DE69029022T2 - Reduktion von hörbarem Rauschen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Reduktion von hörbarem Rauschen in Stereoübertragungen, was sich durch eine verbesserte Reduktion des hörbaren Rauschens nicht nur in Schwachsignal-Bereichen, sondern auch unter Starksignal-Bedingungen auszeichnet, wie sie in Anwesenheit von Mehrweg-Übertragungen auftreten, ohne die Stereotrennung in dem Maß zu vermindern, wie es bei herkömmlichen Mischschaltkreisen auftritt.
• In herkömmlichen FM-Stereosendungen moduliert die Summe aus linkem und rechtem Audiosignal das Hauptträgersignal, um ein kompatibles monophones Audiosignal zu schaffen. Die Differenz zwischen linkem und rechtem Audiosignal moduliert einen 38 kHz-Hilfsträger, um ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger zu erzeugen, das ebenfalls den Träger zusammen mit einem 19 kHz-Pilotträger moduliert, der in dem Empfänger zum Detektieren des Differenzsignals verwendet wird.
• Im Empfänger liefert die Summe aus dem monophonen Signal und dem Differenzsignal das linke Signal und die Differenz das rechte Signal.
• Auf das Radiofrequenzsignal während der Übertragung und im Empfänger addiertes Rauschen verursacht ein zusätzliches Rauschen am FM-Detektor-Ausgang des Empfängers mit einem mit der Frequenz ansteigendem Spektrum. Folglich ist das niederfrequente (unter 15 kHz) monophone Signal weniger durch Rauschen beeinträchtigt als der hochfrequente (23-53 kHz) Differenzsignal-Kanal. Daher erzeugt das Rauschen in dem Differenzkanal den größten Teil des hörbaren Rauschens an dem Ausgang eines Stereoempfängers.
• Herkömmliche, insbesondere in mobilen Anwendungen verwendete FM-Stereoempfänger enthalten einen Mischschaltkreis, der den Pegel des Differenzkanal-Audiosignals vermindert, wenn das hörbare Rauschen ansteigt. Obwohl dieser Schaltkreis hörbares Rauschen reduziert, vermindert er ebenfalls die Stereotrennung. Typischerweise vermindert dieser Schaltkreis den Verstärkungsfaktor in dem Differenzsignal-Kanal, wenn der empfangene Radiofrequenzpegel sinkt. Oberhalb eines bestimmten Radiofrequenzpegels ändert sich der Differenzkanal-Verstärkungsfaktor nicht. Unterhalb dieses Radiofrequenzpegels sinkt der Verstärkungsfaktor des Differenzsignal-Kanals zur Reduktion des hörbaren Rauschens. Unterhalb eines noch niedrigeren Radiofrequenzpegels ist der Verstärkungsfaktor des Differenzsignal-Kanals gleich Null, was zu einer monophonen Reproduktion der Stereoübertragung führt. Folglich bleibt der Pegel des hörbaren Rauschens im wesentlichen konstant während dieser Übertragung. Die Stereotrennung sinkt jedoch regressiv. Andere Kriterien zum Steuern des Verstärkungsfaktors des Differenzsignal-Kanals können ebenfalls verwendet werden. Es sei bemerkt, daß Rauschen außerhalb des Bandes, d.h. Rauschen am FM-Detektor-Ausgang mit Frequenzkomponenten überhalb 100 kHz, ein guter Indikator für Mehrweg-Bedingungen ist. Eine Veröffentlichung mit dem Titel "A Theoretical and Experimental Study of Noise and Distortion in the Reception of FM Signals" von Amar G. Bose und William L. Short, MIT Research Laboratory of Electronics Technical Report No. 540, zeigt, das eine Mehrweg-übertragung ein höheres Rauschen und eine höhere Verzerrung in dem höherfrequenten Differenzsignal- Kanal als in dem monophonen Audiokanal verursacht. Folglich kann ein Reduzieren des Verstärkungsfaktors in dem Differenzsignal-Kanal nach Erfassen eines Rauschanstiegs außerhalb des Bandes den hörbaren Effekt der Mehrweg-Übertragung mindern, jedoch auf Kosten einer verminderten Stereotrennung. Ferner kann das System Rauschen übertragen, das hörbar ist, da kein Audiosignal ausreichender Intensität zum Maskieren des Rauschens vorhanden ist.
