DE3102802C2 - Schaltungsanordnung zur Rauschabstandsvergrößerung (Kompander) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Kompander, und zwar auf eine Schaltung zur Rauschabstandsvergrößerung in einem Nutzsignal. Die Schaltungsanordnung ist vor und nach einem Signalübertragungssystem so eingesetzt, daß sie das aufgezeichnete oder übertragene Nutzsignal nach dem Signalübertragungssystem hinsichtlich Pegel und Frequenzgang in einer Weise beeinflußt, die komplementär zu derjenigen ist, in der sie das Nutzsignal vor dem Signalübertragungssystem beeinflußt. Eine solche Schaltung wird auch Kompander genannt, da eine sender- bzw. aufzeichnungsseitige Kompression einer empfangs- oder wiedergabeseitigen Expansion vorgelagert ist.

Schaltungsanordnungen zur Rauschverminderung werden als Kompander in Signalübertragungssystemen, wie in Signalaufzeichnungsgeräten, dazu verwendet, Rauschen und Verzerrungen herabzusetzen, die durch das System oder das Aufzeichnungsmedium hervorgerufen werden. Die Wirkung der Kompander-Schaltungsanordnungen besteht darin, den scheinbaren Dynamikbereich des Systems zu erweitern.

Schaltungsanordnungen dieser Art sind gemäß GB 20 03 707, US 39 02 131, US 38 46 719 und GB 14 38 711 Stand der Technik. Bei einer typischen Rauschverminderungsschaltung ist ein Kompressor für jene Signale vorgesehen, die aufzuzeichnen sind, und ein komplementärer Expander ist für jene Signale vorgesehen, die wiedergegeben werden. Der Kompressor enthält dabei eine Pegelkompressionsschaltung sowie eine für höhere Frequenzen wirksame Preemphasis-Schaltung, wobei mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung höherfrequente Komponenten eines aufzuzeichnenden Informationssignals angehoben werden. Der Anhebepegel steht dabei in umgekehrter Beziehung zu dem Nutzsignalpegel. Der Expander enthält eine Pegeldehnungsschaltung sowie eine Hochfrequenz-Deemphasis- Schaltung, um eine komplementäre Beeinflussung des Nutzsignales auszuführen. Dieses wird danach wiedergegeben.

Eines solchen Types ist die Schaltungsanordnung gemäß der erwähnten GB 20 03 707, dort insbesondere in den Fig. 6A und 6B erläutert. Im einzelnen zeigt die dortige Fig. 6A einen Kompressor und die Fig. 6B einen Expander, die beide eine Mehrzahl von frequenzaufteilenden Filtern (dort 16, 18) aufweisen. Den jeweiligen Filtern ist je ein spannungsgesteuerter Verstärker (dort 3, 5; 12, 14) nach- oder vorgeschaltet. Jeder Frequenzbereich (LPF, HPF) hat demnach seinen eigenen pegelsensitiven Verstärker (VCA). Die derart komprimierten oder expandierten (betonen oder abgesenkten; also gewichteten) Signalkomponenten werden in Addierern oder Subtrahieren (dort 20) dem eigentlichen Nutzsignal (S_r, S_i) hinzugefügt.

Der vorgenannten Schaltungsanordnung fehlt es an einer erforderlichen genauen komplementären Signalbeeinflussung, da zwei unabhängige Signal-Beeinflussungszweige (dort 23) vorgesehen sind. Auch ist der Aufwand zweier eigener pegelsensitiver Verstärker für jeden Frequenzbereich störend.

In dem unter "Dolby" bekannten Rauschverminderungssystem wird ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel mit einer weitgehend konstanten Verstärkung soweit verstärkt, bis das Eingangssignal einen bestimmten Pegel erreicht. Danach wird die Verstärkung des betreffenden Eingangssignals herabgesezt, bis ein anderer, höherer Pegel erreicht ist, woraufhin mit einem weitgehend konstanten Verstärkungsfaktor erneut verstärkt wird. Zusätzlich zu einer derartigen Verstärkung des Eingangssignals vor der Aufzeichnung wird eine Anhebungsschaltung verwendet, um die höherfrequente Anteile des Eingangssignals einer Voranhebung (pre-emphasis) zu unterziehen. Dieser Vorgang wird Signalkompression bezeichnet.

Nachdem das Eingangssignal in geeigneter Weise komprimiert ist, wird es aufgezeichnet.

Eine dazu komplementäre Signaldehnung wird ausgeführt, wenn das zuvor erwähnte Signal wiedergegeben wird. Die mit einer Preemphasis versehenen höherfrequenten Anteile werden also einer Deemphasis unterzogen und das der Deemphasis unterzogene Signal wird abgeschwächt (Verstärkung < 1). Diese Abschwächung (Beeinflussung) ist über einen bestimmten Bereich relativ niedriger Signalpegel weitgehend konstant. Wenn aber das wiedergegebene Signal einen bestimmten Pegel überschreitet, nimmt die Beeinflussung soweit zu, bis ein höherer Signalpegel erreicht ist.

Das zuvor erwähnte Dolby-System weist einen relativ einfachen Aufbau auf. Dieses System ist in breitem Umfang in Heimunterhaltungssystemen, wie in Magnetband-Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräten, verwendet worden. Obwohl das Dolby-System zu einer gewissen Verbesserung im Dynamikbereich des Aufzeichnungs-/ Wiedergabegerätes führt, ist dieses Verbesserung auf die Größenordnung von etwa 10 dB beschränkt. Diese Verbesserung liegt hauptsächlich im Frequenzbereich, der 1 kHz überschreitet. Darüber hinaus sind die zuvor erwähnten Veränderungen in der Verstärkung der Pegelkompressions- und Pegeldehnverstärker nichtlinear. Aufgrund dieser Nichtlinearität in den Verstärkungen ist die Pegelanpassung zwischen der Kompression und der Expansion häufig schwierig. Es tritt eine gewisse Verzerrung bezüglich solcher Signale auf, die Zwischensignalpegel aufweisen.

Ein anderes Rauschverminderungssystem ist unter "DBX" bekanntgeworden. Dieses System ist in der US-PS 37 89 143 beschrieben. Ein Vorteil des DBX-Systems gegenüber dem zuvor erwähnten Dolby-System besteht darin, daß die Verstärkungen der Verstärker, welche die Signalkompression und Signalexpansion ausführen, d. h. die jeweiligen Verhältnisse, weitgehend konstant sind, und zwar unabhängig vom Signalpegel des Eingangs-Nutzsignals So wird beispielsweise vor der Aufzeichnungsoperation das Nutzsignal mit einem konstanten Kompressionsverhältnis k komprimiert. Wenn das komprimierte Signal anschließend wiedergegeben wird, dann wird das wiedergegebene Signal mit einem konstanten Verhältnis von 1/k expandiert, d. h. mit einem Expansionsfaktor, welcher reziprok dem Kompressionsfaktor ist. Da konstante Kompression und Expansion über den Signalpegelbereich benutzt werden, können die bei Dolby festgestellten Nichtlinearitäten vermieden werden. Damit kann eine Pegelangleichung zwischen aufgezeichneten und wiedergegebenen Signalen erzielt werden. Bei DBX beträgt die scheinbare bzw. relative Verbesserung des Dynamikbereichs des Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts größenordnungsmäßig etwa 40 dB. Außerdem wird eine Rauschverminderung über den nahezu gesamten Tonfrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz erzielt.

