CH656994A5 - Schaltung zur geraeuschreduktion, insbesondere fuer signalaufnahme/wiedergabe-geraete. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Geräuschreduktion, welche bei abnehmenden Eingangssignalen die höherfrequenten Komponenten mehr verstärkt als die niederfrequenten Komponenten.

Geräuschreduktionsschaltungen werden in Signalübertragungsanlagen, wie zum Beispiel in Signalaufzeichnungsgeräten und ähnlichen Geräten verwendet, um Geräusch und Verzerrung zu reduzieren, welche durch die Anlage angehoben würden, wobei die Wirkung der Geräuschreduktionsschaltung darin besteht, den scheinbaren Dynamikbereich der Anlage zu ver-grössern. Bei einer typischen Geräuschreduktionsschaltung ist ein Coder für die aufzuzeichnenden Signale vorgesehen, während ein komplementärer Decoder für die wiederzugebenden Signale vorgesehen ist. Der Coder umfasst im allgemeinen eine Dynamikkompressionsschaltung und eine Schaltung zur Akzentuierung der höheren Frequenzen, in welcher die Komponenten höherer Frequenz eines aufzuzeichnenden Informationssignales angehoben werden, wobei der Pegel der Akzentuierung umgekehrt proportional ist zum Pegel des Informationssignales. Der Decoder umfasst im allgemeinen eine Dynamikexpansionsschaltung und eine Schaltung zur Deakzentuierung der höhern Frequenzen, um für die wiedergegebenen Informationssignale einen komplementären Vorgang durchzuführen.

Beim bekannten Dolby-Geräuschreduktionssystem wird ein Eingangssignal von niederem Pegel mit einem praktisch konstanten Verstärkungsfaktor verstärkt, bis das Eingangssignal einen vorbestimmten Pegel erreicht hat. Danach wird die Verstärkung dieses Eingangssignales reduziert, bis wiederum ein anderer, höherer Pegel erreicht ist, worauf die Verstärkung wiederum mit praktisch konstantem Verstärkungsgrad ausgeführt wird. Zusätzlich zu dieser Verstärkung des Eingangssignales wird noch eine Schaltung zur Akzentuierung der höherfrequenten Komponenten des Eingangssignales vor der Aufzeichnung verwendet. Dieser Vorgang wird allgemein als Dynamikkompression bezeichnet. Nachdem das Eingangssignal hinreichend in der Dynamik komprimiert wurde, wird es aufgezeichnet. Ein komplementärer Signalexpansionsvorgang wird ausgeführt, wenn das obenerwähnte Signal wiedergegeben wird. Das heisst,

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die akzentuierten höherfrequenten Komponenten werden deakzentuiert, und das deakzentuierte Signal wird mit einem Verstärkungsgrad kleiner Eins verstärkt. Dieser Verstärkungsgrad ist praktisch konstant über einem vorbestimmten Bereich von relativ geringen Signalpegeln, wenn aber das wiedergegebene Signal einen vorbestimmten Pegel übersteigt, wird der Verstärkungsgrad akzentuiert, bis ein anderer höherer Pegel erreicht ist.

Das vorerwähnte Dolby-Geräuschreduktionssystem weist einen relativ einfachen Aufbau auf und wird in grossem Umfang in Systemen der Unterhaltungselektronik, wie z.B. Magnet-bandaufzeichnungs- und wiedergabegeräten usw. verwendet. Obwohl das Dolby-System eine gewisse Verbesserung des Dynamikbereiches eines Aufzeichnung- Wiedergabe-Gerätes bewirkt, ist diese Verbesserung jedoch im allgemeinen beschränkt auf eine Grösse von ungefähr 10 dB, wobei diese Verbesserung hauptsächlich im Frequenzbereich oberhalb 1 kHz sichtbar ist. Weiter sind die obenerwähnten Änderungen im Verstärkungsgrad des Aufnahme-, bzw. Wiedergabeverstärkers nicht linear. Wegen dieser Nichtlinearität der Verstärkungsgrade ist die genaue Anpassung der Pegel zwischen dem Aufzeichnungs- und dem Wiedergabevorgang oft sehr schwierig. Dadurch treten gewisse Verzerrungen für Signale mit dazwischenliegenden Signalpegeln auf.

Ein anderes bekanntes Geräuschreduktionssystem ist das sog. DBX-System. Dieses System ist im US-Patent Nr.

3 789 143 beschrieben. Ein Vorteil des DBX-Systems gegenüber dem vorerwähnten Dolby-System besteht darin, dass der Verstärkungsgrad der Verstärker, welche die Vorgänge der Signalkompression und Signalexpansion durchführen, d.h. die Signalkompression- und Signalexpansions-Verhältnisse praktisch konstant sind, unabhängig vom Signalpegel des Eingangs-informationssignales. So wird z.B. vor dem Aufzeichnungsvorgang das Eingangsinformationssignal mit einem konstanten Kompressionsverhältnis k komprimiert. Wenn das komprimierte Signal anschliessend wiedergegeben wird, wird das reproduzierte Signal mit einem konstanten Verhältnis 1/k expandiert, d.h. mit einem Expansionsverhältnis, das das Reziproke des Kompressionsverhältnisses ist. Da konstante Kompressions-und Expansions-Verhältnisse über den ganzen Signalpegelbereich verwendet werden, d.h. die beim Dolby-System fetsgestell-te Nichtlinearität vermieden ist, kann die Pegelanpassung zwischen aufgezeichnetem und wiedergegebenem Signal leicht erreicht werden. Weiter ist beim DBX-System die scheinbare Verbesserung des Dynamikbereiches des Auf nähme-Wiedergabe-Gerätes in der Grössenordnung von ungefähr 40 dB. Auch wird die erwünschte Geräuschreduktion praktisch über den ganzen Tonfrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz erreicht.

Jedoch werden die speziellen Kompressions- und Expansions-Kennlinien des vorerwähnten Geräuschreduktionssystems primär für konstante Eingangssignalpegel erreicht, d.h. für Signalpegel, welche keine abrupten Übergänge aufweisen. Anders gesagt sind die durch diese Geräuschreduktionssysteme erreichten Vorteile vornehmlich eine Funktion von deren statischen Kennlinien. Es treten aber Schwierigkeiten auf bei den dynamischen Übergangskennlinien solcher Systeme. Wenn z.B. ein aufzuzeichnendes Informationssignal einen relativ geringen Signalpegel aufweist, ist der Verstärkungsgrad oder das Kompressionsverhältnis des Aufnahmeverstärkers relativ hoch. Wenn nun dieses Informationssignal einen abrupten Anstieg im Signalpegel aufweist, d.h. wenn es einen grossen positiven Stoss aufweist, wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers oder das Kompressionsverhältnis nicht so rasch reduziert wie der Signalpegel ansteigt. Obwohl also der Verstärkungsgrad oder das Kompressionsverhältnis reduziert werden sollte für die Verarbeitung des Informationssignales mit hohem Pegel, bleibt es in Wirklichkeit auf dem frühern hohen Pegel. Als Folge davon wird der starke Stoss mit einem relativ hohen Verstärkungsgrad verstärkt, was ein komprimiertes Signal ergibt, das eine Übersteuerung zeigt. Das heisst, der Pegel des komprimierten Signales ist viel zu hoch. Dieses Signal mit dem hohen Pegel bewirkt bei der Aufzeichnung eine Sättigung des magnetischen Auf-5 zeichnungsmediums und damit eine Verzerrung des Signales, das aufgezeichnet wird und der Information, welche am Schluss davon wiedergegeben werden sollte.

