DE2839229A1

DE2839229A1 - Frequenzband-teilungsfilter

Info

Publication number: DE2839229A1
Application number: DE19782839229
Authority: DE
Inventors: Makoto Iwahara
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1977-09-08
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2839229C2; US4238744A

Description

Die Erfindung betrifft ein Frequenzband-Teilungsfilter gemäß dem Oberbegriff des liauptanspruchs.

In einem System, beispielsweise einem Lautsprechersystem_/werden Lautsprecher für niedrige, mittlere und hohe Frequenzbänder (im folgenden als niedriges, mittleres und hohe üand bzw. Frquenzband bezeichnet) benützt und das Tonsignal wird in niedrige, mittlere und hohe Bänder geteilt; die Signale der auf diese Weise geteilten Frequenz-Bänder werden den Lautsprechern für das jeweils zugeordnete Band zugeführt. Zur Bandteilung wird ein Frequenzband-Teilungsfilter benützt. In einem derartigen

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Fall hört der Zuhörer Töne, die sich <Jurch die akustische Kombination des Schallfelds aus Tönen ergeben, die von den Lautsprechern für die drei Frequenzbänder wiedergegeben werden. In einem System dieser Art zur Teilung eines Signals in Frequenzbänder werden die auf diese Weise geteilten Signale durch Ubertragungssysteme für jedes zugeordnete Band übertragen und darauf folgend wieder addiert und kombiniert, wodurch die übertragenen Signale erhalten werden; ein derartiges System wird auch beispielsweise in einem Begrenzungs- oder Geräusch-Reduzierungssystem benutzt.

Es ist wünschenswert, daß die Charakteristiken des Signals, welches nach der Frequenzbandteilung, nach der Übertragung und der Addierung und Kombination erhalten wird, gleich den Charakteristiken des Signals vor der Frequenzbandteilung ist. Somit ist ein Frquenzband-Teilungsfilter erforderlich, welches die vorstehend beschriebene Frequenzbandteilung erfüllt und eine scharfe oder steile Abschneidungscharakteristik bzw. Grenzcharakteristik und eine Frequenz-Amplituden-Kennlinie (im folgenden als Amplituden-Charakteristik bezeichnet) und eine fequenz-Verzögerungs-Kennlinie (im folgenden Verzögerungscharakteristik genannt) solcher Art hat, daß die Amplituden-Charakteristik und die Verzögerungscharakteristik des Signals nach dem Addieren und Kombinieren entsprechend flach ist.

Wenn bei einem typischen Frequenzband-Teilungsfilter bekannter Art eine der vorstehend erwähnten Grenzcharakteristiken, die Amplitudencharakteristik und die Verzögerungscharakteristik in der gewünschten Art vorliegen, sind die übrigen Charakteristiken

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nicht zufriedenstellend und es gibt bislang kein Frequenzband-Teilungsfilter, bei dem alle diese Charakteristiken voll zufriedenstellend vorliegen.

In einer älteren Anmeldung (DE-OS 28 02 938) wird ein Frequenzband-Teilungsfilter vorgeschlagen, welches die Schwierigkeiten beseitigt, die bekannte Frequenzband-Teilungsfilter begleiten. Dieses vorgeschlagene Frequenzband-Teilungsfilter weist wenigstens zwei Schaltungseinheiten auf, die in Kaskadenschaltung wenigstens von zwei Stufen geschaltet sind, sowie wenigstens eine ergänzende Verzögerungsschaltung. Jede der Schaltungseinheiten enthält ein Tiefpaßfilter mit einem speziellen Filter-Frequenzband bzw. einem speziellen Sperrbereich, der eine steile Grenzcharakteristik hat, wobei eine Verzögerungsschaltung, die parallel zum Tiefpaßfilter geschaltet ist, eine Frequenz-Phasen-Kennlinie hat, die im wesentlichen gleich der Frequenz-Phasen-Kennlinie des Tiefpaßfilters im Durchlaßbereich desselben ist; außerdem ist eine Subtraktionsschaltung an die Ausgangsseiten des Tiefpaßfilters und der Verzögerungsschaltung angeschlossen, so daß eine Subtraktion der Ausgänge des Tiefpaßfilters und der Verzögerungsschaltung ausgeführt wird. Die ergänzende Verzögerungsschaltung liegt parallel zur ersten Schaltungsstufe, die an die erste Schaltungsstufe in Kaskadenschaltung angeschlossen ist, und hat die gleiche Charakteristik wie die Verzögerungsschaltung der zweiten Schaltungsstufeneinheit.

Bei dem vorgeschlagenen Frequenzband-Teilungsfilter kann das Eingangssignal derart einer Frequenzbandteilung unterworfen werden, daß bei einer Kombination der Frequenzband-Teilungs-

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signale die Frequenz-Amplituden-Kennlinie und die Frequenz-Verzögerungs-Kennlinie des kombinierten Signals jeweils flach verlaufen. Während dieses vorgeschlagene Frequenzband-Teilungsfilter eine ausgezeichete Grenzcharakteristik insbesondere im Hinblick auf hohe Frequenzen hat, tritt ein Problem dahingehend auf, daß die Verzögerungscharakteristik nicht über das vollständige Frequenzband konstant ist, da die Phasencharakteristik des Tiefpaßfilters von derjenigen der Verzögerungsschaltung abweicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und nützliches Frequenzband-Teilungsfilter zu schaffen, bei dem die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten beseitigt sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft ein F^quenzband-Teilungsfilter unter Verwendung von Verzögerungsfiltern, d.h. Filtern nach Art von Verzögerungsleitungen, wobei das Frequenzband-Teilungsfilter ein Eingangssignal in bezüglich des Frequenzbandes geteilte Signale aufteilt und diese Signale in ein kombiniertes Signal kombiniert. Das Frequenzband-Teilungsfilter enthält Verzögerungsfilter mit flacher Verzögerungscharakteristik im gesamten Frequenzbereich, so daß gute Grenzcharakteristiken vorliegen, und bewirkt eine Teilung des Eingangssignals in mehrere Frequenzbandsignale auf solche Weise, daß die Frequenz-Amplituden-Kennlinie und die Frequenz-Verzögerungs-Kennlinie des sich ergebenden kombinierten Signals flach sind»

