CH622395A5 - Directional receiving system - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des ausgestattet, der es dem Filmer ermöglicht, mit einer Hand die genannten Empfangssystems in einem Tonfilmgerät mit einer Kamera zu halten und sie durch Drücken des Auslösers 21 mit Bildaufnahmekamera und einem zugehörigen Tonaufzeich- einem Finger dieser Hand zu betätigen, so dass die andere nungsgerät gemäss Patentanspruch 10. Hand zum Abstützen der Kamera frei bleibt.

Ein erfindungsgemäss ausgestattetes Tonfilmgerät eignet 4o Die lineare Gruppe von Mikrophonelementen, welche das sich daher zur Verwendung relativ einfacher und billiger Mikrophon 13 bilden, ist längs der mit X bezeichneten Achse

Mikrophone in der Gruppe, weil die Richtung der Empfangs- ausgerichtet, die unter einem spitzen Winkel (z. B. von 20°) zur Unterdrückung ausschliesslich durch die angewendete Signal- optischen Achse Z nach unten geneigt ist und mit der Z-Achse behandlung und durch die Abstände zwischen den Elementar- und dem Griff 20 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Das Mikro-mikrophonen bestimmt wird. 45 phon 13 wird vom Ausleger 14 gegenüber der Kamera nach

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun- vorne und unten versetzt gehalten und befindet sich ausserhalb gen dargestellt. In diesen zeigen: des Gesichtsfeldes des Objektivs 18.

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Tonbildkamera, Bei Inbetriebnahme der Kamera hält der Filmer den Griff die mit einem erfindungsgemässen Empfangssystem ausgestat- 20 in einer Hand und stützt die Kamera mit der anderen Hand tet ist, welches für niedrige Tonfrequenzen in zwei orthogona- 50 ab, wobei er die zu filmende Szene durch den Bildsucher 19 len Ebenen Kardioidencharakteristiken aufweist; betrachtet. Durch Drücken des Auslösers 21 werden die

Fig. 2 den Frequenzgang des Kamerageräusches einer typi- Kamera und das Mikrophon eingeschaltet, wodurch die im sehen Filmkamera; Gesichtsfeld des Bildsuchers befindliche Szene gefilmt wird

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer linearen Gruppe und von dieser Szene kommende Schallereignisse synchron von Empfangselementen bei Einfall einer ebenen Welle beliebi-55 aufgezeichnet werden. Bei der dargestellten Orientierung des ger Frequenz unter einem beliebigen Einfallswinkel; Auslegers 14 nimmt das Mikrophon 13 eine Lage ein, in der es

Fig. 4 ein Blockdiagramm des Empfangssystems gemäss der den von der gefilmten Szene kommenden Schall empfangen Erfindung, an dem die angewendete Signalbehandlung erläu- kann. Wie später noch genauer erläutert wird, hat das Mikro-tertwird; phon 13 eine kardioidenförmige Systemcharakteristik (die mit

Fig. 5 die polare Richtcharakteristik des erfindungsgemäs- 60 der Eigencharakteristik jedes Mikrophonelementes zu multipli-sen Empfangsystems für einen bestimmten Wert der relativen zieren ist). Die räumliche Richtcharakteristik als Funktion der Verstärkung von Summensignal und integriertem Signal bei Frequenz wird durch die Signalbehandlungseinrichtung 15 festniedriger Frequenz; gelegt. Im wesentlichen unterdrückt das Mikrophon 13 den

Fig. 6 ein für den Empfang in Richtung der linearen Gruppe Schall, der innerhalb eines vorgegebenen Sperrkegels einfällt, geltendes Diagramm des Amplitudenverlaufes des Summen- # in dem die Kamera 11 liegt, wie dies in Fig. 1 durch die strich-signals und des integrierten Signals für das System nach Fig. 4, punktierten Linien 22 angedeutet ist. Die Winkellage der das auch den Verlauf der Amplitudendifferenz von Summensig- X-Achse bezüglich der Z-Achse und der Abstand des Mikro-nal und integriertem Signal wiedergibt, und zwar für zwei aus- phons von der Kamera sind Parameterwerte, die vom öff-

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nungswinkel des Sperrkegels abhängen, dessen Spitze mit dem Mikrophon 13 zusammenfällt. Der Öffnungswinkel des Sperrkegels hängt seinerseits von der Arbeitsweise der Signalbehandlungseinrichtung 15 ab und ist innerhalb weiter Grenzen zwecks Anpassung an eine vorgegebene Kamera veränderbar.

Fig. 1 zeigt die Richtcharakteristiken 23,24 des Mikrophons in zwei orthogonalen Ebenen, die sich längs der X-Achse schneiden. Diese Richtcharakteristiken sind bezüglich der X-Achse symmetrisch; sie geben qualitativ den typischen Verlauf der Empfindlichkeit des Mikrophons 13 innerhalb des interessierenden Frequenzbandes an.

