnig mit der Frequenz variiert;

einen RUckwärtssignalweg mit einer ähnlichen Verstärkungskennlinie, die einsinnig mit der Frequenz variiert, wobei der RUckwärtssignalweg eine Signalrückkopplung um den Vorwärtssignalweg vornimmt;

eine erste Einrichtung zur Vornahme einer Breitbereicheinstellung in der Lage der Verstärkungskennlinie des Vorwärtssignalwegs in Abhängigkeit vom Signalgehalt in einem ersten Teil des Tonfrequenzbereichs;

eine zweite Einrichtung zur Vornahme einer Breitbereichseinstellung in der Lage der Verstärkungskennlinie des RUckwärtssignalwegs in Abhängigkeit vom Signalgehalt in einem zweiten Teil des Tonfrequenzbereichs;

wobei die zweite Einrichtung eine weitere Einrichtung zur Einstellung der Verstärkungskennlinie entgegengesetzt zu der ersten Einrichtung in Abhängigkeit vom Signalgehalt hat; und

eine Einrichtung zur Begrenzung der Verstärkung des Vorwärtssignalwegs, um eine im wesentlichen konstante Mitten-

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frequenzverstärkung dem Filter zu verleihen.
7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Vorwärts- und der RUckwärtssignalweg Integrationsschaltungen einstellbarer Rate haben; und

daß die erste und zweite Einrichtung Feldeffekttransistor-Eingangs schaltungen für die Integrationsschaltungen und eine Einrichtung zur Steuerung des Widerstandswertß der Feldeffekttransistoren in Abhängigkeit von den entsprechenden Signalgehalten haben,uin ·■ dadurch die Integrationsrate und Signalfilterkennlinie des Vorwärts- und Rückwärtssignalwegs zu steuern. .
8. Einstellbares Bandpaßfilter, gekennzeichnet durch: einen Vorwärtssignalwegj

einen RUckwärtssignalweg; . '

und eine Rückkopplungsschaltung zur Begrenzung der Verstärkung des Vo^vrärtssignalwegs;

wobei der Vorwärtssignalweg aufweist:

eine erste Einrichtung mit einer frequenzabhängigen Verstärkungskennlinie;

eine erste Stellwiderstandseinrichtung, um die Lage der Verstärkungskennlinie der ersten Stellverstärkungseinrichtung sowie ihrenWiderstandswert in Abhängigkeit von einem ersten Vorspannungssignal zu bestimmen, das in einen Steuereingang von ihr einspeisbar ist;

eine erste Einrichtung zur Erzeugung des ersten Vorspannungssignals, um die Differenz im Signalpegel zwischen einem ersten Bezugssignal und einem ersten Steuersignal darzustellen,

eine zweite Stellwiderstandseinrichtung, um den Widerstands-

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wert zwischen der ersten Einrichtung und dem ersten'Be- · zugssignal oder dem ersten Steuersignal zu variieren;

eine Rückkopplungseinrichtung, die der ersten Einrichtung zugeordnet ist, um den Widerstandswert der zweiten Steilwiderstandseinrichtung in Abhängigkeit vom ersten, Vorspannungssignal zu variieren;

wobei der Rückwärtssignal weg aufweist: ■ '

eine zweite Einrichtung mit einer Verstärkungskennlinie, die ,J ei.n.sinnig mit der Frequenz variiert; ^;

eine dritte Steilwiderstandseinrichtung, die die Lage
der Verstärkungskennlinie der zweiten Steilwiderstandseinrichtung und ihren Widerstand in Abhängigkeit von
einem zweiten Vorspannungssignal variiert, das in einen Steuereingahg von ihr eingespeist wird; ·

eine zweite Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Vorspannungssignals, das die Differenz im Signalpegel zwischen einem zweiten Bezugssignal und einem zweiten Steuersignal darstellt; .· '

eine vierte Steilwiderstandseinrichtung; die den Widerstandswert zwischen der zweiten Einrichtung und dem zwei- · ten Bezugssignal oder dem zweiten Steuersignal variiert; und . · ■ -.-'·"■.

eine RÜckkopplüngseinrichtung, die der zweiten Einrichtung zugeordnet ist, um den Widerstandswert der vierten · Steilwiderstandseinrichtung in Abhängigkeit von einer · ^ Änderung im zweiten Vorspannungssignal.zu.variieren,
9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Steilwiderstandseinrichtung im wesentlichen in derselben.'-Temperaturumgebung gehalten werden, und daß die dritte und vierte Steilwiderstandseinrichtung im wesentlichen

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in derselben Temperaturumgebung gehalten werden, wodurch Temperaturänderungen an der ersten und dritten Steilwiderstandseinrichtung durch Änderungen im ersten und zweiten Vorspannungssignal kompensiert werden, die durch entsprechende Änderungen in der zweiten und vierten Stellwiderstandseinrichtung hervorgerufen sind.
10. Bandfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Einrichtung den Wechselstrom-Signalpegel an den Steuereingängen der ersten und dritten Stellwiderstandseinrichtung ungefähr mittig zwischen den Wechselstrom-Signal -Pegeln der gesteuerten Anschlüsse davon hält;

und daß die Steilwiderstandseinrichtungen Feldeffekttransistoren sind. . *
11. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts- und RUckkopplungssignalweg zu einer geschlossenen Schleife zusammengesohaltet sind; und

daß die geschlossene Schleife eine Einrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen abgeflachten Kennlinie als Antwort des Filters bei maximalen Durchlaßbandbreiten aufweist.
12. Filter nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:
einen Vorverzerrer hoher Frequenzen, die in das Bandpaßfilter eingespeist werden; und
einen Entzerrer hoher Frequenzen,im Signal am Ausgang des Bandpaßfilters.
15. Bandpaßfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des ersten und zweiten Steuersignals aufweist:

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eine Einrichtung zum Filtern des in das Bandpaßfilter eingespeisten Signals, wobei die Einrichtung vor allem auf den Frequenzbereich anspricht, über den ein Grenze-Punkt des Bandpaßfilters in Abhängigkeit vom ersten oder zweiten Steuersignal variiert; ,

eine Einrichtung zur Spitzenwertgleichrichtung des gefilterten Signals; und '. -

eine Einrichtung zur nichtlinearen Filterung des spitzenwertgleichgerichteten Signals, um in Verbindung mit dem Spitzenwertgleichrichter das erste oder zweite Steuersignal mit einem geglätteten, steil ansteigenden und langsam abfallenden Verlauf als Antwort auf Signalpegel zu versehen, die im entsprechenden Frequenzbereich vorherrschen. -.'■"·'

14. Bandpaßfilter nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung des Änderungsbereichs der Steuersignale. " , . "

15. Bandpaßfilter nach Anspruch IjS, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Filtereinrichtung das spitzenwertgleichgerichtete Signal jedesmal glättet, wenn das spitzenwertgleichgerichtete Signal innerhalb eines vorbestimmten Prozentsatzes des nichtlinear gefilterten Signals liegt, und eine schnell ansteigende Antwort auf das spitzenwertgleichgerichtete Signal jedesmal erzeugt, wenn das spitzenwertgleichgerichtete Signal den vorbestimmten Prozentsatz des nichtlinear gefilterten Signals überschreitet.
16. Mehrkanalsystem mit einstellbarem Bandpaßfilter nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal ein

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derartiges Bandpaßfilter aufweist; und

daß ein Steuersignalgenerator zur Steuerung des Durchlaßbands von zwei oder mehr Kanälen vorgesehen ist.

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