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Das erfindungsgemäße Frequenzband-Teilungsfilter ist außerdem imstande, das Frequenzband derart in Eingangssignale aufzuteilen, daß nach der Kombination der geteilten Signale die Frequenzamplituden-Kennlinie und die Frequenz-Verzb'gerungs-Kennlinie des kombinierten Signals jeweils flach sind und darüber hinaus scharfe Grenzcharakteristik hat. Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Frequenzband-Teilungsfilter besteht darin^ daß von den Grenzcharakteristiken an der Tiefpaß- und Hochpaß-Seite die Charakteristik der Tiefpaßseite ganz ausgezeichnet ist. Die Überschneidungstrequenz der Sperrbereich-Charakteristik kann leicht verändert werden. Das Frequenzband-Teilungsfilter enthält eine Schaltung, die eine Operation mit den vorstehend angegebenen Charakteristiken ausführen kann und praktisch durch einen einfachen Schaltungsaufbau realisierbar ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Frequenzband-Teilungsfilters anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Frequenzband-Teilungsfilters nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schemntische Schaltung einer ersten Ausführungsform eines Verzögerungsfilters in Blockschaltbildform entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung des

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Verhältnisses zwischen den Werten von Koeffizienten zugeordneter Multiplizierglieder des Verzögerungsfilters in Fig. 2,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Ausgangswellenform zur Erläuterung des Impuls-Ansprechverhaltens des Verzögerungsfilters nach Fig.2,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Grenzcharakteristik und der Verzögerungscharakteristik des Verzögerungsfilters nach Fig. 2,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Grenzcharakteristik des Frequenzband-Teilungsfilters nach Fig₀ 1,

Fig« 7 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Frequenzband-Teilungsfilters,

Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung eines Änderungszustands der Grenzcharakteristik bei einer variablen Änderung der Taktsignalfrequenz des Frequenzband-Teilungsfilters nach Fig. 7,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform eines Frequenzband-Teilungsfilters,

Fig. 10 A und 10 ß Blockschaltbilder einer vierten Ausführungs·= form des Frequenzband-Teilungsfilters sowie sine Abwandlung desselben,

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_ π .- ■

Fig. ΠΑ und 118 Blockschaltbilder einer fünften Ausführungsform eines Frequenzband-Teilungsfilters und einer Abwandlung desselben, und

Fig. 12 bis 16 Blockschaltbilder von sechsten bis zehnten

Ausführungsformen des Frequenzband-Teilungsfilters.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 wird eine erste Ausführungsform eines Frequenzband-Teilungsfilters gemäß der Erfindung beschrieben. Nach Fig. 1 wird ein Tonsignal an einen Eingangsanschluß 10 angelegt und an eine Verzögerungsschaltung sowie an ein Verzögerungsleitungsfilter (Transversalfilter) zugeführt, das im folgenden beschrieben wird.

Ein durch das Filter 12, daß nach Art einer Verzögerungsleitung aufgebaut ist, hindurchgeführte Signal wird als Tiefpaß-Ausgangssignal L über den Ausgangsanschluß 13 abgegeben und gleichzeitig einer Operationsschaltung 14- zugeführt, die das Ausgangssignal L mit einem Koeffizienten K2 multipliziert, wonach das daraus resultierende Signal einem Operationsverstärker 15 zugeführt wird. Außerdem wird ein Signal der Verzögerungsschaltung 11 mit einem Koeffizienten Kl multipliziert und dann an den Operationsverstärker 15 angelegt, wo diese Signal mit dem vorher erwähnten Signal des Verzögerungsfilters addiert wird, das mit dem Koeffizienten K2 multipliziert wurde. Die Koeffizienten Kl und K2 sind folgendermaßen gewählt: Kl = und K2 = -1. Die Signale von der Verzögerungsschaltung 11 und dem Verzögerungsfilter 12 haben zueinander ungleiche Amplitudencharakteristik und werden so behandelt, daß sie gleiche Ampli-

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7 Rl

A W <i

tudencharakteristik haben, in^dem die Koeffizienten hinzugegeben werden und sie in dem Operationsverstärker 15 als Sig~ nale mit zueinander im wesentlichen gleicher Phase und gleichem Pegel im Durchlaßbereich des Verzögerungsfilters 12 subtrahiert werden. Daher wird ein Hochpaß-Ausgangssignäl H mit scharf abgeschnittener Charakteristik über den Ausgang Io v/eggeführt„

Eine Ausführungsform des beschriebenen, nach Art einer Ver= zögerungsleitung aufgebauten Filters 12 gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Verzögerungsfilter 12 v/eist Verzögerungsschaltungen 21a bis 21f auf, die in Kaskadenschaltung an einen Eingang 20 angeschlossen sind_p sowie Koeffizienten-Multiplizierglieder 22a bis 22g, die in Form einer Zweigschaltung zu der Eingangsseite der Verzögerungsschaltung 21a und den Ausgangsseiten der Verzögerungsschaltungen 21a bis 21f geschaltet sind; außerdem ist ein Addierglied 23 zur Addition der Ausgangssignale aller Koeffizienten~Hultiplizierglieder 22a bis 22g vorgesehen. Die Verzögerungsschaltungen 21a bis 21f werden durch elektrische Ladungsübertragungsschaltungen gebildet, die leicht in Form integrierter Schaltungen hergestellt werden können, beispielsweise ladungsgekoppelte Speicher (CCD) oder ladungsgekoppelte Einrichtungen, d_oho Eimerkettenschaltungen (BOD), wobei die Verzögerungszeiten zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffen auf gleiche Werte eingestellt sindo

Die Koeffizienten-Multiplizierglieder 22a bis 22g v/eisen jeweils Dämpfungsglieder auf, deren Koeffizienten durch Widerstands= werte bestimmt sind. Die Koeffizienten dieser Multiplizier=

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glieder 22α bis 22g sind in Fig. 3 angedeutet. Der Koeffizient des mittleren Multipliziergliedes 22d ist ein Maximum und die Koeffizienten der übrigen Hultiplizierglieder verringern sich progressiv in Richtung auf die Multiplizierglieder 22a und 22g on beiden Enden» Diese Koeffizienten sind so gewählt, daß die Gesamtsumme aller Koeffizienten 1 ist.