Fig. 2 zeigt qualitativ den Frequenzverlauf des Geräuschspektrums einer typischen Filmkamera. Es wurde gefunden, dass dieses Geräusch beim Betrieb der Kamera sehr niedrige Frequenzkomponenten enthält und bei etwa 2000 Hz ein deutliches Maximum hat, das im Bereich der maximalen Empfindlichkeit des menschlichen Ohres liegt. Die höheren Frequenzen sind im Frequenzspektrum schwächer vertreten und verschwinden bei etwa 6000 Hz ganz. Durch die Arbeitsweise der Signalbehandlungseinrichtung 15 kann die Richtcharakteristik des Mikrophons 13 so eingeregelt werden, dass das Mikrophon hauptsächlich jene Geräusche unterdrückt, die von der Kamera ausgehen und innerhalb eines relativ weiten Frequenzbandes liegen, einschliesslich bei Frequenzen von etwa 2000 Hz.

Um zu erläutern, auf welche Weise die Signalbehandlungseinrichtung die Richtcharakteristik des Mikrophons 13 beein-flusst, wird auf Fig. 3 verwiesen, welche das Zusammenwirken zwischen einer ebenen Schallwelle 30 und einer linearen Gruppe von Mikrophonelementen Ml bis M4 darstellt, die insgesamt das Mikrophon 13 bilden. Die Mikrophonelemente sind in gleichen gegenseitigen Abständen längs der X-Achse dargestellt, um die folgende Analyse zu vereinfachen, doch brauchen ihre Abstände theoretisch nicht gleich zu sein. Die Elemente M2 und M3 des mittleren Paares haben einen gegenseitigen Abstand di und die Elemente Ml und M4 des äusseren Paares einen gegenseitigen Abstand d2. Zur Vereinfachung der Analyse sei angenommen, dass der Abstand zwischen den Elementen Ml und M2 gleich gross ist wie der Abstand zwischen den Elementen M3 und M4. Die sinusförmige ebene Schallwelle 30 habe die Frequenz co und falle in Richtung der A-Achse ein, die mit der positiven X-Achse einen Winkel a einschliesst und diese im Punkt 31 in der Mitte zwischen den Elementen M2 und M3 schneidet. Da sich die ebene Welle als Funktion der Zeit ändert, gilt die Darstellung nach Fig. 3 nur für einen bestimmten Zeitpunkt Der Amplitudenverlauf der Welle in diesem Zeitpunkt längs der X-Achse ist durch eine strichpunktierte Linie 32 angegeben, welche die Schnittlinie der Welle mit einer die Y-Achse enthaltenden Ebene durch die X-Achse darstellt, die senkrecht zu der von den Achsen A und X definierten Ebene liegt. Die Y-Achse verläuft durch den Punkt 31. Die Amplitude der Welle 32 in einem beliebigen Zeitpunkt bezüglich eines Punktes auf der X-Achse ist ein Mass für die jeweilige Schallamplitude in diesem Punkt.

Der Abstand zwischen einander entsprechenden Punkten auf der ebenen Welle, gemessen längs der A-Achse, ist mit dem Abstand zwischen diesen Punkten, gemessen längs der X-Achse, durch den Faktor cos a verknüpft, wobei a der Einfallswinkel der ebenen Welle ist. Bezeichnet man die Wellenlänge der Welle 30 längs der A-Achse mit Xo, dann steht die Wellenlänge xo längs der Welle in der Ebene 33, welche durch die Achsen X und Y definiert ist, mit Xo in der Beziehung:

(1) À<,= T = xo cos a worin V die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der ebenen Welle und f = <»/2 ji ist. Die Schallgeschwindigkeit beträgt bei 20 °C

und Meeresniveau 344 m/s.

Die Periodendauer To der ebenen Welle ist gegeben durch

(2) Q?o = ■■ y ° = cos oc

Aus Gleichung (2) ist erkennbar, dass die Zeit ti, welche der Punkt 34 auf der Welle 30, dessen Projektion auf die X-Achse mit dem Punkt 31 in der Mitte zwischen den Elementen M2 und M3 zusammenfällt, zur Bewegung zum Punkt 35 hin benötigt, dessen Projektion auf die X-Achse den Abstand dy2 vom Punkt 31 hat und dem Ort entspricht, in dem sich das Element M3 befindet, wie folgt angegeben werden kann:

d1

(3) S " 2V cos a

Die Zeit, die der Punkt 34 auf der ebenen Welle benötigt, um das Element M4 zu erreichen, beträgt analog:

dp

(4-) (~2 ~ 2V cos a

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (3) und (4) ist erkennbar, dass auf Grund einer angenommen analytischen Form der Welle im Punkt 31 analytische Ausdrücke für die Welle in den vier Orten der Mikrophonelemente abgeleitet werden können, die von den Phasendifferenzen bezüglich der angenommenen Wellenform abhängen. Es sei nun angenommen, dass die Welle im Punkt 31 die Form sin( cot- To) habe; dann ist die Welle in den Orten der vier Elemente wie folgt gegeben:

(5A) bei Ml: - sin co(t-to+T2)

(5B) beiM2: sin oo(t- to+ ti)

(5C) beiM3: sin co(t-to-ti)

(5D) bei M4: sin co(t- To- T2)

worin To die Zeit bedeutet, welche die Welle benötigt, um längs der A-Achse eine Viertelwellenlänge zu wandern (so dass die folgenden Ausdrücke entweder als cos- oder sin-Funktionen der Einheitsamplitude dargestellt werden können). Da jede zusammengesetzte Welle in eine Fourier-Reihe mit sin- oder cos-Gliedern zerlegt werden kann, ist die nachfolgende Analyse allgemein anwendbar, obwohl sich die Gleichungen auf eine einzelne Sinuswelle mit der Kreisfrequenz co beziehen.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, welche die einzelnen Teile der Signalbehandlungseinrichtung 15 darstellt. Jedes der Elemente Ml und M4 ist auf einfallende, zeitlich veränderliche Wellen empfindlich, wie beispielsweise auf eine Schallwelle, und erzeugt ein entsprechendes zeitlich veränderliches Ausgangssignal, das entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Blockschema behandelt wird. Insbesondere enthält diese Behandlungseinrichtung ausser den Mikrophonelementen einen Summenkanal mit einer Addierstufe 40, welche die Ausgangssignale des inneren Paares von Mikrophonelementen M2 und M3 addiert, und einen Integrierkanal mit einer Substrahier-stufe 41, welche die Differenz der Ausgangssignale des äusseren Paares von Mikrophonelementen Ml und M4 bildet Das von der Subtrahierstufe 41 gebildete Differenzsignal wird in einer Integrierstufe 42 integriert, deren Ausgangssignal nachfolgend als integriertes Signal bezeichnet wird. Ferner enthält die Signalbehandlungseinrichtung 15 eine Kombinationseinrichtung 43, in welcher die Ausgangssignale des Summenkanals und des Integrierkanals kombiniert werden. Insbesondere

4

5

10

15

20

25

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35

40

45

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55

60

65

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umfasst diese Kombinationseinrichtung in jedem der Kanäle der Addierstufe 40 erscheinende Summensignal S die Form einen Verstärkungsregler, durch welchen die Verstärkung des einen Kanals bezüglich des anderen festgelegt werden kann, (6) S = [2 cos coti] sin o>(t - to)

um so ein verstärkungsgeregeltes integriertes Signal zu erhalten, das im Ausgang des Verstärkers 44 erscheint, der den Ver- 5 während das Differenzsignal D, das im Ausgang der Subtrahier-stärkungsgrad B hat, sowie ein verstärkungsgeregeltes Sum- stufe 41 erscheint, durch mensignal, das im Ausgang des Verstärkers 45 mit dem Verstärkungsgrad A erscheint. Die Kombinationseinrichtung 43 ent- (7) D = [-2 sin Gm] cos co(t - To)

hält auch eine Addierstufe 46 für diese beiden verstärkungsgeregelten Signale. Im Ausgang 47 der Addierstufe 46 erscheint io dargestellt wird, worin das Minuszeichen eine Phasenumkehr das fertigbehandelte Ausgangssignal des Mikrophons 13. gegenüber dem Summensignal bedeutet.

Wenn die Eingangssignale der Mikrophonelemente M1 bis Die Integration des Differenzsignals D in der Integrierstufe

M4 den Gleichungen (5) entsprechen, so hat das im Ausgang 42 ergibt das integrierte Signal I wie folgt:

(8)

r 2 sin tot o 1 ^

_I " L J sin cü (t - tQ)

Nach Verstärkung des Summensignals und des integrierten Phase, so dass eine arithmetische Amplitudenaddition dieser Signals in den Verstärkern 45 bzw. 44 haben die beiden resultie- 20 Signale erfolgen kann. Die Amplitude des verstärkungsgeregel-renden verstärkungsgeregelten Signale, wie ersichtlich, gleiche ten Summensignals A( to, a) ist gegeben durch :

(9)

A(u), a) = 2A cos (o-3 ^ cos a)

während der Betrag des verstärkungsgeregelten integrierten Signals B ( co, a) gegeben ist durch:

(10)

B(a>, a) = 2B ("2Y cos a)

sin O^r- cos a)

2V

cos a

Damit ergibt sich das Ausgangssignal À( co, a) der Addierstufe 46 mit:

(11) A(co,a) = A(co,a)-B(co,a),

woraus folgt:

(12) A(6J,a) = B

% cos 2V

cos a -

2 (^ cos a)

et) do sin (■ - cos a)

co d,

sr cos a

-7

j

Das Minuszeichen beruht hiebei auf der Inversion in der Subtrahierstufe 41.

