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Verfahren zur Verbesserung der Wiedergabe von akustischen Reproduktionen.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass die im natürlichen Schall auftretenden Intensitätsuntersehiede bei der Reproduktion durch mechanische Apparate, insbesondere aber bei der Reproduktion von Dauer- aufzeichnungen (Konserven), nicht in der richtigen Weise wiedergegeben werden und dass derartigen
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einen Anhaltspunkt dafür, dass bei keiner der bisher bekanntgewordenen Methoden der Daueraufzeichlllll1g und nur bei den wenigsten Methoden der Schallwiedergabe diese Intensitätsskala tatsächlich auch nur annäherungsweise durchlaufen werden kann.
Wie sehr die Wiedergabe von dem Original abweicht, insbesondere bei der Wiedergabe aufge- zeichneter Akustik durch einen elektro-optischen oder elektro-meehanisehen Apparat, ergibt sich aus nachstehenden Angaben.
Angenommen es würde das Original des Sehallbildes Intensitätsschwankungen zeigen, die zuein- ander in dem Verhältnis 1 : 105 stehen, so sinkt bei der Reproduktion von einer vorzüglichen Grammophon- platte dieser Wert auf 1 : 100. Bei dem Poulsenschen Stahldraht verfahren wird dieses Verhältnis gar nur mehr 1 : 20 betragen. Der gleiche Wert tritt bei der Fixierung des Schalles auf einem Filmstreifen, u. zw. bei einem sogenannten Amplitudenfilm, auf. während bei einem sogenannten Intensitätsfilm das
Verhältnis gar auf 1:15 sinkt. Beim Amplitudenfilm kann man zwar durch Anwendung eines besonderen
Verfahrens (Abblenden der Kopie) eine Steigerung des ungünstigen Verhältnisses erzielen.
Es gelingt aber innerhalb ökonomischer Filmbandbreiten dennoch nicht, eine Annäherung an die Verhältniswarte des Originals zu erreichen.
Ebenso weisen auch die Rundfunkdarbietungen das gleiche Phänomen der Verflachung des Inten- sitätsumfanges auf, u. zw. in verschiedenem Masse, weil hier vielerlei Ursachen in Betracht kommen.
Gewöhnlich ist die Verflachung auf das verwendete Mikrophon zurÜckzuführen.
Die geschilderte Verringerung der dynamischen Modulation macht sich nun in äusserst störender
Weise geltend. Bei Musik ergibt sich eine monotone und unlebendige Wiedergabe sowie ein Mangel an
Brillanz, der, da es sich meist um Kunstwerke handelt, eine'mehr oder minder erhebliche Beeinträchti-
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tuierung der einzelnen Laute und Silben, wodurch zum mindesten der Vortrag, in vielen Fällen aber sogar die Verständlichkeit und jedenfalls die Ausdrucksgüte leidet.
Um die Ursachen dieser Mängel sowie auch die der Erfindung gemäss vorgeschlagene Behebung derselben zu veranschaulichen, sei zunächst in der Fig. 1 der Zeichnung eine Schallvorführung in Form eines Diagrammes veranschaulicht. In dieser Figur ist als Abszisse die physikalische Lautstärke in Dezibel, als Ordinate die physiologische Lautstärke in Phon aufgetragen. Wenn man in diesem Diagramm die Laut- stärke einer Originalakustik eintragen will und wenn diese beispielsweise im physikalischen Mass einer bestimmten Dezibelanzahl entspricht, so muss ihr im physiologischen Mass auch zahlenmässig die gleiche Phonanzahl entsprechen, mit Rücksicht darauf. dass beide Masse derselben logarithmischen Funktion der Schallenergie gleich sind.
Die Diagrammeharakteristik eines Originalmusikstückes ergibt sich somit als eine Gerade durch den Ursprung des Koordinatensystems, die unter einem Winkel'1. von 450 gegen die
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Stellt man nun der Charakterisktik der Originalakustik die ihrer Reproduktion gegenüber. so ergibt sich für diese letztere bei richtig gewählter Verstärkung zwar wieder eine durch den Ursprung gehende Gerade, aber eine solche, die einen andern Neigungswinkel ss besitzt als die Charakteristik der Originalakustik, welcher Winkel ss meist erheblich kleiner ist als 45".
Man ersieht hieraus, dass wenn man die Intensitätsdynamik des Originals wieder erreiellen \\ill.
