DE1098998B

DE1098998B - Method for stereophonic electroacoustic transmission

Info

Publication number: DE1098998B
Application number: DEW23916A
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Enkel; Karl-Heinz Adams; Friedrich Potthof; Dr Werner Meyer-Eppler
Original assignee: WESTDEUTSCHER RUNDFUNK
Current assignee: WESTDEUTSCHER RUNDFUNK
Priority date: 1958-08-16
Filing date: 1958-08-16
Publication date: 1961-02-09

Description

Verfahren zur stereophonen elektroakustischen Übertragung ZurDurchführung stereophonerÜbertragungen sind im allgemeinen vom Aufnahmeort zum Empfangsort mehrere, mindestens aber zwei Kanäle erforderlich, von denen jeder die volle, für die gewünschte Mertragungsqualität erforderliche niederfrequente Bandbreite aufweisen muß. So hat man zuVersuchszwecken schon Konzerte über zwei voneinander unabhängige Rundfunksender gesendet, von denen jeder von der Spannung eines anderen Mikrophons moduliert wurde. Dabei hatte der Rundfunkhörer die Möglichkeit, unter Verwendung von zwei Empfangsgeräten, von denen jedes auf einen der beiden Sender abgestimmt war, in seiner Wohnung stereophone Rundfunkübertragungen zu hören.Method for stereophonic electroacoustic transmission for implementation stereophonic transmissions are generally several, But at least two channels are required, each of which is the full one for the desired Transmission quality must have the required low-frequency bandwidth. So had there are already concerts on two independent radio stations for experimental purposes each of which was modulated by the voltage of a different microphone. The radio listener had the option of using two receivers, each of which was tuned to one of the two channels, stereophonic in his apartment Listen to radio broadcasts.

Dieses Verfahren hat sich wegen des erforderlichen ,großen technischen Aufwandes und wegen der begrenzten Anzahl der zur Verfügung stehenden Hochfrequelizlcaträle nicht durchges°tzt. Als Vorteil ist hierbei zwar die mögliche Weiterverwendung handelsüblicher Empfangsgeräte anzuführen und die Kompatihilität, die dadurch gegeben ist, daß di-e betreffenden Rundfunksendungen auch, wie sonst üblich, einkanalig abgehört werden können.This procedure has become necessary because of the great technical Effort and because of the limited number of high-frequency rooms available not enforced. The advantage here is that it can be re-used more commercially To list receiving devices and the compatibility, which is given by the fact that di-e The radio broadcasts concerned can also be listened to on a single channel, as is otherwise the case can.

Zur Einsparung hochfrequenter Bandbreite ist es auch bekannt, über einen einzigen Sender beide Niederfrequenzkanäle zu übertragen, beispielsweise mit Hilfe von zwei Modulationsarten (Amplitudenmodulation und Frequenzmodulation). Abgesehen davon, (laß bei diesem Verfahren die hochfrequente Bandbreite größer als bei nur einkanaliger Übertragung ist, wird auch die Forderung nach Kompatibilität nicht erfüllt. Hinzu kommt, daß auf der Empfangsseite zur I)etnodtilation Spezialempfänger mit hohem techni-#chem Aufwand benötigt werden.To save high-frequency bandwidth, it is also known about a single transmitter to transmit both low-frequency channels, for example with Using two types of modulation (amplitude modulation and frequency modulation). Apart from that of it, (leave the high-frequency bandwidth larger with this method than with only is single-channel transmission, the requirement for compatibility is also not Fulfills. In addition, there is a special receiver on the receiving side for I) etnodtilation are required with high technical # effort.

