DE1148268B

DE1148268B - Method for increasing the noise-voltage ratio in polymicrophone multi-channel transmission systems

Info

Publication number: DE1148268B
Application number: DEJ20281A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul Scherer
Original assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Current assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date: 1961-07-24
Filing date: 1961-07-24
Publication date: 1963-05-09

Description

Verfahren zur Erhöhung des Geräuschspannungsabstandes in polymikrophonen Mehrkanalübertragungssystemen Die magnetische Schallaufnahmetechnik bedient sich insbesondere bei Musikaufnahmen häufig mehrerer Mikrophonkanäle, die verschiedenen Instrumentengruppen zugeordnet werden und die daher im wesentlichen nicht kohärente Signale erhalten. Es ist bekannt, diese Modulationen in üblicher Technik auf getrennten Spuren des gleichen Tonträgers zu speichern. Der Vorteil dieser Mehrkanalspeichertechnik liegt darin, daß noch nach der Aufnahme die einzelnen Spuren nach künstlerischen Gesichtspunkten gemischt werden können.Method for increasing the signal-to-noise ratio in polymicrophones Multi-channel transmission systems Magnetic sound recording technology is used especially with music recordings often several microphone channels, the different Instrument groups are assigned and are therefore essentially incoherent Receive signals. It is known to separate these modulations in conventional technology To save tracks of the same sound carrier. The advantage of this multi-channel storage technology lies in the fact that, even after the recording, the individual traces look artistic Points of view can be mixed.

In technischer Hinsicht hat das Mehrkanalverfahren in dieser Form jedoch einige Mängel. Ein Nachteil ist, daß das Magnettongerät, welches ohnehin meistens das Glied der Übertragungskette mit dem weitaus geringsten Geräuschspannungsabstand (Abstand zwischen maximalem Nutzspiegel und Geräuschpegel) ist, den Geräuschspannungsabstand des endgültigen Umschnittes mit steigender Zahl der Kanäle verringert.In technical terms, the multichannel method has this form however, some shortcomings. A disadvantage is that the magnetic recorder, which anyway usually the link in the transmission chain with the lowest signal-to-noise ratio by far (Distance between maximum useful mirror and noise level) is the signal-to-noise ratio of the final recut as the number of channels increases.

Im folgenden werden zum leichteren Verständnis die Betrachtungen zunächst für die Übertragung zweier nicht kohärenter Signale in zwei Kanälen angestellt; es lassen sich die Überlegungen jedoch unschwer auf Systeme mit mehr Kanälen übertragen. Es ist zweckmäßig, verschiedene Aussteuerungsfälle streng zu unterscheiden, und zwar die gleich starke sowie die ungleich starke Ausmodulation der Spuren. Daneben sind noch bei beiden Fällen jeweils die Pegelverhältnisse bei der Mischung der beiden Kanäle, die später aus künstlerischen Gesichtspunkten erfolgt, zu beachten, ob z. B. die Pegel der beiden Spuren dabei verschoben werden, so daß die Grundgeräusche der beiden Spuren in verschiedenem Maß zum Gesamtrauschen beitragen.In the following, the considerations are first made for easier understanding employed for the transmission of two non-coherent signals in two channels; however, the considerations can easily be transferred to systems with more channels. It is advisable to make a strict distinction between different modulation cases, and the equally strong as well as the unevenly strong modulation of the tracks. Besides are still the level ratios when mixing the two in both cases Channels, which are made later from an artistic point of view, to consider whether z. B. the level of the two tracks are shifted so that the basic noise of the two tracks contribute to the overall noise to different degrees.