Das Signal, das an den Eingang 20 css Verzögerungsfilters 12 angelegt wird, wird aufeinanderfolgend in den Verzögerungsschal·= tungeo 21a bis 21f verzögert und entsprechend mit Koeffizienten Al bis A7 in den Koeffizienten-Hultipliziergliedern 22a bis 22g multipliziert» Die resultierenden Signale werden daraufhin im Addierer 23 addiert« l'lenn ein Signal, beispeilsweise ein Impulssignal an den Eingang 20 angelegt wird, wird ein Signal mit der in Fig„ 4 gezeigten Weller»form am Ausgang 24 des Addierers 23 erhalten» Diese Wellenform ist gleich der Welle, die durch Linien dargestellt wird,- welche die Vierte von aufeinanderfolgenden Koeffizienten miteinander verbinden, wenn sie in einer graphischen Darstellung _a welche das Koeffizienten-Verhältnis nach Fig« 3 wiedergibt, aufgetragen sind, wobei die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzi#o den Ausgang repräsentieren „

Die Frquenz/Verstä£kungS"Kenrtlin£e des Verzögerungsfilters 12 zeigt ein Impuls^Ansprechverhaiten, wie es ir» Fig_B 5 durch die Kurve I dargestellt ist„ Aus Fig» 5 ist ersichtlich, daß im Niederfreqoenzband (20 3» kleiner als etwa 300 Hz) nahezu keine Phasendifferenz zwischen den beiden Endansshlüssen Jeder der V@2s§g©rungssGhal4ungen 21a bis 21f besteht und die Verstärkung §1©£<3ίΐ ein©® !'fest ist_y der ira wesentlichen gleich des. Summe

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= 14 *-

1 Rio??¹

der Koeffizienten ist, cl,h_o 1 (θ dB), während über 300 Mz die Phasendifferenz der Ausgänge an den Abgriffen größer wird und die Verstärkung progressiv mit einer Frequenz» zunahßie abnimmt_o Darüber hinaus ist die Frequenz/Verzögerungs-Kennlinie dieses Filters 12 nach Art einer Verzögerungslinie durch die gerade Linie II in Fig„ 5 oi.yodeutet und die Ver-2Ögerungszeit ist konstant, z = B„ 1,8 msec und steht in keiner Beziehung zu dem Frequenzband„

Wie ous Vorstehendem ersichtlich ist, arbeitet das Verzögerungsfilter 12 entsprechend Fig« 2 als Tiefpaßfilter mit konstante? Verzögerungszeit über praktisch das gesamte Frequenzband Curch die Verwendung dieses Verzögerungsfilters 12 kann eine VerzSgerungszeitcharakteristik erhalten werden, die konstanter ist als diejenige eines bekannten Tiefpaßfilters oder einer Kaskadenschaltung eines Tiefpaßfilters und einer Phasenverschie·= hungsschaltung; diese Verzögerungszeitcharakteristik wird die gleiche wie die Verzögerungscharakteristik der Verzögerungs= schaltung 11, die im allgemeinen konstant über das gesamte ist«

Bei der in Fig₀ 2 gezeigten Ausführungsforss ist die Zahl der Abgriffe aus Gründen einer vereinfachten Darstellung mit 7

;_s jedoch ist es in der Praxis erforderlich,, etwa :iffe zu fo©nützen und die Verzögsrungsseit zwischen den

Abgriffen auf wenigstens 25 ^sec einzustellen, um die in Fig= 5 gs^eigts Kennlinie zu erreichen_c In diesem Fall ist es erforderlisi'ij, claß die Veszögerungszeit sivischsn asn Ab= oysreicheind kleiner eis die Period; der auftretenden

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maximalen Hochfrequenz ist. Die Grenzfrequenz kann weiter durch Erhöhung der Zahl der Abgriffe verringert werden.

Indem hier wenigstens die Phaseneharakteristik der Phase und die Amplitudencharakteristik des Verzögerungsfilters T2\ im wesentlichengleich der Phasenkennlinie der Verzögerungsschaltung 11 in wenigstens dem Durchlaßbereich des Frequenzdurchlaßbandes und der Grenzfrequenz desselben eingestellt wird, sind die Ausgangssignale der Verzögerungsschaltung 11 und des Verzögerungsfilters 12 einer Einwirkung in der Operationsschaltung 14 wirksam ausgesetzt.

Demzufolge sind die Grenzcharakteristiken an der niederfrequenten Seite und der hochfrequenten Seite des Frequenzband-Teilungsfilters gemäß der Erfindung derart, wie dies in Fig. 6 durch die Kurven I und III dargestellt ist und somit gegenüber den Grenzeigenschaften an der niederfrequenten und hochfrequenten Seite entsprechend den Kurven IV und V des erwähnten Frequenzband-Teilungsfilters nach der DE-OS 28 02 938 wesentlich besser. Es ist somit ersichtlich, daß die Grenzcharakteristik an der niederfrequenten Seite beträchtlich verbessert ist.

