TIME-DISCRETE VARIABLE EQUALIZER

Abstract: 1. Time-discrete variable equaliser on the principle of the Bode equaliser with a constant-resistance bridge circuit which is terminated by a variable resistance (Rv ), characterised thereby, - that the reflectance of the constant-resistance bridge circuit (M) terminated by the resistor (Rv ) is formed on the principle of the digital wave filter by the series connection on the one hand of a multiplier (beta) of settable co-efficient and on the other hand of the reflectance (S. Figs. 4 and 11) of only one (Z1, Fig. 5b or Z2, Fig. 5c) of both the bridge impedances of the bridge circuit (M), - that in the case of a Bode equaliser, in which the constant-resistance bridge circuit (M) lies by a longitudinal impedance (2Ro , Fig. 5a) and by a transverse impedance (Ro /a, Fig. 10) respectively in the longitudinal and transverse branches thereof, the longitudinal impedance (2Ro ) is replaced by a three-port parallel adaptor (II, Figs. 6 and 7) or the transverse impedance (Ro /a) is replaced by a three-port series adaptor (II', Fig. 11), wherein the corresponding wave port of the three-port parallel adaptor (II) and the three-port series adaptor (II') are respectively terminated with that reflectance which the longitudinal impedance and the transverse impedance display, and - a further three-port adaptor, from which the named three-port parallel adaptor (II) or three-port series adaptor (II') branches off and which is constructed as three-port series adaptor (I, fig. 4) or three-port parallel adaptor (I', Fig. 11), is connected between the input wave port (1, - 1) and the output wave port (2, - 2).

Description: Zeitdiskreter variabler Entzerrer In der Technik (z.B. Tonstudiotechnik; Tiefen- und Höhenbeeinflussung, Präsenzfilter) stellt sich häufig das Problem ausgehend von einem Grunddämpfungsgang hierzu symmetrische Dämpfungscharakteristika einzustellen (Fächercharakteristik). Dabei soll die Abweichung vom Grunddämpfungsverlauf, der nicht notwendigerweise konstant zu sein braucht, zu grösseren und kleineren Dämpfungswerten hin symmetrisch sein; weiterhin soll die Fächerung streng proportional zur Berandung erfolgen. In der Fig. 1 ist dies schematisch dargestellt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zeitdiskreten variablen Entzerrer der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art anzugeben, der mit möglichst wenigen Parameterveränderungen eine zu einer Grunddämpfung symmetrische Veränderung der Dämpfungscharakteristik ermöglicht. Der Entzerrer soll dabei für zeitdiskrete Signalverarbeitung die bereits erwähnten Eigenschaften des Bode-Entzerrers aufweisen. Gelöst wird dies durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Die erfindungsgemässe Lösung geht von den Prinzipien der Wellendigitalfilter aus wie sie aus der Literaturstelle [4] und aus DE-OS 20 27 303 bekannt sind. Als analoges Referenzfilter dient z.B. die bekannte Bode-Entzerrer-Struktur nach Fig. 2 gemäss US-Patent 20 96 027, Fig. 11. Dabei ist M ein reflexionsfreier Hilfsvierpol mit dem Wellenwiderstand Ro und a = e aBo, wobei aBo das Niveau der Grunddämpfung in Neper gemäss Fig. 1 angibt. Der reflexionsfreie Hilfsvierpol werde z.B. durch seine Brücken-Impedanzen Z1 und Z2 gemäss Fig. 3 dargestellt (vgl. Literaturstelle [3] ). Der Hilfsvierpol gemäss der Fig. 3 sei mit dem variablen ohmschen Widerstand R v am Ausgangs tor 4 abgeschlossen. Da die Brückenimpedanzen Z1 und Z2 zueinander dual sind, lässt sich die Transmittanz von Tor 3 nach Tor 4 bei Anpassung (d.h. Rv = Ro) durch S43 = 1 (S1 - S2) = S1 = S aus- 2 drücken. Hierbei ist Si = 1 mit i = 1, 2. Bei Zi + Ro Abschluss an Tor 4 mit Rv gilt für die Reflektanz an Tor 3: S33 =ss543 = ss S, wobei ss zwischen -1 und +1 