Die bestimmten bzw. besonderen Kompressions- und Dehnungseigenschaften der zuvor erwähnten Rauschverminderungsysteme werden jedoch hauptsächlich für konstante Eingangspegel erreicht, d. h. für Signalpegel, die keine abrupten Sprünge bzw. Einschwingvorgänge zeigen. Mit anderen Worten heißt dies, daß die durch diese Rauschverminderungssysteme erzielten Vorteile eine Funktion hauptsächlich der statischen Eigenschaften dieser Systeme sind.

Es zeigen sich allerdings Schwierigkeiten bei einem dynamischen Einschaltverhalten. Wenn beispielsweise ein aufzuzeichnendes Nutzsignal einen relativ niedrigen Pegel hat, kann die Verstärkung oder das Kompressionsverhältnis des Kompressionsverstärkers relativ hoch sein. Wenn dieses Nutzsignal einen abrupten Anstieg in seinem Pegel erfährt, also einen stark positiven Signalsprung zeigt, dann kann die Verstärkung des Verstärkers oder das Kompressionsverhältnis nicht so schnell herabgesetzt werden, wie der Signalpegel ansteigt. Obwohl die Verstärkung oder das Kompressionsverhältnis herabgesetzt sein sollte, wenn ein hochpegeliges Nutzsignal verarbeitet wird, verbleibt die Verstärkung tatsächlich auf ihrem vorhergehenden hohen Wert. Demgemäß wird der starke Signalsprung relativ hoch verstärkt, was zu einem komprimierten Signal führt, welches ein "Überschwingen" zeigt. Der Pegel des komprimierten Signals ist also viel zu hoch. Das Signal mit hohem Pegel führt, wenn es aufgezeichnet wird, zur Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers oder zur Begrenzung in den Übertragungskanal, wodurch eine Verzerrung des aufgezeichneten Nutzsignals hervorgerufen wird, die schließlich wiedergegeben wird.

Ein weiterer Nachteil der zuvor erwähnten Rauschverminderungs- Systeme DBX und Dolby besteht darin, daß sie einer sogenannten Rauschmodulation ausgesetzt sein können. Bei der Rauschmodulation werden Rauschkomponenten als Funktion von Eingangssignalpegelschwankungen verändert. Derartige Veränderungen in den Rauschkomponenten oder die Rauschmodulation ist in hohem Maße wahrnehmbar und stört, wenn sie ein wiedergegebenes Tonsignal begleitet. Diese Modulation tritt dann deutlich hervor, wenn die Frequenzkomponenten des Eingangssignals merklich verschieden sind von der Rauschfrequenzkomponente. Wenn beispielsweise das Nutzsignal ein Tonsignal ist, welches für den Klang eines Klaviers charakteristisch ist, wird die Rauschmodulation als gesonderte und davon verschiedene Modulation wahrgenommen; sie wird auch dann nicht verdeckt, wenn der Lautstärkepegel des Informationssignals zunimmt.

Ein Vorschlag zur Herabsetzung der erläuterten Rauschmodulation in einer Rauschverminderungsschaltung ist in der US-PS 41 62 462 enthalten. Gemäß diesem Vorschlag werden die höherfrequenten Komponenten des Nutzsignals vor dem Aufzeichnen angehoben, wenn das Informationssignal niedrige oder mittlere Signalpegel zeigt, während eine relativ geringe Anhebung in dem Fall erfolgt, wenn das Informationssignal höhere Pegel aufweist. Wenn das in der zuvor erwähnten Weise verarbeitete Informationssignal wiedergegeben wird, werden die höherfrequentierten Komponenten dann einer relativ starken Absenkung ausgesetzt, wenn das wiedergegebene Signal niedrige und mittlere Signalpegel aufweist; es werden diese höherfrequenten Komponenten aber dann einer relativ geringen Absenkung ausgesetzt, wenn das wiedergegebene Signal mit einem höheren Pegel auftritt. Obwohl dieser Vorschlag die unerwünschten Auswirkungen der Rauschmodulation vermindert, tritt eine Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers aufgrund des Überschwingens des komprimierten Signals dennoch auf.

Um den zuvor erwähnten, durch das Überschwingen hervorgerufenen Nachteil zu überwinden, ist es ferner vorgeschlagen worden, die Ansprechgeschwindigkeit der Pegelkompressionsschaltung zu steigern. Wenn jedoch die Ansprechgeschwindigkeit erhöht wird, wird eine Verbesserung bei der Beseitigung des Überschwingens durch eine Verschlechterung der Rauschmodulationseigenschaft begleitet.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltungsanordnung zu schaffen, die relativ einfach im Aufbau und kostengünstig ist, dennoch aber den Signal- /Rauschabstand eines aufgezeichneten oder übertragenen Nutzsignals verbessert.

Auch soll die Rauschverminderungsschaltung in einem Aufzeichnungs- /Wiedergabesystem verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Dabei kann die erfindungsgemäße Rauschverminderungsschaltung in einem Kompressor zur Pegelkompression eines Nutzsignals vor dessen Aufzeichnung und in einem Expander zur Pegelabdehnung des wiedergegebenen Signals verwendet werden. Der scheinbare Dynamikbereich des Aufzeichnungs-/Wiedergabesystems wird dabei um einen Faktor in der Größenordnung von etwa 20 bis 30 dB erweitert.

Außerdem gestattet die Erfindung eine variable Preemphasis und Deemphasis ohne externe manuelle Einstellung.

Die auf das Überschwingen zurückgehende Übergangssättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers wird vermieden.

Auch ist ein Kompressor möglich, der im Hinblick auf seine Übertragungskennlinie eine stärkere Frequenzempfindlichkeit bei niederpegeligen Eingangssignalen zeigt als für Eingangssignale mit höherem Pegel, wodurch eine stärkere Preemphasis für Eingangssignale mit relativ niedrigen Pegeln erzielbar ist. Dies gilt komplementär auch für Expander, dessen Übertragungseigenschaft stärkere Frequenzempfindlichkeit bei Eingangssignalen mit niedrigerem Pegel zeigt, als für Eingangssignale mit höherem Pegel, derart, daß eine stärkere Absenkung bzw. Deemphasis für Signale mit relativ niedrigem Pegel erhalten wird, die von einem Aufzeichnungsträger wiedergegeben werden.

Die Kombination als Kompander ist auch hinsichtlich des komplementären Charakters besonders symmetrisch, da sie derart umgeschaltet werden kann, daß eine Pegelkompressionsfunktion (bei Verwendung in Verbindung mit einem Signalaufzeichnungsgerät) und eine Pegeldehnungsfunktion (bei Verwendung in Verbindung mit einem Signalwiedergabegerät) bildet (Anspruch 14).

Weitere Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen, z. B. die ein Überschwingen vermeidende Begrenzungseinrichtung im Signalweg des Hochpasses (Anspruch 4) oder im Gegenkopplungsweg des spannungsgesteuerten Verstärkers (VCA) gemäß Anspruch 6. Die gemäß Anspruch 7 vorgesehene Gewichtungsschaltung prägt die Frequenzcharakteristik des verstärkungssteuernden Signals.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nun im Einzelnen erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen graphische Darstellungen der Kompressions- /Dehnungseigenschaften zweier bekannter Rauschverminderungsschaltungen (Kompandercharakteristik);

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer praktischen Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Pegelkompressionseigenschaften der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform;

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der Pegelkompressionseigenschaften der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform für bestimmte Frequenzkomponenten;

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung der Arbeitsweise des verwendeten Verstärkers mit veränderbarer Verstärkung;

Fig. 8 und 9 zeigen graphische Darstellungen der Pegelkompressionseigenschaften der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform für bestimmte Eingangssignale;

Fig. 10 zeigt eine detaillierte Schaltung der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform; und

Fig. 11 zeigt in einem Blockdiagramm die Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform als Kompressor oder Expander in einem Rauschverminderungssystem (Kompander).