Bei dem erwähnten herkömmlichen Verfahren der Mehrspurtechnik bleibt der Geräuschspannungsabstand nach der Mischung bei beliebigen Mischungspegeln nur dann erhalten, wenn vorher alle Einzelspuren gleich stark ausmoduliert worden sind (Fall gleich starker Modulation). In allen Fällen ungleich starker Modulation der Spuren und gleicher Mischungspegel trägt bei der Summation im wesentlichen nur der voll ausgesteuerte Teil der Spuren zum Nutzpegel bei. Am Rauschen jedoch beteiligen sich alle Kanäle gleich stark, so daß sich also bei zwei Kanälen des Rauschpegel um j/2- erhöht und sich damit der Geräuschspannungsabstand um r2 verschlechtert. Mischt man die ungleich stark ausgesteuerten Spuren so, daß die untersteuerte Spur angehoben wird, verschlechtert sich der Geräuschspannungsabstand um mehr als j(2 . Die herkömmliche Technik bereitet bezüglich der Aussteuerung der Spuren wegen der weitgehenden Inkohärenz der Modulation Schwierigkeiten. Die erstrebenswerte gleich starke Modulation der Spuren läßt sich meistens nicht erreichen. Die gleichzeitige Überwachung von z. B. vier Spuren ist einem Toningenieur praktisch unmöglich. Die gelegentlich versuchte Abhilfe, zur übersteuerungskontrolle die Summe der Modulationen der Einzelkanäle mit einem Aussteuerungsinstrument zu überwachen, ist sinnlos, da ein Kanal schon längst übersteuert sein kann, ohne daß das Summeninstrument dieses anzeigt. Darüber hinaus weiß man bei angezeigter Übersteuerung nicht, welcher Kanal verzerrt ist.The aforementioned conventional method of multi-track technology remains the signal-to-noise ratio after mixing at any mixing level only then obtained if all individual tracks have previously been modulated to the same extent (Case of equally strong modulation). In all cases, the modulation of the In the case of the summation, only the essentially carries traces and the same mixing level fully controlled part of the tracks to the useful level. Participate in the noise, however all channels are equally strong, so that with two channels the noise level increased by j / 2- and thus the signal-to-noise ratio worsened by r2. If you mix the unevenly strongly controlled tracks so that the understeered track is increased, the signal-to-noise ratio deteriorates by more than j (2nd . The conventional technology prepares for the level of the tracks the extensive incoherence of modulation difficulties. The desirable one The same level of modulation of the tracks cannot usually be achieved. The simultaneous Monitoring of z. B. four tracks is practically impossible for a sound engineer. the occasionally tried a remedy to control the overdrive the sum of the modulations Monitoring the individual channels with a control instrument is pointless, there a channel can be overdriven long ago without the sum instrument indicates. In addition, if the overload is displayed, you do not know which channel is distorted.

Aus diesem Grunde werden in der Praxis der heutigen Mehrkanaltecknik die Einzelkanäle zwangläufig ungleich stark ausmoduliert, obwohl man dabei die erwähnte Verschlechterung des Geräuschspannungsabstandes in Kauf nehmen muß.For this reason, in today's practice of multi-channel technology the individual channels are inevitably modulated to an unequal degree, although this was mentioned Deterioration of the signal-to-noise ratio must be accepted.

Es ist bekannt, die kohärenten Stereosignale A und B vor ihrer hochfrequenten Übertragung in Summen- und Differenzsignale A+B und A-B umzuformen, um z. B. eine günstigere Leistungsbilanz des hochfrequenten Hilfskanals zu erzielen.It is known that the coherent stereo signals A and B before their high frequency To convert transmission into sum and difference signals A + B and A-B in order to e.g. Legs to achieve a more favorable power balance of the high-frequency auxiliary channel.

Außerdem ist es bekannt, durch Fortführung der Summen- und Differenzkanäle bis kurz vor das Ende der Übertragungskette des Stereosystems die Glieder eines Kanals in der Übertragung der tiefen Frequenzlagen zu überschneiden, was zu einer Senkung der Anlagekosten führt.It is also known by continuing the sum and difference channels until shortly before the end of the transmission chain of the stereo system the links of a Channel in the transmission of the low frequency ranges overlap, resulting in a Lowering the investment costs leads.

Schließlich ist es nach Lauridsen bekannt, zur Erreichung der Kompatibilität bei der Übertragung stereophoner Darbietungen Mitten- und Seitensignale (M, S) zu verwenden, die aus den üblicherweise vorliegenden A- und B-Signalen in einem linearen Mischungsprozeß gewonnen werden. Die Entmischung dieser Mitten- und Seitensignale zu den ursprünglichen A- und B-Signalen wird in einem gleichen linearen Prozeß vorgenommen. Sowohl die Mischung als auch die Entmischung können in bekannter Weise mittels Widerstandsbrücken ausgeführt werden.After all, according to Lauridsen, it is known to achieve compatibility center and side signals when transmitting stereophonic performances (M, S) to use the commonly available A and B signals in one linear mixing process can be obtained. The separation of these middle and side signals to the original A and B signals is made in a same linear process. Both the mixing and the segregation can be carried out in a known manner by means of resistance bridges are executed.

