DE2406258C2 - Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Qualität der Wiedergabe von Ton frequenz-Darbietungen durch Vergrößern des Signal Rausch-Abstandes durch ein Kompression-Expansion System (sogenanntes Kompander-System) zu verbes sern. Die Nutzsignale werden vor dem gestörten Über tragungsweg, z. B. Leitung oder Tonband, in ihrer Am plitude komprimiert und nach der Übertragung expan diert.

Bei den bekannten Systemen besteht die Schwierig keit, unter anderem die folgenden Forderungen mög liehst weitgehend zu erfüllen: Geringer wirtschaftlichei Aufwand, sich entsprechende Kennlinien bei der Korn pression und Expansion, gute Reproduzierbarkeit de: ve.langten Werte bei den Geräten z. B. einer Fabrika tionsserie und die Ausbaufähigkeit des System-Kon zeptes bezüglich der Wahl des Expansion- und Kompressions-Grades. Die bisher bekannten Kompression-Expansion-Systeme erfordern entweder bei guter Qua lität einen relativ großen Aufwand oder sie erfüller nicht bei einem — insbesondere bei Konsumgeräter geforderten — geringen Aufwand in ausreichenden· Maße die obengenannten Forderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für ein Kompression-Expansion-System zi schaffen, die bei vergleichsweise geringem Aufwand er möglicht: Eine gute Qualität bezüglich der sinngemä ßen (komplementären) Übereinstimmung der Kennli nien bei Kompression und Expansion, eine geringe Temperaturabhängigkeit, eine gute Reproduzierbarkei der verlangten Werte bei Geräten einer oder verschie dener Fabrikationsserien ohne die Arbeit des Abglei chens und eine Erweiterung des Systems zu sehr hoher Kompressions- und Expansions-Graden hin.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zui automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansior in einem Nutzsignalweg mit Mitteln zum Ändern de; Übertragungsmaßes (»Steilglied«), bei der vom Ausgang bzw. Eingang des Nutzsignalweges ein Weg abgezweigt ist, auf dem aus dem Nutzsignal in einerr Steuerspannungserzeuger eine Steuerspannung gewonnen wird, die den Mitteln zum Ändern des Übertragungsmaßes (»Stellglied«) im Nutzsignalweg zugefühn wird. Erfindungsgemäß wird die Steuerspannung aucr im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung de; Übertragungsmaßes (»Stellglied«) zugeführt, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaße! im Zweigweg.

Zur Änderung der Übertragungsmaße können ar sich bekannte Stellglieder verwendet werden, z. B. mii direkter Steuerung der Verstärkung von Verstärkerr oder mit Änderung der Gegenkopplung oder Mitkopp lung von Verstärkern oder mit Steuerung von passiver Bauelementen.

Durch die erfindungsgemäße Gegenregelung (Anpruch 1) wird zunächst erreicht, daß die Steuer-Kenninien für die Kompression und Expansion (nachfolgend Lurz als Kennlinien bezeichnet) annähernd linear sind, wodurch ihre Reproduzierbarkeit in den Geräten z. B. :iner Fabrikationsserie erleichtert wird. Die normalen Streuungen der Eigenschaften der Bauelemente haben lierauf keinen wesentlichen EinHuß. Als Steuerspannungserzeuger kann im einfachsten Falle eine übliche Gleichrichterschaltung mit Schwellenwert, z. B. eine Diodenschaltung mit vorgespannter Diode, verwendet werden, so daß bei langsamen Änderungen der Amplitude die erzeugte Steuergleichspannung der Amplitude des Nutzsignals folgt.

Die Linearisierung der Kennlinien wird gemäß einer wichtigen Weiterbildung der Erfindung dadurch verbessert, daß die im Nutzsignalweg liegenden Mittel zur Änderung des Übertragungsmaßes und die im Zweigweg liegenden Mittel zur Änderung des Übertragungsmaßes die gleiche bzw. komplemen'äre Abhängigkeit der Änderung von der Steuerspannung haben. Die komplementäre Abhängigkeit gilt für den Fall der Expansion, ist aber dort nicht erforderlich, wenn man die Steuerspannung für die Expansion umpolt. Die gleiche bzw. komplementäre Abhängigkeit wirkt sich ferner günstig auf die Konstanz der Neigung der Kennlinien für Kompression und Expansion aus, was wichtig für die Reproduzierbarkeit der Kennlinien und damit vereinfachend für die Fabrikation ist. An sich wäre die erwähnte Gleichheit der Abhängigkeit nicht unbedingt notwendig zur Verbesserung der Linearisierung und der Erzielung einer Konstanz der Neigung, weil dies auch dann erreicht würde, wenn sich die beiden Abhängigkeiten durch einen konstanten Faktor unterscheiden (Anspruch 4). Da dies aber nur mit größerem Aufwand realisierbar ist (durch Reihen- oder Parallelschalten mehrerer Stellglieder), empfiehlt es sich, eine gleiche Abhängigkeit zu wählen (Anspruch 2).