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Kompressions-/Dehnungskennlinie des Dolby-Systems. Kurve R stellt dabei die Pegel- Kompressionskennlinie dar, während die Eingangs- und Ausgangssignalpegel in dB angegeben sind. Die Kurve P stellt die Pegeldehnungs- bzw. Pegelexpansionskennlinie dar. Dabei dürfte ersichtlich sein, daß bei Eingangssignalen mit relativ geringen Pegeln eine weitgehend gleichmäßige Verstärkung vorgesehen ist, bis ein mittlerer Pegel erreicht ist, woraufhin die Pegelkompressionskennlinie nicht linear wird. Dabei ist es diese nichtlineare Eigenschaft, die zu der Pegelanpassungsschwierigkeit führt. Die in Fig. 1 dargestellte Strichpunkt-Kurve kennzeichnet den sogenannten "flachen Baß", gemäß dem die Eingangs- und Ausgangssignalpegel sowohl für die Pegelkompression als auch für die Pegelexpansion konstant sind.

In Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Pegelkompression R und der Pegelexpansion P des DBX-Rauschverminderungssystems gezeigt. Dabei dürfte ersichtlich sein, daß bei diesem DBX- System die Kompressions- und Expansionsverhältnisse über den Eingangssignal-Pegelbereich nahezu konstant sind. Auch hier kennzeichnet die Strichpunktlinie das "flache Baß"-Verhalten.

Wie oben erwähnt, zeigen das Dolby-System und das DBX- System Nachteile, die durch die Erfindung überwunden werden. Eine grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung, die zur Rauschverminderung verwendet wird, ist in Fig. 3 als Schaltungsanordnung 10 veranschaulicht. Diese Schaltungsanordnung enthält einen Eingangsanschluß 1, mit dem zwei Signalwege verbunden sind. Der erste Signalweg enthält einen Hochpaß 2 und einen dazu in Reihe geschalteten Verstärker 3 mit veränderbarer Verstärkung. Der Ausgang dieses Verstärkers 3 ist mit einer Summierschaltung 5 verbunden, deren anderer Eingang mit dem zweiten Signalweg verbunden ist, der mit einem Tiefpaß 4 versehen ist. Der Ausgang der Summierschaltung 5 ist mit einem Ausganganschluß 6 verbunden.

Der Hochpaß 2 vermag eine nennenswerte Absenkung bzw. Deemphasis der niederfrequenten Komponenten vorzunehmen, die in dem, dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignal enthalten sind. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Hochpaß 2 für eine nennenswerte Anhebung der höherfrequenten Komponenten des Nutzsignals sorgt. So werden beispielsweise die höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten um einen Faktor angehoben, der in der Größenordnung von etwa 20 dB liegt. Der Verstärker 3 mit veränderbarer Verstärkung vermag das Ausgangssignal des Hochpasses 2 mit variabler Verstärkung zu verstärken. Wie noch beschrieben werden wird, steht die Verstärkung des Verstärkers 3 in umgekehrter Beziehung zu dem Signalpegel des Eingangssignals, so daß die Verstärkung des Verstärkers dann relativ hoch ist, wenn das Eingangssignal relativ schwach ist, während umgekehrt die Verstärkung des Verstärkers dann relativ gering ist, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die Verstärkung des Verstärkers 3 durch ein Verstärkungsregel- bzw. Verstärkungssteuersignal festgelegt, welches vom Ausgang der Summierschaltung 5 abgeleitet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß alternativ dazu das dem Verstärker 3 zugeführte Verstärkungssteuersignal aus dem dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Informationssignal abgeleitet sein kann. Wie weiter unten noch näher beschrieben, kann das vom Ausgang der Summierschaltung 5 abgeleitete Verstärkungssteuersignal durch die Kombination einer Gewichtungsschaltung, die Hochpaß- Eigenschaften zeigt, sowie einer Gleichrichter- und Glättungsschaltung erzeugt werden, wodurch ein niederfrequentes oder Gleichstrom-Verstärkungs-Steuersignal an den Verstärker veränderbarer Verstärkung abgegeben wird. Damit nimmt der Verstärker 3 eine Pegelkompression der ihm zugeführten Eingangssignale vor.

Der Tiefpaßfilter 4 vermag eine relativ schwache Absenkung bzw. Deemphasis der höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten vorzunehmen, die in dem dem Eingangsanschluß 1 zugeführten Nutzsignal enthalten sind. So können beispielsweise die höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten um einen Faktor in der Größenordnung von etwa 6 dB herabgesetzt oder gedämpft werden. Alternativ dazu kann der Tiefpaßfilter 4 lediglich als Dämpfungseinrichtung wirken, um eine gleichmäßige Absenkung sowohl der höherfrequenten als auch der niederfrequenten Anteile vorzunehmen, wodurch eine Bedämpfung des Eingangssignals in der Größenordnung von 3 dB erzielt wird.

Es dürfte somit ersichtlich sein, daß der Summierschaltung 5 Signale von den dargestellten beiden Signalwegen in einem relativen Verhältnis zueinander zugeführt werden, welches durch die Verstärkung des eine veränderbare Verstärkung aufweisenden Verstärkers 3 bestimmt ist. Bei Eingangssignalen mit niedrigem Pegel ist die Verstärkung des Verstärkers 3 relativ hoch, so daß das Ausgangssignal der Summierschaltung 5 hauptsächlich durch die ihm von dem Verstärker 3 zugeführten Signale bestimmt ist. Dies bedeutet, daß der Pegel der der Summierschaltung 5 über den ersten Signalweg zugeführten Signale den Pegel der der Summierschaltung über den zweiten Signalweg zugeführten Signale überschreitet. Damit sind die Eigenschaften bzw. die Kennlinie der Schaltung 10 hauptsächlich durch die Eigenschaften des ersten Signalweges für die Eingangssignale niedrigen Pegels bestimmt. Wenn der Eingangs- Signalpegel zunimmt, dann nimmt der überwiegende Einfluß des ersten Signalwegs gegenüber dem zweiten Signalweg hinsichtlich der Bestimmung der Gesamteigenschaften der Schaltung 10 ab. Bei höheren Eingangspegeln wird mit Rücksicht darauf, daß die Verstärkung des Verstärkers 3 herabgesetzt ist, der Pegel der der Summierschaltung über den zweiten Signalweg zugeführten Signale den Pegel der dieser Schaltung über den ersten Signalweg zugeführten Signale übersteigen. Da der erste Signalweg eine höherfrequente Anhebung bei niedrigem Eingangspegel hervorruft, zeigt die Schaltung 10 eine stärkere Anhebung für höherfrequente Komponenten bei niedrigen Eingangspegeln, wobei die höherfrequente Anhebung allmählich abnimmt, wenn der Eingangspegel ansteigt, bis die Schaltung 10 bei höheren Eingangspegeln eine nahezu gleichmäßige Absenkung über den Eingangssignal-Frequenzbereich oder allenfalls eine relativ geringe höherfrequente Absenkung zeigt.