Bei einem anderen bekanntgewordenen Verfahren werden zur Einsparung hochfrequenter Bandbreite die Spannungen der Aufnahmemikrophone cinkanalig, z. 13. als Summenspannung, übertragen. Um bei diesem Verfahren auf der Wiedergabeseite eine originalgetreue, stereophonische Wirkung, d. h. eine dem Tongeschehen am Aufnahmeort entsprechende Verteilung der Summenspannung auf die Wiedergabelautsprecher zu erzielen, werden am Aufnahmeort aus den -Mikroplionspannungen stereophonische Richtungsinformationen abgeleitet, z. B. in der Form, daß als Maßstab für die Einfallsrichtung des Schallereignisses das Intc@nsitätsverliältnis der beiden Mikrophonpegel und/ oder der zeitliche Unterschied (Laufzeitunterschied), mit dem das Schallereignis an beiden Mikrophonen eintrifft, verwendet werden. Die so am Aufnahmeort gewonnenen Richtungsinformationen werden mittels einer außerhalb des Hörbereichs, d. h. oberhalb der liö cli>ten zu übertragenden Tonfrequenz liegenden Steuerfrequenz in einem gemeinsamen Kanal zusammen mit den beiden Mikrophonspannungen übertragen. Auf der Wiedergabeseite steuern dann die Richtungsinformationen die intensitätsmäßige und/ oder zeitliche Verteilung der einkanalig übertragenen Mikrophonspannungen auf die Wiedergabelautsprecher.Another known method is to save high-frequency bandwidth the voltages of the recording microphones cinkanalig, z. 13th as a total voltage. To do this on the playback page a true-to-original, stereophonic effect, d. H. one to the sound at the recording location to achieve a corresponding distribution of the total voltage to the playback speakers, The microplion voltages at the recording location become stereophonic directional information derived, e.g. B. in the form that as a yardstick for the direction of incidence of the sound event the intensity ratio of the two microphone levels and / or the time difference (Difference in transit time) with which the sound event arrives at both microphones, be used. The direction information obtained in this way at the recording location is by means of an outside of the listening area, d. H. above the liö cli> th to be transferred Audio frequency lying control frequency in a common channel together with the transmitted to both microphone voltages. On the playback side then control the Directional information the intensity and / or temporal distribution of the Single-channel transmitted microphone voltages to the playback speakers.

Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: Die zur gleichzeitigen Übertragung der hohen Steuerfrequenz. und des Tonfrequenzgemisches erforderliche nieder-und hochfrequente Kanalbreite der Übertragungswege muß wesentlich größer sein als bei den bisher üblichen einkanaligen Übertragungen. In der Praxis kann deshalt> das Verfahren nur mit großem technischem Aufwand realisiert werden. Einerseits muß nämlich die t_>andbreite der niederfrequenten übertragungseinrichtun- sowohl auf der Sonderseite als auf der Empfängerseite wesentlich verbreitert werden, andererseits stehen breitbandigere hochfrequente Übertragungskanäle nicht zur Verfügung.This method has the following disadvantages: The one for simultaneous transmission the high control frequency. and the audio frequency mix required low and low The high-frequency channel width of the transmission paths must be significantly larger than for the single-channel transmissions customary up to now. In practice, this can Process can only be implemented with great technical effort. On the one hand must namely the t_> and width of the low-frequency transmission equipment both on the special side than are significantly widened on the receiver side, on the other hand there are broadband high-frequency transmission channels not available.

Diese Nachteile treten nicht auf, wenn zur wieder-. gabeseitigen Steuerung der an einen einzigen 'C.Tbertragungskanal angeschlossenen Lautsprecher die ana Aufnahmeort von den Mikrophonspannungen abgeleiteten und mit diesen als stereophonische Richtungsinformationen auf die Wiedergabeseite übertragenen Steuerspannungen erfindungsgemäß feste, innerhalb> des Übertragungsbereiches des einzigenÜbertragungskanals liegende Frequenzen haben und gemeinsam mit den Mikrophonspannungen über den Übertragungskanal mit so niedrigem Pegel übertragen werden, daß' sie im wiedergegebenen Klangbild nicht wahrnehmbar sind.These disadvantages do not occur when re-using. remote control the loudspeakers connected to a single 'C.Transmission channel the ana Recording location derived from the microphone voltages and with these as stereophonic Directional information transmitted to the playback side control voltages according to the invention fixed, within> the transmission range of the single transmission channel Frequencies have and together with the microphone voltages over the transmission channel are transmitted at such a low level that 'they are in the reproduced sound image are imperceptible.

Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß die Kom-, patibilität voll gewahrt bleibt. Der Empfänger, z. ß: Rundfunkhörer usw., kann mit den bisher gebrätichliehen Geräten weiter einkanalige Übertragungen empfangen. Der Aufwand für die stereophonische Wiedergäbe auf der Empfangsseite ist relativ gering. Für die hochfrequente Übertragung der stereophonischen Informationen werden keine größeren Bandbreiten benötigt als bei normalen eiiikanaligen Rundfunkübertragungen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es sich um ein rein niederfrequentes Verfahren handelt. Die Steuerfrequenz für die-Übertragung der stereophonen Richtungsinformationen- liegt innerhalb des Hörbereich.esi, so idaß zu ihrer niederfrequenten Übertragung sowohl auf der Aufnahme- wie auf der Wiedergabeseite die üblichen-- niederfrequenten übertragungseinrichtungen, wie Tonfrequenzverstärker, niederfrequente Übertragungskabel usw., verwendet werden können. Weiterhin erfordert ihre Übertragung weder auf der Aufnahmeseite (Sendeseite) noch, auf der Wiedergabeseite (Empfängerseite) einen Eingriff in die hochfrequenztechnischen Einrichtungen für die Übertragung des Schallereignisses. Das neue Verfahren ermöglicht es, mit den bestehenden einkanaligen niederfrequenten und hochfrequenten ' Übertragungseinrichtungen stereophonische Übertragungen durchzuführen, ohne daß diese Einrichtungen geändert müssen und ohne daß zusätzliche- Übertragungseinrichtungen erforderlich sind.The new method has the advantage that the compatibility, full is preserved. The recipient, e.g. ß: radio listeners, etc., can be borrowed from the previous ones devices continue to receive single-channel transmissions. The effort for the stereophonic Reproduction on the receiving side is relatively low. For high-frequency transmission of the stereophonic information no greater bandwidths than with normal single-channel radio broadcasts. Another advantage is that it is a purely low-frequency process. The control frequency for the transmission of the stereophonic directional information is within the listening area. so idaß to their low-frequency transmission both on the recording as on the Playback side the usual - low-frequency transmission equipment, such as audio frequency amplifiers, low frequency transmission cables, etc., can be used. Further required their transmission neither on the recording side (transmission side) nor on the playback side (Receiver side) an intervention in the high-frequency technical facilities for the transmission of the sound event. The new process makes it possible to use the existing single-channel low-frequency and high-frequency transmission facilities to carry out stereophonic transmissions without these facilities being changed must and without additional transmission facilities are required.

1. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfidung beschrieben: Zur Aufnahme der Schallereignisse werden nach der an sich bekannten Methode der Intensitätsstereophonie zwei räumlich dicht benachbarte Richtmikrophone verwendet. Für die Übertragung werden die Ausgangsspannungen beider Mikrophone zusammengefaßt und einkanalig übertragen. Vor der Zusammenfassung jedoch wird von der Ausgangsspannung jedes der beiden Mikrophone durch Gleichrichtung die Hüllkurve gebildet. Die so gewonnenen beidenHüllkurvenspannungen sind ein Maß für den zeitlichen Intensitätsverlauf der von den beiden Mikrophonen aufgenommenen Schallereignisse. Diese Hüllkurvenspannungen dienen gemäß der Erfindung dazu, zwei Hilfsspannungen verschiedener, aber fester Frequenz in der Amplitude zu steuern. Die Steuerspannungen werden, wie es für Meßzwecke schon vorgeschlagen wurde, gleichzeitig mit den zusammengefaßten Mikrophonspannungen, zum Empfangsort übertragen, und zwar in der Weise, daß die Amplitude dieser Steuerspannungen so niedrig gehalten wird, daß sie vom Störpegel des Übertragungskanals verdeckt wird. Die maximale Amplitude dieser Steuerspannungen liegt beispielsweise 70 db unter dem maximalen Pegel der N utzspannung.1. In the following an embodiment of the invention is described: To record the sound events, according to the method known per se, the Intensity stereophony uses two spatially closely spaced directional microphones. The output voltages of both microphones are combined for transmission and transmitted in one channel. Before summarizing, however, it is taken from the output voltage each of the two microphones formed the envelope by rectification. The so The two envelope voltages obtained are a measure of the intensity curve over time of the sound events recorded by the two microphones. These envelope voltages serve according to the invention to two auxiliary voltages different, but more stable Control frequency in amplitude. The control voltages are as it is for measurement purposes has already been proposed, simultaneously with the combined microphone voltages, transmitted to the receiving location, in such a way that the amplitude of these control voltages is kept so low that it is masked by the interference level of the transmission channel will. The maximum amplitude of these control voltages is, for example, 70 db below the maximum level of the useful voltage.

