DE2834545A1 - Verstaerker mit veraenderbarem uebertragungsmass - Google Patents

Verstaerker mit veraenderbarem uebertragungsmass

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DE2834545A1
DE2834545A1 DE19782834545 DE2834545A DE2834545A1 DE 2834545 A1 DE2834545 A1 DE 2834545A1 DE 19782834545 DE19782834545 DE 19782834545 DE 2834545 A DE2834545 A DE 2834545A DE 2834545 A1 DE2834545 A1 DE 2834545A1
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control voltage
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DE19782834545
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Ernst Dipl Ing Schroeder
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/002Volume compression or expansion in amplifiers in untuned or low-frequency amplifiers, e.g. audio amplifiers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Description

  • Verstärker mit veränderbarem Übertragungsmaß
  • Es ist bekannt, die Qualität der Wiedergabe von Tonfrequenzdarbietungen durch Vergrößern des Signal-Rausch-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 expandiert. Eine solche Schaltung ist durch die DE-PS 24 06 258 bekannt. Bei Anwendung dieser bekannten Schaltung in Geräten des Unterhaltungssektors ist es zweckmäßig, die Kompression und Expansion nur innerhalb eines eingeschränkten Dynamik-Bereichs wirksam werden zu lassen. Diese Einschränkung ergibt sich aus der bei Konsumanwendung geforderten Kompatibilität einer Kompaaderanordnung mit Übertragungseinrichtungen konstanter Verstärkung. Die Wiedergabe eines komprimierten Signals ohne Expander würde sich sonst schlecht anhören, da z.B. Störungen im Eingangssignal in dessen Pausen stark angehoben sind. Ebenfalls unzureichend wäre der Höreindruck bei einem unkomprimierten Signal, das über einen Expander wiedergegeben wird. Hierbei würde eine sehr übertriebene Dynamik der Darbietung auftreten.
  • Eine die Ubertragungscharakteristik eines für Konsumanwendungen geeigneten Kompanders beschreibende Kennlinie weist dann zwei Knickstellen auf 1 die gerade an der oberen bzw. unteren Grenze des Dynamikbereichs üblicher Audioprogramme liegen.
  • Wenn diese Grenzen jedoch überschritten werden, kann es durch die abrupte Änderung der das tbertragungsmaß beeinflußenden Steuer spannung zu einer Modulation von unverdecktem Rauschen im Rhythmus von niederfrequenten Nutzsignalen kommen.
  • Dieser Effekt wäre unterdrückt, wenn die Kennlinie bei den erwähnten Unstetigkeitsstellen (Knicken) stetig bezüglich des Differentialquotienten, also gekrümmt verlaufen würden. Bezüglich der oberen Unstetigkeitsstelle ist eine Lösung bereits durch die DE-OS 25 29 012.4 bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Veränderung des Kennlinienverlaufs im Bereich des unteren Kennlinienknicks. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den erwähnten Kennlinienknick durch einen stetigen leicht reproduzierbaren Kennlinienverlauf zu ersetzen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die im Oberbegriff des Patent an spruchs 1 genannte Schaltung. Die gestellte Aufgabe wird dabei durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Unter dem Begriff Addition ist dabei auch der Falleingeschlossen, daß bei ungleicher Polarität zweier Spannungen eine Subtraktion ihrer Beträge erfolgt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und Fig. 2 die aus der DE-PS 24 06 258 bekannten Prinzipschaltungen für Kompression und Expansion. Die erfindungsgemäßen Ergänzungen sind gestrichelt eingezeichnet, Fig. 3 ein Kennliniendiagramm für die Wirkungsweise der bekannten Schaltung und gestrichelt eingezeichnet die durch die Erfindung erreichten Veränderungen. des Verlaufs, Fig. 4 drei Kurvendiagramme, an denen die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung erläutert werden soll, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltung.
  • An Hand der Figuren 1 und 2 wird die bekannte Schaltung erläutert. Es ist beabsichtigt, die an der Eingangsklemme 1 anliegenden Eingangssignale U1 mit einem bestimmten Dynamik-Umfang in Signale U2 umzuwandeln, die an der Ausgangsklemme 2 abgreifbar sind und einen kleineren Dynamik-Umfang 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 Anderung 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 seiner Eingangswechselspannung abhängigen Gleichspannung dient. Sie wird als Steuerspannung den Steuereingängen 4 und 6 der Verstärker 3 und 7 zugeführt.
