DE3125789A1

DE3125789A1 - Schaltungsanordnung zur reduzierung von medium-ueberlastungseffekten in signal-aufzeichnungs- und uebertragungssystemen

Info

Publication number: DE3125789A1
Application number: DE19813125789
Authority: DE
Inventors: Ray Milton San Francisco Calif. Dolby
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-05-19
Also published as: ES503497A0; NO812217L; AU7236581A; FI812026L; NO157398B; DE3125788C2; CH662684A5; KR880000105B1; KR830006992A; DK282581A; FI79428C; ES503496A0; FI74368C; KR840002492B1; SG4385G; FI812024L; GB2079114B; AT386304B; AT372796B; FI812025L

Description

O-J-ϋΟΌ i 3125783 Patentanwälte · European Patent Attorneys

' *■' München

D26 P33 D

Ray M. Dolby

San Francisco, CaI., USA

Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Medium-Oberlastungseffekten in Signal-Aufzeichnungs- und Obertragungssystemen

Priorität: 30. Juni 1980 -USA- Serial No. 163 950 22. Aug. 1980 -USA- Serial No. 180 771

τ

Ray M. Dolby

San Francisco, CaI., USA

Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Medium-Überlastungseffekten in Signal-Aufzeichnungs- und Übertragungssystemen

Priorität: 30.6.1980 -USA- Serial No. 163 950 22.8.1980 -USA- Serial No. 180 771

Die Erfindung betrifft allgemein Aufzeichnungs- und Übertragungssysteme und Schaltungsanordnungen, die den Dynamikbereich von Signalen ändern, die in solchen Systemen verarbeitet werden, nämlich Kompressoren, die

; . den Dynamikbereich komprimieren, und Expander, die den : Dynamikbereich expandieren. Die Erfindung ist besonders ' : nützlich zur Behandlung von Audio-Signalen, ist jedoch

auch auf andere Signale anwendbar, einschließlich Yideo- : Signale„

Kompressoren und Expander werden normalerweise zusammen verwendet (ein KompandersyBtem), um eine Geräuschminderung zu bewirken; das Signal wird vor der Übertragung oder Auf-

zeichnung komprimiert und nach dem Empfang oder der Wiedergabe vom Übertragungskanal expandiert. Kompressoren können jedoch auch alleine verwendet werden, um den Dynamikbereich herabzusetzen, beispielsweise um der Kapazität eines Übertragungskanals Rechnung zu tragen, ohne anschließende Expansion, wenn das komprimierte Signal für den gewünschten Zweck adäquat ist. Zusätzlich werden Kompressoren alleine in gewissen Produkten verwendet, insbesondere Audioprodukteh, die nur dazu vorgesehen sind, komprimierte Rundfunk- oder aufgezeichnete Signale zu übertragen oder aufzuzeichnen. Expander allein werden in gewissen Produkten verwendet, insbesondere Audio-Produkten, die nur dazu vorgesehen sind, bereits komprimierte Rundfunk- oder aufgezeichnete Signale zu empfangen oder wiederzugeben. In gewissen Produkten, insbesondere Audio-Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Geräten, ist ein einzelnes Gerät oft so konfiguriert, daß die Betriebsart umgeschaltet werden kann, und zwar auf Kompressorbetrieb zur Aufzeichnung von Signalen, und für Expanderbetrieb zur Wiedergabe von komprimierten Rundfunk- oder voraufgezeichneten Signalen.

Speziell betrifft die Erfindung Kompressoren und Expander, die, zusätzlich dazu, daß s:.e eine Kompression bzw. Expansion bewirken, auch eine pegelabhängige Entzerrung mit sich bringen. Bei der magne cischen Aufzeichnung tritt der Wunsch nach einer solchen Entzerrung wegen der Tendenz des Magnetbandes, ausgesteuert zu werden oder sich zu sättigen, insbesondere bei hohen Frequenzen, auf. Verschiedene Yorschläge sind gemacht worden, um diese Entzerrung zu erreichen, von denen mehrere diskutiert sind in Rundfunktechn. Mitteilungen, Jahrg. 22 (1978) H. 2, Seiten 63 bi3 74·. Eine Bfot-

wendigkeit für eine Entzerrung kann auch "bei anderen Aufzeichnungs- oder Übertragungsmedien auftreten, die auf einem Hochpegel-Sättigungs- oder -Überlastungs-Effekt bei gewissen Frequenzen ausgesetzt sind.

