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Dampfungsglied für Tonfrequenzsignale
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Zur Ein- und Ausschalten sowie zum Überblenden von Tonereignissen,
aber auch zu der Schalten und zur kontinuierlichen Fegelkorrektur erden in Studies
Dämpfungslieder eingesetzt. Vor allem beim automatisierten Betrieb aer Studie sollen
die Dämpfungsglieder fernsteuerbar sein. Derartige ferns teuerbare Dätfungsglleder
sind in der DT-AS 12 97 155 und der uT-OS 25 41 477 beschrieben. Deren Dämpfung
läßt sich mit Hilfe einer Steuerspannung verstellen. 3ei der automatischen Steuerung
eines solchen Dämpfungsgliedes mit Hilfe eines Digitalrechners steht die gewünschte
Dämpfungsänderung als Digitalwert zur Verfügung, die in analoge Größen umgesetzt
werden müssen. As ist auch schon vorgeschlagen worden, das abzuschwächende Tonfrequenzsignal
in ein Digitalsignal mit einer Abtastrate umzuwandeln, die mindestens gleich oder
größer als das doppelte der höchsten vorkommenden Signalfrequenz ist. Das so erhaltene
Digitalsignal kann digital verarbeitet werden, indem z. B. die Digitalwerte durch
eine konstante Zahl dividiert werden. Das Ergebnis wird einem Digital-Analog-Umsetzer
zugeführt, dem ein Tiefpaß nachgeschaltet ist, welcher die von der Abtastung herrührenden
höherfrequenten Signalanteile unterdrückt. Derartige Dämpfungsglieder sind zwar
mit
digitalen Signalen steuerbar, sie haben aber vor allem bei kleinen Nutzsignalamplituden
den Nachteil eines schlechten Signal-/Rauschverhältnisses.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungsglied
zu schaffen, das mit digitalen Signalen steuerbar ist und trotz einfachen Aufbaus
gute Ubertragungseigenschaften besitzt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Bei einem solchen Dämpfungsglied wird
die Abschwächung des Eingangssignals dadurch bewirkt, daß mit hoher Frequenz zwischen
dem Momentanwert des Eingangssignals und dem Massepotential hin- und hergeschaltet
wird. Durch Variation des Verhältnisses zwischen Durchschalt- und Sperrzeit läßt
sich die Spannungszeitfläche des zerhackten Signals und damit die Amplitude des
Ausgangssignals des Tiefpasses verändern. Die Summe aus Durchschalt- und Sperrzeit
ist stets konstant und gleich der Periodendauer der zerhackten Frequenz. Diese Frequenz
muß nach dem Abtasttheorem von Shannon mindestens gleich der doppelten höchsten
Nutzsignalfrequenz sein.
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Nach oben ist diese Frequenz durch die Eigenschaften des Schalters
begrenzt. Für Tonfrequenzsignale mit einer oberen Grenzfrequenz von 20 kHz liegt
die Zerhackerfrequenz vorteilhaft über 300 kHz. Zweckmäßig wird der Schalter so
gewählt, daß er das Tonfrequenzsignal auch sehr kurzzeitig durchschalten kann, damit
das Signal stark abgeschwächt werden kann und damit ein weiter Regelbereich der
Abschwächung erzielt wird. Da die Spannungszeitfläche des durchgeschalteten Signals
das einzige Kriterium für die Amplitude des Ausgangssignals ist, entfällt das bei
Dämpfungsgliedern mit Analog- und Digitalumsetzung auftretende Grundgeräusch- und
Offset-Problem ebenso wie das Quantisierungsrauschen, da nur abgetastet wird und
keine Quantisierung erfolgt.
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Als Tiefpaß wird vorteilhaft ein Tiefpaß höherer Ordnung eingesetzt.
Sein Ausgangssignal kann mit denen anderer Dämpfungsglieder in einem Summierverstärker
gemischt werden.