Ein anderer Nachteil der vorerwähnten Geräuschreduktionssysteme besteht darin, dass sie der sog. Geräuschmodulation io ausgesetzt sein können. Bei der Geräuschmodulation werden Geräuschkomponenten in Funktion der Änderungen des Eingangssignalpegels geändert. Solche Änderungen der Geräuschkomponenten oder eben die Geräuschmodulation ist stark wahrnehmbar und ist ziemlich störend, wenn sie ein wiederge-i5 gebenes Tonfrequenzsignal begleitet. Dieses Phänomen wird noch akzentuiert, wenn die Frequenzkomponenten des Eingangssignales beträchtlich verschieden sind von jenen des Geräusches. Wenn z.B. das Informationssignal ein Tonfrequenzsignal ist, das den Klang eines Klaviers darstellt, wird die Ge-20 räuschmodulation getrennt und deutlich gehört und wird auch dann nicht überdeckt, wenn die Lautstärke des Informationssignales erhöht wird.

Ein Vorschlag zur Reduktion der Geräuschmodulation in einer Geräuschreduktionsschaltung ist im US-Patent Nr.

25 4 162 462 beschrieben. Bei diesem Vorschlag werden die höherfrequenten Komponenten des Informationssignales vor der Aufzeichnung akzentuiert, wenn das Informationssignal einen kleinen oder mittleren Signalpegel aufweist, während nur eine relativ geringe Akzentuierung vorgenommen wird, wenn das In-30 formationssignal höhere Pegel aufweist. Wenn das in dieser Art verarbeitete Informationssignal wiedergegeben wird, werden die höherfrequenten Komponenten einer relativ starken Deakzentuierung unterworfen, wenn das reproduzierte Signal geringe oder mittlere Signalpegel aufweist, während diese höherfre-35 quenten Komponenten einer nur geringen Deakzentuierung unterworfen werden, wenn das wiedergegebene Signal auf einem höheren Pegel ist. Obwohl dieses Vorgehen die unerwünschten Effekte der Geräuschmodulation reduziert, ist die Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsmediums wegen Übersteuerung des 40 komprimierten Signales dennoch vorhanden.

Um den bei der Übersteuerung des Signales vorhandenen Nachteil zu überwinden, wurde auch schon vorgeschlagen, die Ansprechgeschwindigkeit der Dynamykkompressionsschaltung zu erhöhen. Wenn jedoch die Ansprechgeschwindigkeit erhöht 45 wird, ist eine Verbesserung durch die Elimination der Übersteuerung begleitet von einer Verschlechterung der Geräuschmodulationskennlinie. Ein anderer Vorschlag zur Verhinderung der Übersteuerung ist in der US-Patentanmeldung Nr. 151 141 vorgeschlagen, die am 19. Mai 1980 vom gleichen Anmelder einge-50 reicht wurde. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der in dieser Anmeldung beschriebenen Geräuschreduktionsschaltung.

Ein anderer Vorschlag für eine Geräuschreduktionsschal-55 tung, welche die Übersteuerung minimal macht, zieht die Verwendung einer Anzahl von praktisch gleichen Geräuschreduktionsschaltungen in Betracht, welche parallel geschaltet sind. Jede Geräuschreduktionsschaltung soll dabei nur einen ausgewählten Teil des Frequenzspektrums des Eingangs-Informa-60 tionssignales verarbeiten. Die Ausgänge dieser einzelnen Geräuschreduktionsschaltungen werden kombiniert oder gemischt und ergeben ein gesamtes, dynamikkomprimiertes Informationssignal, das für die Aufzeichnung geeignet ist. Die Verwendung einer Anzahl von parallel geschalteten Geräuschreduk-65 tionsschaltungen ist jedoch ziemlich komplex und teuer. Wenn z.B. eine Anzahl von n solcher Geräuschreduktionsschaltungen verwendet werden, sind die Gesamtkosten des Geräuschreduk-tionssystemes ungefähr n x die Kosten eines Geräuschre-

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duktionssystemes, in welchem nur eine einzige Geräuschreduktionsschaltung verwendet ist.

Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Geräuschreduktionsschaltung vorzusehen, welche die vorerwähnten Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet, einen relativ einfachen Aufbau besitzt und kostengünstig ist.

Es ist auch möglich, eine Geräuschreduktionsschaltung vorzusehen, welche in einer Anlage zur Informationsaufzeichnung und-wiedergabe verwendet werden kann.

Es ist weiter möglich eine Geräuschreduktionsschaltung vorzusehen, welche in einem Coder zur Dynamikkompression eines Informationssignales vor dessen Aufzeichnung dienen kann, wobei diese Schaltung auch in einem Decoder für die Dynamikakzentuierung des wiedergegebenen Signales verwendet werden kann, wobei der scheinbare Dynamikbereich des Aufzeich-nungs- Wiedergabe-Systems um einen Faktor in der Grössen-ordnung von ungefähr 20-30 dB vergrössert werden kann.

Ausserdem kann eine Geräuschreduktionsschaltung vorgesehen sein, welche eine variable Akzentuierung und Deakzentuierung erzeugt, ohne dass eine äussere manuelle Einstellung notwendig ist.

Es ist weiter möglich, eine Dynamikkompressionsschaltung für Geräuschreduktion vorzusehen, welche Schaltung mit einem Begrenzer verwendet werden kann, ohne dass die Arbeitsweise der Schaltung nachteilig beeinflusst wird, wobei gleichzeitig eine vorübergehende Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsmediums wegen Übersteuerung des Signales vermieden wird.

Es ist weiter möglich, eine Dynamikkompressionsschaltung vorzusehen, deren Übertragungskennlinie für geringe Eingangssignalpegel stärker frequenzabhängig ist als für höhere Eingangssignalpegel und dabei eine stärkere Akzentuierung für Eingangssignalpegel mit relativ geringen Pegeln erzeugt.

Es ist weiter möglich, eine verbesserte Dynamikexpansionsschaltung vorzusehen, deren Übertragungskennlinie für Eingangssignale mit geringem Pegel stärker frequenzabhängig ist als für Eingangssignale mit höherem Pegel, derart, dass für Signale mit relativ geringem Pegel, welche ab Aufzeichnungsmedium wiedergegeben werden, eine grössere Deakzentuierung erhalten wird.

Es ist weiter möglich, eine verbesserte Dynamikkompressions- Dynamikexpansions-Schaltung zu erhalten, welche so umgeschaltet werden kann, dass eine Dynamikkompressionsfunktion ausgeführt wird, wenn sie mit einem Signalaufzeichnungsgerät verwendet wird, und eine Dynamikexpansionsfunktion, wenn sie mit einem Signalwiedergabegerät verwendet wird.

Die erfindungsgemässe Schaltung zur Geräuschreduktion zeichnet sich durch Mittel 1 zum Anlegen eines Eingangssignales durch einen ersten mit den genannten Mitteln 1 gekoppelten Signalpfad mit einstellbarem Verstärkungsgrad, welcher erste Signalpfad Hochpassfiltermittel 2 zur Erzeugung einer Deakzentuierung der niederfrequenten Komponenten des Eingangssignales gegenüber dessen höherfrequenten Komponenten, und mit den Hochpassfiltermittel gekoppelte Verstärkungsmittel 3 mit einstellbarem Verstärkungsgrad aufweist, um das Ausgangssignal der Hochpassfiltermittel 2 zu verstärken, durch einen zweiten mit den genannten Mitteln 1 zum Anlegen eines Eingangssignales gekoppelten Signalpfad 4 mit festem Verstärkungsgrad, um für die höherfrequenten Komponenten des Eingangssignales eine Deakzentuierung gegenüber den niederfrequenten Komponenten dieses Signales zu erzeugen, durch Summiermittel 5, um die Ausgangssignale der beiden Signalpfade zu einem einzigen Ausgangssignal zu summieren, und durch Mittel 7 zur Regelung des Verstärkungsgrades der Verstärkungsmittel mit einstellbarem Verstärkungsgrad 3 in Abhängigkeit vom Pegel des genannten einzigen Ausgangssignales, so dass die Verstärkungsmittel 3 einen höheren Verstärkungsgrad aufweisen, wenn der Pegel des Eingangssignales abnimmt und einen geringeren Verstärkungsgrad aufweisen, wenn der Pegel des Eingangssignales zunimmt.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist der erste Signalpfad weiter mit einem Begrenzer versehen, um eine vorübergehende s Übersteuerung des verstärkten Signales im Falle eines plötzlichen Ansteigens des Eingangssignalpegels zu begrenzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Die Figuren 1 und 2 graphische Darstellungen der io Kompressions- und Expansionskennlinien von zwei bekannten Geräuschreduktionsschaltungen;

