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Die Erfindung betrifft ein kompatibles quadrophonisches Übertragungssystem, bei dem aus den Signalen von vier Signalquellen in einer Kodiereinheit mittels Adder- un bzw. oder Phasenschieber-Stromkreise vier unabhängige Signale gebildet und diese in Frequenz- oder Zeitmultiplex übertragen werden, wonach diese mittels gleichartiger Adder- un bzw. oder Phasenschieber-Stromkreise in einer Dekodiereinheit deko- diert und die vier Signale der Signalquellen zurückgewonnen werden.
Für eine möglichst gute Qualität für die Übertragung quadrophonischer Signale eignet sich die diskrete Vierkanalmethode am besten, bei der zu der Übertragung der Signale vier unabhängige Kanäle benötigt werden, deren Bandbreite dem Tonfrequenzbereich entspricht.
Es kann nötig sein, dass irgendwo im Zuge des Übertragungsweges die vier Tonfrequenzsignale über einen einzigen Übertragungskanal übermittelt werden müssen, was beispielsweise mit Zeit- oder Frequenzmulti- plexeinrichtungen ohne weiteres möglich ist, was aber zur Folge hat, dass die Bandbreite dieses einzigen Kanals entsprechend gross sein muss.
Der Bandbreitenbedarf einer vierkanaligen quadrophonischen Übertragung ist dabei doppelt so gross wie jener einer zweikanaligen stereophonischen Übertragung. Eine derartige diskrete, vierkanalige quadrophonische Übertragung ist zwar wegen des grossen Bandbreitenbedarfs an der Empfängerseite dementsprechend kostspielig, sichert aber eine gute Übertragungsqualität mit niedrigem Übersprechen. Unter gegebenen Verhältnissen verringert sich dabei das Versorgungsgebiet gegenüber einer stereophonischen Übertragung wesentlich.
Um denBandbreitebedarf zu verringern und das Versorgungsgebiet zu vergrössern, sind quadrophonische Übertragungssysteme bekanntgeworden, bei denen im Übertragungsweg mittels linearer Umwandlung der Signale die vier Kanäle auf zwei reduziert und am Ende des Übertragungsweges aus diesen zwei Kanälen die vier Kanäle zurückgewonnen werden. Bei diesen bekannten, als 4-2-4 Systeme bezeichneten quadrophonischen Übertragungssystemen wird weder die Kanalzahl noch die Bandbreite zweikanaliger stereophonischer Übertragungssysteme überschritten.
Die Umwandlung der vierkanaligen Übertragung in eine zweikanalige Übertragung kann dabei in Kodiereinheiten mittels Adder- un bzw. oder Phasenschieber-Stromkreise erfolgen. Da dabei die Reduzierung der Kanalzahl mathematisch mit einem linearen Gleichungssystem beschrieben werden und dieses mit von den Koeffizienten der Gleichungen gebildeten Matrizen gekennzeichnet werden kann, wird ein solches System als "Matrix-System" bezeichnet.
Für ein solches quadrophonisches Übertragungssystem gebauteRundfunkempfänger sind nicht wesentlich kostspieliger als zweikanalige Stereoempfänger, haben aber den wesentlichen Nachteil, dass die Empfangsqualität nur gering und das Übersprechen zwischen den einzelnen Kanten relativ hoch ist. Anderseits aber erweitert sich das Versorgungsgebiet eines Senders gegenüber dem mit einer diskreten Vierkanalmethode erzielten wesentlich.
So ist durch die GB-PS Nr. l, 375, 782 ein 4-2-4-Matrixsystem bekanntgeworden, bei dem die Umwandlung der vier von vier Mikrophone gelieferten Signale LF, RF, LR, RR in eine zweikanalige Übertragung nach den Formeln
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erfolgt. Aus dieser zweikanaligen Übertragung der Signale X und Y können für die Wiedergabe durch vier Lautsprecher die Signale der vier Kanäle nach den Formeln
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zurückgewonnen werden, wobei LF', RF', LR'undRR'die Signale der zurückgewonnenen Kanäle sind.
Ähnliches erfolgt bei dem sogenannten SQ-System, bei dem die ursprünglichen Signale LF, RF, LR, RR nach den Formeln
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in zweikanalige Signale umgewandelt werden, aus denen dann für die Wiedergabe die vier Signale zurückgewonnen werden können.
In allgemeinen Formeln ausgedrückt erfolgt bei bekannten Systemen die Umwandlung der ursprünglichen
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rer Aufwand an der Empfängerseite.
Der Nachteil aller dieser bekannten Systeme liegt, wie erwähnt, in der geringen Empfangsqualität und dem relativ hohen Übersprechen.
