DE3851381T2

DE3851381T2 - Schaltung zur Kompression/Expansion der Dynamik eines Signals.

Info

Publication number: DE3851381T2
Application number: DE3851381T
Authority: DE
Inventors: Kenzo Akagiri; Tomoko Sato
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-06-27
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2008-06-25
Also published as: ATE111256T1; KR100197776B1; EP0297461A3; CA1309665C; AU1838888A; US4972164A; EP0297461B1; US5038310A; DE3851381D1; KR890001068A; AU612157B2; EP0297461A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Kompression/Expansion der Dynamik eines Signals, die zur Verwendung bei Signalverarbeitungsschaltungen elektronischer Geräte wie eines Kompaktdisk(CD)-Plattenspielers und eines Bandrecorders geeignet ist.

Stand der Technik

Bei Geräten zum Wiedergeben digitaler Audiosignale, wie bei CD-Plattenspielern und digitalen Audiobandrecordern (DAT) wird bisher so vorgegangen, daß ein nach dem Digitalisieren aufgezeichnetes Audiosignal von einem Aufzeichnungsmedium abgespielt und danach in das entsprechende Analogsignal demoduliert wird, wodurch ein Audiosignal hoher Qualität mit wenig Störsignalen über einen großen Dynamikbereich erhalten wird.
Es besteht jedoch eine Schwierigkeit dahingehend, daß ein Audiosignal, das von einem derartigen Wiedergabegerät für digitale Audiosignale erhalten wird, einen unerwünscht großen Dynamikbereich aufweist, wenn es z. B. durch einen herkömmlichen analogen Bandrecorder aufzuzeichnen ist.
D.h., daß wegen des unnötig breiten Dynamikbereichs dann, wenn das wiedergegebene Analogsignal von einem analogen Bandrecorder aufgezeichnet wird, der Signalverlauf dieses Audiosignals in seinen Abschnitten mit höherem Signalpegel Verzerrungen unterliegt, oder daß umgekehrt sein S/R(Signal/ Rauschsignal)-Verhältnis in seinen Abschnitten mit niedrigerem Signalpegel eine Verschlechterung erfährt.
Ferner tritt dann, wenn ein CD-Plattenspieler oder dergleichen beim Vorliegen von Hintergrund-Störsignalen abgespielt wird, wie in einem Kraftfahrzeug, eine andere Schwierigkeit dahingehend auf, daß die Signalabschnitte mit kleinerem Signalpegel in den Hintergrund-Störsignalen verloren gehen und nicht hörbar werden, oder daß umgekehrt die Signalabschnitte mit höherem Signalpegel eine übermäßig große Tonlautstärke entwickeln.
Um derartige herkömmliche Schwierigkeiten zu überwinden, besteht eine der besseren Lösungen darin, den Dynamikbereich des Audiosignals zu verringern, das von einem Wiedergabegerät für digitale Audiosignale erhalten wird.
D.h., daß, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, ein Eingangssignal, das aus einem in ein analoges Signal umgewandelten Audiosignal besteht, bei einem Pegel unter -30 dB des Spitzenpegels ein Eingangssignal als Ausgangssignal ausgegeben wird, dessen Signalpegel sich proportional mit der Änderung im Signalpegel des Eingangssignals mit der Proportionalitätskonstanten 1 ändert.
Andererseits kann das Eingangssignal im Bereich über -30 dB so ausgegeben werden, daß es sich proportional zur Änderung des Signalpegels des Eingangssignals mit einer Proportionalitätskonstanten von z. B. 1/2 ändert.
Wenn so vorgegangen wird, wird eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik mit Amplitudenkompressionsverhältnissen CR mit den Werten 1 und 2 in den jeweiligen Bereichen zu beiden Seiten des Punkts von -30 dB erhalten (nachfolgend wird dieser Punkt als Schwellenpunkt oder -pegel bezeichnet), und demgemäß kann der Dynamikbereich des Audiosignals insgesamt gesehen entsprechend verengt werden.
Um einen solchen Kompressions- und Expansionseffekt für die Dynamik zu erzielen, existiert ein bekanntes Verfahren, das eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung mit einer Struktur verwendet, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. D.h., daß ein Eingangssignal SI über eine Verzögerungsschaltung 2 in eine Amplitudenmodulationsschaltung 3 eingegeben wird und ebenfalls in eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 eingegeben wird.
Die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 ermittelt den Signalpegel des Eingangssignals und gibt auf Grundlage des Ermittlungsergebnisses ein Steuersignal SG, dessen Signalpegel sich abhängig vom Signalpegel des Eingangssignals SI ändert, an die Amplitudenmodulationsschaltung 3 aus.
Die Amplitudenmodulationsschaltung 3 besteht aus einer Multiplizierschaltung, einem VCA (spannungsgesteuerter Verstärker) oder dergleichen, und sie gibt, da ihr Eingangssignal SI durch das Steuersignal SG amplitudenmoduliert wird, ein Ausgangssignal S&sub0; aus, dessen Signalpegel dem Eingangssignal SI entspricht und sich abhängig vom Signalpegel des Steuersignals SG ändert.
Es ist zu beachten, daß die Verzögerungsschaltung 2 vorhanden ist, damit beim Ausgangssignal S&sub0; kein Überschwingen auftritt.
Nun kann, wenn die Amplitude des Eingangssignals SI durch "x" repräsentiert wird und die Amplitude des Ausgangssignals S&sub0; durch "y" repräsentiert wird, das Amplitudenkompressionsverhältnis CR wie folgt ausgedrückt werden:
y = x1/CR (1).
Daher wird in der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 die Amplitude y des Ausgangssignals S&sub0;, für das das Amplitudenkompressionsverhältnis CR, das auf die Amplitude x des Eingangssignals SI unterhalb des Schwellenpunkts angewandt wird, den Wert 1 aufweist, wie folgt ausgedrückt:
y = x1/CR
x·x(1-CR)/CR
x·x&sup0;
x·1 (2).
Daher kann entsprechend dem Koeffizienten 1 auf der rechten Seite durch Ausgeben des Steuersignals SG auf solche Weise, daß die Verstärkung "g" in der Amplitudenmodulationsschaltung 3 den Wert 1 erhält, wie er wie folgt ausgedrückt wird:
g = 1 (3),
die Charakteristik, die zum Amplitudenkompressionsverhältnis CR vom Wert 1 im Bereich unter dem Schwellenpunkt führt, erhalten werden.
Im Gegensatz hierzu sind dann, wenn das Ausgangssignal S&sub0;, dessen Amplitudenkompressionsverhältnis CR, wie es auf die Amplitude x des Eingangssignals SI im Bereich über dem Schwellenpunkt angewandt wird, den Wert 2 hat, zu erhalten ist, die Amplitude "y" des Ausgangssignals S&sub0; und die Verstärkung "g" in der Amplitudenmodulationsschaltung 3 wie folgt gegeben:
y = x1/CR
x·x(1-CR)/CR
x·x-1/2 (4)
g = x(1-CR)/CR
x-1/2 (5)
Daher kann durch Ausgeben des Steuersignals SG in solcher Weise, daß die Verstärkung g in der Amplitudenmodulationsschaltung 3 x-1/2 wird, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt werden, die im Bereich über dem Schwellenpunkt für ein Amplitudenkompressionsverhältnis CR vom Wert 2 sorgt.
Als konkretes Beispiel kann die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 aufgebaut sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. D.h., daß das Eingangssignal SI über eine Absolutwertschaltung 5 in eine Einhüllendendetektorschaltung 6 eingegeben wird und dadurch ein Meßsignal SL proportional zum Signalpegel des Eingangssignals SI erhalten wird, welches Signal dann einer logarithmischen Umwandlung in einer Logarithmusumsetzerschaltung 7 unterzogen wird und an eine Addierschaltung 9 ausgegeben wird.
Eine Abschneideschaltung 8 empfängt das Summensignal aus dem logarithmisch umgesetzten Meßsignal SL und einem Schwellenpunktsignal SH, das über eine Addierschaltung 9 geliefert wird, und sie schneidet das Summensignal unter dem Wert 0 ab und gibt das so erhaltene abgeschnittene Signal SCL an eine Multiplizierschaltung 10 aus.
So ermöglicht es das Einstellen des Schwellenpunktsignals SH auf einen vorgegebenen Wert, ein abgeschnittenes Signal SCL zu erhalten, dessen Signalpegel sich in bezug auf die beiden Seiten des Signalpegels des Eingangssignals SI ändert, wie durch das Schwellenpunktsignal SH festgelegt.
Die Multiplizierschaltung 10 empfängt sowohl das abgeschnittene Signal SCL als auch ein Kompressionsverhältnis-Einstellsignal Sp, und sie gibt das Produktsignal aus den beiden Signalen über eine Exponentialumsetzerschaltung 11 an die Amplitudenmodulationsschaltung 3 aus.
Hierbei wird, wenn der Signalpegel des Eingangssignals SI am Schwellenpunkt (-30 dB im vorliegenden Fall) durch "Y" in Bezug auf den durch H repräsentierten Signalpegel des von der Logarithmusumsetzerschaltung 7 ausgegebenen Ausgangssignals, wenn das Eingangssignal SI auf seinem Spitzenpegel ist, ausgedrückt wird, dann, wenn das Schwellenpunktsignal SH durch
SH = H-Y/20 loge 10 (6)
ausgedrückt wird, demgemäß ein abgeschnittenes Signal SCL erhalten, dessen Signalniveau sich abhängig vom Signalniveau des Eingangssignals SI nur dann ändert, wenn das Signalniveau des Eingangssignals SI größer als das Signalniveau am Schwellenpunkt ist.
Infolgedessen wird im Bereich unter dem Schwellenpunkt ein abgeschnittenes Signal SCL erhalten, das durch die Abschneideschaltung 8 beim Wert 0 abgeschnitten wurde, und infolgedessen wird ein Steuersignal SG vom Wert 1, das dem Wert 0 entspricht, über die Exponentialumsetzerschaltung 11 ausgegeben.
Demgemäß ist die Verstärkung der Multiplizierschaltung 3 auf 1 begrenzt und daher wird ein Ausgangssignal S&sub0; erhalten, dessen Amplitudenkompressionsverhältnis CR dem Wert 1 entspricht, wie in Gleichung (2) dargestellt, und demgemäß wird eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten, die das Amplitudenkompressionsverhältnis CR vom Wert 1 bildet.
Andererseits wird im Bereich über dem Schwellenpunkt den Forderungen Genüge getan, wenn die Verstärkung der Multiplizierschaltung 3 so ausgebildet ist, daß sie x-1/2 wird, wie durch Gleichung (5) ausgedrückt.
D.h., daß das nachstehend angegebene Steuersignal SG mit einem Signalpegel in bezug auf das Eingangssignal SI ausgegeben werden kann, der wie folgt ausgedrückt wird:
SG = x(1-CR)/CR (7).
Spezieller kann, wenn das Kompressionsverhältnis-Einstellsignal Sp der Multiplizierschaltung 10 so zugeführt wird, daß deren Verstärkung den Wert erhält, der wie folgt ausgedrückt wird:
Ap = -(CR-1)/CR = -1/2 (8),
ein Ausgangssignal S&sub0; erhalten werden, dessen Amplitude im Bereich über dem Schwellenpunkt mit dem Kompressionsverhältnis CR (CR = 2 im vorliegenden Fall) komprimiert ist.
So ergibt sich eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung 1 mit einer solchen Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, daß sie das Amplitudenkompressionsverhältnis CR vom Wert 1 auf den Wert 2 ändert, wenn der Signalpegel des Eingangssignals SI über den Signalpegel von -30 dB ansteigt.
Jedoch entsteht bei der vor stehend beschriebenen herkömmlichen Schaltungsanordnung die Schwierigkeit, daß das Amplitudenkompressionsverhältnis CR sich plötzlich zwischen dem vorderen Bereich und dem hinteren Bereich in bezug auf den Schwellenpunkt ändert und daher dann, wenn das Audiosignal bei der herkömmlichen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung 1 wiedergegeben wird, der wiedergegebene Ton den Zuhörern ein Gefühl extremer Unnatürlichkeit vermittelt.
Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde ein herkömmliches Verfahren dahingehend vorgeschlagen, daß das Amplitudenkompressionsverhältnis CR dadurch schwach geändert wird, daß die Signalpegel des Schwellenpunktsignals SH und des Kompressionsverhältnis-Einstellsignals Sp abhängig von einer Änderung des Signalpegels des Eingangssignals allmählich verändert werden, während z. B. eine ROM(Festwertspeicher)- Tabelle verwendet wird.
Es wurde auch ein anderes herkömmliches Verfahren dahingehend vorgeschlagen, daß das Schwellenpunktsignal SH und das Kompressionsverhältnis-Einstellsignal Sp unter Verwendung einer Steuerschaltung mit einer Verarbeitungsschaltungsanordnung statt einer ROM-Tabelle eingestellt werden.
Wenn jedoch derartige herkömmliche Verfahren verwendet werden, tritt eine andere Schwierigkeit dahingehend auf, daß der Aufbau der Dynammik-Kompression/Expansion-Schaltung insgesamt komplex wird und daher solche Verfahren bisher in der jüngsten Technologie nicht zufriedenstellend ausführbar sind.
Ferner wird als Ausgangssignal S&sub0; der vorstehend beschriebenen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung nur ein Multiplikationsausgangssignal S&sub0; erhalten, das von dem von der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 4 gelieferten Steuersignal SG abhängt, und daher besteht eine Schwierigkeit dahingehend, daß die Betriebscharakteristik nicht abhängig von den Frequenzen des Eingangssignals verändert werden kann.
Die Fähigkeit, die Betriebscharakteristik einer Dynamik-Kompression/Expansion-Funktion abhängig von Frequenzen des Eingangssignals veränderlich zu gestalten, wäre in weitem Umfang auf verschiedene Gesichtspunkte in der Technik speziell beim Handhaben von Audiosignalen anwendbar. Z.B. könnte sie auf die Kompensation eines Audiosignals mit komprimierter Amplitude angewandt werden, um das Gefühl eines Dynamikbereichverlusts abhängig vom Hörgefühl wettzumachen.
