DE2945783C2

DE2945783C2 - Tonsignal-Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE2945783C2
Application number: DE19792945783
Authority: DE
Inventors: Ulrich Robert Dr. 5020 Frechen Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE2945783B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tonsignal-Verstärkerschaltung gemäß dem Oberbegriff des AnsDruchs 1. also eine Verstärkerschaltung für eine in störschallbelasteter Umgebung verwendbare Tonsignalwiedergabeeinrichtung, der ein quellenseitig in der Dynamik komprimiertes Tonsignal zugeführt ist.

Be; der Aufnahme von Musik und Sprache wird sender- bzw. produktionsseitig bekanntlich die Dynamik eingeengt, d. h. daß z. B. Forte-Stellen irn Vergleich zu Piano-Stellen weniger stark verstärkt werden. Diese Maßnahme dient dazu, die Signalpegeldynamik des ursprünglichen Schallsignals an die für die Übertragung ίο und/oder Speicherung zur Verfügung stehende Kanaldynamik anzupassen.

Die Anpassung der Signalpegeldynamik an die zur Verfügung stehende Kanaldynamik wird einerseits vom Toningenieur bzw. Tonmeister im Studio von Hand ausgeführt (»Aussteuerungsregelung«), dies ist einer Dynamikkompression der Originalsignale wirkungsmäßig gleich. Außerdem sind automatisch arbeitende Kompressor-Begrenzer-Verstärker bekannt.

Bei einigen Übertragungssystemen (Kassette, Tonband) wird am Ende des Übertragungsweges bei der Wiedergabe die Dynamik wieder erweitert (Dynamikexpansion). Ein Dynamikexpander stellt im Idealfalle die dynamischen Verhältnisse am Eingang des quellenseitigen Dynamikkompressors wieder her. Seine Wirkungsweise ist also reziprok zu der des Dynamikkompressors. Automatisch arbeitende, aus Kompressor und Expander bestehende Systeme mit reziproker Wirkungsweise sind die sogenannten Kompandersysteme, z. B. Dolby und Telcom.

«t Im Gegensatz zu dieser Expansion kann wiedergabeseitig eine Kompression zweckmäßig sein, wenn bei der Wiedergabe in Anwesenheit von umweltbedingtem Störschall die Verständlichkeit oder Hörbarkeit verbessert werden sollen. Eine Einrichtung zur störpegelab-)5 hängigen Dynamikkompression von Tonsignalen unter Berücksichtigung der zeitlichen Veränderungen der Störschallintensität und gegebenenfalls der spektralen Zusammensetzung des Störschalls ist aus der DE-PS 24 56 468 bekannt.

Neben den oben erwähnten sender- oder produktionsseitig durchgeführten Maßnahmen, die technisch bedingt sind, zeichnet sich eine neue Entwicklung ab, die Signalpegel-Dynamik klein zu halten, um den Wünschen der Mehrzahl der Hörer entgegenzukommen. Umfragen haben ergeben, daß eine Einschränkung auf 30 bis 40 dB bevorzugt wird. Die meiste Zeit hört offenbar die Mehrzahl der Hörer nicht unter HiFi-3edingungen ab. Nicht nur umweltbedingte Störgeräusche (z. B. Küchen- und Straßenlärm, Automotor- und Fahrgeräusche) und so geringe Qualität der Wiedergabegeräte, sondern auch ungenügende Schallisolierung der Abhörräume gegenüber Mitbewohnern und die Art des Zuhörens, d. h. die Einstellung des Hörers zur Programminformation, sind die Ursache für dieses Hörerverhalten. Anläßlich eines von der Schule für Rundfunktechnik in Nürnberg durchgeführten »Fachseminars Hörfunk-FH2« wurden die berechtigten Wünsche der Hörer nach einer weiteren senderseitigen Dynamikkompression diskutiert und Maßnahmen in dieser Richtung erwogen. Die Wünsche der Hörer nach einer weiteren Dynamikkompression als bisher wurden offenbar akzeptiert und es wurden entsprechende Maßnahmen für vertretbar gehallen, u. a. deshalb, da die Spektraldynamik des Signals schon ausreichend Inforb5 mation über die Dynamik des Signals überträgt und das Gehör bei Anwesenheit von Störgeräuschen selbst die Funktion einer Dynamikexpansion übernimmt, wie es aus der DE-PS 24 56 468 bekannt ist und in dem

