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| Ing. Werner Ratzki |
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| Einbau eines Kompanders |
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| In diesem Beitrag beschreibt
der Autor seine Erfahrungen, die er mit dem nachträglichen
Einbau eines High-Com-Bausteins in eine HiFi-Anlage - verbunden
mit einem Spulentonbandgerät - gemacht hat. Zweck der umfangreichen
Arbeiten war die Verbesserung des Dynamikumfangs. |
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Obwohl das High-Com-System, die Konsum-Variante
des von Telefunken entwickelten Telcom C 4, hauptsächlich
für den Einbau in Kassettenrecorder gedacht ist, beschränkt
sich der Anwendungsbereich für dieses Kompandersystem keineswegs
auf diese eine Möglichkeit. Bezüglich einer Anwendung
bei den großen Spulentonbandgeräten sind jedoch die
Meinungen geteilt. Es erscheint deshalb sinnvoll, zunächst
auf das Für und Wider einzugehen.
Als Programmquellen für hochwertige Tonbandaufnahmen stehen
dem Interessenten z. Z. der UKW-Rundfunk in Stereo und die Schallplatte
zur Verfügung. Beide Medien weisen unter den günstigsten
Voraussetzungen einen (unbewerteten) Rauschabstand von ca. 60
dB auf.
Die Grenzen des Magnetbandes
Mit modernen Tonbändern lassen sich bei Spulengeräten
- den Datenblättern zufolge - Rauschabstände von 50...
55 dB unter den jeweiligen Bezugspegeln, das sind 320 nWb/m
bei 19 cm/s und 250 nWb bei 9,5 cm/s, realisieren. Die Werte
der kleineren Bandgeschwindigkeit sind um ca. 3 bis 4 dB schlechter,
und bei Viertelspur muß gegenüber Halbspur nochmals
eine Verschlechterung von ca. 3... 4 dB in Kauf genommen werden.
Der Klirrgrad liegt bezogen auf diese Bezugspegel zwischen 0,5...
1 %.
In der Regel werden bei Heimgeräten die Bänder jedoch
höher ausgesteuert, und zwar bis zu Klirrgraden von 2 bis
3 %. Der Vollaussteuerungspegel wird somit durch den Klirrgrad
definiert und liegt dann etwa 60 dB über dem Rauschpegel.
Um einige dB bessere Werte sind möglich, jedoch müssen
die Einstellungen am Bandgerät des öfteren kontrolliert
werden, um die Daten über längere Zeiträume hinweg
gewährleisten zu können.
Der Rauschabstand des Spulengeräts ist also in etwa gleich
dem der beiden genannten Signalquellen. Es ist bekannt, daß
sich zwei Rauschpegel gleichen Spektrums und gleicher Amplitude
um 3 dB erhöhen. Das ist bei einer HiFi-Anlage bereits
deutlich zu hören und muß als Verschlechterung gegenüber
dem Original, wenn wir die Programmquelle einmal so bezeichnen
wollen, gewertet werden.
Andererseits macht sich die Vollaussteuerung bis zu Klirrfaktoren
von 2 bis 3 % bereits deutlich im A-B-Vergleich bemerkbar. Ferner
muß der Limitereffekt bei Aussteuerung über den Bezugspegel
berücksichtigt werden.
Diese Gesichtspunkte waren ausschlaggebend für die Entscheidung
zum Einbau des High-Com-Systems in eine HiFi-Anlage. Nach damaliger
Kenntnis waren keine gehörmäßigen Nachteile
bezüglich Ein- und Ausschwingverhalten zu erwarten, der
nutzbare Dynamikbereich dagegen wurde um ca. 15 dB auf etwa
75 dB vergrößert.
Der Weg zum Konzept
Zunächst war die Frage zu entscheiden, ob das Kompandersystem
in das Tonbandgerät - eine Revox-Maschine A 77 - oder in
den Steuerverstärker eingebaut werden sollte. Unter dem
Gesichtspunkt der Aussteuerung spricht einiges für den
Einbau in die Tonbandmaschine, und zwar zwischen Aussteuerungseinsteller
und Sprechkopf. Dabei besteht die Möglichkeit, den Bezugspegel
des Kompressors mit den Vollaussteuerungspegel des Geräts
gleich zu machen. Dem stehen jedoch eine ganze Reihe Nachteile
entgegen, von denen hier nur zwei aufgezählt seien:
Aus Platzgründen ist es immer problematisch, in Industriegeräten
zusätzliche Einbauten dieses Umfanges vorzunehmen, der
Erfolg oder Mißerfolg ist vorher nicht abzusehen. Zum
anderen sollte die Möglichkeit bestehen, die Kompanderanlage
auch in Verbindung mit anderen Tonband- oder Kassettengeräten
zu benutzen.
