NO802105L - Innretning for registrering av lydsignaler paa et magnetisk medium. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår registrering eller innspilling

på magnetiske media, og særlig et system for å variere innspillingsforspenningen dynamisk slik at forspenningen i hvert øyeblikk er mer tilnærmet optimalisert for spektrumet av det materiale som skal registreres enn når en fast forspenning benyttes. Ved magnetisk registrering av analoge signaler, f.eks. lydsignaler, er det vanlig å benytte høyfrekvent innspillingsforspenning for å linearisere det ellers meget ulineære medium. Den strøm som tilføres til innspillingshodet, består da av summen av en strøm som representerer det analoge signal som skal innspilles, og en normalt sinusformet forspenningsstrøm-bølgeform med en frekvens som er flere ganger høyere enn den høyeste frekvenskomponent av. det analoge signal. Størrelsen av forspenningsstrømmen påvirker forskjellige parametre av innspillingssystemet, såsom signal/støy-forhold, harmonisk forvrengning, frekvensrespons, følsomhet, utgangsnivå, modulasjonsstøy og forekomsten av brudd eller bortfall (momentane fall i utgangsnivå på grunn av ustadig-heter i magnetbåndet og i dettes kontakt med innstpillings-hodet). For mange typiske innspillingssituasjoner, særlig der hvor innspillingsmediet er en kompaktkassett, er den pri-mære bekymring et motstridende krav mellom en forspennings-strøm-størrelse som resulterer i minimal forvrengning ved lave og midlere lydfrekvenser sammen med minimale bortfall,

og en lavere forspenningsstrøm-størrelse som tilveiebringer et høyere maksimumsutgangsnivå ved høye lydfrekvenser. Tidligere er forspenningsnivået blitt valgt som et kompromiss mellom de forskjellige båndparametre som varierer med forspenningsnivået. Når det gjelder kompaktkassett-innspilling, opptrer båndmetning ved høye lydfrekvenser og begrenser således det maksimale utgangsnivå ved høye frekvenser og forårsak ker et hørbart tap i høyfrekvensområdet for de avspilte bånd. Høyfrekvens-båndmetning ved kompaktkassett-innspilling kan reduseres i vesentlig grad selv om den åpenbart ikke kan eli-mineres fullstendig ved å optimalisere innspillingsforspenningen for dette resultat. Selv om metning vanligvis ikke opptrer ved høye frekvenser i spole-til-spole-båndspillere som drives med profesjonelle hastigheter, for eksempel 38 cm/sek. (15" pr. sek.) eller 19 cm/sek. (7 1/2" pr. sek.), blir høyfrekvens-utgangsnivået og andre innspillingsparametre for sådanne båndspillere øket ved hjelp av forspenningsstrøm-nivåer som er lavere enn de vanligvis benyttede kompromissver-dier. Forvrengningen ved lave og midlere frekvenser, bortfall-frekvenser og andre parametre blir imidlertid forringet ved sådan lavere forspenningsstørrelse.

Da det motstridende krav mellom et forspenningsnivå valgt for optimalt lavfrekvens- og mellomfrekvens-lydutgangs-signal kontra et forspenningsnivå valgt for optimalt høyfre-kvens-lydutgangssignal er grunnleggende for typiske innspillingssituasjoner, og da resultatene av denne utvelgelse er så lett hørbare i den gjengitte registrering, skal hovedvekten av den foreliggende beskrivelse og de foretrukne utførelser rettes på løsningen av konflikten. Fagfolk på området vil innse at omstendighetene, særlig typen av magnetisk medium, effektiv innspillingshastighet eller spesielt ønskede resultater kan bevirke at andre innspillingsparametre vil være av større betydning.

Selv om utvelgelsen av et foretrukket forspenningsnivå ved enhver gitt frekvens fremdeles krever et kompromiss, da parametrene har en tendens til å være optimale ved forskjellige forspenningsnivåer selv for en gitt frekvens, kan det likevel oppnås en vesentlig forbedring av total oppførsel sammenliknet med et kompromiss-forspenningsnivå for hele det aktuelle frekvensspektrum som skal innspilles. Valget av forspenningsnivå krever derfor informasjon om det frekvensspektrum som skal innspilles.

Det skal bemerkes at for hver verdi av forspennings-strøm kan innspillingsforsterkerens forsterkning og utjevning innstilles for å gi det ønskede nivå av innspilt magnetfluks og den ønskede totale (innspillings-avspillings-) frekvensrespons, selvsagt forutsatt at inngangsnivået ikke er så høyt at det resulterer i båndulinearitet.

I overensstemmelse med teorien for den foreliggende oppfinnelse overvinnes disse og andre problemer ved den kjen-te teknikk ved hjelp av et system for innspilling på et magnetisk medium i hvilket innspillingsforspenningen varieres dy namisk slik at det mer tilnærmet optimaliserer forspenningen for spektrumet av det materiale som skal innspilles. For å opprettholde en ønsket total innspillings-avspillings-frekvensrespons kan innspillingsforsterkerens egenskaper varieres dy- ' namisk etter hvert som forspenningen varieres.