Tonmeister-Tagungs-Beitrag »Kompression zur Herstellung natürlicher dynamischer Verhältnisse beim Abhören unter verschiedenen umweltbedingten Störschalleinflüssen« (Berlin 1978) beschrieben ist

Es ist also die Tendenz zu verzeichnen, von der Forderung, mit High-Fidelity im Sinne eir.tr getreuen Wiedergabe der originalen Signalverläufe zu senden, abzugehen, wie dies im Bereich der Stereophonie schon geschehen ist.

Eine den normalerweise herrschenden oder speziellen Abhörbedingungen Rechnung tragende Dynamikkompression kann also sender- bzw. produktionsseitig oder hörer- bzw. wiedergabeseitig erfolgen.

Die senderseitig eingeführte Kompression kann natürlich nicht an die am Wiedergabeort vorliegenden r> speziellen Störschalleinflüsse und Wiedergabeeinrichtungen angepaßt sein. Vor allem bei fehlendem Störschall und optimalen Wiedergabe- und Abhörbedingungen ist die für übliche Abhörbedingungen komprimierte gesendete Dynamik für HiFi-Ansprüche zu flach.

Dadurch, daß das Ohr bei Anwesenheit von Störschall selbst eine Dynamikexpansion bewirkt (siehe »Tagungsbereicht Tonmeistertagung Berlin 1978, Seiten 100 bis 107«) wird eine Annäherung an HiFi-Dynamik wieder erreicht, wenn die Nutzsignale vor der Wiedergabe entsprechend komprimiert werden (DE-PS 24 56 468). Beim Fehlen von Störschall, wenn das Gehör selbst nicht eine Dynamik-Expansion vornimmt, wird dagegen die Dynamik der quellenseitig komprimierten Signale als zu klein empfunden. °< >

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Tonsignalverstärkerschaltung für ein quellenseitig in der Dynamik komprimiertes Tonsignal anzugeben, die die Wiedergabe den wechselnden Störschalleinflüssen der Umgebung so anpaßt, daß y, jederzeit HiFi-Verhältnisse möglichst weitgehend realisiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Tonsignal-Verstärkerschaltung gelöst

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Tonsignal-Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Tonsignal-Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung bewirkt also eine störschallabhängige Dynamikexpansion des durch Lautsprecher, Kopfhöhrer u.dgl. wiederzugebenden Signals, das aus den oben geschilderten Gründen quellenseitig in der Dynamik komprimiert worden war. Eine solche Maßnahme ist bisher nicht bekannt. Die Expansion am Ort der Wiedergabe war bisher lediglich eine kompensatorische Maßnahme im reziproken Verhältnis zur Produktionsseitigen Kompression und nicht störschallabhängig.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Tonsignalverstärkerschaltung gemäß der Erfindung erfolgt « die Dynamikexpansion frequenzselektiv in Abhängigkeit von der Frequenzzusammensetzung und der Intensität des Störschalls am Ort der Wiedergabe.

Durch die Erfindung werden also auf der Wiedergabeseite individuelle Maßnahmen getroffen, um die μ Qualitätsverschlechterung der Wiedergabe zu kompensieren, welche sich aufgrund der bereits generell eingeführten senderseitigen Dynamikkompression, die nach den derzeit vorliegenden Planungen noch erhöht werden soll, ergibt. Die Erfindung ermöglicht es also, eine Benachteiligung derjenigen Hörer zu vermeiden, die über günstigere Abhörbedingungen verfügen bzw. andere Hörerwartungen besitzen, indem hörerseitig eine störpegelabhängige Dynamikexpansion durchgeführt wird.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2 Kompressionskurven für nicht vorkomprimierte Nutzsignale mit Originaldynamik bei verschiedenen Pegeln eines breitbandigen Störgeräusches, errechnet aus den Kurven für in der Lautheit durch gleichmäßig verdeckendes Rauschen gedrosselte Signale; längs der Abszisse ist die Amplitude des Programmsignals und längs der Ordinate die Amplitude des wiedergegebenen Signals aufgetragen; Parameter ist der Störgeräuschpegel und