Aus Gleichung (12) ist erkennbar, dass das Ausgangssignal der Addierstufe 46 bei beliebiger Frequenz und beliebigem Einfallswinkel der Welle bei der Gruppe von Mikrophonelementen auf Null gebracht und damit die einfallende Welle vollständig unterdrückt werden kann, indem die relative Verstärkung A/B der verstärkungsgeregelten Signale und die Abstände di und dì zwischen den Mikrophonelementen entsprechend gewählt werden. Für Wellen niedriger Frequenz, für welche co 60 gegen Null strebt, reduziert sich die Gleichung (12) auf

(12A)

A(0, oc) = 2B

A B

W

cos a

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6

Aus Gleichung ( 12A) ist ersichtlich, dass das Ausgangssignal der Addierstufe 46 Null wird, wenn der Klammeraus-druck in dieser Gleichung den Wert Null annimmt. Für einen vorgegebenen Einfallswinkel ao lässt sich daher die relative

(12B)

A B

Setzt man die relative Verstärkung aus Gleichung (12B) in die Gleichung (12) ein, so erhält man folgenden allgemeinen Ausdruck für das Ausgangssignal der Addierstufe 46, das zu

Verstärkung A/B der verstärkungsgeregelten Signale, welche zu einer vollständigen Unterdrückung der niedrigen Frequenzen führt, wie folgt angeben:

- 2V cos ao .

einer Unterdrückung von Wellen niedriger Frequenz führt, i o welche bei der Gruppe von Mikrophonelementen unter einem Winkel ao einfallen:

(13) A(&>, a) = 2B (-^y-)

[

- cos a aJ di cos ocQ cos ( " cos a) ~~

lO&o sin (■ 2V cos a'

zirsp 7" •(■ 2Y cos a'

Zur Unterdrückung oder Sperrung niederfrequenten Schalls, der bei der Gruppe von Mikrophonelementen unter ao = 0 einfällt, reduziert sich die Gleichung (13) auf

(13A)

üp

A(0, oc) = 2B (.1 - cos oc)

30

Aus Gleichung (13A) ist erkennbar, dass die Richtcharakteristik des Mikrophonsystems für niedrige Frequenzen die Form einer Kardioide hat, deren Symmetrieachse längs der Achse der Elementengruppe, d. h. längs der X-Achse verläuft, wobei 35 diese Kardioidenform ausschliesslich auf der beschriebenen

(13B) A(OJ, 0) = 2B (^)

Behandlung der Signale von den einzelnen Elementen der Gruppe beruht.

Die Empfindlichkeit des Mikrophons bei höheren Frequenzen ergibt sich für in Richtung der Gruppe einfallende Signale, also für a = 0, aus Gleichung (13).

cod2

^ -1 r. 1 — -

C°S (' ) -

cody, sin(—2^)

u>d0

Der Abstand di der Mikrophonelemente, von denen das Wert di wird erhalten, indem man den Klammerausdruck in

Summensignal abgeleitet wird, kann nun so gewählt werden, 45 Gleichung (13B) gleich Null setzt und sodann nach di auflöst,

dass eine Unterdrückung einer einfallenden Welle mit beliebi- Auf diese Weise ergibt sich ger Frequenz co und einem Einfallswinkel ai erfolgt. Dieser

(14-)

d„ =

2Y

CO COS oc arc cos

^d2 sin(—27)

Für ai = ai = 0, was besagt, dass eine Unterdrückung von tung bei der linearen Gruppe einfallen, reduziert sich die Glei-Wellen erfolgen soll, die längs der X-Achse aus positiver Rieh- chung (14) wie folgt:

(14-A)

A - 2V d1 " CO

are cos

. CO dp ^

sin("2Y—)

co d0

Fig. 5 entspricht nun in Diagrammform der Gleichung ihres Einfallswinkels dar, wenn die Ausgangssignale der einzel-

(13A) und stellt somit die Richtcharakteristik der Gruppe von nen Elemente gemäss Fig. 4 behandelt werden. Es ist erkenn-Mikrophonelementen für niederfrequente Wellen als Funktion bar, dass eine lineare Gruppe von allseitig empfangenen Mikro-

phonelementen auf diese Weise in ein Mikrophonsystem umgewandelt wird, das eine kardioidförmige Richtcharakteristik aufweist, und zwar ausschliesslich infolge der Signalbehandlung, die in der Behandlungseinrichtung 15 erfolgt. Wenn die einzelnen Elemente selbst bereits eine kardioidenförmige Elementencharakteristik haben, dann ergibt sich durch die zusätzliche erfindungsgemässe Signalbehandlung für das gesamte Mikrophon eine Kardioidencharakteristik höherer Ordnung.