'Nærmere bestemt tilveiebringes et hvile-forspenningsnivå som er i det vesentlige optimalisert for ett frekvensspektrum av den informasjon som skal registreres eller innspilles. Amplituden av den informasjon som skal innspilles i et ytterligere frekvensspektrum, overvåkes, og når amplituden overskrider en forutbestemt verdi, varieres forspenningsnivået fra sitt hvilenivå for mer tilnærmet å optimere forspenningsnivået for det ytterligere frekvensspektrum. Dessuten kan innspil-lingsf orsterkerens forsterkning og utjevning varieres samtidig med forspenningen for å opprettholde en mer konstant innspillings/avspillings-respons.

Ifølge en foretrukket utførelse benyttes oppfinnelsen i et lydbånd-innspillingssystem hvor hvileforspenningsnivået velges for å tilveiebringe i hovedsaken de beste resultater ved lave og midlere lydfrekvenser. På grunn av at hvileforspenningsnivået ikke lenger er et kompromissbestemt, fast nivå, kan det ligge på et høyere nivå og således øke innspillings-kvaliteten for materialet med lave og midlere lydfrekvenser. Høyfrekvensnivået av det signal som skal innspilles, overvåkes, og når det overskrider en forutbestemt størrelse, reduseres forspenningen fra sin hvileverdi. I systemer hvor lydbåndet har en tendens til metning ved høye frekvenser, reduserer den dynamiske forspenningsreduksjon også høyfrekvens-modulasjonsstøy i tillegg til å øke det maksimale høyfrekvens-■utgangsnivå. Da forspenningsendringen påvirker frekvensre-sponsen, endres innspillingsforsterkerens forsterkning og utjevning på passende måte etter hvert som forspenningen reduseres. På denne måte oppnås en total forbedring av den informasjon som innspilles på båndet.

Oppfinnelsen er forøvrig kjennetegnet ved de i patent-kravene angitte, karakteriserende trekk.

De ovenfor omtalte og andre fordeler ved oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et blokkdiagram som viser et analogt innspillingssystem som benytter oppfinnelsen, fig. 2 er et blokkdiagram som viser styresignalgeneratoren på fig. 1 mer detaljert, fig. 3 er et blokkdiagram som viser en alternativ styresignalgenerator, fig. 4 viser et sett som eksempel viste kurver som relaterer innspillings-forspenningsamplitude til avspillings-utgangsnivå for lydinnspilling med høy hastighet, fig. 5 Viser et sett som eksempel viste kurver som relaterer innspillings-forspenningsamplitude til avspillings-utgangsnivå for lydinnspilling med lav hastighet, fig. 6 er et blokkdiagram som viser en anordning for uavhengig styring av innspillingsforspenning i flerspors-opptakere, fig. 7 er et koplingsskjerna i delvis blokkform som viser en krets som kan benyttes for å tilveiebringe variabel forspenning i en lydopptaker, og fig. 8 er et koplingsskjerna som viser en krets som kan benyttes for å tilveiebringe variabel utjevning i en lydopptaker; fig. 9A er et kretsskjema som viser en variabel demper som benytter en bipolar transistor, fig. 9B er et kretsskjema som viser en variabel demper som benytter en felteffekttransistor, fig. 10 er et kretsskjema som viser en variabel demper som benytter en lysavhengig motstand, fig. 11 er et koplingsskjerna i delvis blokkform som viser et alternativ til fig. 7, fig. 12 viser et sett som eksempel viste kurver som relaterer avspillings-utgangsnivå til frekvensrespons ved et fast forvrengningsnivå for flere valg av forspenningsamplitude, fig. 13 viser en rekke kurver for bånd-følsomhet som funksjon av frekvensen og viser generelt familien med 6dB/oktav-linjer som skriver seg fra forskjellige verdier av avtagende forspenning, fig. 14 er et diagram som viser den variable utjevningstidskonstant som funksjon av normalisert forspenningsstrøm, fig. 15 viser et koplings-sk jerna av en del av et lydinnspillingssystem som benytter oppfinnelsen, fig. 16 er et diagram som viser normalisert forspenningsstrøm som funksjon av styrespenning fra en Dolby-kompressorkrets, og fig. 17 viser et forenklet koplingsskjerna av det variable lavpassfilter som benyttes i kretsen på fig. 15.

På fig. 1 er vist et grunnleggende blokkdiagram av oppfinnelsen i forbindelse med et analogt innspillingssystem for innspilling av signaler i lydspektrumet på et magnetisk medium. På samme måte som i en konvensjonell opptaker, passerer inngangssignalet via en innspillingsforsterker 1 med en forsterknings- og frekvensrespons som er bestemt ved forsterknings- og utjevningskompbnenter representert ved en blokk 2, til en summeringsanordning 4 og deretter til et innspillingshode 5 i et registrerende forhold til et magnetisk medium 7 som i dette eksempel er et magnetbånd. En oscillator 3 for høy frekvens (ca. en størrelsesorden høyere enn den høyeste frekvens som skal innspilles, typisk ca. 100 kHz for lydopptakere) genererer innspillings-forspenningsbølgeformen som også mates til innspillingshodet 5 via summereren 4. I den foreliggende oppfinnelse kan imidlertid innsp.illingsut-jevningen og innspillingsforsterkningen, bestemt ved hjelp av blokken 2, og amplituden av innspillingsforspenningen som ge-nereres av blokken 3, varieres ved hjelp av et styresignal som frembringes av en blokk 6. Verdien av dette styresignal bestemmes av spektrumet og amplituden av det analoge inngangssignal på en slik måte at når høyfrekvensinnholdet av inngangssignalet øker over en forutbestemt terskel, virker styresignalet slik at det reduserer det av blokken 3 frembragte innspillings-forspenningsnivå fra sin hvileverdi, og derved tillater innspilling av høye nivåer av høye frekvenser på båndet, og også slik at det endrer den av blokken 2 innstilte forsterkning og utjevning slik at det opprettholdes en totalt sett flat innspillings/avspillings-frekvensrespons og en konstant innspillingsfølsomhet. Styresignalgeneratoren 6 kan alternativt mates fra innspillingsforsterkerens 1 utgang i stedet for fra dennes inngang.