Die Figur 3 ein Blockschema eines Grundausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Die Figur 4 ein Blockschema eines praktischen Ausfüh-i5 rungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Die Figur 5 eine graphische Darstellung der Dynamikkom-pressions-Kennlinien des Ausführungsbeispieles gemäss Figur 4;

Die Figur 6 eine graphische Darstellung der Dynamikkom-pressions-Kennlinien des Ausführungsbeispieles nach Figur 4 20 für bestimmte Frequenzkomponenten;

Die Figur 7 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad;

Die Figuren 8 und 9 graphische Darstellungen der Dynamik-25 kompressions-Kennlinien der Schaltung nach Figur 4 für bestimmte Eingangssignale;

Die Figur 10 ein Schema des Ausführungsbeispieles gemäss Figur 4;

Die Figur 11 ein Blockschema, das die Verwendung der 30 Schaltung nach Figur 4 als Coder oder Decoder in einem Geräuschreduktionssystem zeigt.

Es wird nun auf die Zeichnungen verwiesen, in welchen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Figur 1 zeigt eine Dynamikkompressions- Expansions-35 Kennlinie des bekannten Dolby-Geräuschreduktionssystems. Die Kurve R stellt die Dynamikkompressions-Kennlinie dar, wobei die Eingangs- und Ausgangssignalpegel in dB angegeben sind. Die Kurve P stellt die Dynamikexpansions-Kennlinie dar. Es ist ersichtlich, dass für Eingangssignale mit relativ geringen 40 Pegeln ein praktisch gleichmässiger Verstärkungsgrad vorgesehen wird, bis ein mittlerer Pegel erreicht wird, worauf an der Linearität der Dynamikkompressions-Kennlinie nicht mehr festgehalten wird. Diese Nichtlinearität macht die Pegelanpassung schwierig. Die strichpunktierte Linie in Figur 1 stellt die sog. 45 flache Basswiedergabe dar, bei welcher die Eingangs- und Ausgangssignalpegel sowohl für die Dynamikkompression als auch für die Dynamikexpansions konstant sind.

Die Figur 2 ist eine graphische Darstellung der Dynamikkompressions-Kennlinie R und der Dynamikexpansions-Kenn-50 linie P des vorerwähnten DBX-Geräuschreduktionssystems. Es ist zu bemerken, dass bei diesem DBX-System die Kompressions- und Expansionsverhältnisse praktisch über den ganzen Eingangssignalpegel-Bereich konstant sind. Auch hier zeigt die strichpunktierte Linie die flache Basswiedergabe. 55 Wie bereits erwähnt, leiden sowohl das Dolby-System als auch das DBX-System unter Nachteilen, welche durch die vorliegende Erfindung überwunden werden. Ein Grundausführungsbeispiele der Schaltung, welche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in Figur 3 ge-60 zeigt und weist eine Eingangsklemme 1 auf, mit welcher zwei Signalpfade verbunden sind. Der erste Signalpfad weist ein Hochpassfilter 2 und einen Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad auf, die miteinander in Serie geschaltet sind. Der Ausgang des variablen Verstärkers 3 ist mit einer Summier-65 Schaltung 5 verbunden, deren anderer Eingang mit dem zweiten Signalpfad gekoppelt ist, welcher ein Tiefpassfilter 4 aufweist. Der Ausgang der Summierschaltung 5 ist mit einer Ausgangsklemme 6 verbunden.

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Das Hochpassfilter 2 ist ausgelegt, um eine wesentliche Deakzentuierung der niederfrequenten Komponenten in dem an die Eingangsklemme 1 gelieferten Informationssignal zu bewirken. Anders gesagt bewirkt das Hochpassfilter 2 eine wesentliche Akzentuierung der höherfrequenten Komponenten des Informationssignales. Zum Beispiel werden die höherfrequenten Komponenten in bezug auf die niederfrequenten Komponenten um einen Faktor akzentuiert, der in der Grössenordnung von ungefähr 20 dB ist. Der Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad ist ausgelegt zur Verstärkung des Ausgangssignales des Hochpassfilters 2 mit einem variablen Verstärkungsgrad. Wie noch geschrieben wird, ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 umgekehrt proportional zum Signalpegel des Eingangsinformations-Signales, so dass der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers relativ hoch ist, wenn der Pegel des Eingangssignales relativ tief ist, und umgekehrt ist der Verstärkungsgrad relativ tief, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist. Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 durch ein Verstärkungsgrad-Regelsignal bestimmt, welches vom Ausgang der Summierschaltung erhalten wird. Es ist zu bemerken, dass das an den Verstärker 3 angelegte Verstärkungsgrad-Regelsignal auch von dem an die Eingangsklemme 1 angelegten Informationssignal abgeleitet werden könnte. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann das Verstärkungsgrad-Regelsignal, das vom Ausgang der Summierschaltung 5 abgeleitet wird, erzeugt werden durch die Kombination einer Bewertungsschaltung, welche eine Hochpassfilter-Kennlinie aufweist, und eines Gleichrichters und einer Glättungsschaltung, wobei ein Niederfrequenz- oder Gleichstrom-Verstärkungsgrad-Regelsignal an den Verstärker 3 angelegt wird. Der Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad erzielt also eine Dynamikkompression der an ihn angelegten Eingangssignale.

Das Tiefpassfilter 4 ist so ausgelegt dass eine relativ geringe Deakzentuierung der höherfrequenten Komponenten, bezogen auf die niederfrequenten Komponenten, die in dem an die Eingangsklemme 1 angelegten Informationssignal enthalten sind, bewirkt. Zum Beispiel können die höherfrequenten Komponenten in bezug auf niederfrequenten Komponenten um einen Faktor in der Grössenordnung von ungefähr 6 dB gedämpft werden. Andererseits könnte das Tiefpassfilter 4 auch lediglich als Dämpfungsglied wirken, um eine gleichmässige Akzentuierung sowohl der höherfrequenten, als auch der tieferfrequenten Komponenten zu erzeugen, wobei eine Dämpfung des Ein-gangsinformationssignales in der Grössenordnung von ungefähr 3 dB resultieren würde.