In Fig. 4 ist eine praktische Ausführungsform einer Rauschverminderungsschaltung 100 gezeigt. Dabei sind solche Elemente, die weitgehend gleich sind, mit den Elementen gemäß Fig. 3, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 3. Der in Fig. 4 dargestellte Verstärker 3 mit veränderbarer Verstärkung besteht aus einem spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) 32, dessen Ausgangssignal über einen Rückkopplungswiderstand 33 rückgekoppelt und in einer Subtrahierschaltung 31 von den angehobenen höherfrequenten Komponenten subtrahiert wird, die der Subtrahierschaltung von dem Hochpaß 2 zugeführt werden. Der Widerstand 33 wirkt somit als Gegenkopplungswiderstand. Wenn der spannungsgesteuerte Verstärker 32 eine negative Verstärkung hat, er also in der Weise arbeitet, daß das durch ihn verstärkte Signal invertiert wird, kann die Subtrahierschaltung 31 einen Addierer umfassen, welches das invertierte verstärkte Signal zu dem angehobenen Ausgangssignal des Hochpasses 2 summiert um eine Subtraktion zu bewirken. Wie zuvor hebt der Hochpaß 2 die höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten des ihm zugeführten Eingangssignals um einen Faktor in der Größenordnung von etwa 20 dB an.

Der spannungsgesteuerte Verstärker 32 kann gesättigt sein, wenn das ihm zur Verstärkung zugeführte Signal einen vorbestimmten Wert übersteigt. Eine Ausführungsform des spannungsgesteuerten Verstärkers ist weiter unten in näheren Einzelheiten im Zusammenhang mit Fig. 10 beschrieben.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 wird der Summierschaltung 5 über eine Begrenzungsschaltung 34 zugeführt. Der Zweck der Begrenzungsschaltung besteht darin, ein Übergangs-Einschwingen infolge eines plötzlichen Pegelanstiegs des dem spannungsgesteuerten Verstärker 32 zugeführten Signals zu vermeiden oder zu begrenzen. Eine Ausführungsform der Begrenzungsschaltung 34 ist in Fig. 10 veranschaulicht. Alternativ dazu kann diese Begrenzungsschaltung ein Dioden-Begrenzer mit einer Frequenzkennlinie sein.

Der Tiefpaß 4 kann wie zuvor dazu geeignet sein, für eine relativ schwache Absenkung der höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten zu sorgen, die in dem Eingangssignal enthalten sind, welches über den Eingangsanschluß 1 abgegeben wird. Bei einer Ausführungsform ruft der Tiefpaß 4 eine Absenkung oder Bedämpfung der niederfrequenten Komponenten um etwa 3 dB und eine Anhebung der höherfrequenten Komponenten um 6 dB hervor. Die 3-dB-Absenkung wird beispielsweise für Signale erzielt, deren Frequenz unterhalb von 1 kHz liegt, und die 6-dB-Absenkung wird für Signale erzielt, deren Frequenzen 1 kHz übersteigen. Alternativ dazu kann der Tiefpaß 4 eine einfache Bedämpfungsschaltung umfassen, die eine gleichmäßige 3-dB-Dämpfung über den gesamten Frequenzbereich des Eingangssignals hervorruft.

Die Schaltungsanordnung 100 ist mit einer Verstärkungsregel- bzw. Verstärkungssteuerschaltung 7 versehen, die eine am Ausgang der Summierschaltung 5 angeschlossene Bewertungs- bzw. Gewichtungsschaltung 71 sowie eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72 umfaßt, durch die das Ausgangssignal der Gewichtungsschaltung gleichgerichtet und geglättet und an den spannungsgesteuerten Verstärker 32 als Verstärkungssteuerspannung abgegeben wird. Die Gewichtungsschaltung 71 zeigt Tiefpaß-Eigenschaften, die bei einem Ausführungsbeispiel weitgehend ähnlich den Hochpaß- Eigenschaften des Filters 2 sein können. Wie weiter unten im Hinblick auf Fig. 10 noch beschrieben werden wird, bringt die Gewichtungsschaltung 71 eine bestimmte Verstärkung mit sich. Wenn der Gewichtungsschaltung beispielsweise das Eingangssignal direkt zugeführt wird, dann sollte die Verstärkung dieser Schaltung so eingestellt sein, daß diese Veränderung in der Verbindung kompensiert ist.

In Fig. 5 eine graphische Darstellung der Pegelkompressionseigenschaften der Schaltungsanordnung 100 gezeigt. Längs der Abszisse ist in Fig. 5 die Frequenz des Eingangssignals aufgetragen, und längs der Ordinate ist der Ausgangssignalpegel am Ausgangsanschluß 6 in dB aufgetragen. Jede in Fig. 5 dargestellte Kurve gibt einen bestimmten Eingangspegel wieder. Dabei zeigt sich, daß dann, wenn der Eingangspegel relativ niedrig ist, die höherfrequente Anhebungseigenschaft des ersten Signalweges gegenüber der Eigenschaft des zweiten Signalweges vorherrscht. Bei niedrigen Frequenzen, d. h. bei Frequenzen unter 1 kHz, verbleibt die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 weitgehend konstant. Wenn jedoch die Frequenz dieses Eingangssignals mit niedrigem Pegel ansteigt, dann überwiegen die dem spannungsgesteuerten Verstärker 32 zugeführten höherfrequenten Komponenten, und der Summierschaltung 5 werden höherfrequente Komponenten zugeführt, die weitgehend verstärkt worden sind. Demgemäß nimmt bei Eingangssignalen mit niedrigem Pegel der Pegel des am Ausgangsanschluß 6 erzeugten Ausgangssignals zu, wenn die Fre­ quenz des Eingangssignals zunimmt. Außerdem geht aus der Kurvendarstellung hervor, daß dann, wenn der Eingangssignalpegel ansteigt, die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 herabgesetzt wird, und zwar derart, daß der Signalpegel des der Summierschaltung 5 über den ersten Signalweg zugeführten Signals nicht mehr gegenüber dem Signalpegel des der Summierschaltung über den zweiten Signalweg zugeführten Signals vorherrscht. Tatsächlich nähert sich mit Ansteigen des Eingangspegels der über den zweiten Signalweg abgegebenen Signalpegel an den über den ersten Signalweg abgegebenen Signalpegel an und überschreitet diesen dann. Bei höheren Eingangssignalpegeln nähert sich somit die Gesamteigenschaft der Schaltungsanordnung 100 jener des Tiefpaß- Filters 4 an. Die Kurven gemäß Fig. 5 veranschaulichen die Pegelkompression, wie sie hauptsächlich durch den Betrieb des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 erzielt wird. Im Falle des Auftretens eines plötzlichen Anstiegs des Eingangssignalpegels begrenzt oder vermeidet die Begrenzungsschaltung 34 das Auftreten eines Übergangs-Überschwingens im Ausgangssignal des Verstärkers.

Wie in Fig. 5 gezeigt, sind bei höheren Eingangspegeln, wie bei einem Eingangspegel in der Größenordnung von +20 dB, die höherfrequenten Komponenten, d. h. Frequenzen über 1 kHz, in einem relativ schwachen Ausmaß in bezug auf die niederfrequenten Komponenten gedämpft. Die Eingangssignalpegel im Bereich von -80 dB bis +20 dB sind dabei als in den Bereich von -75 dB bis +15 dB komprimiert, gezeigt.