Ytterligere detaljer ved styresignalgeneratoren 6 er vist på fig. 2. Det signal som skal innspilles, tilføres via et høypassfilter 10 med en karakteristikk som er avledet fra båndets høyfrekvens-overbelastningsegensakper, til en likeretter 11. Det resulterende ensrettede signal glattes i en blokk 12 og passerer til en terskelkrets 13 som bare gir et utgangssignal når dens inngangssignal overskrider en eller annen verdi som svarer til et opprinnelig høyfrek.vens-inngangssignal som ville overbelaste båndet med innspillings forspenningen på sin hvileverdi. Slik som foran beskrevet, resulterer blokkens 13 utgangssignal, styresignalet, i en redusert innspillingsforspenning og hindrer eller reduserer derfor overbelastningen, samtidig som det endrer innspillingsparametrene for å hindre endringer i den totale frekvensrespons og frekvensfølsomhet.

Lydbåndopptakere med lav hastighet, som f.eks. benytter kompaktkassetter, benytter ofte en type støyreduksjons-system som kommersielt betegnes som "Dolby B-type"— støyreduk-sjonssystemet hvis kompressor, som benyttes under innspilling, inneholder et høypassfilter, en likeretter og en glattingsanordning og liknende type. som på fig. 2. Det er derfor mulig å avlede styresignalet for den variable innspillings-forspen-ningsforsterker og -utjevning fra "Dolby B-type"-kompressoren som er vist på fig. 3. Blokkene 15 - 23 utgjør en kompressor av normal "Dolby B-type". Ved sammenlikning av figurene 2 og 3 vil det innses at blokkene 15 - 17 og 19 - 21 utfører liknende operasjoner som blokkene 10 - 12, og at et styresignal for drift av innspillingen og utjevningen derfor kan genere-res ved tilføyelse av en terskelbestemmende krets 25 svarende til blokken 13 på fig. 2, og eventuelt en ytterligere glattingsanordning 24. Den terskelbestemmende krets 25 kan alternativt mates fra utgangen av den andre glattingsanordning 23 når den ytrerligere glattingsanordning 24 er utelatt.

Forskjellige styresignalkretsutforminger vil være åpenbare for fagfolk på området, avhengig delvis av det ønskede raffinementsnivå og tillatelige omkostninger. I et hvert tilfelle er genereringen av et styresignal bare et mellomtrinn når det gjelder å bringe innspillingsforspenningen og, vanligvis, innspillingsforsterkningen og utjevningen til å variere på en måte som resulterer i et innspilt signal som er mer tro mot det tilførte signal enn dersom en fast forspenning ble benyttet. Noen kretser kan være mindre effektive enn andre, for eksempel av omkostningsgrunner, men vil likevel resultere i forbedrede innspillinger.

For oppnåelse av optimale resultater bør operasjonen med variasjon av innspillingsforspenning og andre karakteris-tika utføres uavhengig i hver kanal av en flersporsopptaker, for å hindre modulasjon av innspillingsparametrene for en kanal på grunn av det materiale som innspilles på andre spor. Ved anvendelse på stereoinnspilling, hvor det eksisterer en betydelig grad av korrelasjon mellom det materiale som skal innspilles på de to spor, kan det iblant være tillatelig å modifisere innspillingsparametrene for begge kanaler i fel-lesskap i overensstemmelse med et styresignal som avledes ved en eller annen kombinasjon av materialet i de to kanaler, for eksempel summen av kanalene eller den største av kanalene.

Den ideelle funksjon som relaterer amplituden av forspenningsstrømmen med nivået og spektrumet av det signal som skal innspilles, er kompleks, og vil være forskjellig for ethvert bånd og type av innspillingsbånd. I båndmedier hvor det finnes en verdi av innspillingsforspenning som tillater lineær innspilling av de høyeste nivåer og høyeste frekvenser som er til stede i det aktuelle materiale som skal innspilles, hvor denne verdi imidlertid er mindre enn den hvileverdi som normalt benyttes for å forbedre andre faktorer av innspillings-prosessen, bør den forspenningsendrende funksjon være slik at arbeidspunktet for båndet justeres slik at det alltid ligger under metning, dvs. slik at båndet holder seg lineært. Det vil da vanligvis være nødvendig å innføre variabel innspil-lingsf orsterkning og -utjevning for å opprettholde frekvens-responsen og frekvensfølsomheten etter hvert som forspenningsamplituden endres. Dette gjelder for eksempel for innspilling med hastigheter på 38 og 19 cm/sek. (15 hhv. 7 1/2" pr. sek.) ved benyttelse av NAB- eller CCIR-utjevningsnormene for innspill ing.

