CS257031B1

CS257031B1 - Wiring for compression and expansion of acoustic signals

Info

Publication number: CS257031B1
Application number: CS865174A
Authority: CS
Inventors: Pavel Vrba
Original assignee: Pavel Vrba
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS517486A1

Abstract

Zapojení umožňuje vytvoření dynamicky zahuštěného signálu a zpětně z tohoto komprimovaného signálu snadno a přesně vytvořit signál s originální dynamikou. Zdroj /1/ nízkofrekvenčního signálu je připojen jednak na signálový vstup řízeného zesilovače /2/ a jednak na vstup filtru /3/ s dolní a horní propustí. Výstup filtru /3/ je přes obvod /4/ absolutní hodnoty a přes obvod /5/ časové konstanty, jehož časová konstanta je při kompresi poloviční než při expanzi, připojen na obvod /6/ logaritmického převodu, jehož výstup je přes dvoupólový přepínač spojen s řídicím vstupem řízeného zesilovače /2/, tedy se sedmým odporem /R·?/. Při expanzi je výstupem obvodu /6/ logaritmického převodu výstup třetího operačního zesilovače /60/ logaritmického převodníku /61/, mezi nějž a emitor třetího tranzistoru /T^/ převodníku je zapojen třináctý odpor /R^/. Při kompresi je výstupem výstup čtvrtého operačního zesilovače /70/, kam je připojen sedmnáctý odpor /R^-,/, jehož druhý konec je spojen s emitorem pátého tranzistoru /T^./ s uzemněnou bází a kolektroem. Invertující vstup čtvrtého operačního zesilovače /70/ je spojen přes čtrnáctý odpor /Ry^/ s emitorem třetího tranzistoru /T^/ a přes patnáctý odpor /P15/ s emitorem pátého tranzistoru /T5/, neinvertující vstup pak s emitorem čtvrtého tranzistoru /T4/ s uzemněným kolektorem a bází a se šestnáctým odporem /Ry^/ připojeným na záporné napájecí napětí. Mezi odpory platí tyto relace: Ry3 = Ryy - 2 R; R14 = 2 R15The connection allows the creation of a dynamically compressed signal and, in turn, from this compressed signal, easily and accurately create a signal with the original dynamics. The source /1/ of the low-frequency signal is connected, on the one hand, to the signal input of the controlled amplifier /2/ and, on the other hand, to the input of the filter /3/ with low and high passes. The output of the filter /3/ is connected, via the absolute value circuit /4/ and via the time constant circuit /5/, whose time constant during compression is half that during expansion, to the logarithmic conversion circuit /6/, whose output is connected via a two-pole switch to the control input of the controlled amplifier /2/, i.e. to the seventh resistor /R·?/. During expansion, the output of the logarithmic conversion circuit /6/ is the output of the third operational amplifier /60/ of the logarithmic converter /61/, between which and the emitter of the third transistor /T^/ of the converter is connected the thirteenth resistor /R^/. During compression, the output is the output of the fourth operational amplifier /70/, to which the seventeenth resistor /R^-,/ is connected, the other end of which is connected to the emitter of the fifth transistor /T^./ with a grounded base and collector. The inverting input of the fourth operational amplifier /70/ is connected via the fourteenth resistor /Ry^/ to the emitter of the third transistor /T^/ and via the fifteenth resistor /P15/ to the emitter of the fifth transistor /T5/, the non-inverting input then to the emitter of the fourth transistor /T4/ with a grounded collector and base and with the sixteenth resistor /Ry^/ connected to the negative supply voltage. The following relations apply between the resistors: Ry3 = Ryy - 2 R; R14 = 2 R15

Description

Vynález se týká zapojení pro kompresi a expanzi akustických signálů, které umožňuje vytvoření dynamicky zhuštěného signálu a zpětně z tohoto komprimovaného signálu snadno a přesně vytvořit signál s originální dynamikou.The present invention relates to a circuit for compressing and expanding acoustic signals which makes it possible to produce a dynamically densified signal and to produce a signal with original dynamics easily and accurately from the compressed signal.