Am Empfangsort werden die Steuerspannungen über schmalbandigeFilter auf der Niederfrequenzseite des Empfängers ausgesiebt und entsprechend verstärkt, so daß sie dort wieder als Steuerspannungen zur Verfügung stehen. Gemäß der Erfindung werden diese Steuerspannungen am Empfangsort dazu benutzt, um die Lautstärke verschiedener, räumlich getrennter Wiedergabelautsprecher zu beeinflussen. Dies geschieht zweckmäßig in an sich bekannter Weise durch Regelverstärker. Damit ist es möglich, den Intensitätsverlauf der Tonfrequenzspannungen verschiedener Aufnahmemikrophone durch entsprechende Steuerung der Wiedergabelautsprecher nachzubilden, ohne dabei die eigentliche einkanalig erfolgende Übertragung zu beeinflussen. Auf diese Weise wird über die Empfangslautsprecher die Information über die räumliche Struktur der Schallquellen am Aufnahmeort wiedergegeben. . Die Steuerfrequenzen werden zweckmäßigerweise in den oberen Teil des niederfrequentenübertragungsbereiches gelegt. Liegt z. B. die obere Grenzfrequenz des Übertragungsweges bei 12 bis 15 kHz, so kann man für die Steuerspannungen Frequenzen von 11, 11,2 und 11,4 kHz wählen. Um den technischen Aufwand auf der Empfangsseite herabzusetzen, kann auch für die Übertragung der Steuerfrequenzen das benutzte Frequenzband von beispielsweise 11 bis 11,6 kHz für die Mikrophonspannungen gedämpft oder ganz gesperrt werden.At the receiving location, the control voltages are passed through narrow-band filters sifted out on the low frequency side of the receiver and amplified accordingly, so that they are available again as control voltages. According to the invention these control voltages are used at the receiving location to increase the volume of various, To influence spatially separated playback speakers. This is done appropriately in a manner known per se by regulating amplifiers. This makes it possible to track the intensity curve the audio frequency voltages of various recording microphones through appropriate control reproduce the playback speakers without doing the actual single-channel Affect transmission. In this way it will be through the receiving speakers the information about the spatial structure of the sound sources is reproduced at the recording location. . The control frequencies are expediently in the upper part of the low-frequency transmission range placed. Is z. B. the upper limit frequency of the transmission path at 12 to 15 kHz, frequencies of 11, 11.2 and 11.4 kHz can be selected for the control voltages. In order to reduce the technical effort on the receiving side, the Transmission of the control frequencies the frequency band used, for example 11 up to 11.6 kHz for the microphone voltages can be attenuated or completely blocked.

Bei der Wiedergabe zweikanaliger Stereophonie tritt als Nachteil der unzulängliche Mitteneindruck auf, so daß hochwertige Stereophonieverfahren sich eines dritten Kanals bedienen. Ein weiterer Nachteil bisheriger Stereophonieverfahren liegt in der unsicheren Darstellung der räumlichen Tiefe.When playing two-channel stereophony, the disadvantage is the inadequate center impression, so that high-quality stereophonic processes operate a third channel. Another disadvantage of previous stereophonic methods lies in the uncertain representation of the spatial depth.