Eine Möglichkeit, mit der jedoch keine pegelabhängige Entzerrung erreicht wird, besteht darin, eine Hochfrequenz-Abfall-Schaltung hinter dem Kompressor und eine kompensierende Anhebe-Schaltung vor dem Expander vorzusehen. Eine Alternative besteht darin, die Abfall-Schaltung vor den Kompressor zu setzen und die Anhebe-Schaltung hinter den Expander. Ein Nachteil jeder dieser Techniken besteht darin, daß Signale auf allen Pegeln der gleichen Abfall-Wirkung (und der folgenden Anhebung) unterworfen werden, so daß sich eine erhebliche Herabsetzung der erzielten Geräuschherabsetzung ergibt .

In dem genannten Aufsatz in "Rundfunktechn. Mitteilungen" ist vorgeschlagen, daß die Verringerung der Geräuechminderung toleriert werden kann, wenn der Betrag der Geräuschminderung ohne Bolche Techniken immerhin etwa 20 dB beträgt. Das ist nur teilweise richtig. In der Praxis, insbesondere hinsichtlich einiger Kompakt-Kassetten-Bänder, erstrecken sich Bandsättigungsefffekte herab bis zu so niedrigen Frequenzen wie 2 kHz, und die Änderung der Entzerrung, die dazu erforderlich ist, das zu berücksichtigen, führt zu einem erheblichen Anwachsen des hörbaren Rauschens.

Es sind Versuche gemacht worden, dieses Problem dadurch zu überwinden, daß das Ansprechverhalten der Abfall- und Anhebe-Schaltungen pegelabhängig gemacht wird (US-PS 4- 072 914). Im Falle der Abfall-Schaltung ist der Abfall bei hohen Pegeln

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steiler als bei niedrigen Pegeln. Für die Anhebe-Schaltung ; ist die Anhebe-Charakteristik in gleicher Weise bei hohen Pegeln steiler als bei niedrigen Pegeln. Ein Nachteil dieses Lösungsversuches ist die entsprechende Erhöhung der Komplexität der Schaltung.

In dem Aufsatz in "Rundfunktechn. Mitteilungen" findet sich auch ein Vorschlag, eine Hochfrequenz-Anhebe-Schaltung vor die Steuerschaltung sowohl des Kompressors als auch des Expanders zu setzen, es wird jedoch dort auch darauf hinge-

• wiesen, daß der resultierende Abfall nur im Mittelpegelsignalbereich wahrnehmbar ist, während es erwünscht ist, diesen Effekt hauptsächlich bei hohen Pegeln zu erreichen. Bei

' Video-Aufzeichnungssystemen können Hochfrequenz-Sättigungsprobleme durch die verwendete Aufzeichnungs-Preemphasis verursacht sein. Ein ähnliches Problem existiert bei FM-Rundfunksendungen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine bessere lösung für die oben beschriebenen Probleme zu schaffen, nämlich eine Lösung, die sowohl wirksam als auch einfach ist.

Ein ähnliches Problem ist beim Stand der Technik noch nicht diskutiert worden, nämlich daß auch eine Niederfrequenz-•entzerrung (Abfall im Kompressor und Anhebung im Expander) erwünscht ist, wenn die Kompression und Expansion auch bei niedrigen Frequenzen wirksam sind. Eine Niederfrequenz-Kompression und -Expansion sind zur Herabsetzung von Brummstörungen nützlich und können unter Verwendung von Breitbandkompressoren und -Expandern oder Kompressoren und Expandern mit Schaltungen erreicht werden, die unabhängig bei tiefen und hohen Frequenzen arbeiten. Bei diesen Frequenzen besteht das Hauptziel der Erfindung darin, den Effekt der 3180 Mikro-

Sekunden (+3 dB bei 50 Hz) Auf ze iclinungsanhebung entgegenzuwirken, die in viele Magnetbandgeräte eingebaut ist, die für Bandaussteuerungs- oder -Sättigungsprobleme bei tiefen Frequenzen, beispielsweise bei Orgelmusik, verursachen.

Weiter soll durch die Erfindung eine Einrichtung verfügbar gemacht werden, mit der die erforderliche Entzerrung zusätzlich bei tiefen Frequenzen bewirkt werden kann, falls das erforderlich ist.