Die Empfindlichkeit einer Gruppe von Mikrophonelementen auf in Richtung der Gruppe, d. h. unter a = 0 einfallende Wellen höherer Frequenz ist in Fig. 6 dargestellt, die auf Gleichung (13B) beruht. Die Kurve 50 stellt den Verlauf von cos ( o)di/2V) in Abhängigkeit vom Parameter ( v|/d2/2V) für di = d2 dar und gilt für das verstärkungsgeregelte Summensignal im Ausgang des Verstärkers 45; die Kurve 51 stellt den Verlauf des Ausdruckes ,

CüQ-n sin( 2y )

cüö-2 -2TT

in Abhängigkeit vom Parameter ( (äddlV) dar und gilt für das verstärkungsgeregelte integrierte Signal im Ausgang des Verstärkers 43. Es ist zu beachten, dass für di = d2 die Elemente Ml und M2 mit den Elementen M3 bzw. M4 zusammenfallen,

wobei sich ein Mikrophonsystem mit nur zwei statt mit vier Elementen ergibt. Ein solches Mikrophonsystem unterdrückt niedrige Frequenzen gut, doch nimmt seine Fähigkeit zur Unterdrückung höherfrequenter Wellen mit zunehmender Frequenz merklich ab, wie die Kurve 52 erkennen lässt, welche die Differenz zwischen den Kurven 50 und 51 darstellt und somit der für das Ausgangssignal der Addierstufe 47 geltenden Gleichung (13) entspricht.

Für di = Û212 haben die Elemente Ml bis M4 gleiche gegenseitige Abstände, woraus folgt, dass das Mikrophon vier Elemente aufweist. Die Kurve 53 stellt die Funktion cos ( tadi/2V) für diesen Fall dar, und man erkennt, dass die Kurve 53 ziemlich ähnlich der Kurve 51 verläuft. Die Differenz zwischen den Kurven 51 und 53 wird durch die Kurve 54 dargestellt. Es ist daraus erkennbar, dass die Anwendung von vier Elementen mit di = d^ eine erheblich verbesserte Nullstelle in der Charakteristik, verglichen mit einem Mikrophon mit nur zwei Elementen, ergibt.

Der Frequenzskala in Fig. 6 liegt der Wert d2 = 254 cm (= 1 Zoll) zugrunde, für welchen die beiden Kurven 51 und 53 bei (ùddTV = 13,548 Hz Nullstellen haben. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Unterdrückung von Wellen, deren Einfallsrichtung mit der Gruppe eingefluchtet ist und die im Frequenzband bis 6000 Hz liegen, welches das Störfrequenzband der Kamera darstellt, ist durch geeignete Wahl des Verhältnisses von di zu d2 möglich. Gegenwärtig wird di vorzugsweise so gewählt, dass die Amplitude des verstärkungsgeregelten Sum622395

mensignals (d. h. die Frequenz der cos-Kurve) gleich der des verstärkungsgeregelten integrierten Signals (d. h. der sin-Kurve) bei einer Frequenz von etwa 59% des verstärkungsgeregelten integrierten Signals ist. Für d2 = 2,54 cm ergibt sich diese Gleichheit bei 8000 Hz, und aus Gleichung (14A) folgt di = 1,40 cm.

Die Kurve 60 in Fig. 7 stellt das verstärkungsgeregelte Summensignal unter diesen Bedingungen dar, und die Kurve 61 zeigt das verstärkungsgeregelte integrierte Signal; diese Signale sind bei 8000 Hz gleich stark. Bei niedrigeren Frequenzen ist die Unterdrückung ausserordentlich gut, was an der Kurve 62 erkennbar ist, welche die Differenz zwischen den Kurven 60 und 61 angibt und dem Ausgangssignal 47 der Addierstufe 46 entspricht.

Die in Fig. 7 gezeigten Kurven gelten für Eingangswellen, die in Richtung der linearen Gruppe einfallen, die Fig. 8 und 9 für Eingangswellen unter den Einfallswinkeln 30° bzw. 60°. In Fig. 8 stellt insbesondere die Kurve 63 das verstärkungsgeregelte Summensignal und die Kurve 64 das verstärkungsgeregelte integrierte Signal für a = 30° dar. Die Kurve 65 gibt die Differenz zwischen den Kurven 63 und 64 an. In Fig. 9 stellt die Kurve 66 das verstärkungsgeregelte Summensignal und die Kurve 67 das verstärkungsgeregelte integrierte Signal für a = 60° dar. Die Kurve 68 gibt wieder die Differenz zwischen den Kurven 66 und 67 an. Es ist ersichtlich, dass sich für di = 2,54 cm und d2 = 1,40 cm eine extrem gute Unterdrückung bei a = 0° und bei a = 30e (entsprechend einem Sperrkegel mit einem Spitzenwinkel von 60°) ergibt.

