DE2723172A1 - Rauschunterdrueckungsvorrichtung - Google Patents
RauschunterdrueckungsvorrichtungInfo
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Description
Rauschunterdrückungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung
des Rauschens bzw. Störsignals in einem SignalUbertragungsmedium
und insbesondere eine Rauschunterdrückungsvorrichtung
für ein Tonsignal-Aufzeichnungs- und-Wiedergabegerät,
etwa ein Magnetbandgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung eine RauschunterdrUckungsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Aufzeichnungsmedium bzw. -träger mit engem Frequenzband, hohem Störpegel und
niedrigem Sättigungspegel, beispielsweise bei einem Kassettenbandgerät
.
Es ist eine Rauschunterdrückungsvorrichtung in Form eines
logarithmischen, geradlinigen Kompandorsystems mit ausgezeichneter
Wirksamkeit zur Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses bekannt (hergestellt von der dbx company,
USA). Die Einzelheiten dieses Kompandorsystems sind in den US-PSen 3 681 618, 5 789 lkj>
und 3 714 462 behandelt.
Im folgenden ist dieses System lediglich kurz beschrieben. Bei Anwendung einer RauschunterdrUckungsvorrichtung
mit einem Kompandorsystem mit weitem Regelbereich und ausgezeichneter Wirksamkeit zur Verbesserung des Signal/
Rauschen-Verhältnisses auf ein Aufzeichnungsmedium mit
"7OBR /.7/118
-2-
-Z-
schmalem Dynamikbereich, etwa das Kassettenmagnetband eines sogenannten Kassettenrekorders, zeigen sich
die folgenden beiden Erscheinungen:
1. Störsignale im Niedrig- und Mittelfrequenzbereich
sind wegen der ausgezeichneten Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses des Systems kaum zu
hören. Infolgedessen ist ein im Fall eines Signals mit hohem Pegel erzeugtes Modulationsrauschen ziemlich
stark wahrnehmbar.
2. Der Rausch- oder Störpegel des Aufzeichnungsmediums variiert entsprechend dem Expansions- oder Dehnungsvorgangs zum Wiedergabezeitpunkt. Wenn das genannte
RauschunterdrUckungssystem daher auf ein Aufzeichnungsmedium mit einem Störpegel von -40 dB angewandt wird,
läßt sich der Verbesserungsfaktor des Signal/ftauschen-Verhältnisses
bei diesem System als -1/2 χ (Eingangssignalpegel (dB)) ausdrücken. Beispielsweise beträgt
der Verbesserungsfaktor des Signal/Rauschen-Verhältnisses 50 dB bei einem Eingangssignal von -100 dB,
bei dem der Störpegel -90 dB beträgt, so daß der größte Teil des Störsignals beseitigt wird. Bei einem Eingangssignal
von 0 dB betragen der entsprechende Faktor 0 dB und der Störpegel -40 dB, so daß der Störpegel
ebenfalls mit dem Pegel einer Tonquelle moduliert wird.
Da die Störpegelmodulation aufgrund der beiden vorgenannten
Erscheinungen erheblich ist, sind bei der Aufzeichnung oder Wiedergabe einer Tondarbietung mit verhältnismäßig
einfachem harmonischen Aufbau und geringem
7QPP Π/118.Ι
Verdeckungs- bzw. Maskiereffekt, etwa bei einem Klaviersolo, die Auswirkungen der Störpegelmodulation in der
Praxis nicht vernachlässigbar.
Zur Verminderung dieser in Verbindung mit der zweiten Erscheinung angeführten Störpegelmodulationswirkungen
ist es denkbar, zusätzlich eine Anheb- (emphasis) und eine Entzerrungsschaltung (de-emphasis circuit) zu verwenden,
um das Hochfrequenzrauschen eines ZwischenUbertragungs- bzw. Aufzeichnungsmediums, etwa eines Magnetbands
zu verringern, und weiterhin einen Bewertungsvorgang (weighting operation) zum Dehnen und Verdichten
des Hochfrequenzbereichs anzuwenden, um die Scheitelspanne (peak margin) nicht auf den Sättigungswert des
Aufzeichnungsmediums zu reduzieren.
Wenn ein derart verbessertes System auf ein Aufzeichnungsmedium mit schmalem Frequenzband, hohem Störpegel und
niedrigem Sättigungspegel angewandt wird, etwa auf das Magnetband eines sogenannten Kassettenrekorders, erfolgt
eine Störpegelmodulation, während der Hochfrequenzbereich des Signals nicht wiedergegeben wird, so daß der
wiedergegebene Ton nicht klar 1st. Da zudem der Pegel der Hochfrequenz hoch liegt, treten TonpegelVariationen,
wie in Verbindung mit der ersten Erscheinung beschrieben, auf. Wenn ein kodiertes Signal, das durch Anhebung eines
Signals mit hohem Pegel im Hochfrequenzbereich gebildet Ist, aufgezeichnet wird, sind die Beeinträchtigung des
Hochfrequenzgangs und die Zunahme der Störpegelmodulation besonders auffällig.