Weiter soll durch die Erfindung der "headroom" (Spielraum uäch oben) vergrößert werden, und dementsprechend der Dynamikbereich des Aufzeichnungsmediums, das einer Sättigungserscheinung unterworfen ist.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Kompressor oder Expander, der einen Hauptsignalweg aufweist, der bezüglich des Dynamikbereiches linear ist, eine Vereinigungsschaltung in dem Hauptweg, und einen weiteren Weg, dessen Eingang mit dem Eingang oder Ausgang des Hauptweges und dessen Ausgang mit der Vereinigungsschaltung verbunden ist, wobei der weitere Weg ein Signal liefert, das, wenigstens in einem oberen Teil des Frequenzbandes, das Hauptwegsignal mittels der Vereinigungsschaltung anhebt, oder diesem entgegenwirkt, das jedoch so begrenzt ist, daß im oberen Teil des Eingangs-Dynamikbereiches das Signal des weiteren Weges kleiner ist als der des Hauptwegsignals.

Der obere Teil des Frequenzbandes erstreckt sich typischerweise von einem Wert von einigen hundert Hertz, sagen wir 300 bis 400 Hz, wenn auch ein höherer Wert verwendet werden kann, nach oben. Im oberen Teil des Eingangs-Dynamikbereiches,

sagen wir von -10-dB bis +10 dB, bezogen auf einen Bezugspegel, ist das Signal des weiteren Weges klein relativ zum Hauptwegsignal.

Solche Kompressoren und Expander sind allgemein bekannt und werden in großem Umfange verwendet, Beispiele werden beschrieben in US-PS'en 3 846 719, 3 903 485 und Re 28 426. Sie werden als dual path-Kompressoren und -Expander bezeichnet. Das Signal des weiteren Weges hebt das Hauptwegsignal im Kompressor an, widct jedoch im Expander dem Hauptwegsignal entgegen. Eine Konfiguration vom Typ I (beispielsweise gemäß US-PS 3 046 719) wird allgemein für Audio-Anmeldungen verwendet und eine Konfiguration vom Typ II (beispielsweise gemäß US-PS 3 903 485) wird allgemein für Video-Anmeldungen verwendet.

Im Fall des Kompressors ist die Erfindung durch eine frequenzabhängige Schaltung gekennzeichnet, die nur in den Hauptweg geschaltet ist und eine Erniedrigung des Frequenzganges in den Teil des Frequenzbandes bewirkt, das durch die Sättigung beeinträchtigt ist.

Im Fall des Expanders ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine frequenzabhängige Schaltung, die nur in den Hauptweg geschaltet ist und eine Anhebung des Frequenzganges in dem Teil des Frequenzbandes bewirkt, der durch die Sättigung beeinträchtigt ist.

Die frequenzabhängige Schaltung im Hauptweg liegt zwischen dem Abzweigpunkt für den weiteren Weg und der VereinigungB-schaltung, sowohl bei Kompressor als auch bei Expander, und sowohl bei Typ I als auch bei Typ II.

Durch, die Erfindung wird ferner ein Tollständiges Geräuschminderungssystem verfügbar gemacht, wie es in den Ansprüchen 7 bis 9 gekennzeichnet ist. Der Teil des Frequenzbandes, der durch die Sättigungserscheinung beeinträchtigt ist, liegt gewöhnlich extrem oben - d.h., extrem oben liegt dort, wo immer die obere Frequenz als oberes Ende des Audio-Frequenzbandes in irgendeinem praktischen Falle angesehen wird, sei das 15 kHz oder 20 kHz, oder irgendein anderer Wert, im Falle

von Audio, oder wie 4 bis 6 MHz im Falle von Yideo.

Im Falle einer Entwicklung der Erfindung für den. Audiobereich, wo der Kompressor oder Expander auch bei niedrigen Frequenzen arbeitet, bringt die frequenzabhängige Schaltung auch eine Herabsetzung (Kompressor) oder Anhebung (Expander) des Frequenzgangs im unteren Teil des Audio-Frequenzbandes, beispielsweise der sich von etwa 100 Hertz zum unteren Ende hin erstreckt, das typischerweise im Bereich von 20 Hz liegt.

Die Erfindung wird näher anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert; es zeigen :

Fig. 1 einen repräsentativen Frequenzgang eines Kassetten-Band -Auf ze ichnungs/-Wiede rgabe ge rate s;

Fig. 2 eine Charakteristik zur Erläuterung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit Kompressoren und Expandern vom Typ I;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Erfindung in Zusammenhang mit Kompressoren und Expandern vom Typ II; und

Pig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit einem Zweistufen-Kompandersystem für die Magnetbandaufzeichnung.

