DE2618268C3

DE2618268C3 - Verfahren zur Kompression eines Signals und zur Expansion des komprimierten Signals sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2618268C3
Application number: DE2618268A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Fujisawa Kanagawa Nisikawa
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS51127608A; GB1542653A; US4072914A; DE2618268B2; DE2618268A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur !Compression eines Signals und zur Expansion des komprimierten Signals zwecks Wiedergewinnung des ursprünglichen Signals,

bei dem zur Kompression

(a) die hohen Frequenzkomponenten des Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten verstärkt werden, wenn der Pegel des Signals abnimmt, und

(b) das komprimierte Signal auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird

und bei dem zur Expansion

(c) die hohen Frequenzkomponenten des von^: dem Aufzeichnungsmedium wiedergegebenen komprimierten Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten geschwächt werden, wenn der Pegel des komprimierten Signals abnimmt.

Zur Durchführung des Verfahrens befaßt sich die Erfindung ferner mit einer Anordnung zur Kompression des Signals und mit einer Anordnung zur Expansion des komprimierten Signals.

Der Zweck der Kompression und Expansion ist es, die Übertragung von Signalen mit herabgesetztem Rauschpegel vorzunehmen.

Eine bekannte Kompressions- und Expansionsanordnung zum Herabsetzen der Rauschkomponente ist als Dolby-S/N-Stretcher bekannt. Eine weitere Kompressions- und Expansionsanordnung ist als sogenanntes ANRS-System bekannt, dessen Aufgabe darin besteht, die beim Dolby-System auftretenden Probleme zu lösen. Das ANRS-System ist in der US-PS 37 57 254 oder der GB-PS 13 56 848 beschrieben.

In der Kompressionsanordnung von jedem der beiden genannten bekannten Systeme erhält man ein Frequenzvernalten, nach dem bei einer Pegelzunahme des Eingangssignals der Amplitudengang des Ausgangssignals für alle Frequenzen flacher wird und bei einer Pegelabnahme des Eingangssignals der Pegel im hohen Frequenzbereich im Vergleich zum niedrigen Frequenzbereich angehoben wird. In der Expansionsanordnung dieser bekannten Systeme wird entsprechend der oben genannten Pegelzunahme der Pegel komplementär gedämpft, so daß der Amplitudengang des gesamten Systems flach verläuft. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird die Rauschkomponente im hohen Frequenzbereich herabgesetzt.

Wenn man die Beziehung zwischen dem Pegel eines aufzuzeichnenden Eingangssignals und dem Pegel eines zur Wiedergabe bestimmten Ausgangssignals bei der Aufzeichnung und Wiedergabe mit Hilfe eines Magnetbandes überprüft, stellt man fest, daß der Sättigungspegel in der Eingangspegel-Ausgangspcgel-Kennlinie mit zunehmender Signalfrequenz im allgemeinen absinkt. Wenn die Signalfrcqucnz höher wird, geht somit die Kennlinie bei einem zunehmend kleiner werdenden Pegel in die Sättigung übe··. Dadurch geht die Linearität der proportionalen Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der Gesamtanordnung verloren.

Beiden bekannten Kompressions- und Expansionsanordnungen besteht somit die Schwierigkeit, daß der Dynamikbereich, insbesondere im hohen Frequenzbereich, nicht hinreichend groß gemacht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei den bekannten Kompressions- und Expansionsanordnungen auftretenden Schwierigkeiten der obengenannten Art zu beseitigen, d.h. ein Verfahren und entsprechende Anordnungen zu schaffen, bei denen auch im hohen Frequenzbereich eine Kompression und Expansion mit einem großen Dynamikbereich möglich ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,

(d) daß darüber hinaus zur Kompression die hohen Frequenzkomponenten des Signals zunehmend mehr a's die tiefen Frequenzkomponenten geschwächt werden, wenn der P.^eI des Signals zunimmt, und

(e) daß darüber hinaus zur Expansion die hohen Frequenzkomponenten des von dem Aufzeichnungsmedium wiedergegebenen komprimierten Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten verstärkt werden, wenn der Pegel des komprimierten Signals zunimmt.