Es ist ersichtlich, dass die Summierschaltung 5 sowohl über den ersten als auch den zweiten Signalpfad mit Signalen versehen wird, wobei die relative Verstellung der Signale bestimmt wird durch den Verstärkungsgrad des Verstärkers 3. Für Eingangssignale mit niederem Pegel ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 relativ hoch, sodass das Ausgangssignal der Summierschaltung 5 in erster Linie durch die über den Verstärker 3 angelieferten Signale bestimmt ist; das heisst, dass der Pegel der über den ersten Signalpfad an die Summierschaltung 5 gelieferten Signale den Pegel der Signale übersteigt, die über den zweiten Signalpfad angeliefert werden. Die Kennlinien der Schaltung 10 sind also für kleine Pegel der Eingangssignale vornehmlich durch die Kennlinien des ersten Signalpfades bestimmt. Wenn der Pegel des Eingangssignales ansteigt, sinkt die Vorherrschaft des ersten Signalpfades über den zweiten Signalpfad bei der Bestimmung der Gesamtkennlinien der Schaltung 10. Bei relativ hohem Pegel des Eingangssignales übersteigt, weil der Verstäkungsgrad vom Verstärker 3 reduziert wird, der Pegel der über den zweiten Signalpfad an die Summierschaltung 5 gelieferten Signale jenen der über den ersten Signalpfad daran angelegten Signale. Da der erste Signalpfad eine Akzentuierung der hohen Frequenzen bei niederen Eingangssignalpegeln bewirkt,

weist die Schaltung 10 eine höhere Akzentuierung der höherfrequenten Komponenten bei niederen Eingangssignalpegeln auf, welche Akzentuierung der hohen Frequenzen zunehmend abnimmt, wenn der Eingangssignalpegel ansteigt, bis bei höheren Eingangssignalpegeln die Schaltung 10 eine praktisch gleichmässige Deakzentuierung über den ganzen Eingangssignalfrequenzbereich aufweist oder höchstens eine relativ unbedeutende Deakzentuierung der hohen Frequenzen.

Die Figur 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Geräuschreduktions-Schaltung 100, bei welchem jene Elemente, welche praktisch die gleichen sind, wie die entsprechenden Elemente in Fig. 3, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad in Fig. 4 besteht aus einem spannungsgesteuerten Vertärker (VCA) 32, dessen Ausgangssignal über einen Rückführwiderstand 33 zurückgeführt wird und in einer Subtrahierschaltung 31 von den über das Hochpassfilter 2 an die Subtrahierschaltung angelieferten, akzentuierten höherfrequenten Komponenten subtrahiert wird. Widerstand 33 wirkt also als Gegenkopplungswiderstand. Wenn der spannungsgesteuerte Verstärker 32 einen negativen Verstärkungsgrad aufweist, d.h., wenn er als Inverter für das daran angelegte Signal wirkt, dann kann die Subtrahierschaltung 31 einen Addierer aufweisen, in welchem das inver-tertierte, verstärkte Signal mit dem akzentuierten Ausgangssignal von Hochpassfilter 2 summiert wird, so dass im ganzen eine Subtraktion erfolgt. Wie zuvor hebt das Hochpassfilter 2 die höherfrequenten Komponenten gegenüber den tieferfrequenten Komponenten des daran angelegten Eingangssignales um einen Faktor in der Grössenordnung von ungefähr 20 dB an.

Der spannungsgesteuerte Verstärker 32 kann in die Sättigung kommen, wenn das an diesem zur Verstärkung angelegte Signal einen vorbestimmten Wert überschreitet. Ein Ausführungsbeispiel des spannungsgesteuerten Verstärkers wird später im Zusammenhang mit Fig. 10 mit mehr Einzelheiten beschrieben.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 wird über eine Begrenzungsschaltung 34 an die Summierschaltung 5 angelegt. Der Zweck der Begrenzerschaltung besteht darin, ein vorübergehendes Übersteuern wegen eines plötzlichen Anstieges des an den spannungsgesteuerten Verstärker 32 angelegten Signales zu verhindern oder mindestens zu begrenzen. Ein Ausführungsbeispiel der Begrenzerschaltung 34 ist in Figur 10 gezeigt. Als Variante könnte die Begrenzerschaltung aus einem Diodenbegrenzer bestehen mit entsprechendem Frequenzgang, wie er in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung 151 154 beschrieben wird.

Wie vorher kann auch hier das Tiefpassfilter so ausgelegt sein, dass es für die höherfrequenten Komponenten eine relativ bescheidene Deakzentuierung bewirkt gegenüber den tieferfrequenten Komponenten, die in dem über die Eingangsklemme 1 angelegten Eingangssignal enthalten sind. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt das Tiefpassfilter 4 eine Deakzentuierung oder Dämpfung der tieferfrequenten Komponenten von ungefähr 3 dB und eine Deakzentuierung der höherfrequenten Komponenten von ungefähr 6 dB. Zum Beispiel wird eine 3 dB-Deakzentuierung für Signale erzeugt, deren Frequenzen unterhalb 1 kHz sind, und eine 6 dB-Deakzentuierung für Signale, deren Frequenzen 1 kHz übersteigen. Als Variante könnte das Tiefpassfilter 4 auch eine einfache Dämpfungsschaltung aufweisen, welche über den ganzen Frequenzbereich des Eingangssignales eine Dämpfung von 3 dB bewirkt.

Die Schaltung 100 ist mit einer Verstärkungsgradsteuer -schaltung 7 ausgerüstet, welche eine mit dem Ausgang der Summierschaltung 5 gekoppelte Bewertungsschaltung 71 aufweist und ferner eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72, um das Ausgangssignal der Bewertungsschaltung 71 gleichzurichten und zu glätten, und dieses als Verstärkungsgradsteuersignal an den spannungsgesteuerten Vertärker 32 anzulegen. Die Be5

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wertungsschaltung 71 weist eine Hochpassfilterkennlinie auf, welche in einem Ausführungsbeispiel praktisch gleich der Hochpassfilterkennlinie von Filter 2 sein kann. Wie im Zusammenhang mit Figur 10 beschrieben wird, weist die Bewertungsschaltung 71 einen vorbestimmten Verstärkungsgrad auf. Wenn die Bewertungsschaltung z.B. direkt mit dem Eingangs-Informa-tionssignal beliefert wird, sollte deren Verstärkungsgrad so eingestellt werden, dass diese Änderung im Anschluss kompensiert wird.

Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung der Dinamikkom-pressionskennlinien der Schaltung 100. Die Abszisse in Figur 5 stellt die Frequenz des Eingangssignales dar, und die Ordinate den Ausgangssignalpegel an der Ausgangsklemme 6 in Dezibel. Jede Kurve in Figur 5 stellt einen besonderen Eingangssignalpegel dar. Es ist ersichtlich, dass, wenn der Pegel des Eingangsin-formationssignales relativ klein ist, die Akzentuierungskennlinie der hohen Frequenzen des ersten Signalpfades die Kennlinien des zweiten Signalpfades überwiegt. Für tiefere Frequenzen, d.h. für Frequenzen unterhalb 1 kHz, bleibt der Verstärkungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 praktisch konstant. Wenn jedoch die Frequenz des Eingangssignales mit niederem Pegel ansteigt, überwiegen die an den spannungsgesteuerten Verstärker 32 angelegten höherfrequenten Komponenten und die Summierschaltung 5 erhält höherfrequente Komponenten, welche beträchtlich verstärkt sind. Also steigt bei niederen Eingangssignalpegeln das an Ausgangsklemme 6 erscheinende Ausgangssignal an, wenn die Frequenz des Eingangssignales ansteigt. Es ist auch ersichtlich, dass, wenn der Eingangssignalpegel ansteigt, der Verstärkungsgrad des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 so reduziert wird, dass der Signalpegel des über den ersten Signalpfad an die Summierschaltung 5 gelieferten Signales den Signalpegel des über den zweiten Signalpfad angelieferten Signales nicht mehr überwiegt. Es kann tatsächlich festgestellt werden, dass, wenn der Eingangssignalpegel ansteigt, der über den zweiten Signalpfad angelieferte Signalpegel sich dem über den ersten Signalpfad gelieferten Pegel nähert und ihn dann überschreitet. Daher nähern sich die Gesamtkennlinien der Schaltung 100 bei höheren Eingangssignalpegeln jenen des Tiefpassfilters 4. Die Kurven von Figur 5 stellen den Dynamikkompressionsvorgang dar, der in erster Linie durch die Wirkung des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 erreicht wird. Natürlich begrenzt beim Vorkommen eines plötzlichen Anstieges des Eingangssignalpegels die Begrenzerschaltung 34 eine vorübergehende Übersteuerung im Ausgangssignal des Verstärkers.