I båndmedier hvor det ikke eksisterer noen verdi av innspillingsforspenning som tillater lineær drift med signaler med høyt nivå og høy frekvens, er metning uunngåelig, og variabel forspenning kan ikke eliminere ulinearitet, men bare redusere dennes omfang. Den forspenningsendrende funksjon bør da være slik at den minimerer graden av båndmetning opp til et så høyt inngangsnivå som mulig. I dette tilfelle forblir båndmediet "ufullkomment", idet ufullkommenhetene reduseres i noen grad som tillater et høyere maksimalt utgangsnivå ved høye frekvenser og reduserer modulasjonsstøy som opptrer ved og nær metning. Dette gjelder for innspilling med lav hastighet, såsom i kompaktkassett-systemet. I sådanne systemer kan variabel utjevning være ønskelig for å kompensere for øket høyfrekvensrespons etter hvert som forspenningen reduseres.

Hvile-innspillingsforspenningen, og dermed hvile-innspillings-utjevningen og -forsterkningen, trenger ikke å være de som ville ha blitt benyttet i en opptaker som benytter fast forspenning, da de konvensjonelle kompromisser mellom høyfrekvensmetning og andre aspekter av innspillingsoppførselen ikke lenger trenger å gjelde. Vanligvis vil variabel forspenning tillate en høyere hvileforspenningsamplitude, hvilket fører til lavere forvrengning ved lave og midlere frekvenser. Dette kan tillate en økning av maksimale innspillingsnivåer

og resulterer i en forbedring i signal/støy-forhold.

Fig. 4 illustrerer hvordan følsomheten og det maksimale uforvrengte utgangsnivå av en opptaker som kjører med en hastighet på 38 cm/sek., varierer med innspillingsforspen-ningsamplituden for et typisk magnetbånd som benyttes med en sådan hastighet i et system som benytter normale NAB- eller CCIR-innspillingskarakteristikker. Hvileforspenningsamplitu-den "a" kan benyttes for å tillate innspilling av høye nivåer ved lave og midlere frekvenser. Med denne forspenningsverdi er imidlertid det maksimale utgangssignal ved 15 kHz (N) mindre enn verdien ved lavere frekvenser (M), og på materiale som inneholder meget store amplituder ved høye frekvenser (lyst materiale), kan forvrengning opptre. Dersom forspenningen reduseres til f.eks. amplituden "b" under sådanne passasjer, økes det maksimale høyfrekvens-utgangsnivå og forvrengning reduseres eller hindres. Ved reduksjon av forspenningen fra a til b øker følsomhetene ved 1 kHz og 15 kHz med ca. 1 hhv.

3 dB, og som et resultat er det ønskelig å redusere forsterkningen og høyfrekvensmedkoplingen i innspillingsforsterkeren for å opprettholde den totale følsomhet og frekvens uendret. Det beløp med hvilket forspenningen bør reduseres, avhenger

av hvor mye høyfrekvenskomponentene i materialet overskrider kurvene for maksimalt høyfrekvens-utgangsnivå. I en sådan høyhastighétsopptaker vil forspenningsreduksjon være nødven-

dig bare under meget strenge programforhold.

Ved innspilling med lav hastighet er imidlertid forspenningsreduksjon nødvendig langt oftere. Fig. 5 viser liknende informasjon som fig. 4, men for en hastighet på 4,76 cm/sek. (f.eks. kompaktkassett). Tradisjonelt medfører valget av en innspillingsforspenningsamplitude et kompromiss mellom maksimalt utgangsnivå ved lave og midlere frekvenser og maksimalt utgangsnivå ved høye frekvenser. Et typisk kompromiss er amplituden "c" ved hvilken det maksimale utgangssignal ved 10 kHz ligger 10 dB lavere enn ved 333 Hz. Et uunnngåelig resultat er høyfrekvensmetning på lyst materiale. Ved å redusere forspenningen i overensstemmelse med høyfre-kvensinnholdet av det materiale som skal innspilles, kan det tas hensyn til et høyere nivå av høye frekvenser. For eksempel tillater en reduksjon av forspenningen til nivået "d" innspilling av 10 kHz-signaler som ligger 4 dB høyere. Denne forspenningsendring ledsages av et tap i følsomhet ved lave og midlere frekvenser på ca. 0,5 dB og en økning i føl-somhet ved 10 kHz på ca. 3 dB. Forsterkningen og utjevningen i innspillingsforsterkeren bør fortrinnsvis modifiseres til-svarende. For de fleste båndformer er endringen i båndføl-somhet ved lave og midlere frekvenser liten, mens endringen i høyfrekvensrespons er mye større. Det kan således være tilstrekkelig å tilveiebringe variabel utjevning for å kompensere for øket høyfrekvensrespons. Da det maksimale utgangsnivå ved 10 kHz ikke med noen forspenningsverdi noen-sinne kan nå det maksimale utgangsnivå ved 333 Hz oppnådd med hvileforspenningen "c", vil lyst materiale fremdeles forår-sake metning. Den variablé forspenning kan bare redusere varigheten og graden av metning.