F i g. 3 aus den Kurven der F i g. 2 errechnete Kompressions- und Expansionskurven bei verschiedenen Pegeln eines breitbandigen Störgeräusches für einen vorgegebenen Signalpegelumfang (Programm-Dynamik) von 37 bis 40 dB.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung enthält einen Nutzsignaleingang 10, der beispielsweise an den Ausgang des Demodulators eines Rundfunkempfängers angeschlossen sein kann. Ferner enthält die Einrichtung einen Störsignaleingang 12, dem ein Störgeräuschsignal von einem Störschallmikrofon od. dgl. zugeführt wird. Der Nutzsignaleingang 10 ist über einen Verstärker 14 und eine Filterschaltung 16a mit einem Signaleingang 18a eines Dynamikexpanders 20a gekoppelt, der außerdem einen Steuereingang 22a, dem ein Dynamikbereich-Steuersignal zugeführt wird, und einen Signalausgang 24a hat, der mit einer Ausgangsklemme 26 der Einrichtung verbunden ist, an die eine Wiedergabeeinrichtung, z. B. ein Kopfhörer oder ein Endverstärker mit nachgeschaltetem Lautsprecher anschließbar ist.

Der dargestellte Dynamikexpander 20a ist eine im Prinzip bekannte Schaltungsanordnung (siehe z. B. »Electronics World«, Juni 1971, Seiten 54 und 55) mit der Ausnahme, daß das in der bekannten Schaltung zur Einstellung des Betrages der Dynamikexpansion dienende Drehpotentiometer durch ein elektronisches Potentiometer 28 ersetzt ist, das zwei mit ihren Kanälen in Reihe geschaltete Feldeffekttransistoren (FET) komplementären Leitungstyps enthält, deren Steuerelektroden mit dem Steuereingang 22a verbunden sind, so daß der Widerstand der Kanäle der Feldeffektransistoren durch das Dynamikbereich-Steuersignal gegenläufig steuerbar ist. Der Betrag des dem Steuereingang 22a zugeführten Dynamikbereich-Steuersignals bestimmt also den Betrag der durch den Dynamik-Expander 20a bewirkten Dynamikexpansion.

Das Dynamikbereich-Steuersignal wird durch eine Schaltungsanodnung 30a erzeugt. Der Störsignaleingang 12 ist über einen Verstärker 32 mit dem Eingang der Schaltung 30a gekoppelt. Die Schaltungsanordnung 30a enthält eine Filterschaltung 32a, eine Gleichrichterschaltung 34a, ein einstellbares Dämpfungsglied 36a, z. B. ein Potentiometer, und einen Trennverstärker 38a, z. B. einen Emitterfolger, dessen Ausgang im einfachsten Falle (Expansionsgrad umgekehrt proportional dem Störschallpegel) mit dem Steuereingang 22a gekoppelt ist. Für höhere Ansprüche, z. B. für eine genaue Nachbildung der Kurven gemäß Fig.3, kann dem Steuereingang 22a eine Funktionsschaltung 23a mit einer gewünschten Übertragungsfunktion vorgeschaltet sein. Die Funktionsschaltung kann z. B. zwei Digital/ Analog-Umsetzer, die das Signal von der Schaltung 30a

bzw. des über eine Klemme χ vom Ausgang des Verstärkers 14 zugeführte Nutzsignal jeweils in einen Digitalwert umsetzt, einen entsprechend programmierten Festwertspeicher (ROM, PROM), dessen Speicherplätze durch die Digitalwerte adressierbar sind und einen entsprechenden digitalen Ausgangswert enthalten, und einen Digital/Analog-Umsetzer, der den digitalen Ausgangswert in ein analoges Dynamikbereich-Steuersignal umsetzt, enthalten.

Die erfindungsgemäße Dynamikexpansion kann im einfachsten Falle unabhängig vom Frequenzgehalt des Störschalles vorgenommen werden. In diesem Falle können dann die Filterschaltungen 16a und 32a weggelassen werden und die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung soll nun unter dieser Voraussetzung erläutert werden. Die bezüglich der Dynamik verwendeten Begriffe sind dabei wie folgt definiert:

Original-Dynamik: Amplitudenbereich in Dezibel des ursprünglichen Schallereignisses, wie Originalsprache, Originalmusik u. dgl.