Wenn das Signal mit der Tiefpaß-Charakteristik (l_P) und das Signal mit der Charakteristik D - LP am Anschluß 16 kombiniert werden, ergibt sich die Charakteristik des kombinierten Signales zu LP + (D - LP) = D. Die Charakteristik des kombinierten Signals wird nur durch die Charakteristik D der Verzögerungsschaltung Π repräsentiert, deren Amplituden- und Gruppen-Verzögerungscharakteristik jeweils flach verlaufen und nicht in

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Beziehung zur Charakteristik LP des Verzögerungsfilters 12 stehen. Somit wird unabhängig von der Tatsache, welche Charakteristik das Verzögerungsfilter, welches für das Filter 12 benützt wird, hat, läßt sich ein kombiniertes Signal erreichen, dessen Amplituden- und Gruppen-Verzögerungskennlinien jeweils flach sind.

Das Verzögerungsfilter 12 kann nicht nur in den Frequenzband-Teilungsfilter mit dem Aufbau lach Fig. 1, sondern auch anstelle des Tiefpaßfilters in den verschiedenen Ausführungsformen des Frequenzband-Teilungsfilters benutzt werden, das in der DE-OS 28 02 938 vorgeschlagen ist. In diesem Fall ist es jedoch nicht erforderlich, alle Tiefpaßfilter durch das Verzögerungsfilter d.h. Verzögerungsleitungsfilter^gemaß der Erfindung zu ersetzen; die Tiefpaßfilter bestimmter Kanäle, in welchen eine scharfe Schnitt-, d.h. Grenzcharakteristik erwünscht ist, können somit ersetzt werden.

Die Impulsausgangskurve des Verzögerungsfilters ist nicht unbedingt auf die Dreieck-Impulswelle begrenzt, die in Fig. 4 für die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, sondern kann auch eine Wellenform sein, wie beispielsweise ein angehobener Cosinusimpuls oder ein Rechteckwellenimpuls entsprechend den objektiven Filteskurven und kann gewünschtenfalls durch geeignete Einstellung der Koeffizienten der Multiplizierglieder 22a bis 22g des Verzögerungsfilters 12 ausgewählt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen und in Fig» 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat das Verzögerungsfilter 12 einen nichtrekursiven Aufbau, der auch als Transversal-.Typ bezeichnet wird, wobei dieses Filter keine Kopplungssehleifβ enthält, jedoch

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kann dieses Filter auch vom rekursiven Typ sein, was von den objektiven Filtercharakteristiken abhängt.

In dem Fall, in welchem Signale dadurch erhalten werden, daß das Band durch ein Frequenzband-Teilungsfilter geteilt wird, und diese Signale einem Mehrwegelautsprechersystem zugeführt werden, ist es wünschenswert, daß die Uberschneidungsfrequenz bei der Bandteilung in geeigneter V/eise und einstellbar variabel in Übereinstimmung mit den benützten Lajtsprechereinheiten ist. Eine Ausführungsform der Erfindung, welche dieses Erfordernis erfüllt, wird im folgenden erläutert.

Bei der nachfolgend erläuterten zweiten Ausführurjgesform des Frequenzband-Teilungsfilters nach der Erfindung, das in Fig. 7 dargestellt ist, sind diejenigen Teile,, die gleichen Teilen in Fig. 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehene. Eine nochmalige Beschreibung dieser Teile ist daher nicht er= forderliche

Eine Verzugerungsschaltung 32 weist in Kaskadenschaltung geschaltete Verzögerungsschaltungen 33a_p 33b und 33c auf ^ die ähnlich Verzögerungsschaltungen 81a bis 31f eines Filters 30 mit dem Aufbau einer Verzögerungsleitung sindo Die Verzögerungsschal«= tungsn 31a bis 31f und 33a, 33b und 33c erhalten Taktimpulse von einem Tsktsignaloszillator 34 und verzögern das Eingangssignal mit eirä@3T von des Frequenz des Taktsignals abhängigen Verzögerungszeit« Bei der dargestellten Äusführungsform der Erfindung ist der Koeffizient d@s Multiplizierglieds 22d des Verzögerungsleitungsfilters auf 4®n Maximalwert eingestellt. Wenn die Zahl der Stufen an Ver=· z§g©suRgs8shaltung©ri (3Ta bis 3If) des VerzSgerungsfiltess-30" 6 ist, iSßt sieh ctehss bei- ©ines Stufsnsahl an VeszSgerungsschal= (33o fels 3Se) d©a' Verzögesungssshaltung 32 mit 3 die

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zögerungsquantitöt des Verzögerungsfilters und der Verzögerungsschaltung 32 gleich halten und die Operation von Signalen mit gleicher Verzögerungsgröße wird in der Operationsschaltung 14 er·= füllt.

Der Taktsignaloszillator 34 weist einen Multivibrator auf, an den ein variabler Widerstand angeschlossen ist, dessen Ausgangsschv/ingfrequenz durch variable Einstellung des variablen Widerstands variiert wird. Infolge der Änderung der Ausgangsschwingfrequenz des Osalla= tors 34 iverden die Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen 31a bis 31f und 33a bis 33c gleichmäßig verändert= Die Frequenzverzögerungscharakteristiken des Verzögerungsfilters 30 und der Vessögerungsschaltung 32 ändern sich zu diesem Zeitpunkt in umgekehrtem Verhältnis zur Taktsignalfrequenz„ Die Neigung der Frequenz-Amplituden->K„.inlinie des Verzögerungsfilters 30 ändert sich außerdem nicht und die Grenzfrequenz desselben ändert sich in Abhängigkeit zu der Taktsignalfrequenz.

We in in die Verzögerungszeiten des Verzögerungsfilters 30 und der Veirzögerungsschaltung 32 veranlaßt werden, sich in dein gleichen Verhältnis zu ändern, ergibt sich als Operation in der Operations= schaltung 14 daher eins Subtraktion zwischen Signalen,, deren Ver= sägsrungscharakteristiken (Phasencharakteristiken) in gleicher Vu'eisQ verändert worden und die Grensfrequenzen der Frequenz·= ÄtiapXituden-Kennlinien derselben ändern sich abhängig von der Taktsignalfrequenz, wie dies in Fig₀ 8 durch die Kurven L] bis L2 und HI bis H2 dargestellt ist₀ Die Überschnsic'ungsfrsquenz der bei= dsm Grenzcharakteristiken ändert sich somit als fei bis -Fc-E₀ Die Charakteristiken L2 und 112 in Fig_o 8 sind Kennlinien, c:i3 durch die Verwendung von Taktsignalen mit Frequenzen erhalten vi3~4en_r ■;;clsh© dsE doppelten Taktfrequenz der isnigen Taktfs"sq^?j»nz

5:«

1 ι / 1 A ^ Λ

ι E / i y ο m

sprechen, die durch die Kennlinien Ll und Hl erhalten werden.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzband-Teilungsfilters dargestellt, wobei diejenigen Teile, die Fig. 7 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.