Eine Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu Störsignalverringerungszwecken ist in GB-A-2.083.988 beschrieben. Diese Schaltung weist die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 auf. Die Signalmultipliziereinrichtung ist als spannungsgesteuerter Verstärker ausgebildet, der innerhalb eines Hauptpfads angeordnet ist. Das Ausgangssignals des Hauptpfads wird in einem Addierer zum Ausgangssignal des Unterpfads addiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu schaffen, die frei von den vorstehend genannten Nachteilen ist, wie sie bei einer bekannten Schaltung auftreten.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu schaffen, bei der eine gewünschte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik mit einem relativ einfachen Schaltungsaufbau erhalten werden kann.
Eine Aufgabe für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu schaffen, bei der die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik abhängig von den Frequenzen eines Eingangssignals eingestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu schaffen, bei der ein Eingangssignal mit hoher Geschwindigkeit mit einem einfachen Schaltungsaufbau normiert werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung anzugeben, durch die eine gleichmäßige Änderung des Dynamikkompressionsverhältnisses nahe dem Schwellenwert des Eingangssignals mit einem einfachen Schaltungsaufbau erhalten werden kann.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung zu schaffen, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis selbst bei mehreren Dynamikkompression-Änderungspunkten gleichmäßig geändert wird.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt. Die abhängigen Ansprüche 2-8 enthalten weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein besseres Verständnis dieser und anderer Aufgaben der Erfindung wird auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung Bezug genommen, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm zu einer Charakteristikkurve ist, die zum Erläutern von Schwierigkeiten bei der bekannten Dynamik- Kompression/Expansion-Schaltung verwendet wird;
Fig. 2 und 3 schematische Blockdiagramme der herkömmlichen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung sind;
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer grundsätzlichen Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung ist;
Fig. 5 bis 12 Diagramme zu Charakteristikkurven veranschaulichen, die zum Erläutern verschiedener Funktionen der in Fig. 4 dargestellten Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung verwendet werden;
Fig. 13 ein Diagramm zu einer Charakteristikkurve zum Veranschaulichen einer Lautstärkekurve ist;
Fig. 14 und 15 Diagramme zu Charakteristikkurven zum Erläutern von Funktionen von Dynamik-Kompression/Expansion- Schaltungen gemäß anderem bevorzugten Ausführungsbeispielen sind;
Fig. 16 ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels des in Fig. 4 dargestellten Steuersignalgenerators ist;
Fig. 17 ein Diagramm zu einer Charakteristikkurve ist, das zum Erläutern von Funktionen der in Fig. 16 dargestellten Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung verwendet wird;
Fig. 18 und 20 schematische Blockdiagramme zum Darstellen eines Teils der in Fig. 16 dargestellten Ersatzschaltung sind;
Fig. 19 und 21 Charakteristikdiagramme sind, die zum Beschreiben der Funktion des in Fig. 16 dargestellten Steuersignalgenerators verwendet werden;
Fig. 22 und 23 ein Datenbeispiel repräsentieren, das zum Erläutern der Funktion des in Fig. 16 dargestellten Steuersignalgenerators verwendet wird;
Fig. 24 ein schematisches Blockdiagramm eines Steuersignalgenerators gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist;
Fig. 25 ein Schaltbild eines Teils der in Fig. 4 dargestellten Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung ist;
Fig. 26 ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Ersatzschaltung der in Fig. 25 dargestellten Schaltung ist;
Fig. 27 bis 30 Diagramme zu Charakteristikkurven sind, die zum Erläutern von Funktionen der in Fig. 25 dargestellten Schaltung verwendet werden;
Fig. 31 ein schematisches Blockdiagramm einer Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 32 ein schematisches Blockdiagramm einer Ersatzschaltung der in Fig. 31 dargestellten Schaltung ist;
Fig. 33 ein schematisches Blockdiagramm einer Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung gemäß einem modifizierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
Fig. 34 ein Diagramm zu einer Charakteristikkurve ist, das zum Erläutern von Funktionen der in Fig. 33 dargestellten Schaltung verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es ist zu beachten, daß dieselben Bezugsziffern, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher Schaltungselemente verwendet werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung bezeichnet 20 eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung insgesamt, und das Eingangssignal SI und das Ausgangssignal -0 der Multiplizierschaltung 3 werden von einer Addierschaltung 21 empfangen, und das Differenzsignal SR zwischen den beiden wird einer Multiplizierschaltung 22 zugeführt.
Die Multiplizierschaltung 22 empfängt sowohl das Steuersignal SG als auch das Differenzsignal SR und liefert ein Produkt(Multiplikations)-Ausgangssignal aus diesen Signalen über eine Filterschaltung 23 und eine Verstärkerschaltung 24 an eine Addierschaltung 25.
Im Ergebnis wird in der Addierschaltung 25 dann, wenn die Multiplizierschaltung unter der Bedingung eines Amplitudenkompressionsvorgangs mit einer Verstärkung, die auf unter 1 eingestellt wird, betrieben wird, ein Ausgangssignal SS erhalten, dessen Phase in umgekehrte Beziehung zu derjenigen des Ausgangssignals S&sub0; über die Verstärkerschaltung 24 steht, und das Summensignal S&sub0;&sub1; aus diesen Ausgangssignalen SS und S&sub0; wird von ihr als Ausgangssignal geliefert.
D.h., daß die Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung 20 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einer Hauptdurchlaßschaltung, die aus der Multiplizierschaltung 3 zum Verstärken des Eingangssignals SI mit der Verstärkung entsprechend dem Steuersignal SG und zum Ausgeben des verstärkten Signals aus ihr, und einer Unterdurchlaßschaltung besteht, die das Differenzsignal SR empfängt und ein Signal über eine Signalverarbeitungsschaltung 26 ausgibt, die aus der Multiplizierschaltung 22, der Filterschaltung 23 und der Verstärkerschaltung 24 besteht.
Daher wird dann, wenn der Signalpegel des Eingangssignals SI unter dem Schwellenpunkt oder -pegel liegt, die Verstärkung "g" der Multiplizierschaltung 3 auf den Wert 1 gesetzt, und demgemäß wird der Signalpegel des Differenzsignals SR auf dem Wert 0 gehalten, wodurch das über die Hauptdurchlaßschaltung erhaltene Ausgangssignal S&sub0; über die Addierschaltung 25 ausgegeben wird.
Andererseits wird, wenn der Signalpegel des Eingangssignals SI über den Schwellenpunkt ansteigt, die Verstärkung "g" der 10 Multiplizierschaltung 3 auf 1/2 umgeschaltet, und demgemäß folgt der Anstieg beim vorstehend genannten Signalpegel einem Anstieg des Signalpegels des Differenzsignals SR' wodurch der Signalpegel des über die Unterdurchlaßschaltung gelieferten Ausgangssignals SS erhöht wird, und das Verhältnis des Ausgangssignals SS zum Ausgangssignal S&sub0;&sub1; ist demgemäß erhöht.
Dadurch ist es durch Einstellen der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der die Unterdurchlaßschaltung bildenden Signalverarbeitungsschaltung 26 auf einen geeigneten Wert möglich, eine gewünschte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik zu erzielen, die für eine allmähliche Änderung des Signalpegels, unter Beschreibung einer sich leicht ändernden Kurve, des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; sorgt, während der Signalpegel des Eingangssignals SI ansteigt.
Nun seien sowohl die Verstärkung der Multiplizierschaltung 3 als auch diejenige der Multiplizierschaltung 22 jeweils "g", während die Übertragungsfunktion der Filterschaltung 23 mit F(ω) und die Verstärkung der Verstärkerschaltung 24 mit "A" bezeichnet; dann wird ein Ausgangssignal S&sub0;, dessen Amplitude Z&sub1; durch die folgende Gleichung gegeben ist, durch die Multiplizierschaltung 3 erhalten:
Z&sub1; = gx (9)
Als Folge kann ein Differenzsignal SR, dessen Amplitude ZR durch die folgende Gleichung gegeben ist, durch die Addierschaltung 21 erhalten werden:
ZR = Z&sub1;-x
= gx-x (10),
und durch die Signalverarbeitungsschaltung 26 kann ein Ausgangssignal SS erhalten werden, dessen Amplitude Z&sub2; durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Z&sub2; = g·A·F·(ω)·ZR
= g·A·F·(ω)·(gx-x) (11).
Daher kann auf Grundlage der Gleichungen (9) und (11) ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1; erhalten werden, dessen Amplitude y&sub1; durch die folgende Gleichung gegeben ist:
y&sub1; = Z&sub1;-Z&sub2;
= gx-g·A·F(ω)·(gx-x)
= {(1 + F(ω)·A)-F(ω)·Ag·g}gx (12).
Dann wird es, wenn die Amplitude "x" ist und eine Übertragungsfunktion F(ω) x = 1 bzw. F(ω) = 1 ist, wenn die Verstärkungen "g" der Multiplizierschaltungen 3 und 22 zwischen den Werten 0 und 1 geändert werden, möglich, die Ausgangscharakteristik der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung zu Zeitpunkten zu kennen, zu denen der Signalpegel des Eingangssignals SI konstant gehalten wird und das Dynamikkompression-Steuersignal SG verändert wird.
D.h., daß dann, wenn diese Gleichungen
F(ω) = 1 (13)
x = 1 (14)
in Gleichung (12) eingesetzt wird, folgendes erhalten wird:
y&sub1; = {(1 + A)-A·g}g (15).
Dann werden Ausgangscharakteristiken, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, erhalten, in denen dann, wenn die Verstärkung "g" zwischen dem Wert 0 und dem Wert 1 verändert wird, die Verstärkung der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung 20 insgesamt bei der Verstärkung "g" vom Wert 0,5 maximal ist und die Verstärkung der Schaltung insgesamt ansteigt, wenn die Verstärkung "A" der Verstärkerschaltung 24 erhöht wird.
Ferner wird dann, wenn die Verstärkung A auf dem Wert 0 gehalten wird und die Verstärkung g vom Wert 0 auf den Wert 1 verändert wird, eine Ausgangscharakteristik, bei der die Verstärkung linear dazu ansteigt, nur der Hauptdurchlaßschaltung erhalten, und wenn die Verstärkung A andere Werte als "0" aufweist, werden die Verstärkungen der Unterdurchlaßschaltungen der Verstärkung der Hauptdurchlaßschaltung überlagert, und dadurch weisen alle erhaltenen Charakteristiken nach rechts ansteigende Neigungen auf, wie im Charakteristikkurvendiagramm von Fig. 5 dargestellt.
So kann durch Einstellen der Verstärkung der Unterdurchlaßschaltung die Verstärkung der Dynamik-Kompression/Expansion- Schaltung 20 insgesamt eingestellt werden, und daher kann ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1;, das sich mit einer gewünschten Eingangs/Ausgangs-Charakteristik entsprechend der Ausbildung der Unterdurchlaßschaltung für die Hauptdurchlaßschaltung erhalten werden.
Wenn bei der Schaltungsanordnung von Fig. 4 die Übertragungsfunktion F(ω) der Filterschaltung 23 auf den Wert 1 gesetzt wird, wird eine Betriebscharakteristik erhalten, die für eine gleichmäßige Änderungen des Dynamikkompressionsverhältnisses CR sorgt und ferner wird es durch Einstellen der Verstärkung A der Verstärkerschaltung 24 auf einen speziellen Wert möglich, sowohl Dynamikkompressionsbetrieb als auch Dynamikexpansionsbetrieb gleichzeitig auszuführen.
Nun wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel für den Fall untersucht, daß der Schwellenpunkt auf 0 dB eingestellt ist und das Dynamikkompressionsverhältnis CR auf den Wert 2 eingestellt ist.
In diesem Fall ist der Forderung Genüge getan, wenn die Verstärkung der Multiplizierschaltung 3 im Bereich über dem Schwellenpunkt in Übereinstimmung mit Gleichung (5) auf den Wert x-1/2 eingestellt ist, und demgemäß ist auch die Verstärkung der Multiplizierschaltung 22 im Bereich über dem Schwellenpunkt auf den Wert x-1/2 eingestellt.
Dann nimmt die Amplitude xR des Differenzsignals SR im Bereich über dem Schwellenpunkt den Wert 0 ein, und demgemäß wird ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1; erhalten, das proportional zum Eingangssignal SI ist, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
Dagegen wird im Bereich über dem Schwellenpunkt durch Einsetzen von:
F(ω) = 1 (16)
g = x-1/2 (17)
in Gleichung (12) die folgende Beziehung erhalten:
y&sub1; = {(1 + A)-A·x-1/2} x-1/2·x
= (1 + A)·x-1/2ωA (18)
Es ist bekannt, daß in diesem Fall dann, wenn die Verstärkung A in der Nähe des Wertes 1 liegt und der Signalpegel des Eingangssignals SI über den Schwellenpunkt ansteigt, die Änderung des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; allmählich abnimmt und parallel zur Charakteristik für das Dynamikkompressionsverhältnis CR vom Wert 2 wird (d. h. parallel zur Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, wie sie durch eine gerade Linie repräsentiert wird, wenn die Verstärkung A den Wert 0 hat).