Wie in Figur 5 sichtbar ist, werden bei höheren Eingangssignalpegeln, z.B. beim Eingangssignalpegel in der Grössenordnung von +20 dB die höherfrequenten Komponenten, d.h. jene Komponenten, welche 1 kHz übersteigen, in einem relativ geringen Umfang gedämpft verglichen mit den tieferfrequenten Komponenten. Eingangssignalpegel im Bereich von —80 dB bis + 20 dB werden also auf den Bereich von ungefähr —75 dB bis +15 dB komprimiert.

Die Dynamikkompressionskennlinien von Schaltung 100 für Eingangssignale der Frequenzen 100 Hz, 1 kHz und 10 kHz werden durch die entsprechenden Kurven von Figur 6 dargestellt. Die Dynamikkompression wird für höherfrequente Komponenten (z.B. 10 kHz) über einen weiteren Bereich und in einem grösseren Umfang erzielt als für tieferfrequente Komponenten (z.B. 100 Hz und 1 kHz). Die strichpunktierte Linie von Figur 6 zeigt die übliche flache Basswiedergabe.

Die Figur 6 zeigt auch den Begrenzerpegel, d.h. den durch die Begrenzerschaltung 34 erreichen Begrenzerpegel. Die oberhalb des Begrenzerpegels in Figur 6 vorhandene gestrichelte Linie stellt die Verhinderung von vorübergehenden Übersteuerungen dar. Wenn z.B. der Eingangssignalpegel bei 10 kHz —5 dB übersteigt, verhindert die Begrenzerschaltung 34 ein vorübergehendes Übersteuern und zwar derart, dass das Ausgangssignal bei 10 kHz auf einen Signalpegel von ungefähr —5 dB begrenzt wird.

Es soll nun angenommen werden, dass der Verstärkungsgrad G des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 über einen konstanten Faktor k mit der Verstärkungsgradregelspannung vc zusammenhängt, wie dies durch die folgende Gleichung angegeben ist.

G = k/vc (1)

Aus Gleichung (1) ist ersichtlich dass der Verstärkungsgrad G umgekehrt proportional zur Verstärkungsgradregelspannung vc ist, so dass dieser Verstärkungsgrad nieder ist, wenn die Verstärkungsgradregelspannung hoch ist, und umgekehrt dieser Verstärkungsgrad hoch ist, wenn die Verstärkungsgradregelspannung klein ist. Anderseits könnte der verstärkungsgradge-steuerte Verstärker 32 auch eine exponentielle Beziehung haben, wie dies durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt ist:

G = e~k ' Vc (1')

Nun soll angenommen werden, dass das Tiefpassfilter 4 die Transferfunktion Fl und das Hochpassfilter 2 Transferfunktion Fh aufweist. Wenn gL die Niederfrequenz-Verstärkung des Tiefpassfilters 4 ist und gH die Niederfrequenz-Verstärkung des Hochpassfilters 2, dann können diese Transferfunktionen wie folgt ausgedrückt werden.

1 "1" sTL2

Fl = gL (2)

1 + sTu

1 + sThi

Fh = gH (3)

1 + STH2

Darin sind Tli, Tl2, Thi und Thj Konstanten, welche durch die besondere Schaltungsauslegung und die Kennlinien der Filter 4 und 2 bestimmt sind.

Es soll nun angenommen werden, dass das an Eingangsklemme 1 angelegte Informationssignal durch x dargestellt wird. Ferner soll angenommen werden, dass das durch die Schaltung 100 abgegebene und an Klemme 6 erscheinende Ausgangssignal durch y dargestellt wird, und dass das am Ausgang des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 erscheinende Ausgangssignal durch Z dargestellt wird. Wenn jener Teil des Signales Z, welcher über den Gegenkopplungswiderstand 33 an die Subtrahierschaltung 31 zurückgeführt wird, durch N dargestellt wird, dann kann das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 dargestellt werden als

G (x • Fh — Z • N) = Z (4)

GXFh — GNZ = Z (5) durch Umformen erhält man aus Gleichung (5):

Z (1 + GN) = GFh • x (6)

Nun kann das Ausgangssignal Z des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 ausgedrückt werden als:

Fh • G

Z = x (7)

1 + GN

Das durch die Summierschaltung 5 erzeugte Ausgangssignal y ist gleich der Summe der Ausgangssignale des Tiefpassfilters 4

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und des Ausgangssignales Z, unter der Annahme, dass das Ausgangssignal Z den vorbestimmten Begrenzerpegel der Begrenzerschaltung 34 nicht übersteigt. Daher kann das an Ausgangsklemme 6 erscheinende Ausgangssignal y dargestellt werden als:

y = Z + Fl • x

Fh • G

y =

1 + GN

x + Fl • x

FL + G (FH + FLN)

y = ; x

1 + GN

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Wie bereits erwähnt, weist die Bewertungsschaltung 71 Hochpassfilterkennlinien auf, welche praktisch gleich den Hochpassfilterkennlinien des Hochpassfilters 2 sind. Diese Filterkennlinien können als Transferfunktion fn dargestellt werden. Da die Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72 eine Gleichrichteroperation durchführt, um die Verstärkungsgradregelspannung vc zu erzeugen, kann die Verstärkungsgradregelspannung ausgedrückt werden als:

vc = I y • Fh I

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Wenn Gleichung (11) in Gleichung (1) eingesetzt wird, wird der Verstärkungsgrad G des spannungsgesteuerten Verstärkers 32 angegeben als:

G = K / I Y • Fh

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Wenn nun Gleichung (12) in Gleichung (10) eingesetzt wird, wird das dynamisch gepresste Ausgangssignal y an der Ausgangsklemme 6 dargestellt als:

K

Fl +

ly -Fh

• (FH + FLN)

(13)

K

1 +

• N

y • FH I

Auf Gleichung (13) basierende Rechnungen ergeben Kurven, welche praktisch gleich den frequenzabhängigen Dynamik-expansions-Kennlinien von Fig. 5 sind.

In der vorausgehenden Beschreibung wurde das Ausgangssignal Z als das durch den spannungsgesteuerten Verstärker 32 erzeugte Ausgangssignal bezeichnet. Es ist zu bemerken, dass dieses Ausgangssignal Z auch am Ausgang des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad in dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erscheint. Dieses Ausgangssignal Z zeigt frequenzabhängige Kennlinien von der Art der in Fig. 7 gezeigten. Jede Kurve in Fig. 7 stellt einen ensprechenden Eingangssignalpegel dar und es ist ersichtlich, dass das Ausgangssignal Z, das am Ausgang des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad erscheint, ansteigt, wenn die Frequenz des Eingangssignales ansteigt, vorausgesetzt, dass der Eingangssignalpegel relativ klein ist. Wenn der Eingangssignalpegel ansteigt, nimmt der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 mit variablem Verstär-kungs ab, wodurch das Kompressionsverhältnis erhöht wird. In der Folge davon kann die Begrenzerschaltung 34 am Ausgang des Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad vorgesehen werden, ohne dass die Arbeitsweise der Schaltung 10 oder der Schaltung 100 ungünstig beeinflusst würde.