V současné době se pro kompresi a expanzi používá řada systémů. Všechny tyto systémy dělí akustický resp. nízkofrekvenční signál na pásma například anglický systém Dolby A na čtyři pásma, japonský systém dbX na tři pásma a americký systém CX na dvě pásma. Nevýhodou těchto systémů je, že při dělení nízkofrekvenčního signálu na pásma vznikají problémy s posuvem fáze, čímž je nutno doplnit zařízení dalšími obvody a systém se tak stává složitým. Navíc je u některých těchto systémů nutné dodržet určitou nastavovací úroveň.A number of systems are currently used for compression and expansion. All these systems divide acoustic respectively. a low-frequency bandwidth signal such as the English Dolby A four-band system, the Japanese dbX three-band system, and the American CX two-band system. The disadvantage of these systems is that when splitting a low-frequency signal into bands, phase shift problems arise, making it necessary to supplement the equipment with additional circuits, making the system complex. In addition, some of these systems require a certain level of adjustment.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro kompresi a expanzi akustických signálů podle vynálezu. Jeho podstatou je, že sestává ze zdroje nízkofrekvenčního signálu, který je připojen jednak na signálový vstup řízeného zesilovače a jednak na vstup filtru, který je tvořen horní a dolní propustí. Výstup filtru je přes obvod absolutní hodnoty a přes obvod časové konstanty s impedančním převodníkem připojen na obvod logaritmického převodu.The above drawbacks eliminate the circuitry for compressing and expanding acoustic signals according to the invention. Its essence is that it consists of a low-frequency signal source, which is connected both to the signal input of the controlled amplifier and to the filter input, which is formed by high and low pass filters. The filter output is connected to the logarithmic conversion circuit via the absolute value circuit and the time constant circuit with the impedance converter.

Obvod časové konstanty má při kompresi poloviční hodnotu časové konstanty než při expanzi, což je zaručeno tím, že je tvořen kondenzátorem, jehož jeden konec je uzemněn a k druhému jsou připojeny vždy paralelně osmý a devátý odpor shodné velikosti, kde osmý odpor je spojen se vstupem obvodu časové konstanty přímo a devátý odpor přes spínač. Obvod logaritmického převodu má na výstupu dvoupólový přepínač, který je spojen s řízeným vstupem řídicího zesilovače, který má na tomto řízeném vstupu sedmý odpor, který je připojen ke spojeným emitorům prvního a druhého tranzistoru řízeného zesilovače.The time constant circuit has half the time constant during compression than during expansion, which is guaranteed by the fact that it consists of a capacitor, one end of which is earthed and the other is connected in parallel with an eighth and ninth resistor of equal size. time constants directly and the ninth resistor through the switch. The logarithmic conversion circuit has a two-pole switch output which is coupled to the control input of a control amplifier having a seventh resistor at that controlled input, which is connected to the connected emitters of the first and second transistor of the controlled amplifier.

Při expanzi je tento dvoupólový přepínač spojen s výstupem třetího operačního zesilovače a dále přes třináctý odpor s emitorem třetího tranzistoru, který je součástí logaritmického převodníku, který v tomto případě tvoří obvod logaritmického převodu. Tento třináctý odpor má dvojnásobnou hodnotu, než je hodnota sedmého odporu na vstupu řízeného zesilovače.During expansion, the two-pole switch is connected to the output of the third opamp and further through a thirteenth resistor to the emitter of the third transistor, which is part of the logarithmic converter, which in this case forms the logarithmic conversion circuit. This thirteenth resistor has twice the value of the seventh resistor at the input of the controlled amplifier.

V případě komprese je přepínač spojen s výstupem čtvrtého operačního zesilovače, jehož invertující vstup je jednak přes čtrnáctý odpor spojen s emitorem třetího tranzistoru logaritmického převodníku obvodu logaritmického převodu a jednak přes patnáctý odpor, který má hodnotu rovnou polovině hodnoty čtrnáctého odporu, s emitorem pátého tranzistoru, který je přes sedmnáctý odpor spojen s polohu přepínače pro kompresi.In the case of compression, the switch is coupled to the output of a fourth opamp whose inverting input is connected via the 14th resistor to the emitter of the third transistor of the logarithmic transducer circuit and through a fifteenth resistor equal to half the value of the 14th resistor. which is connected to the position of the compression switch via a seventeenth resistor.

Tento sedmnáctý odpor má shodnou hodnotu jako třináctý odpor;v emitoru třetího tranzistoru logaritmického převodníku. Báze a kolektor pátého tranzistoru jsou uzemněny. Neinvertující vstup čtvrtého operačního zesilovače je spojen s emitorem čtvrtého tranzistoru, který je zároveň přes šestnáctý odpor připojen na záporné napájecí napětí. Kolektor a báze čtvrtého tranzistoru jsou rovněž uzemněny.This 17th resistor has the same value as the 13th resistor in the emitter of the third transistor of the logarithmic transducer. The base and collector of the fifth transistor are grounded. The non-inverting input of the fourth opamp is connected to the emitter of the fourth transistor, which is also connected to the negative supply voltage via a 16th resistor. The collector and base of the fourth transistor are also grounded.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že zpracovává nízkofrekvenční signál jako celek, nedělí jej na pásma a je tedy jednoduchý. Nevznikají zde žádné problémy s posuvem fáze.The advantage of the circuitry according to the invention is that it processes the low frequency signal as a whole, does not divide it into bands and is therefore simple. There are no phase shift problems.

Barva zvuku zůstává nedotčena, celkové zesílení je regulováno na subakustickém kmitočtu, přičemž okamžité výchylky signálu jsou nedotčeny. Další výhodou systému je, že nemá nastavovací úroveň.The color of the sound remains intact, the total gain is regulated at the subacoustic frequency, while the instantaneous signal deviations are unaffected. Another advantage of the system is that it has no adjustment level.