So ist es gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik zu erhalten, die für eine solche Dynamikkompressionswirkung sorgt, daß sich das Dynamikkompressionverhältnis CR langsam vom Wert 1 zum Wert 2 ändert, nachdem der Signalpegel den Schwellenpunkt überschritten hat.
Andererseits wird dann, wenn die Verstärkung A größer als 3 wird, eine solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten, daß die Änderung des Signalpegels des Ausgangssignal -01 in Beziehung zum Signalpegel des Eingangssignals SI plötzlich ansteigt, wenn das Signal über den Schwellenpunkt ansteigt, jedoch wird, nachdem das Dynamikkompressionsverhältnis CR vom Wert 1 auf einen Wert kleiner als 1 gewechselt hat (d. h., nachdem ein Dynamikexpansionsvorgang ausgeführt wurde), eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten, die allmählich parallel zur Eingangs/Ausgangs-Charakteristik wird, wie sie durch die gerade Linie repräsentiert wird, wenn die Verstärkung A vom Wert 0 ist, oder es wird bewirkt, daß das Dynamikkompressionsverhältnis CR sich dem Wert 2 nähert.
Es ist ersichtlich, daß die Verstärkung A umso größer wird, je größer eine Änderung ist.
Infolgedessen kann gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine gewünschte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die für einen Dynamikexpansionseffekt sorgt, nachdem der Schwellenpunkt überkreuzt wurde, mit danach anschließender langsamer Drehung, um einen Dynamikkompressionseffekt zu schaffen.
Nun wird ein anderer Fall untersucht, bei dem das Dynamikkompressionsverhältnis CR weiter auf 100 erhöht ist. In diesem Fall wird CR = 100 in Gleichung (5) eingesetzt, woraufhin man folgendes erhält:
g = x-99/100 (19).
Wenn dieser Wert für x-1/2 in Gleichung (18) eingesetzt wird, erhält man die wie folgt wiedergegebene Beziehung:
y&sub1; = {(1 + A)-A·x-199/100} x&supmin;&sup9;&sup9;¹&sup0;&sup0;·x
= (1 + A) x1/100-A·x-98/100 (20)
Auch in diesem Fall werden, ähnlich wie im Fall der Fig. 3 und 4, Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken erhalten, wie sie in den Fig. 8 und 9 dargestellt sind, die, wenn die Verstärkung A den Wert 0 aufweist, für ein sich linear änderndes Dynamikkompressionsverhältnis CR im Bereich unter dem Schwellenpunkt sorgen, und dann wenn die Verstärkung A in der Nähe des Wertes 1 ist, für ein Dynamikkompressionsverhältnis CR sorgen, das sich vom Wert 1 langsam auf den Wert 100 ändert.
Andererseits werden dann, wenn die Verstärkung A größer als der Wert 2 ist, solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken erhalten, die für einen Dynamikexpansionseffekt mit einem Ausmaß entsprechend dem jeweiligen Wert der Verstärkung A sorgen und sich dann langsam drehen, um für den Dynamikkompressionseffekt zu sorgen.
Nun erfolgt eine Beschreibung für einen Dynamik-Kompression/Expansion-Vorgang für den Fall, daß ein Bandpaßfilter mit einer Frequenzcharakteristik, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, als Filterschaltung 23 in der Schaltungsanordnung von Fig. 4 verwendet wird.
D.h., daß die Filterschaltung 23 aus einer Bandpaßfilterschaltung besteht, deren Mittenfrequenz 2-3 kHz ist, und die mit 6 dB/OCT gedämpft ist.
In diesem Fall wird, wenn die Verstärkung A der Verstärkerschaltung 24 auf den Wert 1 eingestellt wird und das Dynamikkompressionsverhältnis CR auf den Wert 2 eingestellt wird, die folgende Beziehung aus Gleichung (12) erhalten:
y&sub1; = {(1 + F(ω))-F(ω)·x-1/2}·x-1/2·x
= (1 + F(ω))·x1/2-F(ω) (21).
Da der erste Term auf der rechten Seite von Gleichung (21) die Übertragungsfunktion F(ω) enthält, ist es bekannt, daß sich der Dynamik-Kompression/Expansion-Vorgang abhängig von der Frequenzcharakteristik der Filterschaltung 23 ändert.
D.h., daß es aus Fig. 11 bekannt ist, daß sich das Dynamikkompressionsverhältnis CR auf den Wert 2 ändert, wenn der Signalpegel des Eingangssignals SI über den Schwellenpunkt von 0 dB ansteigt, und ferner, daß die vorstehend beschriebene Änderung umso langsamer erfolgt, je näher die Frequenz bei der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters liegt.
Ferner ist es dann, wenn ein Fall, bei dem bestimmte Eingangspegel des Eingangssignals SI eingegeben werden, durch die Frequenz entlang der Abszisse dargestellt wird, wie in Fig. 12 gezeigt, bekannt, daß sich der Dynamik-Kompression/ Expansion-Vorgang im Bereich bis auf 15 dB des Eingangssignals SI ändert, jedoch wird das Dynamikkompressionsverhältnis CR beim Wert 2 im Bereich konstant, nachdem das Eingangssignal SI den Pegel von ungefähr 20 dB überschritten hat.
Dadurch wird es gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel möglich, eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung mit einer Eingangs/Ausgangs-Charakteristik zu erhalten, die für eine Dynamik-Kompression/Expansion-Wirkung sorgt, die sich abhängig von der Frequenz des Eingangssignals SI ändert.
Gemäß Fig. 4 ist die Anordnung dergestalt, daß die Verstärkung A der Verstärkerschaltung 24 ungefähr auf den Wert 1 eingestellt ist und ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 4 kHz, bei der die höchste Empfindlichkeit für einen Zuhörer erhalten wird, für die Filterschaltung 23 verwendet wird.
Wenn eine Ausbildung auf diese Weise besteht, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 beschrieben, wird eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten, die für ein sich langsam änderndes Dynamikkompressionsverhältnis sorgt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals über den Schwellenpunkt ansteigt.
Daher ist es ermöglicht, ein Audiosignal mit einem komprimierten Dynamikbereich zu erhalten, der so angepaßt ist, daß verhindert ist, daß Unnatürlichkeiten beim wiedergegebenen Ton aufgrund einer plötzlichen Änderung des Dynamikkompressionsverhältnisses auftreten.
Ferner ist es möglich, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik zu erzielen, die für verschiedene Dynamikkompressionsvorgänge abhängig von den Frequenzen des Eingangssignals SI sorgt, so daß es möglich wird, es zu bewirken, daß der Dynamikkompressionsvorgang am langsamsten beginnt, wenn der Pegel des Eingangssignals SI ansteigt, und auch die Frequenz des Eingangssignals SI zur Übereinstimmung mit der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters bei 4 kHz kommt.
Daher kann insgesamt die Verringerung des Dynamikbereichs bei ungefähr der Mittenfrequenz von 4 kHz entsprechend kleiner als die Verringerung des Dynamikbereichs bei den anderen Frequenzen gemacht werden.
Tatsächlich ist das menschliche Hören für Frequenzen von 4 kHz am empfindlichsten, wie in Fig. 13 dargestellt, und daher kann, wenn die Dynamikbereiche anderer Frequenzen als der Frequenz von 4 kHz verringert werden, ein Verlust des Dynamikbereichs beim wiedergegebenen Ton insgesamt, wie er durch das Hörgefühl erfaßt wird, entsprechend verringert werden, wenn der Dynamikbereich um die Frequenz von 4 kHz nicht so sehr verkleinert wird, und demgemäß kann das Gefühl eines Verlusts an Dynamikbereich, wie es beim Hörvorgang auftritt, kompensiert werden.
Daher kann nicht nur der Dynamikbereich eines Audiosignals, wie es von einem Wiedergabegerät für digitale Audiosignale erhalten wird, ohne das Hervorrufen unnatürlicher Effekte verringert werden, sondern es kann auch das sich ergebende Gefühl der Verringerung des Dynamikbereichs, wie es durch den Hörvorgang erfaßt wird, verringert werden.
Demgemäß kann selbst dann, wenn ein Audiosignal, das von einem Wiedergabegerät für digitale Audiosignale erhalten wird, beim Vorhandensein von Hintergrundstörsignalen gehört wird, wo die Tonlautstärke nicht größer gemacht werden darf, oder dergleichen, das wiedergegebene Signal zufriedenstellend gehört werden. Darüber hinaus kann, wenn das Signal von einem analogen Bandrecorder aufgezeichnet wird, das Aufzeichnen frei von solchen Schwierigkeiten wie einer Verschlechterung des S/R-Verhältnisses und einer Verzerrung des Signalverlaufs ausgeführt werden.
Durch die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung mit einem Aufbau der Signalverarbeitungsschaltung aus einer Verstärkerschaltung, einer Multiplizierschaltung und einer Bandpaßfilterschaltung sowie durch Auswählen der Verstärkung der Signalverarbeitungsschaltung auf einen vorgegebenen Wert kann eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt werden, die für eine langsame Änderung des Dynamikkompressionsverhältnisses sorgt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals ansteigt, wobei die Dynamikkompressionswirkung mit den Frequenzen des Eingangssignals verändert wird.
Daher ist es durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel ermöglicht, den Dynamikbereich eines Audiosignals mit großem Dynamikbereich zu komprimieren, wie auch das Gefühl eines Verlusts an Dynamikbereich zu verringern.
Bei der Schaltungsanordnung von Fig. 4 kann eine Tiefpaßfilterschaltung statt der beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendeten Bandpaßfilterschaltung verwendet werden.
Durch eine solche Anordnung kann eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist, dafür sorgt, daß die Dynamikkompressionswirkung in einem Bereich beginnt, in dem der Signalpegel des Eingangssignals kleiner wird, je höher die Frequenz des Eingangssignals ist.
In der Praxis besteht eine Schwierigkeit bei einem Magnetband eines analogen Systems, wie in Fig. 15 gezeigt, dahingehend, daß der Ausgangspegel des aufgezeichneten Signals dann, wenn die Frequenz des aufgezeichneten Signals höher wird, selbst dann durch Eigenentmagnetisierungswirkung verringert ist, wenn der Signalpegel des aufgezeichneten Signals auf mehr als einen besonderen Wert erhöht wird.
Daher kann dadurch, daß eine solche Ausbildung vorgenommen wird, daß das Aufzeichnungssignal dem Aufzeichnungskopf über die Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen zugeführt wird, bei der der Dynamikkompressionsvorgang beim Ansteigen des Signalpegels des Eingangssignals umso früher gestartet wird, je höher die Frequenz des Eingangssignals ist, verhindert werden, daß ein Verringern des Ausgangspegels aufgrund der Eigenentmagnetisierungswirkung auftritt.
Obwohl im vorstehenden die bevorzugten Ausführungsbeispiele für Fälle beschrieben wurden, bei denen entweder eine Bandpaßschaltung oder eine Tiefpaßfilterschaltung für ihre Filterschaltung verwendet wurde, ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt, sondern es kann ein Hochpaßfilter, ein Bandsperrfilter oder dergleichen verwendet werden, je nachdem, wie Bedarf hierfür entsteht.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele für die Fälle beschrieben wurden, daß die Filterschaltung dafür verwendet wurde, für eine Dynamikkompressionsfunktion zu sorgen, die sich mit den Frequenzen des Eingangssignals ändert, ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt, sondern die Signalverarbeitungsschaltung kann nur aus einer Multiplizierschaltung aufgebaut sein.
In einem solchen Fall kann eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung erhalten werden, bei der es die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erlaubt, daß sich das Dynamikkompressionsverhältnis gleichmäßig über den Schwellenpunkt ändert.
Die Signalverarbeitungsschaltung kann entweder nur mit der Verstärkerschaltung oder der Filterschaltung versehen sein.
Wenn nur die Verstärkerschaltung für sie vorhanden ist, kann durch Einstellen der Verstärkung der Verstärkerschaltung auf einen gewünschten Wert eine solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die für eine Dynamikkompressionsfunktion nur dann sorgt, wenn der Pegel des Eingangssignals in einen vorgegebenen Bereich zu liegen kommt.
Auch wenn nur die Filterschaltung verwendet wird, ändert sich, wenn sich der Signalpegel des Eingangssignals ändert und sich daher der Signalpegel des Differenzsignals ändert, der Signalpegel der Differenzsignalkomponente, wie sie durch die Filterschaltung geleitet wird, um zum Ausgangssignal der Hauptdurchlaßschaltung addiert zu werden, entsprechen, und daher kann eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die für eine Frequenzcharakteristik sorgt, die sich mit dem Signalpegel des Eingangssignals ändert.
Demgemäß kann in diesem Fall, wenn die Ausbildung dergestalt ist, daß eine Tiefpaßfilterschaltung für die Filterschaltung verwendet wird, die Hochfrequenzkomponente des Eingangssignals angehoben werden, oder wenn statt dessen ein Bandpaßfilter verwendet wird, kann die Signalkomponente des Durchlaßbandes der Bandpaßfilterschaltung angehoben werden.
Im Ergebnis werden, wenn die Anordnungen des vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels so modifiziert werden, daß nur die Filterschaltung verwendet wird, ähnliche Effekte durch Verwendung insgesamt einfacherer Konstruktionen erzielt, wie sie beim ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