Wenn die vorstehend beschriebene Verzögerungsschaltung 32 und das Verzögerungsfilter 30 durch eine integrierte Schaltung mit einer Eimerkettenschaltung (BBD) oder einem ladungsgekoppelten Speicher (CCD) gebildet sind,und ein auf dem Markt befindliches IC benützt werden, nehmen die Zahl der Stufen der Verzögerungsschaltung 32 und die Zahl der Stufen der Verzögerungsschaltungen des Verzögerungsfilters 30 nicht unbedingt ein spezielles Verhältnis an. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung dieses Problem wie folgt gelöst. In dem Fall, in welchem z.B. die Verwendung einer Verzögerungsschaltung 40 mit Verzögerungsschaltungseinheit 41a bis 41d, von denen vier Stufen in Fig. 9 dargestellt sind, anstelle der Verzögorungsschaltung 32 nicht vermieden werden kann, welche die erforderlichen Verzögerungszeiten mit Verzögerungsschaltungseinheiten 33a, 33b, 33c in Form von drei Stufen entsprechend Fig. 7 erhalten läßt, werden Frequenzteiler 43, 43b benutzt.

Es wird ferner ein Taktsignaloszillator 42 benützt, der mit einer gegenüber der Schwingfrequenz des Oszillators 34 (Fig. 7) vierfachen Frequenz schwingt. Das Ausgangssignal des Oszillators 42 wird einer Frequenzteilung in l/3 im Frequenzteiler 43a unterworfen und dann der Verzögerungsschaltung 40 zugeführt. Der Ausgang des Oszillators 42 wird außerdem im Frequenzteiler 43b in l/4 seiner Frequenz geteilt und dann dem Verzögerungsfilter 30 zugeführt. Da die Zahl der Stufen der Verzögerungsschaltung 40 das 3/4-fache der Verzögerungsschaltung 32 ist und die zugeführte Taktsignalfrequenz

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das 4/3-fache beträgt,, ist die Verzögerungszeit, die d urch die Vemgerungsschaltung 40 erhalten wird, schließlich die gleiche wie diejenige der Verzögerungsschaltung 32» Die Frequenz des Takt= signals, welches dem Verzögerungsfilter 30 zugeführt wird,, ist die gleiche wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung. Somit läßt sich ein effektives Ergebnis erreichen, welches gleich dem der Schaltung nach Fig« 7 ist, wenn die Schal·= tung nach Fig. 9 verwendet wird» Durch Änderung der Schwingfrequenz des Taktsignaloszillators 42 kann die Überschneidungsfrequenz auf ähnliche V/eise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung variiert werden.

Wenn die Verzögerung mit einem Taktsignal ausgeführt wird, ergibt sich im Ausgangssignal eine Verzerrung, wenn in dem Eingangssignal ein Signal mit einer Frequenz enthalten ist, die einer Frequenz entspricht, welche höher als 1/2 der Taktsignalfrequenz ist. Wenn ein Tonsignal mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20 KHz empfangen wird, ergibt sich kein Problem, wenn die Taktsignalfrequenz auf einem Wert liegt, der größer als 40 KHz ist₀ Im Falle der Anwendung bei einem FM-Stereo-Radioempfänger wird jedoch eine Verzerrung erzeugt, da ein Trägersignal mit einer Frequenz von 38 KHz in dem Signal enthalten ist«

Dieses Problem kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß Tiefpaßfilter 50a und 50b mit den gleichen Kennlinien zur entsprechenden Entfernung von Trägersignalen mit 38 KHz an die Eingangs= seiten der Vexzögerungsschaltung 32 und des Verzögerungsfilters 30 angeschlossen werden, wie in Fig« 10A dargestellt isto Gemäß FIg₀ 10B kann ein einziges Tiefpaßfilter 51 an beide Eingänge der Verzögerungsschaltungen 32 und des Verzögerungsfilters 30 angesehlos= sen werden_o Durch diesen Behelf kann ein Signal erhalten werden, ehes fsoi von eines Verzerrung aufgrund der Trägersignole i

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Wenn eine Verzögerung durch eine Verwendung von Taktsignalen bewirkt wird, sind Taktsignale im allgemeinen in den Ausgangssignalen der Verzögerungsschaltungen enthalten. Wenn die Taktsignalfrequenz größer als das hörbare Tonfrecjuenzband ist, wird es nicht vernommen, jedoch ist es erwünscht, die Taktsignalkomponente in dem Ausgangssignal vorher zu entfernen» Dies kann in dem Fall, wie er in Fig. ΠΑ gezeigt ist, dadurch erreicht werden, daß Tiefpaßfilter 52a und 52b zur Ausfilterung von Signalkomponenten in den Bändern unterhalb der Taktsignal frequenz, die die gleiche Kennlinie haben, an die Ausgangsseiten der Verzögerungsschaltung 32 und des Verzögerungsfilters 30 angeschaltet werden. Als ein Beispiel einer Abwandlung können Tiefpaßfilter 53a und 53b vor die Ausgänge 16 und 13 geschaltet werden, wie in Fig» 118 gezeigt ist»