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Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Ausgangssignale von mehreren
Schaltern auf einen Summierverstärker zu geben und an die-
sen einen
einzigen Tiefpaß anzuschließen. Die Impulse variablen Puls-Pausen-Verhältnisses
können mit eInem Pulsgeber erzeugt werden, der einen zyklisch Taktimpulse aufsur..mierenden
Zähler enthält und einen Impuls abgibt, wenn der Stand des Zählers kleiner als eine
vorgegebene, einen Dämpfungswert darstellende Zahl ist. Diese Zahl kann z. B. in
ein Register eingetragen werden, an das der eine Eingang eines Vergleichers angeschlossen
ist, dessen anderer Eingang mit dem Zähler verbunden ist. Solange der Zählerstand
kleiner als der Registerinhalt ist, gibt der Vergleicher ein Signal ab, das den
Schalter in die Stellung bringt, in der er das Nutzsignal durchschaltet. Ist der
Stand des Zählers größer als ddr Registerinhalt, ist das Tonfrequenzsignal gesperrt
und das Schalterausgangssignal ist Null. Selbstverständlich ist es auch möglich,
das Nutzsignal durchzuschalten, solange der Stand des Zählers größer als der Registerinhalt
ist.
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Der Impulsgeber kann auch so aufgebaut sein, daß der Zählvorgang periodisch
gestartet wird und vor jedem Zählvorgang der Zähler mit der den Dämpfungswert darstellenden
Zahl geladen wird. Beim Beginn des Zählvorganges und beim Erreichen des Zählerstandes
Null wird jeweils ein Impuls abgegeben. In der Zeit zwischen den beiden Impulsen
wird der Schalter so angesteuert, daß er das Tonfrequenzsignal durchschaltet. Das
Verhältnis der Zähl-Zykluszeit zu dieser Zeit ist gleich der Abschwächung des Tonfrequenzsignals.
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Derartige Dämpfungsglieder können in einem Mischpult eingesetzt werden.
Die Dämpfungswerte können in einer zentralen Steuereinheit oder einem Rechner erzeugt
werden und jedem Dämpfungsglied zugeführt werden. Die Dämpfungswerte werden jeweils
nur von dem Dämpfungsglied übernommen, das ein Ubernahmesignal erhält. Das Ubernahmesignal
kann auch dadurch gebildet werden, daß jedem Dämpfungsglied eine Adresse zugeordnet
ist und von der zentralen Steuereinheit Adressensignale ausgegeben werden.
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Als Eingabevorrichtung für die Adressen und die Dämpfungswerte kann
die Steuereinheit eine Wähltastatur enthalten, deren Ausgangssignale in Adressen
und Dämpfungswertregister eingetragen werden, von denen sie parallel zu den einzelnen
Dämpfungsgliedern weitergegeben werden. An die Adressen und Dämpfungswert-
register
können Anzeigeeinheiten angeschlossen sein, welche das adressierte Dämpfungsglied
und den Dämpfungswert jeweils als eine Dezimalzahl anzeigen.
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Zum Mischen von zwei Signalen kann so vorgegangen werden, daß dem
Schalter eines Dämpfungsgliedes, der ein Umschalter ist, beide Signale zugeführt
sind, so daß er in der einen Stellung das eine Signal und in der anderen das andere
Signal zum Tiefpaß durchschaltet. Das Mischverhältnis der beiden Signale ist in
diesem Falle durch das Puls-Pausen-Verhältnis des Steuersignals für den Schalter
bestimmt.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen
näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen Figur 1 ein Dämpfungsglied und Figur 2 eine Steuereinheit
zum Ansteuern von mehreren Dämpfungsgliedern.
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Der Anordnung nach Figur 1 wird das niederfrequente, abzuschwächende
Signal über einen Eingang E zugeführt, von dem es über einen Kondensator C1 zu einem
Kontakt eines Schalters SCH gelangt, dessen Steuereingang an eine Logikschaltung
LOG angeschlossen ist. An dessen Ausgang erscheint eine Impulsfolge mit variablem
Puls-Pausen-Verhältnis und einer Frequenz, die im Vergleich zur oberen Grenzfrequenz
des niederfrequenten Signals hoch ist, z. B. im Falle eines Tonfrequenzsignals mit
einer oberen Grenzfrequenz von 20 kMz 350 kHz beträgt. Das mit dem Schalter SCH
zerhackte Tonfrequenz signal wird einem Tiefpaß TP zugeführt, an dessen Ausgang
das abgeschwächte Signal erscheint.
