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Verfahren zur stereophonischen Tonübertragung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur stereophonischen Tonübertragung, bei dem die Töne darstellenden
Tonfrequenzspannungen über einen gemeinsamen Übertragungskanal übertragen werden,
während in einem Steuerkanal ein vom Verhältnis der Amplituden der Tonfrequenzspannungen
in zwei Aufnahmekanälen abhängiges Steuersignal übertragen wird, das zur empfangsseitigen
Steuerung der Amplituden der Tonfrequenzspannungen in zwei den Aufnahmekanälen entsprechenden,
vom gemeinsamen Übertragungskanal gespeisten Wiedergabekanälen geeignet ist.
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Bei derartigen bekannten Verfahren kann die Aufzeichnung der Tonfrequenzspannungen
und des Steuersignals auf einer Schallplatte oder einem Magnetband nebeneinander
in getrennten Spuren oder gemeinsam in einer Spur, aber in verschiedenen Frequenzbändern,
erfolgen. Weiterhin können die Signale auch auf einer Schallplatte in einer einzigen
Spur mit Tiefenschrift und Seitenschrift in sich überschneidenden Frequenzbändern
aufgezeichnet sein. Es ist schließlich auch möglich, diese Signale mittels einer
entsprechend modulierten Trägerwelle durch Funk zu übertragen.
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Im allgemeinen werden bei derartigen Systemen die Tonfrequenzspannungen
VA im gemeinsamen Übertragungskanal durch Kombination der verstärkten Ausgangssignale
VR und VL zweier Richtmikrophone erzeugt, beispielsweise indem die Tonfrequenzspannungen
in den beiden den Richtmikrophonen zugeordneten Aufnahmekanälen nach dem Summen-Differenz-Verfahren
aufgeteilt und unter gegenseitiger Phasenverschiebung vereinigt werden. Das Tonfrequenzsignal
VA kann jedoch auch auf andere Weise gebildet werden, z. B. unmittelbar als
Summe der Signale VL und VR oder durch ein besonderes Mikrophon oder mehrere besondere
Mikrophone. Das Steuersignal kann bei derartigen Systemen in der Form
von gleichgerichteten Signalen VZ und VR abgeleitet werden, die eine Funktion
der Hüllkurven der Ausgangssignale VL bzw. VR sind.
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Wenn, wie es in der Praxis in großem Umfang der Fall ist, auf der
Aufnahmeseite mehrere Tonquellen gleichzeitig in Betrieb sind, kann bei einem derartigen
System auf der Wiedergabeseite mitunter eine Unterdrückung der schwächeren Töne
durch die stärkeren Töne und eine Verminderung der Breite der abgestrahlten Schallfront
auftreten, so daß die stereophonische Wirkung verschlechtert wird.
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Mit der Erfindung soll dieser Mangel beseitigt werden, und zwar dadurch,
daß schnelle Änderungen der Amplituden der Tonfrequenzspannungen in den Aufnahmekanälen
gegenüber deren langsamen Änderungen hervorgehoben werden, derart, daß Amplitudensprünge
der Signale in den Aufnahmekanälen eine Anhebung der entsprechenden Teilkomponenten
des Steuersignals bewirken.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für die wiedergabeseitige
Ortung einer Tonquelle hauptsächlich schnelle Änderungen der Lautstärke der von
der Tonquelle abgestrahlten Töne, wie sie z. B. zu Beginn eines Tones oder bei Lautstärkesprüngen
auftreten, von Bedeutung sind, während eine sich daran anschließende, etwa gleichbleibende
Lautstärke von nur geringem Einfluß auf die Ortung der Tonquelle ist. Derartige
schnelle Amplitudenänderungen sollen nachfolgend zur Vereinfachung als »Sprünge«
bezeichnet werden. Sie führen zu schnellen Änderungen der Amplitude der aus den
Tonfrequenzspannungen durch Gleichrichtung abgeleiteten Hüllkurvensignale, und deshalb
besteht eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung darin, daß schnelle Änderungen
der Amplituden von aus den Tonfrequenzspannungen der Aufnahmekanäle durch Gleichrichtung
abgeleiteten und zur Bildung des Steuersignals bestimmten Hüllkurvensignalen gegenüberderen
langsamenÄnderungen hervorgehoben werden.