7 Π 9 B Λ 7 / 1 18
Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer f.törsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung, die sich
effektiv auch auf Kassettenmagnetbandgeräte anwenden läßt.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße RauschunterdrUckungsvorrichtung weist
einen Kodierer (encoder) mit einem ersten Pegeldetektor zur Feststellung der Amplitude eines durch den Kodierer
hindurchgehenden Eingangstonsignals und eine erste gesteuerte Verstärkerschaltung auf, durch welche dann, wenn
die Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangstonsignals unter einem vorbestimmten Pegel liegt, die
Größe der Anhebung des Hochfrequenzbereichs des Signals in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des ersten Pegeldetektors
über eine vorbestimmte Größe hinaus erhöht wird, während dann, wenn diese Amplitude über dem vorbestimmten
Pegel liegt, die Anhebungsgröße begrenzt und der Dynamikbereich des Eingangstonsignals verengt (compressed)
wird. Weiterhin sind ein Dekodierer mit einem zweiten Pegeldetektor zur Feststellung der Amplitude eines durch
das Aufzeichnungsmedium gelieferten Kodierer-Ausgangssignals und eine zweite gesteuerte Verstärkerschaltung
mit einer übertragungsfunktion vorgesehen, welche auf diejenige der ersten gesteuerten Verstärkerschaltung praktisch
nach Art einer reziproken Funktion bezogen ist, und zwar in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zweiten Pegedetektors,
wobei der Dekodierer den Dynamikbereich des im Kodierer verengten bzw. verdichteten Signals auf den ursprünglichen
Bereich des Eingangstonsignals dehnt.
■709847/118
-JS-
Im folgenden sind bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer AusfUhrungsform einer
Störsignal- bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie
einiger Schaltungsbauteile der Vorrichtung gemäß Piß. 1»
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie
einer gesteuerten Verstärkerschaltung beim Kodierer der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. h eine graphische Darstellung der Kennlinien einer
gesteuerten Verstärkerschaltung beim Dekodierer gemäß Flg. 1,
Fig. 5 ein Blockschaltbild der gesteuerten Verstärkerschaltung
beim Kodierer der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinien der Strecke VQ1 - V11 gemäß Fig. 5#
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer gesteuerten Verstärkerschaltung
beim Dekodierer gemäß Fig. 1,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinien der Strecke VQ2 - V1n gemäß Fig. 7»
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer anderen AusfUhrungsform der gesteuerten Verstärkerschaltung des Kopierers
gemäß Fig. 1,
7 09R/.7/1 18
-6-
Fir;. 1o und 11 weitere Beispiele für gesteuerte Verstärkerschaltungen
des Kodierers,
Fip;. 12 und 1j5 weiter abgewandelte AusfUhrungsformen der
gesteuerten Verstärkerschaltungen von Kodierer und Dekodierer,
Fig. 14 eine graphische Darstellung der Frequenzkennlinie
der Strecke Vq1 - V^1 gemäß Fig. 5 und
Fig. 15 ein Blockschaltbild einer Abwandlung der Vorrichtung
gemäß Fig. 1.
Im folgenden ist zunächst die erfindungsgemäße StÖrsignal-
bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung gemäß Fig.1 erläutert.
Gemäß Fig. 1 wird ein Eingangstonsignal V1 an eine
Eingangsklemme 12 eines Kodierers 11 angelegt und dann
zu einer noch näher zu beschreibenden gesteuerten Verstärkerschaltung 13 geleitet. Das in letzterer verstärkte
Signal wird zu einem Aufzeichnungsgerät 14, etwa einem sogenannten
Kassettenrekorder, und einer Bewertungsschaltung 15 geleitet. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 13
wird durch eine in letzterer enthaltene, noch näher zu erläuternde Voranhebeschaltung bezüglich der hohen Frequenzen
angehoben. Der Frequenzgang der Voranhebeschaltung ist in
Fig. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Bei dieser Kennlinie wird die Scheitelspanne (peak margin) des Signals
709fU 7/118
-r-
gegenüber dem Sättigungspegel des Aufzeichnungsgeräts 1J+
klein, so daß das Signal im Hochfrequenzbereich verzerrt wird. Aus diesem Grund wird die Bewertungsschaltung 15
benötigt. Mit anderen Worten: die Bewertungsschaltung 15
wird zur Vermeidung dieses Mangels benutzt. Der Frequenzgang der Bewertungsschaltung 15 besitzt die durch die
strichpunktierte Linie in Fig. 2 dargestellte Kennlinie. Durch Anlegung des Ausgangssignals der Bewertungsschaltung
15 an einen Pegelfühler oder -detektor 16 wird dessen
Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das durch eine derartige Kennlinie des PegelfUhlers
16 bezeichnete (featured) Ausgangssignal wird der gesteuerten
Verstärkerschaltung 13 eingegeben; bei diesem Signal handelt es sich um eine mit V . bezeichnete Steuergleichspannung.
1 09347/118
Das der gesteuerten Verstärkerschaltung 1} zugefUhrte Ausgangssignal
ν, des PegelfUhlers 16 dient zur Steuerung
des Verstärkungsgrads und der Frequenzkennlinie bzw. des Frequenzgangs der Schaltung 1}. Der Frequenzgang der Verstärkerschaltung
13 ist beispielsweise, bezogen auf den Parameter der Steuerspannung V ,, in Fig. 3 veranschaulicht.
Wenn die Steuerspannung V , hoch ist, sind die Frequenzgangkurven unabhängig von der Spannung V , Jeweils einander
ähnlich, wobei der Hochfrequenzbereich stark angehoben wird. In diesem Fall wird nur der Verstärkungsgrad durch die Spannung
V , gesteuert. Je höher die Steuerspannung V-. wird,
um so stärker nimmt der Verstärkungsgrad zu. Wenn die Steuerspannung V1 nahezu null Volt erreicht, wird der Verstärkungsgrad
im Hochfrequenzbereich stärker verringert als im Niedrig- und Mittelfrequenzbereich unter 500 Hz. Der PegelfUhler
16 liefert die Steuerspannung V , mit hohem Wert, wenn der Eingangssignalpegel von der Bewertungsschaltung I5
niedrig ist, und mit nahezu null Volt bei hohem Pegel.