Die graphischen Darstellungen der Figuren 5-7 stellen individuelle, an die Eingangsklemme 1 angelegte einzelne Ausgangssignale dar. In Fig. 8 ist nun der Dynamikkompressionsvorgang der Geräuschreduktions-Schaltung 100 in Abhängigkeit von zwei getrennten Signalen graphisch dargestellt, nämlich einem ersten Signal von 400 Hz, dessen Pegel zwischen + 20 dB und —70 dB ändert, und einem zweiten Signal, dessen Eingangspe-5 gel konstant bei —100 dB ist, dessen Frequenz jedoch zwischen 100 Hz und 25 kHz ändert. Ein Vergleich der Figuren 5 und 8 zeigt, dass das Signal mit niederem Pegel (—100 dB) und höherer Frequenz die Gesamtdynamik-Kompressionskennlinien der Schaltung 100 beeinflusst, selbst wenn das niederfrequente Si-lo gnal (400 Hz) auf einem hohen Pegel ( + 20 dB) ist.

Fig. 9 zeigt die Dynamikkompressions-Kennlinie von Fig. 4 in Abhängigkeit von zwei Eingangssignalen, nämlich einem ersten Eingangssignal mit einer konstanten Frequenz von 10 kHz, dessen Pegel zwischen + 20 dB und —70 dB ändert, und einem 15 zweiten Signal mit einem konstanten Pegel von —100 dB, dessen Frequenz von 100 Hz bis 25 kHz ändert. Die in Figur 9 gezeigten Kurven sehen jenen von Fig. 8 ähnlicher, als jenen von Figur 5.

Aus dem vorausgegangenen ist ersichtlich, dass die Ge-20 räuschreduktionsschaltung gemäss der vorliegenden Erfindung eine variable Akzentuierung erzeugt, dh., es werden unterschiedliche Akzentuierungskurven erhalten für unterschiedliche Pegel des Eingangssignales. Wegen dieser variablen Akzentuierung wird eine wesentlich höhere Akzentuierung über den Be-25 reich der hohen Frequenzen erhalten, wenn der Eingangssignalpegel relativ tief ist, während eine praktisch flache Akzentuierungkennlinie erhalten wird, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist. Dies ist vorzuziehen, weil, wenn der Eingangssignalpegel relativ hoch ist, das Signal auf einem magnetischen 3o Medium aufgezeichnet werden kann, ohne dass dabei irgend eine Akzentuierung notwendig ist.

Die in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung ist von relativ einfachem Aufbau und daher kostengünstig. Trotzdem erlaubt diese Erfindung eine varia-35 ble Akzentuierung zu erhalten, ohne dass irgend eine externe oder manuelle Einstellung notwendig ist. Indem eine hohe Akzentuierung im Hochfrequenzbereich erzeugt wird, wenn der Eingangssignalpegel tief ist, ist das erwähnte Phänomen der Geräuschmodulation wesentlich reduziert und kann in vielen Fäl-40 len eliminiert werden. Weiter ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Begrenzerschaltung, wie zum Beispiel der Schaltung 34, um die vorübergehende Sättigung des magnetischen Aufzeichnungsmediums zu vermeiden, welche auftreten kann bei einem abrupten Anstieg des Eingangssignal-45 pegels, was bei den bisherigen Schaltungen nicht rasch genug kompensiert werden konnte.

Ein Schaltbild des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispieles wird nun in Verbindung mit Fig. 10 näher beschrieben. Gleiche Komponenten werden mit dem gleichen Bezugszeichen wie in so Fig. 4 bezeichnet. Das im ersten mit der Eingangsklemme 1 gekoppelten Signalpfad enthaltene Hochpassfilter 2 weist eine aus der Serieschaltung eines Widerstandes 21 und eines Kondensators 22 bestehende RC-Schaltung auf. Diese Serieschaltung ist einem Widerstand 23 parallel geschaltet und diese Kombination 55 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 35 verbunden, wobei letzterer im Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad enthalten ist.

Vorzugsweise ist der Verstärker 35 ein Operationsverstärker mit hohem negativen Verstärkungsgrad. Der Gegenkopplungs-60 widerstand 33, der in Fig. 4 gezeigt ist, ist auch in Fig. 10 vorhanden und ist zwischen den Eingang und Ausgang des Verstärkers 35 geschaltet.

Für den Durchschnittsfachmann ist es klar, dass der Verstärkungsgrad einer aus einem Operationsverstärker bestehen-65 den Verstärkerschaltung eine Funktion der Gegenkopplungsimpedanz ist, d.h. der Impedanz, die zwischen den Ausgang und den Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist, dividiert durch die Eingangsimpedanz, dh. die mit dem Eingang verbun

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dene Impedanz. Der Verstärkungsgrad der Verstärkerschaltung kann also entweder durch Verändern der Gegenkopplungsimpedanz oder der Eingangsimpedanz eingestellt werden. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein mit dem Gegenkopplungswiderstand 33 parallel geschalteter Gegenkopplungswiderstand 36 einstellbar in Abhängigkeit eines daran angelegten Regelsignales, um den Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad zu ändern. Wenn der Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes 36 ansteigt, steigt der Verstärkungsgrad des Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad entsprechend an. Umgekehrt, wenn der Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes abnimmt, nimmt auch der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers ab. Beispielsweise kann der einstellbare Widerstand 36 ein lichtempfindliches Element sein, zum Beispiel eine CdS-Zelle, ein Fotowiderstand oder dergleichen, welche Elemente eine Impedanz oder einen Widerstand aufweisen, welcher variabel ist in Funktion des darauf fallenden Lichtes. Zum Beispiel kann das lichtempfindliche Element optisch gekoppelt sein mit einer lichtemittierenden Diode oder mit einer anderen lichtemittierenden Quelle, welche in der Lage ist, Licht an das lichtempfindliche Element in Funktion einer daran angelegten Regelspannung abzugeben. Diese Regelspannung wird durch die Schaltung 7 erzeugt, welche die Bewertungsschaltung 71 und die Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72 aufweist. Wenn die Regelspannung ansteigt, steigt die Intensität des vom lichtemittierenden Element abgegebenen Lichtes entsprechend an, so dass der Widerstand oder die Impedanz des lichtempfindlichen Elementes reduziert wird, wodurch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad reduziert wird. Umgekehrt wird, wenn die Regelspannung absinkt, die Intensität des vom lichtemittierenden Element abgegebenen Lichtes entsprechend sinken, so dass die Impedanz des lichtempfindlichen Elementes ansteigt, wodurch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad angehoben wird.

Als Alternative zum vorerwähnten lichtempfindlichen Element kann der einstellbare Widerstand 36 auch einen Feld-effekt-Transistor, einen bipolaren Transistor oder dergleichen aufweisen, dessen Impedanz in Abhängigkeit der durch die Schaltung 7 angelegten Regelspannung steuerbar ist. Daher wird auch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 entsprechend ändern, wenn die Impedanz des Feldeffekt-Transistors oder des bipolaren Transistors ändert.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist die Begrenzerschaltung 34 in Serie geschaltet zwischen den Ausgang des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad und einen Eingang der Summierschaltung 5. In Fig. 10 besteht die Begrenzerschaltung 34 aus einem Paar von parallelgeschalteten, gegensinnig gepolten Diodenschaltungen, die in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers 35 geschaltet sind. Bei diesem Beispiel besteht jeder Diodenkreis aus 2 in Serie geschalteten Dioden. Diese Diodenbegrenzerschaltung ist mit einem zusätzlichen Widerstand in Serie geschaltet. Es ist zu bemerken, dass, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem Eingangssignal des Verstärkers 35 kleiner ist als die effektive Dioden-durchbruchspannung (wenn die Diodendurchbruchspannung mit Vbe angenommen wird, dann ist die effektive Diodendurchbruchspannung für das gezeigte Beispiel 2Vbe, wobei Vhe = 0,7 V für Silicium-Dioden ist), der mit diesem Diodenbegrenzer in Serie geschaltete Widerstand vom Gegenkopplungskreis des Verstärkers abgetrennt ist. Wenn jedoch diese Differenz die Diodendurchbruchspannung übersteigt, dann ist dieser Widerstand in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers eingefügt und ist parallel zum einstellbaren Widerstand 36 und zum Gegenkopplungswiderstand 33 geschaltet, wodurch der effektive Gegenkopplungswiderstand abgesenkt wird, so dass der Verstärkungsgrad des Verstärkers abgesenkt wird. Auf diese Weise werden vorübergehende Übersteuerungen reduziert.