In der Signalverarbeitungsschaltung kann eine Abschneideschaltung verwendet werden. Durch eine solche Schaltungsanordnung kann das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung auf einen vorgegebenen Signalpegel abgeschnitten werden und daher ist es entsprechend möglich, für eine gewünschte Änderung der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung insgesamt zu sorgen.
Obwohl die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele für Fälle beschrieben wurden, bei denen das Dynamikkompressionsverhältnis CR im Bereich unter dem Schwellenpunkt auf den Wert 1 gesetzt war, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern das Dynamikkompressionsverhältnis CR unterhalb des Schwellenpunkts kann auf einen anderen Wert als 1 gesetzt werden.
In einem solchen Fall kann durch eine solche Ausbildung, daß ein Differenzsignal in der Signalverarbeitungsschaltung erhalten wird, wenn ein Eingangssignal, dessen Signalpegel den Schwellenpunkt übersteigt, eingegeben wird, eine Eingangs/ Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die dafür sorgt, daß sich das Dynamikkompressionsverhältnis CR gleichmäßig vom vorstehend genannten Wert unter dem Schwellenpunkt fortsetzt, um sich in ein gewünschtes Dynamikkompressionsverhältnis zu ändern.
Ferner wird in diesem Fall, wenn das Dynamikkompressionsverhältnis CR auf einen Wert kleiner 1 eingestellt wird, eine solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt, die im Bereich unter dem Schwellenpunkt eine Dynamikexpansionsfunktion und im Bereich über den Schwellenpunkt eine Dynamikkompressionsfunktion schafft, die sich langsam ausgehend von der Dynamikexpansionsfunktion ändert.
Ferner kann dadurch, daß die Verstärkung "A" auf einen Wert größer 2 eingestellt wird und nur der Bereich über dem Schwellenpunkt verwendet wird, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die sich langsam ändernde Funktionen schafft, von einer Dynamikexpansionsfunktion bei einem Dynamikkompressionsverhältnis CR, das von der Verstärkung "A" abhängt, bis zu einer Dynamikkompressionsfunktion mit einem Dynamikkompressionsverhältnis CR, das durch ein Dynamikkompressionsverhältnis-Steuersignal SG bestimmt wird.
Obwohl die obigen bevorzugten Ausführungsbeispiele für Fälle beschrieben wurden, in denen das Steuersignal abhängig vom Signalpegel des Eingangssignals erzeugt wurde, ist die Erfindung nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, sondern sie kann auf eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung angewandt werden, bei der das Steuersignal abhängig vom Signalpegel des Ausgangssignals erzeugt wird.
Ferner kann bei einem digitalen Audiosignal-Verarbeitungssystem durch Anordnen einer solchen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung, die eine Tiefpaßfilterschaltung vor einem Codierer zum Codieren verwendet, verhindert werden, daß ein für das Ohr unangenehmer Ton aufgrund des Quantisierungsrauschens zum Zeitpunkt der Wiedergabe eines schwachen Zischlautes auftritt, wie desjenigen, das aus einem schwachen Audiosignal beim Aussprechen von "sa" erzeugt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 16 wird nun eine Schaltungsanordnung für die in Fig. 4 dargestellte Steuersignal-Erzeugungsschaltung im einzelnen beschrieben. In dieser Schaltung wird Digitalinformation als Eingangssignal SI zugeführt. Daher führt diese Steuersignal-Erzeugungsschaltung eine digitale Signalverarbeitung aus.
In der Steuersignal-Erzeugungsschaltung der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung, wie in Fig. 16 dargestellt, empfängt eine Signalverarbeitungsschaltung 112 ein Absolutwertsignal SI, das aus einer Folge digitaler Information gebildet ist, die von der Absolutwertschaltung 5 über die Einhüllendendetektorschaltung 111 in der Signalverarbeitungsschaltung 112 ausgegeben wird, und es werden zwei normierte digitale Signale SOM und SOE an die Logarithmusumsetzerschaltung 7 (siehe Fig. 3) ausgegeben.
Daher empfängt, wie in Fig. 17 dargestellt, die Einhüllendendetektorschaltung 111 sequentiell das Absolutwertsignal S1, das von der Absolutwertschaltung 5 auf Grundlage des digitalen Audiosignals SI ausgegeben wird und aus 16 positiven Bits besteht, die aus Daten im Zweierkomplement gebildet wurden, und die dann ein digitales Produktsignal S2 an die Signalverarbeitungsschaltung 112 ausgibt, das mit einer vorgegebenen Einschwingzeit ansteigt oder mit einer vorgegebenen Abklingzeit abfällt, abhängig von der Änderung der Werte des Absolutwertsignals S1.
D.h., daß in der Einhüllendendetektorschaltung 111 eine Subtrahierschaltung 113 das Absolutwertsignal S1 und über eine Verzögerungsschaltung 114 ein Verzögern des einhüllenden Erfassungssignal DS2, das ein Signal ist, das durch Verzögern des digitalen Produktsignals S2 entsprechend dem Absolutwertsignal S1 um eine Taktperiode erhalten wurde, empfängt und daraufhin ein Signal SR für die Differenz zwischen dem Absolutwertsignal S1 und dem verzögerten Einhüllendenerfassungssignal DS2 sowohl an eine Multiplizierschaltung 115 als auch an eine Modusdetektorschaltung 118 ausgibt.
Daher wird ein Differenzsignal SR von positivem Wert erzeugt, wenn der Wert des Absolutwertsignals SI größer als derjenige des verzögerten Einhüllendenerfassungssignals DS2 ist, wodurch ermittelt werden kann, daß sich die Amplitude des digitalen Audiosignals SI in ansteigendem Zustand befindet.
Umgekehrt wird, wenn der Wert des Absolutwertsignals S1 kleiner als derjenige des verzögerten Einhüllendenerfassungssignals DS2 ist, ein Differenzsignal SR mit negativem Wert erzeugt, woraus dann bekannt ist, daß sich die Amplitude des digitalen Audiosignals SI in absteigendem Zustand befindet.
Die Modusdetektorschaltung 118 erfaßt den Wert des Differenzsignals SR, und wenn der Wert desselben positiv oder null ist (nachfolgend als "Einschwingmodus" bezeichnet), schaltet sie auf einen solchen Wert des Einschwingzeit- Steuersignals SA, daß die Verstärkung der Multiplizierschaltung 115 so eingestellt wird, daß ihr Wert 0,02 wird.
Im Gegensatz hierzu wird, wenn der Wert des Differenzsignals SR negativ ist (nachfolgend als "Abklingmodus" bezeichnet), die Verstärkung der Multiplizierschaltung 115 so eingestellt, daß sie null wird.
Infolgedessen wird das Ausgangssignal im Abklingmodus auf null gesetzt, während im Einschwingmodus ein Ausgangssignal erhalten wird, dessen Wert der Wert des Signals SR der Differenz zwischen dem verzögerten Einhüllendenerfassungssignal DS2 und dem Absolutwertsignal S1 multipliziert mit 0,02 ist.
Andererseits empfängt eine Multiplizierschaltung 116 das verzögerte Einhüllendenerfassungssignal DS2 und gleichzeitig ein Abklingzeit-Steuersignal SR, und sie gibt dann ein Ausgangssignal aus, dessen Wert das 0,9998-fache des Wertes des verzögerten Einhüllendenerfassungssignals DS2 ist.
Eine Addierschaltung 117 addiert die Ausgangssignale der Multiplizierschaltungen 115 und 116 und gibt die Summe als digitales Produktsignal S2 aus.
Daher kann die Einhüllendenerfassungsschaltung 111 im Abklingmodus durch eine Ersatzschaltung repräsentiert werden, wie sie in Fig. 18 dargestellt ist, und wenn der Wert des digitalen Produktsignals S2 mit y(n) bezeichnet wird, der Wert des verzögerten Einhüllendenerfassungssignals DS2 mit y(n-1) bezeichnet wird und die Verstärkung der Multiplizierschaltung 116 mit KR bezeichnet wird, wird eine Beziehung erhalten, wie sie nachfolgend wiedergegeben ist:
y(n) = KR·y(n-1) (3).
Im Ergebnis kann selbst dann, wenn der Wert des Absolutwertsignals S1 sich von seinem Maximalwert auf seinen Minimalwert ändert, ein solches digitales Produktsignal S2 erhalten werden, das seinen Wert langsam abhängig von der Verstärkung KR der Multiplizierschaltung 116 verringert. In diesem Fall ist es bekannt, da die Verstärkung KR auf 0,9998 gewählt ist, daß selbst dann, wenn der Wert des digitalen Produktsignals 52, wie er eine Taktperiode zuvor erhalten wurde, der Maximalwert von 16-Bit-Daten ist, und der Wert des Absolutwertsignals S1 der Minimalwert von 16-Bit-Daten ist, nur höchstens eine Bitposition für eine Bitverschiebung erforderlich ist, um das digitale Produktsignal S2 in Bezug auf das digitale Produktsignal S2 zu normieren, wie es eine Taktperiode früher erhalten wurde.
In der Praxis kann, wie dies durch Fig. 19 veranschaulicht wird, da die Abtastfrequenz im CD-Plattenspieler auf 48 kHz eingestellt ist, ein praktisch ausreichender Wert, um 50 ins als Abklingzeit dadurch erhalten werden, daß die Verstärkung KR der Multiplizierschaltung 116 auf den Wert 0,9998 gewählt ist.
Im Gegensatz dazu, kann im Einschwingmodus, da die Verstärkung KR durch
KR = 0,9998 1 (23)
gegeben ist, die Schaltung durch eine Ersatzschaltung repräsentiert werden, wie sie in Fig. 20 dargestellt ist, und wenn die Verstärkung der Multiplizierschaltung 115 mit KA bezeichnet wird und der Wert des Absolutwertsignals S1 mit x(n) bezeichnet wird, kann ein Differenzsignal SR erhalten werden, dessen Wert Z(n) wie folgt wiedergegeben wird:
Z(n) = x(n)-y(n-1) (24).
Daher kann durch die Addierschaltung 117 ein digitales Produktsignal S2 erhalten werden, dessen Wert y(n) wie folgt wiedergegeben wird:
y(n) = y(n-1) + Z(n)·KA
= y(n-1) + {x(n)-y(n-1)}·KA (25).
Daher ist bekannt, daß, obwohl der Wert des digitalen Produktsignals S2 sich am stärksten ändert, wenn der Wert des digitalen Produktsignals S2 minimal war und darauf folgend ein Absolutwertsignal S1 mit Maximalwert eingegeben wird, durch Einstellen der Verstärkung KA der Multiplizierschaltung 115 auf den Wert 0,02 bezogen auf das digitale 16-Bit- Produktsignal S2, eine Normierung des digitalen 16-Bit-Produktsignals S2 durch Bitverschiebung um nur höchstens neun Bitpositionen in bezug auf das eine Taktperiode zuvor erhaltene digitale Produktsignal S2 erzielt wird.
In der Praxis kann, wie durch Fig. 21 veranschaulicht, für die Einschwingzeit ein praktisch ausreichender Wert um 1 ms wegen der Einstellung der Verstärkung KA der Multiplizierschaltung 116 auf den Wert 0,02 erhalten werden.
So kann in der Einschwingzeit von 1 ins und der Abklingzeit von 50 ms ein aus einer Folge von Digitalinformation gebildetes digitales Produktsignal S2 erhalten werden, dessen Pegel sich dem Amplitudenwert des Absolutwertsignals S&sub1; folgend ändert.
Die Signalverarbeitungsschaltung 112 empfängt mit ihrer Multiplizierschaltung 120 das digitale Produktsignal S2 und gibt aus dieser ein digitales Produktsignal SM auf Grundlage eines von einem Schieberegister 22 ausgegebenen Steuersignals SC aus, und sie sorgt dafür, für einen Bitverschiebungsvorgang vor der Digitalinformation des digitalen Produktsignals S2 um eine Bitverschiebungsgröße, wie sie zur Normierung der Digitalinformation des eine Taktperiode zuvor erhaltenen digitalen Produktsignals S2 erforderlich ist.
D.h., daß eine Schieberegisterschaltung 122, die aus einer Schaltung eines 15-Bit-Umkehrschieberegisters aufgebaut ist, so ausgebildet ist, daß sie auf ein von einer Normierungsschaltung 123 ausgegebenes Bitverschiebesignal SST hin dafür sorgt, daß ein Datenwert vom logischen Wert "1" in der Schieberegisterschaltung 122 abgespeichert wird, der jeweils um eine Bitposition zu verschieben ist.
Daher ist die Ausbildung in der Schieberegisterschaltung 122 für den Fall, daß ein Bitverschiebungsvorgang um m Bitpositionen auf die Digitalinformation angewandt wurde, um das eine Taktperiode früher empfangene digitale Produktsignal S2 zu normieren, dergestallt, daß der logische Wert des m-ten Bits ausgehend vom geringstsignifikanten Bit (LSB) logisch "1" ist.
Die Schieberegisterschaltung 122 gibt auf Grundlage des vorstehend genannten logischen Pegels ein Steuersignal SC so aus, daß von ihr ein digitales Produktsignal SM an die Normierschaltung 123 ausgegeben wird, dessen Wert das 2m-fache desjenigen des in die Multiplizierschaltung 120 eingegebenen digitalen Produktsignals S2 ist.
Da zu diesem Zeitpunkt höchstens neun Bitpositionen und eine Bitposition einer Bitverschiebung für Normierung sowohl im Einschwingmodus als auch im Abklingmodus in bezug auf die eine Taktperiode früher verarbeitete Digitalinformation erforderlich sind, ist die Ausbildung dergestalt, daß an die Normierungsschaltung 123 Digitalinformation ausgegeben wird, die um eine Bitlänge von neun Bits länger ist als diejenige Digitalinformation, die in die Multiplizierschaltung 120 eingegeben wurde (d. h., diejenige, die aus einer Bitlänge von insgesamt 25 Bits besteht).
So wird die Digitalinformation des der Normierungsschaltung 123 zugeführten digitalen Produktsignals SM in diese eingegeben, nachdem an ihr ein Bitverschiebungsvorgang mit einer Verschiebung um "m" Bits ausgeführt wurde, was zum Normieren der eine Taktperiode zuvor verarbeiteten Digitalinformation erforderlich war.
Die Normierungsschaltung 123 empfängt von der Modusdetektorschaltung 118 abhängig vom Einschwingmodus oder vom Abklingmodus ein Moduserfassungssignal SD, und sie normiert, wie dies in Fig. 22 dargestellt ist, das digitale Produktsignal SM abhängig vom Moduserfassungssignal SD so, daß der logische Wert des zweiten Bits ausgehend vom höchstsignifikanten Bit (MSB) der Daten von 16 Bit Länge logisch "1" wird (Fig. 22(A)).