Wenn hierbei das Eingangssignal V^ zum Kodierer 11 einen niedrigen
Pegel besitzt, wird es in der gesteuerten Verstärkerschaltung 13 unter Anhebung seiner Hochfrequenzkomponenten
verstärkt. Wenn das Signal V* dagegen hoch ist, wird es unter
Erhöhung der Scheitelspanne bezüglich seines Pegels verkleinert Zusätzlich werden dabei die Hochfrequenzkomponenten weniger
stark angehoben, so daß die Scheitelspanne bei hohen Frequenzen stärker erhöht wird.
Das Ausgangssignal des Kodierers 11 wird dem Aufzeichnungsgerät
14 zugeführt. Das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene
Signal wird einer gesteuerten Verstärkerschaltung 19 und einer Bewertungsschaltung 2o in einem Dekodierer 18 zugeführt.
Wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 2 angedeutet, wird dieses Signal bei hohen Frequenzen durch die Entzerrerschaltung
in der noch näher zu erläuternden gesteuerten Verstärkerschaltung 19 entzerrt. Die in diesem Teil der Schaltung
vorgesehene Bewertungsschaltung 2o besitzt eine Kennlinie praktisch entsprechend derjenigen der Schaltung I5 zur Lieferung
einer Steuergleichspannung desselben Absolutwerts, wenn der Ausgangspegel des Kodierers 11 dem Eingangspegel des
Dekodierers 18 gleich ist. Wenn das Ausgangssignal der Bewertungsschaltung 2o an den Pegelfühler 21 angelegt wird,
wird ersichtlicherweise dessen Ansprechempfindlichkeit bei hohen Frequenzen verbessert. Das Ausgangssignal des Pegelfühlers
21 wird als Gleichstrom-Steuersignal V ρ an die gesteuerte Verstärkerschaltung I9 angelegt. Letztere besitzt
die aus der graphischen Darstellung von Fig. 4 ersichtliche Kennlinie, welche derjenigen der gesteuerten Verstärkerschaltung
13 des Kodierers 11 gemäß Fig. 3 entgegengesetzt
bzw. reziprok ist.
In Fig. 5 ist ein Beispiel für eine gesteuerte Verstärkerschaltung
13 zur Verwendung beim Kodierer 11 dargestellt.
Ein einer Eingangsklemme 12 zugeführtes Tonsignal wird an einen spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) I3I und an einen
Umkehrverstärker 1^2 angelegt. Letzterer ist an der Ausgangsklemme
mit dem einen Ende eines Kondensators I33 verbunden.
Das andere Ende des Kondensators I33 liegt über einen Widerstand
134 an Masse. Der Kondensator I33 und der Widerstand
134 stelen ein Hochpassfilter 136 dar. Der Ausgang des Filters
136 ist mit der einen Eingangsklemme eines Addierers \yj
verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des spannungsgesteuerten Verstärkers I3I und dessen Ausgang
-XJ-
mit einer Voranhebeschaltung I38 verbunden ist. Der Ausgang
der Schaltung 138 liegt an der Ausgangsklemme I39 der
gesteuerten Verstärkerschaltung 13· Der spannungsgesteuerte Verstärker I31, dessen Verstärkungsfaktor A durch das
Gleichstrom-Steuersignal V . gesteuert wird, besitzt eine flache Frequenzgangkurve. Die Ausgangssignale des spannungsgesteuerten
Verstärkers und das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 132, das über das Hochpassfilter I36 erhalten
wird, werden im Addierer I37 summiert, worauf das summierte Signal seinerseits an die Voranhebeschaltung I38 angelegt
wird. Die übertragungsfunktion H(P) zwischen dem an die Klemme 12 anzulegenden Eingangssignal V.,, und dem Ausgangssignal
V01 des Addierers 137 bestimmt sich durch folgende
Formel:
. Ϊ21 -Ax 1^-T1"
■ - ~— ΙΛ Λ
T+P
in welcher A den Verstärkungsfaktor bedeutet. Dabei gelten P=JcJ , uJ =u/cr, worin U die Winkelfrequenz, c die Kapazität
des Kondensators I33 und r den Widerstandswert des Widerstands
134 bedeuten. Fig. 6 veranschaulicht den Frequenzgang
dieser übertragungsfunktion H(P) für U = 5828 s" innerhalb
des Bereichs des Verstärkungefaktors von A = O(dB). Das
Ausgangssignal VQ, des Addierers 137 wird der Voranhebeschaltung
138 mit einer durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellten Hochfrequenz-Anhebecharakteristik zugeführt,
wobei die Steuerspannung V , auf die vorher erwähnte Weise zur Änderung seiner Amplitude geändert wird. Wenn zu diesem
Zeltpunkt die Amplitude klein ist, ist gemäß Fig. 3 die Größe der Hochfrequenz-Anhebung im Vergleich zu einer großen
■χ?
Amplitude geringer. Die übertragungsfunktion Hd(P) zwischen
* Die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 im Dekodierer 18
ist in Fig. 7 gezeigt.