Werte annehmen kann. Für Rv = O (Kurzschluss) wird ss = -1 Rv = Ro (Anpassung) wird ss = 0 Rv = X (Leerlauf) wird ss = +1. Nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip gemäss [4] erhalten wir damit anstelle des Referenz filters nach Figur 2 die für zeitdiskrete Realisierung geeignete Struktur, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. S stellt die Reflektanz der Impedanz Z1 (Fig. 3) dar. II ist ein Dreitor-Paralleladaptor mit einer Wellensenke am Ausgang, und I ist ein Dreitor-Paralleladaptor (vgl. hierzu Literaturstelle [5]. Ein Beispiel zeigt, wie der Entzerrer (Fig. 4) nach der Erfindung ausgestaltet sein kann: Gegeben sei eine zeitkontinuierliche (analoge) Schaltung eines Bode-Entzerrers gemäss Fig. 2. Mit Ro und a = 2 ergibt sich Fig. 5a. Die Brückenimpedanzen Z1 und Z2 seien gemäss Fig. 5b bzw. Fig. 5c angenommen. # sei die aus der Theorie der Wellendigitalfilter [4] bekannte Frequenzvariable gemäss der Beziehung # = j # = j tan # f/fA, wobei f die technische Frequenz und fA die Abtastfrequenz der zeitdiskreten Signal- verarbeitung darstellt. Je nachdem welche Brückenimpedanz Z1 (Fig. 5b) oder Z2 (Fig. 5c) für die Dimensionierung der Reflektanz S (Fig. 4) zugrunde gelegt wird, erhält man die Schaltung nach Fig. 6 (Z1) oder Fig. 7 (Z2). Die Symbole der Adaptoren I und IV in den Fig. 6 und 7 sind z.B. der Patentschrift DE-OS 20 27 303 entnommen. Dort ist auch das detaillierte Schaltbild angegeben. Die beiden Bausteine II und III bilden miteinander eine verzögerungsfreie Schleife. Aus diesem Grunde ist die angegebene Struktur nur für zeitdiskrete amplitudenkontinuierliche Signalverarbeitung geeignet. Beide Schaltungen haben bezüglich der Betriebsdämpfung zueinander komplementäres Verhalten, wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Die hier gezeigte Fächercharakteristik ist gemessen an einem Ausführungsbeispiel eines zeitdiskreten Bode-Entzerrers vom Grad 2 für Ro = 1 Q , RL = RC = 1 und dem Koeffizienten ss als Scharparameter. In der Fig. 10 ist ein zu Fig. 5a dualer Bode-Entzerrer dargestellt. Der zugehörige Entzerrer nach der Erfindung ist in Fig. 11 schematisch gezeigt. Die Vorteile des Entzerrers nacn der Erfindung gegenüber anderen variablen Entzerrern bestehen in folgendem: eine Bode-Entzerrer-Struktur kann jetzt für zeitdiskrete amplitudenkontinuierliche Signale benutzt werden, die Änderung des Frequenzganges ist durch Anderung nur eines Multiplizierer-Koeffizienten durchführbar, komplementäre Frequenzgänge unterscheiden sich nur durch das Vorzeichen dieses Koeffizienten, die Struktur eignet sich besonders gut zur automatischen Einstellung des Entzerrers an eine zu entzerrende übertragungsstrecke, da nur ein Koeffizient eingestellt werden muss, für den ganzen Fächerbereich ist nur eine definierte Koeffizientenänderung notwendig, die zwischen -1 und +1 liegt, die Erfindung kann auch auf zeit- und wertekontinuierliche Signale angewendet werden. Wie erwähnt, treten bei den beschriebenen Bode-Entzerrer Strukturen nach der Theorie der Wellendigitalfilter verzögerungsfreie Schleifen auf. Diese sind mit digitaler Signal verarbeitung nicht realisierbar. Ziel einer Ausführungsform der Erfindung ist es daher, eine Bode-Entzerrer-Struktur anzugeben, die für digitale Signalverarbeitung geeignet ist und bei der möglichst wenige Parameter verändert werden müssen, um die gewünschte Fächercharakteristik zu erreichen. Dies lässt sich mit einem Entzerrer nach Anspruch 3 realisieren. Spezielle Schaltungsausführungen sind in den Merkmalen der Ansprüche 4ff angegeben. Fig. 12 zeigt Bausteinkonfigurationen, die bei der Bode Entzerrer-Schaltung für zeitdiskrete amplitudenkontinuier liche Signale nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip auftreten können. Die Schaltungen nach den Fig. 12.1 und 12.2 betreffen einen Bode-Entzerrer, bei dem eine Längsimpedanz mit einer widerstandskonstanten Brückenschaltung im Längszweig liegt. Die Fig. 12. 