Måling av dobbelttone-intermodulasjonsforvrengning viser på liknende måte fordelen ved å variere innspillingsforspenningen. Fig. 12 illustrerer det nivå som kan innspilles på kompaktkassettbånd for en fast grad (3 %) av tredje ordens intermodulasjonsforvrengning som en funksjon av frekvensen og med tre forskjellige verdier av innspillingsforspenning. Kurve a representerer den typiske oppførsel når en fast kompromissverdi av forspenningen benyttes (slik som i konvensjonelle opptakere). Når inngangssignalet inneholder større amplituder ved høyere frekvenser, kan innspillingsforspenningen reduseres for å tillate innspilling med mye lavere forvrengning (se kurvene b og c).

Slik som foran beskrevet, vil en opptaker som er

egnet for innspilling på mer enn ett spor ad gangen, vanligvis kreve uavhengig styring av innspillingsforspenningen for hvert spor. Innspillingsforspenningsgeneratoren, blokk 3 på fig. 1, kan da anta den form som er vist på fig. 6. En hoved- eller

styreoscillator 30, for eksempel den som genererer den høy-frekvenseffekt som tilføres til avmagnetiserings- eller vis-kehodet for å viske båndet rent for eventuell tidligere innspilling, er koplet til et antall spenningsstyrte forsterkere 31a, 31b, 31c, én for hvert spor. Et antall styreinforma-sjonsgeneratorer lik de som er vist på fig. 2 og 3, én for hvert spor, virker på den riktige spenningsstyrte forsterker 31 for å frembringe et signal med varibel amplitude som passerer til en utgangsforsterker 32, én for hvert spor. Utgangssignalet fra forsterkeren 32 er den variable forspen-ningsstrøm som tilføres til innspillingshodet slik som vist på fig. 1.

De spenningsstyrte forsterkere 31 kan alternativt erstattes av variable svekkere eller dempere som benytter spenningsstyrte motstander. Dersom kretsutformingen anordnes slik at innspillingsforspeningen er liten (f.eks. noen få titalls millivolt) i det punkt hvor dens amplitude styres, kan bipolare transistorer eller felteffekttransistorer benyttes som de variable elementer, f.eks. Q4henholdsvis Q,- som er vist i eksemplene på fig. 9A og 9B. I andre tilfeller, særlig når forspenningen som skal styres, er stor (f.eks. flere volt), kan en lysavhengig motstand, såsom de anordnin-ger som fremstilles av kadmiumsulfid eller kadmiumselenid, benyttes for å variere forspenningsamplituden. Styrespenningen benyttes da til å endre klarheten av en lyskilde 34, enten en glødelampe eller mer sannsynlig en halvleder, som skinner på den lysavhengige motstand, slik som vist på fig. 10. I noen utførelser kan forspenningsutgangsforsterkeren 32 (fig.

6) elmineres, og innspillingsforspenningen tilføres direkte til innspillingshodet via en lysavhengig motstand 36, slik som vist på fig. 10.

I alle disse tilfeller kan den forspenningsvarie-rende mekanisme i tillegg benyttes til å skru på og av forspenningen på jevn måte ved begynnelsen og slutten av en innspilling, og til å forvelge forskjellige verdier av hvilefor-spenningsstrøm for å passe for forskjellige båndhastigheter og båndtyper.

I utførelser hvor det er akseptabelt å styre forspenningsamplituden for flere innspillingsspor samlet, er en mye enklere metode å variere effekttilførselen til forspenningsoscillatoren. Fig. 7 viser én praktisk krets som arbeider på denne måte, for benyttelse i en stereoopptaker som inneholder støyreduksjon av Dolby B-type. Dioder Dl og D2 mater det første av utgangssignalene fra den første glattingsanordning i Dolby-kompressorene for venstre og høyre kanal til styreelektroden i en felteffekttransistor Ql som arbeider som en kildefølger og nivåforskyver. Signalet fra transistorens Ql kildeelektrode tilføres til inngangen til en opera-sjonsforsterker Al som har en inverterende forsterkning på ca.