7 09fi£
7 09fi£
den SignateiV, und VQ2 entspricht dabei der folgenden
Gleichung:
Gleichung:
ΠΡ 1 J- P
Hd(P) , ^ - Ad mit Ad - 1 A,
Hd(P). ^I
in " I+P - ^
Gemäß Fig. 7 wird das vom Aufzeichnungsgerät 14 wiedergegebene
Signal V, an eine Eingangsklemme 181 und sodann über
eine Entzerrerschaltung 187 an die eine Eingangsklemme eines Addierers 182 angelegt, dessen anderer Eingpig an den Ausgang eines Hochpassfilters 183 aus einem Widerstand 184 und einem Kondensator 185 angeschlossen ist. Das eine Ende des Widerstands 184 liegt an Masse. Der Ausgang des Addierers I82
ist mit einem Eingang eines spannungsgesteuerten Verstärkers 186 gekoppelt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers 186 ist an das Eingangsende des Hochpassfilters 183 angeschlossen, und sein Ausgangssignal wird außerdem als
Ausgangssignal VQ2 zu einer Ausgangsklemme 23 geliefert. Der spannungsgesteuerte Verstärker I86 mit flacher Frequenzgangkurve wird bezüglich seines Verstärkungsfaktors A durch die Steuerepannung V ~ vom Pegelfühler 21 gemäß Fig. 1 gesteuert. Bei dieser Konstruktion ist die Übertragungsfunktion des
Dekodierers 18 auf diejenige des Kodierers 11 nach Art einer reziproken Funktion bezogen, und sie besitzt die Durchlaßkennlinie gemäß Flg. 4.
eine Entzerrerschaltung 187 an die eine Eingangsklemme eines Addierers 182 angelegt, dessen anderer Eingpig an den Ausgang eines Hochpassfilters 183 aus einem Widerstand 184 und einem Kondensator 185 angeschlossen ist. Das eine Ende des Widerstands 184 liegt an Masse. Der Ausgang des Addierers I82
ist mit einem Eingang eines spannungsgesteuerten Verstärkers 186 gekoppelt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers 186 ist an das Eingangsende des Hochpassfilters 183 angeschlossen, und sein Ausgangssignal wird außerdem als
Ausgangssignal VQ2 zu einer Ausgangsklemme 23 geliefert. Der spannungsgesteuerte Verstärker I86 mit flacher Frequenzgangkurve wird bezüglich seines Verstärkungsfaktors A durch die Steuerepannung V ~ vom Pegelfühler 21 gemäß Fig. 1 gesteuert. Bei dieser Konstruktion ist die Übertragungsfunktion des
Dekodierers 18 auf diejenige des Kodierers 11 nach Art einer reziproken Funktion bezogen, und sie besitzt die Durchlaßkennlinie gemäß Flg. 4.
Die Kennliniender gesteuerten Verstärkerschaltung 13
Kodierers 11 sind in Fig. J5 dargestellt. Es ist jedoch zu be achten, daß diese Verstärkerschaltung 13 nicht hierauf be-,
Kodierers 11 sind in Fig. J5 dargestellt. Es ist jedoch zu be achten, daß diese Verstärkerschaltung 13 nicht hierauf be-,
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schränkt ist. Vielmehr kann Jede Schaltung verwendet werden, sofern sie dem Grundgedanken genügt, daß bei einer
Änderung des Verstärkungsfaktors mit einer Änderung der Steuerspannung V , die Größe der Anhebung bei hohen Frequenzen,
wenn der Verstärkungsfaktor klein ist, kleiner ist als die Anhebungsgröße bei großem Verstärkungsfaktor. Tatsächlich
kann die gesteuerte Verstärkerschaltung 19 ebenfalls nach ähnlichen Gesthtspunkten ausgelegt sein.
Mit der RauschunterdrUckungsvorrichtung, bei welcher die
gesteuerte Verstärkerschaltung^3 und I9 gemäß Fig. 5 und
in den Kodierer 11 bzw. den Dekodierer 18 einbezogen sino,
lassen sich zahlreiche vorteilhafte Wirkungen erzielen. Im Mittel- und Niedrigbereich des Pegels der Eingangssignale
wird wie bisher die Verdichtung (compression) und Dehnung (expansion) mit ausreichendem Dynamikbereich zugelassen,
und die Kennlinie wird als logarithmische gerade Kurve wiedergegeben. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit für eine
Pegelanpassung zwischen Kodierer und Dekodierer. Wenn beim gesamten Tonfrequenzbereich-Eingangssignal in der Kodierbetriebsart
der Signalpegel niedrig und der Verstärkungsgrad der gesteuerten Verstärkerschaltung hoch ist, wird eine ausreichende
Anhebung im Hochfrequenzbereich erzielt, so daß das Signal/Rauschen-Verhältnis verbessert und die Störsignal-Modulationswirkung
wesentlich vermindert wird. Wenn dagegen in der gleichen Betriebsart der Signalpegel hoch und der
Verstärkungsgrad niedrig ist, ist die Anhebungsgröße gering,
so daß eine Sättigung bei hohen Frequenzen kaum stattfindet. Bei hohem Pegel ändert sich die Anhebungsgröße mit dem Eingangssignalpegel.
Infolgedessen muß der Signalpegel beim Kodieren an denjenigen beim Dekodieren angepaßt werden. Der
709ΛΛ7/1 18'-
Verstärkungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers wird
jedoch Im unteren und mittleren Bereich des Eingangssignals, in welchem der größte Teil der Musiktöne vorhanden ist,
nicht so stark verringert. Infolgedessen wird bei Verwendung der gesteuerten Verstärkerschaltung Ι} gemäß Fig. 5
der Frequenzgang gemäß Fig. 6 nur wenig verändert, so daß sich auch die Anhebungsgröße wenig ändert. Aus diesem Grund
ergibt auch eine vergleichsweise grobe Anpassung des Signalpegels einenratUrlichen Toneindruck.