1 stellt die Nachbildung der Parallelschaltung der bevorzugt ohmschen Längsimpedanz 2Ro des Bode-Entzerrers nach Fig. 5a mit dem ohmschen Querwider stand R von Fig. 5b dar. Entsprechend ist Fig. 12.2 die 0 Nachbildung der- Parallelschaltung von 2Ro (Fig. 5a) mit dem ohmschen Serienwiderstand Ro von Fig. 5c. Mit ss ist der Multiplizierer mit dem variablen Koeffizienten ss bezeichnet, ss ist also der Fächerparametor. Die Fig. 12.3 und 12.4 gelten sinngemäss für die duale Bode-Entzerrer-Schaltung (Fig. 10), bei welcher eine Querimpedanz mit der Brückenschaltung im Querzweig des BodeEntzerrers liegt. Anspruch 3 gibt Schaltungen an, mit der die in Fig. 12 angegebenen Bausteinkonfigurationen mit digitaler Signalverarbeitung realisiert werden können (die in Fig. 12 gezeigten Adaptoren 1 und 2 entsprechen den Adaptoren II bzw. III in der Beschreibung zu den Figuren 1 bis 11); es treten dabei keine verzögerungsfreien Schleifen auf. Jede der in Fig. 12.1 bis 12.4 angegebenen Schaltungen lässt sich durch zehn verschiedene Schaltungskonfigurationen realisieren. Diese sind in Fig. 13a bis 13k angegeben. Die Dimensionierung der in Fig. 13 jeweils auftretenden Multi pliziererkoeffizienten (i) wird wie folgt vorgenommen (das hochgestellte i der Koeffizienten (i) a in Fig. 13 bezieht sich auf den jeweils vorliegenden Fall nach Fig. 12: (1)a (1)a (2) a (2) a 1' 3' 1' 3 seien die nach der Theorie der Wellendigitalfilter 5 errechneten Koeffizienten gemäss Fig. 12. 1 (hier beziehen sich die hochgestellten Koeffizienten 1 und 2 auf die Adaptoren 1 bzw. 2). Dann ist EMI5.1 wobei EMI5.2 Der Fächerparameter ss ist variabel von -1 bis +1. Für die Koeffizienten nach Fig. 13 erhalten wir für die vier Fälle nach Fig. 12: Fall 1: EMI5.3 Fall 2: Fall 3: Fall 4: EMI6.1 Fig. 14 zeigt (entsprechend Fig. 6) ein Beispiel für einen Bode-Entzerrer vom Grad 2, und zwar die ursprüngliche Schaltung für zeitdiskrete Signalverarbeitung. Dabei bewirken die Verzögerungsglieder T eine Verzögerung um den Kehrwert der Abtastrate. RC und RL sind die Torwiderstände gemäss der Theorie der Wellendigitalfilter [4]. Fig. 15 zeigt das zugehörige Ausführungsbeispiel mit dem Wellen-Zweitor nach Fig. 13.a, welches in Fig. 15 an die Stelle der Schaltungsteiles St der Fig. 14 getreten ist. In Fig. 16 ist die Fächercharakteristik ( |ss | < 1 ) der Dämpfung für RL = RC = 1 dargestellt, wobei die jeweiligen Koeffi- zienten mit angegeben sind. Die Vorteile der Ausführungsform nach den Ansprüchen 3ff bestehen darin, dass - eine digitale Signalverarbeitung möglich ist, - der Bode-Entzerrer nach dem Prinzip der Wellendigital filter arbeitet, so dass keine Stabilitätsprobleme auf treten, d.h. für jedes ssE[-1,+1] liegt ein stabiler Zustand vor, - zur Erzeugung der Fächercharakteristik müssen nur drei Koeffizienten verändert werden, und zwar unabhängig vom Gesamtgrad des Bode-Entzerrers. Dadurch wird die Zahl der abzuspeichernden Koeffizienten für einen variablen Entzerrer mit vielen Zwischenstufen erheblich reduziert. In Betracht gezogene Literaturstellen: [1] H.W. Schüssler, Digitale Systeme zur Signalverarbeitung", Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1973. [2] H.W. Bode, "Variable Equalizers", B.S.T.J. April 1938, pp. 229-244 [3] V. Belevitch, "Classical Network-Theory", Holden-Day, San Francisco, 1968 [4] A. Fettweis, Digital Filter Structures Related to Classical Filter Networks", AEü 25, Seite 79-89, 1971. [5] A. Fettweis + "On Adaptors for Wave Digital Filters", K. Meerkötter, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-23, No. 6, Dec. 1975, Seiten 516 bis 525.