Es wurde weiterhin gefunden,
daß die wiedergabeseitige Ortung einer Tonquelle von Sprüngen in höheren Frequenzlagen
besonders stark beeinflußt wird, möglicherweise deshalb, weil - Sprünge - in höheren
Frequenzlagen im allgemeinen steilere Flanken besitzen als Sprünge in niedrigeren
Frequenzlagen: Je schneller ein Sprung erfolgt, desto klarer und genauer kann auch
die Ortung des betreffenden Tones erfolgen. Diese Erkenntnis wird zu einer zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung dadurch ausgenutzt, daß vor der Ableitung der Hüllkurvensignale
die Amplituden der jeweils aus den Aufnahmekanälen abgezweigten Tonfrequenzspannungen
nach höheren Frequenzen hin angehoben werden, und zwar vorzugsweise etwa proportional
der Frequenz. Diese Maßnahme kann dabei für sich oder in Verbindung mit der Hervorhebung
der höherfrequenten Komponenten der Hüllkurvensignale verwendet werden.
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Schließlich wurde festgestellt, daß die Anstiegsflanken der Sprünge
für die wiedergabeseitige Ortung einer Tonquelle wichtiger sind als die Abfallflanken
der Sprünge. Im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens ist deshalb die Hervorhebung
schneller Änderungen der Hüllkurvenamplitude gegenüber deren langsamen Änderungen
im wesentlichen nur für die Anstiegsflanke der Hüllkurvensignale wirksam.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in Blockform ein Beispiel einer stereophonischen Tonübertragungsschaltung
gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine ins einzelne gehende Darstellung eines Teiles
der Schaltung nach Fig. 1.
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Es sind zwei Richtmikrophone 1 und 2 vorhanden, die in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht sein können. Sie stehen mit dem Maximum ihrer Richtcharakteristik
in der Horizontalebene im rechten Winkel zueinander, wobei das Maximum jedes Mikrophons
angenähert um 45° gegen die Ebene, aus der Töne von einer oder mehreren Tonquellen
aufgenommen werden sollen, gedreht ist.
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Die von den Mikrophonen 1 und 2 abgeleiteten Tonfrequenzspannungen
werden als »rechtes Signal« VR bzw. »linkes Signal« VL bezeichnet. Sie werden in
Vorverstärkern 3 bzw. 4 verstärkt und über Klang-und Tonvolumenregelschaltungen
5 bzw. 6 Verstärkern 7 bzw. 8 mit einstellbarer Verstärkung zugeführt. Die Ausgangsspannungen
der Verstärker 7 und 8 werden in einem Verstärker 9 addiert und in einem Verstärker
10 subtrahiert, wobei sich die Summe (VL -i- VR) und die Differenz (VL
- VR) der Signale ergibt. Die Summen- und Differenzsignale laufen jeweils
über einen Phasenschieber 11 bzw. 12, die eine relative Phasenverschiebung
von 90° zwischen entsprechenden Komponenten der betreffenden Signale über die ganze
Bandbreite der Signale herbeiführen, zu einem Verstärker 13, der ein zusammengesetztes
Ausgangssignal VA liefert.
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Das Signal VA liegt im Tonfrequenzbereich und stellt die von
den Mikrophonen 1 und 2 aufgenommenen Töne dar. Es ist nicht nur zur stereophonischen
Wiedergabe in Verbindung mit dem oben beschriebenen Steuersignal geeignet, sondern
auch für eine einfache Tonwiedergabe in üblichen Tonwiedergabegeräten. Wie bereits
erwähnt, kann ein derartiges, die zu übertragenden Töne darstellendes Signal aber
auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B. unmittelbar als die Summe der Signale
VL und VR oder durch ein besonderes Mikrophon oder mehrere solche Mikrophone.
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Die Signale VL und Vx von den Klang- und Tonvolumenregelschaltungen
5 und 6 werden außerdem den Kreisen 14 und 15 zugeführt, deren Übertragungsmaß
im wesentlichen linear mit der Frequenz wächst. Diese Kreise 14 und 15 können
z. B. Verstärker sein, deren Verstärkungsmaß annähernd proportional der Frequenz
ansteigt. Diese Kreise verstärken infolgedessen von den in den Mikrophonen 1 bzw.
2 aufgenommenen Tönen die hohen Töne bevorzugt gegenüber den tiefen Tönen, was unter
anderem zur Folge hat, daß die Amplituden der Sprünge von hohen Tönen gegenüber
denen von tiefen Tönen zunehmen. Die beiden mit VL und VR bezeichneten Ausgangssignale
dieser Verstärker laufen zu weiteren, als Phasenteiler wirkenden Verstärkern 16
bzw. 17, die Gegentaktausgangssignale erzeugen, die dann im Gegentakt zu Gleichrichtern
18 und 19 geleitet werden. Die von den Gleichrichtern 18 und
19 gelieferten Signale stellen die Hüllkurven von Vi und VR dar. Die
beiden Gleichrichter können Vollweggleichrichter sein, die die Amplitude der gleichzurichtenden
Schwingung zweimal pro Periode abtasten, sie können aber auch Mehrphasengleichrichter
sein, die die Amplitude der Schwingung mehr als zweimal pro Periode abtasten.