In Fig. 9 ist ein anderes Beispiel für die gesteuerte Verstärkerschaltung
dargestellt. Bei dieser Schaltung wird ein Eingangssignal V^ an eine Eingangsklemme 7o angelegt und
sodann auf ein Hochpassfilter 71 und ein Tiefpassfilter 72 verteilt, an denen das Signal in die Hochfrequenzkomponenten
sowie die Niedrig- und Mittelfrequenzkomponenten aufgeteilt
wird. Die Ausgänge der beiden Filter 75 und 72 werden durch
spannungsgesteuerte Verstärker 73a bzw. 72b gesteuert. In
diesem Fall wird der Steuerungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers 73a durch die Steuerspannung V mittels einer
Koeffizienten-Multiplizierschaltung 7^a auf einen größeren
Wert eingestellt als derjenige des spannungsgesteuerten Verstärkers 73b mittels einer Koeffizienten-Multiplizierschaltung
74b. Aufgrund dieser Schaltungskonstruktion ist die Anhebungsgröße bei hohen Frequenzen, wenn der Verstärkungsgrad zwischen
Eingang und Ausgang groß 1st, im Vergleich zu einem kleinen Verstärkungsgrad groß. Die gesteuerte Verstärkerschaltung
gemäß diesem AusfUhrungsbelspiel eignet sich somit für die erfindungsgemäße RauschunterdrUckungsvorrichtung. Die Ausgangssignale
der jeweiligen spannungsgesteuerten Verstärker
7098£7/118
73a und 73b werden in einem Addierer 75 summiert, und das
summierte Signal wird sodann einer Ausgangsklemme 76 zugeführt.
Wie bei den vorherigen Beispielen wird hierdurch der Signal'Rauschen-Faktor zweckmäßig verbessert. Die Anhebungsgröße
besitzt Jedoch keinen konstanten Pegelbereich, so daß der Signalpegel in der Kodierbetriebsart genau an
denjenigen in der Dekodierbetriebsart angepaßt sein muß. Bei Verwendung der Koeffizienten-Multiplizierschaltung 74a
mit nicht linearer Kennlinie läßt sich ohne weiteres die Frequenzgangkurve gemäß Fig. 6 erzielen. Weiterhin können
durch entsprechende Wahl der Eigenschaften bzw. Kennlinien dieser Multiplizierschaltungen 74a und 74b die Kodier- und
Dekodiercharakteristika ohne weiteres so gewählt werden, daß sie den Eigenschaften des Ubertragungsmediums 14, d.h. des
Aufzeichnungsmediums, angepaßt sind. Bei den Beispielen
gemäß Fig. 5 und 7 sind nicht-invertierende, spannungsgesteuerte Verstärkers I3I und I86 vorgesehen, obgleich auch
invertierende,spannungsgesteuerte Verstärker verwendet werden können. FUr diesen Fall ist ein gesteuerter Verstärker mit
einem invertierenden Verstärker in Fig. 1o und ein solcher
mit einem nicht-invertierenden Verstärker in Fig. 11 dargestellt.
Gemäß Flg. 1o wird das an die Eingangsklemme 12 angelegte
Eingangssignal V11 einem invertierenden spannungsgesteuerten
Verstärker 131a und einem Hochpassfilter 136 aus einem Kondensator
133 und einem Widerstand 134 zugeführt. Das bezüglich
der Polarität invertierte Ausgangssignal des Verstärkers 131a und das Ausgangssignal des Hochpassfilters I36 werden
an einem Addierer 137a zur Lieferung eines Ausgangssignals V01 addiert. Durch Verwendung des Addierers 137a wird dabei
die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangssignalen von Verstärker 131a und Hochpassfilter I36 erhalten.
7098^7/118 ·;
Fig. 11 zeigt eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1o.
Gemäß Fig. 11 wird das Eingangssignal V^, von der Eingangsklemme 12 einem nicht-invertierenden, spannungsgesteuerten
Verstärker 131b und einem Hochpassfilter 136 aus einem
Kondensator I33 und einem Widerstand 134 zugeführt. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 131b und das Ausgangssignal
des Hochpassfilters I36 werden einer Subtrahierschaltung 137b zugeführt, um eine Spannungsdifferenz zwischen den
Ausgangssignalen des Verstärkers 131b und des Hochpassfilters 136 zu erhalten.
Die Fig. 12 und I3 veranschaulichen weitere Beispfele für
in der Strombetriebsart arbeitende gesteuerte Verstärkerschaltungen gemäß Fig. 5 und 7. In Fig. 12 ist die gesteuerte
Verstärkerschaltung I3 im Kodiererteil dargestellt, während Fig. 13 die entsprechende Verstärkerschaltung 19 im Dekodiererteil
zeigt. Bei den AusfUhrungsformen gemäß Fig. 5 und 7 werden nlcht-invertierende, spannungsgesteuerte Verstärker
131 und 136 verwendet, welche die Spannungsverstärkung
variieren, während bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 12 und 13 invertierende, spannungsgesteuerte Verstärker
143 und 151 verwendet werden können. Die invertierenden,
spannungsgesteuerten Verstärker 143 und I5I sind solche invertierende
Stromverstärker, bei denen der Stromverstärkungsgrad entsprechend der Steuerspannung variiert wird, und bei
denen dann, wenn ein Strom in die Eingangsklemme fließt, auch ein Strom zu ihrer Ausgangsklemme fließt. Für die spannungsgesteuerten
Verstärker 143» 151 kann beispielsweise ein
spannungsgesteuerter Verstärker gemäß der US-PS 3 714 462
verwendet werden, so daß auf eine nähere Erläuterung in der vorliegenden Beschreibung verzichtet werden kann.