Programm-Dynamik: Amplitudenbereich in Dezibel des das Original-Schallereignis darstellenden Signals, das in der Dynamik durch die Regie oder automatisch arbeitende elektronische Einrichtungen im Vergleich zur Original-Dynamik verringert wurde, also die Dynamik des Signals am Nf-Ausgang eines Rundfunkempfängers oder Tonbandgerätes.

Wiedergabe-Dynamik: Amplitudenbereich des durch Lautsprecher, Kopfhörer od. dgl. wiedergegebenen Schallsignals.

Gehörsmäßige Dynamik: Der Amplitudenbereich, den das menschliche Ohr subjektiv empfindet, wenn ihm das wiedergegebene Signal mit der Wiedergabe-Dyna2«

mik dargeboten wird (darstellbar durch den Signalpegel von auf gleiche Lautstärkeempfindung eingestellten Vergleichstönen).

Es ist eingangs erläutert worden, daß bei Rundfunk-Sendungen in Zukunft eine noch stärkere Dynamikkompression zu erwarten ist. Die Dynamikkompression soll dabei im Hinblick auf Störgeräuschpegel und Abhörbedingungen bemessen werden, wie sie bei der überwiegenden Anzahl der Hörer vorliegen. Wenn ein relativ stark komprimiertes Signal mit einer Programmdynamik von z. B. 25 dB in einer Umgebung mit geringen Störgeräuschen (Störschalldruckpegel z. 35 dB und geringer) wiedergegeben wird, empfindet das Ohr die gehörsmäßige Dynamik als unzureichend. Erst nach einer Expansion der Wiedergabe-Dynamik auf 49 dB ergibt sich eine subjektiv einigermaßen zufriedenstellende gehörsmäßige Dynamik von 65 dB, nach einer Expansion der Wiedergabe-Dynamik auf 54 dB ergibt sich eine gehörsmäßige Dynamik von 70 dB.

Zu jedem Störgeräuschpegel gehört also im Prinzip nur ein einziger, bestimmter Dynamikumfang des Signals, der für die Wiedergabe- bzw. Abhörbedingungen optimal ist, also eine bestimmte Wiedergabe-Dynamik. Diese optimale Wiedergabe-Dynamik wird erfin dungsgemäß durch Expansion des angelieferten wiederzugebenden Signals erreicht, wobei die Expansion vor der Vorkompression und vom Störschallpegel, der irr Moment der Wiedergabe herrscht, abhängt.

Die Expansion soll bei einem Schwellenwert einset zen, der von dem sender- bzw. produktionsseitij eingestellten Dynamikumfang, also der Programmdyna mik abhängig ist und vom Hörer an seinem Gera vorteilhafterweise eingestellt werden kann. Richtwerte hierfür ergibt die folgende Tabelle 1.

Tabelle 1

Programm-Dynamik, dB
Störschallpegelschwelle, dB
Lage des Wiedergabe-Dynamikbereichs, dB
Gehörsmäßige Dynamik
entsprechend, dB

54	...89	45	...90	37	..92	25	...90	15	..90
35	45	55	65	75
35	45	55.	65	75.

70

Wenn also der in Zeile 2 der obigen Tabelle 1 angegebene Schwellenwert des Störschalles unterschritten wird, soll die erfindungsgemäße Dynamikexpansion einsetzen. So soll z. B. bei einer Programmdynamik von 25 dB, die z. B. durch eine senderseitige Kompression der Original-Dynamik von ca. 75 dB auf 25 dB (Kompressionsverhältnis 1 :3) zustandekommt, die Expansion einsetzen, wenn ein Störschallpegel von 65 dB unterschritten wird. Bei einem Störschallpegel von 55 dB sollte durch die Dynamikexpansion dabei z. B. eine Wiedergabedynamik von 37 dB erzeugt werden. Entsprechend hat bei einer vorgegebenen Programmdynamik von 37 dB die Expansion einzusetzen, wenn der Störschallpegel den Wert 55 dB unterschreitet

Beim Überschreiten der in Zeile 2 der Tabelle 1 angegebenen Störschallpegel-Schwellenwerte wird vorteilhafterweise eine weitere Dynamikkompression 70

55

bO

70

60

gemäß DE-PS 24 56 468 durchgeführt. Bei stärkerei Vorkompression (kleinerer Programmdynamik) setz die störpegelabhängige Dynamikkompression erst be höheren Störschallpegeln ein.