Der Ausgang vom Verstärker 35 ist über einen Widerstand 51 mit der Summierschaltung 5 verbunden. Die Summierschaltung weist einen weiteren Widerstand 52 auf, welcher den Ausgang des Tiefpassfilters 4 mit der Summierschaltung verbindet. Das Tiefpassfilter besteht aus einem aktiven Filter mit den seriengeschalteten Widerständen 41 und 43, deren Zwischenverbindung über einen Kondensator 44 mit Erde verbunden ist. Der Eingang eines Verstärkers 42, zum Beispiel eines Operationsverstärkers, vorzugsweise mit negativem Vertärkungsgrad, ist mit dem Widerstand 43 verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand ist zwischen den Ausgang und den Eingang dieses Verstärkers geschaltet. Der Verstärker 42 bewirkt die Phasenanpassung des über das Tiefpassfilter 4 laufenden Signales mit dem über den Verstärker 3 mit variablem Verstärkungsgrad übermittelten Signal. Der Ausgang des Tiefpassfilters, genauer gesagt der Ausgang des Verstärkers 42, ist mit Widerstand 52 der Summierschaltung 5 verbunden.

Die aus den Widerständen 51 und 52 bestehende Summierschaltung ist mit dem Eingang eines Verstärkers 53 verbunden. Vorzugsweise weist der Verstärkers 53 einen negativen Verstärkungsgrad auf und kann ein Operationsverstärker mit einem Gegenkopplungswiderstand sein, wie gezeigt. Der Ausgang dieser Summierschaltung, dh. der Ausgang vom Verstärker 53 ist mit der Ausgangsklemme 6 gekoppelt.

Die mit der Ausgangsklemme 6 gekoppelte Steuerschaltung 7, welche die Bewertungsschaltung 71 und die Gleichrichterund Glättungsschaltung 72 aufweist, erzeugt die oben erwähnte Regelspannung, welche zur Einstellung des Widerstandswertes des einstellbaren Widerstandes 36 und damit zur Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 3 mit variablem Verstärkungsgrad verwendet wird. Die Bewertungsschaltung 71 besteht aus einem Hochpassfilter, das durch die Serienschaltung eines Widerstandes 73 und eines Kondensators 74 parallel zur Serienschaltung eines Widerstandes 75 und eines Kondensators 76 besteht. Der Ausgang dieser parallelgeschalteten RC-Schaltungen ist mit einem Verstärker 77 verbunden, welcher vorzugsweise ein Operationsverstärker mit negativem Verstärkungsgrad und einem Gegenkopplungswiderstand ist, wie dies gezeigt ist. Es ist zu bemerken, dass die Bewertungsschaltung 71 eine Hochpassfilterkennlinie aufweist, welche ähnlich der Hochpassfilterkennlinie von Hochpassfilter 2 ist. Der Ausgang des Verstärker 77 ist mit einer Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72 verbunden, wobei die letztere zum Beispiel aus einer mit einem kapazitiven Filter gekoppelten Diode besteht. Die Gleichrichter- und Glättungsschaltung 72 erzeugt ein Gleichstromregelsignal, das eine Funktion des Pegels der höherfrequenten Komponenten ist, welche durch die Bewertungsschaltung 71 laufen.

Wenn also der Pegel des Eingangssignales ansteigt, sinkt der Verstärkungsgrad von Verstärker 35 und reduziert so die Akzentuierung der höherfrequenten Komponenten im Eingangssignal. Die in Figur 5 gezeigten Dynamikkompressionskennlinien werden also durch die in Figur 10 gezeigte Schaltung erhalten.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Geräuschreduktionsschaltung als Dynamikkompressionsschaltung in einem Coder für Informationssignale verwendet, welche magnetisch aufgezeichnet werden sollen. Eine Dynamikexpansionsschaltung in einem Coder sollte Dynamikexpansionskennlinien aufweisen, welche komplementär zu den in Figur 5 gezeigten Kennlinien sind, um das von einem magnetischen Medium reproduzierte Signal in die Originalform zurückzuführen. Die Geräuschreduktionsschaltung gemäss Fig. 4 kann in einem solchen Decoder verwendet werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Die Geräuschreduktionsschaltung 100 ist in den Gegenkopplungspfad eines Operationsverstärkers 210 eingefügt. Dieser Operationsverstärker weist einen mit einer Eingangsklemme 201 gekoppelten, nicht invertierenden Eingang zum Empfang des reproduzierten Informationssignal es und ei-

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nen mit der Ausgangsklemme 6 der Schaltung 100 gekoppelten invertierenden Eingang auf. Der Ausgang vom Verstärker 210 ist mit der Eingangsklemme 1 der Geräuschreduktionsschaltung 100 gekoppelt. Die Geräuschreduktionsschaltung ist also als Gegenkopplungsschaltung angeschlossen und das Ausgangssignal des gezeigten Decoders wird an einer Ausgangsklemme 202 erhalten, welche mit dem Ausgang des Verstärkers 210 verbunden ist.

Die Geräuschreduktionsschaltung 100 wird vorteilhafterwei-se ausgelegt zum Betrieb entweder als Coder oder als Decoder. Zu diesem Zweck ist der Verstärker 210 mit einem Schaltelement 211 versehen, das schematisch als mechanischer Schalter mit zwei Schaltstellungen dargestellt ist. Wenn der Schalter 211 mit Kontakt d in Berührung ist, dann ist die Geräuschreduktionsschaltung 100 als Gegenkopplungsschaltung vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Verstärkers 210 geschaltet, wie oben beschrieben. Wenn der Schalter 211 mit Kontakt e in Eingriff ist, ist ein Gegenkopplungswiderstand 212 zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers 210 geschaltet und bewirkt so einen bestimmten Verstärkungsgrad des Verstärkers, wobei der Ausgang von Verstärkers 210 weiter so angeschlossen ist, dass verstärkte Informationssignale an die Geräuschreduktionsschaltung 100 angelegt werden. Wenn also der Schalter 211 mit Kontakt d in Eingriff ist, arbeitet die gezeigte Schaltung 200 als Decoder, um ein dynamikexpandiertes Informationssignal an die Ausgangsklemme 202 abzugeben. Wenn jedoch der Schalter 211 mit Kontakt e in Eingriff ist, arbeitet die Schaltung 200 als Coder zur Erzeugung von dynamikkomprimierten Signalen am Ausgang von Klemme 6. Wie gezeigt, ist die Ausgangsklemme 6 mit einer anderen Ausgangsklemme 203 verbunden, welche ihrerseits mit dem Wandler eines magnetischen Aufzeichnungsgerätes gekoppelt sein kann.