Eine Anordnung zur Kompression des Signals enthaltend

(a) eine Steuerschaltung, an die das Signal gelegt ist und die ein Frequenzverhallen hat, gemäß dem der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich angehoben wird, wenn der Pegel eines zugeführten Steuersignals abnimmt, und der Amplitudengang im gesamten Frequenzbereich immer mehr einen ebenen Verlauf annimmt, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt,

(b) ein Hochpaßfilter zum Filtern und Gewinnen der hohen Frequenzkomponenten aus dem Ausgangs-■.ignal der Steuerschaltung und

(c) eine Schaltung zur Erzeugung des Steuersignals entsprechend dem Pegel des Ausgangssignals des Hochpaßfilters ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Frequenzverhalten hat, gemäß dem der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich anstelle des ebenen Verlaufs zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich abgesenkt wird, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt.

Eine Anordnung zur Expansion des komprimierten Signals enthaltend

(a) ei"cr, Gegenkopplungsverstärker zum Verstärken des komprimierten Signals,

(b) eine im Gegenkopplungszweig des Gepenkopplungsverstärkers liegende Steuerschaltung, an die das Ausgangssignal des Gegenkopplungsverstärkers gelegt ist und deren Ausgangsssignal am Eingang des Cegenkopplungsverstärkers anliegt, wobei die Steuerschaltung ein Frequenzverhalten aufweist, gemäß dem der Amplitudengang in dem hohen Frequenzbereich zunehmend i:ichr als im tiefen Frequenzbereich angehoben wird, wenn der Pegel eines zugeführten Steuersignals abnimmt, und du Amplituoengang im gesamten Frequenz bereich immer mehr einen ebenen Verlauf annimmt, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt,

(c) ein Hochpaßfilter zum Filtern und Erhalten der hohen Frequenzkomponenten aus dem komprimierten Signal und

(d) eine Schaltung zum Erzeugen des Steuersignals entsprechend dem Pegel des Ausgangssignals des Hochpaßfilters ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Frequenzverhalten hat, gemäß dem der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich anstelle des ebenen Verlaufs zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich abgesenkt wird, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt.

Das Kompressions- und Expansionsverfahren nach der Erfindung läßt sich besonders wirksam bei Signalübertragungseinrichtungen einsetzen, bei denen die Eingangspegel-Ausgangspegel-Kennlinie besonders im hohen Frequenzbereich bei einem Pegel in die Sättigung übergeht, der nicht allzu hoch ist, wie es beispielsweise bei einer Aufzeichnungs- und Wiederga-

beeinrichiuilg riui "viilgliciuäiiuci i'i ucT räii ist. ?S

Mit der Kompressions- und Expansionsanordnung nach der Erfindung wird der gewünschte vergrößerte Dynamikbereich ohne aufwendige Maßnahmen mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln und mit verhältnismäßig wenigen Bauelementen erreicht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit den wesentlichsten Teilen eines Ausführungsbeispiels einer nach der Erfindung ausgebildeten Kompressions- und Expansionsanordnung,

Fig. 2A und 2B äquivalente Blockschaltbilder der Aufzeichnungs- bzw. Kompressionsanordnung und der Wiedergabe- bzw. Expansionsanordnung der in der Fig. I gezeigten Kompressions- und Expansionsanordnung,

F i g. 3 eine grafische Darstellung mit Amplitudengängen von bekannten Kompressions- und Expansionsanordnungen,

F i g. 4 eine grafische Darstellung mit Eingangspegel- «o Ausgangspegel-Kennlinien von bekannten Kompressions- und Expansionsanordnungen,

F i g. 5 eine grafische Darstellung mit der Aufnahmepegel-Wiedergabepegel-Kennlinie eines Magnetbandes,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung einer ersten praktischen Ausführungsform der in der Fig. 2A dargestellten Aufzeichnungsanordnung,

F i g. 7 eine grafische Darstellung von den Amplitudengängen von Kompressions- und Expansionsanordnungen nach der Erfindung,

Fig. 8 eine grafische Darstellung von den Eingangspegel-Ausgangspegel-Kennlinien von Kompressionsund Expansionsanordnungen nach der Erfindung,

Fig. 9 eine grafische Darstellung mit den Amplitudengängen des Wiedergabesignals für den Fall, daß ein Signa! mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Kompressions- und Expansionsanordnung auf einem Magnetband aufgezeichnet und von dem Magnetband wiedergegeben wird,

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung einer zweiten praktischen Ausführungsform der in der Fig.2A dargestellten Aufzeichnungsanordnung und

F i g. 11 eine Schaltungsanordnung einer dritten praktischen Ausführungsform der in der Fig.2A dargestellten Aufzeichnungsanordnung.