• Die JP-A-58-187100 offenbart eine Vorrichtung zur Reduktion von hörbarem Rauschen mit einem Tiefpaßfilter variabler Bandbreite, so daß eine Minderung lediglich für Signale mit einem niedrigen S/R-Verhältnis erfolgt, basierend auf dem L+R-Signal.
• Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Reduktion von hörbarem Rauschen in einem Stereoempfänger geschaffen, wobei die Vorrichtung umfaßt:
• einen Stereo-Demodulator mit einem Monophonsignal-Ausgang und einem Differenzsignal-Ausgang;
• einen Kombinator des linken Signals und einen Kombinator des rechten Signals;
• einen ersten Filter variabler Abschneidefrequenz mit einem Steuersignal-Eingang und mit einer steuerbaren variablen Abschneidefrequenz zum Zusammenschalten des Differenzsignal-Ausgangs mit dem linken und dem rechten Kombinator; und
• einen Steuersignalgenerator mit einem Steuersignal-Ausgang, der an den Steuersignal-Eingang des ersten Filters varia bler Abschneidefrequenz gekoppelt ist, wobei der Steuersignalgenerator einen Pegeldetektor aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß der Pegeldetektor derart ausgelegt ist, das Differenzsignal von dem Differenzsignal-Ausgang zum Bereitstellen eines Pegelsignals des Spektralinhalts des Audiosignals zu empfangen, das den Spektralinhalt des Audiosignals darstellt, und, wenn das Differenzsignal anzeigt, daß das dann von dem Stereoempfänger empfangene Radiofrequenz-Signal ein hochfrequentes Rauschen an dem Differenzsignal-Ausgang erzeugt, ein Steuersignal zum Band breiten-Reduzieren an dem Steuereingang zu dem ersten Filter variabler Abschneidefrequenz derart zu erzeugen, daß die Bandbreite des ersten Filters variabler Abschneidefrequenz und dessen hochfrequentes Rauschsignal vermindert werden, so daß die Pegel der Spektralkomponenten des Audiosignals die Pegel der Spektralkomponenten des Rauschens überschreiten.
• Die Abschneidefrequenz des Tiefpaßfilters kann in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Parametern eingestellt werden, um ein Steuersignal der Abschneidefrequenz bereitzustellen, das an den Tiefpaßfilter zur Steuerung der Abschneidefrequenz gelegt wird. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung kann die Abschneidefrequenz in Übereinstimmung mit dem detektierten Pegel des Radiofrequenz-Signals gesetzt werden, indem die Abschneidefrequenz mit sinkendem Radiofrequenz-Pegel vermindert wird.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Abschneidefrequenz in Übereinstimmung mit den dann auszusendenden Audio-Spektralkomponenten verändert werden, um einen Vorteil aus dem psychoakustischen Phänomen des Maskierens zu ziehen. Wenn eine Spektralkomponente des Audiosignals bei einem höheren Pegel als eine entsprechende Spektralkomponente des Rauschens vorliegt, maskiert das Audiosignal die Rauschkomponente und macht sie unhörbar. Unter Steuerung der Abschneidefrequenz zu der höchsten Frequenz, bei der die Spektralkomponente des Audiosignals die Pegel der Spektralkomponenten des Rauschens überschreiten, wird das Rauschen nicht länger hörbar sein. Dieser Ansatz führt zu beträchtlich höheren Rauschpegeln, die vorliegen, ohne daß das Rauschen hörbar ist. Der Pegel der Spektralkomponenten des Audiosignals kann in dem Monophonsignal-Kanal oder dem Differenzsignal-Kanal oder in einer Kombination aus beiden erfaßt werden. Ein Erfassen in dem Differenzkanal wird bevorzugt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Abschneidefrequenz in Übereinstimmung mit dem Pegel einer Mehrweg-Störung bzw. überlappung verändert werden, z.B. durch Vermindern der Abschneidefrequenz mit steigendem Pegel der Spektralkomponenten des Rauschens außerhalb des Bandes.