Weitere Angaben hinsichtlich der Störschallpegel Schwellenwerte, bei deren Unterschreiten die erfin dungsgemäße Dynamikexpansion und bei deren Über schreiten die bekannten zusätzliche Dynamikkompres sion erfolgen sollen und die Wiedergabe-Dynamik, di< bei einer gewünschten gehörsmäßigen Dynamik ii Abhängigkeit vom Störschallpegel dargeboten werdei muß, sind in der an das Ende der Beschreibung angefügten Tabelle 2 zusammengestellt.

Bei einer Original-Dynamik von 75 dB (60 dB werden die angegebenen Werte der Programmdynamil durch die in der folgenden Tabelle 3 angegebenei Kompressionsfaktoren erreicht:

Tabelle 3

Programm-Dynamik (dB)
Kompressions-Verhälinis

54	1,4	45	1,7	37	2	25	3	15	IO
1 :	: 1,1)	1 :	: 1 3)	1 :	: 1,6)	1 :	:2,4)	1 :5	1 :7,5
(1	(1	(1	(I	(1 :4)	(1:6)

lune Kcirachiung der Tubcllcii 1 und 2 zcigl. dall mit abnehmendem Störschallpegel eine gröUere Wiedergabedynamik, die der Original-Dynamik näherkommt, wünschenswert ist. Diese wird durch die erfindungsgemäße Expansion des wiederzugebenden Signals in Abhängigkeit von der Stärke des Störschalls erreicht und zwar muß die Expansion mit abnehmendem Störschall größer werden. Auf diese Weise kann man bei optimalen Abhörbedingungen die Original-Dynamik wieder herstellen.

Durch die Kombination der bekannten störpegelabhängigen Dynamikkompression mit der erfindungsgemäßen störpegelabhängigen Dynamikexpansion läßt sich in einem weiten Störschallbereich erreichen, daß beim Hörer der Eindruck der ursprünglichen Lautstärke und Lautstärke-Unterschiede hervorgerufen wird. Der Übergang von der Kompression zur Expansion tritt dabei ein, wenn die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Störschallpegel-Schwellenwerte in Richtung niedrigerer Störschallwerte unterschritten werden.

Wenn die Originaldynamik von ca. 75 dB auf eine Programmdynamik von 21, 29, 37, 45 bzw. 54 dB komprimiert ist und eine gehörsmäßige Dynamik von ca. 7OdB angestrebt wird, ist keine Änderung der Programmdynamik notwendig bei Störschallpegeln von 75, 65, 55, 45 bzw. 35 dB (siehe die 5. Zeile in Tab. 2). Beim Übergang auf einen anderen Störschallpegel ist die Expansion (bzw. Kompression) gleich der Differenz zwischen dem zur Prgrammdynamik gehörigen Dynamik und der zum Störschallpegel gehörenden Dynamik. Die Expansion (bzw. Kompression) ergibt sich aus den Kurven (siehe F i g. 2) als Differenz zwischen der aus der Kurve für die Programmdynamik abzulesenden Dynamik und der aus der Kurve für den Störschallpegel abzulesenden Dynamik. Die Expansion (bzw. Kompression) muß entsprechend dem zu einem bestimmten Störschallpegel gehörenden Kurvenverlauf vorgenommen werden. Für die jeweils vorgegebene Programmdynamik sind Expansions- (bzw. Kompressions-) Kurven maßgebend, die durch Differenzbildung zwischen der zur Programmdynamik gehörenden Kurve und der zum Störschallpegel gehörenden Kurve für jeden einzelnen Wert der Programmdynamik gewonnen werden. Dies ist in Fig.3 für eine Programmdynamik von 37 bis 40 dB und einen Störschallpegel von 55 dB graphisch dargestellt. Die in Fig.3 gezeigten Kurven sind diejenigen, die von der Elektronik nachgebildet werden müssen, also im Falle der erfindungsgemäßen Dynamikexpansion von der Schaltungsanordnung 30a in Verbindung mit der Schaltung 23a und dem Dynamikexpander 20a. Der Störschallpegel steuert den Übergang von einer Kurve zu anderen, der Kurvenverlauf gibt an, wie das Nutzsignal in Abhängigkeit von seinem eigenen Signalpegelverlauf expandiert (bzw. komprimiert) wird. Der Bezugsparameter, der bestimmt, mit welcher gehörmäßigen Dynamik eine bestimmte Programmdynamik gehört werden soll, wird am Wiedergabeort eingestellt, z. B. mittels des Abschwächers oder Dämpfungsgliedes 36a, das mit einer geeichten Einstellskala versehen sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Hörfrequenzbereich in eine Anzahl von Teilbereichen unterteilt und der Grad der Expansion wird in jedem Teilfrequenzbereich des Hörbereichs dem dort vorhandenen spektralen Anteil des Störschalles, also z- B. der Umgebungsgeräusche, angepaßt, da dadurch eine dem Original entsprechende Dynamik besonders weitgehend wiederhergestellt werden kann.