In der F i g. 1 ist als Blockschaltbild eine Aufzeichnungs- und Wiedergabeanordnung eines Magnetbandgerätes dargestellt, das ein erstes Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Kompressionsund Expansionsanordnung verkörpert. Während der Betriebsart »Aufzeichnung« stehen die bewegbaren Kontakte von Umschaltern 11, 12, 13 und 14 mit den festen Kontakten R in Verbindung. Wenn ein aufzuzeichnendes Eingangssignal beispielsweise von einem Mikrofon an einem Eingangsanschluß 15 liegt, gelangt dieses Signal über den Umschalter 11 und über eine zur Impedanzanpassung dienende Emitterfolgerschaltung

16 zu einer Steuerschaltung 17. die ein wesentliches Teil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet. Das von der Steuerschaltung 17 in einer noch zu beschreibenden Weise verarbeitete Signal gelangt über den Umschalter 13 zu einem gegengekoppelten Verstärker 18.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird einem Ausgangsanschluß 19 zugeführt und gelangt gleichzeitig über den Umschalter 12 zu einer Steuersignalgeneratorschaltung 20 und über den Umschalter 14 zu dem einen Widerstand 22 enthaltender! Gegenkopplungszv/eig. der an den Eingang des Verstärkers 18 angeschlossen ist. Die Aufzeichnungsanordnung kann folglich durch das in der Fig. 2A gezeigte Blockschaltbild dargestellt werder.. Die Steuersignalgeneratorschaltung 20 erzeugt in Abhängigkeit vom Pegel des Ausgangssignals des Verstärkers 18 ein Steuersignal, das die Steuerschaltung

17 ansteuert. Am Ausgangsanschluß 19 tritt ein Signal auf, ciessen hoher Frequenzbereich in einer noch zu besch; übenden Weise gesteuert worden ist und das mit Hilfe eines nicht dargestellten Magnetkopfes auf dem Magnetband aufgezeichnet wird.

Während der Betriebsart »Wiedergabe« sind die bewegbaren Kontakte der Umschalter 11 bis 14 zu den feststehenden Kontakten P umgeschaltet. Ein vom Magnetband abgenommenes Signal wird über den Eingangsanschluß 15 einer Dämpfungsschaltung 21 und außerdem über den Umschalter 12 der Steuersignalgeneratorschaltung 20 zugeführt. Das am Ausgang der Dämpfungsschaltung 21 auftretende Signal gelangt über den Umschalter 13 zu dem gegengekoppelten Verstärker 18.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 tritt am Ausgangsanschluß 19 auf und wird über den Umschalter 11 und die Emitterfolgerschaltung 16 der Steuerschaltung 17 zugeführt. Das der Steuerschaltung 17 zugeführte Signal wird von dem Steuersignal der Steuersignalgeneratorschaltung 20 gesteuert und gelangt dann über den Schalter 14 als Gegenkopplungssignal zum Verstärker 18. Die Wiedergabeanordnung kann somit durch das in der Fig. 2B gezeigte äquivalente Blockschaltbild dargestellt werden. Am Ausgangsanschluß 19 tritt ein Wiedergabesignal auf, das expandiert worden ist, das also seine ursprüngliche Frequenzcharakteristik wieder erhalten hat, und in dem darüber hinaus Rauschkomponenten unterdrückt worden sind. Das Wiedergabesignal wird einem nicht dargestellten Lautsprecher zugeführt