Bei Verfahren zur Erhöhung des Geräuschspannungsabstandes in polymikrophonen Mehrkanal-Übertragungssystemen, -für vorzugsweise inkohärente Signale sowie mit einem Übertragungsglied mit ungünstigem Geräuchspannungsabstand werden erfmdungsgemäß die ursprünglich vorhandenen n verschiedenen Signale der Primärkanäle vor dem Glied mit dem ungünstigen Geräuschspannungsabstand in einem linearen Prozeß so zusammengemischt, daß sich n Sekundärsignale ergeben, in denen jeweils aus allen Primärkanälen Anteile vorhanden sind, wobei die jeweils aus demselben Primärkanal stammenden Anteile in allen Sekundärkanälen zwar gleiche Amplituden, jedoch teilweise um 180° verschobene Phasen haben, und daß nach-Passieren des Gliedes mit dem ungünstigen Geräuschspannungsabstand durch eine gleichartige Mischung der n Sekundärsignale eine Auftrennung in die ursprünglichen n Primärsignale erfolgt.For procedures to increase the signal-to-noise ratio in polymicrophones Multi-channel transmission systems, for preferably incoherent signals as well as with a transmission element with an unfavorable noise voltage distance are according to the invention the originally existing n different signals of the primary channels in front of the link mixed together with the unfavorable signal-to-noise ratio in a linear process, that n secondary signals result, in each of which components from all primary channels are present, with the proportions coming from the same primary channel in all secondary channels have the same amplitudes, but partly shifted by 180 ° Have phases, and that after-passing the link with the unfavorable signal-to-noise ratio by mixing the n secondary signals in the same way, they are separated into the original ones n primary signals.

Bei dem neuen Verfahren werden aus den ursprünglichen n inkohärenten Primärsignalen PI bis P, mittels einer der obenerwähnten Mischschaltung ähnlichen Brückenschaltung n gleich starke Sekundärsignale gebildet. Diese Sekundärsignale setzen sich aus Anteilen aller Primärsignale zusammen. Die Anteile eines Primärsignals sind in allen Sekundärsignalen betragsmäßig gleich, sie unterscheiden sich nur durch die verschiedenartige Kombination ihrer Vorzeichen. Durch geeignete Addition bzw. Subtraktion liefern diese Sekundärsignale die ursprünglichen Primärsignale zurück.With the new method, the original n become incoherent Primary signals PI to P, by means of a mixer circuit similar to that mentioned above Bridge circuit formed n equally strong secondary signals. These secondary signals are made up of proportions of all primary signals. The proportions of a primary signal are the same in terms of amount in all secondary signals, they only differ in terms of amount the various combinations of their signs. By suitable addition or Subtraction, these secondary signals return the original primary signals.

Bild 1 zeigt beispielsweise eine Brückenschaltung, die aus zwei Primärkanälen P1 und P2 die Sekundärkanäle S1 und S2 nach folgender Gleichung mischt: P1 + P2 - S1 Pi-P2-S2 Durch abermalige Mischung mittels der gleichen Anordnung gewinnt man aus den Sekundärsignalen S1 und S2 die Primärsignale zurück: S1 + S2 = 2P1 S1 - S2 = 2P2 Die Sekundärsignale entstehen aus den Anteilen der Primärsignale in geometrischer Addition. Wie die Erfahrung lehrt, zeigen die allgemein verwendeten Aussteuerungsmesser, die den Quasispitzenwert mit 10 ms Integrationszeit messen, bei Addition von z. B. zwei gleich starken inkohärenten Anteilen natürlicher Modulation, wie z. B: bei Sprache oder Musik, eine Pegelerhöhung von 3 db. Dieses erklärt sich daraus, daß praktisch mindestens bei einem der Signale eine Integration über mehrere Schwingungen erfolgt. Alle Sekundärsignale ergeben daher auf einem solchen Aussteuerungsmesser ohne Rücksicht auf die Modulationsverhältnisse in - den Primärkanälen untereinander auch stets gleiche Anzeigewerte. Im Falle gleich starker Ausmodulation der beiden Primärkanäle müssen, wie oben dargelegt, ihre Anteile jeweils 3 db unter der Vollaussteuerung einer Einzelspur gehalten werden. Bei der Rückmischung addieren sich die Primäranteile wegen ihrer Kohärenz arithmetisch, d. h. um 6 db, so daß der Pegel des wiedergewonnenen Primärsignals bei -f-3 db, bezogen auf die Aussteuerungsgrenze des Sekundärkanals, liegt. Da das Rauschen der Spuren wegen seiner völligen Inkohärenz sich bei der Entmischung um 3 db erhöht, haben also die wiedergewonnenen Primärsignale den gleichen Geräuschspannungsabstand wie die Einzelspuren. Wenn man die wiedergewonnenen Primärsignale zur Herstellung der endgültigen Aufnahme zusammenmischt, bleibt im Falle gleich starker Modulation der Primärkanäle, ähnlich wie es beim klassischen Verfahren der Fall ist, der Geräuschspannungsabstand der Einzelspur bei der endgültigen Aufnahme bei allen Mischungspegeln erhalten.Figure 1 shows, for example, a bridge circuit that mixes the secondary channels S1 and S2 from two primary channels P1 and P2 according to the following equation: P1 + P2 - S1 Pi-P2-S2 By repeated mixing using the same arrangement, the secondary signals S1 and S2 are obtained Primary signals back: S1 + S2 = 2P1 S1 - S2 = 2P2 The secondary signals arise from the proportions of the primary signals in geometric addition. As experience shows, the generally used level meters, which measure the quasi-peak value with an integration time of 10 ms, add z. B. two equally strong incoherent components of natural modulation, such as. B: for speech or music, a level increase of 3 db. This is explained by the fact that in practice at least one of the signals is integrated over several oscillations. All secondary signals therefore always result in the same display values on such a level meter regardless of the modulation ratios in the primary channels. In the case of equally strong modulation of the two primary channels, as explained above, their components must each be kept 3 db below the full modulation of an individual track. During backmixing, the primary components add arithmetically due to their coherence, ie by 6 db, so that the level of the recovered primary signal is -f-3 db, based on the output limit of the secondary channel. Since the noise of the tracks, due to its complete incoherence, increases by 3 db when unmixing, the recovered primary signals have the same signal-to-noise ratio as the individual tracks. If the recovered primary signals are mixed together to produce the final recording, if the modulation of the primary channels is equally strong, as is the case with the classic method, the signal-to-noise ratio of the individual track is retained for the final recording at all mixing levels.