Das letzte Argument war ausschlaggebend für den Einbau
in den Steuerverstärker. Dabei handelte es sich um einen
selbstgebauten ehemaligen Vollverstärker, der genug Platz
im Innern zur Verfügung hatte, weil die Endstufen mit ihrem
Netzteil bereits vor Jahren daraus entfernt und separat als
Doppelendstufen mit elektronischer Weiche aufgebaut worden sind.
Die Frage, ob die Kompressor- und Expanderfunktion durch Umschaltung
derselben Module oder durch getrennte Einheiten erfolgen soll,
wurde zugunsten getrennter Einheiten entschieden. Zwar verdoppelt
sich der Aufwand an High-Com-Modulen von zwei auf vier Einheiten,
dafür braucht der verwöhnte Tonbandamateur jedoch
nicht auf die gewohnte Hinterbandkontrolle der Aufnahme verzichten.
Erste Versuche und daraus gezogene Konsequenzen
Das Ergebnis der ersten Versuche mit einem provisorischen fliegenden
Aufbau erfüllte in keiner Weise die hochgesteckten Erwartungen.
Die Gründe wurden sehr schnell gefunden: Voraussetzung
für die einwandfreie Funktion eines jeden Kompanders ist
die absolute Identität des auf den Eingang des Expanders
gegebenen Signals mit demjenigen am Kompressorausgang. Auf die
Praxis bezogen bedeutet dies, das Tonband muß das komprimierte
Signal naturgetreu speichern und wiedergeben. Es dürfen
keine zusätzlichen Signale erzeugt werden, und es darf
auch nichts weggelassen werden. Dropouts und lineare Verzerrungen
werden durch ein Kompandersystem deutlicher hervorgehoben. In
dieser Hinsicht sind also an die Bandmaschine und den Tonträger
hohe Anforderungen zu stellen, die nach dem derzeitigen Stand
der Technik jedoch zu realisieren sind.
Hinzu kommt ein weiteres, das für die einwandfreie Funktion
vielleicht wichtigste Problem:
Plattenspieler und Tuner liefern nicht nur das gewünschte
Programm-Spektrum, sondern außerdem auch noch Fremdfrequenzen
wie Rumpeln, vor allem bedingt durch den Höhenschlag der
dünnen LPs, oder den Pilotton von 19 kHz mit seinen sehr
weit nach oben reichenden Harmonischen.
Im Prinzip schaden auch dem Kompander diese Fremdfrequenzen
nicht. Sie werden mit dem Nutzsignal zusammen verarbeitet und
treten als Teil des komprimierten Signals am Kompressorausgang
auf. Bei der Tonaufzeichnung werden sie allerdings, bedingt
durch den begrenzten Frequenzgang von Gerät und Band, nicht
aufgezeichnet. Als Konsequenz daraus ergibt sich bei der Wiedergabe
ein Signal, das mit dem Original nicht mehr absolut identisch
ist. Gerät und Band haben, wenn man es so definieren will,
eine Filterfunktion erfüllt und die störenden Fremdfrequenzen
unterdrückt.
So wünschenswert diese Eigenschaft von Gerät und Band
bisher war, bei Kompanderbetrieb werden dadurch schwere Übertragungsfehler
verursacht, denn wie bereits erwähnt, wird absolute Identität
zwischen dem komprimierten Signal am Kompressorausgang und dem
vom Band abgespielten gefordert. Diese Bedingung wird nicht
erfüllt, wenn die Fremdfrequenzen ausgefiltert werden.
Zum Glück gibt es nun eine Möglichkeit, diese Mängel
zu vermeiden. Man muß konsequent das Frequenzband vor
der Aufnahme so beschneiden, daß nur die Frequenzen überhaupt
auf den Kompressor gelangen und dort verarbeitet werden, die
anschließend auch tatsächlich vom Band aufgezeichnet
werden. Also, mit Rücksicht auf die kleinere Bandgeschwindigkeit
muß alles oberhalb 16 kHz und unterhalb 30 Hz abgeschnitten
werden. Nur dann kann ein Kompander mit so hohem Kompandierungsgrad
wie beim High-Com auch wirklich richtig funktionieren. Man kann
logischerweise von einem Kompander nicht so viel Intelligenz
erwarten, daß er den Aufzeichnungsbereich eines Tonbandgeräts,
mit dem er keinerlei Verbindung hat, bei seiner Tätigkeit
berücksichtigt.
Aufbau der Schaltung
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Bild 1. Blockschaltbild
des Steuerverstärkers mit eingefügter Kompander-Baugruppe |
In Bild 1
ist die Prinzipschaltung des Kompandersystems mit den Peripherieschaltungen
angegeben. Kernstück des Systems ist die High-Com-Trägerplatine.