■'09847/1180
-K5-
Gemäß Fig. 12 wird eine Eingangsspannung V., nach der
Umwandlung in einen Strom durch einen Widerstand 142 dem spannungsgesteuerten Stromverstärker 14} eingespeist,
in welchem sie um einen durch die Spannung V , bestimmten Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der multiplizierte
bzw. vervielfachte Strom wird sodann an einen Additionspunkt
150 angelegt. Andererseits wird die Eingangsspannung V\,
an den Additionspunkt 15° auch über eine Reihenschaltung
aus einem Widerstand 144 und einem Kondensator 145 eingespeist,
die eine Hochpassfilterschaltung bilden. Wenn mit r, c, (J und A1 die Widerstandswerte der Widerstände 142
und 144, der Kapazitätswert des Kondensators 145, die Winkelfrequenz bzw. die Verstärkung des spannungsgesteuer'en
Verstärkers bezeichnet werden, läßt sich die Beziehung dei Eingangsspannung V., zu einem Produkt aus dem Widerstands wert
r des Widerstands 144 und dem zum Additionspunkt I50
fließenden Strom I durch folgende Gleichung ausdrücken:
UP . Al
Gleichung (3) ist daher identisch mit Gleichung (1), so daß
sie die Kennlinie gemäß Fig. 6 angibt. Der Strom wird einer Voranhebeschaltung 151 zugeführt, die aus einem Operationsverstärker
147 mit einer Bewertungsschaltung 148 auf der
Gegenkopplungsstrecke besteht. Der Ausgang der Voranhebeschaltung ist mit einer Ausgangsklemme 149 verbunden. Der
gesteuerte Verstärker gemäß Fig. 12 besitzt die im folgenden beschriebene Beziehung zum Verstärker gemäß Fig. 5· Ein
Schaltungsabschnitt von der Eingangsklemme 12 bis zum Addierer 157 (Fig. 5) entspricht dem Schaltungsabschnitt von
709847/118 0
■yf-
der Eingangsklemme ^i^^ bis zum Additionspunkt 150 gemäß
Fig. 12, und die Voranhebeschaltung 1J58 entspricht der gleichen Schaltung 15I gemäß Fig. 12. Der Frequenzgang
des gesteuerten Verstärkers gemäß Fig. 1o entspricht
Fig. 3, ähnlich wie bei der AusfUhrungsform gemäß Fig.
Gemäß Fig. I3 wird eine Eingangsspannung V^2 an eine
Eingangsklemme I58 angelegt und Über eine der Bewertungsschaltung
148 gemäß Fig. 12 äquivalente Entzerrerschaltung 150 geleitet, deren Ausgangsstrom einem spannungsgesteuertei
Stromverstärker I5I zugeführt wird, an welchem der Strom
durch einen durch die Spannung Vp gesteuerten bzw. bestimmten
Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der multiplizierte
bzw. vervielfachte Strom wird durch einen Strom'Spannungs-Wandler
159 mit einem Operationsverstärker 155 und einem
Widerstand I56 für Gegenkopplung in eine Spannung umgewandelt.
Die umgewandelte Spannung wird von einer Ausgangsklemme abgenommen. Die Spannung des Wandlers 159 wird über eine
eine Hochpassfilterschaltung bildende Reihenschaltung
aus einem Widerstand I52 und einem Kondensator 15^ zum
Eingang des spannungsgesteuerten Verstärkers I5I zurückgekoppelt.
Auf diese Weise wird die nachstehend definierte Beziehung Hid(P) zwischen einer Ausgangsspannung Vq2 und
einem Wert I . χ r erhalten, der durch Multiplizieren eines Widerstandswerts r des Widerstands 152 mit einem zum
Additionspunkt I60, an welchem Eingangssignal und RUckkopplungssignal
addiert werden, fließenden Strom I , erhalten wird.
n 0 9 R /, 7 / 1 1 8 ■'■
1+P
HldCP) - i -^hl
(5)
Gleichung (5) entspricht somit Gleichung (2), welche die Kennlinie gemäß Fig. 8 angibt.
Das Ansprechen des Ausgangs V02 des gesteuerten Verstärkers
gemäß Fig. 13 auf ein Eingangssignal V12 ist, ebenso wie
bei der Ausftlhrungsform gemäß Fig. 7, in Fig. 4 veranschaulicht.
Del der Schaltung gemäß Fig. 5 ist die Kennlinie (der Strecke)
V„, - V1-,, in einem Bereich von A<O(dB) aufgetragen, entsprechend
Fig. 14. Dies bedeutet, daß der Verstärkungsgrad beim Anliegen eines großen Signalpegels exponentiell verringert
wird, und wenn er in diesen Bereich fällt, wird der Frequenzgang im Hochfrequenzbereich, verglichen zu dem
im Mittel- und Niederfrequenzbereich, angehoben. Infolgedessen tritt im Hochfrequenzbereich eine Signalverzerrung
und außerdem eine Modulation des Störsignals aufgrund modulierter Störsignale auf. Wenn bei der Schaltung gemäß
Fig. 1} A kleiner ist als 0 (dB) (A<O(dB)), nämlich
A1>1 gemäß Gleichung (4), wird die Arbeitsweise der Schaltung
Instabil, weil der imaginäre bzw. gedachte Teil des Nenners einer übertragungsfunktion negativ wird. Zur Vermeidung
eines solchen Zustands werden die Spannungen V^,
V ο zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Verstärkers auf einen zweckmäßigen Wert begrenzt. Flg. 15 ist ein Blockschaltbild,
inweichem Begrenzer 17 und 22 zur Steuerung
7 η R R L ■; / u 8 ·
-19-
der Spannungen V , bzw. V2 einmal zwischen einen gesteuerten
Verstärker 1j5 und einen PegelfUhler 16 und zum anderen
zwischen einen gesteuerten Verstärker 19 und einen Pegelfühler
21 eingefügt sind.
Bei den AusfUhrungsformen gemäß den Fig. 5 und 7 sind die
Voranhebeschaltung 1^8 und die Entzerrerschaltung 187
an den unmittelbar mit dem Aufzeichnungsgerät verbundenen
Seiten angeordnet. Diese Schaltungen 1^8 und I87 können
jedoch auch an den Seiten der gesteuerten Verstärkerschaltungen angeordnet sein, die an Eingangs- und Ausgangsklemmen
12 bzw. 23 der RauschunterdrUckungsvorrichtung angeschlossen
sind. In diesem Fall wird die gleiche Wirkung wie im zuerst beschriebenen Fall erzielt.