Vorzugsweise wird der I Iflrfrequenzbereich in 6 Teilbereiche oder Bänder mit den bckfrequenzen 0 bis 130 Hz, 130 bis 260 Hz. 260 bis 600 Hz, 600 bis 1500 Hz, 1500 bis 4000 Hz und 4000 bis 16 000 Hz unterteilt.

Die Unterteilung des Frequenzbereiches erfolgt bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung durch zwei Filterbänke, zu denen auch die Filter 16a und 32a gehören. Die Filter 16a und 32a können also z. B. Tiefpaßfilter mit einer oberen Grenzfrequenz von

ίο 130 Hz sein. An den Ausgang des Verstärkers 14 sind dann ferner noch die Eingänge von weiteren Filtern für die anderen Teilfrequenzbereiche angeschlossen, also z. B. ein Bandpaßfilter 166 mit einem Durchlaßbereich von 130 bis 260 Hz, ein Bandpaßfilter 16c mit einem Durchlaßbereich von 260 bis 600 Hz usw. In entsprechender Weise ist an den Ausgang des Verstärkers 32 ein Bandpaßfilter 326 mit einem Durchlaßbereich von 130 bis 260Hz, ein Bandpaßfilter 32c mit einem Durchlaßbereich von 260 bis 600 Hz, usw. angeschlossen. Für jeden Frequenzbereich ist ferner ein Expander 206, 20c,... und eine Schaltungsanordnung 306,30c,... sowie gewünschtenfalls eine Funktionsschaltung 23b, 23c, ... zum Erzeugen eines zugehörigen Dynamikbereich-Steuersignals vorgesehen, die ebenso geschaltet sind, wie es oben anhand der Schaltungsteile 20a, 23a und 30a beschrieben worden ist Die Ausgänge 246, 24c ... der Expander sind mit der gemeinsamen Ausgangsklemme der Einrichtung verbunden.

Durch die Steuerung der Dynamikexpansion in den

jo einzelnen Frequenzbändern wird erreicht, daß die Expansion nur in denjenigen Bereichen erfolgt, in denen kein Störsignal nennenswerter Intensität vorhanden ist Da tieffrequente Störsignale höherfrequente Nutzsignale mehr verdecken und drosseln als hochfrequente

J5 Störsignale tieferfrequente Nutzsignale, d.h. da bekanntlich die Verdeckung und Drosselung von einem Störsignal aus sich mehr nach hohen Frequenzen als nach tiefen Frequenzen auswirkt, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Mitsteuerung der Expansion (bzw. Kompression) höherliegender Frequenzbänder durch Störsignalkomponenten in benachbarten tieferliegenden Frequenzbändern vorgesehen sein.
Um diese Mitsteuerung zu bewirken, sind bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 Verstärker 40a, 40b, ... vorgesehen, die einen einstellbaren Verstärkungsgrad aufweisen. Der Verstärker 40a koppelt das Dynamikbereich-Steuersignal des Frequenzbereiches 0 bis 130 Hz mit einer vorgegebenen, abgeschwächten Amplitude auf den Steuersignaleingang des Expanders 206 für den Frequenzbereich 130 bis 260 Hz. Damit keine Rückwirkung auf den nächsthöheren Frequenzbereich eintreten kann, ist zwischen den Verstärker 3Sb für das 130 bis 260 Hz-Dynamikbereich-Steuersignal und den Steuersignaleingang 226 des Expanders 206 ein Trennverstärker 426 vorgesehen, dessen Verstärkungsgrad vorzugsweise ebenfalls einstellbar ist Entsprechende Schaltungsanordnungen können auch zwischen den Schaltungsteilen für die anderen Frequenzbereiche

μ vorgesehen sein.