Das Problem der Hochfrequenzsättigung ist allen Magnetband- und Lichtton-AufZeichnungsgeräten gemeinsam. Es kann auch bei Aufzeichnungs- und Übertragungssystemen vieler Art mit Preemphasis, einschließlich. FM-Rundfunksystemen, auftreten. Es tritt zwar am stärksten in Bandgeräten mit geringer Geschwindigkeit, insbesondere solchen mit billigen Bandrezepturen, auf, sie beeinträchtigt jedoch auch die Auf zeichmmgsmb'glichkeit bei höheren Pegeln sogar bei professionellen Magnetband- und Lichtton-Geraten hoher Qualität. D.h., das Aufzeichnungemedium zeichnet die angelegten hochpegeligen, hochfrequenten Signale nicht genau auf. Der wichtigste hörbare Effekt ist eine Intermodulationsverzerrung und eine Herabsetzung des Hochfrequenzgehalts der Auf zeichnung,, Im Kontext der Erfindung ist diese Sättigung jedoch besonders unerwünscht, weil mit gewissen Kombinationen von Signal-Pegeln und -Frequenzen diese Sättigung die Wiedergabe-Komplementarität des Expanders verwirrt. Der Expander dekodiert deshalb das wiedergegebene Signal in gewissem Umfang ungenau, je nach dem Grad der Sättigung. Der wichtigste hörbare Effekt ist gewöhnlich eine Übertreibung des Hochfrequenzverlustes durch den Expander, kann jedoch auch eine störende Modulation von Signalen im mittleren Frequenzbereich einschließen.

Die illustrierte Ausführungsform wird hauptsächlich im Zusammenhang mit einem Kassetten-Band-Aufseichnungs- und Wieder«

/is

gabegerät betrachtet, wenn auch die Erfindung ebenso gut bei professionellen Magnetband-, Lichtton- und allgemein ^Aufzeichnungs- und Übertragungssystem^ anwendbar ist.

1 zeigt den Frequenzgang eines Kompakt-Kassetten-Aufnahme-Wiedergabe-Gerätes, das gut über dem Durchschnitt liegt. Bei einem Aufzeichnungspegel von - 20 dB ist der Frequemzgang im wesentlichen flach bis hinauf zu 20 kHz. Bei höheren Aufzeichnungspegeln wird der Effekt der Hochfrequenz-Bandsättigung sichtbar, wodurch ein erheblicher Hochfrequenzabfall bei einem Aufzeichnungspegel von 0 dB verursacht wird. Typische Kassetteneinheiten zeigen erheblich größere Sättigungseffekte.

Der einfachste Weg, diesen Sättigungseffekt herabzusetzen, besteht darin, die Aufzeichnungsentzerrung in der Weise zu ändern, daß das Band in dem Frequenzbereich, in dem Sättigung störend wird, nicht so hoch ausgesteuert wird. Die Wiedergabeentzerrung wird dann in komplementärer Weise geändert. Unglücklicherweise können sioh bei Kassettenaufzeichnung Sättigungseffekte bis herab zu so niedrigen Frequenzen erstrecken wie 2 IcHz oder in deren Nähe, wie aus Fig. 1 abgelesen werden kann. Die erforderliche Änderung der Entzerrung würde damit in einem erheblichen Ansteigen des hörbaren Rauschens resultieren.

Die später beschriebene Schaltung erlaubt effektiv eine Behandlung zur Reduzierung der Hochfrequenzsättigung ohne daß irgendeine merkliche Geräuschminderung im behandelten Frequenzbereich zum Opfer gebracht v/erden muß= Die gleich© Technik.kann dazu verwendet werden, eine Bandverzerrung im tiefen Frequenzbereich zu reduzieren, wenn ein über den vollen Bereich arbeitendes Geräuschminderungssystem verwendet wird. Insbesondere ist su beachten, daß in einem dual-

- 10 -

path-Kompressor oder -Expander der Ausgang der Schaltung bei sehr niedrigen Signalpegeln hauptsächlich durch den weiteren Weg, oder Geräuschminderungsweg, geliefert wird. Im Falle einer solchen Einrichtung, die 10 dB Dynamikwirkung ergibt, stehen dieBeiträge des Hauptweges und des Geräuschminderungsweges im Verhältnis τοη 1 bzw. 2,16. Bei hohen Signalpegeln sind die Rollen der beiden Wege umgekehrt: Der Hauptweg liefert die überwiegende Signalkomponente, und der Beitrag des weiteren Weges ist vernachlässigbar.