Andere Charakteristiken mit Sperrsektoren können durch geeignete Wahl der relativen Verstärkung im Summenkanal und im Integrierkanal und des relativen Abstandes zwischen den Paaren von Summen- und Differenzelementen erhalten werden. Ferner sind auch analytische Lösungen möglich, wenn die Abstände der einzelnen Elemente nicht gleichmässig sind.

In der vorstehenden Beschreibung wird auf Schallwellen und auf Mikrophone Bezug genommen, doch ist klar, dass die Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Wellen anwendbar ist, auf welche einzelne Empfängerelemente unter Erzeugung eines Ausgangssignals ansprechen. Beispielsweise kommen als weitere Anwendungsgebiete der Erfindung Rundfunkwellen und Empfangsantennen in Betracht.

Fig. 10 ist ein schematisches Schaltungsbild einer Behandlungseinrichtung gemäss der Erfindung, die zur Erzielung einer gewünschten Sperrcharakteristik dient. Die Einrichtung 15A enthält vier Mikrophonelemente Ml bis M4, wobei jedem dieser Elemente ein Vorverstärker 70 zugeordnet ist. Die vorverstärkten Ausgangssignale der Elemente M2 und M3 werden in einer Analog-Addierstufe 71 addiert, um das Summensignal S zu bilden. Die vorverstärkten Signale der Elemente Ml und M4 werden subtrahiert und in einem Norton-Differenzintegrator 72 integriert, in dessen Ausgang sich das integrierte Signal I ergibt. Das Summensignal S und das integrierte Signal I werden in einer Analog-Addierstufe 73 addiert und ergeben das Ausgangssignal A.

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10

15

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40

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50

G

5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

622395 2 PATENTANSPRÜCHE kung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrophongruppe aus-

1. Empfangssystem mit einer Richtcharakteristik für den serhalb des Gesichtsfeldes der Kamera angeordnet und fest mit Empfang von akustischen oder elektromagnetischen Wellen, dieser verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den Mikro-mit einer Mehrzahl von Empfangselementen, die je ein zeitlich phonen und die Kombination der Ausgangssignale so gewählt veränderliches Ausgangssignal liefern, und einer Signalbehand- 5 sind, dass beim Betrieb der Kamera eine Unterdrückung des lungseinrichtung, welche diese Ausgangssignale zwecks Bil- Kamerageräusches im Tonaufzeichnungssignal erfolgt.

dung einer gewünschten Richtcharakteristik zusammenfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbehandlungseinrichtung (15) eine Subtrahierstufe (41) zur Erzeugung eines Diffe-renzsignals aus den Ausgangssignalen zweier Empfangsele- i o mente (Ml, M4) und anschliessend daran eine Integrierstufe

(42) zur Integration dieses Differenzsignals enthält. Die Erfindung bezieht sich auf ein Empfangssystem mit

2. Empfangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- einer Richtcharakteristik gemäss Oberbegriff des Patentan-net, dass die Signalbehandlungseinrichtung (15) einen Summen- spruchs 1 und vorzugsweise auf ein akustisches Empfangssy-kanal mit einer Addierstufe (40) enthält, in welcher die Aus- 15 stem mit einer Mikrophongruppe, deren Richtcharakteristik im gangssignale zweier Empfangselemente (M2, M3) addiert wer- wesentlichen die Form einer Kardioide hat.

den, gefolgt von einer Kombinationsstufe, beispielsweise einer Amateurfilmer, die mit üblichen Aufnahmegeräten Bildton-

Addierstufe (46), in welcher das Summensignal und das inte- filme herstellen, sind mit dem Problem der Unterdrückung des grierte Differenzsignal kombiniert, insbesondere addiert wer- Kamerageräusches bei der Tonfilmaufnahme vertraut. Wird den. 2o das Kamerageräusch bei der Aufnahme nicht hinreichend

3. Empfangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- unterdrückt, so überdeckt es bei der Tonfilmwiedergabe die net, dass die Kombinationsstufe (46) einen Verstärkungsregler Schallereignisse, deren Aufzeichnung bei der Tonfilmaufnahme enthält, der eine Änderung der Verstärkung zumindest in beabsichtigt war.

einem Kanal bezüglich der Verstärkung im anderen Kanal Eine Lösung dieses Problems besteht darin, das Mikrophon ermöglicht. • >s von der Kamera getrennt anzuordnen, doch benötigt dann der

4. Empfangssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch Filmer einen Gehilfen für die koordinierte Tonaufnahme, was gekennzeichnet, dass die Kombinationsstufe (46) Verstärkungs- in vielen Fällen unerwüncht ist. Damit eine einzige Person regier sowohl für das Summensignal als auch für das integrierte gleichzeitige Bild- und Tonaufnahmen vornehmen kann, ist es Signal aufweist und mit Einrichtungen zur Addition der beiden üblich, das Mikrophon an einem Ausleger der Kamera so zu verstärkungsgeregelten Signale ausgestattet ist. 30 befestigen, dass es ausserhalb des Gesichtsfeldes der Kamera

5. Empfangssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 4, in j ene Richtung gehalten wird, in welcher die Bildaufnahme dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsgrade für die erfolgt. Zur Aufzeichnung der Schallereignisse, welche eine beiden Signale so gewählt sind, dass im Ausgang der Kombina- gefilmte Szene begleiten, sollte normalerweise ein relativ billi-tionsstufe (46) eine Signalunterdrückung für niedrige Frequen- ges Mikrophon mit kardioidenförmiger Richtcharakteristik zen erfolgt, die unter einem vorgegebenen Winkel relativ zur 35 genügen, das so an der Kamera befestigt ist, dass die Nullstelle Achse einer Gruppe von Empfangselementen (M 1-M4) und/ der Kardioide der Kammer zugekehrt ist. Leider ist aber das oder in der Richtung dieser Achse einfallen. Frequenzspektrum des von einer laufenden Kamera erzeugten

6. Empfangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Geräusches so breit, dass dabei auch ein erheblicher Anteil dienet, dass vier Empfangselemente (M 1-M4) vorgesehen sind, ses Geräusches aufgezeichnet wird. Die Erfahrung hat gezeigt, wobei jene Elemente (M2, M3), deren Ausgangssignale im Sum-40 dass das Geräuschspektrum zahlreicher Karperas sich von rela-menkanal (40,45) addiert werden, zwischen den Elementen tiv niedrigen Frequenzen von etwa 100 Hz bis zu etwa 6000 Hz (M 1, M4) liegen, deren Ausgangssignale zur Bildung des Diffe- erstreckt, mit einer Spitze bei ungefähr 2000 Hz, also im renzsignals subtrahiert werden. Bereich maximaler Gehörempfindlichkeit. Während ein übli-

7. Empfangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ches, relativ billiges Kardioide-Mikrophon häufig zur Unternet, dass zwei Empfangselemente vorgesehen sind, deren Aus- 45 drückung niederfrequenten Schalls von der Kamera ausreicht, gangssignale addiert werden, um das Summensignal zu erhal- ist seine räumliche Richtcharakteristik innerhalb des relativ ten, und subtrahiert werden, um das Differenzsignal zu erhal- breiten Frequenzspektrums des Geräusches, das mit üblichen ten. mechanischen Kameraantrieben verknüpft ist, nicht frequenz-

8. Empfangssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, unabhängig. Infolgedessen überlagert das Geräusch der laufen-dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbehandlungseinrich- 50 den Kamera das bei Aufnahme einer Szene aufgezeichnete tung (15) die Ausgangssignale der Empfangselemente (M1-M4) Schallereignis. Da das Mikrophon der Kamera meist weit im Sinne der Bildung einer kardioidenförmigen Richtcharakte- näher liegt als die jeweils aufgenommene Schallquelle, ergibt ristik kombiniert, deren Minimumstelle eine vorgegebene Rieh- sich oft, dass dabei das Kamerageräusch überwiegt.

tung bezüglich der Achse der Gruppe von Empfangselementen Es mag nun zwar möglich sein, ein Spezialmikrophon zu (M1-M4) einnimmt. 55 entwickeln, welches das von einer Kamera kommende

9. Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Geräusch innerhalb eines relativ weiten Frequenzbandes Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Empfang unterdrückt, doch wäre ein solches Mikrophon vermutlich sehr von Schallvorgängen bei Vorhandensein einer zusätzlichen kostspielig und gegen mechanische Beschädigung empfindlich. Störschallquelle, die Empfangselemente (M 1-M4) Mikrophone Die vorliegende Erfindung zielt deshalb darauf ab, ein sind, die durch eine Halterung (14) bezüglich der Störschall- eo neues und verbessertes Empfangssystem mit einer Richtcha-quelle ( 11 ) in solcher Weise orientiert sind, dass der Empfang rakteristik zu schaffen, deren Nullstelle oder Minimum hinsicht-von Störschall durch die Mikrophongruppe (13) unterdrückt lieh Winkellage und Frequenz durch die Art der angewendeten ist. Signalbehandlung und nicht durch mechanische Details der

10. Verwendung des Empfangssystems nach Anspruch 9 in Empfangselemente bestimmt ist.

einem Tonfilmgerät mit einer Bildkamera, deren Objektiv ein es Dieses Ziel wird erfindungsgemäss im eingangs genannten vorgegebenes Gesichtsfeld hat, und mit einem Tonaufzeich- Empfangssystem mit den Mitteln gemäss Kennzeichnung des nungsgerät, wobei die Gruppe von Empfangselementen von Patentanspruchs 1 erreicht.