Die als ANRS-System bekannte Kompressions- und Expansionsanordnung weist eine Kompressionsanordnung und eine Expansionsanordnung auf, die hinsichtlich des Blockschaltbildes den in den Fig.2A und 2B dargestellten Blockschaltbildern ähnlich sind und deren Steuerschaltung 17 derart ausgelegt ist, daß eine Kompression und eine Expansion entsprechend der Darstellung nach den F i g. 3 und 4 durchgeführt wird. Die Kompressionsanordnung zeigt somit ein Frequenzverhalten, bei dem bei einer Zunahme des Pegels des Eingangssignals der Amplitudengang zunehmend fla-

eher verläuft und bei einer Abnahme des Pegels des Eingangssignals der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich im Vergleich zum niedrigen Frequenzbereich zunehmend angehoben wird. Bei der Expansionsanordnung wird die Expansion in komplementärer Weise vorgenommen, wie es im Gegensatz zu den voll ausgezogenen Linien I für die Kompression durch unterbrochene Linien Il für die Expansion dargestellt ist.

Dit beschriebenen Beziehungen sind in der F i g. 4 für den Eingangs- und Ausgangspegel dargestellt, wobei die voll ausgezogenen Linien la, Ii) und Ic die Abhängigkeit des Ausgangspegels vom Eingangspegel in der Kompressionsanordnung im tiefen, mittleren und hohen Frequenzbereich des Eingangssignals wiedergeben und die unterbrochenen Linien Ua, Ub und Hc die entsprechende Beziehung in der Expansionsanordnung für den tiefen, mittleren und hohen Frequenzbereich des Eingangssignals darstellen.

Die Linearität des Wiedergabepegels in bezug auf

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tiefen Frequenzbereich durch eine Linie A und für den hohen Frequenzbereich durch eine Linie B in der F i g. 5 dargestellt. Daraus geht hervor, daß bei der hohen Frequenzkomponente eines Signals eine Sättigung auftritt und die Linearität bereits bei einem niedrigeren Signalpegel verlorengeht als bei einer tiefen Frequenzkomponente des Signals. Dieser Sättigungspegel nimmt somit mit zunehmender Signalfrequenz ab.

Aus diesem Grunde war es nicht möglich, in der beschriebenen bekannten Kompressions- und Expansionsanordnung im hohen Frequenzbereich einen hinre'.hend hohen Dynamikbereich zu erhalten.

Nach der Erfindung wird diese Schwierigkeit durch eine verbesserte Organisation und Betriebsweise der Steuerschaltung 17 überwunden, wie es im folgenden beschrieben ist.

Eine erste Ausführungsform nach der Erfindung einer konkreten Schaltungsanordnung des in der Fig. 2A dargestellten Blockschaltbilds ist in der Fig. 6 wiedergegeben. Ein am Eingangsanschluß 15 auftretendes Signal gelangt über einen Transistor 31 der Emitterfolgerschaltung 16 zu einer Steuerschaltung 17a. Diese Steuerschaltung weist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 32 und einem Kondensator 33 auf. Das eine Ende dieser Parallelschaltung ist mit dem Emitter des Transistors 31 verbunden. Zwischen dem anderen Ende dieser Parallelschaltung und Masse liegen zum einen eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 34 und einem Widerstand 35 und zum anderen eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 36 und einem Widerstand 37. Diese beiden Reihenschaltungen sind somit zueinander parallelgeschaltet. Ein NPN-Transistor 38 ist über seinen Emitter und über seinen Kollektor dem Widerstand 35 parallelgeschaltet. Der Basis des Transistors 38 wird ein Steuersignal von der Steuersignalgeneratorschaltung 20 zugeführt Weiterhin ist das andere Ende der aus dem Widerstand 32 und dem Kondensator 33 gebildeten Parallelschaltung über Widerstände 39 und 40 mit dem Verstärker 18 verbunden. Ein Widerstand 41 führt hinter dem Widerstand 40 zur Masse. An Stelle des NPN-Transistors 38 kann man auch einen Feldeffekttransistor verwenden.

