DE2743279A1 - Schaltung zur automatischen dynamik-kompression oder -expansion - Google Patents

Schaltung zur automatischen dynamik-kompression oder -expansion

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DE2743279A1 DE19772743279 DE2743279A DE2743279A1 DE 2743279 A1 DE2743279 A1 DE 2743279A1 DE 19772743279 DE19772743279 DE 19772743279 DE 2743279 A DE2743279 A DE 2743279A DE 2743279 A1 DE2743279 A1 DE 2743279A1
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Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1
6000 Frankfurt/Main 70
Hannover, den 14.09.1977 KE2-Schr/gn H 77/54
Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder-Expansion
Das Hauptpatent DT-PS 24 06 258 betrifft eine Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder- Expansion mit wenigstens einem steuerbaren Stellglied zur Änderung des Ubertragungsmaßes im Nutzsignalweg und mit einem zur Erzeugung einer Steuerspannung vorgesehenen Zweigweg, der einen Steuerspannungserzeuger enthält.
Es ist bekannt, die Qualität der Wiedergabe von Tonfrequenz-Darbietungen durch Vergrößern des Signtl-Abstandes durch ein Kompression-Expansion-System (sogenanntes Kompander-System) zu verbessern. Die Nutzsignale werden vor dem gestörten übertragungsweg (z.B. Leitung oder Tonband) in ihrer Amplitude komprimiert und nach der Übertragung bzw. Speicherung expandiert.
Bei derartigen Systemen besteht die Schwierigkeit, unter anderem die folgenden Forderungen möglichst weitgehend zu erfüllen: Geringer wirtschaftlicher Aufwand, sich entsprechende Kennlinien bei der Kompression und bei der Expansion, gute Reproduzierbarkeit der verlangten Werte bei den Geräten z.B. einer Fabrikationsserie und die Ausbaufähigkeit des System-Konzeptes bezüglich der Wahl des Expansions- und Kompressions-Grades. Bekannte Kompander-Systeme erfordern entweder bei guter Qualität einen relativ großen Aufwand oder sie erfüllen nicht bei einem - insbesondere bei Konsumgeräten geforderten - gerin-
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gen Aufwand in ausreichendem Maß die obengenannten Forderungen.
Diese Forderungen werden bei dem Kompander-System nach dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß bei der eingangs genannten Schaltung die Steuerspannung auch im Zweigweg liegenden Mitteln zur Änderung des Übertragungsmaßes zugeführt wird, und zwar im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg.
Bei den in der Zeichnung des Hauptpatentes dargestellten Ausführungsformen des Kompander-Systems gemäß dem Hauptpatent ist der zur Erzeugung der Steuerspannung vorgesehene Zweigweg bei Kompression an den Ausgang des Nutzsignalwegs und bei Expansion an den Eingang des Nutzsignalwegs angeschlossen. Dies bedeutet, daß das beschriebene Kompander-System nicht ohne weiteres für eine solche Aufteilung der Kompander-Baugruppen geeignet ist, bei der das Stellglied im Nutzsignalweg möglichst nahe an den Übertragungsweg oder das Aufzeichnungsgerät für das komprimierte Signal liegen soll. Das z.B. mit einer Steuergleichspannung gesteuerte Stellglied im Nutzsignalweg kann dann zwar ohne besondere Schwierigkeiten auch bei einer großen Entfernung zwischen diesem Stellglied des Nutzsignalwegs einerseits und dem Zweigweg andererseits angesteuert werden. Es ist aber zugleich je eine das Nutzsignal führende Leitung zum Ausgang der Kompressions-Schaltung und vom Eingang der Expansions-Schaltung zu dem betreffenden Zweigweg erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das beschriebene Kompander-System so zu verbessern, daß dieses Kompander-System auch bei der beschriebenen Aufteilung der Kompander-Baugruppen anwendbar ist, ohne daß eine Signalleitung für das Nutzsignal vom Ausgang der Kompressions-Schaltung bzw. vom Eingang der Expansions-Schaltung zu dem betreffenden Zweigweg erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 wiedergegebene
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Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das im Nutzsignalweg liegende Stellglied insbesondere, dynamisch wirkende Begrenzungsmittel enthalten kann, die bei einem plötzlichen Ansteigen des Nutzsignales diesen Anstieg auf einen vorgegebenen Wert begrenzen. Da der Eingang des Zweigwegs bei Kompression nicht am Ausgang, sondern am Eingang des NutzSignalweges angeschlossen ist, bedeutet dies, daß zwar die volle Änderung des Nutzsignales zur Erzeugung einer entsprechend großen Steuerspannung ausgenutzt wird, daß zugleich aber am Ausgang der Schaltung nicht die volle Änderung des Nutzsignales wirksam wird.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine durch das Hauptpatent vorbekannte Kompressions-Schaltung
Fig. 2 eine durch das Hauptpatent vorbekannte Expansions-Schaltung
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Kompression und Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Expansion.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 das Blockschaltbild einer Schaltung zur Kompression z.B. von NF-Signalen, die einer Eingangsklemme 1 zugeführt werden. An einer Ausgangsklemme 3 ist entsprechend das komprimierte Nutzsignal abgreifbar. Damit weist das an der Ausgangsklemme 3 abgreifbare Nutzsignal einen geringeren Dynamikumfang auf als das der Eingangsklemme 1 zugeführte Nutzsignal. Eine solche Schaltung kann z.B. beim Bespielen eines Tonbandgerätes verwendet werden.