Genauer gesagt, wird im Einschwingmodus ein digitales Produktsignal SM, dessen Bits verschoben sind, und dessen logische Wert der zwei Bits in den höchsten Positionen der 25 Bit langen Daten desselben logisch "0" und "1" sind (Fig. 22(B)), oder dessen logische Werte der 2 Bits in den höchsten Positionen desselben beide "0" sind (Fig. 22(C)) in die Normierungsschaltung 123 eingegeben.
Dann erfaßt die Normierungsschaltung 123 den logischen Wert des zweiten Bits ausgehend vom höchstsignifikanten Bit und führt den Bitverschiebungsvorgang an der digitalen Information zum höchsten Rang hin aus, bis der logische Wert des fraglichen Bits logisch "1" wird. Ferner gibt sie das Bitverschiebesignal SST entsprechend dem zugeführten Bitverschiebungsausmaß aus, und sie gibt gleichzeitig die 16 Bits hoher Ordnung der Digitalinformation nach der Bitverschiebung an die Logarithmusumsetzerschaltung 7 (Fig. 3) als Mantisse für das Einhüllendenerfassungssignal SOM aus.
Andererseits wird im Abklingmodus, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist, ein digitales Produktsignal SM, dessen Bits so angeordnet sind, daß die logischen Wert der Bits ausgehend vom höchstsignifikanten Bit bis zum zehnten Bit der 25 Bit langen Daten in Folge logisch "0" sind und der logische Wert des 11-ten Bits logisch "1" ist (Fig. 23(A)), oder bei dem die logischen Werte der Bits ausgehend vom höchstsignifikanten Bit bis zum 11-ten Bit in Folge logisch "0" sind und der logische Wert des 12-ten Bits logisch "1" ist (Fig. 23(B)) in die Normierungsschaltung 123 eingegeben.
Daher erfaßt die Normierungsschaltung 123 im Abklingmodus den logischen Wert des 11-ten Bits, ausgehend vom höchstsignifikanten Bit, und wenn der logische Wert dieses Bits logisch "0" ist, sorgt sie für eine Bitverschiebung um eine Bitposition zum höchstsignifikanten Bit hin.
Infolge hierauf gibt die Normierungsschaltung 123 im Abklingmodus einen Datenwert mit einer Länge von 16 Bits ausgehend vom geringstsignifikanten Bit als Exponent der normierten Daten aus. So kann der Exponent des normierten Einhüllendenerfassungssignals SOM sowohl im Einschwingmodus als auch im Abklingmodus erhalten werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird aufgrund der zuvor ausgeführten Bitverschiebung um das Bitverschiebungsausmaß "m", das zum Normieren des um eine Taktperiode zuvor verarbeiteten digitalen Produktsignals SM erforderlich war, eine Normierung des digitalen Produktsignals SM im Einschwingmodus dadurch erzielt, daß nur Bitverschiebung um höchstens neun Bitpositionen ausgeführt wird, oder Normierung des digitalen Produktsignals SM im Abklingmodus wird dadurch erzielt, daß nur Bitverschiebung um höchstens eine Bitposition ausgeführt wird.
Daher kann im Vergleich zum Fall beim Stand der Technik, wo Digitalinformation sequentiell normiert wird, die Gesamtanzahl von Bitverschiebungen im vorliegenden Fall entsprechend der Normierung verringert werden, die zuvor gemäß dem Ausmaß ausgeführt wurde, das zur Normierung erforderlich war, wie sie eine Taktperiode zuvor ausgeführt wurde.
Infolgedessen kann die zur Bitverschiebung erforderliche Verarbeitungszeit entsprechend verkürzt werden und die Verarbeitung kann vereinfacht werden, und es kann eine Signalverarbeitungsschaltung mit entsprechend vereinfachtem Schaltungsaufbau insgesamt erzielt werden.
In Verbindung mit der beschriebenen Anordnung erhöht oder erniedrigt eine Zählerschaltung 124, die aus einem Umkehrzähler besteht, ihren Zählwert, wie er einen Takt zuvor erhalten wurde, abhängig vom Bitverschiebungssignal SST und aktualisiert dadurch den Exponenten des Einhüllendenerfassungssignals SOE abhängig von der Mantisse des Einhüllendenerfassungssignals SOM, wie es eine Taktperiode zuvor erhalten wurde, und sie gibt den Exponenten des Einhüllendenerfassungssignals SOE an die Logarithmusumsetzerschaltung 7 (Fig. 3) aus.
Zur selben Zeit verschiebt die Schieberegisterschaltung 122 das Bit mit dem logischen Wert "1" abhängig vom Bitverschiebesignal SST und zeichnet dadurch das Bitverschiebungsausmaß auf, wie es für Normierung der Digitalinformation in der aktuellen Taktperiode erforderlich ist.
Auf die beschriebene Weise werden die in den Exponenten SOE und die Mantisse SOM unterteilten Einhüllendenerfassungssignale ausgegeben und durch die Logarithmusumsetzerschaltung 7, die Abschneideschaltung 8, die Multiplizierschaltung 10 und die Exponentialumsetzerschaltung 11 (Fig. 3) hindurchgeleitet, wodurch ein spezielles Steuersignal SG erhalten werden kann, und dadurch kann eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung realisiert werden, die insgesamt einen kleinen Rechenfehler aufweist, zu Hochgeschwindigkeitsverarbeitung in der Lage ist und insgesamt eine vereinfachte Schaltungsanordnung aufweist.
Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird das digitale Audiosignal SI in das Absolutwertsignal S1 umgesetzt und dann in die Einhüllendendetektorschaltung 111 eingegeben.
Im Ergebnis wird durch die Einhüllendendetektorschaltung 111 ein digitales Produktsignal S2 erhalten, das sich mit einer vorgegebenen Einschwingzeit oder Abklingzeit verändert.
In der Signalverarbeitungsschaltung 112 wird das digitale Produktsignal S2 vorab einer Bitverschiebung um ein Bitverschiebungsausmaß unterzogen, wie es zum Normieren des digitalen Produktsignals S2 erforderlich ist, das eine Taktperiode zuvor erhalten wurde, und dann wird es einer Bitverschiebung in der Normierungsschaltung 123 abhängig von der vor zunehmenden Normierung im Einschwingmodus oder Abklingmodus unterzogen.
Im Ergebnis werden in der Normierungsschaltung 123 und der Zählerschaltung 124 die Mantissen- und Exponenteninformation für das digitale Produktsignal S2 entsprechend dem Bitverschiebungssignal SST erhalten, wie es von der Normierungsschaltung 123 ausgegeben wird, und so werden die normierten Einhüllendenerfassungssignale SOM und SOE von der Signalverarbeitungsschaltung 112 ausgegeben.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung kann aufgrund der Normierung des digitalen Produktsignals S2, wie sie ausgeführt wird, nachdem das von der signalen Verarbeitungsschaltung 112 empfangene Signal einer Bitverschiebung um das Bitverschiebungsausmaß unterzogen wurde, das für die Normierung erforderlich war, die eine Taktperiode zuvor ausgeführt wurde, eine Signalverarbeitungsschaltung erhalten werden, die insgesamt eine einfachere Signalverarbeitung in kürzerer Verarbeitungszeit ausführt, und die ferner insgesamt eine einfachere Schaltungsanordnung aufweist.
Daher kann eine steuersignal-Erzeugungsschaltung mit entsprechend einfacherem Schaltungsgesamtaufbau erhalten werden, die kleinere Fehler erzeugt und die dazu in der Lage ist, schnellere Funktionsverarbeitung auszuführen.
Obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, daß die Einschwingzeit und die Abklingzeit auf 1 ms und 50 ms eingestellt sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern sie kann in weitem Umfang auf andere Fälle angewendet werden, in denen ein digitales Signal, das hinsichtlich verschiedener Werte der Einschwingzeit und der Abklingzeit variiert, einem Normierungsprozeß mit Gleit-Arithmetik unterzogen wird.
Wenn die Einschwingzeit und die Abklingzeit verändert werden, kann die Länge der in die Normierungsschaltung eingegebenen Digitalinformation geeignet abhängig von der geänderten Einschwingzeit und Abklingzeit verändert werden und es können in der Normierungsschaltung entsprechende Bitverschiebungsprozesse ausgeführt werden.
Anschließend wird eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 24 beschrieben.
In Fig. 24 wird ein Eingangssignal S1, das aus einem digitalen Audiosignal mit der Amplitude "x" besteht, über eine Absolutwertschaltung 5 einem Einhüllendendetektor 6 zugeführt, um die Einhüllende zu erfassen, so daß ein Meßsignal SL erhalten wird, das einen Signalpegel aufweist, der proportional zum Signalpegel "X" des Eingangssignals SI ist. Multiplizierschaltungen M&sub1;, M&sub2;, M&sub3;, . . ., MN (wobei N eine ganze Zahl ist), die seriell miteinander verbunden sind, um Multiplizierschaltungen in N-Reihenschaltung zu bilden, empfangen das Meßsignal SL an jedem ihrer Eingangsanschlüsse. Demgemäß werden die Verstärkungen dieser Multiplizierschaltungen abhängig vom Signalpegel dieses Meßsignals SL eingestellt.
Das Meßsignal SL wird einem Ende der Multiplizierschaltung M&sub1; als Eingangssignal zugeführt.
Im Ergebnis wird in der Multiplizierschaltung M&sub1; unter der Annahme, daß der Signalpegel des Meßsignals SL mit der Proportionalitätskonstanten 1 indirekt proportional zum Signalpegel "X" des Eingangssignals SI ist, ein Signalpegel "Y&sub1;" eines Multiplikationssignals SM1 erhalten, dessen Pegel wie folgt wiedergegeben ist:
y&sub1; = x² (26)
Im Gegensatz hierzu wird in der folgenden Multiplizierschaltung M&sub2; ein anderer Signalpegel "y&sub2;" eines Multiplikationssignals SM2 erhalten, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:
y&sub2; = y&sub1;·x = x³ (27)
Infolgedessen können in den Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN Signalpegel y&sub1;, y&sub2;, y&sub3;, . . ., yN für die jeweiligen Multiplikationssignale SM1, SM2, SM3, . . ., SMN erzeugt werden, die durch die folgende Bildungsformel wiedergegeben werden:
= xn+1
n = 1, 2, 3, . . ., N (29).
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung bilden die Absolutwertschaltung 5 und die Einhüllendendetektorschaltung 6 zusammen eine Detektoreinrichtung zum Erfassen des Signalpegels des Eingangssignals SI, wohingegen die Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN eine Multipliziereinrichtung bilden, um eine Multiplikation der Detektorergebnisse mit einer vorgegebenen Multiplikationszahl mit einem Koeffizienten auszuführen, der abhängig von den Detektorergebnissen festgelegt wird, die von der Detektoreinrichtung erhalten werden.
Darüber hinaus weist diese Steuersignal-Erzeugungsschaltung (N+1) Sätze von Gewichtungsschaltung A&sub0;, A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, . . ., AN auf, die aus Verstärkerschaltungen bestehen, und sie gibt sowohl das Eingangssignal S&sub1; als auch die jeweiligen Multiplikationssignale SM1, SM2, SM3, . . ., SMN über die jeweiligen Gewichtungsschaltungen A&sub0;, A&sub1;, . . ., AN an die Addierschaltung 229 aus.
Demgemäß kann, wenn die Gewichtungskoeffizienten der jeweiligen Gewichtungsschaltungen A&sub0;, A&sub1;, . . ., AN durch Werte C&sub0;, C&sub1;, C&sub2;, C&sub3;, . . ., CN ausgedrückt werden, ein Ausgangssignal SA0 mit einem Signalpegel yA0 über die erste Gewichtungsschaltung A&sub0; erhalten werden, das durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
yA0 = C&sub0;x (30).
Im Gegensatz hierzu können in den restlichen Gewichtungsschaltungen A&sub1; bis AN Ausgangssignale SA1, SA2, SA3, SAN mit dem Signalpegel yAN erhalten werden, die allgemein durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
yAN = Cnyn
= Cnxn+1 (31).
Die Addierschaltung 229 empfängt die vorstehend beschriebenen Ausgangssignale SA0 bis SAN und auch das von einer Koeffizientenerzeugungsschaltung 228 gewonnene Ausgangssignal SA-1 (dessen Signalpegel einem Signalpegel entspricht, wie er durch einen Wert C&submin;&sub1; ausgedrückt wird, entsprechend den Ausgangssignalen SA0 bis SAN), und sie gibt dann das sich ergebende Summensignal als Steuersignal SG1 aus.
Infolgedessen kann über die Addierschaltung 229 aus den vorstehend beschriebenen Gleichungen (30) und (31) ein Steuersignal SG1 mit dem Signalpegel yG1 erzeugt werden, der durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
Wie zuvor im einzelnen beschrieben, bilden die Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN eine Gewichtungseinrichtung zum Gewichten des Meßsignals SL und der Multiplikationssignale SM1 bis SMN mit vorgegebenen Gewichtungsausmaßen, wohingegen die Addierschaltung 229 eine Addiereinrichtung bildet, um die Ausgangssignale SA0 bis SAN aufzusummieren, die durch den Gewichtungsvorgang erhalten wurden.
Demgemäß kann dann, wenn eine Dynamik-Kompression/Expansion- Schaltung aus der vorstehend definierten Schaltungsanordnung besteht, durch Einstellen der Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN und der Gewichtungskoeffizienten C&sub1; bis CN der Koeffizientenerzeugungsschaltungen 228 auf vorgegebene Werte eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, wie sie durch eine Formel für eine Funktion hoher Ordnung gekennzeichnet wird. Im Ergebnis kann eine solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt werden, daß das Dynamikkompressionsverhältnis sich komplex ändert, mit einer insgesamt einfacheren Schaltungsanordnung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 25 wird nun ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Multiplizierschaltung 3 und des Steuersignalgenerators 4, wie in Fig. 4 dargestellt, beschrieben.