Gemäß einer anderen wichtigen Weiterbildung der Erfindung wird die Konstanz der Neigung der linearisierten Kennlinien dadurch weiter verbessert, daß der Steuerspannungserzeuger nach Anspruch 5, insbesondere nach Anspruch 6, aufgebaut ist (gemäß einer älteren Patentanmeldung). Bei Verwendung eines solchen Steuerspannungserzeugers tritt zugleich der Vorteil auf, daß der Übergang zwischen dem unteren und mittleren Teil der Kennlinie einen scharfen und damit leicht reproduzierbaren Knick aufweist. Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Steuerspannungserzeuger bewirkt, daß am Eingang des Steuerspannungserzeugers (Punkt F) eine vollkommen konstante Wechselspannung in Höhe der genannten Schwellenspannung im gesamten Regelbereich auftritt. Dadurch wird eine vollkommen konstante Neigung der Kennlinien un^er der schon genannten vereinfachenden Bedingung erzielt, daß die Kennlinien der Mittel zur Änderung der Übertragungsmaße im Nutzsignal- und Zweigweg gleich (oder komplementär) sind.

Die beim bekannten Dolby-System (DT-OS 14 87 276) angewendete Dynamik-Regelung in einem vom Nutzsignal abgezweigten Zweigkanal ist bei Anwendung der Erfindung nicht notwendig, weil die Kennlinien für die Dynamik-Regelung von Gerät zn Gerät genau reproduzierbar sind. Deshalb ist die Erfindung vorwiegend für den ungeteilten Nutzsignalweg, also ohne Verwendung eines Zweigkanals für das Nutzsignal, bestimmt. In diesem Fall müssen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung im einzigen, also ungeteilten, Nutzsignalweg die kleinen Amplituden relativ zu den großen Amplituden vergrößert werden. Die großen Amplituden werden nicht vergrößert, indem die Steuerspannung oder die Wirkung des Stellgliedes im Nutzsignalweg auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.

Es ist auch bekannt, zur Vermeidung des sogenannten Atmens des Rauschens den Nutzfrequenzbereich in mehrere Teilbereiche aufzuteilen, in denen die Dynamik-Regelungen unabhängig voneinander stattfinden. Diese Maßnahme wird vorteilhaft zugleich mit der Erfindung angewendet

Die optimale Wirkung der Erfindung wird durch gleichzeitige Anwendung der Ansprüche 1, 2 (oder 4) und 5 und vorteilhaft noch von Anspruch 7 und 8 erreicht.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung für eine Kompression,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung für eine Expansion,

F i g. 3 ein Kennlinienfeld für die erfindungsgemäße Schaltung,

Fig.4 ein anderes Blockschaltbild der erfindunsgemäßen Schaltung für eine Kompression,

F i g. 5 und 6 je ein anderes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung für eine Expansion,

F i g. 7 ein Ausrührungsbeispiel des Blockschaltbildes nach F i g. 1,

F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel für eine Kompression mit Unterteilung des Frequenzbereiches,

F i g. 9 ein Ausführungsbeispiel für eine Expansion mit Unterteilung des Frequenzbereiches und

F i g. 10 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele für den verbesserten Steuerspannungserzeuger.

In F i g. 1 ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung bei der Kompression von Wechselspannungssignalen als Blockschaltbild dargestellt. Eine solche Schaltung kann z. B. beim Bespielen eines Tonbandgerätes verwendet werden.

Es ist beabsichtigt, die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale U\ mit einem bestimmten Dynamikumfang in Signale Ui umzuwandeln, die an der Ausgangsklemme 2 abgreifbar sind und einen kleineren Dynamikumfang aufweisen. Zu dem beschriebenen Zweck ist im Nutzsignalweg zwischen den Klemmen 1 und 2 ein in seiner Verstärkung steuerbarer Verstärker 3 angeordnet. Der Verstärker 3 besitzt einen Steuereingang 4, über den zwecks Änderung des Übertragungsmaßes seine Verstärkung mittels einer Steuergleichspannung steuerbar ist.