• In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es vorteilhaft, einen Allpaßfilter in den monophonen Kanal mit einer Abschneidefrequenz mitauf zunehmen, die der des Tiefpaßfilters entspricht, mit demselben Q und derselben Ordnung, wie das bzw. der des Tiefpaßfilters, so daß die durch beide Filter herbeigeführte Phasenverschiebung dieselbe ist bei allen Audiofrequenzen, um eine Reduktion des hörbaren Rauschens unter Beibehaltung einer guten Stereotrennung zu erzielen.
• Die Erfindung hat eine Anzahl von Vorteilen. Sie reduziert das hörbare Rauschen bei starken Signalbedingungen und ohne die Stereotrennung für Spektralkomponenten innerhalb des Durchlaßbandes zu mindern.
• Zahlreiche weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlich, in welcher:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das die logische Anordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Tiefpaßfilter mit variabler Abschneidefrequenz in dem Differenzsignal-Kanal darstellt;
• Fig. 2 eine Variation der Ausführungsform aus Fig. 1 ist, die ferner einen Allpaßfilter mit einer variablen Abschneidefrequenz in dem monophonen Kanal enthält;
• Fig. 3 eine graphische Darstellung der Stereotrennung als Funktion der Frequenz für eine gegebene Steuerspannung für die Systeme aus den Fig. 1 und 2 ist;
• Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das die logische Anordnung eines Steuersignalgenerators darstellt, der auf den Rauschpegel außerhalb des Bandes und den Audio-Spektralinhalt des detektierten Differenzsi gnals anspricht;
• Fig. 5 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines exem plarischen Allpaßfilters mit gesteuerter Abschneidefrequenz ist;
• Fig. 6 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines exemplarischen Tiefpaßfilters mit gesteuerter Abschneidefrequenz ist;
• Fig. 7 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines exemplarischen Kombinators ist;
• Fig. 8 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines exemplarischen 100-kHz-Hochpaßfilters und Pegeldetektors ist;
• Fig. 9 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines 6- kHz-Hochpaßfilters und Pegeldetektors ist; und
• Fig. 10 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines exemplarischen Kombinators aus Fig. 4 ist.
• Mit Bezug auf die Zeichnung, und insbesondere auf Fig. 1 daraus, ist ein Blockdiagramm gezeigt, das die logische Anordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt. Die Erfindung enthält einen konventionellen Stereo- Demodulator 11, einen linken Kombinator 12, der das monophone Signal und das Differenzsignal addiert zum Bereitstellen des linken Ausgangssignal auf Leitung 13, und einen rechten Kombinator 14, der das Differenzsignal von dem monophonen Signal subtrahiert zum Bereitstellen des rechten Ausgangssignals auf Leitung 15. Zusätzlich weist die Erfindung einen Tiefpaßfilter 21 variabler Abschneidefrequenz auf, der den Differenzsignal-Ausgang des Stereo-Demodulators 11 und den linken und den rechten Kombinator 12 und 14 miteinander verschaltet. Alternativ, aber weniger bevorzugt, kann das Filter 21 ein stark abfallendes Standardfilter ("high cut shelf filter") sein, das Spektralkomponenten oberhalb der Abschneidung durchläßt, jedoch mit signifikanter Dämpfung. Ein Steuersignalgenerator 22 spricht auf ein Radiofrequenz-Pegelsignal auf Leitung 23, ein Mehrwege- Pegelsignal auf Leitung 24 und ein Signal des Spektralinhalts des Audiosignals auf Leitung 25 an, um ein Steuersignal auf Leitung 26 bereitzustellen, das an den Tiefpaßfilter 21 variabler Abschneidefrequenz gelegt wird, damit die Abschneidefrequenz mit sinkendem Radiofrequenz-Pegel, steigendem Mehrweg-Pegel und sinkendem Spektralinhalt des Audiosignals gesenkt wird.