Die Pegelkompression der Schaltung 100 für Eingangssignale mit den Frequenzen 100 Hz, 1 kHz und 10 kHz sind durch die entsprechenden Kurven gemäß Fig. 6 veranschaulicht. Die Pegelkompression wird dabei über einen weiteren Bereich und in einem größeren Ausmaß für höherfrequente Komponenten (z. B. 10 kHz) als für niederfrequente Komponenten (z. B. 100 Hz und 1 kHz) erzielt. Die Strichpunktlinie in Fig. 6 kennzeichnet das übliche flache Baßverhalten.

In Fig. 6 ist außerdem der Begrenzerpegel veranschaulicht, d. h. der durch die Begrenzungsschaltung 34 erzielte Begrenzungspegel. Diesem Begrenzerpegel in Fig. 6 überlagerte gestrichelte Linie veranschaulicht die Vermeidung des Übergangs-Überschwingens. Wenn beispielsweise der Eingangssignalpegel bei 10 kHz einen Wert von -5 dB übersteigt, dann verhindert die Begrenzungsschaltung 34′ ein Übergangs- Überschwingen, so daß das Ausgangssignal mit der Frequenz von 10 kHz auf einen Signalpegel von -5 dB begrenzt ist.

Es sei angenommen, daß die Verstärkung G des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 zu einer Verstärkungssteuerspannung v_c über einen konstanten Faktor k in Beziehung steht, und zwar entsprechend folgendem Ausdruck:

G = k/v_c. (1)

Aus der Gleichung (1) geht hervor, daß die Verstärkung G in umgekehrtem Verhältnis zu der Verstärkungssteuerspannung v_c steht, so daß diese Verstärkung dann gering ist, wenn die Verstärkungssteuerspannung hoch ist, und daß umgekehrt diese Verstärkung dann hoch ist, wenn die Verstärkungssteuerspannung niedrig ist. Alternativ dazu kann der spannungsgesteuerte Verstärker 32 eine exponentielle Verstärkungsbeziehung zeigen, die folgender Beziehung genügt:

Nunmehr sei angenommen, daß der Tiefpaß 4 die Übertragungsfunktion F_L zeigt und daß der Hochpaß 2 die Übertragungsfunktion F_H zeigt. Wenn g_L die Niederfrequenz-Verstärkung des Tiefpasses 4 und g_H die Niederfrequenz-Verstärkung des Hochpasses 2 bedeuten, dann können diese Übertragungsfunktionen wie folgt angegeben werden:

Dabei sind T_L1, T_L2, T_H1 und T_H2 Konstanten, die durch den besonderen Schaltungsaufbau und durch die Kennlinien der Filter 4 und 2 bestimmt sind.

Es sei nun angenommen, daß das dem Eingangsanschluß 1 zugeführte Nutzsignal mit x bezeichnet wird. Ferner sei angenommen, daß das von der Schaltungsanordnung 100 erzeugte und am Ausgangsanschluß 6 abgegebene Ausgangssignal mit y gegeben ist. Ferner sei angenommen, daß das vom Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 erzeugte verstärkte Signal mit Z gegeben ist. Wenn derjenige Anteil des Signals Z, der über den Rückkopplungswiderstand 33 auf die Subtraktionsschaltung 31 rückgekoppelt ist, mit N gegeben ist, dann kann das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 wie folgt angegeben werden:

G (x · F_H - Z · N) = Z, (4)

G · F_H - G · N · Z = Z. (5)

Durch Umstellen der Terme kann die Gleichung (5) wie folgt neu geschrieben werden:

Z (1+G · N) = G · F_H · x. (6)

Nunmehr kann das Ausgangssignal Z des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 wie folgt ausgedrückt werden:

Das von der Summierschaltung 5 erzeugte Ausgangssignal y ist gleich der Summe des Ausgangssignals des Tiefpaß- Filters 4 und des Ausgangssignals Z, und zwar unter der Annahme, daß das Ausgangssignal Z den bestimmten Begrenzungspegel der Begrenzungsschaltung 34 nicht überschreitet. Damit kann das an den Ausgangsanschluß 6 abgegebene Ausgangssignal y wie folgt angegeben werden:

Wie oben erwähnt, zeigt die Gewichtungsschaltung 71 Hochpaß- Eigenschaften, die weitgehend ähnlich sind den Hochpaß- Eigenschaften des Hochpasses 2. Diese Filtereigenschaften können als Übertragungsfunktion F_H dargestellt werden. Da die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 eine Gleichrichtung ausführt, um eine Verstärkungssteuerspannung v_c zu erzeugen, kann diese Verstärkungssteuerspannung wie folgt angegeben werden:

v_c =|y · F_H|. (11)

Wenn die Gleichung (11) in die Gleichung (1) eingesetzt wird, kann die Verstärkung G des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 wie folgt angegeben werden:

G = k/|y · F_H|. (12)

Wenn die Gleichung (12) in die Gleichung (10) eingesetzt wird, dann kann das am Ausgangsanschluß 6 erzeugte, im Pegel komprimierte Ausgangssignal y wie folgt angegeben werden:

Auf der Grundlage der Gleichung (13) durchgeführte Berechnungen führen zu Kurven, die weitgehend ähnlich sind den in Fig. 5 dargestellten, frequenzabhängigen Pegelkompressionskennlinien.

Im Zuge der vorstehenden Beschreibung ist das Ausgangssignal Z als Ausgangssignal betrachtet worden, welches von dem spannungsgesteuerten Verstärker 32 erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Ausgangssignal Z außerdem am Ausgang des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erzeugt wird. Dieses Ausgangssignal Z zeigt frequenzabhängige Eigenschaften von der in Fig. 7 dargestellten Art. Jede in Fig. 7 dargestellte Kurve veranschaulicht einen entsprechenden Eingangssignalpegel, und das am Ausgang des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 erzeugte Ausgangssignal Z nimmt dabei zu, wenn die Frequenz des Eingangssignals ansteigt, und zwar unter der Voraussetzung, daß der Eingangssignalpegel relativ niedrig ist. Wenn der Eingangssignalpegel zunimmt, nimmt die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 ab, wodurch das Kompressionsverhältnis zunimmt. Demgemäß kann die Begrenzungsschaltung 34 am Ausgang des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers vorgesehen sein, ohne daß der Betrieb der Schaltungsanordnung 10 oder der Schaltungsanordnung 100 nachteilig beeinflußt wird.

Die graphischen Darstellungen gemäß Fig. 5 bis 7 geben individuellen Einzeleingangssignale wieder, die dem Eingangsanschluß 1 zugeführt werden. In Fig. 8 ist die Pegelkompression der Rauschverminderungsschaltung 100 für das Ansprechen auf zwei gesonderte Signale graphisch wiedergegeben: Ein erstes Signal mit 400 Hz, dessen Pegel sich von +20 dB bis -70 dB ändert, und ein zweites Signal, dessen Pegel konstant bei -100 dB liegt, wobei jedoch dessen Frequenz sich von 100 Hz auf 25 kHz ändert. Ein Vergleich der Fig. 5 und 8 zeigt, daß das Signal mit niedrigem Pegel (-100 dB) mit der höheren Frequenz die Gesamt-Pegelkompressionseigenschaft der Schaltungsanordnung 100 sogar in dem Fall beeinflußt, daß das Signal der niedrigen Frequenz (400 Hz) mit einem hohen Pegel (+20 dB) auftritt.