Darüber hinaus ist noch kein vierkanaliges quadrophonisches Übertragungssystem bekanntgeworden, das an der Empfängerseite wahlweise eine zwei-oder vierkanalige Übertragung ermöglichen würde und dabei mit einem frei ausgewählten zweikanaligen Matrixsystem kompatibel wäre.
Ein solches quadrophonisches Übertragungssystem sollte in der Vierkanalreichweite des Senders wahlweise die Verwendung eines billigen Zweikanalempfängers oder eines teueren Vierkanalempfängers höherer Qualität ermöglichen, wobei über diese Senderreichweite hinaus in einem grösseren Versorgungsgebiet ein zweikanaliger Signalübertrag noch immer möglich wäre. Wenn dieses Übertragungssystem mit dem inzwischen in dem betreffenden Raum am meisten verbreiteten zweikanaligen Matrixsystem kompatibel ist, wären die inzwischen abgesetzten Empfänger weiter verwendbar.
Demgemäss besteht das Ziel der Erfindung darin, ein quadrophonisches Übertragungssystem zu schaffen, bei dem mit demselben Sender und in derselben Senderweise im Falle der Verwendung eines vierkanaligen Empfängers ein Empfang möglich ist, dessen Qualität typischfür das diskrete Vierkanalsystem ist, bei der Verwendung eines Empfängers hingegen, der für den Empfang von quadrophonischen Sendungen nach einem Matrix-System verringerter Bandbreite konzipiert ist, ein Empfang möglich ist, dessen Qualität und Reichweite typisch für das verwendete Matrix-System sind.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Kodierung der an den vier Eingängen der Kodiereinheit liegenden, von den Signalquellen (MLF, MLR, MRF, MRR) gelieferten Signale (LF, LR, RF, RR) zur Umsetzung in die an den Ausgängen der Kodiereinheit bzw. an den Eingängen der Dekodiereinheit liegenden Signale (U, V, S, T) nach den Gleichungen :
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erfolgt, wobei aus diesen vier Signalen U, V, S, T gegebenenfalls nach Addition nach den Formeln x = U + V und Y = S + T, in der Dekodiereinheit eine Umwandlung in die den ursprünglichen Signalen entsprechenden Si-
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bzw. dass die Dekodierung nach den Gleichungen :
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erfolgt. Hiebei stellen LF', RF', LR', RR'die wiedergewonnenen Signale dar, die sich von den ursprunglichen Signalen LF, RF, LR und RR nur durch einen konstanten Faktor unterscheiden.
Vorteilhafterweise werden bei beliebiger Veränderung der Richtung und/oder der Reihenfolge der Signalquellen im Senderaum die Lautsprecher im Empfangsraum im gleichen Sinne verstellt.
Das Wesen der Erfindung liegt somit darin, dass die bei einem zweikanaligen quadrophonischen System vorhandenen Übertragungskanäle mit den beiden Signalen X, Y nach der Formel (4) in die Signale U, V, S, T nach der Formel
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aufgeteilt werden. Die Übertragungakanäle U, V, S, T enthalten dabei Signale aus nur höchstens zwei Signalquellen.
Bestehen die vier Signalquellen beispielsweise aus vier Mikrophone, so liefern diese ein vierkanaliges quadrophonisches Signal, welches einer Kodiereinheit zugeführt wird, an deren Ausgängen vier Signale gebildet werden, die beispielsweise einer vierkanaligen Sendeanlage zugeführt werden. Je nach dem System der verwendeten Empfängeranlage wird empfangsseitig entweder ein vierkanaligos Signal oder bei der Verwendung eines weniger aufwendigen, mit schmalerer Bandbreite arbeitenden, für ein 4-2-4-System entworfenen Empfängers ein zweikanaliges Signal gewonnen, welches einer Dekodier-Einheit zugeführt in ein vierkanalges Signal umgewandelt werden kann.
Das erfindungsgemässe Signalübertragungssystem ist seinem Wesen nach ein vierkanaliges Übertragungs- system, bei welchem mit der Verwendung derselben Kodiereinheit die Weiterleitung des quadrophonischen Signals in Abhängigkeit von den Qualitätsansprüchen entweder eine der diskreten vierkanaligen Übertragung entsprechende oder eine in der Qualität einer zweikanaligen Übertragung entsprechende Qualität mit derselben Sendung gewährleistet werden kann.
Die Erfindung kann für jedes bekannte oder unbekannte zweikanalige quadrophonische Übertragungssystem angewendet werden, bei welchem für die Verringerung der Kanalanzahl eine algebraische Addierung und bzw. oder Phasenschiebung verwendet wird.