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wieder angenähert in den Bereich eines Winkels von 450 gelangt. Nur auf diese Weise kann die Intensitätsdynamik der Originalakustik wieder hergestellt werden. Man sieht ferner auch, dass es gegebenenfalls möglich ist, durch Vergrösserung des Winkels über 45 die Intensitätsunterschiede über das Original hinaus zu steigern.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren besteht darin, diese Wiederherstellung oder Übersteigerung der Intensitätsdynamik des Originals, die in der oben genannten Änderung des Neigungswinkels ihren Ausdruck findet, durchzuführen. Zum Verständnis des Verfahrens seien die folgenden Reehnungsgrundlagen gegeben :
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Bei der Wiedergabe wird jedoch, dem frÜher Gesagten entsprechend. y wesentlich kleiner ais. c sein.
Denn wenn beispielsweise A1 die Amplitude an irgendeiner Stelle einer Originalakustik bezeichnet. so wird bei der Reproduktion bloss eine kleinere Amplitude A2 auftreten und die dieser Stelle im Original
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kleinerung erfolgt für die ganze Aufeinanderfolge der Originalakustik um einen gleichbleibenden Faktor @1/a dessen Wert gleich ist
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Ein Verfahren. durch welches y2 = y1 wird, muss daher bewirken, dass man die Amplitude A2 derart steigert, dass sie gleich Al wird, und dies ist, wie sich aus den oben angegebenen Gleichungen ergibt, nur dann möglich, wenn man die Amplitude.. 12 mit a als Exponent potenziert. Es ist daher erforderlich, bei der Reproduktion eine Steigerung der Amplituden der zu reproduzierenden Akustik vorzunehmen. welche einer Potenzierung entspricht.
Es sei hier eingeschaltet, dass eine blosse Verstärkung diese Aufgabe nicht zu lösen vermag. Sie
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Die richtige Intensitätsdynamik kann daher nicht durch blosse Verstärkung, sondern nur mit Hilfe eines Verfahrens erzielt werden, das eine Vergrösserung der Amplituden mit sich bringt, die durch Potenzierung entsteht.
Das Verfahren besteht somit in der Anwendung jener Massnahmen, welche die Vergrösserung der Amplituden durch Potenzierung gestattet. Dieses Verfahren sei an Hand eines Beispiels beschrieben, das in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Die Grundeinrichtung, in welche die zur Durchführung des gegenwärtigen Verfahrens dienende Einrichtung eingebaut wird, soll einfach des Beispiels halber aus einer Gegentaktverstärkerstufe üblicher Art bestehen. Durch die beiden im Gegentakt arbeitenden Röhren Vi und F2 \\Îrd die Originalakustik in üblicher Weise linear verstärkt. Der Transformator T1 liefert die Wechselspannungen an die Gitter der Röhren des Gegentaktes, während der Transformator T2 die verstärkten Spannungen der nächsten Stufe zuführt. Der Transformator T2 kann auch der Ausgangstransformator der Verstärkeranordnung sein. der zum Lautsprecher oder sonstigen Reproduktionsorganen führt.
Zur Durchführung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens wird beispielsweise in die Leitung, die zur gemeinsamen Anodenbatterie A für den Gegentakt führt, ein als Richtverstärker geschaltetes Rohr T'g anodenseitig
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Transformator T3, der von der Wechselspannung, die der Gegentakt verstärken soll. u. zw. am besten vom Transformator t aus gespeist wird. Der Richtstrom und somit auch der Widerstand des Rohres F3 wird dadurch einer von der Form der Charakteristik des Rohres abhängigen Potenz der effektiven Gitterbeaufschlagungsamplitude proportional.
Ist beispielsweise die Charakteristik des Rohres V3 eine Parabel. so schwankt der Innenwiderstand dieses Rohres mit dem Quadrat des Gitterspannungsetfektivwertes
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Gegentaktstufe entsprechend schwanken.
Es folgt daraus. dass die Stufe die einlangenden Wechselspannungen nicht mehr linear verstärkt. sondern dass diese Verstärkung proportional der zweiten Potenz ihres Effektit wertes erfolgt.
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Wird hiedurch noch keine genügende Vergrösserung der Amplituden erzielt, derart, dass der Neigung- winkel'1. (Fig. 1) sich dem Winkel 453 noch nicht genügend nähert, so kann man dieses Modulationsverfahren des Verstärkungsgrades einer Verstärkerstufe bei einer entsprechenden Stufenzahl wiederholen. Das gleiche Ziel erreicht man natürlich auch, wenn man mehrere Richtverstärkerstufen etwa in einer Gleichstromverstärkeranordnung aufbaut und deren letzten Anodenkreis in Serie zu den gemeinsamen. zur Anodenbatterie führenden Zweig der Verstärkerstufe legt.