In Fig. 25 kennzeichnet die Bezugsziffer 320 insgesamt sowohl die Multiplizierschaltung 30 als auch den Steuersignalgenerator 4, wie in Fig. 4 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung empfängt als Eingangssignal am nichtinvertierenden Eingangsanschluß einer Operationsverstärkerschaltung 32 mit einer ausreichenden Verstärkung von mehr als 50 dB ein Tonsignal SI und sie liefert über den Ausgangsanschluß der vorstehend genannten Operationsverstärkerschaltung 321 ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1;, das auf Dynamik-Kompression/Expansion-Weise verarbeitet wurde.
Die Operationsverstärkerschaltung 321 weist einen Widerstand 322 auf, der als erster Rückkopplungskreis fungiert, durch den die Amplitudenverstärkung selbst dann auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, wenn sich der Signalpegel des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; ändert. Auch weist diese Operationsverstärkerschaltung 321 einen zweiten Rückkopplungskreis auf, der aus einer Multiplizierschaltung 323, deren Amplitudenverstärkung entsprechend ansteigt, wenn der Signalpegel des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; ansteigt, und auch aus einer Einhüllendendetektorschaltung 324 zum Einstellen der Amplitudenverstärkung dieser Multiplizierschaltung 323 aufgebaut ist.
Genauer gesagt, erzeugt die Einhüllendendetektorschaltung 324 ein Steuersignal SG1, das direkt proportional zum Ausgangssignal SL1 dieser Multiplizierschaltung 323 ist, und zwar auf das Ausgangssignal SL1 hin, damit die Amplitudenverstärkung der Multiplizierschaltung 323 eingestellt wird. Infolgedessen kann die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Multiplizierschaltung 323 auch den Signalpegel des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; hin verändert werden.
Darüber hinaus wird das Ausgangssignal SL1 der Multiplizierschaltung 323 über einen Widerstand 325 dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 321 zugeführt, der über einen Widerstand 326 mit Masse verbunden ist, zusammen mit dem Ausgangssignal SL2 des Widerstands 322, so daß das vom ersten und zweiten Rückkopplungskreis gewonnene Summensignal auf die Operationsverstärkerschaltung 321 rückgekoppelt wird.
Infolgedessen bildet, wie dies durch Fig. 26 veranschaulicht wird, wenn angenommen wird, daß die Schaltung 320 durch eine Ersatzschaltung repräsentiert wird, die Einhüllendendetektorschaltung 324 eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung 323, wohingegen die Multiplizierschaltung 323 eine Amplitudenmodulationsschaltung 330 bildet, deren Amplitudenverstärkung sich abhängig vom Steuersignal SG1 ändert, und es ist auch der zweite Rückkopplungskreis 331 zusammen mit der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 329 aufgebaut.
Im Gegensatz hierzu bildet der Widerstand 326 eine Addierschaltung 333 zum Addieren der beiden Ausgangssignale SL1 und SL2 des ersten und zweiten Rückkopplungskreises 332 und 331, wie vom Widerstand 322 gebildet, und die Operationsverstärkerschaltung 321 bildet eine Subtrahierschaltung 334, die das Ausgangssignal der Addierschaltung 333 vom Tonsignal SI subtrahiert, und sie bildet auch eine Verstärkerschaltung 335 mit vorgegebener Verstärkung.
Demgemäß besteht die Schaltung 320 aus einer Rückkopplungsverstärkerschaltung mit zwei Rückkopplungskreisen 321 und 332, so daß die Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken sowohl des ersten als auch des zweiten Rückkopplungskreises 332 und 331 die Charakteristik der gesamten Schaltung 320 bestimmen.
Es ist zu beachten, daß in der in Fig. 25 dargestellten 10 Schaltung 320 die Rückkopplungsverstärkungen im ersten und zweiten Rückkopplungskreis 332 und 331 miteinander übereinstimmen, wenn ein Tonsignal S&sub1; eingegeben wird, das einen vorgegebenen Signalpegel aufweist. Gleichzeitig ist im ersten Rückkopplungskreis 332 die Gesamtverstärkung der Schaltung 320 auf den Wert 1 eingestellt.
Infolgedessen kann in der in Fig. 25 dargestellten Schaltung 320 eine solche Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die durch die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des ersten oder zweiten Rückkopplungskreises 332 oder 331 an der Grenze des Signalpegels bestimmt wird. Wenn der Signalpegel des Ausgangssignals ansteigt, steigt die Amplitudenverstärkung der Multiplizierschaltung 323 entsprechend an, so daß bei einer Zunahme des Signalpegels des Tonsignals SI an der Grenze des Signalpegels eine Schaltung 320 erhalten werden kann, deren Eingangs/Ausgangs-Charakteristik sich ändert, die durch den ersten Rückkopplungskreis 323 und den zweiten Rückkopplungskreis 321 festgelegt werden kann. Demgemäß kann, wenn der Signalpegel auf den am Schwellenpunkt erhaltenen Signalpegel eingestellt wird, eine Schaltung 320 mit einer Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die sich an der Grenze dieses Schwellenpunkts zur Eingangs/Ausgangs-Charakteristik ändert, wie sie durch den ersten und zweiten Rückkopplungskreis 323 und 331 festgelegt wird.
Darüber hinaus kann, da das vom ersten und zweiten Rückkopplungskreis 332 und 331 gelieferte Summensignal rückgekoppelt wird, die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, die an der Grenze des Schwellenpunkts durch den ersten Rückkopplungskreis 332 festgelegt werden kann, zur Eingangs/Ausgangs-Charakteristik geändert werden, die durch den zweiten Rückkopplungskreis 331 festgelegt wird.
Demgemäß kann, wenn beide Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken des ersten und zweiten Rückkopplungskreises 332 und 331 in gewünschter Weise gewählt werden, die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Schaltung 320 gleichmäßig auf solche Weise geändert werden, daß sie sich von der durch den ersten Rückkopplungskreis 323 festgelegten Eingangs/Ausgangs-Charakteristik auf die durch den zweiten Rückkopplungskreis 331 festgelegte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik ändert.
Wenn dabei die Amplitude des Ausgangssignals S&sub0;&sub1; einem Wert x&sub1; entspricht, und wenn auch die Amplitude des von der Multiplizierschaltung 323 gewonnenen Ausgangssignals SL1 einem Wert y&sub1; entspricht, und wenn ferner die Verstärkung der Multiplizierschaltung 323 einem Wert g&sub1; entspricht, wird die folgende, eine Beziehung wiedergebende Gleichung erhalten:
y&sub1; = g&sub1;x&sub1; (33).
Demgegenüber wird, wenn in der Einhüllendendetektorschaltung 324 die Proportionalitätskonstante einem Wert "m" entspricht, eine andere Beziehung erhalten, wie sie durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
g&sub1; = m y (34).
Nun wird aus den Gleichungen (33) und (34) die folgende Gleichung erhalten, wenn die Proportionalitätskonstante "m" den Wert 1 hat:
y = y x (35).
Demgemäß wird durch Vereinfachen der Gleichung (35) die folgende Gleichung erhalten:
x = 1 (36)
Infolgedessen kann, wie dies durch Fig. 27 veranschaulicht wird, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik für die Amplitudenverstärkung des zweiten Rückkopplungskreises 331 erhalten werden, gemäß der sich der Ausgangspegel in bezug auf den Eingangspegel bis zum unendlichen Signalpegel ändert.
Demgemäß kann, wie dies in Fig. 28 dargestellt ist, im ersten Rückkopplungskreis 332 eine solche Eingangs/Ausgangs- Charakteristik erhalten werden, daß sich bei der Proportionalitätskonstanten 1 der Ausgangspegel direkt proportional zum Eingangspegel ändert.
Infolgedessen kann, wie dies durch Fig. 29 veranschaulicht ist, für das vom ersten und zweiten Rückkopplungskreis 332 und 331 gewonnene Summensignal die folgende Eingangs/Ausgangs-Charakteristik an der Grenze des Eingangspegels erhalten werden, bei der die beiden Ausgangspegel des ersten und zweiten Rückkopplungskreises 332 und 331 einander gleichwerden. Genauer gesagt, wird die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik gleichmäßig ausgehend von der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des ersten Rückkopplungskreises 332, wie durch Fig. 23 beschrieben, abhängig von einer Zunahme des Eingangspegels auf diejenige des zweiten Rückkopplungskreises 331 geändert.
Demgemäß wird die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der gesamten Schaltung 320 durch die Umkehrcharakteristik des ersten und zweiten Rückkopplungskreises 322 und 321 wiedergegeben, wie durch Fig. 30 veranschaulicht. Das Dynamikkompressionsverhältnis CR kann gleichmäßig bezogen auf die Grenze des Schwellenpunkts geändert werden (0 dB beim Eingangssignal beim bevorzugten Ausführungsbeispiel), ausgehend vom Wert 1, wie er durch die Proportionalitätskonstante "1" repräsentiert wird, bis zum Wert unendlich, wie er durch die Proportionalitätskonstante "0" repräsentiert wird.
Darüber hinaus besteht beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der erste Rückkopplungskreis 323 aus einer Widerstandsschaltung, und der zweite Rückkopplungskreis 331 besteht aus der Einhüllendendetektorschaltung 324 zum Einstellen der Verstärkung der Multiplizierschaltung 323, so daß die Amplitudenverstärkungen des ersten und des zweiten Rückkopplungskreises 332 und 331 mit extrem hoher Genauigkeit eingestellt werden können.
Infolgedessen kann der Signalpegel beim Schwellenpegel mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, und da die gesamte Schaltung als Rückkopplungskreis ausgebaut ist, kann insgesamt eine höhere Stabilität z. B. hinsichtlich der Temperatur, der Versorgungsspannung usw. erzielt werden.
Bei einem praktischen Fall muß bei der herkömmlichen Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung der Signalpegel am Schwellenpunkt durch ein Schaltungsnetzwerk eingestellt werden, das ein nichtlineares Schaltungselement wie die Abschneideschaltung verwendet. Infolgedessen existiert keine wirkungsvolle Lösung zum Verhindern einer Änderung des Betriebspegels des nichtlinearen Schaltungselements, und es besteht auch die Schwierigkeit, daß die Temperaturcharakteristik insgesamt nicht ausreichend stabil ist.
Jedoch können durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung diese herkömmliche Schwierigkeiten wirkungsvoll überwunden werden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau kann, wenn der Signalpegel des Tonsignals SI kleiner als der Schwellenpunkt ist, die gesamte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Schaltung 320 durch die Amplitudenverstärkung des Widerstands 322, der den ersten Rückkopplungskreis 332 bildet, eingestellt werden, und daher kann eine Eingangs/Ausgangs- Charakteristik eingestellt werden, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis CR insgesamt dem Wert 1 entspricht.
Demgegenüber wird, wenn der Signalpegel des Tonsignals SI allmählich ansteigt, das Dynamikkompressionverhältnis CR allmählich aufgrund der Amplitudenverstärkung des zweiten Rückkopplungskreises 331 entsprechend geändert. Wenn der Signalpegel des Tonsignals SI den Schwellenpunkt übersteigt, kann eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis CR aufgrund des Vorhandenseins des zweiten Rückkopplungskreises 331 unendlich wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau wird ein zweiter Rückkopplungskreis, dessen Amplitudenverstärkung abhängig vom Signalpegel des Eingangssignals verändert wird, bezogen auf den ersten Rückkopplungskreis verwendet, dessen Signalpegel konstant ist, mit dem Ergebnis, daß die gesamte Schaltung einfach aufgebaut sein kann, mit einer Eingangs/ Ausgangs-Charakteristik der Schaltung, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis CR gleichmäßig vom Wert 1 auf den Wert unendlich geändert wird.
Darüber hinaus kann durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, da die gesamte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Schaltung 320 durch das Summensignal für den ersten und zweiten Rückkopplungskreis bestimmt werden kann, selbst wenn ein nichtlineares Schaltungselement im ersten und zweiten Rückkopplungskreis verwendet wird, das Dynamikkompressionsverhältnis CR in bezug auf den gewünschten Schwellenpunkt geändert werden. Infolgedessen kann der Schwellenpunkt insgesamt mit hoher Genauigkeit im Vergleich zum Fall bei einer herkömmlichen Schaltungsanordnung eingestellt werden, und es kann auch eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung erhalten werden, die stabile Temperaturcharakteristik aufweist.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 31 eine Schaltungsanordnung beschrieben, bei der die Schaltung von Fig. 25 bei dem in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
In der in Fig. 31 dargestellten Schaltungsanordnung werden zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher Schaltungselemente wie in Fig. 25 dieselben Bezugsziffern verwendet. Die Bezugsziffer 314 kennzeichnet insgesamt eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung. Eine Hauptsignaldurchlaßschaltung wird durch die in Fig. 25 dargestellte Schaltung 320 gebildet, und für diese Hauptdurchlaßschaltung wird eine Untersignaldurchlaßschaltung verwendet.