In Fig. 9 sind die Pegelkompressionskennlinien gemäß Fig. 4 in Abhängigkeit von zwei Eingangssignalen veranschaulicht: Ein erstes Eingangssignal tritt mit einer konstanten Frequenz von 10 kHz auf, wobei sich der Pegel dieses Signal von +20 dB bis -70 dB ändert, und ein zweites Signal tritt mit einem konstanten Pegel -100 dB auf, wobei sich die Frequenz dieses Signals von 100 Hz bis 25 kHz ändert. Die in Fig. 9 dargestellten Kurven zeigen eine größere Ähnlichkeit mit den in Fig. 8 dargestellten Kurven als mit den in Fig. 5 dargestellten Kurven.

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Rauschverminderungsschaltung eine veränderbare Preemphasis bzw. Anhebung mit sich bringt. Dies bedeutet, daß unterschiedliche Anhebungskurven für unterschiedliche Pegel des Eingangssignals erhalten werden. Aufgrund dieser variablen Verstärkung/Anhebung wird eine wesentlich stärkere Anhebung über einen Bereich hoher Frequenz erzielt, wenn der Eingangssignalpegel relativ niedrig ist. Demgegenüber wird eine weitgehend flache Absenkungseigenschaft dann erzielt, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist. Dies wird bevorzugt, da der Eingangssignalpegel, wenn er relativ hoch ist, auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger ohne die Forderung nach irgendeiner Anhebung aufgezeichnet werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind von relativ einfachem Aufbau und daher billig. Dennoch ermöglichen sie eine veränderbare Pegelanhebung, ohne daß dazu irgendeine externe oder manuelle Einstellung erforderlich ist. Durch die starke Anhebung über einen Bereich hoher Frequenz bei niedrigem Eingangssignalpegel wird die zuvor erwähnte Eigenschaft der Rauschmodulation weitgehend vermindert, und in vielen Fällen kann sie wirksam beseitigt werden. Darüber hinaus ist der Einsatz einer Begrenzungsschaltung möglich, wie der Begrenzungsschaltung 34, um eine Übergangssättigung des magnetischen Aufzeichnungsträgers infolge eines Überschwingens zu vermeiden, welches durch ein abruptes oder plötzliches Ansteigen des Signalpegels hervorgerufen wird, das bisher nicht schnell genug kompensiert werden konnte.

Nunmehr wird ein detailliertes Schaltbild der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Darstellung gemäß Fig. 10 beschrieben. Dabei sind solche Teile bzw. Komponenten, die mit den in Fig. 4 dargestellten Teilen bzw. Komponenten übereinstimmen, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Der Hochpaß 2, das in dem mit dem Eingangsanschluß 1 verbundenen ersten Signalweg enthalten ist, besteht aus einem RC-Glied, welches aus einem Widerstand 21 mit dazu in Reihe geschaltetem Kondensator 22 gebildet ist. Dieser Reihenschaltung liegt ein Widerstand 23 parallel, und die betreffende Schaltungskombination ist am Eingang eines Verstärkers 35 angeschlossen, der den hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärker 3 bildet.

Der Verstärker 35 ist vorzugsweise ein Operationsverstärker mit einer hohen negativen Verstärkung. Der Rückkopplungswiderstand 33, wie er in Fig. 4 veranschaulicht ist, ist auch in Fig. 10 darstellt als Widerstand, der zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers 35 angeschlossen ist.

Die Verstärkung einer aus einem Operationsverstärker gebildeten Verstärkungsschaltung ist eine Funktion der Rückkopplungsimpedanz, d. h. einer zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Operationsverstärkers geschalteten Impedanz, und zwar dividiert durch die Eingangsimpedanz, d. h. die am Eingang des betreffenden Verstärkers angeschlossene Impedanz. Die Verstärkung der Verstärkerschaltung kann somit durch Verändern entweder der Rückkopplungsimpedanz oder der Eingangsimpedanz eingestellt (verändert) werden. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist ein Rückkopplungswiderstand 36, der dem Rückkopplungswiderstand 33 parallel geschaltet ist, in Abhängigkeit von einem ihm zugeführten Steuersignal einstellbar, um die Verstärkung des Verstärkers 3 zu verändern. Wenn der Widerstandswert des einstellbaren Widerstands 36 zunimmt, nimmt entsprechend die Verstärkung des Verstärkers zu. Wenn demgegenüber der Widerstandswert dieses einstellbaren Widerstands abnimmt, nimmt die Verstärkung des Operationsverstärkers ebenfalls ab. Ein Ausführungsbeispiel des einstellbaren Widerstands 36 kann eine auf Licht ansprechende Komponente, wie eine CdS-Fotozelle, ein Fotowiderstand oder dgl. mit einer Impedanz oder einem Widerstand sein, die bzw. der in Abhängigkeit von der Intensität des auftreffenden Lichtes veränderbar ist. Das lichtempfindliche Element kann beispielsweise über einen Lichtweg mit einer Leuchtdiode oder einer anderen Lichtquelle gekoppelt sein, die Licht an das lichtempfindliche Element als Funktion einer ihr zugeführten Steuerspannung abgibt. Dieses Steuerspannung wird von einer Steuerschaltung 7 erzeugt, die die Gewichtungsschaltung 71 und die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 umfaßt. Wenn die Steuerspannung ansteigt, steigt dementsprechend die Intensität des von dem Lichtabgabeelement abgegebenen Lichtes an, so daß der Widerstand oder die Impedanz des lichtempfindlichen Elements vermindert wird, wodurch die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 reduziert wird. Wenn aber die Steuerspannung absinkt, nimmt dementsprechend die Intensität des von dem Lichtabgabeelement abgegebenen Lichtes ab, so daß die Impedanz des lichtempfindlichen Elements ansteigt, wodurch die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 ansteigt.

Als Alternative zu dem zuvor erwähnten lichtempfindlichen bzw. auf Licht ansprechenden Element kann der einstellbare Widerstand 36 einen Feldeffekttransistor, einen Bipolartransistor oder dgl. umfassen, dessen Impedanz in Abhängigkeit von einer einer ihm von der Steuerschaltung 7 her zugeführten Steuerspannung steuerbar ist. Wenn sich die Impedanz des Feldeffekttransistors oder Transistors ändert, ändert sich auch die Verstärkung des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Begrenzungsschaltung 34 als Schaltung dargestellt, die zwischen dem Ausgang des hinsichtlich der Verstärkung veränderbaren Verstärkers 3 und einem Eingang der Summierschaltung 5 in Reihe geschaltet ist. In Fig. 10 ist die Begrenzungsschaltung 34 als Schaltung dargestellt, die zwei antiparallel zueinander geschaltete Diodenschaltungen umfaßt, welche in dem Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers 35 liegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede Diodenschaltung durch zwei in Reihe geschaltete Dioden gebildet. Diese Dioden-Begrenzerschaltung ist mit zwei zusätzlichen Widerständen in Reihe geschaltet. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Eingangssignal des Verstärkers 35 geringer ist als die effektive Dioden-Durchbruchsspannung (wenn die Dioden- Durchbruchsspannung mit V_be angenommen ist, dann beträgt die effektive Dioden-Durchbruchsspannung für das dargestellte Ausführungsbeispiel 2V_be, wobei V_be = 0,7 V für Siliziumdioden gilt), dann ist der mit diesen Dioden- Begrenzer verbundene Widerstand aus dem Verstärker-Rückkupplungskreis herausgetrennt. Wenn jedoch diese Differenz die Dioden-Durchbruchsspannung übersteigt, dann ist der dargestellte Widerstand in den Verstärker-Rückkopplungskreis eingeschaltet und damit den einstellbaren Widerstand 36 und dem Rückkopplungswiderstand 33 parallel geschaltet, wodurch der effektive Rückkopplungswiderstand derart herabgesetzt ist, daß die Verstärkung des Verstärkers vermindert ist. Demgemäß sind Übergangs-Überschwingungen vermindert.