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 39 und 4Oi ist über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 42 und einem Widerstand 43 mit dem Emitter des Transistors 38 verbunden. Die Schaltung mit den Widerständen 39 und 43 sowie mit dem Kondensator 42 arbeitet nach Art eines variablen Tiefpaßfilters, und zwar in Abhängigkeit vom leitenden Zustand des Transistors 38.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird der Stcuersignalgeneratorschaltung 20 zugeführt, in der dieses Signal zunächst zu einem Hochpaßfilter 44 gelangt. Die vom Hochpaßfilter 44 durchgelassene hohe Frequenzkomponente wird dann in einem Verstärker 45 verstärkt, in einer Gleichrichterschaltung 46 gleichgerichtet und anschließend in einer Glättungsschaltung 47 geglättet. Die am Ausgang der Glättungsschaltung 47 auftretende Spannung entspricht somit dem Pegel der hohen Frequenzkoniponente und wird der Basis des Transistors 38 zugeführt.

Die Werte für die Schaltungsbauteile der Steuerschaltung 17a sind im folgenden beispielshalber zusammengestellt:

Widerstände

32
35

270

37 180 Ω

39 3,3 kn

40 15 kn

41 47 kn
43 1,2 kn

Kondensatoren

33 0,022 μΡ

34 0,1 \i¥
36 0,018 \i?

42 5600 ρ F

Für den Fall, daß der Pegel des an den Eingangsanschluß 15 gelegten Eingangssignals gering ist, hat auch das aus der hohen Frequenzkomponente des Ausgangssignals des Verstärkers 18 abgeleitete Steuersignal am Ausgang der Steuersignalgeneratorschaltung 20 einen niedrigen Wert, und der Transistor 38 befindet sich im nichtleitenden Zustand. Folglich ist der Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 38 hoch. Durch das Vorhandensein der Schaltung aus den Widerständen 39 und 43 sowie aus dem Kondensator 42 wird somit keine Wirkung abgeleitet, und die Steuerschaltung 17a arbeitet nach Art eines variablen Hochpaßfilters. Die hohe Frequenzkomponente de* Eingangssignals wird durch die Steuerschaltung 17a angehoben, wie es durch die voll ausgezogenen Linien HI₁ und IH₂ in der Fig. 7 dargestellt ist. Das resultierende Signal wird dem Verstärker 18 zugeführt.

Wenn der Pegel des Eingangssignals einen zunehmend höheren Wert annimmt, steigt der Pegel des Steuersignals am Ausgang der Steuersignalgeneratorschaltung 20 zunehmend an, da der Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 38 zunehmend kleiner wird. Jetzt arbeitet die Steuerschaltung 17a wie ein variables Tiefpaßfilter mit einer Dämpfungsfrequenz /1 (Frequenz, bei der der ebene Amplitudenverlauf in einen abfallenden Verlauf ([zunehmende Dämpfung] übergeht), die durch die Widerstandwerte der Widerstände 39 und 43 sowie den Kapazitätswert des Kondensators 42 bestimmt ist, und mit einer Übergangsfrequenz /2 (Frequenz, bei der der abfallende Amplitudenverlauf in einen ebenen Verlauf übergeht), die durch den Widerstandswert des Widerstands 43 und den Kapazitätswert des Kondensators 42 bestimmt ist Folglich wird die hohe Frequenzkomponente des Eingangssignals durch die Steuerschaltung 17a herabgesetzt, wie es in der Fig. 7 durch die. voll ausgezogenen Linien IH₃ und IH₄ dargestellt ist

Bei der Expansionsanordnung wird die in der F i g. 2B dargestellte Steuerschaltung 17 entsprechend der Steuerschaltung 17a in der F i g. 6 ausgebildet. Als Ergebnis der Gegenkopplung des Ausgangssignals der Steuerschaltung 17a zum Verstärker 18 erhält die ^ Expansionsanordnung Kennlinien, wie sie in der F i g. 7 durch die unterbrochenen Linien IVi, IV₂, IV3 und IV₄ eingezeichnet sind, bei denen es sich um Kennlinien handelt, die zu den voll ausgezogenen Kennlinien 111 ■ bis HU der Kompressionsanordnung komplementär sind.