Der Sättigungs- oder Verzerrungs-Herabsetzungseffekt beruht auf diesen Beobachtungen. Nämlich ein Entzerrer, derdie erforderliche Herabsetzung in der Hoch- oder Tieffrequenz-Aus steuerung bewirkt, wird in den Hauptweg des Kompressors gelegt. Wie in Fig. 2 erkennbar ist, die den Betrieb einer Hochfrequenz-Verzerrungs-Herabsetzungsschaltung .zeigt, wird bei hohen Signalpegeln im wesentlichen der volle Entzerrungseffekt erhalten, mit einer entsprechenden Herabsetzung der Hochfrequenzsättigung. Bei tiefen Pegeln wird der Entzerrungseffekt jedoch reduziert, da der Beitrag des Geräuschminderungsweges bedeutsam wird. Wenn beispielsweise das Antisättigungs-Netzwerk eine Dämpfung um einen so hohen Wert wie 12 dB bei einer bestimmten Frequenz bewirkt, dann ist der Effekt bei tiefen Pegeln gegeben durch

0,25 χ 1 + 2,16 = 2,4-1 = 7,6 dB

wobei Phasenbetrachtungen außer Acht gelassen werden. D.h., eine Herabsetzung der Hochpegel-Aufzeichnungs-Aussteuerung um 12 dB wird bei einer Verringerung des Geräuschminderungseffektes um nur 2,4 dB erhalten. Ein solch hoher Grad der Verzerrungsherabsetzung würde nur bei den höchsten Frequenzen,

- vr- .

■beispielsweise 15 kHz, erforderlich sein. Bei niedrigeren Frequenzen ist die erforderliche Herabsetzung der Sättigung kleiner, mit einem entsprechend geringeren Yerlust an Geräusohminderungseffekt. Bei tiefen Frequenzen wäre das Hauptziel, dem Effekt der 3180 Mikrosekunden (+3 dB bei 50 Hz) Aufzeiehnungsanhebung entgegenzuwirken, die in viele Bandgeräte eingebaut ist und die für Tieffrequenz-Bandsättigungs-Probleme sorgt, beispielsweise mit Orgelmusik, wie bereits erwähnt.

Bei Audio-Anwendungen können die Anforderungen an ein geeignetes Anti-Sättigungsnetzwerk wie folgt bestimmt werden. Der maximal nutzbare Ausgangspegel des Bandes, Lichttonfilms, FM-Kanals od. dgl. wird bei niedrigen bis mittleren Frequenzen und bei höheren Frequenzen bis zur höchsten interessierenden Frequenz bestimmt. Die resultierende maximale Ausgangspegelkurve wird mit einer Kurve der Energieverteilung in Abhängigkeit von der Frequenz für normalerweise anzutreffende Musik- und Sprach-Schallereignisse verglichen. Eine solche Kurve ist beispielsweise veröffentlicht in "Journal of the Audio Engineering Society", Bd. 21, Sr. 5, Juni 1973, Seiten 357 bis 362. Die Differenz zwischen den beiden Kurven ist eine Angabe für die erforderlichen Hochpegel-Anti-Sättigungs-Charakteristiken. Wenn einmal solche Charakteristiken bestimmt und implementiert sind, sollten die resultierenden Kompressions-Charakteristik-Kurven geprüft werden, um zu bestimmen, ob das AiÜ-Sättigungsnetzwerk'.eine Erhöhung des Kompressionsverhältnisses bei irgendeiner Frequenz oder bei irgendeinem Pegel mit sich gebracht hat. Wenn das der Fall ist, können entsprechende Änderungen in den Begrenzungscharakteristiken im Geräuschminderungsweg durchgeführt werden und/oder, wo mehrere in Reihe geschaltet Kompressoren oder Expander verwendet werden, kann

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die Anti-Sättigungs-Charakteristik über die Geräte verteilt werden.

Ähnliche Betrachtungen gelten auch für Yideo-Einrichtungen. In Video-Rekordern wird häufig Hochfrequenz-Preemphasis verwendet, die in FM-Übermodulationsproblemen resultieren kann. Die Übe modulations tendenz irgendeines speziellen Aufzeichnungssystems kann gemessen und eine entsprechende Art und ein entsprechender Grad an Anti-Sättigung kann vorgesehen werden. Wenn Kompressoren und Expander der oben genannten Type I und Type II verwendet werden, wird noch eine weitere Übermodulationstendenz durch kleine restliche Überschwingungen (einige Prozent) von den Kompressoren hervorgerufen. Diese Überschwingungen können durch die Erfindung kompensiert werden (In Audio-Systemen besteht ebenfalls eine Neigung, restliche Überschwingungen zu kompensieren).