Zur Gewinnung der Steuergleichspannung ist ein Zweigweg mit einem weiteren Verstärker 7 vorgesehen, dessen Eingang an den Ausgang des Verstärkers 3 angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 7 speist einen Steuerspannungserzeuger 5, der zur Erzeugung einer von der Amplitude ihrer Eingangswechselspannung abhängigen Gleichspannung am Punkt Q dient. Sie wird als Steuerspannung den Steuereingängen 4 und 6 der Verstärker 3 und 7 zugeführt.

Die beschriebene Schaltung engt den Dynamikumfang des Nutzsignals ein, weil mit zunehmender Ausgangsspannung des Verstärkers 3 am Ausgang des Steuerspannungserzeugers 5 eine zunehmende Steuergleichspannung erscheint, die die Verstärkung des Verstärkers 3 herunterregelt. Außerdem wird dann erfin-

dungsgemäß auch die Verstärkung des Verstärkers 7 heruntergeregelt, so daß im Zweigweg eine Gegenregelung stattfindet, die die Regelkennlinie der Komprcssionsschallung in F i g. 1 nahezu linearisiert. Die Steuerspannung ist also in F i g. 1 eine Regelspannung. An Hand der Fig.3 wird unten diese Wirkung erläutert.

In F i g. 2 ist die Anwendung der,erfindungsgemäßen Schaltung bei der Expansion von Wechselspannungssignalen dargestellt. Eine solche Schaltung dient z. B. dazu, die mit der in F i g. 1 dargestellten Schaltung von (7i auf Ui komprimierten Signale so zu expandieren, daß die Ausgangssignale Ui wieder den Dynamikumfang der Eingangssignale Lh der Schallung nach F i g. 1 aufweisen.

Die Expansionsschaltung in F i g. 2 enthält zwischen der Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 11 einen steuerbaren Verstärker 8. Der Zweigweg, dessen Eingang in diesem Fall statt an den Ausgang an den Eingang des Verstärkers 8 im Nutzsignalweg angeschlossen ist, enthält den schon an Hand der F i g. 1 beschriebenen steuerbaren Verstärker 7. Der Steuereingang 9 des Verstärkers 8 sowie der Steuereingang 6 des Verstärkers 7 werden von dem Ausgang Q des Steuerspannungserzeugers 5 gespeist. Der Verstärker 8 ist wegen der verlangten Expansion so aufgebaut, daß die Steigung seiner Steuerkennlinie das umgekehrte Vorzeichen aufweist als die Steigung der Steuerkennlinie des Verstärkers 3, während der Verstärker 7 in F i g. 2 mit dem Verstärker 7 in F i g. 1 übereinstimmt und wie dieser gegengeregell wird. Wenn die Eingangsspannung (Ui) steigt und damit der Betrag der Steuergleichspannung an den Steuereingängen 9 und 6 steigt, dann hat dies also zur Folge, daß die Verstärkung des Verstärkers 8 vergrößert wird, während die Verstärkung des Verstärkers 7 verringert wird. Dies kann auch dadurch bewirkt werden, daß zwischen dem Steuerspannungserzeuger 5 und dem einen der beiden ansonsten gleich aufgebauten Verstärker 7 und 8 eine Phasenumkehrschaltung für die Steuergleichspannung liegt. Gleich aufgebaute Verstärker können auch dann verwendet werden, wenn die Verstärkung jeweils durch einen Gegenkopplungsspannungsteiler bestimmt wird (vgl. z. B. F i g. 7). Die für beide Verstärker gleiche Steuergleichspannung steuert dann in bekannter Weise (DT-OS 22 18 823) bei Kompression den einen Spannungsteilerwiderstand und bei Expansion den anderen Spannungsteilerwiderstand.

In F i g. 3 ist ein Pegeldiagramm in üblicher Darstellung wiedergegeben. Die zu verarbeitenden Nutzsignale U\ bei Kompression liegen auf der Abszisse zwischen -75 dB (angenommene Schwelle des Rauschens der Quelle) und dem Nenn-Pegel von 0 dB. Der absolute Wert der Eingangsspannung steigt auf der Abszisse von links nach rechts bis zum Nennpegel an. Die Ausgangspegel Lfe bei Kompression bzw. die Eingangspegel (t/2) bei Expansion liegen zwischen -45 dB und 0 dB. Der absolute Wert der Ausgangsspannung steigt auf der Ordinate von unten nach oben bis zum Nenn-Pegel an. Bei exakter Expansion liegen die Ausgangssignale (Ui) ebenfalls zwischen den genannten Werten von -75 dB und OdB.