Obgleich sich die beschriebenen Ausführungsformen für die
Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses bei hohen Frequenzen durch Anhebung der Hochfrequenzkomponenten eignen,
ist die Erfindung auch auf die Verbesserung des Signal/ Rauschen-Verhältnisses bei niedrigen Frequenzen durch Anhebung
der Niedrigfrequenz-Komponenten anwendbar. Durch Anhebung sowohl der Niedrig- als auch der Hochfrequenz-Komponenten
kann dieses Verhältnis sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen verbessert werden. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann in Verbindung mit einer Schaltung bzw. Anordnung benutzt werden, bei welcher der Anhebungsbereich
entsprechend dem Spektralumfang (spectrum constitution) des Eingangssignals V. gesteuert wird. Kurz gesagt, läßt sich
die erfindungsgemäße Störsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung
wie folgt definieren: Unter der Voraussetzung, daß ein erster Frequenzbereich ein fester Bereich mit einer
709847/118
-36-
Anzahl von Signalkomponenten oder ein variabler, sich
mit den Frequenzkomponenten eines Signals ändernder Bereich 1st, während ein zweiter Frequenzbereich ein solcher ist,
der eine Anzahl von Störsignal-Komponenten enthält und außerhalb des ersten Frequenzbereichs liegt, wird in der
Kodierbetriebsart die Verstärkung des ersten Frequenzbereichs entsprechend der Abnahme des Eingangssignalpegels
vergrößert und entsprechend der Erhöhung dieses Pegels verkleinert, während die Anhebungsgröße des zweiten Frequenzbereichs gegenüber derjenigen des ersten Frequenzbereichs
bei Verkleinerung des Eingangssignalpegels erhöht und bei Vergrößerung dieses Pegels verrringert wird. In der Dekodierbetriebsart
arbeitet die Rauschunterdrückungsvorrlchtung in der entgegengesetzten Weise wie in der Kodierbetriebsart.
Erfindungsgemäß wird das Signal/Rauschen-Verhältnis beträchtlich
verbessert. Wenn zudem der Signalpegel niedrig ist, wird die Anhebungsgröße ausreichend erhöht, so daß durch
den Musiktonpegel modulierte Störsignale kaum zu hören sind und bei hohem Signalpegel der Pegel bei den hohen Frequenzen
nicht so stark ansteigt. Infolgedessen kann auch bei Anwendung
der erfindungsgemäßen Rauschunterdrückungsvorrichtung
auf ein Aufzeichnungsmedium mit hohem Störpegel und niedrigem Sättigungspegel, beispielsweise auf das Kassettenmagnetband
sogenannter Kassettenrekorder, eine zufriedenstellende Störunterdrückung erzielt werden.
Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten AusfUhrungsform
der Erfindung möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.
9 R U 7 / 1 1 8
Le e rs e11 e
Claims (14)
1. Störsignal- bzw. Rauschunterdrückungsvorrichtung mit
einem Kodierer zum Verdichten bzw. Verengen des dynamischen Bereichs eines Eingangssignals in Abhängigkeit
von seiner Amplitude und zur Lieferung des verdichteten Signals zu einem SignalUbertragungsmedium, und mit einem
Dekodierer zum Dehnen des dynamischen Bereichs eines Ausgangssignals des Signalübertragungsmediums entsprechend
seiner Amplitude, gekennzeichnet durch eine im Kodierer vorgesehene erste gesteuerte Verstärkerschaltung,
durch welche dann, wenn sich das Eingangssignal im unteren und mittleren Bereich befindet, der
Hochfrequenzbereich des Signals ausreichend angehoben wird, während bei einem hohen Signal die Anhebungsgröße im
Hochfrequenzbereich begrenzt ist, und durch eine zweite, im Dekodierer vorgesehene gesteuerte Verstärkerschaltung
mit einer übertragungsfunktion, welche auf diejenige der ersten gesteuerten Verstärkerschaltung im wesentlichen
nach Art einer reziproken Funktion bezogen ist.