• Fig. 2 zeigt eine Variation der Ausführungsform aus Fig. 1, in welcher ein Allpaßfilter 31 variabler Abschneidefrequenz zwischen den Monophonsignal-Ausgang des Stereo-Demodulators 11 und den linken und rechten Kombinator 12 und 14 geschalten ist. Ein Steuersignalgenerator 22 gleicht die Abschneidefrequenzen des Allpaßfilters 31 und des Tiefpaßfilters 21 aneinander an, wobei beide Filter durch dasselbe Q und dieselbe Ordnung gekennzeichnet sind, so daß die von beiden Filtern herbeigeführte Phasenverschiebung auf übertragene Spektralkomponenten im wesentlichen dieselbe ist, um eine gute Stereotrennung für die übertragenen Spektralkomponenten aufrechtzuhalten.
• In Fig. 3 ist eine graphische Darstellung einer Stereotrennung als Funktion der Frequenz für eine gegebene Steuerspannung durch die obere Kurve A und die untere Kurve B für jeweils das System aus Fig. 1 und 2 gezeigt. Diese Darstellung demonstriert die verbesserte Stereotrennung, die von dem System aus Fig. 2 erhältlich ist.
• Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung der logischen Anordnung einer geeigneten Ausführungsform des Steuersignalgenerators 22. Das Mehrweg-Pegelsignal auf Leitung 24 liegt an dem Ausgang des Pegeldetektors 41, der ein den Spektralkomponenten außerhalb des Bandes entsprechendes Signal bereitstellt, die von dem FM-Detektor-Ausgang nach Übertragung durch den 100-kHz-Hochpaßfilter 42 mit einer Abschneidefrequenz im wesentlichen von 100 kHz bereitgestellt werden. Der Gleichspannungs-Pegelwert auf Leitung 23 kann dem Regelsignal entsprechen, das den Radiofrequenz- Pegelwert darstellt. Das Signal des Spektralinhalts des Audiosignais auf Leitung 25 kann an dem Ausgang des Pegeldetektors 43 liegen zum Darstellen der Spektralkomponenten des Differenzsignal oberhalb 6 kHz nach Übertragung durch den Hochpaßfilter 44 mit einer Abschneidefrequenz von 6- kHz Der Kombinator 45 kombiniert diese drei angegebenen Signale zum Bereitstellen des Steuersignals auf Leitung 26, das mit steigendem Radiofrequenz-Pegelwert, mit steigenden Spektralkomponenten im Differenzsignal oberhalb von 6 kHz und mit sinkenden Spektralkomponenten außerhalb des Bandes auf Leitung 24 ansteigt, um die Filterabschneidefrequenzen entsprechend zu erhöhen.
• Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des Allpaßfilters für den Allpaßfilter mit gesteuerter Abschneidefrequenz.
• Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des Tiefpaßfilters des Differenzkanals.
• Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform der Kombinatoren 12 und 14.
• Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des 100 kHz Hochpaßfilters 42 und des Pegeldetektors 41.
• Fig. 9 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm des 6- kHz-Hochpaßfilters 44 und des Pegeldetektors 43 aus Fig. 4.