Die dargestellte Schaltungsanordnung, die nur rein beispielsweise das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren im Prinzip erläutern soll. hat gleichzeitig auch den Vorteil, dass bei ihrer Verwendung die Befreiung der Verstärkerstufe von den Anodenweehselströmen des Gleichrichters automatisch auftritt, ohne dass die Anordnung besonderer Aussiebvorrichtungen für die Anodenwechselströme erforderlieh w äre. Dieser zusätzliche Vorteil der Schaltung gestattet eine vereinfachte Anordnung unter Ausschaltung zusätzlicher Sicherungsmittel, die sonst mit der Verwendung eines Richtverstärkers ver-
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tungen nicht abhängig.
Aus dem vorstehenden Beispiel sowie aus den theoretischen Erörterungen ergibt sich, dass die dynamische Modulation, d. h. also die Modulation des Verstärkungsgrades einer Verstärkungsvorrichtung, ein ganz analoger Vorgang ist wie die Modulation von Hochfrequenzschwingungen. Der Unterschied ist eben nur der. dass nicht die Hochfrequenzamplitude. sondern der Verstärkungsgrad eines Verstärkers moduliert wird. Das Verfahren selbst ist aber, wie sich ja schon aus dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ergibt, der Modulierung einer Hochfrequenz ganz analog und zeigt nur die für die Lösung der vorliegenden Aufgabe bedingten qualitativen Unterschiede.
Alle bekannten Verfahren zur Modulation von Hoch- frequenzschwingungen sind daher auch an sich zur Modulation der Intensitätsdynamik geeignet, insofern sie eben. wie dargelegt, mit solchen Mitteln durchgeführt werden, welche die Änderung der Neigung der Charakteristik im Sinne der Fig. 1 bewirken. Es ist aber an sich unerheblich, welches der verschiedenen I : Modulationsverfahren als Grundlage für diese Zwecke herangezogen wird.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren lässt sich ausser mittels der genannten Modulationsverfahren innerhalb eines Verstärkers auch noeh auf anderem Wege erreichen. Das in Fig. 3 gegebene Beispiel veranschaulicht dies dem Prinzip nach.
Dieses schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine sogenannte Lichttonanordnung,
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Modulation ausserhalb des Verstärkersystems.
Eine konstant leuchtende Lichtquelle L wirft ihr Licht durch den die Schallaufzeichnung tragenden Film F auf einen zur Lichtrichtung unter 450 geneigten halbdurchlässigen Spiegel S. Dieser ist als Ver- treter der für derartige Zwecke verwendeten Prismenoptik gezeichnet worden, die es gestattet, die eine
Hälfte des Lichtes ungebrochen in der Einfallsrichtung weiterzuleiten, die andere Hälfte jedoch senkrecht hiezu abzulenken. In den beiden zueinander senkreehten Richtungen sind zwei Photozellen PI, P2 angeordnet. von denen die eine Pi an das Gitter des Reproduktionsverstärkers in der üblichen Weise angeschlossen ist.
Die zweite Zelle P2 steht mit einem Gleichrichter G in Verbindung, der auf diese Weise von den die Zelle treffenden und vom Film herrührenden Lichtstromen gesteuert wird. Mit ZI und Z2 sind zwei Kerrzellen bezeichnet, von denen die eine Zi zwischen Lichtquelle L und dem die Schallaufzeichnung tragenden Film F liegt, während die zweite im Wege des zur Photozelle P2 abgelenkten Lichtstrahles angeordnet ist. Beide Photozellen werden von dem Richtstrom des Gleichrichters G im Gegentakt gesteuert.
Die Wirkung der beiden Kerrzellen i, Z in bezug auf die Photozelle P2 kompensiert sich daher, und die diese Zelle beeinflussenden Belichtungsschwankungen rühren somit nur vom Film F her.
Vor der andern Photozelle Pi hingegen, die mit dem Reproduktionsverstärker zusammenarbeitet, kommt nur eine Kerrzelle Zi zur Wirkung, deren Durchlässigkeitsgrad nunmehr infolge der Steuerwirkung des Gleichrichters einer Potenz der Lichtstromtonung durch den Film proportional ist. Auf diese Weise wird also die Lichtstromtonung in der Photozelle Pi einer Potenz der Filmamplitude proportional.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Wiedergabe durch Steigerung der dynamischen Intensität von reproduzierter oder aufgezeichneter Akustik, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von Gleichrichtern eine dynamische Modulation der reproduzieren Sehallwiedergabe erfolgt.