Die Kurve 12 für die Abhängigkeit des Ausgangspegels Ui von Lh stellt die Kennlinie der Kompressionsschaltung nach Fig. 1 dar. Zwischen -75dB und -6OdB für U\ liegt eine konstante Verstärkung von 3OdB vor (Neigung der Kennlinie 12 von 45°), so daß bei gleich angenommener Maximal-Verstärkung der Verstärker 3 und 7 in F i g. 1 am Punkt P eine Verstärkung von 6OdB gegenüber dem Punkt 1 vorliegt. Erst bei einem Eingangspegel U\ von -6OdB (am Knick der Kennlinie 12), dem wegen der Verstärkung von 6OdB ein Pegel von U* = OdB im Punkt P entspricht, setzt im dargestellten Beispiel die Regelwirkung (Kompression) ein, weil dort die Schwelle des Steuerspannungserzeugers (5 in Fig. 1) überschritten wird. Von dem Wert Ut = -6OdB an nimmt die Verstärkung

■ ο laufend ab und hat bei einem Eingangspegel von 0 dB den Wert OdB, also die Verstärkung 1. Oberhalb von 0 dB verläuft die Kurve 12 mit dem Verstärkungswert 1 weiter, d. h., sie bildet eine Fortsetzung der gestrichelt eingezeichneten Geraden 15 für die Verstärkung 1.

>5 Man erkennt, daß der Dynamikumfang von —75 dB bis OdB der Eingangssignale U\ auf einen Umfang von — 45 dB bis OdB der Ausgangssignale Ui verringert wird. Die Kurve 13 für Lh gibt den Verlauf der Spannung Ua am Punkt P wieder. Sie verläuft zwischen

ίο -60 dB und 0 dB genau waagerecht, wenn der obenerwähnte verbesserte Steuerspannungserzeuger verwendet wird (näheres bei F i g. 10 bis 13). Bei Verwendung eines üblichen Steuerspannungserzeugers mit Diodengleichrichtung steigt die Kennlinie dagegen allmählich

²S an, weil die Wechselspannung am Punkt Pin F i g. 1 bei zunehmender Nutzsignalspannung wegen des Regelvorganges im Zweigweg etwas ansteigt. Diese Kennlinie ist gekrümmt, und ihre Krümmung hängt von der Toleranz der Diode ab. Ditse Krümmung überträgt sich abgeschwächt auf die Kennlinien 12 und 14, was ihre Linearität also entsprechend beeinträchtigt.

Entsprechend der Kompression verläuft im beschriebenen Fall auch die Expansion. Die hierzu erforderliche Kennlinie ist mit dem Bezugszeichen 14 versehen. In diesem Fall liegen die Eingangssignale (L/2) in Fig.3 (Abszisse) zwischen -45 dB (komprimierte Schwelle des Rauschens) und 0 dB, wobei bei - 30 dB (am Knickpunkt der Kennlinie 14) die Verstärkungsänderung einsetzt. Aus diesen Eingangspegeln wird über die Kennlinie 14 der Expansionsschaltung wieder der ursprüngliche Dynamikumfang von —75 dB bis OdB. Die Kurve 13 für (Ua) gibt den Verlauf der Spannung (Ua) am Punkt P wieder. Hinsichtlich der Kennlinie gilt das im vorstehenden Absatz gesagte.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung zeigt sich darin, daß der mittlere Abschnitt der Kennlinien 12 bzw. 14, der für die Regelung maßgebend ist, infolge der erfindungsgemäßen Gegenregelung praktisch linear ist. Die lineare Ausbildung bedeutet daß die Kennlinien auch bei verschiedenen Geräten übereinstimmen. Für ein einzelnes Gerät ist es an sich gleichgültig, welchen Verlauf die Kennlinie hat, sofern sich die Verläufe bei Kompression und Expansion entsprechen. Die Schwierigkeiten treten auf, wenn die Kennlinien auch bei den Geräten in der Fabrikation gleich sein sollen. In diesem Fall besitzt eine lineare Kennlinie den Vorteil einfacher und guter Reproduzierbarkeit Die üblichen Toleranzen der verwendeten Bauelemente haben bei Anwendung der Erfindung keinen wesentlichen Einfluß auf die Linearität der Kennlinien.