Genauer gesagt, empfängt eine Subtrahierschaltung 341 sowohl das Ausgangssignal S&sub0;&sub1; von der Operationsverstärkerschaltung 321 als auch das Tonsignal SI, wohingegen ein Differenzsignal SR vom nichtinvertierenden Eingangsanschluß einer Operationsverstärkerschaltung 342 empfangen wird.
Die Operationsverstärkerschaltung 342, die der Operationsverstärkerschaltung 321 ähnlich ist, weist einen ersten, aus einem Widerstand 343 aufgebauten Rückkopplungskreis sowie eine Einhüllendendetektorschaltung 345 zum Steuern der Multiplizierschaltung 344 und der Verstärkung der Multiplizierschaltung 344 auf. Die Operationsverstärkerschaltung 342 koppelt das Ausgangssignal S&sub0;&sub2; an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß über Widerstände 346 und 347 zurück.
Darüber hinaus empfängt eine Einhüllendendetektorschaltung 345 das Ausgangssignal SL1 der Multiplizierschaltung 323, das in diese Einhüllendenschaltung 345 und in die Multiplizierschaltung 344 eingegeben wird, deren Verstärkung dadurch verändert wird, was ähnlich zum Fall bei der Multiplizierschaltung 323 ist.
Ferner sind die Widerstandswerte der Widerstände 343, 346 und 347 auf solche Weise ausgewählt, daß die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Operationsverstärkerschaltung 342 der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Operationsverstärkerschaltung 321 entspricht.
Dagegen gibt die Addierschaltung 350 das aus den Ausgangssignalen S&sub0;&sub1; und S&sub0;&sub2; der Operationsverstärkerschaltungen 321 und 342 gebildete Summensignal als Ausgangssignal S&sub0;&sub3; der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung 340 aus.
Demgemäß bildet, wenn diese Schaltungsanordnung durch eine Ersatzschaltung wiedergegeben wird, wie sie in Fig. 32 dargestellt ist, wobei dieselben Bezugsziffern dazu verwendet werden, entsprechende Schaltungselemente wie in Fig. 26 zu bezeichnen, die Schaltung 320 die Hauptdurchlaßschaltung 359, wohingegen die Operationsverstärkerschaltung 342 die Verstärkerschaltung 360 und die Subtrahierschaltung 358 bildet.
Darüber hinaus bildet der Widerstand 343 den ersten Rückkopplungskreis 361, wohingegen die Multiplizierschaltung 344 die Amplitudenmodulationsschaltung 362 bildet und die Einhüllendendetektorschaltung 345 die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 363 bildet. Die Amplitudenmodulationsschaltung 362 und die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 363 bilden dann zusammen den zweiten Rückkopplungskreis 365.
Darüber hinaus bilden die beiden Widerstände 346 und 347 die Addierschaltung 366. Die Operationsverstärkerschaltung 342 bildet den ersten und zweiten Rückkopplungskreis und auch die Unterdurchlaßschaltung 370, deren Verstärkung ähnlich wie diejenige der Hauptdurchlaßschaltung 359 auf das Eingangssignal S&sub1; und das Ausgangssignal S&sub0;&sub1; des Hauptdurchlaßsignals 359 sowie das Differenzsignal SR hin geändert wird. Die Operationsverstärkerschaltung 342 addiert ihr Ausgangssignal S&sub0;&sub2; über die Verstärkerschaltung 371 mit vorgegebener Verstärkung zum Ausgangssignal S&sub0;&sub1; der Hauptdurchlaßschaltung 359, um dadurch das Summensignal auszugeben.
Infolgedessen entspricht, da in den in Fig. 32 dargestellten Steuersignal-Erzeugungsschaltungen 329 und 363 das Steuersignal SG1 auf Grundlage des Ausgangssignals SL1 der Amplitudenmodulationsschaltung 330 im Hauptdurchlaßsignal 359 erzeugt wird, die in Fig. 32 dargestellte Schaltungsanordnung der Schaltung, die dadurch gebildet wird, daß die Filterschaltung 23 aus der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung entfernt wird, wenn die Hauptdurchlaßschaltung 359 und die Unterdurchlaßschaltung 370 als Multiplizierschaltung repräsentiert werden, deren Eingangs/Ausgangs-Charakteristik auf den Signalpegel des Eingangssignals hin so verändert wird, wie dies durch Fig. 30 veranschaulicht ist.
Anders gesagt, werden die Hauptdurchlaßschaltung 359 und die Unterdurchlaßschaltung 370 durch die Multiplizierschaltungen 375 bzw. 376 repräsentiert. Die Verstärkungen dieser Multiplizierschaltungen 375 und 376 werden durch das Steuersignal SG2 verändert, wobei das Dynamikkompressionsverhältnis CR im Bereich unter dem Schwellenpunkt dem Wert 1 entspricht, und wobei das Dynamikkompressionsverhältnis CR im Bereich über dem Schwellenpunkt dem Wert unendlich entspricht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 23 wird nun ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei das Wiedergabeverfahren bei dem in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel geändert ist und darüber hinaus diese Schaltungsanordnung erweitert ist.
In Fig. 33 bezeichnet die Bezugsziffer 420 insgesamt eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung. Ein aus einem digitalen Audiosignal bestehendes Eingangssignal SI wird von einer steuersignal-Erzeugungsschaltung 421 und einer Multiplizierschaltung M&sub1; empfangen.
Die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 421 wird auf solche Weise betrieben, daß das Eingangssignal SI über eine Absolutwertschaltung, die durch eine Vollweggleichrichterschaltung gebildet wird, von der Einhüllendendetektorschaltung 424 empfangen wird. Die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 421 gibt das Meßsignal SL direkt proportional zum Signalpegel des Eingangssignals SI über eine reziproke Invertierschaltung 425 als Steuersignal SG1 aus.
Infolgedessen ergibt sich ein Steuersignal SG1 mit dem durch die folgende Gleichung (37) wiedergegebenen Signalpegel, wobei die Proportionalitätskonstante "a&sub1;" für die Amplitude x des Eingangssignals "SI" verwendet ist:
yG1 = 1/(a&sub1;·x) (37).
Durch die Steuersignal-Erzeugungsschaltung 421 wird dieses Steuersignal SG1 an die N-stufig Reihe geschalteten Multiplizierschaltungen M&sub1;, M&sub2;, M&sub3;, . . ., MN ausgegeben, um die Verstärkungen dieser in Reihe geschalteten Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN einzustellen.
Infolgedessen führen die jeweiligen Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN Multiplizierverarbeiten am Eingangssignal unter Verwendung des Koeffizienten x&supmin;¹ aus, wie er durch die folgende Gleichung (38) wiedergegeben wird, um Ausgangssignale zu erhalten:
g = x&supmin;¹ (38).
In die Multiplizierschaltung M&sub1; wird ein Eingangssignal SI eingegeben, das durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
y&sub0; = x (39).
Dagegen wird von der Multiplizierschaltung M&sub1; ein Multiplikationssignal SM1 erhalten, das durch die folgende Gleichung (40) wiedergegeben wird:
y&sub1; = x·g
=1 (40)
Da darüber hinaus das Multiplikationssignal SM1 in die folgende Multiplizierschaltung M&sub2; eingegeben wird, um dort multipliziert zu werden, wird ein anderes Multiplikationssignal SM2 erhalten, das durch die folgende Gleichung (41) erhalten wird:
y&sub2; = y&sub0;·g
= 1·x&supmin;¹
= x&supmin;¹ (41).
So wird in den Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN das Eingangssignal aufeinanderfolgend so multipliziert, daß eine Multiplizierverarbeitung mit der Anzahl "N" ausgeführt wird, die den N-stufig in Reihe geschalteten Multiplizierschaltungen entspricht. In den jeweiligen Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN können Multipliziersignal SM1, SM2, SM3, SMN erhalten werden, die durch die folgende Bildungsgleichung wiedergegeben werden:
yn = yn-1·g
n = 1, 2, 3, . . ., N (42).
Wenn diese Bildungsgleichung (42) vereinfacht wird, können Multiplikationssignale SM1 bis SMN erzeugt werden, die durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
yn = x-(n-1) (43).
Darüber hinaus enthält die Dynamik-Kompression/Expansion- Schaltung 420 (N+1) Gewichtungsschaltungen A&sub0;, A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, . . ., AN, die durch Verstärkerschaltungen ausgebildet sind, und sie gibt das Eingangssignal SI und die jeweiligen Multiplikationssignale SM1, SM2, SM3, . . . SMN über die jeweiligen Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN an die Addierschaltung 429 aus. Darüber hinaus gewichtet die Dynamik-Kompression/ Expansion-Schaltung 420 sowohl das Eingangssignal SI als auch die jeweiligen Multiplikationssignale SM1 bis SMN über Gewichtungskoeffizienten, wie sie durch die Verstärkungen der jeweiligen Gewichtungskoeffizienten A&sub0; bis AN festgelegt werden, und sie gibt das Summensignal als Ausgangssignal S&sub0;&sub1; aus.
Infolgedessen kann, wenn die Gewichtungskoeffizienten der jeweiligen Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN durch die jeweiligen Werte C&sub0;, C&sub1;, C&sub2;, C&sub3;, . . ., CN ausgedrückt werden, ein Ausgangssignal SA0 über die Gewichtungsschaltung A&sub0; auf Grundlage der vorstehend angegebenen Gleichung (39) erhalten werden, das durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
yA0 = C&sub0;·Y&sub0;
= C&sub0;x (44).
Dagegen können in den restlichen Gewichtungsschaltungen A&sub1; bis AN Ausgangssignale SA1, SA2, SA3, . . . SAN aus der oben angegebenen Gleichung (43) erzeugt werden, die durch die folgende Bildungsgleichung wiedergegeben werden:
yAN = CnYn
= Cnx-(n-1) (45).
Infolgedessen kann über die Addierschaltung 429 aus den vorigen Gleichungen (44) und (45) ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1; erhalten werden, das durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
Demgemäß kann, da die Gewichtungskoeffizienten C&sub0; bis CN der Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN auf gewünschte Werte eingestellt sind, eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, die durch die Formel von Gleichung (46) für eine Funktion höherer Ordnung wiedergegeben wird, und daher ist es eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, bei der sich das Dynamikkompressionsverhältnis gleichmäßig und komplex bei einfacherer Schaltungsanordnung ändert.
In einem praktischen Fall, wenn beide Gewichtungskoeffizienten C&sub0; und C&sub1; der Gewichtungsschaltungen A&sub0; und A&sub1; auf den Wert 1 eingestellt sind und die Gewichtungskoeffizienten C&sub2; bis CN der Gewichtungsschaltungen A&sub2; bis AN auf den Wert 0 eingestellt sind, kann ein Ausgangssignal S&sub0;&sub1; erzeugt werden, das ausgehend von der vorigen Gleichung (46) durch die folgende Beziehungsgleichung (47) wiedergegeben wird:
y&sub0;&sub1; = x + 1 (47).
In diesem Fall kann, wie dies durch Fig. 34 veranschaulicht wird, hinsichtlich der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis CR sowohl dem Wert unendlich als auch dem Wert 1 entspricht, was durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben wird:
y = 1 (48)
y = x (49)
eine Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung erhalten werden, die eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik aufweist, bei der sich das Dynamikkompressionsverhältnis gleichmäßig von unendlich zum Wert 1 ändert, und zwar am Schwellenpunkt entsprechend dem Eingangspegel, zu dem die erstgenannte Eingangs/Ausgangs-Charakteristik abgeschnitten wird. Die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik der Dynamik-Kompression/Expansion-Schaltung wird durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben:
y = 1 (48)
y = x (49).
Durch die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung wird von der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 421 ein Steuersignal SG1 auf Grundlage des Eingangssignalpegels des Eingangssignals SI erhalten, und die in Reihe geschalteten Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN führen am Eingangssignal SI auf Grundlage dieses Steuersignals einen Multipliziervorgang mit dem Koeffizienten x&supmin;¹ aus.
Infolgedessen werden von den Multiplizierschaltungen M&sub1; bis MN Multiplikationssignale SM1 bis SMN erhalten, die die jeweiligen Terme der Funktionsformel (N-1)-ter Ordnung hinsichtlich der Amplitude (X) des Eingangssignals SI repräsentieren. Diese Multiplikationssignale werden über die vorgegegebenen Gewichtungskoeffizienten C&sub0; bis CN der Gewichtungsschaltungen A&sub0; bis AN zum Eingangssignal SI summiert und dann ausgegeben, so daß eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden kann, die durch die Funktionsformel der höheren Ordnung (N-1) repräsentiert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung sind die Multiplizierschaltungen miteinander in Reihe geschaltet und die Multiplikationsausgangssignale werden zur Ausgabe zuvor gegebenen Koeffizienten addiert, mit dem Ergebnis, daß eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erzielt werden kann, die durch die Formel für eine Funktion höherer Ordnung hinsichtlich der Amplitude des Eingangssignals repräsentiert wird. Infolgedessen kann eine Dynamik-Kompression/Expansion- Schaltung mit einfacherer Schaltungsanordnung mit einer Eingangs/Ausgangs-Charakteristik erhalten werden, bei der das Dynamikkompressionsverhältnis gleichmäßig und komplex verändert wird.