Im Falle ungleich starker Modulation der Primärkanäle, wenn also die Modulation eines Primärkanals erheblich überwiegt, können die beiden Sekundärkanäle fast vollständig mit den Anteilen dieses Kanals belegt werden. Auf diese Weise erzielt man eine Verbesserung des resultierenden Geräuschspannungsabstandes der wiedergewonnenen Primärsignale um 3 db gegenüber dem Geräuschspannungsabstand einer Spur, wenn - wie das der künstlerischen Gestaltung entgegenkommt - die Modulation der Primärkanäle schon bei der Aufnahme in annähernd richtigem Pegelverhältnis gespeichert wird. In diesem Fall wird nämlich die Gesamtkapazität aller Spuren praktisch für die wichtigste, d. h. lautstärkste Modulation ausgenutzt.In the case of unequal modulation of the primary channels, i.e. if the Modulation of one primary channel predominates significantly, the two secondary channels can can be almost completely occupied with the proportions of this channel. Achieved this way an improvement in the resulting signal-to-noise ratio of the recovered Primary signals by 3 db compared to the signal-to-noise ratio of a track, if - how that suits the artistic design - the modulation of the primary channels is stored in approximately the correct level ratio when recording. In this case, the total capacity of all tracks is practically for the most important, d. H. Loudest modulation used.

Das Mehrkanalmischverfahren bietet gegenüber dem klassischen Verfahren im wesentlichen drei Vorteile: Erstens erhöht sich in dem in der Praxis allein interessanten Fall ungleich starker Modulation der Mikrophonkanäle der Gesamtgeräuschspannungsabstand, bezogen auf den Geräuschspannungsabstand einer Spur, im Grenzfall mit Vn , wenn n die Anzahl der Kanäle bedeutet, wohingegen beim klassischen Verfahren sich der Geräuschspannungsabstand mit @ verringert. Zweitens genügt im Gegensatz zum klassischen Verfahren zur Pegelkontrolle sämtlicher Sekundärkanäle ein Aussteuerungsmesser, da die Sekundärkanäle ohne Rücksicht auf die Pegelverhältnisse der Primärkanäle immer gleiche Pegel haben. Schließlich verringern sich bei zeitlich schwankender Modulation der Primärkanäle mit wachsender Kanalzahl die Pegelschwankungen der Sekundärkanäle, da ein statistischer Ausgleich erfolgt. Dadurch wird die Pegelkontrolle einfacher und die Kapazität der Spuren besser ausgenutzt.The multi-channel mixing process offers a lot over the classic process essentially three advantages: First, it increases in that which is only interesting in practice In the case of unequal modulation of the microphone channels, the total signal-to-noise ratio, based on the signal-to-noise ratio of a track, in the borderline case with Vn, if n means the number of channels, whereas with the classical method the Signal-to-noise ratio reduced with @. Second, in contrast to the classic, is sufficient Procedure for level control of all secondary channels a level meter, because the secondary channels regardless of the level ratios of the primary channels always have the same level. Finally, decrease with time fluctuating Modulation of the primary channels as the number of channels increases, the level fluctuations of the secondary channels, because a statistical compensation takes place. This makes level control easier and the capacity of the tracks is better used.