In F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung für den Fall der Kompression dargestellt. Gegenüber F i g. 1 ist noch ein Verstärker 17 zwischengeschaltet Je nach Wahl der Klemme 16 oder 18 als Ausgangsklemme ergibt sich ein anderer Verlauf der jeweils wirksamen Kennlinie, Die Schaltung besitzt also eine umschaltbare Kennlinie.
Um die nach F i g. 4 komprimierten Signale wieder

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auf einfache Weise expandieren zu können, ist die in F i g. 5 dargestellte Schaltung geeignet, wenn in F i g. 4 die Klemme 18 als Ausgangsklemme dient. Gegenüber F i g. 2 ist ein Verstärker 19 zwischengeschaltet.

Wird in der Schaltung mich Fig.4 die Klemme 16 als Ausgangsklemme gewählt, so dient als Expansionsschaltung die in Fig.6 dargestellte Schaltung, bei der im Zweigweg der zusätzliche Verstärker 20 notwendig ist.

In F i g. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Kompressionsschaltung nach F i g. 1 dargestellt. Als Verstärker im Nutzsignalweg dient ein Differenzverstärker 3, dessen invertierender Eingang 27 über einen Widerstand 26 mit der Eingangsklemme 1 und dessen nichtinvertierender Eingang 28 mit der Bezugsspannung verbunden ist. Der Differenzverstärker 3 ist also als invertierender Verstärker geschaltet. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 3 wird von dem Gegenkopplungsweg mit dem Gegenkopplungsspannungsteiler 24. 26 bestimmt. Der Widerstand 24 ist an seinem Steuereingang 21 steuerbar. Der Verstärker 7 in F i g. 1 ist in F i g. 7 von dem invertierenden Verstärker 7 gebildet, wobei die Verstärkung dieses Verstärkers 7 von dem Widerstand 23 mit Steuereingang 22 im Gegenkopplungsweg bestimmt wird. Die Widerstände 23 und 25 bilden zusammen einen Gegenkopplungsspannungsteiler.

Bei den bisher beschriebenen Anwendungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltung wird immer über den gesamten zu übertragenden Frequenzbereich gleichmäßig komprimiert und expandiert. Es ist jedoch mitunter wünschenswert, den Frequenzbereich der Kompressionsschaltung oder Expansionsschaltung, wie bekannt, in mehrere Teilbereiche zu zerlegen, in denen die Wirkung jeweils unabhängig von den anderen Teilbereichen erfolgt Dadurch wird das sogenannte atmende Rauschen, das auf Grund der Dynamikregelung von Nutzsignalen tiefer Frequenzen (Paukenwirbel) auftritt, beseitigt

Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung für eine Kompressionsschaltung ist in F i g. 8 dargestellt Die Verstärkung des Verstärkers 3 ist durch Steuerung des Gegenkopplungsweges 31, 30 steuerbar. Dieser Gegenkopplungsweg enthält außerdem ein frequenzabhängiges Netzwerk 29. In dem zweiten Gegenkopplungsweg 34, 30 liegt ein zweites frequenzabhängiges Netzwerk 36.

Vom Verbindungspunkt des als Filter ausgebildeten frequenzabhängigen Netzwerkes 29 mit dem Widerstand 31 aus wird über einen Widerstand 32 ein Zweigweg mit einem steuerbaren Verstärker 7 und einem Steuerspannungserzeuger 5 gespeist Die Verstärkung des Verstärkers 7 wird über den steuerbaren Gegenkoppiungswiderstand 33 gesteuert.

Entsprechend dem Gegenkopplungsweg mit dem Filter 29 ist der Gegenkopplungsweg mit dem als Filter aufgebauten frequenzabhängigen Netzwerk 36 ausgebildet Der steuerbare Widerstand 34 wird von einem weiteren Steuerspannungserzeuger 38 angesteuert, der wie der Steuerspannungserzeuger 5 aufgebaut ist. Der Steuerspannungserzeuger 38 seinerseits wird von einem Verstärker 39 angesteuert, dessen Verstärkung durch Steuerung des steuerbaren Gegenkopplungswiderstandes 35 steuerbar ist. Der Widerstand 37 bildet mit dem Widerstand 35 einen Gegenkopplungsspannungsteiler.

Die Verstärkung des Verstärkers 3 wird somit in den durch die Filter 29 und 36 bestimmten Frequenzbereichen nahezu unabhängig voneinander geregelt Die Filter 29 und 36 sind im vorliegenden Fall so dimensioniert, daß das eine Filter die tiefen und mittleren und das andere Filter die hohen Erequenzen bevorzugt durchläßt.