Zu dem beschriebenen Zweck ist im Nutzsignalweg zwischen den Klemmen 1 und 3 ein in seiner Verstärkung steuerbarer Verstärker 2 angeordnet. Der Verstärker 2 besitzt einen Steuereingang 4, über den zwecks Änderung des Übertragungsmaßes im Nutzsignalweg seine Verstärkung mit einer Steuergleichspannung
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steuerbar ist.
Zur Gewinnung der erwähnten Steuergleichspannung ist ein Zweigweg vorgesehen, der einen weiteren in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärker θ sowie einen von dem Verstärker 8 gespeisten Sfceuerspannungserzeuger 5 enthält. Der Eingang des Zweigwegs ist an den Ausgangs des Nutzsignalwegs (Ausgang des Verstärkers 2) angeschlossen. Der Steuerspannungserzeuger 5 ist so aufgebaut, daß er an seinem Ausgang eine Steuergleichspannung erzeugt, die vorteilhaft in der Weise von der dem Steuerspannungserzeuger 5 zugeführten Eingangswechselspannung abhängt, daß beim Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes durch die erwähnte Eingangswechselspannung die Steuergleichspannung am Ausgang des Steuerspannungserzeugers 5 sehr schnell auf einen relativ großen Wert ansteigt. Diese Steuergleichspannung dient zur Steuerung sowohl des auch als Stellglied zu bezeichnenden Verstärkers 2 im Nutzsignalweg als auch des als Stellglied im Zweigweg arbeitenden Verstärkers 8. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Steuerspannungserzeugers 5 mit den Steuereingängen 4· und 7 der Stellglieder 2 und 8 verbunden. Die beiden Stellglieder bzw. Verstärker 2 und 8 sind so aufgebaut, daß die Steigungen ihrer Steuerkennlinien (Abhängigkeit der Verstärkung von der Steuergleichspannung) gleiche Vorzeichen aufweisen.
Die beschriebene Schaltung arbeitet so, daß die am Eingang 6 des Steuerspannungserzeugers 5 meßbare Wechselspannung konstant gehalten wird. Wenn die beiden Verstärker 2 und 8 gleichartig aufgebaut sind, bedeutet die erwähnte Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung, daß der volle Dynamikumfang des Nutzsignals an der Eingangsklemme 1 in einem die beiden in Reihe geschalteten Verstärker 2 und 8 enthaltenden Signalweg zu Null abgebaut wird. Damit besitzt also das Nutzsignal am Ausgang des Verstärkers 2 den halben Dynamikumfang wie das Nutzsignal an der Eingangsklemme 1. Das der Eingangsklemme 1 zugeführte Nutzsignal ist also komprimiert.
In Fig. 2 ist eine Schaltung zur Expansion eines z.B. mittels
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der Schaltung nach Fig. 1 komprimierten Nutzsignals dargestellt. Es werden in der Schaltung nach Fig. 2 zum Teil vorteilhaft die gleichen Baugruppen verwendet wie in der Schaltung nach Fig. 1. So sind der Verstärker 8 sowie der von diesem Verstärker 8 gespeiste Steuerspannungserzeuger 5 in dem an dem Eingang des Nutzsignalwegs angeschlossenen Zweigweg bei der Schaltung nach Fig. 2 genauso aufgebaut wie der Verstärker 8 und der Steuerspannungserzeuger 5 in der Schaltung nach Fig. 1.
Im Nutzsignalweg der Schaltung nach Fig. 2 ist zwischen der Eingangsklemme 9 und der Ausgangsklemme 12 ein in seiner Verstärkung steuerbarer Verstärker 10 mit einem Steuereingang 11 angeordnet, dessen Steuerkennlinie bezüglich der Steuerkennlinie des Verstärkers 8 im Zweigweg komplementär ist, d.h. eine Steigung mit einem anderen Vorzeichen aufweist.