Eine Ausführungsformj, die in Fig_o 12 gezeigt ist, eignet sich zur Teilung des Eingangssignals in drei Frequenzbänder» Die verschiede= nen Charakteristiken der zugehörigen Gruppen von Verzögerungsschal-= tungen 60 und 61 und der Verzögerungsfilter 62 und 63 sind ähnlich wie die Kennlinien der Frequenzband-Teilungsfilter gewühlt, die in Fig» 7 dargestellt sind» Die Phasencharakteristik einer Verzöge·= rungsschaltung 64 ist so gewählt,, daß sie gleich der Phasencharakteristik des kombinierten Signals aus den Äusgangssignalen eines Filters ist, das aus der Verzögerungsschaltung 61 und dem Verzögerungsfil= ter 63 besteht» Di© Verzögerungsschaltung 61, das Verzögerungsfilter 63 und die Verzögerungsschaltung 64 werden mit dem Taktaus= gangsirapwls d©s Taktsignaloszillstors 34 gespeiste

Der Ausgang des Verzogerungsfilisirs 62 gelangt durch die Verzöge=· rungssebaitung 64 und wird als niederfrequenter Ausgang am Aus= ggfjgsOTsehluß 13 abgegeben,, Der Ausgang des VerzSgerongsfxlters 62 i-iisa end©s©ss©i"fcs zusammen mit d©si Ausgang der Verzögerungsschaltung

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60 einem Addierer 66 zugeführt, in welchem sie addiert (tatsäch= lieh subtrahiert) werden.

Der Ausgang des Addierglieds όό gelangt durch das Verzögerungsfil= ter 03 durch und wird als mittelfrequentes Ausgangssignal an einem Ausgang 65 abgegeben. Der Ausgang des Ve"cögerungsfilters 03 wird einem Addierglied 67 zugeführt, in welchem es mit dem Ausgang des Addierers όό addiert (tatsächlich subtrahiert) wird, wobei der Aus gang des Addierglieds 66 durch die Verzögerungsschaltung 6] hin= durchgeführt νίχά* Der Ausgang des Addierglieds 67 wird als hoch= fcrsqusntes Ausgangssignal am Ausgang \6 abgegeben»

Vie η η bei der vorliegenden Ausführungsform die Schwingfrequenz des Oszillators 34 variabel verändert wird, wird die Überschneidungs=· frequenz der Filterbänder des hochfrequenten bzw«, nochbandigen Frequenzsignals und des raittelfrequenten Signals; die an den Ausgängen 16 bzw. 65 abgegeben werden, variabel abhängig von der auf diese Weise geränderten Schwingfrequenz veränderte

Es kann ferner eine Jchaltungsanordnung verwendet werden, bei der d©r Ausgang des Taktsignaloszillators 34 der Verzögerungsschaltung dO und des Verzögsrungslsitungsschaltung 62 zugeführt wirdo

folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen der y gegenüber vorstehend erläuterten Ausführungsfor-

weiter vereinfacht ist«, Bei der im folgenden beschriebenen Aus föhrt'~gsfo~ra werden die Veszögerungsschaltungsaleniente der Verze-= gorungsseholtutig und die VerzSgerungssehaltunjiselemente des Verzü«=

ά®ζ vorher besehrisbanen AusfUhrisngsforKt aesuLnsara

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Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform sind solche Teile, die Teilen in Fig. 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das an den Eingang 10 angelegte Tonsignal v/ird an ein Verzögerungsfilter 12A angelegt und ein niederbandiges Ausgangs·= signal 1 wird vom Ausgang des Addierers 23 und über den Ausgang 13 erhalten. Das Ausgangssignal S2 des Verzögerungsfilters 12Λ wird außerdem der Operationsschaltung 14 zugeführt, in der es mit dem Koeffizienten K2 multipliziert wird, wonach dieses Signal dem Operationsverstärker 15 zugeführt wird. Das Ausgangssignal Sl der Verzögerungsschaltung 21c im Verzögerungsfilter 12Λ wird der Verzögerungsschaltung 21 d und dem iiultiplizierglied 22d und außerdem der Operationsschaltung 14 zugeleitet, v/o es mit dem Koeffizienten Kl multipliziert v/ird, wonach es dann dem Operationsverstärker 15 zugeführt wird. Das hochbandige Ausgangssignal H wird somit von der Operationsschaltung 14 über den Ausgang Io erhalten. Die Operationsschaltung 14 führt eine Operation auf solche V/eise aus, daß die beiden Signale Sl und S2 des Filters 12A jeweils mit den Koeffizienten Kl und K2 multipliziert werden und somit das Ausgangssignal in dem Durchlaßbereich bzw. Durchgangsband des Verzögerungsfilters 12A Null wird.

Da die Verzögerungsschaltungen 21a bis 21c, die in dem Verzögerungsfilter 12A enthalten sind, in der ersten Ausfuhrungsform auch als Verzögerungsschaltung 11 dienen, kann die Verzögerungsschaltung 11 beseitigt werden, wodurch ein einfacher Schdtagsaufbau erreicht ist»

Fig. 14 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform,, die so aufgebaut ist, daß dieSignale, welche die gleichen wie die Ausgangssignale H und L sind, unter der Voraussetzung erhalten werden, daß die Koeffizienten Klund K2 der Operationsschaltung 14 in Fig. 13 entsprechend +1 und =1 sind» Die Teile-in Fig. 14, die Teilen von Fig_o

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entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die den Multipliziergliedern 22a bis 22g im Verzögerungsfilter 12B zugeführten Signale werden weiteren Koeffizienten=riultipliziergliedern 70a bis 70g vom Verzögerungsfilter 12B zugeführt. Die Koeffizienten der Hultiplizierglieder 70a bis 70c und 7Oe bis 70g sind jeweils die Koeffizienten -Al bi.; -A3 und -A5 bis -A7, d.h. Koeffizienten mit negativen Vorzeichen gegenüber den Koeffizienten-Multipliziergliedern mit entsprechenden Cezugszeichen von den Multipliziergliedern 22a bis 22c und 22e bis 22g. Der Koeffizient K3 des Hultiplizierglieds 7Od hat einen Wert gleich (l - Koeffizient A4 des Multiplizierglieds 22d). Wenn der Koeffizient A4 des Multiplizierglieds 22d 4/16 ist, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, ist der Koeffizient K3 3/4.