• Fig. 10 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des Kombinators 45 aus Fig. 4.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Reduktion von hörbarem Rauschen in einem stereoempfänger, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- einen Stereodemodulator (11) mit einem Monophonsignal-Ausgang und einem Differenzsignal-Ausgang;

- einen Kombinator (12) des linken Signals und einen Kombinator (14) des rechten Signals;

- einen ersten Filter (21) variabler Abschneidefrequenz mit einem Steuersignal-Eingang (26) und mit einer steuerbaren variablen Abschneidefrequenz, das den Differenzsignal-Ausgang mit dem linken und dem rechten Kombinator verschaltet; und

- einen Steuersignalgenerator (22) mit einem Steuersignal-Ausgang, der an den Steuersignal-Eingang des ersten Filters (21) variabler Abschneidefrequenz gekoppelt ist, wobei der Steuersignalgenerator (22) einen Pegeldetektor (43) aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Pegeldetektor (43) derart ausgelegt ist, das Differenzsignal von dem Differenzsignal-Ausgang zum Bereitstellen eines Pegelsignals des Spektralinhalts des Audiosignals zu empfangen, das den Spektralinhalt des Audiosignals darstellt, und, wenn das Differenzsignal angibt, daß das dann von dem Stereoempfänger zu empfangende Radiofrequenz-Signal ein hochfrequentes Rauschen an dem Differenzsignal-Ausgang erzeugt, ein bandbreitenreduzierendes Steuersignal an dem Steuereingang (26) zu dem ersten Filter (21) variabler Abschneidefrequenz derart erzeugt, daß die Bandbreite des ersten Filters (21) variabler Abschneidefrequenz und dessen hochfrequentes Rauschsignal vermindert werden, so daß die Pegel der Spektralkomponenten des Audiosignals die Pegel der Spektralkomponenten des Rauschens überschreiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten variablen Trennfilter (31) das den Monophonsignal- Ausgang mit dem linken und dem rechten Kombinator (12, 14) verschaltet und einen Steuersignal-Eingang aufweist, der an den Steuersignal-Ausgang des Steuersignalgenerators (22) gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Abschneidefrequenzen des ersten und des zweiten variablen Trennfilters (21, 31) im wesentlichen dieselben sind und das erste und das zweite variable Trennfilter (21, 31) im wesentlichen dieselbe Phasenverschiebung an die dort hindurch übertragenen Audio-Spektralkomponenten vermittelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit ferner einem FM-Detektor, wobei der Steuersignalgenerator (22) aufweist:

- wenigstens einen Hochpaßfilter (42, 44) mit einem Eingang und einem Ausgang; und

- wenigstens einen Pegeldetektor (41, 43) mit einem an den Ausgang des zugehörigen Hochpaßfilters gekoppelten Eingang und einen an den Steuersignal- Ausgang (26) gekoppelten Ausgang, wobei der oder jeder Hochpaßfilter-Eingang entweder an den Monophonsignal-Ausgang oder den Differenzsignal-Ausgang gekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher ein erster des wenigstens einen Hochpaßfilters (44) eine Abschneidefrequenz bei einer Audiofrequenz oberhalb 1 kHz hat und die ausreichend niedrig ist, um Spektral komponenten des hörbaren Rauschens durchzulassen, dessen Eingang mit dem Differenzsignal-Ausgang gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher ein zweiter Hochpaßfilter (42) mit einer Abschneidefrequenz bei einer ausreichend niedrigen Radiofrequenz zum Durchlassen von Spektralkomponenten vorgesehen ist, die charakteristisch für einen Mehrweg-Empfang sind, wobei dessen Eingang an den Monophonsignal-Ausgang gekoppelt ist, und die ferner aufweist: einen Kombinator (45) mit wenigstens ersten und zweiten Eingängen (24, 25), die an die entsprechenden Pegeldetektor-Ausgänge gekoppelt sind, und mit einem Ausgang (26), der den Steuersignal-Ausgang ausbildet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Kombinator (45) ferner einen dritten Eingang (23) aufweist, der einen Gleichspannungspegel zum Begrenzen des Steuersignals an dem Steuerspannungs-Ausgang empfängt, so daß die Abschneidefrequenz des oder jedes Filters (21, 31) variabler Frequenz oberhalb einer vorgegebenen Audiofrequenz verbleibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der zweite variable Trennfilter (31) ein Allpaßfilter innerhalb des Audiofrequenzbandes ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der erste variable Trennfilter (21) ein Tiefpaßfilter ist, der wenigstens einen invertierenden Verstärker mit einem Ausgang aufweist, der an dessen Eingang über wenigstens eine Emitter-Verstärkerschaltung gekoppelt ist, wobei der Ausgang des invertierenden Verstärkers das Steuersignal empfängt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das zweite variable Trennfilter (31) einen invertierenden Verstärker mit einem Eingang an seinem invertierten Ausgang zum Empfangen des Steuersignals aufweist, wobei dessen invertierter Ausgang an einen zweiten Verstärker über eine Emitter-Verstärkerschaltung gekoppelt ist.