Die soweit beschriebene Schaltung nach Pig. 2 arbeitet so, daß die am Eingang 6 des SteuerSpannungserzeugers 5 meßbare Wechselspannung auf einem konstanten Wert gehalten wird. Dadurch wird der Dynamikumfang des an der Eingangsklemme 9 anliegenden Nutzsignals im Zweigweg zu Null abgebaut. Da der Verstärker 10 im Nutzsignalweg gegensinnig gesteuert wird bezüglich des Verstärkers 8 im Zweigweg, besitzt das Nutzsignal an der Ausgangsklemme 12 einen größeren Dynamikumfang als das Nutzsignal an der Eingangsklemme 9* Wenn die beiden Verstärker 10 und 8 - abgesehen von den komplementären Steuerkennlinien - gleichartig aufgebaut sind, dann weist das Nutzsignal an der Ausgangsklemme 12 einen doppelt so großen Dynamikumfang auf, wie das Nutzsignal an der Eingangsklemme 9·
Bei einer Kompression eines Nutzsignals mittels der Schaltung nach Fig. 1 und einer späteren Expansion mittels der Schaltung nach Fig. 2 besitzt das Nutzsignal an der Ausgangsklemme 12 den gleichen Dynamikumfang wie das der Eingangsklemme 1 der Schaltung nach Fig. 1 zugeführte Nutzsignal. Eine genauere Beschreibung der erläuterten Schaltung ist in dem Hauptpatent wiedergegeben.
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In Fig. 3 ist ein Ausfiihrungsbeispiel für eine Kompressions-Schaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Schaltung dient wie die Schaltung nach Fig. 1 zur Kompression eines der Eingangsklemme 13 zugeführten Nutzsignals, so daß an der Ausgangsklemmme 16 ein Nutzsignal mit einem verringerten Dynamikumfang abgreifbar ist. Der Nutzsignalweg zwischen der Eingangsklemme 13 und der Ausgangsklemme 16 enthält einen in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärker 14 mit einem Steuereingang 15· Zur Erzeugung einer Steuergleichspannung für die Steuerung des Verstärkers 14 ist ein Zweigweg vorgesehen, der zwei in Reihe geschaltete, in ihrer Verstärkung steuerbare Verstärker 18 und 19 sowie einen von dem Verstärker 19 gespeisten Steuerspannungserzeuger 22 enthält. Der Eingang dieses Zweigwegs (Eingang des Verstärkers 18) ist an den Eingang des Nutzsignalwegs (Eingang des Verstärkers 14) angeschlossen.
Der Steuerspannungserzeuger 22 ist entsprechend dem Steuerspannungserzeuger 5 in den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 aufgebaut. Seine Ausgangsspannung (Steuergleichspannung) speist die Steuereingänge 15, 17 und 20 der Verstärker 14, 18 und 19· Die Verstärker 14, 18 und 19 sind so aufgebaut, daß ihre Steuerkennlinien das gleiche Vorzeichen besitzen. Die beschriebene Schaltung arbeitet so, daß die am Eingang 21 des Steuerspannung serzeugers 22 meßbare Wechselspannung auf einen konstanten Wert geregelt ist. Damit wird der Dynamikumfang des Nutzsignals an der Eingangsklemme 13 im Zweigweg auf den Wert Null am Eingang 21 des Steuerspannungserzeugers 22 abgebaut.
Für den leicht überschaubaren Fall, daß die Verstärkers 14, 18 und 19 gleich sind, ist am Ausgang des Verstärkers 18 und damit auch am Ausgang des genauso wie der Verstärker 18 gesteuerten Verstärkers 14 ein Nutzsignalweg mit einem Dynamikumfang abgreifbar, der genau halb so groß ist wie der Dynamikumfang des Nutzsignals an der Eingangsklemme 13. Das an der Ausgangsklemme 16 abgreifbare Nutzsignal ist also komprimiert.
In Fig. 4 ist eine Schaltung zur Expansion eines in seinem Dynamikumfang zuvor z.B. mittels einer Schaltung nach Fig. 3
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komprimierten Nutzsignals dargestellt. Das zu expandierende Nutzsignal wird der Eingangsklemme 23 zugeführt. Am Ausgang 26 des einen steuerbaren Verstärker 24 mit einem Steuereingang 25 enthaltenden Nutzsignalwegs soll das expandierte Nutzsignal abgreifbar sein.