30 ganger ved null frekvens og som benytter ytterligere glatting ved hjelp av parallellkombinasjonen av en motstand R4 og en kondensator Cl i sin tilbakekoplingsbane. Tidskonstanten for disse komponenter er ca. 1 ms, vesentlig kortere enn den raskeste angrepstid for en kompressor av Dolby B-type. Den ikke-inverterende inngang til forsterkeren Al er koplet til en spenning som er innstilt ved hjelp av en spenningsdeler RV1. Forsterkerens utgang er koplet via en seriekopling av en diode D3 og en motstand R5 til effekttilførselsinngangs-forbindelsen til forspenningsoscillatoren som trekker sin effekt via en motstand R6. Under hvileforhold er forsterkerens utgangsspenning tilstrekkelig positiv til at dioden D3 er forspent i sperreretningen og tilførselen til forspenningsoscillatoren er bestemt av verdien av motstanden R6. Etter hvert som signalnivåer og frekvenser på inngangen til opptakeren økes, går transistorens Ql styreelektrode og derfor også dens kildeelektrode i positiv retning, og forsterkerens Al utgang går derfor i negativ retning. Terskelsty- ringen RV1 er innstilt slik at dioden D3, ved tilnærmelse til båndmetning ved høye frekvenser, blir forspent i lederet-ningen slik at forsterkeren Al tillates å trekke strøm bort fra oscillatoren via motstanden R5, slik at tilførselsspen-ningen til oscillatoren og dermed innspillingsforspenningen reduseres. Etter hvert som signalnivåene gradvis økes, faller forsterkerens Al utgang ytterligere og trekker mer strøm bort fra oscillatoren, slik at innspillingsforspenningen gradvis reduseres. Til slutt kan forsterkerens Al utgang ikke gå ytterligere negativt, og en minimumsverdi av forspenningen er oppnådd.

En alternativ krets er vist på fig. 11. På samme måte som på fig. 7 velger dioder Dl og D2 det største av utgangssignalene fra den første glattingsanordning i Dolby-kompressorene for venstre og høyre kanal. En forsterker A2 forsterker dette signal og forskyver sitt nivå ved hjelp av en spenning som er bestemt ved innstillingen av en terskel-styring RV2. Når utgangssignalet fra forsterkeren A2 blir positiv^ tilføres dette via en diode D4 til en forsterker A3 som tilveiebringer en ytterligere glattingsanordning og ytterligere forsterkning. Effekttilførselsspenningen for forspenningsoscillatoren er forskjellig mellom hovedeffekttilførse-len (i dette eksempel 15 volt) og spenningen på forsterkerens A3 utgang. Signalene fra Dolby-kompressorene går derfor i positiv retning, spenningstilførselen til forspenningsoscillatoren reduseres, og således avtar innspillingsforspen-ningsamplituden. Når forsterkerens A3 utgangsspenning nærmer seg dens positive tilførselsspenning (i dette eksempel 6 volt), går forsterkeren i metning og tilveiebringer således en grense for graden av reduksjon av forspenningsamplituden.

Metoden med å variere innspillingsforspenningen ved å endre den effekt som tilføres til forspenningsocillatoren, kan også benyttes når forspenningsvariasjonen for hver kanal må være uavhengig av andre kanaler. I dette tilfelle blir separate kretser, for eksempel av den form som er vist på fig. 7 eller 11, benyttet for hver kanal. Forspenningsoscilla-torene vil normalt være svakt koplet til hverandre, slik at de arbeider ved den samme frekvens.

Fig. 8 viser én metode for variasjon av innspil-lingsutjevningen. En transistor Q2 utgjør innspillingsforsterkeren med frekvensavhengig tilbakekopling i sin emitter-krets. Dempningen av den til serieresonans avstemte krets som er tilveiebrakt av komponentene R8, C2 og LI, varieres ved hjelp av motstanden av en felteffekttransistor Q3 på en slik måte at når innspillingsforspenningen og utjevnings-styrespenningen som tilføres til felteffekttransistorens styreelektrode, gjøres mer positiv, blir dempningen gradvis øket, og den grad av diskanthevning som utøves på det signal som passerer til innspillingshodet, blir dermed redusert.

Slik som nevnt foran og i forbindelse med beskrivel-ved

sen av fig. 5, kan det kompaktkassett-innspillingssystemer som benytter dymamisk forspenningsreduksjon ved høye frekvenser, være ønskelig med variabel utjevning slik at den på båndet registrerte eller innspilte frekvensrespons forblir flat.

Fig. 13 viser en familie av frekvensresponskurver for en typisk båndutforming i et kompaktkassett-system for flere forskjellige verdier av innspillingsforspenning. Båndets følsomhet ved høye frekvenser stiger etter hvert som innspillingsforspenningen reduseres fra sin hvileverdi. Ut-strakte prøver av forskjellige båndtyper i disses lineære driftsområder viser overraskende at endringen i høyfrekvens-respons er en familie eller gruppe av kurver med en helling på i hovedsaken 6 dB/oktav og med forskjellige vendepunkter avhengig av forspenningsverdien. På bakgrunn av denne er-kjennelse er det mulig å kompensere for endringen i båndføl-somhet på en ganske enkel og direkte måte. Inntil båndet går i metning blir derfor variabel utjevning fortrinnsvis tilveiebrakt for å bevirke en høyfrekvensreduksjon (high frequency cut) med en responskurve som passer til økningen i følsomhet. En sådan sammenpassende responskurve oppnås innenfor en noenlunde nøyaktig approksimasjon ved hjelp av et énpolet lavpassfilter som har en respons på 6 dB/oktav. Over-føring<g>funksjohen for et slikt filter er —^——— , hvor T 1 + -](jl)T c er relatert til graden av forspenningsreduksjon.

For hver forspenningsverdi finnes en spesiell filtertidskon-stant T c , og Tcmå følgelig variere med forspenningen.

I det minste for de fleste båndutforminger i kom-paktkassettsystemer, og muligens i andre tilfeller, er sam-menhengen mellom T og den dynamiske forspenningsverdi lineær:

(I er forspenningsstrømmen).