Příklad uspořádání zapojení pro kompresi a expanzi akustických signálů podle vynálezu je naznačen na přiložených výkresech. Na obr. 1 je blokové schéma systému a na obr. 2 je konkrétní zapojení řízeného zesilovače, obvodu časové konstanty a obvodu logaritmického převodu a jejich konkrétní napojení.An example of a circuit arrangement for compressing and expanding acoustic signals according to the invention is shown in the accompanying drawings. Fig. 1 is a block diagram of the system; and Fig. 2 shows the specific wiring of the controlled amplifier, the time constant circuit, and the logarithmic conversion circuit and their particular connection.

Systém je tvořen zdrojem £ nízkofrekvenčního signálu, jehož výstup je spojen jednak se signálovým vstupem řízeného zesilovače £ a jednak s filtrem £, tvořeným horní a dolní propustí. Výstup filtru 3 je přes obvod £ absolutní hodnoty a obvod £ časové konstanty spojen se vstupem obvodu £ logaritmického převodu, jehož výstup je spojen s řídicím vstupem řízeného zesilovače 2.The system consists of a low-frequency signal source 6, the output of which is connected both to the signal input of the controlled amplifier 6 and to the high-pass and low-pass filters. The filter output 3 is connected via an absolute value circuit 6 and a time constant circuit 6 to the input of a logarithmic transmission circuit 6, the output of which is coupled to the control input of the controlled amplifier 2.

Řízený zesilovač 2 je tvořen prvním a druhým tranzistorem T₁, T·, v diferenciálním zapojení. K bázi prvního tranzistoru je připojen jednak první odpor R^, který je spojen s výstupem zdroje 2 nízkofrekvenčního signálu a jednak druhý odpor > který je uzemněn.The controlled amplifier 2 is formed by first and second transistors T ₁ , T ·, in differential connection. The first resistor R is connected to the base of the first transistor R 1, which is connected to the output of the low-frequency signal source 2 and second, which is grounded.

Báze druhého tranzistoru T₂ je uzemněna. Emitory prvního a druhého tranzistoru , T₂jsou spojeny přes sedmý odpor R? s výstupem obvodu 2 logaritmického převodu. Kolektor prvního tranzistoru je spojen s neinvertujícím vstupem prvního operačního zesilovače 20. ^a dále se společným bodem třetího a čtvrtého odporu Rg a R , kde čtvrtý odpor R₄ je uzemněn a třetí odpor Rg je připojen na kladné napájecí napětí +U. Kolektor druhého tranzistoru T₂ je spojen s invertujícím vstupem prvního operačního zesilovače 20 a zároveň se společným bodem pátého a šestého odporu a R^, kde pátý odpor R^ je připojen na kladné napájecí·napětí a šestý odpor Řg j^e spojen s výstupem prvního operačního zesilovače 20, kde je též výstup celého systému.The base of the second transistor T ₂ is grounded. The emitters of the first and second transistors, T _2, are connected through a seventh resistor R?. with logarithmic conversion circuit 2 output. The collector of the first transistor is connected to the noninverting input of the operational amplifier ^and then the 20th to the common point of the third and fourth resistor Rg and R, wherein the fourth resistor _R4 is grounded and the third resistor Rg is connected to the positive supply voltage + U. The collector of transistor T ₂ is connected to the inverting input of the first operational amplifier 20, while the common point of the fifth and the sixth resistor, and R, wherein the fifth resistor R is connected to the positive supply · voltage and the sixth resistor RG j ^e connected to the output of the first operational of the amplifier 20, which is also the output of the entire system.

Obvod 2 časové konstanty obsahuje-druhý operační zesilovač 50 ve funkci sledovače, tzn., že jeho ínvertující vstup je spojen s jeho výstupem, který je výstupem tohoto obvodu 2 časové konstanty a je připojen na vstup obvodu 2 logaritmického převodu. Na neinvertující vstup druhého operačního zesilovače 50 jsou připojeny jedním koncem osmý odpor Rg, který je druhým koncem připojen na výstup obvodu 2 absolutní hodnoty, první kondenzátor , který má druhý konec uzemněn a devátý odpor , jehož druhý konec je přes spínač 51 připojen k výstupu obvodu 2 absolutní hodnoty. Osmý odpor Rg a devátý odpor R^ mají stejnou hodnotu.The time constant circuit 2 comprises a second opamp 50 as a follower, i.e. its inverting input is coupled to its output which is the output of this time constant circuit 2 and is connected to the input of the logarithmic conversion circuit 2. The non-inverting input of the second operational amplifier 50 is connected at one end with an eighth resistor Rg which is connected to the output of the absolute value circuit 2, the first capacitor having the other end grounded and the ninth resistor connected to the circuit output via switch 51. 2 absolute values. The eighth resistor Rg and the ninth resistor R ^ have the same value.