Die Schaltung nach Fig. 4 enthält wie die Schaltung nach Fig. 3 einen Zweigweg mit Verstärkern 18 und 19 und einen Steuerspannungserzeuger 22, der im vorliegenden, einfachsten Fall genauso aufgebaut ist wie der Zweigweg in der Schaltung nach Fig. 3. Der Verstärker 24 im Nutzsignalweg, dessen Steuereingang 25 von dem SteuerSpannungserzeuger 22 gespeiet wird, besitzt eine Steuerkennlinie, deren Steigung ein anderes Vorzeichen besitzt als die Steigung der Steuerkennlinien der Verstärker 18 und 19* Der erwähnte Zweigweg ist an den Ausgang (Ausgang des Verstärkers 24) des Nutζsignalwegβ angeschlossen.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Expansions-Schaltung nach Fig. 4 wird der Einfachheit halber vorausgesetzt, daß der Schaltung nach Fig. 4 ein Signal zugeführt wird, das mittels einer Schaltung nach Fig. 3 komprimiert wurde, wobei die Verstärker in Fig. 3 und Fig. 4 - abgesehen von der komplementären Steigung der Steuerkennlinien der Verstärker 14 und 24 - gleich aufgebaut sind. Man kann dann - ausgehend von der Eingangsklemme
13 bis zur Ausgangsklemme 26 einen Nutzsignalweg erkennen, der die beiden gegensinnig zueinander gesteuerten Verstärker 14 und 24 enthält. Die VerstärkungsWirkungen der Verstärker 24 und
14 heben sich also auf Grund der gleichartigen Zweigwege gewissermaßen auf, so daß an der Ausgangsklejuue 26 ein Nutzsignal mit einem Dynamikumfang abgreifbar ist, der genauso groß ist wie der des Nutzsignals an der Eingangeklemme 13· Der Nutzsignalweg der Schaltung nach Fig. 4 ändert den Dynamikumfang des zugeführten Nutzsignals um einen Betrag, der abhängig ist von dem Verhältnis der Anzahl der im Nutzsignalweg liegenden steuerbaren Verstärker zur Anzahl der im Zweigweg liegenden steuerbaren Verstärker.
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Die beschriebenen Schaltungen können dadurch zur Erzielung beliebiger Kompressions- bzw. Expansions-Grade abgewandelt werden, daß die Anzahl der im Nutzsignalweg und der im Zweigweg liegenden steuerbaren Verstärker bzw. deren Verstärkungsmaß entsprechend verändert wird.
Bei der erwähnten gegensinnigen Steuerung bzw. Regelung der steuerbaren Verstärker im Nutzsignalweg und im Zweigweg ist entscheidend, daß die in den genannten Signalwegen wirksame Veränderung der Verstärkung gegensinnig ist. So können gegebenenfalls z.B. bei der Expansions-Schaltung identische Verstärker im Nutzsignalweg und im Zweigweg verwendet werden, wenn dafür gesorgt wird, daß den genannten Verstärkern gegensinnig verlaufende Steuersparnungen zugeführt werden.
Wenn bei der Kompressions-Schaltung nach Fig. 3 Mittel zur Begrenzung des Überschwingens bei plötzlich auftretenden großen Änderungen des Nutzsignals verwendet werden sollen, dann brauchen diese vorteilhaft nur in dem im Nutzsignalweg liegenden Verstärker angeordnet zu werden. Im Nutzsignalweg wird dann das genannte unerwünschte Uberschwingen verhindert, ohne daß durch diese Begrenzung auch die zur Erzeugung der Steuergleichspannung ausgewerteten Nutzsignale begrenzt sind.
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. AO'
L e e r s e
it

Claims (3)

- /- H 77/54 Patentansprüche
1.) Schaltung zur automatischen Dynamik-Kompression oder -Expansion mit wenigstens einem steuerbaren Stellglied zur Änderung des Übertragungsmaßes im Nutzsignalweg und mit einem zur Erzeugung einer Steuerspannung vorgesehenen Zweigweg, der wenigstens ein weiteres steuerbares Stellglied sowie einen Steuerspannungserzeuger enthält, wobei die Steuerspannung auch dem im Zweigweg liegenden Stellglied im Sinne einer Gegenregelung des Übertragungsmaßes im Zweigweg zugeführt ist, nach Patent 24- 06 258, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Kompression der Zweigweg an den Eingang des Nutzsignalwegs und im Falle der Expansion an den Ausgang des Nützsignalwegs angeschlossen ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Nutzsignalweg liegenden Stellglieder Mittel zur Begrenzung des Nutzsignals enthalten.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Nutzsignalweg liegenden Stellglieder Mittel zur Begrenzung des momentanen Anstiegs des Nutzsignals enthalten.
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ORIGINAL INSPECTED
DE19772743279 1974-02-09 1977-09-27 Schaltung zur automatischen dynamik-kompression oder -expansion Withdrawn DE2743279A1 (de)

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