  • Die beschriebene Schaltung engt den Dynamik-Umfang des Nutzsignals ein, weil mit zunehmender Ausgangsspannung des Verstärkers 3 am Ausgang des Steuerspannungserzeugers 5 eine zunehmende Steuerspannung erscheint, die die Verstärkung des Verstärkers 3 herunterregelt. Außerdem wird auch die Verstärkung des Verstärkers 7 heruntergeregelt, so daß am Ausgang des Verstärkers 7 im stationären Zustand ein Signal mit konstanter Dynamik erscheint.
  • Der Steuerspannungserzeuger 5 ist hinsichtlich seines dynamischen Verhaltens so ausgebildet, daß er eine schnell ansteigende Gleichspannung abgibt, sobald seine Eingangswechselspannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
  • In Fig. 2 ist die Anwendung der bekannten Schaltung bei der Expansion von Wechselspannungssignalen dargestellt. Eine solche Schaltung dient z.B. dazu, die mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung von U1 auf U2 komprimierten Signal so zu expandieren, daß die Ausgangssignale U4 wieder den Dynamik-Umfang der Eingangssignale U1 der Schaltung nach Fig. 1 aufweisen.
  • Die Expansionsschaltung in Fig. 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 Fig. 1 beschriebenen steuerbaren Verstärker 7. Der Steuereingang 9 des Verstärkers 6 sowie der Steuereingang 6 des Verstärkers 7 werden von dem Ausgang 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 Fig. 2 mit dem Verstärker 7 in Fig. 1 übereinstimmt und wie dieser gegengeregelt wird. Wenn die Eingangsspannung U3 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.
  • Erfindungsgemäß ist sowohl bei der Kompressions- als auch bei der Expansions-Schaltung ein Übertragungsglied 12 mit einer eindeutigen, differenzierbaren Übertragungsfunktion angeordnet, dessen Eingang mit dem Ausgang des Steuerspannungserzeugers 5 und dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang 13 des Steuerspannungserzeugers 5 verbunden ist. Über diesen zusätzlichen Steuereingang 13 wird je nach Ausführungsform des oteuerspannungserzeugers 5 wenigstens zu einer der Referenzspannungen URef oder dem Nullpotential UO der Eingangswechselspannung eine Hilfsspannung UH addiert. Diese Hilfsspannung U4 bewirkt sinngemäß eine Verschiebung der Referenzspannungen URef und/ oder des Bezugspotentials UO der Wechselspannung. Da diese Verschiebung auf die Arbeitsweise des Steuerspannungserzeugers 5 nach Art einer Gegenkopplung wirkt, erfolgt bei einem Ansteigen der Eingangswechselspannung über den stationären Wert hinaus ein weicher Einsatz der Steuerspannung Ust, was auf das Gesamtsystem den Einfluß einer Verrundung der Kompressions-bzw. Expansionskennlinie im Bereich des unteren Knickpunktes hat.
  • Fig. 3 zeigt ein Pegeldiagramm in üblicher Darstellung, an dem die eben beschriebene Funktion verdeutlicht wird. Die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1 ohne die erfindungsgemäßen Ergänzungen ergibt einen Kennlinienverlauf gemäß der Kurve 15, die - vorausgesetzt daß der Regelbereich des Übertragungsmaßes nach unten hin begrenzt ist - einen ausgeprägten Knickpunkt 14 aufweist. Symmetrisch zu dieser Kompressionskennlinie ist die Expansionskennlinie 18 mit dem Knick 17 ausgebildet. Durch den erfindungsgemäßen Zusatz bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 wird ein allmählicher Übergang der Kennlinien von dem Dynamik-Bereich, in dem noch keine Kompanderwirkung auftritt zu dem Bereich, in dem der Kompander wirksam wird, erreicht.
  • Für die Kompressionskennlinie ergibt sich dann im Sbergangsbereich die gestrichelte Kennlinie 16 und für die Expansionskennlinie die gestrichelte Kennlinie 19.
  • An Hand der Kurvendiagramme in Fig. 4 wird gezeigt, auf welche Weise die Steuerung des Einsatzpunktes der Steuerspannung möglich ist. Fig. 4a zeigt den stationären Zustand, bei dem eine Wechselspannung UNp am Eingang des Steuerspannungserzeugers 5 die durch Referenzspamsngen +URef und URef vorgegebenen Grenzen gerade erreicht. Fig. 4b zeigt die eine Alternativlösung der Erfindung, bei der die positive Referenzspannung +URef mit einer negativen Hilfsspannung UH beaufschlagt wird und dadurch in Richtung des Bezugspotentials UO der Wechselspannung UNF verschoben wird. Als stationärer Zustand ergibt sich eine kleinere Wechselspannung UNF Eine andere Alternativlösung ist in Fig. 4c dargestellt, bei der das Bezugspotential UO der Wechselspannung UNF durch Addition mit einer Hilfsspannung UH verschoben wird. Auch hier ergibt sich ein stationärer Wert für die Wechselspannung UNF, der kleiner ist als der stationäre Wert der Wechselspannung UNF in Fig. 4a.