Součástí obvodu 2 logaritmického převodu je logaritmický převodník 21· Tento logaritmický převodník 61 má na svém vstupu desátý odpor R^^, který je spojen jednak s kolektorem třetího tranzistoru Tg, který je zároveň připojen na Ínvertující vstup třetího operačního zesilovače 60 a jednak přes jedenáctý odpor R-^g s běžcem potenciometru Rg₂, jehož jeden konec je uzemněn a druhý je připojen na malé kladné napětí. Báze třetího tranzistoru Tg je spojena s neinvertujícím vstupem třetího operačního zesilovače 60 a je uzemněna.The logarithmic transducer 61 has a 10th resistor at its input, which is connected both to the collector of the third transistor Tg, which is also connected to the inverting input of the third operational amplifier 60 and also through the eleventh resistor. R-2 with a potentiometer Rg ₂ , one end of which is grounded and the other is connected to a small positive voltage. The base of the third transistor Tg is coupled to the non-inverting input of the third opamp 60 and is grounded.

V emitoru třetího tranzistoru Tg je zapojen třináctý odpor Rgg, jehož druhý konec je spojen s výstupem třetího operačního zesilovače 60 a je přes jednu polohu dvoupólového přepínače 62 spojen s řízeným vstupem, tzn. vlastně se sedmým odporem R?, řízeného zesilovače 2 a má dvojnásobnou hodnotu než tento sedmý odpor R?. Ve druhé poloze je dvoupólový přepínač 62 připojen k sedmnáctému odporu R^^ o hodnotě shodné s hodnotou třináctého odporu R^g, který je připojen k emitoru pátého tranzistoru T^, jehož kolektor je spojen s bází a je uzemněn.In the emitter of the third transistor Tg, a thirteenth resistor Rgg is connected, the other end of which is connected to the output of the third operational amplifier 60 and is connected to the controlled input via one position of the two-pole switch 62. actually with the seventh resistor R?, of the controlled amplifier 2 and has twice the value of this seventh resistor R?. In the second position, the bipolar switch 62 is coupled to a seventh resistor R ^ of a value equal to the thirteenth resistor R ^g, which is connected to an emitter of a fifth transistor T ^ whose collector is connected to a base and is grounded.

Emitor pátého tranzistoru T_ je zároveň spojen přes patnáctý a čtrnáctý odpor R a R·^, kde velikost odporu R^₄ je dvojnásobkem velikosti odporu R^^, ^s emitorem třetího tranzistoru Tg logaritmického převodníku 22· Společný bod čtrnáctého a patnáctého odporu Rg₄ a Rg je připojen k invertujícímu vstupu čtvrtého operačního zesilovače 70, jehož výstup je spojen s druhou polohou dvoupólového přepínače 62 a tedy i se sedmnáctým odporem Rg-,. Neinvertující vstup čtvrtého operačního zesilovače 70 je spojen jednak s emitorem čtvrtého tranzistoru , jehož báze a kolektor jsou uzemněny a jednak přes šestnáctý odpor se záporným napájecím napětím -U. Mezi kolektor a šestnáctý odpor Rg₆ je zapojen druhý kondenzátor £₂.The emitter of transistor T_ is also connected through the fifteenth and the fourteenth resistor R and R · ^, wherein the resistance R ₄ is twice the size of resistor R ^^, ^the emitter of the third transistor Tg logarithmic converter 22 · The common point of the fourteenth and fifteenth resistor Rg and ₄ Rg is connected to the inverting input of the fourth operational amplifier 70, the output of which is coupled to the second position of the bipolar switch 62 and hence to the seventeenth resistance Rg. The non-inverting input of the fourth opamp 70 is coupled to the emitter of the fourth transistor, the base and collector of which are grounded, and the 16th resistor with a negative -U supply voltage. Between the collector and the sixteenth resistor Rg ₆ is connected the second capacitor £ _second

První až pátý tranzistor Tg až T<- systému jsou shodné a jsou umístěny na jednom čipu, čímž jsou teplotně svázány. Napájecí napětí musí být stabilizováno.The first to fifth transistors Tg to T < - of the system are identical and are located on one chip, thereby being thermally coupled. The supply voltage must be stabilized.