Es wäre zwar möglich, mit nur dem Anti-Sättigungsnetzwerk in der Kodiereinheit zu arbeiten, vorzugsweise wird jedoch eine komplementäre Korrektur auf der Wiedergabeseite vorgenommen, so daß ein flacher Frequenzgang bei allen Pegeln aufrechterhalten wird. Die folgende Analyse zeigt die Art der erforderlichen Korrektur.

Pig. 3 zeigt dual-path-Kompressor und -Expander-Konfiguration, und dort sind das Eingangssignal für den Kompressor mit x, das Signal im Informationskanal mit y und das Ausgangssignal des Expanders mit ζ bezeichnet. P^ und P₂ sollen die Übertragungscharakteristiken des weiteren Weges des Kompressors bzw. Expanders sein, und P^g die Übertragungscharakteristik -V des Anti-Sättigungsnetzwerks. Mit I¹¹^g soll die erforderlich kompensierende Charakteristik im Dekoder bezeichnet werden.

Al-

y = (S_AS + P₁)x

und

ζ = yf'_AS - _ZF₂i

damit

V'AS

V AB

Ersichtlich ist ζ = χ, wenn I^ « Pg ^¹¹*¹ ^"AS ⁼ 7—

, Ab

Eine ähnliche Ableitung gilt für die in Pig. 4 dargestellte Konfiguration vom Typ II:

y = P_ASx + P und

^z = ^ptA_Sy - ν

damit

(^F'AS

— J- - P1

Ersichtlich ist ζ =» χ, wenn F- = P₀ und P'.c· = υ— ·

τ ^ Ab Jf _AS

Aus Obigem ergibt sich nicht nur, daß die beiden Geräuschminderungsnetzwerke identisch, sein sollten, wie das beim Stand der Technik bekannt ist, sondern daß das Anti-Sättigungs-

/H

Kompensatione-Netzwerk im Dekoder eine inverse Charakteristik zu der des im Kodierer verwendeten Netzwerkes haben sollte. Einfache Korrekturen können paa&v erreicht werden, beispielsweise durch RC-Kombinationen, während komplexere Korrekturen Rückkopplungstechniken verwenden können, insbesondere zur Erreichung der inversen Charakteristiken, die im Dekoder erforderlich sind.

In Pig.. 5 ist ein Blockschaltbild der Erfindung dargestellt, wie es in einer doppelstufigen Typ I-Konfiguration verwirklicht ist, die hauptsächlich zur Verwendung bei der Magnetband-Aufzeichnung und -Wiedergabe gedacht ist.

Die dargestellte Ausführungsform verwendet.Kompressoren 52 und 54 in Kaskade, um einen größeren Betrag an Kompression zu erreichen, und entsprechend Expander 56, 58 in Kaskade. Die Erfindung ist auch auf einstufige dual-path-Kompressoren und -Expandern anwendbar.. Jeder Kompressor hat einen Hauptweg. 10 mit einer Veleinigungsschaltung 12, die zua Hauptweg den. Ausgang des weiteren Weges N₁, Ng addiert, dessen Eingang mit dem Eingang des entsprechenden Hauptweges verbunden ist. Die Expander haben Hauptwege 14 und Vereinigungssehaltungen 16, die vom Hauptwegsignal den Ausgang des weiteren Weges N2, N-j subtrahieren, dessen Eingang mit dem Ausgang des entsprechenden Hauptweges verbunden ist.

Solche Kompressor- und Expander-Konfigurationen sind als solche bekannt und sollen deshalb nicht näher erläutert werden.. Es gibt zwei Hauptformen für den weiteren Weg N^ oder N₂. Eine Alternative (US-PS 3 846 719, Fig.7 und 8) besteht aus einem Filter, dem ein gesteuerter Begrenzer folgt, der veranlasst wird, progressiv zu begrenzen, wenn der Signalpegel steigt, und zwar durch ein gleichgerichtetes und ge-

glättetes Steuersignal. Eine andere Alternative (US-PS Re 28 426) ist ein sliding band-Hochpassfilter, dessen Durehlassband progressiv vom Steuersignal verengt wird, so daß starke Signalkomponenten vom Ausgang des Filters ausgeschlossen werden, der vorzugsweise in Reihejmit einem festen Hochpassfilter liegt. Vorteilhafte Grenzfrequenzwerte für die sliding "band-Filter liegen bei etwa 375 Hz im Ruhezustand, das durchgelassene Band wird jedoch als Antwort auf das Steuersignal progressiv enger.