Passende verdier for k-^ og er blitt funnet å være henholdsvis 106 og 100. Disse konstanter er imidlertid i en viss grad avhengige av båndutformingen. Disse gjennom-snittsverdier er blitt funnet å gi resultater innenfor ca. 2dB på de fleste bånd. Fig. 14 er et diagram som viser Tcsom funksjon av forspenningsstrøm (normalisert).

Kretser som sørger for variabel utjevning etter hvert som forspenningen varieres, kan anta forskjellige for-mer. Et énpolet lavpassfilter som er egnet for utjevning ved én spesiell redusert forspenningsverdi, for eksempel, kan an-ta formen av en seriemotstand og en shuntkapasitans eller en serieinduktans og en shuntmotstand. For å tilveiebringe variabel utjevning må det ene eller begge elementer variere som reaksjon på et styresignal.

Én passende krets for tilveiebringelse av variabel forspenning og utjevning i overensstemmelse med disse rela-sjoner, er vist på fig. 15. Deler av denne krets likner kretsen på fig. 7. Kretsen på fig. 15 utnytter utgangssignalet fra den første glattingsanordning 21 i en kompressor av Dolby B-type (se fig. 3). til å avlede et styresignal som styrer forspenningsnivået og utjevningen.

Innspillingsforspenningen og -utjevningen skal variere i overensstemmelse med signalets høyfrekvensinnhold,

og styrekretsen må således måle høyfrekvensamplituden, vanligvis ved hjelp av et høyfrekvens-avveiningsfilter og en likeretter. Det nivå ved hvilket høyfrekvens-båndmetning inn-treffer, faller ved tilnærmet 12dB/oktav (i det minste over det kritiske område på 8 - 12 kHz), slik at avveiningsfilte-ret bør stige med tilnærmet denne hastighet. Da en prosessor av Dolby B-type inneholder filtrering med en helling på 12dB/ oktav og en likeretter, kan signalet i Dolby-prosessoren

benyttes for besparelse.

Slik som i noen av de foregående utførelser, er det sørget for felles forspenningskontroll av begge kanaler. Praktiske prøver viser at den psykoakustiske effekt av mas-kering hindrer eventuell hørbar, dårlig effekt. Dersom det ønskes, kan det sørges for uavhengig forspenningsstyring for hver kanal. Variable utjevner-underkretser er anordnet i hver kanal. Slik som beskrevet nærmere nedenfor, er de variable utjevnere eller korreksjonsledd ensbetydende med én-polede lavpassfiltre som har en seriemotstand og en variabel shuntkapasitans.

Signaler fra de første glattingsanordninger i kom-pressorer av Dolby B-type tilføres til inngangsbufferfor-sterkere A3 og A4 som isolerer Dolby-kompressorkretsene og virker i forbindelse med dioder Dl og D2 for å tilveiebringe et utgangssignal til en forsterker A5 som er større enn de to Dolby-kompressorsignaler. Forsterkeren A5 er en ikke-inverterende likespenningsforsterker med høy forsterkning og den tilveiebringer også glatting som et resultat av en motstand R cl og en kondensator C 3.. Dette forsterkertrinn har en tidskonstant på ca. 200 ys, dvs. mindre enn den 1 ms angrepstid til Dolby-prosessorens første glattingsanordning. Denne ytterligere glatting er ønskelig for å unngå plutselige endringer i forspenning og utjevning som kan frembringe hørbar forvrengning på visse støyliknende signaler. To potensio-metre RV3 og RV4 velger de styrespennings-terskelverdier ved hvilke forspenningsreduksjon begynner. Hver båndutforming krever en forskjellig terskel. Forsterkerens A5 utgang mater to underkretser, én for forspenningskontroll og én for ut-j evningskontroll.

Forspenningskontroll-underkretsen omfatter en inverterende forsterker A6 med en forsterkning på én og som er referert til halvparten av tilførselsspenningen Vcc, og hvis utgang styrer basisspenningen til en NPN-transistor Q6. som ligger i serie med kraftforsyningen til forspenningsoscillatoren.

Fig. 16 viser en grafisk fremstilling av normalisert forspenningsstrøm for flere båndutforminger som funksjon av en styrespenning fra Dolby-prosessoren. Etter hvert som Dolby-prosessorspenningen øker og når den valgte terskel for den aktuelle båndutforming, begynner forsterkerne A5 og A6

å tilveiebringe et utgangssignal som driver transistoren Q6 mot cutoff eller sperret tilstand. Forholdet mellom motstandene R, og Rcpå transistorens Q6 basis bestemmer forholdet mellom minimums- og hvileforspenning. Hvileforspenningsnivået innstilles av den del av båndtypebryteren som velger en mot-standsverdi i serie mellom transistorens Q6 og forspennings-oscillatorens effektinngang. Således velges et terskelnivå

og et hvilenivå for hver båndtype-bryterstilling. Hellingen (-0,4/volt i eksemplet) bestemmes av forsterkningen til an-ordningene A5 , A6 og Q6.