Nový účinek vlastně spočívá ve způsobu vytváření řídicího napětí, který umožňuje systém pro kompresi a expanzi podle vynálezu. Řídicí napětí se vytváří přes filtr 3_, obvod 2 absolutní hodnoty a obvod 2 časové konstanty a dále se převádí, nyní již jako řídicí proud, na diferenciální dvojici prvního a druhého tranzistoru Tg a T₂ v řízeném zesilovači 2. Je-li zařízení ve funkci expanderu, znamená to jednak, že obvod 2 časové konstanty je tvořen kondenzátorem Cg a pouze osmým odporem Rg a obvod 2 logaritmického převodu polohou .dvoupólového přepínače 62 zařazuje do funkce pouze logaritmický převodník 61, tzn. bez čtrnáctého odporu Rg₄ a dalších, jím připojených prvků.In fact, the novel effect consists in a method of generating a control voltage that enables the compression and expansion system of the invention. The control voltage is generated across the filter 3, absolute value circuit 2 and the time constant circuit 2 and further converted, now as a control current to the differential pair of first and second transistor Tg and T ₂ in the controlled amplifier 2. If the device function This means that the time constant circuit 2 is formed by a capacitor Cg and only the eighth resistor Rg, and the logarithmic transmission circuit 2 at the position of the two-pole switch 62 only engages the logarithmic converter 61, i.e. the transistor. without the 14th resistance Rg ₄ and other elements connected by it.

Je-li zařízení ve funkci kompresoru, je časová konstanta obvodu 5^ časové konstanty poloviční, nebot je zařazen i devátý odpor R_g a je zapojen celý obvod 2 logaritmického převodu. U expandéru, který je základem tohoto systémy je velikost řídicího proudu přímo odvozena od úrovně vstupního signálu s převodem 1:1, t j . 100% expanze.When the device is in function of the compressor, the time constant circuit 5-half the time constant since it is classified as the ninth resistor _Rg is connected and the whole circuit 2 logarithmic conversion. In the expander that is the basis of this system, the magnitude of the control current is directly derived from the input signal level with a 1: 1 conversion, ie. 100% expansion.

Znamená to, že například změna úrovně signálu o +6 dB na vstupu systému vyvolá změnuzisku řízeného zesilovače 2_ též o +6 dB, čili výsledná změna úrovně je +12 dB. Ve statických parametrech tedy expander dynamiku záznamového média vyjádřenou v dB zdvojnásobí. Systém nemá nastavovací úroveň. V celém rozsahu je průběh regulace logaritmický.This means, for example, that a change in the signal level of + 6 dB at the system input will also result in a + 6 dB change in the gain of the controlled amplifier 2, so that the resulting level change is +12 dB. Thus, in static parameters, the expander doubles the dynamics of the recording medium expressed in dB. The system has no adjustment level. The whole course of the regulation is logarithmic.

Při kompresi je nutné, aby obvod 2 časové konstanty měl poloviční hodnotu časové konstanty a změna napětí převodního tranzistoru, tedy pátého tranzistoru Τ₃,^-*υ_ΒΕ, které je přímo závislý řídicí proud diferenciální dvojice prvního a druhého tranzistoru a T₂ £í^zeného zesilovače 2^ ^a tudíž zesílení kompresoru, byla poloviční a opačné polarity, tedy - Αϋ_βΕ/2, než napětí U_Bfí na třetím tranzistoru T^, které je odvozeno ze vstupního signálu.During compression, it is necessary that the circumference of two time constants have half the value of the time constant and the change in voltage of the transfer transistor, a fifth transistor Τ ₃ ^ - * _υ ΒΕ which is directly dependent control current differential pair of first and second transistors and T ₂ £ í ^the amplifier 2 ^ ^and thus the compressor gain was half and opposite of polarity, ie - Αϋ _βΕ / 2, than the voltage U _Bfi at the third transistor T ^, which is derived from the input signal.

Uvedeným uspořádáním se dosáhne velmi výhodných dynamických poměru systému.By this arrangement very advantageous dynamic system ratios are achieved.

Na výstup zdroje !_ nízkofrekvenčního signálu je připojen signálový vstup řízeného zesilovače 2. Střídavý signál U__ na báži prvního tranzistoru T- řízeného zesilovače 2 způsobuje změny kolektorových proudů prvního a druhého tranzistoru T^ a T₂ tohoto řízeného zesilovače 2· Tyto změny se projeví jako napětové změny na třetím a pátém odporu R^ a Rg.At the power! _ The low frequency signal is connected to the signal input of the second controlled amplifier U__ AC signal based on the first controlled amplifier transistor T 2 causes changes in collector currents of the first and second transistor T ^ and T ₂ of the controlled amplifier 2 · These changes will be reflected as voltage changes on the third and fifth resistors R R and Rg.

První operační zesilovač 20 srovná rozdíly napětí na svých vstupech přes šestý odpor Rg výchylkou výstupu. Tím je dáno určité průchozí zesílení.The first operational amplifier 20 compares the voltage differences at its inputs through the sixth Rg resistance of the output. This gives a certain passage gain.