Vom Ausgang 13 wird das Ausgangssignal des Verzögerungsfilters 12B als niederbandiges Ausgangssignal ähnlich der vorstehend beschriebenen Ausführungsform abgegeben. Die Signale, die mit den Koeffizienten in den Hultipliziergliedern 70a bis 70g multipliziert wurden, werden in einem Addierer 71 addiert. Da die Koeffizienten der Multiplizierglieder 70a bis 70c, 7Od und 70 e bis 70g jeweils entsprechend -Al bis -A3, (1 - A4) und -A5 bis -A7 sind, führt das Addierglied 71 tatsächlich eine Subtraktionsoperation bezüglich der Signale aus, die vom Addierer 23 aus dem Signal erhalten werden, die vom Verbindungspunkt der Verzögerungsschaltungen 21c und 21d erhalten werden.

Gemäß dieser Ausführungsfortn der Erfindung führen die Verzögerungsschaltungen 21a bis 21g, die auch als Verzögerungsleitungsfilter 12B dienen, die Multiplizierglieder 70a bis 70g und das Addierglied 71 eine Operation aus, die im wesentlichen gleich der Operations™

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schaltung"ist, d«h. eine Subtraktion des Ausgang&signals der Verzögerungsschaltung 21 vom Ausgangssignal des Verzögerungsfilters 12B, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 13 gezeigt ist.

Fig. 15 zeigt eine weitere Äusführungsform mit einem Aufbau/, bei dem mehrere Schaltungen nach Fig. 13 als Grundschaltungseinheit in Kaskadenschaltung verbunden sind, so daß sie das Eingangssignal in vier Ssquenzbänder unterteilen.

Das Ausgangssignal eines Filters 80 in Form einer Verzögerungsleitung, die ähnlich wie das Verzögerungsfilter 12A nach Fig« 13 aufgebaut ist, und das Signal einer Zwischenstufe des Verzögerungsfilters 80 werden einem Addierglied So zugeführt, in welchem sie addiert (oder subtrahiert) werden. Das Ausgangssignal des Addierers 8ό wird einem Filter 81 in Form einer Verzögerungsleitung zugeführt. Das Ausgangssignal des Verzögerungsfilters 81 und das Signal einer Zwischenstufe des Filters 81 werden einem Addierglied zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierglieds Oo wird dem erzögerungsfilter 82 und das Ausgangssignal des Verzögerungsfilters 82 sowie das Signal einer Zwischenstufe des Verzögerungsfilters einem Addierglied 88 zugeleitete Das Ausgangssignal des Addier= glieds 88 wird als hochbandiges Ausgangssignal H über eirm Ausgangsanschiuß 92 abgegeben. Das Ausgangssignal des Verzögerungs= filters 82 wird als ein mittleres und hohes Ausgangssignal HH über einen Ausgangsanschluß 91 abgegebene Das Ausgangssignal des Verzö= gerungsfilters 81 gelangt durch eine Verzögerungsschaltung 84 und wird dsnn als mittelf^equentes und niederfrequentes Ausgangssignal LH üb@s einen Ausgang 90 abgegebene Der Ausgang des Verzögerungs= filters 80 geienngt dureh die Verzögerungsschaltungen 83 und 85 und wird d@n® sie niederfrequentes Ausgangssignal L am Ausgangsonschluß 89 ab@@@©b©Fio Es ist zu fbesGbien,, daß die Phassnehasskteristik <dsr

Verzögerungsschaltung 83 derart gewählt ist, daß sie gleich der Phasencharakteristik eines durch 2 teilenden Filters ist, der aus dem Verzögerungsfilter 81 und dem Addierglied 87 besteht, und daß die Phasencharakteristiken der Verzögerungsschaltungen 84 und So jeweils so gewählt sind, daß sie gleich der Phasencharakteristik eines durch 2 teilenden Filters sind, der aus dem Verzögerungsfilter 82 und dem Addierglied 88 besteht.

Eine Ausf-ührungsform mit einem Aufbau, welche die Schaltungen in Fig» 13 verwendet, und geeignet ist, das Eingangssignal in drei Frequenzbänder zu unterteilen, ist in Fig ο 16 gezeigte Das Eingangssignal, welches an den Eingangsanschluß 10 gelegt wird, wird einem Verzögerungsfilter 10], deh„ einem Filter mit Verzögerungsleitungsaufbau, zugeführt, welches den in Fig„ 2 gezeigten Schaltungsaüfbau hat, und außerdem einen} Verzögerungsfilter 12A über eine Verzögerungsschaltung 100 zugeleitet» Der Ausgang des .Verzögerungsfilters 101 wird als niederfrequentes Ausgangssignal L an einem Ausgang 104 α gegeben und gleichzeitig an ein Addierglied 102 angelegte Der Ausgang des Addierers 23 in dem Verzögerungsfilter 12A wird an das Addierglied 102 und an ein Addierglied 103 angelegt« Der resultierende Ausgang des Addiergliuds 102 wird als mittelfrsquentes bzw. Hittel-öand-Äusgangssignai i'i über einen Anschluß 105 abgegeben,, Das Ausgangssignal der Vorzögerungsschaltung 21c in άβϊά VerzögarungsfilteA 12A wird an den Addierer 103 geführt und das

des Addierglieds 103 wird als hochfrequentes bzw« noch·= H über einen Ausgang 106 abgegebene.