Auch diese Mängel können durch das neue Verfahren beseitigt werden. So kann man beispielsweise ohne Schwierigkeiten eine dritte Steuerfrequenz benutzen, mit der ein dritter Lautsprecher auf der Empfangsseite für den Mitteneindruck gesteuert wird. Auch kann mit einer solchen Steuerspannung die Richtcharakteristik eines oder mehrerer der Wiedergabelautsprecher gesteuert werden. Dies kann beispielsweise so geschehen, daß auf der Aufnahmeseite durch Differentiation der Hüllkurven der -einzelnen Mikrophonkanäle Informationen über die Einschwingzeiten der Schallvorgänge gewonnen werden. Schallquellen, die sich innerhalb des Hallradius des Mikrophons befinden, liefern kürzere Einschwingzeiten als solche, die außerhalb des Hallradius strahlen. Auf diese Weise läßt sich eine elektroakustische Bezugsgröße für die Entfernung der Schallquelle vom Mikrophon gewinnen und mit einer weiteren Steuerspannung zum Wiedergabeort übertragen. Dort werden z. B. Lautsprecherkombinationen. soumgesahaltet, daß verschiedenw Richtcharakteristiken entstehen. Hierbei ruft eine starke Bündelung der Schallenergie den Eindruck der Nähe und eine kugelförmige Abstrahlung den Eindruck der Ferne hervor, so daß auch eine Tiefenstaffelung der räumlichen Wiedergabe erfolgen kann. Zusätzlich kann noch eine Steigerung der Tiefenwirkung durch Frequenzgangbeeinflussung erzielt werden, die ebenfalls gemäß der Erfindung durch eine Steuerspannung, gegebenenfalls durch eine zusätzliche, bewirkt werden kann.These deficiencies can also be eliminated by the new procedure. For example, you can use a third control frequency without difficulty, with which a third loudspeaker on the receiving side is controlled for the middle impression will. With such a control voltage, the directional characteristic of an or several of the playback speakers can be controlled. This can be, for example happen that on the recording side by differentiation of the envelopes of the individual Microphone channels gained information about the settling times of the sound processes will. Sound sources that are within the reverberation radius of the microphone, deliver shorter settling times than those that radiate outside the reverberation radius. In this way, an electroacoustic reference value for the distance the sound source from the microphone and with a further control voltage to the Transfer the playback location. There z. B. Speaker combinations. dressed like that, that different directional characteristics arise. This calls for a strong bundling the sound energy gives the impression of proximity and a spherical radiation gives the impression from a distance, so that the spatial reproduction is also graded in depth can. In addition, the depth effect can be increased by influencing the frequency response can also be achieved according to the invention by a control voltage, if necessary by an additional, can be effected.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann aufnahmeseitig an Stelle der Intensitätsstereophonie auch das Verfahren der Laufzeitstereophonie verwendet werden. Bei der bisher beschriebenen Intensitätsstereophonie sind die stärksten räumlichen Eindrücke bei Schallereignissen zu gewinnen, deren Schallquellen ihre Intensität zeitlich nacheinander ändern. Um auch bei Schallvorgängen, die gleichzeitig nebeneinander ablaufen, eine gesteigerte räumliche Wiedergabe zu erzielen, kann die Laufzeitstereophonie benutzt werden. Zu diesem Zweck werden mehrere, räumlich getrennte Mikrophone für die Aufnahme verwendet, z. B. zwei, die im Abstand von mehreren Metern voneinander aufgestellt sind. Auch hier wird, wie oben beschrieben, mit Hilfe der Hüllkurve der von den einzelnen Mikrophonen abgegebenen Spannungen eine Beeinflussung der Steuerspannungen und damit der Wiedergabelautsprecher auf der Empfangsseite bewirkt.According to a further exemplary embodiment of the invention, on the receiving side instead of the intensity stereophony, also the method of transit time stereophony be used. In the intensity stereophony described so far, the to gain the strongest spatial impressions of sound events, their sound sources change their intensity one after the other. To also with sound processes that occur at the same time run side by side to achieve increased spatial reproduction the run-time stereophony can be used. For this purpose, several, spatially separate microphones used for recording, e.g. B. two spaced apart by several meters apart. Here too, as described above, with the help of the envelope curve of the voltages emitted by the individual microphones an influence on the control voltages and thus on the playback speakers the receiving side causes.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die einkanalig übertragenen Mikrophonspannungen auch nur einem oder wenigen Mikrophonen entnommen werden, während weitere Mikrophone nur dazu dienen, die Hüllkurvenspannung für die Beeinflussung der Wiedergabelautsprecher zu liefern, ohne daß die von ihnen gelieferten Sprachspannungen mitübertragen werden.According to an advantageous development of the invention, the single-channel transmitted microphone voltages also taken from only one or a few microphones while more microphones only serve to set the envelope voltage for influencing the playback speakers without affecting them delivered voice tensions are also transmitted.