Změní-li se nyní napětí na výstupu obvodu 6 logaritmického převodu tak, že proud, probíhající přes sedmý odpor R-_z do emitorů prvního a druhého tranzistoru a stoupne například dvakrát, změny kolektorových proudů zůstanou ve vzájemném poměru nezměněny, nebot se nezměnilo napětí^ υ_βΕ, avšak napětové změny na třetím odporu R_g a pátém odporu Rg budou vlivem většího proudu dvakrát větší, což má za následek dvojnásobnou výchylku na výstupu prvního operačního zesilovače 20 Znamená to tedy, že při stejném vstupním napětí na bázi prvního tranzistoru Τ_χ se dosáhne různý zisk změnou proudu prvním a druhým tranzistorem Tj a T₂· Tato závislost je lineární.If the voltage at the output of the logic conversion circuit 6 is now changed so that the current passing through the seventh resistor R- _z to the emitters of the first and second transistors and increases, for example, twice, the collector current changes remain unchanged relative to each other. _βΕ but the voltage changes at the third resistor R _g, and a fifth resistor Rg will be due to a larger current twice larger, which results in twice the deviation at the output of the first operational amplifier 20 this means that the same input voltage at the base of transistor _Τ χ is achieved different gain by changing the current of the first and second transistors Tj and T ₂ · This dependence is linear.

Na výstup zdroje JL nízkofrekvenčního signálu je též připojen filtr 3, tvořený zde dolní a horní propustí 2. řádu Butterwathova.typu, kde kritický kmitočet pro dolní propust je 3,2 kHz a pro horní propust je 110 Hz. Okolem filtru 2 í^e omezit vliv okrajových pásem na vytváření řídicího napětí. Princip funkce systému je založen na zcela shodném napětí výstupu kompresoru a vstupu expandéru a je proto nutné případné chyby vyloučit. Z výstupu : filtru 2 jde signál na vstup obvodu 4_ absolutní hodnoty, kde dochází k dvoucestnému usměrnění nízkofrekvenčního signálu s kladný výstupem. Z výstupu obvodu £ absolutní hodnoty je zvlněný stejnosměrný signál veden do obvodu 2 časové konstanty přes osmý odpor R_fj.To the output of the low-frequency signal source JL is also connected a filter 3, consisting here of a low and high-pass second order Butterwath type, where the critical frequency for the low-pass filter is 3.2 kHz and for the high-pass filter is 110 Hz. Around the filter 2 s ^e curtail the influence of peripheral zones for generating the control voltage. The principle of operation of the system is based on exactly the same voltage of the compressor output and the expander input and it is therefore necessary to eliminate any errors. From the output 2 of the filter 2, the signal goes to the input of the absolute value circuit 4, where a two-way rectification of the low-frequency signal with a positive output occurs. From the output of the absolute value circuit 6, a wobble DC signal is fed to the time constant circuit 2 through an eighth resistor _Rfj .

Při kompresi se k osmému odporu R_g spínačem 51 připojí devátý odpor Rg shodné velikosti. Tím je splněna nutná podmínka systému, tj. poloviční časová konstanta při kompresi. Dále je signál veden na vstup obvodu 2 logaritmického převodu. Zde platí, že třináctý a sedmnáctý odpor R^₃ a R]y jsou shodné a mají dvojnásobnou hodnotu než sedmý odpor R?, na řídicím vstupu řízeného zesilovače 2· Dále platí, že patnáctý odpor R^g má poloviční hodnotu než čtrnáctý odpor R₁₄· Kladné napětí z výstupu druhého operačního zesilovače 52, který je součástí obvodu 2 časové konstanty, způsobí proudové změny při průchodu desátým odporem R^q na vstupu obvodu 6 logaritmického převodu, která se projeví změnou napětí υ_βΕ třetího tranzistoru T_g.When compression is the eighth resistor _Rg ninth switch 51 connects the resistance Rg equal size. This fulfills the necessary system condition, ie half the time constant during compression. Furthermore, the signal is applied to the input of the logarithmic conversion circuit 2. Here, the thirteenth and seventeenth resistances R ^ ₃ and R ]y are the same and have twice the value of the seventh resistor R?, At the control input of the controlled amplifier 2. Furthermore, the fifteenth resistor R ^ g has half the value of the fourteenth resistor R ₁₄ · the positive output voltage of the second operational amplifier 52 which is part of two time constant circuit causes the current change when passing through the tenth resistor R ^ Q input logarithmic conversion circuit 6, which is shown by changing the voltage _υ βΕ third transistor T _g.

Toto napětí je zcela přesně přeneseno při expanzi spojením výstupu třetího operačního zesilovače 60 s třináctým odporem R_lg a sedmým odporem R? na první a druhý tranzistor a T?2 řízeného zesilovače 2, nebot při expanzi je dvoupólový přepínač 62. připojen právě na třináctý odpor R_lg obvodu logaritmického převodu.This voltage is transferred exactly when the expansion connecting the output of the third operational amplifier 60 with a thirteenth resistor R _lg and seventh resistor R? to the first and second transistors? T? 2 of the controlled amplifier 2, since in expansion the bipolar switch 62 is connected to the thirteenth resistor _RIg of the logarithmic transmission circuit.