Wenn man die beschriebenen Kennlinien oder Amplitudengänge als Abhängigkeit zwischen Eingangspegcl und Ausgangspegel darstellt, erhält man das in der Fig. 8 gezeigte Diagramm. Die voll ausgezogenen Linien III«r, lllib und IMc stellen die Beziehungen zwischen dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel im tiefen Frequenzbereich (beispielsweise 100 Hz), im mittleren Frequenzbereich (beispielsweise 1 kHz) und im hohen Frequenzbereich (10 kHz) in der Kompressionsanordnung dar. in der Expansionsanordnung sind <³ die Beziehungen zwischen dem Eingangspegel und dem Ausgangspegel für den tiefen Frequenzbereich, den mittleren Frequenzbereich und den hohen Frequenzbereich durch die unterbrochenen Linien IVa, IVb und IVc dargestellt, die zu den voll ausgezogenen Linien IHa, Uli)und Illckomplementär sind.

Bei der nach der Erfindung ausgebildeten Kompressions- und Expansionsanordnung wird somit für den Fall eines verhältnismäßig niedrigen Pegels des Eingangssignals eine übliche Kompression und Expansion vorgenommen, wobei der hohe Frequenzbereich in der Kompressionsanordnung angehoben und in der Expansionsanordnung in komplementärer Weise abgesenkt oder gedämpft wird, und zwar ähnlich wie in einer bekannten !Compressions- und Expansionsanordnung. Wenn daher der Eingangssignalpegel niedrig ist, werden Rauschsignale, beispielsweise die Zischgeräusche des Magnetbandes, wirksam unterdrückt und herabgesetzt. Wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist, wird die hohe Frequenzkomponente in der Kompressionsanordnung gedämpft, so daß das Signal bei einem Pegel aufgezeichnet wird, der unterhalb des Sättigungspegels des Magnetbandes liegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Aufzeichnung und Wiedergabe mit einer guten Linearität zwischen dem Aufzeichnungspegel und dem Wiedergabepegel vorzunehmen, und zwar in allen Frequenzbereichen vom tiefen Frequenzbereich bis in den hohen Frequenzbereich.

Die Frequenzkennlinie oder der Amplitudengang der nach der Erfindung ausgebildeten Anordnung für die Aufzeichnung und die Wiedergabe erstreckt sich daher entsprechend der in der Fig.9 dargestellten voll ausgezogenen Linie V weiter in den hohen Frequenzbereich als es bei bekannten Kompressions- und Expansionsanordnungen der Fall ist, denen die unterbrochen gezeichnete Linie VI zuzuordnen ist Auf diese Weise wird nach der Erfindung ein größerer Dynamikbereich erzielt. Bei der Anordnung der Erfindung treten keine Probleme auf, da bei einem hohen Signalpegel die Rauschkomponente von der Signalkomponente stets überdeckt wird, selbst wenn die Signalkomponente im hohen Frequenzbereich etwas gedämpft wird.

Eine zweite praktische Ausführungsform für die Steuerschaltung 17 ist in der F i g. 10 dargestellt. Bei der in der Fig. 10 gezeigten Steuerschaltung 17i> sind diejenigen Bauteile, die mit Bauteilen der Steuerjchaltung 17a nach der Fig.6 ähnlich sind, mit denselben Bezugszahlen versehen. Eine genaue Beschreibung dieser Bauelemente kann entfallen. Bei der Steuerschaltung 17i> wird ?n Stelle des veränderlichen Tiefpaßfilters mit den Widerständen 39 und 43 sowie mit dem Kondensator 42 (Fig.6) eine Resonanzschaltung mit einer Spule 51 und einem Widerstand 52 verwendet. Die aus der Spule 51 und dem Widerstand 52 gebildete Parallelschaltung ist zwischen den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 32 und 40 und den Kondensator 34 geschaltet.

Wenn der Eingangssignalpegel auf einen hohen Wert ansteigt, fällt die Impedanz zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 38 ab, wobei die Güte Q der Resonanzschaltung aus der Spule 51, dem Kondensator 34, dem Widerstand 35 und der Impedanz des Transistors 38 groß wird. Wenn der Eingangssignalpegel auf einen niedrigen Wert abfällt, wird die Impedanz des Transistors 38 groß und die Güte Q da· Resonanzschaltung klein. Als Ergebnis dieser Zunahme und Abnahme der Güte Q der Resonanzschaltung ireieii Kuiiipicssiüi'iS- ünu ExpärisiönsvorgangC aüi.uiC in gleicher Weise verlaufen, wie es bei der vorangegangenen Ausführungsform der Fall ist und wie es in den F i g. 7 und 8 dargestellt ist.

