Compandor

Ein Kompandor ist ein Gerärtepaar, das die Amplitude von Audio- oder Signalen am Sendende einer Übertragungsstrecke komprimiert und am Empfangsende auf die ursprünglichen Pegel zurückexpandiert. Der Name, ein Kunstwort aus "Kompression" und "Expansion", beschreibt seine Kernfunktion: den Dynamikbereich eines Signals vor der Übertragung reduzieren und ihn danach wiederherstellen. Diese Technik war in Telefon- und Energiesystemen unverzichtbar, wo lange Kabel Rauschen und Dämpfung einfügten, die sonst schwache Signale degradieren oder starke Signale unvorhersehbar verstärken würden.

Die Kompressionsstufe reduziert das Verhältnis zwischen den lautesten und leisesten Teilen eines Signals und bildet typischerweise einen breiten Eingangsdatenbereich auf einen engeren Ausgangsdatenbereich ab, indem sie eine nichtlineare Übertragungsfunktion verwendet. Am fernen Ende wendet der Expander die inverse Funktion an, um die ursprüngliche Dynamik wiederherzustellen. Diese Asymmetrie ist beabsichtigt: Rauschen, das während der Übertragung aufgenommen wird, beeinflusst das bereits komprimierte Signal weniger stark, da der Expander die leiseren Anteile verstärkt, die Rauschbasis aber absolut betrachtet relativ niedrig bleibt.

Varianten und Anwendungen

Kompandoren traten in verschiedenen Formen im Versorgungssektor auf. In Telefonsystemen waren sie in Teilnehmerschleifen eingebaut, um die Sprachqualität über Entfernungen von mehreren Kilometern zu schützen. Energiesysteme verwendeten Kompandoren in Pilottonmeldung, bei der ein kleines Wechselsignal auf der Hauptleitung Relais und Schutzausrüstung in fernen Umspannwerken steuerte. Die Kompressions- und Expansionskurven konnten linear, logarithmisch oder abgestuft sein, je nach Signalbandbreite und Rauschraum. Vakuumröhren-Ausführungen wichen in den 1960er und 1970er Jahren Transistor-Versionen, dann in digitalen Systemen integrierten Schaltkreisen.

Moderne Anwendungen in analoger Form sind seltener, aber das Prinzip bleibt in der digitalen Signalverarbeitung erhalten. Softwareimplementierungen nutzen ähnliche Algorithmen, um den Dynamikbereich in verrauschten Kanälen zu handhaben. Das größte Vermächtnis des Kompandors liegt jedoch in den Mu-Gesetz- und A-Gesetz-Verdichtungsstandards, die weltweit in Telefonsystemen adoptiert wurden und bis heute definieren, wie 16-Bit-Audiosamples für effiziente Übertragung in 8-Bit-Digitalsignale konvertiert werden.

Ausfälle von Kompandoren äußern sich typischerweise als Verzerrung an beiden Extremen: schwache Signale verschwinden im Rauschen, oder laute Signale clippen trotz Kompression. Nicht aufeinander abgestimmte Kompressions- und Expansionskurven, oft durch Bauteilealterung oder Temperaturdrift verursacht, verschlechtern die Wiedergabetreue im gesamten Bereich. In Versorgungssystemen mit Pilottonmeldung konnte ein Kompandor-Ausfall verhindern, dass Fernauslösebefehle die Leistungsschalter erreichen, einen sicherheitskritischen Fehler. Das Testen erforderte spezialisierte Audioausrüstung und bekannte Testsignale, um die Kompressionskurve und Ansprechzeit zu überprüfen, die typischerweise im Bereich von Zehntel bis Hunderten von Millisekunden lag.