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Dieses wird über einen Kondensator C2 auf einen Ausgang A gegeben.
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Die Logikschaltung LOG besteht im wesentlichen aus einer bistabilen
Kippstufe, deren Rücksetzeingang R3 an den Ausgang eines Zählers Z1 angeschlossen
ist und deren Setzeingang S3 über eine Leitung Sy Synchronisierimpulse erhält. Der
Zähleingang Z2
des Zählers Zl ist über eine Torschaltung T3, die
von den Syr.-chronisieripulsen gesteuert ist, mit einer Taktleitung TT1 verbunden,
auf der ein hochfrequentes Taktsignal liegt. Die Synchronisierimpulse sind ferner
dem Setzein,-ang S2 des Zählers Zl zugeführt, so daß dieser beim Auftreten der Synchronisierimpulse
den seinem übernahmeeingang U2 zugeführten Stand eines Zweirichtungszählers ZRZ
übernimmt. Dieser Zweirichtungszähler ZRZ kann seinerseits voreingestelLt werden,
indem seinen Übernahmeeingängen U1, Ul über Leitungen Dt1, DW2 lli Dämpfungswerte
Darstellende Signalkombinationen zugeführt sind. Sein Setzeingang S1 ist an den
Ausgang einer Torschaltung T4 angeschlossen, deren Ei länge mit Leitungen FG, ALi,
ALk verbunden sind. Sein Eingang V1 für Vorwärtszählung liegt am Ausgang einer Torschaltung
Tl, deren erster Eingang mit einer Taktimpulsleitung TT2 verbunden ist, deren zweiter
Eingang an einer Taste TA1 liegt und deren dritter Eingang an einen Diskriminator
DIS1 angeschlossen ist. Der Zähleingang Rl für Rückwärtszählung liegt am Ausgang
einer Torschaltung T2, die ebenfalls drei Eingänge aufweist, von denen der erste
wieder an die Taktleitung TT2, der zweite an einen Taster TA2 und der dritte an
den Ausgang eines Diskriminators DIS2 angeschlossen ist. Der jeweilige Stand des
Zweirichtungszählers ZRZ entspricht einem Dämpfungswert und wird mit einer Anzeigeeinheit
AZ1 angezeigt. Zum Einstellen von 100 Dämpfungsstufen müssen die Zähler ZRZ und
Z1 Jeweils eine Kapazität von mindestens 100 haben.
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Die Synchronisierimpulse auf der Leitung Sy und die Taktimpulse auf
der Leitung TT1 sind miteinander in der Weise verkoppelt, daß nach jedem Synchronisierimpuls
eine Anzahl von Taktimpulsen folgt, die gleich der Anzahl der gewünschten Dämpfungsstufen
ist. Mit jedem Synchronisierimpuls wird der Stand des Zweirichtungszählers ZRZ in
den Zähler Z1 übernommen. Gleichzeitig wird die bistabile Kippstufe der Logikschaltung
LOG gesetzt, so daß der Schalter SCH in die gezeichnete Stellung gebracht wird,
in der er das Tonfrequenzsignal zum Tiefpaß durchschaltet. Nach Beendigung des Synchronisierimpulses
wird die Torschaltung T3 für die Taktimpulse auf der Leitung TT1 freigegeben, deren
Frequenz z. B. 35 MHz beträgt, und der Stand des Zählers Z1 wird auf Null gezählt.