Ais weitere Abwandlung der vorliegenden Äusführungsvon;: kann ein V©r'2ög@rurdgsfiltsr I2A anstelle des VGrzögerur.gsfil't-srs 101

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Claims

Paienicmwall· fc.-Ing. Wilhelm Heichel 9:92 s/iei öipl-lDff. Woligang BeicM Frankfurt a. M. 1 Pk 13 283922: VICTOR COMPANY OF JAPAN, LTD. Yokohama-City, Japan Patentansprüche

1./Frequenzband-Teilungsfilter, mit einem Tiefpaßfilter, dem ein Eingangssignal zur Erzeugung eines geteilten Frequenzbandsignals als Ausgangssignal zugeführt wird, mit einer Einrichtung zur Abgabe eines verzögerten Signals, in der das Eingangssignal um eine vorbestimmte Zeit verzögert wird, und mit einer Einrichtung, die im wesentlichen eine Subtraktion des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters von dem verzögerten Signal ausführt und ein anderes geteiltes Frequenzband-Ausgangssignal liefert,

dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter ein Filter (12, 30, 62, 63, 12A, 12B, 80, 81, 82) in Form einer Verzögerungsleitung ist und mehrere Verzögerungsschaltungen (21a bis 21f, 31a bis 3If) in Kaskadenschaltung sowie Koeffizienten-Hultiplizierglieder (22a bis 22g) aufweist, denen das Eingangssignal und das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltungen zugeführt wird, damit die auf diese Weise zugeführten Signale mit speziellen Koeffizienten multipliziert werden, und OaB ein Addierglied (23) zur Addition der Ausgangssignale der Hultiplizierglieder vorgesehen ist.

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2. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung des verzögerten Signals eine Verzögerungsschaltung (11) aufweist,, die eine Frequenz-Phasen-Kennlinie hat, welche im wesentlichen gleich der Frequenz-Phasen-Kennlinie des Verzögerungsleitungs-Filters zur Bildung eines Frequenzband-Durchiaßcereiches desselben ist.

3. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten der zugehörigen Hultiplizierglieder (22a bis 22g) in dem Verzögerungsfilter (12, 30, ü2, 63, 12A, 12B, 80, 81, 82) derart gewählt sind, daß ein Koeffizient (A4) eines Multiplizierglieds (22d) in der Mittenposition der Schaltungsanordnung einen maximalen Wert hat, während die Koeffizienten (Al bis A3, A5 bis A7) der übrigen Multiplizierglieder (22a bis 22c, 22e bis 22g) in Richtung auf die gegenüberliegenden Enden der Schaltungsanordnung kleiner werden,

4. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aqß die Verzögerungsschaltungen des Verzögerungsfilters eine erste Gruppe von Verzögerungsschaltungen (31a bis 3If) aufweisen, deren Verzögerungswert abhängig von einem Taktsignal variabel veränderbar ist, daß die Einrichtung zur Abgabe des verzögerten Signals eine zweite Gruppe von Verzögerungsschaltungen (33a bis 33c) enthält, die in Kaskadenschaltung geschaltet sind und deren Verzögerungswert abhängig vom Taktsignal geändert wird, und die außerdem einen Oszillator (34) zur Abgabe eines Oszillator-Ausgangssignals als Taktsignal an jede Verzögerungsschaltung der ersten und zweiten Gruppe von Verzögerungsschaltungen aufweist, dessen Schv/ingfrequenz veränderbar ist.

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5. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Frequenzteiler (43b) zur Teilung des Ausgangssignals des Oszillators in einein ersten Frequenzteilungsverhältnis und zur Zuführung des resultierenden, in der Frequenz geteilten Ausgangssignals als Taktsignal an jede Verzögerungsschaltung der ersten Gruppe sowie ein zweiter Frequenzteiler (43a) vorgesehen sind, wobei der zweite Frequenzteiler zur Teilung des Ausgangssignals des Oszillators in einem zweiten Frequenzteilungsverhältnis angeordnet ist, das unterschiedlich zum ersten Frequenzteilungsverhältnis ist und entsprechend der Zahl der Verzögerungsschaltungen der zweiten Gruppe an Verzögerungsschaltungen bestimmt ist, so daß das resultierende, in der Frequenz geteilte Ausgangssignal als Taktsignal an jede Verzögerungsschaltung der zweiten Gruppe angelegt wird.

6. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, OaB wenigstens ein Tiefpaßfilter (50a, 50b, 51) vorgesehen ist, welches an eine Stufe angeschaltet ist, die der ersten und zweiten Gruppe von Verzögerungsschaltungen vorgeschaltet ist und daß das Tiefpaßfilter eine Filterkurve zur Beseitigung von Fsfiquenzkomponenten in der Nähe der Taktsignalfrequenz in dem Eingangssignal hat.

7. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Tiefpaßfilter (53a, 53b) vorgesehen und an eine Stufe angeschaltet sind, die der ersten und zweiten Gruppe von Verzögerungsschaltungen nachgeschaltet ist und daß jedes Tiefpaßfilter eine FilterkuEvö zur Beseitigung einer Komponente

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der Taktsignalfrequenz hat.

8. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Abgabe eines verzögerten Signals ein Signal abgeben kann, welches durch eine spezielle Zahl von Verzögerungsschaltungen von einer Zwischenposition der Verzögerungsschaltungen (21a bis 21c, 21d bis 21f)verzögert ist, wobei die Verzögerungsschaltungen in dem Verzögerungsfilter (I2)i_n Kaskade geschaltet sind.

9. Frequenzband-Teilungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionseinrichtung Multiplizierglieder (70a bis 70c, 7Oe- bis 70g) zur Multiplikation von Koeffizienten (-Al bis -Ai und -Ak bis -Ax) aufweist, die den Koeffizienten (Al bis Ai und Ak bis Ax) mit negativen Vorzeichen der Multiplizierglieder des Verzögerungsfilters (12B) entsprechen, daß ein Multiplizierglied (7Od) zur Multiplikation eines weiteren Koeffizienten (l - Aj) entsprechend einem Koeffizienten (Aj) des Multiplizierglieds (22d) des Verzögerungsfilters sowie ein Addierglied (71) zur Addition der resultierenden Ausgangssignale der Multiplizierglieder (70a bis 70g) vorgesehen sind.

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