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gemäss den Formeln (6) auf zwei Teile aufgeteilt übertragen, so dass
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ist, wo das Zeichen "j" eine positive Phasenverschiebung von 900, das Zeichen"-"eine Phasenschiebung von 1800 bedeutet.
Die in Formel (8) beschriebenen Signale können ohne Nebensprechen in die ursprünglichen RF-, LF-, RL-, RR-Signale zurückgewandelt werden :
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Es ist ersichtlich, dass sich durch die erfindungsgemässe Massnahme auch hier die Möglichkeit zu einer diskreten vierkanaligen Übertragung ergibt. Wenn aber z. B. wegen der Verminderung der Bandbreite bei dem Empfang nur die Möglichkeit der Übertragung von zwei Kanälen besteht, ist nach Vollenden der Addition U + V und S + T im Sinne der Gleichungen (6) eine quadrophonische Signalübertragung nach dem erwähnten bekannten Zweikanalsystem noch immer möglich, bei der dann die Dekodierung nach den Formeln (2) erfolgt.
Eine ähnliche Lösung, welche durch die Erfindung erzielt wird, bietet das von D. H. Cooper, T. Shigha in der Publikation"Discrete-Matrix Multichannel Stereo", Journal of Audio Engineering Society, Vol. 20, pp.
346 bis 360, June 1972, beschriebene System, mit dem wesentlichen Unterschied jedoch, dass dieses System mit keinem schon existierenden System kompatibel und in der Schaltung aufwendiger ist.
Die Lösung laut der Erfindung bevorzugt keines der schon bekannten zweikanaligen quadrophonischen Übertragungssysteme. So kann es auch auf das oben erwähnte SQ-System angewendet werden, bei dem die Signale der vier Kanäle nach den Gleichungen (3) in Signale für zwei Kanäle umgewandelt werden.
Bei der erfindungsgemässen Aufteilung derSignale X, Y in je zwei Teile U und V bzw. S und T ergibt sich hier
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Die Rückwandlung kann auf folgende Weise durchgeführt werden :
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Auch in diesem Falle ist durch die erfindungsgemässe Massnahme eine diskrete vierkanalige quadrophoni- sche Übertragung möglich. Soll aber wegen einer Bandbreitenreduzierung oder aus einem andern Grunde eine zweikanalige Übertragung erfolgen, so ist lediglich die Addition nach den Formeln (6) durchzuführen, durch die die ursprünglich zweikanalige Übertragung erzielt wird. Ferner ist ersichtlich, dass ein für das SQ-Sy- stem konzipierter Empfänger ohne Schwierigkeit im erfindungsgemässen Signalübertragungssystem verwendbar ist.
In der Fachliteratur werden die Übertragungskoeffizienten häufig in Matrizenform dargestellt. Die Formel (4) erhält in diesem Fall folgende Form :
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Die Reihen der Matrize entsprechen in diesem Fall den Übertragungskanälen x und y, die Kolonnen den Eingangssignalen LF, RF, LR und RR. In diesem Fall ist die Matrize nicht quadratisch und betrifft eine Kodierung von vier Signalen in zwei Kanälen. Die Faktoren der Dekodierung können ebenfalls in Matrizenform mathematisch ausgedrückt werden. Der ganze Übertragungsweg kann als Multiplikation der Kodier-und Dekodiermatrize mathematisch ausgedrückt werden.
Eine Wiederherstellung der originalen Eingangssignale entsteht, wenn die Multiplikation der Kodier- und Dekodiermatrize eine Einheitsmatrize ergibt. Dies ist aber nur bei symmetrischen Matrizen möglich, bei welchen die Anzahl der senkrechten und waagrechten Kolonnen gleich ist. Um dies zu erreichen, muss die oberwähnte Matrize (12) mit Nullelementen erweitert werden.
Gemäss der Erfindung wird von den Koeffizienten eines beliebigen 4-2-4-Matrixsystems eine 4 x 4-Matrize in der Weise gebildet, dass die 2 x 4-Matrize der Koeffizienten mittels Nullelemente auf eine 4 x 4- Matrize durch Herabschieben zweier beliebiger Kolonnenvektoren und durch Einfügen von Nullelementen an deren originale Stelle erweitert wird.
Die unter (12) dargestellte Matrize der Übertragungskoeffizienten erhält dann folgende Form :
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In dieser Matrize entsprechen die Kolonnen den Signalen LF, RF, LR, RR und die Reihen den Signalen U, S, V, T. Die Matrize A entspricht den Gleichungen (5).