Bei Erreichen des Wertes Null gibt der Zähler Z1 einen
Impuls auf
den Rücksetzeingang R3 der Logikschaltung, so daß diese den Schalter SCH in die
andere Stellung bringt, in der dem Eingang des Tiefpasses TP "O"-Signal zugeführt
wird. Diese Phase dauert bis zum nächsten Auftreten eines Synchronisierimpulses,
bei dem der nächste Stand des Zählers ZRZ in den Zähler Z1 übernommen wird. Ist
beispielsweise die im Zweirichtungszähler ZRZ enthaltene Zahl 53, so ist der Schalter
SCH während 53 Perioden der auf der Leitung TT1 liegenden Taktimpulse in der gezeichneten
Stellung und während 47 Taktimpulsperioden in der anderen Stellung. Das Eingangssignal
wird daher um den Faktor 0,53 geschwächt.
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Der im Zähler ZRZ stehende Dämpfungswert kann auf zwei Arten eingestellt
werden. Zur Einstellung nach der einen Art dienen die Tasten TA1 und TA2. Wird z.
B. die Taste TA1 geschlossen und gibt der Diskriminator DIS1 "O"-Signal ab, so gelangen
über die Torschaltung T1 die auf der Leitung TT2 liegenden niederfrequenten Taktimpulse
auf den Eingang V1 für Vorwärtszählung. Der Stand des Zählers ZRZ nimmt daher langsam
zu. Wird die maximale Zählkapazität des Zählers, z. B. 99 erreicht, spricht der
Diskriminator DIS1 an und gibt auf den dritten Eingang der Torschaltung T1 "L"-Signal,
so daß diese Torschaltung gesperrt ist. Bei der höchsten Dämpfung bleibt also der
Zähler ZRZ stehen. Wird die Taste TA2 geschlossen, gelangen die niederfrequenten
Taktimpulse über die Torschaltung T2 auf den Eingang RI für die Rückwärtszählung,
so daß der Zählerstand abnimmt, bis der Zählerstand Null erreicht ist, bei dem der
Diskriminator DIS2 anspricht und die Torschaltung T2 sperrt. Bei dieser Art der
Einstellung des Zählers ZRZ wird somit die Dämpfung kontinuierlich eingestellt.
Die Tasten TA1 und TA2 brauchen selbstverständlich nicht von Hand betätigt zu werden;
sie können auch durch Torschaltungen realisiert werden, die von einer automatischen
Programmsteuerung gesteuert sind. Diese kann auch die Frequenz der Taktimpulse auf
der Leitung TT2 regeln, so daß der zeitliche Verlauf der Dämpfung verändert wird.
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Bei der zweiten Art der Einstellung der Dämpfung werden die Dämpfungswerte
über die Leitungen DW1 und DW2 in den Zweirichtungszähler ZRZ eingetragen, vorausgesetzt,
daß seinem Setzeingang S1
von der Torschaltung T4 ein Signal zugeführt
ist. Dieses Setzsignal tritt dann auf, wenn auf eine Freigabeleitung FG und Adressenleitungen
ALi und ALk gleichzeitig Signale gegeben sind.
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Auf diese Art können die Dämpfungswerte in digitaler Form von außen
vorgegeben werden.
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In der bisherigen Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Figur
1 wurde angenommen, daß die Logikschaltung LOG während der Zeiten den Schalter SCH
in die eingezeichnete Stellung bringt, in denen der Zähler Z1 vom vorgegebenen Stand
auf still gezählt wird. Unter dieser Annahme entspricht die Amplitude des Ausgangssignals
des Tiefpasses TP der im Zweirichtungszähler ZRZ enthaltenen und in der Anzeigeeinheit
AZ1 angezeigten Ziffer. Je größer diese Ziffer ist, umso kleiner ist die Dämpfung.
Statt dessen ist es auch möglich, den Schalter SCH während der Zeit, in der der
Zähler Z1 vom vorgegebenen Stand auf Null gezählt wird, in die andere Schaltstellung
zu bringen, so daß während dieser Zeiten dem Tiefpaß TP Massepotential zugeführt
ist und das Ausgangssignal des Tiefpasses eine umso kleinere Amplitude hat, je kleiner
der Inhalt des Zweirichtungszählers ZRZ ist. In diesem Falle gibt die im Zweirichtungszähler
ZRZ enthaltene Ziffer unmittelbar die Dämpfung an.