Bl 'eg
709847/118
2. Störsignal- bzw. RauschunterdrUckungsvorrichtung, Insbesondere nach Anspruch 1, dadurqh gekennzeichnet, daß ein Kodierer mit einem ersten
Pegelfühler zur Feststellung der Amplitude eines durch den Kodierer geleiteten Eingangssignals und ein erster
gesteuerter Verstärker zur Steuerung der Amplitude des EIngamgsSignaIs entsprechend dem Ausgangssignal des
ersten Pegelfühlers sowie eine zwischen einen Ausgang des ersten gesteuerten Verstärkers und einen Einging des
ersten Pegelfühlers eingeschaltete erste Bewertungsschaltung zur Bewertung der Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangssignal vorgesehen sind, daß der Kodierer
den dynamischen Bereich des Eingangssignals verdichtet bzw. verengt und das verdichtete Signal zu einem Signalübertragungsmedium liefert, daß ein Dekodierer vorgesehen ist,
der einen zweiten Pegelfühler zur Feststellung der Amplitude des Ausgangssignals des Kodierers über das Signal-Ubertragungsmedium, einen zweiten gesteuerten Verstärker
zur Steuerung der Amplitude des Ausgangssignals des Kodierers entsprechend dem Ausgangssignal des zweiten Pegelfühlers und eine zwischen einen Eingang des zweiten gesteuerten Verstärkers und einen Eingang des zweiten PegelfUhlers
eingeschaltete zweite Bewertungsschaltung zur Bewertung der Amplitude eines Ausgangssignals vom SignalUbertragungsmedium aufweist, wobei der Dekodierer das Ausgangssignal
des Kodierers auf den ursprünglichen Dynamikbereich bzw. -umfang des Eingangssignals dehnt, daß der erste gesteuerte
Verstärker den Verstärkungsgrad In Abhängigkeit von der Amplitude des durch den Kodierer geleiteten Eingangssignals
ändert und eine Übertragungsfunktion besitzt, bei welcher das Inkrement oder Dekrement eines zweiten Frequenzbereichs
im Vergleich zu dem eines ersten Frequenzbereichs mit einer Anzahl von Eingangssignalkomponenten, ausgenommen derjenigen
ι Ο 9 ft U 7 / 1 1 8
des zweiten Frequenzbereichs, groß ist, und daß der zweite gesteuerte Verstärker eine übertragungsfunktion
besitzt, welche auf diejenige des ersten gesteuerten Verstärkers im wesentlichen reziprok bezogen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Frequenzbereich ein
Niedrig- und Mittelfrequenzbereich ist, und daß der zweite Frequenzbereich einen Hochfrequenzbereich des
Tonfrequenzbands umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Verstärker
einen ersten spannungsgesteuerten Verstärker, an den ein Ausgangssignal des ersten PegelfUhlers angelegt wird,
und eine erste Hochpassfilterschaltung aufweist, die über
Eingang und Ausgang des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers geschaltet ist und die Verstärkung des zweiten
Frequenzbereichs entsprechend der Zunahme der Amplitude des Eingangssignals im Vergleich zur Verstärkung des
ersten Frequenzbereichs weiter verringert, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin eine Voranhebeschaltung
zur Anhebung eines Hochfrequenzbereichs des über den Kodierer geleiteten Signals aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste spannungsgesteuerte Verstärker
ein invertierender Verstärker ist und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin einen ersten Addierer
zur Lieferung einer Summe aus dem Ausgangssignal des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers und einem Ausgangssignal
der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.
/. 7/118''
6. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der erste spannungsgesteuerte
Verstärker ein nicht-invertierender Verstärker ist, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin eine
erste Subtrahierschaltung zur Lieferung einerDifferenz zwischen einem Ausgangssignal des ersten spannungsgesteuerten
Verstärkers und einem Ausgangssignal der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste spannungsgesteuerte
Verstärker ein nicht-invertierender Verstärker ist, und daß der erste gesteuerte Verstärker weiterhin einen
ersten, mit der ersten Hochpassfilterschaltung in Reihe geschalteten invertierenden Verstärker und einen ersten
Addierer zur Lieferung einer Summe aus dem Ausgangs signal des ersten spannungsgesteuerten Verstärkers und einem
Ausgangssignal der ersten Hochpassfilterschaltung aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Verstärker
zwei Filtereinrichtungen zum Dividieren des EingangsSignaIs
in ein erstes und ein zweites Frequenzbereichsignal, zwei spannungsgesteuerte Verstärker zur Aufnahme der Ausgangssignale
der beiden Filtereinrichtungen und deren Verstärkungsgrade sich entsprechend der Steuerspannung ändern,
zwei Koeffizienten-Multiplizierschaltungen zur Lieferung der Steuerspannung zum ersten bzw. zweiten spannungsgesteuerten
Verstärker und eine Einrichtung zum Summieren der Ausgangssignale des ersten und des zweiten spannungsgesteuerten
Verstärkers aufweist.
709847/
9· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gesteuerte Verstärker
einen zweiten spannungsgesteuerten Verstärker, dem ein Ausgangssignal des zweiten PegelfUhlers zugeführt wird,
und eine zweite Hochpassfilterschaltung aufweist, die
über Eingang und Ausgang des zweiten spannungsgesteuerten Verstärkers geschaltet ist und die Verstärkung des
zweiten Frequenzbereichs entsprechend der Erhöhung der
Amplitude des Signals des SignalUbertragungsmediums im Vergleich zu derjenigen des ersten Frequenzbereichs
weiter vergrößert, und daß der zweite gesteuerte Verstärker weiterhin eine Entzerrerschaltung zum Entzerren
eines Hochfrequenzbereichs eines durch den Dekodierer geleiteten Signals aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste gesteuerte Verstärkerschaltung
einen Widerstand zur Umwandlung einer an ihn angelegten Spannung in einen Strom, einem mit dem Widerstand
zur Abnahme des Stroms in Reihe geschalteten invertierenden, spannungsgesteuerten Stromverstärker und
eine Hochpassfilterschaltung aufweist, die mit einer Reihenschaltung aus dem Widerstand und dem invertierenden,
spannungsgesteuerten Stromverstärker parallelvgeschaltet
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die erste gesteuerte Verstärkerschaltung
weiterhin eine Voranhebeschaltung umfaßt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite gesteuerte Verstärkerschaltung
einen invertierenden, spannungsgesteuerten Ver
stärker, einen Strom 7Spannungs-Wandler, der an den
Ausgang des invertierenden, spannungsgesteuerten Verstärkers angeschlossen ist, und eine Rtickkopplungsschaltung
aufweist, welche zwischen einen Ausgang des Strom/Spannungs-Wandlers und einen Eingang des invertierenden,
spannungsgesteuerten Verstärkers eingeschaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite gesteuerte Verstärker
weiterhin eine Ent zerrerschaltung aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Begrenzer zur Steuerung der
Ausgangssignale des ersten bzw. des zweiten Pegelftlhlers
vorgesehen sind.
7 0 9 8 U 7 / 1 1 8 ■
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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Free format text: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZEL, W., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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