Ebenfalls eine Aufteilung des zu übertragenden Frequenzbereiches in mehrere Teilbereiche zeigt die Expansions-Schaltung nach F i g. 9, in der eine Expansion nur in dem durch Filter 29 gegebenen oberen Teil des Frequenzbereiches stattfindet. Zu diesem Zweck liegt

ίο in Reihe mit dem Filter 29 ein steuerbarer Gegenkopplungsweg 41,40. Zur Steuerung dienen wie in der Kompressionsschaltung in Fig.8 die Teile 32, 7, 5, 33. In Reihe mit dem Filter 36 für den unteren Teil des Frequenzbereiches liegt ein fester Gegenkopplungsweg 41,

42. Diese gegenüber der Schaltung nach F i g. 8 vereinfachte Schaltung genügt für geringere Qualitätsansprüche, wie sie z. B. an billige Kassetten-Tonbandgeräte gestellt werden.
An sich kann die beschriebene Aufteilung des Frequenzbereiches beliebig weit getrieben werden. Dies ist lediglich eine Frage des vertretbaren Aufwandes. Bezüglich des Kennlinienfeldes nach F i g. 3 wirkt sich die Aufteilung in mehrere Frequenzbereiche dahin aus, daß die Kennlinien zwar entsprechend verschiedene Verlaufe (Lage der Knickpunkte, Steilheit) aufweisen, daß die einzelnen Kennlinien-Abschnitte aber wieder im wesentlichen geradlinig sind.

Für die beschriebenen steuerbaren Widerstände in den Gegenkopplungswegen eignen sich in vorteilhafter Weise die Source-Drain-Strecken von Feldeffekttransistoren. Wenn ferner zwei steuerbare Widerstände in gleicher Weise gesteuert werden sollen, etwa die Widerstände 23 und 24 in F i g. 7 oder 33 und 40 in F i g. 9, dann eignen sich hierzu vorteilhaft Dual-Feldeffekttransistoren.

Nun folgt eine Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen für den schon erwähnten vorteilhaften Steuerspannungserzeuger, der bewirkt daß die Regelspannungskennlinie für die Kompression (14 in F i g. 3) und die entsprechende Kennlinie für die Expansion (12 in Fig.3), die durch die Erfindung bereits geradlinig gemacht sind, zusätzlich noch eine von Gerät zu Gerät mit Sicherheit konstante Neigung haben. Außerdem entsteht als Übergang des unteren Teils der Kennlinie zum mittleren Teil (Regelbereich) ein ausgeprägter Knick, so daß auch dieser Übergang leicht reproduzierbar ist

Dieser verbesserte Steuerspannungserzeuger enthält wie der bekannte Däodengleichrichter einen Kondensator, der aufgeladen und entladen wird. Während jedoch beim Diodengleichrichter der Kondensator durch die Spitzen der Halbschwingungen der Nutzsignale aufgeladen wird, geschieht beim verbesserten Steuerspannungserzeuger die Aufladung von der Betriebsspannungsquelle aus. Die Nutzsignale wirken nur steuernd auf die Aufladung (oder Entladung), indem sie beirr Überschreiten eines Schwellwertes einen im Ladekreii (oder Entladekreis) liegenden elektronischen Schaltei schließen. Die Zeitkonstante der Aufladung (oder Ent ladung) läßt sich im Gegensatz zum bekannten Dio dengleichrichter außergewöhnlich kurz bemessen, se daß die Steuerwiirkung (im Falle der Kompression ein« Regelwirkung) momentan (in der Größenordnung dei Dauer einer Halbschwingung des Nutzsignals) einsetz und dadurch die Amplitude des Nutzsignals unter dei erwähnten Schwellwert herunterdrückt Der Schaltei öffnet sich deshalb, und die Entladung (oder Aufladung geht mit einer größer bemessenen Zeitkonstante vo

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sich (größer, damit keine Verzerrungen auftreten). Der beschriebene Vorgang findet periodisch statt, weil nach dem öffnen des Schalters die Amplitude des Nutzsignals, und zwar die nächste Halbschwingung wieder auf den Schwellwert geregelt wird. Die erzeugte Steuerspannung wird entweder durch die Aufladung des Kondensators auf die volle Betriebsspannung (F i g. 10) oder durch die völlige Entladung des Kondensators (Fig. 11 bis 13) begrenzt. Bei diesem Wert der Steuerspannung treffen die Kennlinien 12 und 14 in F i g. 3 auf die Gerade 15 (z. B. im Nullpunkt in F i g. 3 oder darunter).