Die periphen aktiven Hochpaßschaltungen sind in Bild
2 und die Tiefpaßschaltungen in Bild
3 angegeben.
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Bild 2. Aktive
Hochpaßschaltung zur Begrenzung des Frequenzbereichs unter
30 Hz |
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Bild 3. Aktive
Tiefpaßschaltung zur Begrenzung des Frequenzbereichs ab
16 kHz |
Vom Eingangswahlschalter kommend durchläuft
das Signal den Impedanzwandler und daran anschließend
die aktiven Hochpaß- und Tiefpaßschaltungen, die
durch die Tasten T 2 und T 3 außer Funktion gesetzt werden
können. Hinter der Drucktaste T 3 verzweigt sich das Signal
und wird im Hauptzug auf die Taste T 1 geführt, mit welcher
auf Bandwiedergabe bzw. zur Kontrolle Vor-/Hinterband geschaltet
wird. Im Nebenzug wird das Signal den linken als Kompressor
geschalteten High-Com-Platinen zugeführt und gelangt von
dort zu den Anschlußbuchsen für die Tonbandaufnahme.
Von den Tonband-Wiedergabebuchsen läuft das Signal über
den Trennverstärker zur Monitortaste T 1. Das dort abgegriffene
Signal wird dem Expander zugeführt. An B 5 wird es abgegriffen
und den übrigen Funktionseinheiten des Steuerverstärkers
zugeführt. Die Kompressor- bzw. Expanderfunktion wird nur
nach Drücken der Drucktasten T 4 bzw. T 5 wirksam. Bei
nicht gedrückten Tasten unterliegt das Signal keiner Behandlung.
Wichtig für ein spiegelbildliche Kompression und Expansion
ist bei High-Com die Einhaltung eines Bezugspegels von 600 mV
für Vollaussteuerung an den hochpegeligen Eingängen.
Das hier beschriebene Gerät wurde konsequent auf diesen
Verteilerpegel durch Einstellen der hochpegeligen Eingänge
und Änderung der geschlossenen Verstärkung der Phono-Vorstufe
umgestellt. Diese Methode ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Bei höheren Verteilerpegeln funktioniert es auch, wenn
die in Bild 1 gestrichelt eingezeichneten Widerstände Rx
und Ry eingelötet werden. Die Größe der Widerstände
Rx und Ry in kOhm bestimmt sich bei gegebener Verteilerspannung
U in mV zu
Die Eingangsimpedanz des hoch-pegeligen High-Com-Eingangs beträgt
4,2 kOhm.
Falls im Verstärker ein kleinerer Verteilerpegel als 600
mV vorhanden ist, sollte zweckmäßig der niederpegelige
High-Com-Eingang benutzt werden.
Eigentlich sollte es selbstverständlich sein, aber trotzdem
wird darauf hingewiesen, daß beim Umschalten der diversen
Signalquellen keine Pegelsprünge auftreten dürfen
und ein sorgfältiger Abgleich notwendig ist. Das gleiche
gilt auch für das angeschlossene Tonbandgerät.
Schließlich wurde noch der vorhandene Tuner Revox A 76
einer kritischen Prüfung unterzogen und dabei festgestellt,
daß neben den Harmonischen der Pilotfrequenz auch die
Reste des Pilottons besonders stark am Ausgang auftraten. Da
das im Verstärker eingebaute Tiefpaßfilter bei 19
kHz noch nicht besonders wirksam ist, wurde in den Tuner das
in Bild 4 dargestellte Lochfilter eingebaut. Die Potentiometer
P 1 und P 2 werden auf ein Spannungsminimum bei 19 kHz eingestellt.
Da bei den meisten Nachbauern kein quarzstabilisierter Oszillator
vorhanden ist, soll gezeigt werden, wie allgemein dabei verfahren
wird: |
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Bild 4. Lochfilter
zur Dämpfung der Pilottonfrequenz 19 kHz |
Da bei den modernen PLL-Decodern immer beim Empfang
einer Stereosendung ein Triggersignal von 19 kHz auftritt, wird
es bei laufender Sendung abgegriffen und auf den Eingang des
Lochfilters gelegt. An den Ausgang des Lochfilters wird das
Tiefpaßfilter gelegt, welches die Harmonischen des Triggersignals
ausreichend dämpft, und dahinter das Voltmeter bzw. Oszilloskop.
Mit der angegebenen Lochfilterschaltung läßt sich
die Pilotfrequenz um ca. 40... 45 dB abschwächen. Mit dem
Potentiometer P 3 wird die Güte des Filters eingestellt.