einer Mikrophongruppe gebildet ist zur Störschallunterdrük- Die Signalbehandlungseinrichtung enthält vorzugsweise

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einen Summenkanal, in dem die Ausgangssignale eines Paares gewählte Fälle, nämlich für die Fälle, dass der Abstand zwi-von Empfangselementen zu einem Summensignal addiert wer- sehen dem Paar von Mikrophonelementen, deren Ausgangssig-den, ferner eine Einrichtung zur Subtraktion der Ausgangs- naie subtrahiert werden, gleich gross bzw. zweimal so gross ist signale eines Paares von Elementen zwecks Bildung eines Dif- wie der Abstand zwischen dem Paar von Mikrophonelemen-ferenzsignales sowie einen Integrationskanal, in dem dieses 5 ten, deren Ausgangssignale addiert werden;

Differenzsignal zu einem integrierten Signal integriert wird, Fig. 7 ein der Fig. 6 ähnliches Diagramm, nur dass der und eine Einrichtung zur Kombination der Ausgangssignale Abstand zwischen den Mikrophonelementen so gewählt ist, des Summenkanales und des Integrationskanales. Für eine aku- dass die Amplitudendifferenz von Summensignal und integrier-stische oder elektromagnetische Welle vorgegebener Fre- tem Signal für eine ausgewählte, von Null verschiedene Fre quenz, die bei der Gruppe von Empfangselementen einfällt, )0 quenz verschwindet;

werden das Summensignal und das integrierte Signal in Phase Fig. 8 ein der Fig. 7 ähnliches Diagramm für den Amplitu-

sein und sich zeitlich entsprechend der zeitlichen Änderung der denverlauf von Summensignal und integriertem Signal bei einfallenden Welle ändern; die Beträge der Signale für diese einem Einfallswinkel von ungefähr 30°;

Frequenz und für einen wählbaren Einfallswinkel können durch Fig. 9 ein der Fig. 8 ähnliches Diagramm bei einem Einfallsentsprechende Wahl der für jedes dieser Signale aufgewende- 15 winkel von ungefähr 60° ;

ten Verstärkung und der gegenseitigen Abstände der Emp- Fig. 10 ein Blockschema der Signalbehandlungseinrichtung,

fangselemente der Gruppe einander angeglichen werden, die zur erfindungsgemässen Signalbehandlung dient, und zwar bevor die Signale subtrahiert werden. Insbesondere können die für eine Gruppe mit vier Mikrophonelementen.

relativen Verstärkungen der Signale so gewählt werden, dass ■ in Fig. 1 ist eine erfindungsgemäss ausgebildete Tonfilmka-

sich nach der Subtraktion der Wellen niedriger Frequenz (d.s. 20 mera 10 dargestellt, das aus einer Bildkamera 11 und einem Frequenzen, die nahe dem Wert Null liegen), welche einen vor- zugehörigen Tonaufzeichnungssystem 12 besteht. Dieses gegebenen Einfallswinkel mit der Achse der Gruppe von System 12 ist mit einer linearen Gruppe von (nicht einzeln dar-

Empfangselementen einschliessen, die Resultierende dem Wert gestellten) Mikrophonelementen ausgestattet, die nachfolgend Null nähert. Ferner kann der Abstand zwischen Paaren von insgesamt als «Mikrophon» bezeichnet wird und mit dem Empfangselementen so gewählt werden, dass die Amplituden 25 Bezugszeichen 13 versehen ist. Das Mikrophon 13 wird von der verstärkungsgeregelten Signale auch für eine beliebige vor- einem Ausleger 14 in fester Lage bezüglich der Kamera 11 gegebene Frequenz der aus der vorgegebenen Richtung bezüg- gehalten. Mit der Kamera ist über ein Kabel 16 eine Signalbe-üch der Gruppe einfallenden Welle einander angeglichen wer- handlungseinrichtung 15 verbunden. Die Kamera 11 hat ein den. übliches Gehäuse 17, das den Film, den (nicht dargestellten)

Wenn das Empfangssystem nach der Erfindung einem Ton- 30 Filmantrieb und das Aufnahmeobjektiv 18 enthält, welches ein filmsystem einverleibt wird, bewirkt die Signalbehandlungsein- Bild der aufzunehmenden Szene auf dem innerhalb des Kamerichtung, dass die Gruppe von Empfangselementen bei niedri- ragehäuses befindlichen Film erzeugt.

gen Frequenzen als ein Kardioide-Mikrophon wirkt und in Mit der optischen Achse Z der Objektivs 18 der Kamera ist

Richtung der Kardioidenachse die Frequenz unterdrückt, ein Bildsucher 19 eingefluchtet, in dem der Filmer die aufzuneh-

welche im Kamerageräusch vorherrscht. 3s mende Szene sieht. Überdies ist die Kamera mit einem Griff 20