Die Fig. 10 gilt für den erwähnten Fall der Aufladung und die Fig. 11 bis 13 gelten für den anderen, oben durch Klammern angedeuteten Fall der Entladung über den Schalter. In allen vier Figuren ist eine Schaltung für den in den F i g. 1 bis 9 gezeichneten Steuerspannungserzeuger 5 (auch 38 in F i g. 8) mit der Eingangsklemme P und der Ausgangsklemme Q dargestellt.

In F i g. 10 wird der Schalter 43 beim Überschreiten eines Schwellwertes des dem Punkt P zugeführten Nutzsignals geschlossen, so daß der Kondensator 44 von der Betriebsspannungsquelle Ub aus über den Widerstand 46 mit einer durch die Bauteile 44 bis 46 bestimmten sehr kleinen Zeitkonstante fast schlagartig aufgeladen wird. Der Schwellwert kann durch den Schalter selbst, z. B. durch die Basis-Emitler-Strecke eines Transistors, oder durch ein vorgeschaltetes Mittel (z. B. Verstärker) gegeben sein. Am Kondensator erscheint also eine Steuerspannung, die dem Punkt Q entnommen wird. Sie sinkt durch Entladung des Kondensators über den Widerstand 45 langsam ab, so daß die Amplitude des Nutzsignals am Punkt P entsprechend ansteigt und den Schwellwert wieder überschreitet und damit einen neuen Vorgang auslöst. Man erkennt, daß ein solcher Steuerspannungserzeuger in der im Zweigweg in F i g. 1 oder 2 liegenden Regelschaltung (Regelung des Verstärkers 7) eine sehr schnelle Regelwirkung bei einem Amplitudenanstieg 3 hat. Dieser Vorteil, der bereits in der erwähnten älteren Patentanmeldung genannt ist, ist auch hier wichtig, jedoch hat ein solcher Steuerspannungserzeuger auch den zweiten hier bedeutsamen Vorteil, daß an seinem Eingang P eine absolut konstante Wechselspannung Lh bei der Kompression oder (Lh) bei der Expansion auftritt, was gleichbedeutend mit dem waagerechten Teil der Kurve 13 in F i g. 3 ist Hieraus ist bedingt, daß die Kennlinien 12 und 14 in ihrem mittleren Teil eine von Gerät zu Gerät konstante Neigung haben, die durch die Toleranz der Bauelemente in der üblichen Größe nur unwesentlich beeinflußt wird. Die Kennlinien 12 und 14 in F i g. 3 haben unter den vereinfachenden Voraussetzungen gleicher Verstärker 3 und 7 in F i g. 1 bzw. 8 und in F i g. 2 einen bestimmten Winkel gegenüber der gestrichelten Geraden 15, die für die Verstärkung OdB, also die Verstärkung 1, gilt.

Vor den Schalter 43 wird ein Einweggleichrichter oder Doppelweggleichrichler 47 gelegt, wenn der Schalter 43 auf beide Richtungen der angelegten Wechselspannung ansprechen würde. Der reelle Widerstand 46 in Fig. 10 (und entsprechend auch der Widerstand 45 in Fig. 11) braucht kein ohmscher Widerstand zu sein, sondern kann in an sich bekannter Weise (z. B. bei Ablenkschaltungen von Fernsehempfängern) als Stromquelle ausgebildet sein, die einen nahezu konstanten Strom liefert.

In F i g. 11 ist eine Schaltung für den anderen schon erwähnten Fall dargestellt, daß nach Schließen des Schalters 43 beim Überschreiten eines Schwellwertes der vorher von der Betriebsspannung Ub über den Widerstand 45 aufgeladene Kondensator 44 sehr schnell durch den kleinen Widerstand 46 entladen wird.

In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel nach dem

Prinzip von F i g. 11 dargestellt. Hier ist als Schalter ein Transistor 43 angenommen, dessen Basis von der mit dem Spannungsteiler 48,49 herabgesetzten Nutzsignalspannung gesteuert wird. Der Transistor wird beim Überschreiten seiner Schleusenspannung von 0,7 V leitend und bestimmt dadurch den erwähnten Schwellwert. Die Toleranz der Schleusenspannung ist ausreichend klein, so daß die Neigung der Kennlinien 12 und 14 selbst bei hohen Forderungen noch genügend konstant von Gerät zu Gerät ist. Zugleich wirkt er als Gleichrichter, weil nur die eine Richtung der angelegten Wechselspannung den Transistor entsperren kann. Wenn ein elektronischer Schalter diese Eigenschaft nicht hat. kann ein Gleichrichter vorgeschaltet werden, jedoch ist er nicht notwendig. Der Widerstand 46 deutet den Innenwiderstand des Transistors 43 an, der im Bedarfsfall durch einen zusätzlichen ohmschen Widerstand vergrößert werden kann.