Claims

1. Dynamikexpansions- und/oder Kompressionsschaltung (20) zum Expandieren und/oder Komprimieren der Amplitude eines Eingangssignals (SI) mit:

- einer Steuersignal-Erzeugungsschaltung (4) , die mit dem Eingangssignal (SI) versorgt wird und ein Steuersignal (SG) abgibt;

- einer Signalmultipliziereinrichtung (3) zum Multiplizieren des Steuersignals (SG) mit dem Eingangssignal (SI) und zum Erzeugen eines Multiplikationsausgangssignals (S&sub0;); gekennzeichnet durch

- eine erste Subtrahiereinrichtung (21) zum Subtrahieren des Eingangssignals (SI) vom Multiplikationsausgangssignal (S&sub0;);

- eine Signalverarbeitungseinrichtung (26) mit einer zweiten Signalmultipliziereinrichtung (22) zum Multiplizieren des Steuersignals (SG) mit dem Ausgangssignal (SR) der ersten Subtrahiereinrichtung und zum Erzeugen eines verarbeiteten Ausgangssignals (SS); und

- eine zweite Subtrahiereinrichtung (25) zum Subtrahieren des verarbeiteten Ausgangssignals (SS) vom Multiplikationsausgangssignal (S&sub0;), wodurch an ihrem Ausgang ein Ausgangssignal (S&sub0;&sub1;) mit expandierter und/oder komprimierter Amplitude erhalten wird.

2. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (26) ferner eine Verstärkungseinrichtung (24) aufweist, die mit dem Ausgangssignal der zweiten Multipliziereinrichtung (22) versorgt wird, wobei das Ausgangssignal (SS) der Verstärkungseinrichtung (24) der zweiten Subtrahiereinrichtung (25) zugeführt wird.

3. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (26) eine Filtereinrichtung (23) aufweist, die mit dem Ausgangssignal (SR) der ersten Subtrahiereinrichtung (21) versorgt wird.

4. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 3, bei der die Filtereinrichtung (23) ein Tiefpaßfilter aufweist.

5. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuersignal-Erzeugungsschaltung (4) folgendes aufweist: eine Absolutwert-Erzeugungsschaltung (5) , die mit dem Eingangssignal (SI) versorgt wird; eine Einhüllendendetektoreinrichtung (6) zum Erkennen der Einhüllenden des Ausgangssignals der Absolutwert-Erzeugungseinrichtung (5); mehrere Stufen von Signalmultiplizierern (M&sub1;, M&sub2;, . . .), von denen eine erste Stufe (M&sub1;) mit dem Ausgangssignal der Einhüllendendetektoreinrichtung (6) an zweien ihrer Eingangsanschlüsse versorgt wird, wobei die restlichen Stufen (M&sub2;, M&sub3;, . . .) derselben jeweils mit den Ausgangssignalen (SM1, SM2, . . .) vorangehender Stufen und mit dem Ausgangssignal der Einhüllendendetektoreinrichtung versorgt werden; Gewichtungsschaltungen (A&sub0;, A&sub1;, . . .), von denen jede vorgegebene Koeffizienten mit dem Eingangssignal jeder der mehreren Stufen von Signalmultiplizierern multipliziert; und eine Addiereinrichtung (229) zum Addieren der Ausgangssignale der Gewichtungsschaltungen miteinander.

6. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuersignal-Erzeugungseinrichtung und die Signalmultipliziereinrichtung einen Operationsverstärker (321) mit einem ersten und einem zweiten Rückkopplungskreis (322, 323, . . .) aufweist, wobei der erste Rückkopplungskreis einen Spannungsteiler (322, 326) zum Teilen des Ausgangssignals des Operationsverstärkers aufweist, und wobei das spannungsgeteilte Signal einem Eingang des Operationsverstärkers zugeführt wird, und wobei der zweite Rückkopplungskreis einen Multiplizierer (323) aufweist, der mit dem Ausgangssignal (XI) des zweiten Operationsverstärkers und dem Ausgangssignal (SG1) des Einhüllendendetektors (324) zum Erfassen der Einhüllenden des Ausgangs des Multiplizierers versorgt wird, und wobei das Ausgangssignal des Multiplizierers (323) dem Eingang des Operationsverstärkers (321) zugeführt wird.

7. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuersignal-Erzeugungsschaltung (421) folgendes aufweist: eine Absolutwert-Erzeugungseinrichtung (423); eine Einhüllendendetektoreinrichtung (424) zum Erfassen der Einhüllenden des Ausgangssignals der Absolutwert-Erzeugungseinrichtung; und eine Kehrwert-Erzeugungseinrichtung (425) zum Erzeugen des Kehrwerts des Ausgangssignals der Einhüllendendetektoreinrichtung, wobei die Kehrwert-Erzeugungseinrichtung eine Gleit-, Arithmetikverarbeitungsschaltung aufweist, und wobei die Einhüllendendetektoreinrichtung einen Meßabschnitt und einen Normierungsabschnitt aufweist, der über eine Bit-Vorverschiebeeinrichtung zur Bitverschiebung der Einhüllendenmeßdaten um ein Ausmaß, das von einem Steuersignal festgelegt wird, und eine Normierungseinrichtung verfügt, die mit dem Ausgangssignal der Bit-Vorverschiebeeinrichtung versorgt wird, um eine Bitverschiebung desselben in solcher Weise vorzunehmen, daß ein normiertes Ausgangssignal erzeugt wird, wobei die Normierungseinrichtung ferner ein Bitverschiebungssignal erzeugt, das das Bitverschiebungsausmaß repräsentiert, das zum Normieren der Probendaten für eine Probe vor den aktuellen Probendaten erforderlich ist, wie sie der Bit-Vorverschiebeeinrichtung zugeführt werden, und eine Steuereinrichtung, die mit dem Bitverschiebungssignal versorgt wird und die das Steuersignal erzeugt, das der Bit-Vorverschiebeeinrichtung zugeführt wird.

8. Amplitudenexpansions- und/oder Kompressionsschaltung nach Anspruch 7, bei der der Meßabschnitt der Einhüllendendetektoreinrichtung (111) folgendes aufweist: einen Subtrahierer (113), der mit dem Ausgangssignal der Absolutwert-Erzeugungseinrichtung (5) versorgt wird; einen Modusdetektor (118) zum Erfassen der Polarität des Ausgangssignals des Subtrahierers; einen ersten Multiplizierer (115) zum Multiplizieren des Ausgangssignals des Modusdetektors mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers; einen Addierer (117) zum Erzeugen des Einhüllendenmeßausgangssignals (52); eine 1- Probe-Verzögerungsschaltung (114), die mit dem Einhüllendenmeßausgangssignal versorgt wird, um dasselbe um die Dauer einer Probe zu verzögern, wobei das Ausgangssignal der 1- Probe-Verzögerungsschaltung dem Subtrahierer zugeführt wird; und einen zweiten Multiplizierer (116) zum Multiplizieren eines vorgegebenen Koeffizienten (SR) mit dem Ausgangssignal der 1-Probe-Verzögerungsschaltung und zum Erzeugen eines dem Addierer zugeführten Ausgangssignals.