Der erste und der zweite Kompressor 52 und 54 haben jeder Hochfrequenz- und/oder Tieffrequenz-(und/oder irgendeine andere spezielle Frequenz oder Frequenzbereich) Anti-Sättigungsnetzwerke 74, 76, die die Hauptsignalkomponenten beeinflussen. Auf der Wiedergabeseite des Bandgerätes T haben der erste und der zweite Expander 56 und 58 komplementäre Netzwerke, die die Hauptsignalkomponenten beeinflussen. Als Alternative kann eine solche Kompensation nur in einem der Kompressoren und in nur einem der entsprechenden Expander vorgesehen sein. Die Kompensation kann beispielsweise die Form eines flachen Hochfrequenz-Abfalls im Kodierer (Kompressor) haben, der bei sehr hohenFrequenzen stärker wird, sagen wir oberhalb von 10 kHz, und eine entsprechende Anhebung im Dekodierer (Expander).

Da die Herabsetzung der Überlastung des Hoohfrequenzkanals nur auf die Hauptsignalkomponenten angewandt wird, bleiben die niederpegeligen Komponenten in den Seitenkanälen unbeeinflusst und damit beeinflusst die Herabsetzung der Überlastung die Geräuschminderung nicht erheblich. Dementsprechend kann sich die Herabsetzung der Kanalüberlastung bis herab in den mittleren Frequenzbereich erstrecken.

Die Anti-Sättigungsnetzwerke in den Kodierern 74, 76 und die

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- i<r-

komplementären Netzwerke in den Dekodierern 78, 80 sind in den Hauptsignalwegen angeordnet. Diese Anordnung resultiert in einem sehr geringen Verlust an Geräuschminderungseffekt, da die Masse der Signale bei niedrigen Pegeln durch die Geräuschminderungs-Seitenkette erhalten wird. Deshalb ist es möglich, Anti-Sättigungsnetzwerke vorzusehen, die zusammen einen allmählichen Hochfrequenz-Abfall, 3-6 dB/Oktave beispielsweise (und komplementäre Anhebung im Dekodierer) hat, die sich ziemlich weit herab in der Frequenz erstrecken, beispielsweise bis 2-3 kHz, um Sättigungseffekte zu behandeln, ohne daß ein hoher Grad an Gerauschminderungsverlust eintritt. Der Frequenzgang bei 0 dB in Fig. 1 zeigt z.B., daß der Abfall des Frequenzgangs aufgrund der Sättigung bei etwa 2 kHz beginnt. Da die Anti-Sättigungsnetzwerke sich in den Hauptkanälen befinden, die die hochpegeligen Signale führen, werden nur diejenigen Signale beeinflusst, die Sättigung verursaohen. Wie in Fig. dargestellt ist, rufen niedrigpegelige Signale keine merkliche Bandsättigung hervor.

Wahlweise ist die Hälfte dee Abfalls von 3-6 dB/Oktave in jedem der Netzwerke 74 und 76 vorgesehen, ^undjeweils die Hälfte der komplementären Anhebung in jedem der Netzwerke 78 und 80. Wenn der gesamte Abfall bzw. die gesamte Anhebung in einzelne Netzwerke 76 und 78 gebracht wird, dann hat der zugehörige Kompressor oder Expander ein höheres Kompressions- oder Expansionsverhältnis in dem speziellen Pegel- und Frequenzbereich, der diesem Kompressor oder Expander zugeordnet ist. In einem Heim-System ist jedoch die Verv/endung eines einzelnen Netzwerkes adäquat.