Tím je tedy zaručena naprostá shoda kolektorových proudů prvního, druhého a třetího tranzistoru Tj, a .Thus, the complete collector currents of the first, second and third transistors T1, and.

Při kompresi jsou změny emitoru třetího tranzistoru T^ obvodu ji logaritmického převodu zmenšeny na polovinu poměrem 1:2 patnáctého a čtrnáctého odporu R^,. a R^ a polarita je přes napětí emitoru čtvrtého tranzistoru T^ pomocí čtvrtého operačního zesilovače 70 převrácena. Změnou hodnoty šestnáctého odporu Ι^θ lze měnit napětí na emitoru čtvrtého tranzistoru T^ a tím regulovat pracovní bod pátého tranzistoru T^ a tím též prvního a druhého tranzistoru a Ί\ řízeného zesilovače _2·In compression, the changes in the emitter of the third transistor T1 of the logic conversion circuit are reduced in half by a 1: 2 ratio of the fifteenth and the fourteenth resistors R1. and R 1 and the polarity is inverted over the emitter voltage of the fourth transistor T 1 by the fourth operational amplifier 70. By varying the value of the sixteenth resistor Ι ^ θ, the voltage at the emitter of the fourth transistor T ^ can be varied, thereby regulating the operating point of the fifth transistor T ^ and thereby also the first and second transistors and the zesil \ controlled amplifier.

Proudová shoda prvního, druhého a pátého tranzistoru T^ , ^a Σ5 j^e zajištěna spojením výstupu čtvrtého operačního zesilovače 70 se sedmnáctým odporem R^^, přes dvoupólový přepínač· se sedmým odporem R?. Druhý kondenzátor ^v kolektoru čtvrtého tranzistoru T^ zamezuje vznik případného šumu. Malé kladné napětí nastavené potenciometrem R^ zabraňuje při nulovém signálu překlopení třetího tranzistoru T3 do inverzního stavu. Zároveň omezuje funkci kompresoru při nejmenších signálech a zabraňuje limitaci na výstupu řízeného zesilovače 2^.Current match the first, the second and the fifth transistor T ^, ^and ^e j Σ5 ensured by combining the output of the fourth operational amplifier 70, the seventeenth resistor R ^^ through a double pole switch · a seventh resistor R ?. The second capacitor ^{in the} collector of the fourth transistor T1 avoids the generation of potential noise. The small positive voltage set by the potentiometer R1 prevents the third transistor T3 from being inverted when the signal is zero. At the same time, it limits the compressor function at the smallest signals and avoids limitations on the output of the controlled amplifier 2.

Velmi důležitou vlastností systému je jeho odezva na úrovňové skoky, která je nejkritičtější při prudkém zvýšení úrovně. Pro vysvětlení je uvažována tzv. společná úroveň, zvolená z hlediska magnetofonového záznamu - 10 dB; je to úreveň, na které nedochází ani při kompresi ani při expanzi k žádné změně, to znamená, že zisk řízeného zesilovače 2_ je při této úrovni 0 dB. Nyní jde o reakci systému na skok z nuly, tedy z úrovně šumu, na 100% úroveň, to je 0 dB z hlediska magnetofonového záznamu. Vychází se z nové výsledné úrovně, jejíž velikost se objeví na výstupu obvodu £, absolutní hodnoty.A very important feature of the system is its response to level jumps, which is most critical when the level rises sharply. For explanation, the so-called common level, considered in terms of tape recording - 10 dB is considered; it is a level at which there is no change in compression or expansion, i.e. the gain of the controlled amplifier 2 is 0 dB at this level. It is now a reaction of the system to a jump from zero, ie from a noise level to a 100% level, that is, 0 dB in terms of tape recording. It is based on a new result level, the magnitude of which appears at the output of the circuit, absolute.

Touto úrovní je nabíjen při kompresi přes osmý a devátý odpor Rg a Rg první kondenzátor Při časové konstantě při kompresi rovné zhruba 20 ms to znamená, že napětí na prvním kondenzátorů dosáhne úrovně - 10 dB z hlediska nové úrovně, pokud by se tato ustálila, za zhruba 8 ms. Toto zvýšení napětí se projeví poklesem zisku řízeného zesilovače 2 na úroveň +5 dB z hlediska nové úrovně, pokud by se tato ustálila. Z hlediska střední úrovně je nyní zisk řízeného zesilovače 2_ 0 dB, čili na výstupu kompresoru je 0 dB.At this level, the first capacitor is charged through the eighth and ninth resistors Rg and Rg. At a compression constant of about 20 ms, this means that the voltage at the first capacitors reaches a level of - 10 dB in terms of a new level about 8 ms. This increase in voltage results in a decrease in the gain of the controlled amplifier 2 to a level of +5 dB in terms of a new level if it is stable. From the medium level, the gain of the controlled amplifier 20 is now 0 dB, or 0 dB at the compressor output.