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Anstatt der in Figur 1 gezeigten Anordnung zum Erzeugen von Impulsen
mit digital einstellbarem Puls-Pausen-Verhältnis können auch andere Anordnungen
gewählt werden. Beispielsweise kann der Zähler Z1 fortwährend von den Impulsen auf
der Leitung TT1 durchgezählt werden. Der Zählerstand wird mit dem Stand des Zweirichtungszählers
ZRZ in einem Vergleicher verglichen. Ist der Zählerstand des fortwährend durchgezählten
Zählers kleiner oder gleich dem Stand des Zweirichtungszählers, bringt der Vergleicher
den Schalter SCH in die eingezeichnete Stellung, ist der Stand des fortwährend durchgezählten
Zählers größer als der des Zweirichtungszählers, ist der Schalter in die andere
Stellung gebracht. Bei einer solchen Anordnung können somit die Synchronisierimpulse
entfallen. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Ansteuerung des Schalters
SCH möglich.
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Die Steuereinheit nach Figur 2 enthält einen Taktgenerator TG1, dessen
Ausgangsimpulse von etwa 35 MHz auf die Taktleitung TT7 gegeben sind. An seinen
Ausgang ist ferner ein Frequenzteiler FT angeschlossen, der die Leitung Sy speist
und der die Taktimpulse im Verhältnis 100 : 1 untersetzt, wodurch die Anzahl der
möglichen Dämpfungsstufen auf 100 festgelegt ist. Ein zweiter Taktgenerator TG2
liefert die niederfrequenten Taktimpulse für die Leitung TT2.
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Mit der Steuereinheit nach Figur 2 können mehrere Dämpfungsglieder
angesteuert werden. Hierzu ist jedem Dämpfungsglied eine Adresse zugeordnet, die
mit einer Wähltastatur WT erzeugt werden kann. Beim Betätigen einer der zehn Zifferntasten
wird ein Codierer COD angesteuert, der das Tastensignal in eine vierstellige binäre
Signalkombination umwandelt. Eine Registersteuerung RST, welcher die Tastensignale
ebenfalls zugeführt sind, gibt Einschreibimpulse auf ein Adressenregister ARC und
ein Dämpfungswertregister DRG,derart, daß die Ausgangssignale des Codierers C0D
nacheinander in bestimmter Reihenfolge in die Register eingetragen werden. Das Ausführungsbeispiel
ist so gestaltet, daß die ersten beiden mit der Wähltastatur WT erzeugten Ziffernsignale
eine Adresse bilden und in ein Adressenregister ARG eingetragen werden, und daß
von den beiden folgenden Ziffern, die einen Dämpfungswert ergeben, die erste in
das Dämpfungsregister DRG eingetragen wird und die zweite unmittelbar auf die Leitung
DW2 geschaltet wird. Die im Adressenregister ARG enthaltenen Signale werden einerseits
einer Anzeigeeinheit AZ2 zugeführt, welche die gewählte Adresse, z. B. 78, anzeigt
und andererseits einem Adressendecodierer ADC, an den über Leitungen AO ... ALi
... ALk ... ALn die Torschaltungen T4 der Dämpfungsglieder angeschlossen sind. Zur
Ersparnis von Verbindungsleitungen zwischen der Steuereinheit und den Dämpfungsgliedern
kann in jedem Dämpfungsglied ein Adressendecodierer vorgesehen sein, der auf die
dem jeweiligen Dämpfungsglied zugeordnete Adresse eingestellt ist. Das Dämpfungsregister
DRG speist die Leitung DW1. Nach Eingabe der vierten Ziffer mit der Wähltastatur
WT gibt die Registersteuerung RST ein Signal auf die Leitung FG, so daß im angewählten
Dämpfungsglied
die UND-Bedingung am Eingang der Torschaltung T4 erfüllt ist und der auf den Leitungen
DW1 und DW2 liegende Dämpfungswert in den Zweirichtungszähler ZRZ übernommen wird.
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