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Die Gleichrichter 18 und 19 können darüber hinaus so mit einem an
sich anderweitig vorgeschlagenen Spreizkreis verbunden sein, daß die Unterschiede
zwischen den beiden Hüllkurvensignalen vergrößert werden. Hierbei ergibt sich eine
Vergrößerung der auf der Wiedergabeseite wahrgenommenen Ortungsbreite.
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Die Ausgangssignale der Gleichrichter 18 und 19
werden
über die Kathodenverstärker 20 und 21 den Filtern 22 bzw. 23 zugeführt,
die die Sprünge der in den Mikrophonen 1 und 2 aufgenommenen Töne
hervorheben sollen. Die Hüllkurvensignale, mit VL bzw. VR bezeichnet, werden nach
Betonung der Sprünge über weitere Kathodenverstärker 24 und 25
einer
Endstufe 26 zugeführt, die aus den Signalen Vi und VR ein Steuersignal der Form
liefert. Die Schaltung dieser Endstufe für sich ist nicht Gegenstand dieser Erfindung
und deswegen hier nicht näher beschrieben.
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Die Fig.2 zeigt eine bevorzugte Schaltung für eines der Filter zum
Hervorheben der Sprünge, z. B. das Filter 22 der Fig. 1. Bei der Darstellung
der Fig. 2 bilden die Röhre 27 (die nur unvollständig dargestellt ist) und der Widerstand
28 den Kathodenverstärker 20,
der dazu dient, dem Filter das Hüllkurvensignal
von VL zuzuführen. Die Hüllkurve von V' soll beispielsweise eine Grenzfrequenz von
100 Hz haben und stellt in bezug auf die Verstärker 14 und 15
ungefähr
die Hüllkurve der Ableitung von VL dar. Das Filter 22 besitzt zwei parallel geschaltete,
die höheren Frequenzen bevorzugt übertragende Kreise, von denen einer aus der Kapazität
29, dem Widerstand 30 und der Diode 31 und der andere aus der Kapazität 32, dem
Widerstand 33 und der Diode 34 besteht. Die Ausgänge dieser Kreise sind über Widerstände
35 und 36 miteinander verbunden; zugleich wird diesen Ausgängen auch über einen
Widerstand 37 ein vorbestimmter Teil des ursprünglichen Hüllkurvensignals
zugeführt,
der an der Kathode der Röhre 27 abgenommen wird. Die Resultierende dieser drei über
die Widerstände 35, 36 und 37 kombinierten Signale bildet das Ausgangssignal des
Filters 22 und stellt das Signal VZ dar, welches über den Kathodenverstärker
24 der Endstufe 26 zugeführt wird.
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Die Kapazität 29 und der Widerstand 30 arbeiten als Differentiationskreis
und erzeugen aus den Anstiegsflanken der an der Kathode der Röhre 27 erscheinenden
Hüllkurvensignale positive Impulse. Die Diode 31 unterdrückt die negativen Impulse,
die andererseits durch die Abfallflanken erzeugt würden. Die Schaltelemente 29 und
30 sind so bemessen, daß Impulse mit einer Zeitkonstante von beispielsweise 10 ms
erzeugt werden. Die Schaltelemente 32,33 und 34 erzeugen analog Impulse in
Abhängigkeit von den Anstiegsflanken der Hüllkurvensignale. Diese Schaltelemente
sind so bemessen, daß längere Impulse, z. B. mit einer Zeitkonstante von etwa 100
ms, erzeugt werden. Die Wahl der Widerstandswerte von 35, 36 und 37 gestattet es,
die drei zu dem Signal VZ zusammengesetzten Signale in einem vorbestimmten Verhältnis
zu kombinieren. Dieses Verhältnis wird durch Versuch so bestimmt, daß die bestmögliche
stereophonische Wirkung erhalten wird.
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Beispielsweise hat der Widerstand 35 den geringsten Wert, der Widerstand
36 einen höheren Wert und der Widerstand 37 den höchsten Wert. Durch einen positiven
Rechteckimpuls in der Hüllkurve von V,, wird zu Beginn im Signal VZ eine starke
Überschwingung bewirkt; das Signal Vz fällt dann rasch ab, bis die Ausgangsspannung
am Kondensator 32 und am Widerstand 33 wirksam wird und den weiteren Abfall des
Signals vermindert. Das Signal VZ fällt jedoch verlangsamt weiter ab, bis die über
den Widerstand 37 erzeugte Gleichstromkomponente erreicht ist. Es hat sich herausgestellt,
daß allgemein dann gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Sprünge der Töne etwa
zehnfach gegenüber der Gleichstromkomponente hervorgehoben werden.
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Das Filter 23 besitzt selbstverständlich dieselbe Schaltung wie das
Filter 22.