Zůstane-li vstupní úroveň dále, zisk řízeného zesilovače 2_ klesne na 0 dB z hlediska nové úrovně a z hlediska společné úrovně na -5 dB. Na výstupu kompresoru bude tedy -5 dB.If the input level remains further, the gain of the controlled amplifier 2 drops to 0 dB in terms of the new level and in terms of the common level to -5 dB. The compressor output will therefore be -5 dB.

Z tohoto rozboru vyplývá, že za 6 až 10 ms při sebevětším skoku již nemůže vzniknout zkreslení.This analysis suggests that no distortion can occur in 6 to 10 ms with the greatest jump.

Při expanzi reaguje na náhlé zvýšení úrovně řízený zesilovač 2^ rychlým zvyšováním zisku, zatímco zaznamenaný signál má tendenci klesat. Zhruba 8 ms po uvažovaném skoku je zisk řízeného zesilovače 2_ -5 dB pod novou zvýšenou úrovní, pokud by tato zůstala; z hlediska společné úrovně je zisk řízeného zesilovače 2_ 0 dB. V témže čase je zaznamenaný signál na úrovni 0 dB a na výstupu expanderu je též úroveň 0 dB. Po ustálení, v případě, že zůstane stejná úroveň, bude zisk řízeného zesilovače 2_ z hlediska nové úrovně 0 dB, z hlediska zvýšené úrovně +5 dB, protože na vstupu expandéru bude -5 dB, na výstupu bude opět 0 dB.Upon expansion, the sudden increase in level responds to the amplifier 2 by rapidly increasing the gain while the recorded signal tends to decrease. Approximately 8 ms after the considered jump, the gain of the controlled amplifier 25 -5 dB is below the new elevated level if it remains; in terms of common level, the gain of the controlled amplifier is 20 dB. At the same time, the recorded signal is at 0 dB and the expander output is also at 0 dB. After stabilization, if the level remains the same, the gain of the controlled amplifier 2 will be 0 dB at the new level, + 5 dB at the elevated level, since the expander input will be -5 dB, the output will again be 0 dB.

Sledování dějů při dynamickém skoku dolů je mnohem jednodušší a podrobnější analýza jasně prokazuje nutnost použití dvojnásobné časové konstanty pro expanzi a při nejnižších akustických kmitočtech nedochází k žádným defektům a nepatrný posuv fáze, vzniklé při kompresi, je při expanzi zcela opraven.Monitoring dynamic jumps is much easier, and a more detailed analysis clearly demonstrates the need to use a double expansion time constant and no defects occur at the lowest acoustic frequencies, and a slight phase shift resulting from compression is completely corrected during expansion.

Systém pro kompresi a expanzi podle vynálezu je určen jako doplňkové zařízení ke stávajícím magnetofonům. Umožňuje prakticky bezšumový záznam náročných hudebních snímků s velkou dynamikou. Komprimovaný signál lze bez problému zaznamenat případně i na gramofonovou desku nebo vysílat rozhlasem.The compression and expansion system of the present invention is intended to complement the existing tape recorders. It allows virtually noiseless recording of demanding music images with great dynamics. The compressed signal can be easily recorded on a turntable or broadcasted by radio.

Claims

A circuit for compressing and expanding acoustic signals, characterized in that it consists of a source (1) of a low-frequency signal which is connected both to the signal input of the controlled amplifier (2) and to the filter input (3) formed by high and low pass filters. is through the circuit (4) of the absolute value and through the circuit (5) of the time constant with the impedance converter, where the circuit (5) of the time constant has half the time constant when compressed than the expansion; the output is connected to a control input of a controlled amplifier (2) formed by a seventh resistor (R ^) connected to the emitters of the first and second transistors (T ^) and this controlled amplifier (2), the logarithmic transfer circuit (6) being formed logarithmic transducer (61), where one end of the thirteenth resistor (R ₁₃ ) is connected to the emitter of the third transistor (T ₃ ), than the value of the seventh resistor / R _? (a) the other end of which is connected to the output of the third operational amplifier (60) and is, at expansion, the output of the logarithmic conversion circuit (6) and compressed, the output of the logical conversion circuit (6) is the output of the fourth operational amplifier (70) connected to the emitter of the fourth transistor (T ^), which is connected via the 16th resistor (R ^^) to the negative stabilized supply voltage and whose base and collector are grounded and the inverting input of this fourth operational amplifier (70) is connected via the 14th resistor (R ^) to the emitter of the third transistor (Τ ^) of the logarithmic transducer (6) of the logarithmic conversion and, secondly, through a fifteenth resistor (R ₁₅ ) r equal to half the size of the fourteenth resistor (R ₁₄ ) /, where to this emitter is also connected one end of the seventeenth resistor (R ^ y), of the seventh resistor (R?) at the input of the controlled amplifier (2) and whose other end is connected by the output of the fourth operational amplifier (70) and this common point is connected to the control input of the controlled amplifier (2) and the collector and base of this fifth transistor / T ^ / are grounded.