Zur Erzielung besonderer räumlicher Effekte kann die Erfindung auch dazu benutzt werden, von der Aufnahmeseite aus die Wiedergabelautsprecher auf der Empfangsseite willkürlich zu beeinflussen. Hierzu ist lediglich erforderlich, die Amplituden der Steucrspannunäen, mit Hilfe von Reglern. so zu verändern, daß die gewünschte Wirkung auf der Empfangsseite hervorgerufen wird. Dieses Verfahren kann z. B. dazu benutzt werden, um die Wirkung von Hör- oder Fernsehspielen in bisher umgekannter Weise zu steigern.To achieve special spatial effects, the invention can also can be used from the recording side to play the playback speakers on the Arbitrarily influencing the receiving side. All that is required is the Amplitudes of the control voltages, with the help of regulators. to change so that the desired effect is produced on the receiving side. This procedure can z. B. be used to the effect of radio or television plays in so far to increase in an unfamiliar way.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for stereophonic electroacoustic Transmission in which at least two microphones and a single transmission channel usual bandwidth for the microphone voltages are used and that of the Microphone voltages derived, transmitted control voltages the power distribution on the loudspeakers connected to the single transmission channel on the receiving side according to the spatial distribution of the sound sources on the surface. control the pick-up location, characterized in that the control voltages are fixed, within the transmission range of the only transmission channel lying frequencies and shared with the Transmit microphone voltages over the transmission channel with such a low level become that they are not perceptible in the reproduced sound image.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the control voltages the volume and / or influence the directional characteristics of the individual playback speakers.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the inclusion of the Sound events according to the known method of intensity stereophony with directional microphones takes place that from the emitted by the individual directional microphones Voltages whose envelope is obtained and that corresponding to the envelopes Voltages the amplitudes of the control voltages are regulated.

4. Procedure according to one of claims 1 to 3, characterized in that alone or in addition in addition to the intensity control of the loudspeakers, an influence on the directional characteristic one or more playback speakers is done in that for the control the directional effect another control signal is transmitted, which is differentiated the microphone span is obtained.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized that the recording of the sound events after the known per se Method of runtime stereophony with the help of several spatially separated microphones takes place that from the voltages emitted by the individual microphones their Envelope is obtained and that the voltages corresponding to the envelopes Amplitudes of the control voltages are regulated.

6. The method according to any one of the claims 1 to 5, characterized in that one or more microphones for obtaining the Telephone frequency voltages to be transmitted and, if applicable, also the control voltages can be used, while other microphones are only used to generate control voltages to serve.

7. The method according to any one of claims 1, 2 and 4, characterized in that the control voltages for the playback speakers are arbitrarily influenced to achieve special spatial effects on the recording side. Publications considered: German Patent Specifications N o. 650 116, 701326, 928351.