Es ist zu bemerken, dass durch Verwendung der Geräuschreduktionsschaltung 100 in zwei schaltbaren Modi die gleiche Schaltung sowohl als Coder als auch als Decoder verwendet werden kann, wodurch eine sehr erwünschte Reduktion von Komponenten erreicht wird. In einem typischen Aufzeich-nungs/Wiedergabe-Gerät, zum Beispiel ein Tonfrequenzband-aufzeichnungs-Gerät, werden Informationssignale nicht gleichzeitig aufgezeichnet und wiedergegeben. Es ist also vorteilhaft,

statt getrennte Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltungen vorzusehen, die gleiche Geräuschreduktionsschaltung 100 für die getrennt durchgeführten Aufzeichnungs- und Wiedergabevorgänge zu verwenden. Weiter ergeben sich bei Verwendung der 5 gleichen Geräuschreduktionsschaltung in beiden Betriebsmodi keine Schwierigkeiten in der Anpassung der Kennlinien für Aufnahme und Wiedergabe.

Die Kennlinien der Geräuschreduktionsschaltung 100 wurden im Detail beschrieben und sollen nicht wiederholt werden, io Es ist daher zu bemerken, dass, wenn der Schalter 211 mit Kontakt e in Eingriff ist, die Schaltung 200 praktisch in der gleichen Weise arbeitet, wie dies eingehend im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 4 und 10 beschrieben wurde. Das heisst, das Eingangsinformations-Signal wird durch i5 Verstärker 210 verstärkt und durch Schaltung 100 mit variabler Akzentuierung geeignet dynamikkomprimiert.

Wenn der Schalter 211 mit Kontakt d in Eingriff ist, werden die Transferkennlinien der Schaltung 100 als Gegenkopplungsverstärkung B der Schaltung 200 verwendet. Wenn der Verstär-20 kungsgrad von Verstärker 210 bei offener Schleife mit A bezeichnet wird, dann ist der Gesamtverstärkungsgrad oder die

A

Transferkennlin ie von Schaltung 200 gleich .

1 + AB

25 Dies ist der Verstärkungsgrad eines gegengekoppelten Verstärkers. Wenn der Verstärkungsgrad A bei offener Schleife des Verstärker 210 hinreichend gross ist, dh. A > 1, dann ist der Verstärkungsgrad oder die Transferkennlinie von Schaltung 200, geschaltet als Decoder gleich 1/B. Wenn also die Schal-30 tung 100 als Gegenkopplungsschaltung für Verstärker 210 geschaltet ist, sind die Gesamtkennlinien der Schaltung 200 komplementär zur Coder-Transferkennlinie B. Es ist also zu bemerken, dass, wenn die Schaltung 100 als Decoder verwendet wird, das dynamikkomprimierte, akzentuierte Signal, welches nun 35 vom Aufzeichnungsmedium wiedergegeben wird, in die Originalform zurückgeführt wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von gewissen bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass zahlreiche Modifikationen möglich 40 sind, ohne sich vom Erfindungsgedanken zu entfernen.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims (13)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Schaltung zur Geräuschreduktion, welche bei abnehmenden Eingangssignalen die höherfrequenten Komponenten mehr verstärkt als die niederfrequenten Komponenten, gekennzeichnet durch Mittel (1) zum Anlegen eines Eingangssignales durch einen ersten mit den genannten Mitteln (1) gekoppelten Signalpfad mit einstellbarem Verstärkungsgrad, welcher erste Signalpfad Hochpassfiltermittel (2) zur Erzeugung einer Deakzentuie-rung der niederfrequenten Komponenten des Eingangssignales gegenüber dessen höherfrequenten Komponenten, und mit den Hochpassfiltermittel gekoppelte Verstärkungsmittel (3) mit einstellbarem Verstärkungsgrad aufweist, um das Ausgangssignal der Hochpassfiltermittel (2) zu verstärken, durch einen zweiten mit den genannten Mitteln (1) zum Anlegen eines Eingangssignales gekoppelten Signalpfad (4) mit festem Verstärkungsgrad, um für die höherfrequenten Komponenten des Eingangssignales eine Deakzentuierung gegenüber den niederfrequenten Komponenten dieses Signales zu erzeugen, durch Summiermittel (5), um die Ausgangssignale der beiden Signalpfade zu einem einzigen Ausgangssignal zu summieren, und durch Mittel (7) zur Regelung des Verstärkungsgrades der Verstärkungsmittel mit einstellbarem Verstärkungsgrad (3) in Abhängigkeit vom Pegel des genannten einzigen Ausgangssignales, so dass die Verstärkungs-mittel (3) einen höheren Verstärkungsgrad aufweisen, wenn der Pegel des Eingangssignales abnimmt und einen geringeren Verstärkungsgrad aufweisen, wenn der Pegel des Eingangssignales zunimmt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der zweite Signalpfad ein Tiefpassfilter (4) aufweist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der zweite Signalpfad Dämpfungsmittel aufweist, um sowohl für die niederfrequenten, als auch für die höherfrequenten Komponenten des Eingangssignales eine Deakzentuierung zu erzeugen.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Signalpfad weiter Begrenzermittel (34) aufweist, um eine vorübergehende Übersteuerung des Ausgangssignales zu begrenzen beim Auftreten eines plötzlichen Anstiegs des Eingangssignalpegels.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Begrenzermittel (34) mit dem Ausgang der Verstärkermittel (32) mit variablem Verstärkungsgrad in Serie geschaltet sind.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Verstärkungsmittel (3) mit variablem Verstärkungsgrad einen Verstärker (35) mit einer Gegenkopplungsschaltung (33, 36) aufweisen, und dass die Begrenzermittel (34) einen mit der Gegenkopplungsschaltung verbundenen Dioden-Begrenzer aufweisen.
7. 7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Regelung des Verstärkungsgrades der Verstärkungsmittel (3) mit variablem Verstärkungsgrad mit den Summiermitteln (5) gekoppelte Bewertungsmittel (71) aufweisen, um von den höherfrequenten Komponenten des Ausgangssignales ein Verstärkungsgradregelsignal abzuleiten, und dass Mittel (72) vorhanden sind, um das Verstärkungsgradregelsignal derart an die Verstärkungsmittel (3) mit variablem Verstärkungsgrad anzulegen, dass der Verstärkungsgrad dieser Verstärkungsmittel umgekehrt proportional zum Pegel des Verstär-kungsgradregelsignales ist.
8. 8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel (3) mit variablem Verstärkungsgrad einen spannungsgesteuerten Verstärker (32) aufweisen, und dass die Mittel zum Anlegen des Verstärkungsgradregelsignales Gleichrichtermittel (72) aufweisen, um eine Verstärkungsgradre-gelspannung in Funktion des Verstärkungsgradregelsignales zu erzeugen.
9. 9. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Bewertungsmittel (71) Hochpassfiltermittel (73-76) aufweisen.
10. 10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Hochpassfiltermittel (2; 73-76) praktisch gleiche Filterkennlinien aufweisen.
11. 11. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel mit variablem Verstärkungsgrad einen spannungsgesteuerten Verstärker (32) aufweisen, Gegenkopplungsmittel (33), um einen vorbestimmten Anteil des Ausgangssignales des spannungsgesteuerten Verstärkers zurückzuführen, und Mittel (31), um den zurückgeführten Anteil des Ausgangssignales des spannungsgesteuerten Verstärkers vom Ausgangssignal der Hochpassfiltermittel (2) zu subtrahieren und das Differenzsignal an den spannungsgesteuerten Verstärker (32) anzulegen.
12. 12. Verwendung der Schaltung zur Geräuschreduktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Gegenkopplungsschaltung eines Verstärkers (210) angeordnet wird, wobei die Zusammenschaltung des Verstärkers und der Gegenkopplungsschaltung eine Dynamikexpansionsschaltung für Signale am Eingang des Verstärkers bildet.
13. 13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Geräuschreduktion mittels eines Umschalters (211) entweder in Serie mit dem Verstärker (210) oder als Gegenkopplungsschaltung des Verstärkers schaltbar ist, um eine Dynamikkompression bzw. die genannte Dynamikexpansion zu erzeugen.