Der Ausgang des Verstärkers 35 ist über einen Widerstand 51 mit der Summierschaltung 5 verbunden. Die Summierschaltung enthält einen weiteren Widerstand 52, der den Ausgang des Tiefpasses 4 mit der Summierschaltung verbindet. Der Tiefpaß umfaßt ein aktives Filter mit Eingangswiderständen 41 und 43, die in Reihe geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen Widerständen über einen Kondensator 44 an Erde bzw. Masse liegt. Ein Verstärker 42, der beispielsweise ein Operationsverstärker oder ein solcher mit negativer Verstärkung sein kann, ist eingangsseitig mit dem Widerstand 43 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand liegt zwischen dem Ausgang und dem Eingang dieses Verstärkers. Der Verstärker 42 sorgt für eine Phasenangleichung des über den Tiefpaß 4 geleiteten Signals zu dem über den verstärkungsvariablen Verstärker 3 übertragenen Signal. Der Ausgang des Tiefpasses und insbesondere der Ausgang des Verstärkers 42 ist mit dem Widerstand 52 der Summierschaltung 5 verbunden.

Die Summierschaltung umfaßt die Summierwiderstände 51 und 52, die mit dem Eingang eines Verstärkers 53 verbunden sind. Der Verstärker 53 zeigt vorzugsweise eine negative Verstärkung; er kann ein Operationsverstärker mit einem Rückkupplungswiderstand sein, wie dies dargestellt ist. Der Ausgang dieser Summierschaltung, d. h. der Ausgang des Verstärkers 53 ist mit dem Ausgangsanschluß 6 verbunden.

Die Steuerschaltung 7, die mit dem Ausgangsanschluß 6 verbunden ist und die die Gewichtungsschaltung 71 sowie die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 umfaßt, erzeugt die zuvor erwähnte Steuerspannung, welche dazu herangezogen wird, den Widerstand des einstellbaren Widerstands 36 und damit die Verstärkung des verstärkungsvariierbaren Verstärkers 3 einzustellen. Die Gewichtungsschaltung 71 umfaßt einen Hochpaß, welches aus der Reihenschaltung eines Widerstands 73 und eines Kondensators 74 und der Parallelschaltung einer anderen Reihenschaltung besteht, die einen Widerstand 75 und einen Kondensator 76 umfaßt. Der Ausgang dieser parallel geschalteten RC-Glieder ist mit einem Verstärker 77 verbunden, der vorzugsweise ein Operationsverstärker ist und eine negative Verstärkung aufweist. Dieser Verstärker weist überdies einen Rückkopplungswiderstand auf. Es sei darauf hingewiesen, daß die Gewichtungsschaltung 71 eine Hochpaß- Charakteristik zeigt, die ähnlich der Hochpaß-Charakteristik des Hochpasses 2 ist. Der Ausgang des Verstärkers 77 ist mit der Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 verbunden, die beispielsweise aus einer mit einem kapazitiven Filter verbundenen Diode besteht. Die Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 72 erzeugt ein Gleichspannungs-Steuersignal, welches eine Funktion des Pegels der höherfrequenten Komponenten ist, die über die Gewichtungsschaltung gelangen.

Wenn der Pegel des Eingangssignals ansteigt, nimmt die Verstärkung des Verstärkers 35 ab, wodurch die Anhebung der höherfrequenten Komponenten in dem Eingangssignal vermindert wird. Die in Fig. 5 dargestellten Pegelkompressionseigenschaften werden somit durch die in Fig. 10 dargestellte Schaltung erzielt.

Bei den soweit beschriebenen Ausführungsformen wird die Rauschverminderungsschaltung als Pegelkompressionsschaltung in einem Kompressor für Nutzsignale verwendet, die auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufzuzeichnen sind. Eine Pegeldehnungs- Schaltung (Expander) sollte einer Pegeldehnungseigenschaft aufweisen, die komplementär zu den in Fig. 5 dargestellten Eigenschaften bzw. Kennlinien ist, um ein von dem magnetischen Aufzeichnungsträger wiedergegebenes Signal in dessen Originalform zurückzuführen. Die in Fig. 4 dargestellte Rauschverminderungsschaltung kann in einem derartigen Kompressor verwendet werden, wie dies Fig. 11 veranschaulicht. Dabei ist die Rauschverminderungsschaltung 100 in den Gegenkopplungszweig eines Operationsverstärkers 210 eingeschaltet, wobei dieser Operationsverstärker mit seinem nichtinvertierenden Eingang + an einem Eingangsanschluß 201 angeschlossen ist, um das wiedergegebene Nutzsignal aufzunehmen. Mit einem invertierenden Eingang - ist der betreffende Verstärkerausgangsanschluß 6 der Schaltungsanordnung 100 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 210 ist mit dem Eingangsanschluß 1 der Rauschverminderungsschaltung 100 verbunden. Damit ist die Rauschverminderungsschaltung als Gegenkopplungsschaltung geschaltet; das Ausgangssignal des dargestellten Expanders wird an einem Ausgangsanschluß 202 gewonnen, der mit dem Ausgang des Verstärkers 210 verbunden ist.

Die Rauschverminderungsschaltung 100 ist in wünschenswerter Weise selektiv für den Betrieb entweder als Kompressor oder als Expander ausgelegt. Zu diesem Zweck ist der Verstärker 210 mit einem Schaltelement 211 versehen, welches als mechanischer Schalter dargestellt ist, der zwei Schaltstellungen einzunehmen vermag. Wenn der Schalter 211 an dem Kontakt d anliegt, ist die Rauschverminderungsschaltung 100 als Gegenkopplungsschaltung vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Verstärkers 210 geschaltet, wie dies oben beschrieben worden ist. Wenn der Schalter 211 zum Kontakt e umgeschaltet ist, dann ist ein Rückkopplungswiderstand 212 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 210 eingeschaltet, wodurch die Verstärkung des Verstärkers festliegt. Der Ausgang des Verstärkers 210 ist ferner so geschaltet, daß verstärkte Informationssignale an die Rauschverminderungsschaltung 100 abgegeben werden. Wenn der Schalter 211 zum Kontakt d umgeschaltet ist, arbeitet somit die dargestellte Schaltungsanordnung 200 als Expander, um im Pegel gedehnte Informationssignale am Ausgangsanschluß 202 zu erzeugen. Wenn der Schalter 211 zum Kontakt e umgeschaltet wird, arbeitet die Schaltungsanordnung 200 als Kompressor, der im Pegel komprimierte Signale am Ausgangsanschluß 6 erzeugt. Wie dargestellt, ist der Ausgangsanschluß 6 mit einem weiteren Ausgangsanschluß 203 verbunden, der seinerseits mit einem magnetischen Aufzeichnungswandler gekoppelt sein kann.

Durch Anwendung der Rauschverminderungsschaltung 100 in zwei umschaltbare Betriebsarten wird dieselbe Schaltungsanordnung als Kompressor und als Expander verwendet, wodurch die erwünschte Einsparung an Einzelteilen erzielt ist. Bei einer typischen Aufzeichnungs-/Wiedergabeanordnung, wie bei einem Tonband-Aufzeichnungsgerät, werden die Nutzsignale nicht gleichzeitig aufgezeichnet und wiedergegeben. Anstatt der Bereitstellung eines gesonderten Kompressors und Expanders ist somit vorteilhaft dieselbe Rauschverminderungsschaltung 100 für getrennte Kompression und Expansion einzusetzen. Durch Ausnutzen ein und derselben Rauschverminderungsschaltung in beiden Betriebsarten ist überdies keine Schwierigkeiten dafür vorhanden, die Eigenschaften des Kompressors und Expanders aneinander anzupassen.