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Durch das Hervorheben der höherfrequenten Töne und Sprünge in den
Tönen, die mit den Mikrophonen 1 und 2 aufgenommen wurden, soll die Steuerspannung,
die in der Endstufe 26 erzeugt wird, sich schneller ändern, so daß ein Zuhörer in
vielen Fällen eine wesentliche Verbesserung des stereophonischen Effektes bemerkt.
In einigen Fällen jedoch brauchen nur die höherfrequenten Töne oder nur die Sprünge
hervorgehoben zu werden, da erkannt wurde, daß die wesentliche Wirkung auch dann
noch auftritt, wenn nur eine der beiden Betonungsarten verwendet wird, und zwar
vorzugsweise das Hervorheben der Sprünge.
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Es wurde indessen in einigen Fällen gefunden, daß die sehr raschen
Änderungen der Steuerspannung an den Lautsprechern eines Wiedergabeapparates mitunter
eine Störung verursachen können. Diese Störung kann durch Dehnung der in dem Filter
für das Hervorheben der Sprünge erzeugten Impulse unterdrückt werden, wobei die
Lage der Anstiegsfianke dieses Impulses im wesentlichen erhalten bleibt. Dies ist
mit Hilfe eines Impulsdehnungsfilters möglich. Ein solches Impulsdehnungsfilter
soll hauptsächlich das Signal VZ (oder VR) davor bewahren, zwischen
zwei Sprüngen auf Null zurückzugehen, wodurch rasche Änderungen der scheinbaren
Stellung auftreten, die in der Hauptsache als Störung gehört werden. Es wurde beispielsweise
gefunden, daß sich die durch Sprunghervorhebung auftretenden Impulse bis zu einer
Dauer von höchstens 8 bis 20 ms ausdehnen dürfen, ohne eine wesentliche Beeinträchtigung
der stereophonischen Wiedergabe zu verursachen.
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Ohne das Hervorheben der Sprünge nimmt das Steuersignal leicht eine
beträchtliche Zeit lang einen verhältnismäßig konstanten Wert an, der dem allgemeinen
Lautstärkenniveau entspricht. Daraus folgt, daß das Steuersignal ohne Anwendung
der Erfindung leicht eine verhältnismäßig konstante Tonortung auf der Wiedergabeseite
liefert, die dem ungefähren Zentrum aller Töne entspricht. Unter der Annahme, daß
die Tonquellen in einem Orchester zusammengefaßt sind, erscheint infolgedessen die
Schallfront beträchtlich zusammengeschrumpft, und es tritt eine starke Unterdrückung
der schwachen Töne durch die stärkeren Töne ein. Die Erfindung vermindert diese
Erscheinung wesentlich, sie erhöht dabei die Breite der Schallfront und reduziert
die Unterdrückung der schwachen Töne.
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Die beschriebene Schaltung kann in verschiedener Hinsicht abgeändert
werden. Zum Beispiel können in den Filtern 22 und 23 die Schaltelemente zum Hervorheben
der sehr raschen Spannungsänderungen fortgelassen werden, wobei immer noch einer
Verbreiterung der wiedergabeseitig wahrgenommenen Schallfront erreicht wird.
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In einer anderen Anordnung wird ein Teil des ursprünglichen Hüllkurvensignals
wie in Fig.2 beibehalten, um den geringeren Schwankungen des betreffenden Hüllkurvensignals
Rechnung zu tragen, und es wird zusätzlich eine weitere Spannung abgeleitet und
zu diesem Teil des Hüllkurvensignals hinzugefügt. Diese weitere Spannung wird gewonnen,
indem das Hüllkurvensignal durch ein Hochpaßfilter geleitet wird, um die höherfrequenten
Komponenten des Hüllkurvensignals hervorzuheben. Die Ausgangsspannung dieses Hochpaßfilters
wird dann in einem Vollweggleichrichter oder vorzugsweise in einem Mehrphasengleichrichter
gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung dieses Gleichrichters wird erforderlichenfalls
geglättet, um das Brummen, das bei dem Gleichrichten auftreten kann, bis zu einem
gewissen Grade zu unterdrücken. Das Glätten kann mit Hilfe eines Impulsdehnungskreises
durchgeführt werden. Die weitere Spannung, die auf diese Weise erhalten wird, unterscheidet
sich von der aus den in Fig. 2 gezeigten, die hohen Frequenzen verstärkt betonenden
Kreisen gewonnenen Spannung darin, daß Sprünge in der Hüllkurve von VL (oder
VR je nach dem vorliegenden Fall) ungeachtet ihrer Richtung hervorgehoben
werden, so daß eine Betonung sowohl für die Anstiegsflanken als auch für die Abfallflanken
der Sprünge in den Tönen auftritt.