In Fig. 13 ist eine andere Möglichkeit zur Berücksichtigung der positiven und negativen Richtungen der Nutzsignalspannung dargestellt. Jeder Richtung ist hier ein eigener elektronischer Schalter zugeordnet. Der linke Schalter 43 für die positiven Halbschwingungen ist wie in Fig. 12 aufgebaut der rechte Schalter 51 mit den zugehörigen Bauelementen ist genauso aufgebaut und wird von den negativen Halbschwingungen des Nutzsignals über die Phasenumkehrschaltung 50, z. B. einen invertierenden Verstärker, angesteuert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion in einem Nutzsignalweg mit Mitteln zum Ändern des Obertragungsmaßes (»Stellglied«), bei der vom Ausgang bzw. Eingang des Nutzsignalweges ein Weg abgezweigt ist, auf dem aus dem Nutzsignal in einem Steuerspannungserzeuger eine Steuerspannung gewonnen wird, die den Mitteln zum Ändern des Übertragungsmaßes (»Stellglied«) im Nutzsignalweg zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung auch im Zweigweg liegenden Mitteln (6,

   7) zur Änderung des Übertragungsmaßes zugeführt wird, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg.

   2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Nutzsignalweg liegenden Mittel (3,8) zur Änderung des Übertragungsmaßes und die im Zweigweg liegenden Mittel (7) zur Änderung des Übertragungsmaßes die gleiche bzw. komplementäre Abhängigkeit der Änderung von der Steuerspannung haben.

   3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung des Übertragungsmaßes im Nutzsignal- und Zweigweg durch einen Dual-Feldeffekttransistor gebildet sind.

   4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Nutzsignalweg liegenden Mittel (3,8) zur Änderung des Übertragungsmaßes und die im Zweigweg liegenden Mittel (7) zur Änderung des Übertragungsmaßes Abhängigkeiten der Änderung von der Steuerspannung haben, die sich nur durch einen konstanten Faktor voneinander unterscheiden.

   5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspannungserzeuger (5) so aufgebaut ist, daß er beim Überschreiten eines Schwellwertes des Nutzsignals und damit auch des Eingangssignals des Steuerspannungserzeugers (5) eine Steuergleichspannung erzeugt, die unabhängig vom Nutzsignal von einem Schwellwert aus schnell so weit ansteigt oder abfällt, bis das Übertragungsmaß im Zweigweg so weit herabgesetzt ist, daß das Eingangssignal des Steuerspannungserzeugers (5) — und damit im Fall der Dynamik-Kompression auch das Ausgangssignal im Nutzsignalweg (2) — unter den Schwellwert sinkt, wodurch die Steuerspannung wieder langsam auf ihren Ruhewert absinkt, bzw. ansteigt und der Vorgang von neuem beginnt.

   6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspannungserzeuger (5) einen Kondensator (44) enthält, der über einen oberhalb des Schwellwertes leitend werdenden, durch das Nutzsignal beeinflußten elektronischen Schalter (43) entladöar oder aufladbar ist und an dem die Steuerspannung entsteht, während die Aufladung bzw. Entladung aus der Betriebsspannung über einen reellen Widerstand (46) erfolgt (F i g. 10 bis 13).

   7. Schaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise im Nutzsignalweg und im Zweigweg der Nutzfrequenzbereich durch Filter unterteilt ist und die Dynamik-Kompression und -Expansion in den Teilen des Frequenzbereiches unabhängig voneinander durchge

   führt ist (F ig. 8,9).

   8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dynamik-Kompression und -Ex pansion im ungeteilten Nutzsignalweg durchgeführ sind und daß bei der Dynamik-Kompression di< kleinen Amplituden relativ zu den großen Amplitu den vergrößert werden, wobei die großen Amplitu den nicht vergrößert werden, indem die Steuerspan nung oder die Wirkung der Mittel (3, 8) zur Ände rung des Übertragungsmaßes im Nutzsignalweg au einen bestimmten Wert begrenzt wird.