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Claims

D26 P33 D Patentansprüche

1. Kompressor, bestehend aus einem Hauptsignalweg, der linear bezüglich des Dynamikbereiches ist, einer Vereinigungsschaltung im Hauptweg, und einem weiteren Weg, dessen Eingang mit dem Eingang oder Ausgang des Hauptweges verbunden ist und dessen Ausgang mit der Vereinigungsschaltung verbunden ist, wobei der weitere Weg ein Signal liefert, das, wenigstens im oberen Teil des Frequenzbandes, das Hauptwegsignal durch die Vereinigungsschaltung anhebt, der jedoch so begrenzt ist, daß im oberen Bereich des dynamischen Eingangsbereiches das Signal des weiteren Pegels auf einen Wert kleiner als das Hauptwegsignal begrenzt ist,

gekennzeichnet durch eine frequenzabhängige Schaltung, die nur in den Hauptweg geschaltet ist und eine Herabsetzung des Frequenzgarigs in einem ausgewählten Teil des Frequenzbandes bewirkt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, bei dem der Kompressor ein Audio-Kompressor ist, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängige Schaltung eine Herabsetzung des Frequenzgangs im oberen Teil des Audio-Frequenzbandes mit sich bringe.

3. Audio-Kompressor nach Anspruch 2, bei dem der Kompressor auch bei tiefen Frequenzen wirkt, dadurch gekennzeichnet,

daß die frequenzabhängige Schaltung auch, eine Herabsetzung des Frequenzganges im unteren Teil des !Donfrequenzbandes hervorruft.

4. Expander bestehend aus einem Hauptsignalweg, der hinsichtlich des Dynamikbereiches linear ist, einer Vereinigungsaohaltung im Hauptweg, und einem weiteren Weg, dessen Eingang mit dem Eingang oder Ausgang des Hauptweges und dessen Ausgang mit der Yereinigungsschaltung verbunden ist, wobei der weitere Weg ein Signal liefert, das, wenigstens in einem oberen Teil des Frequenzbandes, dem Hauptwegsignal durch die Vereinigungsschaltung entgegenwirkt, das jedoch so begrenzt ist, daß im oberen Teil des Eingangsdynamikbereiches das Signal des weiteren Weges kleiner ist als das Hauptwegsignal, gekennzeichnet durch eine frequonzabhängige Schaltung, die nur in dem Hauptweg geschaltet ist und eine Anhebung des Frequenzbandes in einem ausgewählten Teil des Frequenzbandes bewirkt.

5. Expander nach Anspruch 4, bei dem der Expander ein Audio-Expander ist, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängige Schaltung eine Anhebung des Frequenzganges im oberen Teil des Audio-Frequenzbandes bewirkt.

6. Audio-Expander nach Anspruch 5, bei deat der Expander auch bei tiefen Frequenzen wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängige Schaltung auch eine Anhebung des Frequenzganges im unteren Teil des Audio-Frequenzbandes bewirbt.

7./ Cteräuschminderungssystem, bestehend aus einem Kompressor und einem Expander, die jeder einen HauptBignalweg haben, der linear hinsichtlich des Dynamikbereiches ist, einer Yereinigungsschaltung im Hauptweg, und einem weiteren Weg, dessen Eingang mit dem Eingang oder Ausgang des Hauptweges verbunden ist und dessen Ausgang mit der Vereinigungsschaltung verbunden ist, wobei der weitere Weg ein Signal liefert, das, wenigstens in einem oberen.Teil des Frequenzbandes, das Hauptwegsignal im Kompressor anhebt, unddem H auptwegsignal im Expander entgegenwirkt, und zwar über die Vereinigungsschaltung, das jedoch in jedem Falle so begrenzt ist, daß im oberen Teil des Eingangsdynamikbereiches das Signal des weiteren Weges auf einen Wert kleiner als das Hauptwegsignal begrenzt ist, gekennzeichnet durch frequenzabhängige Schaltungen, die nur in die Hauptwege eingeschaltet sind und eine Herabsetzung des Frequenzgangs im Kompressor und eine komplementäre Anhebung des Frequenzganges im Expander in einem ausgewählten Teil des Frequenzbandes bewirken.

8. Qe'räuschminderungssystem nach Anspruch 7, bei dem der Kompressor und der Expander bei Audio-Frequenzen arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängigen Schaltungen eine Herabsetzung des Frequenzganges ia Kompressor und eine komplementäre Anhebung des Frequenzganges im Expander im oberen Teil des Audio-Frequenzbandes bewirken.

9. Audio-Geräuschainderungssystern nach Anspruch 8, bei dem der Kompressor und Expander auoh bei tiefen Frequenzen wirken, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängigen Schaltungen auoh eine Herabsetzung des Frequenzgangs im Kompressor und eine· komplementäre Anhebung des Frequenzgangs im Expander im unteren Toil des Audio-Frequenzbandes bewirken.