Abgleich und Inbetriebnahme
Nach erfolgtem Umbau mit anschließender Funktionskontrolle
wurden zunächst die Pegel kontrolliert. Dann gab es noch
ein letztes Problem zu lösen, und zwar das der richtigen
Bandaussteuerung. Hierbei wurden folgende Überlegungen
angestellt:
Der jetzt zur Verfügung stehende Dynamikbereich von ca.
75 dB sollte nicht allein dem Rauschabstand zugute kommen. Es
erschien zweckmäßig, einige dB für die Verringerung
der nichtlinearen Verzerrungen zu opfern. Zudem mußte
auch noch berücksichtigt werden, daß die in Jahrzehnten
ermittelten Aussagen über die Amplitudenstatistiken bei
Einsatz eines Kompanders nicht mehr stimmen. Einziger Anhaltspunkt
waren Angaben über den sogenannten Dolby-Arbeitspunkt,
der zwei dB unter dem Vollaussteuerungspegel liegt.
Es wurden dann schließlich Hörversuche gemacht. Dabei
stellte sich heraus, daß Barockmusik mit dem Cembalo als
Solo-Instrument für solche Tests besonders gut geeignet
ist. Das Ergebnis aller Versuche und Überlegungen war schließlich,
daß der Vollaussteuerungspegel der Bandmaschine auf 250
nWb/m, das ist der DIN-Bezugspegel für die Bandgeschwindigkeit
9,5 cm/s, gelegt wurde. Dabei verbleibt dann noch ein ausreichend
großer Rauschabstand von unbewerteten 70 dB. Das ist ein
ausreichender Wert, denn ein Signal mit 60 dB Rauschabstand,
welches mit dieser Anlage überspielt wird, verschlechtert
sich theoretisch nur noch um 0,5 dB, und das liegt jenseits
der Hörschwelle.
Das Ergebnis läßt sich wie folgt zusammenfassen:
Irgendwelche Klangverfälschungen und Regelvorgänge
waren nicht mehr zu bemerken. Beim Vergleich Original (Rundfunksendung,
Schallplatte) mit kompandierten Bandaufnahmen konnten im A-B-Vergleich
keine Unterschiede festgestellt werden. Weder war bei der Bandaufnahme
ein Anstieg des Grundrauschens festzustellen noch verloren die
Aufnahmen an Durchsichtigkeit. Dies gilt für beide Bandgeschwindigkeiten.
Gehörmäßige Unterschiede können zwischen
Aufnahme mit beiden Bandgeschwindigkeiten nicht festgestellt
werden. Kompandierte Aufnahmen mit der Bandgeschwindigkeit 9,5
cm/s sind den mit der Bandgeschwindigkeit 19 cm/s ohne Kompander
gemachten Aufnahmen (mit altem Vollaussteuerungspegel aufgenommen)
bezüglich Rauschen und Transparenz überlegen.
Es zeigte sich bei Überspielungen kompandierter Aufnahmen
auf ein zweites Band als zweckmäßig, auf die Kompandierung,
also Expandierung mit anschließender erneuter Kompression,
zu verzichten. Direkt angefertigte Kopien klangen vom Tochterband
besser als solche, bei denen der Kompander unnötigerweise
eingesetzt worden war. Eine Verschlechterung des Rauschabstandes
war beim Abhören der Kopie nicht zu bemerken, jedoch wurde
durch klangliche Änderung deutlich, daß der Frequenzgang
des Bandgeräts sich mit jeder Iterationsstufe addiert.
Andererseits bewirkt das Kompandersystem, daß man zunehmend
kritischer und unzufriedener gegenüber den zur Verfügung
stehenden Programmquellen wird. So wurde schon nach kurzer Zeit
ein neuer Tuner angeschafft, um wenigstens den Rauschabstand
vom Sender her voll ausschöpfen zu können. Wenn jedoch
die neue Schallplatte mit digitaler Abtastung auf den Mark kommt,
wird der Kompander seine Vorzüge erst richtig zeigen können.
Fazit: Der Einbau des Kompanders hat eine Menge Arbeit und Überlegung
gekostet, aber der Verfasser dieses Aufsatzes möchte künftig
keine Tonbandaufnahmen mehr ohne diese nützliche Einrichtungen
machen. |
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Stichworte zum
Inhalt
Rauschverminderungssystem High-Com, Telcom C 4, Spulentonbandgerät,
Rauschabstand, Dynamik, Klirrfaktor, Aussteuerung, Pilotton,
Rumpeln, aktiver Hochpaß und Tiefpaß, Lochfilter. |
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aus: Funkschau 16/1982, Seite
57 ff.
Herzlichen Dank an die
Funkschau für die Erlaubnis, diesen Artikel hier zu
veröffentlichen. |
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