Claims: Patentansprüche 1. Zeitdiskreter variabler Entzerrer nach dem Prinzip des Bode-Entzerrers mit einer widerstandskonstanten Brücken schaltung, die mit einem veränderbaren Widerstand (Rv) ab geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Reflektanz der mit dem Widerstand (Rv) abge schlossenen widerstandskonstanten Brückenschaltung (M) nach dem Wellendigitalfilter-Prinzip durch die Serien schaltung einerseits eines Multiplizierers (ss) mit ein stellbarem Koeffizienten und andererseits der Reflek tanz (S, Fig. 4 und 11) nur einer (Z1, Fig. 5b oder Z2, Fig. 5c) der beiden Brückenimpedanzen der Brücken schaltung (M) gebildet ist, - dass bei einem Bode-Entzerrer, bei dem die widerstands konstante Brückenschaltung (M) mit einer Längs- (2wo, Fig. 5a) bzw. mit einer Querimpedanz (RO/a, Fig. 10) in dessen Längs- bzw. Querzweig liegt, die Längsimpedanz (2Ro) durch einen Dreitor-Paralleladaptor (II, Fig. 6 und 7) bzw. die Querimpedanz (RO/a) durch einen Drei tor-Serienadaptor (II', Fig. 11) ersetzt ist, wobei das entsprechende Wellentor des Dreitor-Parallel- (II) bzw. -Serienadaptors (II') mit derjenigen Reflektanz abge schlossen ist, welche die Längs- bzw. Querimpedanz aufweist, und - dass zwischen das Eingangs- (1, -1) und das Ausgangswel lentor (2, -2) ein weiterer Dreitor-Adaptor geschaltet ist, von welchem der genannte Dreitor-Parallel- (II) bzw. -Serienadaptor (II') abzweigt und welcher als Dreitor-Serien- (I, Fig. 4) bzw. -Paralleladaptor (I', Fig. 11) ausgebildet ist. 2. Entzerrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer rein ohmschen Längs- (2wo, Fig. 5a) bzw. Querimpe danz (RO/a, Fig. 10) das entsprechende Wellentor des zuerst genannten Dreitor-Parallel- (II in den Figuren 6 und 7) bzw. -Serienadaptors (II', Fig. 11) mit einer Wellensenke (W) abgeschlossen ist. 3. Entzerrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zuerst genannte, die Längsimpedanz (aR0, Fig. 2) ersetzende Dreitor-Parallel- (II in Fig. 6 bzw. 1 in Fig. 12) bzw. der die Querimpedanz (Ro/a, Fig. 10) ersetzende -Serienadaptor (II' in Fig. 11), der Multiplizierer (ss) und ein mit dem Multiplizierer (ss) in Reihe geschalteter, in der in Serie zum Multiplizierer (ss) liegenden Reflek tanz (S) enthaltener dritter Dreitoradaptor (III in Fig. 6, III' in Fig. 7, 2 in Fig. 12) in der Weise durch ein Wellen-Zweitor (Fig. 13) ersetzt sind, dass die Wirkungs weise der ersetzten Schaltungsteile erhalten bleibt, wobei das Wellen-Zweitor mit einem Eingangs- und einem Ausgangstor versehen ist, welche jeweils eine Klemme für Eingangs- und eine für Ausgangssignale aufweisen, und wobei das Wellen-Zweitor zwei Wellentor-Querzweige und zwei Wellentor-Längszweige aufweist, welch letztere jeweils Signale von der Klemme für Eingangssignale des einen Tores über einen Verzweigungspunkt und nachfolgend einen der Addierer zu der Klemme für Ausgangssignale des anderen Tores führen, während die beiden Wellentor-Quer zweige zueinander gegensinnig Signale von einem der Verzweigungspunkte des einen Wellentor-Längszweiges zu einem der Addierer des anderen Wellentor-Längszweiges führen, und wobei schliesslich sowohl in wenigstens einem der beiden Wellentor-Längszweige als auch in wenigstens einem der beiden Wellentor-Querzweige jeweils ein Multi plizierer vorgesehen ist. 4. Entzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellen-Zweitor lediglich drei Multiplizierer auf weist. 5. Entzerrer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Wellentor-Querzweigen und in einem Wellentor-Längszweig jeweils ein Multiplizierer vorgese hen ist und der Multiplizierer des Wellentor-Längszweiges im Signalfluss vor, in oder nach demjenigen Abschnitt des Wellentor-Längszweiges angeordnet ist, der zwischen den Wellentor-Querzweigen liegt (Fig. 13b und h bzw. a und f bzw. c und g). 6. Entzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Eingängen des am Ausgangstor liegenden Addierers jeweils ein Multiplizierer vorgeschaltet ist und der dritte Multiplizierer in einem Wellentor-Längszweig lie gend mit nur einer Klemme (a1, b1) des Eingangstores ver bunden ist (Fig. 13d, i). 7. Entzerrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Abzweigungen des am Eingangstor liegenden Ver zweigungspunktes je ein Multiplizierer nachgeschaltet ist und der dritte Multiplizierer in einem Wellentor Längszweig liegend mit nur einer Klemme (b2, a2) des Aus gangstores verbunden ist (Fig. 13e, k).

Inventors: SCHEUERMANN, HELMUT, DIPL.-ING.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1984
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3