Den variable utjevner-underkrets benytter en dobbel forsterker med variabel steilhet og har en variabel cut-off-eller grense-tidskonstant Tcsom er en lineær funksjon av strømmen gjennom en motstand R^. Verdiene av motstandene Rd og R " er relatert til VCCfor å oppnå en styrestrøm som er uavhengig av Vcc, i overensstemmelse med konstantene i oven-stående ligning som relaterer Tctil normalisert forspennings-strøm.

Etter -hvert som styrespenningen på utgangen til

A5 stiger, faller forspenningsstrømmen, strømmen gjennom motstanden Rd stiger og Tcstiger slik at filterets omslags-eller vendefrekvens faller for å kompensere for den økede båndfølsomhet som er vist generelt på fig. 13.

Hjertet i den variable utjevner-underkrets er en konvensjonell, dobbel forsterker med variabel steilhet som er kommersielt tilgjengelig som en eneste integrert krets og selges under betegnelsen National LM13600. En liknende anordning selges under betegnelsen RCA 3280. Arrangementet av denne integrerte krets som et styrbart lavpassfilter er ikke angitt i kretsfabrikantenes anvendelsesopptegnelser.

Behandlede lydutgangssignaler fra en kompressor avDolby B-type i hver lydkanal (venstre og høyre) tilføres til utjevner-innganger 40 og 42 og via sperrekondensatorer til motstander R^pp ]_ °^<R>LPF2 som banner respektive seriemot-standsdeler i to variable lavpassfiltre. Mellom punktene 44, 4 6 og jord danner den integrerte krets og tilhørende komponenter variable kondensatorer som styres av strømmen i punktet 48.

Fig. 17 viser et forenklet koplingsskjerna av det variable lavpassfilter med henblikk på funksjonsanalyse og forklaring med hensyn til kretsens virkemåte. En forsterker All (som svarer til A7 og A9 på fig. 15) er en forsterker med variabel steilhet. En forsterker A12 (svarende til A8 og A10) er en ikke-inverterende bufferforsterker med énhets-f orsterkning. Motstanden R. svarer til R, og RTT^~ på

r mn LPF1 ^ LPF 2 ^ fig. 15. Komponentene R-^, R2og C bestemmer en fast tidskonstant. Kondensatoren C svarer til CTl og CT2på fig. 15. Motstandene R-, og R~svarer til motstandspar Rm, -<R>m. hen-12rT3 T4 holdsvis RTj- - RT<g>som virker som spenningsdelere for å endre strømmen til A7 og A9.

Det kan vises at kretsen på fig. 17 oppfører seg som en seriemotstand Ri. nn og ^ en variabel shuntkondensator Cc hvor:

hvor gm = kl (ved romtemperatur er k = 19,2v<-1>).

Likningen for Ccer således på formen:

C ■ = a + bl ,

c c

og den effektive shuntkapasitans Ccstår i lineært forhold til styrestrømmen I . Hele kretsen oppfører seg som et variabelt lavpassfilter som har en overføringsfunksjon på formen:

hvis grense-tidskonstant Tcer en lineær funksjon av styre-strømmen I .

Nærmere bestemt har man følgende:

Dersom man for alle frekvenser av interesse har

ojT << 1, toR. C. << 1/ kan dette skrives som følger:

xnn inn ^

Fra (9) fås følgelig:

Uttrykt ved kretsen på fig. 15 styres tidskonstanten Tc av styrestrømmen i punktet 48 som varierer forster-kernes A7 og A9 steilhet. Utjevnerens utgangssignaler fra forsterkerne A8 og A10 overføres via variable motstander RV4 og RV6 for tilførsel til innspillingsforsterkere for hver kanal. De variable motstander tillater innstilling av inn-spillingens kalibreringsnivåer.

Claims (4)

1. Innretning for innspilling av lydsignaler på et

   magnetisk medium i hvilken mediets høyfrekvensfølsomhet øker på en frekvensavhengig måte etter hvert som innspillings-forspenningssignalets amplitude reduseres, og omfattende en forsterkeranordning (1) som mottar lydsignalene, en anordning (3) som reagerer på lydsignalene for å generere et innspillings-f orspenningssignal som varierer i amplitude som reaksjon på minst én forutbestemt parameter av lydsignalene,

   en anordning (2) for å variere forsterkeranordningens (1) utjevning etter hvert som innspillings-forspenningssignalet varierer, idet anordningen (2) for utjevningsvariasjon har en frekvensavhengig respons for å kompensere for den nevnte variasjon i følsomhet, og en anordning (5) i registrerende forhold til det magnetiske medium for å tilføre de forster-kede lydsignaler og det varierende innspillings-forspennings-signal til det magnetiske medium, karakterisert ved at anordningen (2) for utjevningsvariasjon omfatter et

   variabelt lavpassfilter (fig. 17).
2. 2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at lavpassfilteret er et énpolet lavpassfilter.
3. 3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den resiproke verdi av lavpassfilterets grensefrekvens står i lineært forhold til forspenningssignalets amplitude.
4. 4. Innretning ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at mediets høyfrekvensfølsom-het øker med en hastighet på 6 dB/oktav for endringer i innspillings-f orspenningssignalets amplitude, og at utjevningsanordningen har en i hovedsaken komplementær 6 dB/oktav-respons.