Die Verstärker 40, die jeweils ein Dynamikbereich-Steuersignal eines niedrigeren Frequenzbereiches dem Dynamikexpander des nächsthöheren Frequenzbereiches zuführen, bewirken vorzugsweise eine Abschwä-

fa5 chung des Signals um etwa 30 dB.

Läßt man die Trennverstärker 42 weg, so wirken sich die Dynamikbereich-Steuersignale eines niedrigeren Frequenzbereiches in zunehmend schwächerem Aus-

ίο

maß auf die höherfrequenteren Frequenzbereiche aus, was in vielen Fällen vorteilhaft ist.

Im einfachsten Falle ist es ausreichend, wenn im gesamten hörbaren Frequenzbereich oberhalb der Mittenfrequenz des Störsignals die gleiche Kompression bzw. Expansion angewendet wird, wie im Mittenbereich des Störsignals selbst. Um dies zu bewirken, kann man die Dynamikbereich-Steuersignale der niedrigeren Frequenzbereiche über geeignete Kopplungsschaltungen den Expandern aller höherfrequenten Frequenzbereiche zuführen. Die Kopplungsschaltungen können dabei das jeweils größte Dynamikbereich-Störsignal auswählen, also nach Art eines Exklusiv-ODER-Gliedes arbeiten, oder nichtlineare, insbesondere etwa logarithmische Summierung der Dynamikbereich-Steuersignale bewirken.

Es war bereits erwähnt worden, daß der erfindungsgemäße Dynamik-Expander mit einem Dynamikkompressor kombiniert sein kann, der eine weitere Dynamikkompression bewirkt, wenn der Störschallpegel einen vorgegebenen Wert überschreitet. Eine solche Schaltungsanordnung bewirkt dann je nach dem vorliegenden Störschallpegel eine Dynamikexpansion oder eine Dynamikkompression. In beiden Fällen kann die Änderung der Dynamik einzelner Frequenzbereiche des Tonsignals in Abhängigkeit von einer Analyse der Störgeräusche erfolgen, wie es für die Dynamikkompression in der DE-PS 24 56 468 beschrieben ist.

Die in der Tonsignal-Verstärkerschaltung enthaltene Schaltungsanordnung zur Änderung der Dynamik des Tonsignals (Dynamik-Expander und gegenbenenfalls Dynamikkompressor) kann abschaltbar sein.

Wenn der Störschalldetektor ein Mikrophon enthält, ist vorteilhafterweise eine die Tonwiedergabe kurzzeitig unterbrechende Schalteinrichtung vorgesehen, und der Störschalldetektor ist so ausgebildet, daß er das Störschallsignal nur während der kurzen Perioden erzeugt, in denen die Tonwiedergabe unterbrochen ist Die Unterbrechung kann so kurz sein, daß sie vom Ohr praktisch nicht wahrgenommen wird und/oder kann in Abhängigkeit von der Amplitude des Tonsignals erfolgen, so daß die Unterbrechung nur bei leisen Stellen erfolgt und daher weniger merkbar ist, als wenn sie bei lauten Stellen vorgenommen würde.

ίο Anstatt die Tonwiedergabe kurzzeitig zu unterbrechen, kann die Messung des Störschallpegels auch ohne Unterbrechung der Tonwiedergabe zu Zeiten erfolgen, in denen der Signalpegel der Tonsignale unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt

r> Durch die letzerwähnten Maßnahmen wird gewährleistet, daß der Nutzschall nicht fälschlicherweise als Störschall interpretiert wird.