  • In beiden Fällen setzt die Steuerspannung und damit die Kompanderwirkung schon bei kleineren Eingangswechselspannungen UNF ein. Bei steigendem Eingangssignal steigt dann die Steuerspannung Ust, was über die Zwischenschaltung des Übertragungsgliedes 12 zu einer Abnahme des Absolutbetrages der Hilfsspannung UH führt. Bei einer weiteren Steigerung der Eingangswechselspannung wird UH zu Null, so daß die tompressions- bzw.
  • Expansionskennlinie asymptotisch den Verlauf der ursprünglichen Kennlinie annimmt (vgl. Fig. 3).
  • Mit dem in Fig. 5 dargestellten AusfahrungsbeisRel ist eine Verschiebung des Bezugspotentials UO der Wechselspannung möglich. Über eine Eingangsklemme 19 werden einem Steuerspannungserzeuger 24 Wechselspannungssignale zugeführt, während an einer Ausgangsklemme 20 eine Steuergleichspannung abgreifbar ist. Der Steuerspannungserzeuger 24 enthält einen Summierer 25, einen Schwellwertgleichrichter 26 und einen Ladekondensator 27. Dem Eingang des Summierer 25 werden über einen Kondensator 21 die Wechselspannungssignale UNF potentialfrei zugeführt. Das Bezugspotential UO wird durch einen Spannungsabfall erzeugt, den ein Strom durch die Widerstände 22, 23 und die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors 28 in dem Widerstand 22 hervorruft.
  • Das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers wird durch die Basisspannung, die dem Transistor 28 zugeführt wird, eingestellt. Zu diesem Zweck ist die Basis mit dem Ausgang des Steuerspannungserzeugers 24 verbunden.
  • Für das spezielle Ausführungsbeispiel ist der Steuerspannungserzeuger 24 so ausgebildet, daß seine Steuerspannung Ust bei fehlendem Wechselspannungseingangssignal UNF einen positiven Wert annimmt. Bei zunehmender Amplitude des Eingangssignals sinkt die Steuerspannung, so daß der Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 28 und die Widerstände 22 und 23 kleiner wird. Wenn die Steuer spannung Ust dem Emitter-Basis-Schwellwert beim Transistor 28 unterschreitet,wird die Hilfsspannung UH am Widerstand 22 Null. Die Steuerspannung Ust kann dabei auch negative Werte annehmen.
  • Wenn der Steuerspannungserzeuger 24 dagegen so ausgebildet ist, daß negative Werte nicht vorkommen und Null einen Grenzwert darstellt, kann der Transistor 28 entfallen.
  • Wenn der Steuerspannungserzeuger 24 bei zunehmender Eingangswechselspannung UNF eine solche Steuerspannung Ust abgibt, die sich von negativen zu positiven Werten hin ändert, muß der Transistor 28 sinngemäß komplementär zu dem in Fig. 5 dargestellten Typ ausgebildet sein.
  • L e e r s e i t e

Claims (3)

  1. Patent ansprtic he t 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 mit einem Komparator für die Wechselspannung bezüglich Referenzspannungen enthält, wobei die Steuerspannung auch dem im Zweigweg liegenden Stellglied im Sinne einer Gegenregelung des Ubertragungsmaßes im Zweigweg zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspannungserzeuger (5) wenigstens einen weiteren Steuereingang (13) aufweist und eine der Steuergleichspannung (Ust) analoge Hilfsspannung (UH) zu wenigstens einer Referenzspannung (URef) und/oder dem Bezugspotential (U0) der Wechselspannung (UNF) addiert wird.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HilSsspannung (UH) über den Spannungsabfall an einem elektronisch steuerbaren Widerstand gewonnen wird, wobei dem Steuereingang des elektronisch steuerbaren Widerstandes die Steuergleichspannung (Ust) zugeführt wird.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung (UH) über den Spannungsabfall an einem Teil der Reihenschaltung aus wenigstens einem ohmschen Widerstand und wenigstens einer Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors gewonnen wird, wobei die Basis bzw. Basen mit der Steuergleichspannung (Ust) angesteuert wird bzw. werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0055402A1 (de) * 1980-12-18 1982-07-07 Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Schaltung mit veränderbarem Übertragungsmass

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