Die Eigenschaften der Rauschverminderungsschaltung 100 sind oben im einzelnen beschrieben worden, weshalb diese Eigenschaften im Interesse der Kürze der Beschreibung nicht wiederholt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Schalter 211 an dem feststehenden Kontakt e anliegt bzw. zu diesem umgeschaltet ist, die Schaltung bzw. Schaltungsanordnung 200 in nahezu derselben Art und Weise arbeitet, wie dies oben im Hinblick auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 10 im einzelnen erläutert worden ist. Dies bedeutet, daß das Eingangssignal durch den Verstärker 210 verstärkt und durch die Schaltung 100 mit einer variablen Anhebung im Pegel in geeigneter Weise komprimiert wird.

Wenn der Schalter 211 an dem Kontakt d anliegt, dann werden die Übertragungseigenschaften der Schaltung 100 als Gegenkopplungsverstärkung B der Schaltung 200 ausgenutzt. Wenn die Leerlaufverstärkung des Verstärkers 210 mit A bezeichnet wird, dann beträgt die Gesamtverstärkung oder die Übertragungseigenschaft der Schaltung 200

Hierbei handelt es sich um die Verstärkung eines Verstärkers mit Gegenkopplung. Wenn die Leerlaufverstärkung A des Verstärkers 210 hinreichend hoch ist, was bedeutet, daß A»1 ist, dann ist die Verstärkung oder Übertragungseigenschaft der Schaltung 200 bei der Expansion lediglich 1/B. Wenn die Schaltung 100 als Gegenkopplungsschaltung mit dem Verstärker 210 verbunden ist, dann sind somit die Gesamteigenschaften der Schaltung 200 umgekehrt oder komplementär zu der des Kompressors, also komplementär zu Kennlinie B. Damit wird bei Verwendung der Schaltung 100 als Kompressor das im Pegel komprimierte angehobene Signal, welches nunmehr von dem Aufzeichnungsträger wiedergegeben wird, in seine Originalform zurückgeführt.

Claims (14)

1. Schaltungsanordnung zur Beeinflussung eines Nutzsignales vor und nach einem das Nutzsignal verrauschenden Signalübertragungssystem, insbesondere Signalaufzeichnungsgerät zur Rauschabstandsvergrößerung, wobei die Schaltungsanordnung (10; 100) zur sendeseitigen Kompression und zur empfangsseitigen komplementären Expansion (Kompansion) einsetzbar ist und bei der:

• a) das Nutzsignal (x) sowohl einem Hochpaß (2) als auch einem Tiefpaß (4) zugeführt ist, wobei die Höhenabsenkung des Tiefpasses (4) geringer ist als die Tiefenabsenkung des Hochpasses (2),
• b) das Ausgangssignal des Tiefpasses (4) einem ersten Eingangsanschluß einer Summierschaltung (5) zugeführt ist, deren Ausgang das Ausgangssignal (y) der Schaltungsanordnung (10; 100) abgibt,
• c) das Ausgangssignal des Hochpasses (2) dem Eingang eines Verstärkers (3; 32) zugeführt ist, dessen Verstärkung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (y) der Schaltungsanordnung (10; 100) steuerbar ist, derart, daß die Verstärkung bei kleinem Nutzsignalpegel (x) hoch und bei großem Nutzsignalpegel (x) niedrig ist (signalgesteuerter Verstärker (VCA),
• d) das Ausgangssignal (z) des Verstärkers (3; 32) einem zweiten Eingang der Summierschaltung (5) zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementäre Wirkung (Expansion) dadurch erreicht wird, daß die Schaltungsanordnung (100) im Gegenkopplungszweig eines weiteren Verstärkers (210), insbesondere eines Operationsverstärkers, angeordnet ist (Expander), dem eingangsseitig das zu expandierende Signal zugeführt wird und der ausgangsseitig das expandierte Signal abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaltungsweg des Tiefpasses (4) eine Dämpfungseinrichtung (41, 44, 43) vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaltungsweg des Hochpasses (2) eine Begrenzungseinrichtung (34) vorgesehen ist, die bei plötzlichen Pegelanstiegen des Eingangssignales (x) ein Überschwingen, insbesondere das des spannungsgesteuerten Verstärkers (3), vermeidet und/oder begrenzt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (34) dem spannungsgesteuerten Verstärker (3) nachgeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Verstärker (3) durch einen gegengekoppelten Operationsverstärker (35, 32) gebildet ist, in dessen Gegenkopplungszweig eine Dioden-Begrenzereinrichtung (34) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Verstärkung des Verstärkers (3) eine Gewichtungsschaltung (71; 73-77) vorgesehen ist, die mit der Summierschaltung (5) verbunden ist, daß die Gewichtungsschaltung (71; 73-77) aus den höherfrequenten Komponenten des Ausgangssignals (y) ein Verstärkungs-Steuersignal über eine Einrichtung (77) ableitet, und die Verstärkung des spannungsgesteuerten Verstärkers (3) in umgekehrter Beziehung zum Pegel des Verstärkungs-Steuersignals verändert.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Verstärker (3) über eine das Verstärkungs-Steuersignal abgebende Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung (72) in seiner Verstärkung verändert wird, die der Gewichtungsschaltung (71; 73-77) nachgeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsschaltung (71; 73-77) einen zweiten Hochpaß (71; 73-76) aufweist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hochpaß (71) und der erstgenannte Hochpaß (2) weitgehend ähnliche Filtereigenschaften aufweisen.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Verstärker (3) eingangsseitig am Ausgang einer Subtrahiereinrichtung (31) angeschlossen ist, die mit ihrem einen Eingang (+) am Ausgang des erstgenannten Hochpasses (2) und mit ihrem Subtraktionseingang (-) über eine Rückkopplungseinrichtung (33) mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers (32) verbunden ist, wobei der spannungsgesteuerte Verstärker (3) mit einem Operationsverstärker (32, 35) gebildet ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Einsatz zur Kompression des Pegels eines über ein das Nutzsignal verrauschendes Signalübertragungssystem übertragenen Nutzsignals (x), derart, daß höherfrequente Nutzsignalkomponenten einer stärkeren Verstärkung bei niedrigen Eingangssignalpegeln ausgesetzt sind als Eingangssignale höheren Pegels.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Einsatz zur Dehnung eines über das Signalübertragungssystem übertragenen Nutzsignals (Expansion), derart, daß die höherfrequenten Komponenten des übertragenen Nutzsignals einer stärkeren Pegeldehnung bei niedrigem Eingangssignalpegel ausgesetzt sind als Eingangssignale höheren Pegels.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (210), insbesondere ein Operationsverstärker, eingangsseitig (-) mit einem in zwei Stellungen (e, d) stellbaren Umschalter (211) verbunden ist, in dessen einer Schalterstellung (d) die Schaltungsanordnung (10) im Gegenkopplungszweig des weiteren Verstärkers (210) liegt und in dessen anderer Schalterstellung (e) die betreffende Schaltungsanordnung (100) von dem Gegenkopplungszweig abgetrennt ist.