Die in den Tabellen aufgeführten Werte können mittels der in F i g. 2 dargestellten Kurvenscharen interpoliert werden. Für die gehörmäßig richtige Steuerung der Expansion (sowie der bekannten Kompression) sind diese Kurven maßgebend. Ihre Steilheit gibt das Kompressions- bzw. Expansionsverhältnis in Abhängigkeit vom Wert der Programmdynamik an. Parameter ist der Störschallpegel.

Die Dynamiksteuerung (Expansion bzw. Expansion + Kompression) kann in vorteilhafter Weise mit einer Änderung der Lautstärke kombiniert werden, z. B. kann der Verstärker eine amplitudenlinear arbeitende

jo Verstärkerstufe enthalten, deren Verstärkungsgrad im wesentlichen im gleichen Sinne, wie die Störschallamplitude sich ändert, gesteuert wird. Der Verstärkungsgrad kann z. B. eine linear-proportionale Funktion der Störschallamplitude sein.

Tabelle 2

Signalpegel und Programm-Dynamik, die bei einer gewünschten gehörsmäßigen Dynamik in Abhängigkeit vom Störschallpegel dargeboten werden müssen; zugleich: Abhängigkeit der Schwelle für das Einsetzen der Dynamik-Kompression bzw. -Expansion von der vorgegebenen Programm-Dynamik bei einer gewählten gehörsmäßigen Dynamik.
(Alle Werte in dB)

Gehörs-

mäßige

Dynamik

Störschallpcgel(-schwclle) 35 45 5S	36 45-81	28 55-83	65	75	85
39 35-74		32 55-87
44 35-79		35 55-90	21 65-86	15 75-90	IU 85-95
49 35-84	45 45-90	37 55-92	25 65-90	18 75-93

54 35-89			29 65-94	21 75-96	16 85-101
			30 75-105	23 85-108
			25 85-110

55
60
65
68
70
80
82

Programm-Pegel von .

l'rog.ranim-Pegel von .

Programm-Pegel von .

Programm-Pegel von

Programm
Pegel von

Dynamik
. . bis

Dynamik
, .. bis

■Dynamik
... bis

■Dynamik
.. . bis

•Dynamik
... bis

■Dynamik
... bis

-Dynamik
. . . bis

Hierzu 3 IUaIl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tonsignal-Verstärkerschaltung für eine in störschallbelasteter Umgebung verwendbare Tonsignalwiedergabeeinrichtung, der ein quellenseitig in der Dynamik komprimiertes Tonsignal zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung einen Dynamik-Expander (20) enthält, dessen Expansionsgrad durch ein Störschallsignal derart steuerbar ist, daß der Expansionsgrad mit abnehmender Störschallamplitude zunimmt

2. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsgrad zusätzlich von der Amplitude des Tonsignals steuerbar kt

3. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Filterschaltungen (16,32) zur Aufteilung des Tonsignals sowie eines Störschallsignals auf eine Reihe von Frequenzbereichen vorgesehen sind und daß für jeden Frequenzbereich ein Dynamik-Expander (20a, 20b...) vorgesehen ist, der entsprechend einer reziproken Funktion der Störschallamplitude in dem betreffenden Frequenzbereich steuerbar ist.

4. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Störschallsignal eines niedrigeren Frequenzbereiches mit verringerter Amplitude dem Dynamik-Expander eines benachbarten höheren Frequenzbereiches zugeführt ist

5. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1,2,3 oder 4, gekennzeichnet durch die Kombination mit einer Dynamikkompressorschaltung, die die Dynamik des Tonsignals als direkte Funktion der Störschallamplitude verringert, wenn letztere oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.

6. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Änderung der Dynamik des Tonsignals abschaltbar ist.

7. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Tonwiedergabe wiederholt und kurzzeitig unterbrechende Schalteinrichtung vorgesehen ist und daß der Störschalldetektor ein Mikrophon enthält und das Störschallsignal während der Unterbrechungen der Tonwiedergabe erzeugt.

8. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung, die die Einstellung der Schaltungsanordnung zur Änderung der Dynamik des Tonsignals nur dann zuläßt, wenn der Signalpegel der Tonsignale unterhalb einer vorgegebenen Schaltschwelle liegt.

9. Tonsignal-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamik einzelner Frequenzbereiche des Tonsignals in Abhängigkeit von einer Analyse der Störgeräusche expandiert wird.