Die Wiederherstellung der Signale LR, RF, LR, RR aus den Signalen U, S, V, T erfolgt nach der Matrize A* :
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E ist die Einheitsmatrize :
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Der ganze Übertragungsweg kann mit der Matrize E beschrieben werden. Die originalen Signale LF, RF, LR, RR können so am Ende des Übertragungsweges durch Dekodierung mittels der Dekodiermatrize A* wiedergewonnen werden.
Die Dekodierung nach den Gleichungen (7) entspricht der Dekodiermatrize B* :
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Die Dekodierung mit der Matrize B* ergibt die Signale LF', RF', LR'und RR !. Der Zusammenhang zwi- schen den so gewonnenen Signalen und den originalen Eingangssignalen ist wie folgt :
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Wie zu sehen ist, ergibt die Dekodierung durch die Matrize B* auch nebensprechenfreie Signale, die sich von den originalen Signalen nur durch konstante Faktoren unterscheiden. Die Dekodierung mit der Matrize B* ist technisch wegen den Einheitselemente in der Hauptdiagonale einfacher realisierbar.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den vier Ecken eines Raumes --1-vier Mikrophone MLF, MLR, MRF und MRR aufgestellt, die vier Signale LF, LR, RF und RR liefern, die einer Kodiereinheit --2-- zugeführt werden, die aus an sich bekannten algebraischen Addierstromkreisen und bzw. oder Phasenschieber-Stromkreisen aufgebaut ist. In der Kodiereinheit --2-- werden die Signale LF, RF, LR, RR nach den Formeln (5) kodiert, so dass an den Ausgängen der Kodiereinheit --2-- die vier Signale U, V, S, T auftreten, die in die Frequenz- oder Zeitmultiplexeinheit --9-- gelangen und dann über den vierkanaligen Übertragungsweg --10-- übertragen werden.
Bei dem dargestellten Beispiel liegt der Übertragungsweg --10-- an dem Eingang einer Demultiplexeinheit An den Ausgängen der Demultiplexeinheit --11-- entstehen die Signale U, V, S, T, die den Eingängen einer Dekodiereinheit --7-- zugeführt werden, in der die Signale RF, LF, LR und RR wiedergewonnen werden. Diese Signale werden vier Tonquellen, beispielsweise Lautsprechern SRF, SLF, SLRund SRR zugeführt, die im Raum --8-- in Übereinstimmung mit den Mikrophonen MRF, MLF, MLR und MRR des Raumes-l-aufgestellt sind. Bei diesem Beispiel erfolgt somit eine diskrete vierkanallge Signalübertragung.
Die Demultlplexelnheit --11-- und die Dekodiereinheit --7-- können gemeinsam als eine Empfangs- einheit --12-- betrachtet werden,
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Vorausgesetzt, dass der vierkanalige Übertragungsweg --10-- stereokompatibel ist, kann an der Stelle der Empfangseinheit --12-- auch ein herkömmlicher zweikanaliger quadrophonischer Empfänger verwendet werden, der für den Empfang von Signalen laut einer Kodierung nach der Formel (4) in der Lage ist. Die Demultiplexeinheit eines solchen Empfängers hat nur zwei Ausgänge, an denen die zwei Signale X, Y nach der Formel (5) auftreten. Es erfolgt eine zweikanalige quadrophonische Signalübertragung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kompatibles quadrophonisches Signalübertragungssystem, bei dem aus den Signalen von vier Signalquellen in einer Kodiereinheit mittels Adder- un bzw. oder Phasenschieber-Stromkreise vier unabhängige Signale gebildet und diese in Frequenz- oder Zeitmultiplex übertragen werden, wonach diese mittels gleichartiger Adder- un bzw. oder Phasenschieber-Stromkreise in einer Dekodiereinheit dekodiert und die vier Signale der Signalquellen zurückgewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung der an den vier Eingängen der Kodiereinheit (2) liegenden, von den Signalquellen (MLF, MLR, MRF, MRR) gelieferten Signale (LF, LR, RF, RR) zur Umsetzung in die an den Ausgängen der Kodiereinheit (2) bzw. an den Eingängen der Dekodiereinheit (7) liegenden Signale (U, V, S, T) nach den Gleichungen :
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erfolgt, wobei aus diesen vier Signalen U, V, S, T, gegebenenfalls nach Addition nach den Formeln X = U + V und Y = S + T, in der Dekodiereinheit (7,12) eine Umwandlung in die den ursprünglichen Signalen entsprechenden Signale (LF, LR, RF, RR bzw. LF', LR', RF', RR') erfolgt und die Koeffizienten x,x,x,x, y1, y2, y3, y4 Koeffizienten eines 4-2-4-Matrixsystems sind, und dass nach einem üblichen Dekodierverfahren dekodiert wird bzw. dass die Dekodierung nach den Gleichungen
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erfolgt.