Damit die beschriebene Resonanzschaltung bei einer gewünschten Frequenz in Resonanz gerät, wird beispielsweise der Induktivitätswert der Spule 51 in geeigneter Weise ausgewählt, um die Resonanzfrequenz festzulegen, <iie durch die Spule 51 und den Kondensator 34 bestimmt ist. Das Ausmaß der Dämpfung im hohen Frequenzbereich in bezug auf den flachen Verlauf des Pegels bei einem hohen Eingangssignalpegel wird durch geeignete Auswahl des Widerstandswerts des Widerstands 52 festgelegt.

Eine dritte Ausführungsform der Steuerschaltung 17 ist in der Fig. 11 gezeigt. In der F i g. 11 ist eine Steuerschaltung 17c dargestellt, bei der diejenigen Bauteile, die mit Bauteilen der Steuerschaltung 17a nach der Fig. 6 ähnlich sind, mit denselben Bezugszahlen versehen sind. Eine genaue Beschreibung dieser Bauteile entfällt. Die Schaltung der dritten Ausführungsform entspricht grundsätzlich der Schaltung nach der Fig.6, allerdings mit Ausnahme eines Eit'-Aus-Schalters 61 zwischen dem Widerstand 43 und dem Emitter des Transistors 38. Wenn dieser Schalter 61 geöffnet ist, arbeitet die Steuerschaltung 17c in ähnlicher Weise wie die Steuerschaltung in einer üblichen Kompressionsund Expansionsanordnung. Wenn hingegen der Schalter 61 geschlossen ist, arbeitet die Steuerschaltung 17c in der gleichen Weise wie die Steuerschaltung 17a nach der F i g. 6.

In ähnlicher Weise kann man einen Ein-Aus-Schalter zwischen den beiden Anschlüssen der Spule 51 bei der Steuerschaltung 17b nach der Fig. 10 vorsehen. Bei geschlossenem Schalter würde dann die Steuerschaltung 176 wie eine übliche Steuerschaltung arbeiten, und bei geöffnetem Schalter entspräche die Arbeitsweise genau der beschriebenen Arbeitsweise der Steuerschaltung 1 Tb nach der F i g. 10.

Die nach der Erfindung ausgebildete Kompressionsund Expansionsanordnung ist nicht auf die Anwendung auf Aufzeichnungs- und Wiedergabesignale für Magnetbänder beschränkt, sondern kann wirksam überall dort eingesetzt werden, wo Signale übertragen werden und die Übertragungsanordnung eine Übertragungskennlinie aufweist, bei der im hohen Frequenzbereich eine Sättigung bei einem niedrigeren Pegel als im tiefen Frequenzbereich auftritt wobei die Linearität verlorengeht.

Hüei-zu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kompression eines Signals und zur Expansion des komprimierten Signals zwecks Wiedergewinnung des ursprünglichen Signals,

bei dem zur Kompression

(a) die hohen Frequenzkomponenten des Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkom- _]0 ponenten verstärkt werden, wenn der Pegel des Signals abnimmt, und

(b) das komprimierte Signal auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird

und bei dem zur Expansion ;s

(c) die hohen Frequenzkomponenten des von dem Aufzeichnungsmedium wiedergegebenen komprimierten Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten geschwächt werden, wenn der Pegel des komprimierten Signals abnimmt,

dadurch gekennzeichnet,

(d) daß darüber hinaus zur Kompression die hohen Frequenzkomponenten des Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten geschwächt werden, wenn der Pegel des Signals zunimmt, und

(e) daß darüber hinaus zur Expansion die hohen Frequenzkomponenten des von dem Aufzeichnungsmedium wiedergegebenen komprimierten Signals zunehmend mehr als die tiefen Frequ'.tizkomponenten verstärkt werden, wenn der Pegel des komprimierten Signals zunimmt.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Kompression des Signals, enthaltend:

(a) eine Steuerschaltung, an die das Signal gelegt ist und die ein Frequenzverhalten hat, gemäß dem der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich angehoben wird, wenn der Pegel eines zugeführten Steuersignals abnimmt, und der Amplitudengang im gesamten Frequenzbereich immer mehr einen ebenen Verlauf annimmt, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt, *i

(b) ein Hochpaßfilter zum Filtern und Gewinnen der hohen Frequenzkomponenten aus dem Ausgangssignal der Steuerschaltung und

(c) eine Schaltung zur Erzeugung des Steuersignals entsprechend dem Pegel des Ausgangssignals so des Hochpaßfilters,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (17) ein Frequenzverhalten (F i g. 7) hat, gemäß dem der Amplitudengang im hohen Frequenzbereich anstelle des ebenen Verlaufs (Fig.3) zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich abgesenkt wird, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Steuerschaltung eine den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebende Schaltung und ein damit verbundenes Element veränderbarer Impedanz aufweist, die sich entsprechend des dem Element zugeführten Steuersignals ändert, wobei die den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebende Schaltung die hohen Frequenzkomponenten eines ihr zugeführten Eingangssignals zunehmend mehr als die niedrigen Frequenzkomponenten des Eingangssignal verstärkt, wenn die Impedanz des Elements zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung (39,42,43; 51,52) gemeinsam mit der den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebenden Schaltung (32 bis 37) mit dem Element (38) variabler Impedanz verbunden ist und daß die den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung die hohen Frequenzkomponenten des Eingangssignals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten schwächt, wenn die Impedanz des Elements abnimmt

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung eine Resonanzschltung (51, 52) zum Erniedrigen der hohen Frequenzkomponenten bei Resonanz enthält

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Expansion des komprimierten Signals, enthaltend:

(a) einen Gegenkopplungsverstärker zum Verstärken des komprimierten Signals,

(b) eine im Gegenkoppiungszweig des Gegenkopplungsverstärkers liegende Steuerschaltung, an die das Ausgangssignal des Gegenkopplungsverstärkers gelegt ist und deren Ausgangssignal am Eingang des Gegenkopplungsverstärkers anliegt, wobei die Steuerschaltung ein Frequenzverhalten aufweist, gemäß dem der Amplitudengang in dem hohen Frequenzbereich zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich angehoben wird, wenn der Pegel eines zugeführten Steuersignals abnimmt, und der Amplitudengang im gesamten Frequenzbereich immer mehr einen ebenen Verlauf annimmt, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt,

(d) eine Schaltung zum Erzeugen des Steuersignals entsprechend dem Pegel des Ausgangssignals des Hochpaßfilters,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (17) ein Frequenzverhalten (F i g. 7) hat, gemäß dem der Amplitudsngang im hohen Frequenzbereich anstelle des ebenen Verlaufs (Fig.3) zunehmend mehr als im tiefen Frequenzbereich abgesenkt wird, wenn der Pegel des Steuersignals zunimmt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Steuerschaltung eine den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebende Schaltung und ein damit verbundenes Element veränderbarer Impedanz aufweist, die sich entsprechend dem zugeführten Steuersignal ändert, wobei die den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebende Schaltung die hohen Frequenzkomponenten eines zugeführten Eingangssignals zunehmend mehr als die tiefen Frequenzkomponenten des Eingangssignals verstärkt, wenn die Impedanz des Elements zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung (39,42,43; 51,52) zusammen mit der den hohen Frequenzbereich veränderlich anhebenden Schaltung (32 bis 37) mit dem Element (38) variabler Impedanz verbunden ist und daß die den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung die hohen Frequenzkomponenten des Eingangssignals zunehmend mehr als die tiefen

Frequenzkomponenten schwächt, wenn die Impedanz des Elements abnimmt,

7, Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den hohen Frequenzbereich veränderlich absenkende Schaltung eine Resonanzschaltung (51, 52) zum Erniedrigen der hohen Frequenzkomponenten bei Resonanz enthält