Wesentliche Voraussetzungen für eine gute Übersprechdämpfung zwischen den Primärkanälen nach der Rückmischung sind gleicher Amplituden- und Phasengang der Sekundärkanäle. Diese lassen sich im Niederfrequenzgebiet immer erreichen. Wie Versuche an normalen Studio-Vierspurmaschinen zeigen, erreicht man eine übersprechdämpfung von etwa 35 db, die sich erst im Bereich von 10 bis 15 kHz auf etwa 20 db verschlechtert. Diese übersprechdämpfung ist völlig ausreichend, da ja ohnehin das akustische Übersprechen im allgemeinen viel größer ist.Essential prerequisites for good crosstalk attenuation between the primary channels after backmixing have the same amplitude and phase response of the secondary channels. These can always be achieved in the low-frequency area. As Tests on normal studio four-track machines show that crosstalk attenuation is achieved of about 35 db, which only deteriorates to about 20 db in the range from 10 to 15 kHz. This crosstalk attenuation is completely sufficient, since the acoustic crosstalk is anyway is generally much larger.

Abschließend sei in Bild 2 das Blockschaltbild einer Vierspuranlage mit Mischeinrichtung gezeigt. Die Primärsignale P1, P2, P, und P4 gelangen zunächst auf die Eingänge 1, 2, 3 und 4 des Sendemischverstärkers SM, der die Sekundärsignale S1, S2, S3 und S4 nach folgendem Schema bildet: (P1 + P2) + (P:3 + P4) = S1 (Pl + P2) - (P3 + P4) = S2 (P1 - P2) + (Po: - P4) = Ss (P1 - P2) - (P- - P4) = S4 Jedes der Sekundärsignale wird auf einer Spur der Vierspurmaschine M gespeichert. Bei der Wiedergabe gelangen die Sekundärsignale ohne Pegeländerungen auf die Eingänge 1, 2, 3 und 4 des Empfangsmischverstärkers EM, der an seinen Ausgängen 1', 2', 3' und 4' die Primärsignale 4P1, 4P2, 4P3 und 4P4 liefert. Die Entmischung erfolgt nach folgender Gleichung: (S, @- S2) + (S3 + S4) = 4 P1 (S1 -i- S2) - (S3 + S4) = 4 P2 (S1 - S2) + (S3 - S4) = 4 P3 (S1 - S2) - (S3 - S4) = 4P4 Der Faktor 4 ist für die Praxis ohne Bedeutung, da er durch Pegeländerung ausgeglichen werden kann. Der Empfangs- sowie Sendemischverstärker sind völlig gleich aufgebaut. Ein Ausführungsbeispiel ist in Bild 3 gezeigt. Von den Eingängen 1, 2, 3 und 4 gelangen die vier zu mischenden Signale A, B, C und D über die Trennübertrager Trl, Tr2, Tr, und Tr4 auf je zwei Brücken Brl und Br2, von denen Brl (A ±B) und Br2 (C±D) bildet. Diese vier Mischsignale gelangen über die beispielsweise asymmetrischen Trennverstärker TV" TV., TV, und TV4 wiederum auf zwei Brücken Br,, und Br.", wo einerseits (A +B) ± (C +D) und andererseits (A -B) ± (C -D) gebildet werden. Diese Sekundärsignale werden hinter den Trenntransformatoren Trl,, Tr2,, Tr3, und Tr4, an den Ausgängen 1', 2', 3' und 4' abgenommen.Finally, the block diagram of a four-track system with mixing device is shown in Figure 2. The primary signals P1, P2, P, and P4 first arrive at the inputs 1, 2, 3 and 4 of the transmitter mixer amplifier SM, which forms the secondary signals S1, S2, S3 and S4 according to the following scheme: (P1 + P2) + (P: 3 + P4) = S1 (Pl + P2) - (P3 + P4) = S2 (P1 - P2) + (Po: - P4) = Ss (P1 - P2) - (P- - P4) = S4 Each of the secondary signals is stored on a track of the four-track machine M. During playback, the secondary signals arrive at inputs 1, 2, 3 and 4 of the receiving mixer amplifier EM without any level changes, which supplies the primary signals 4P1, 4P2, 4P3 and 4P4 at its outputs 1 ', 2', 3 'and 4'. The separation takes place according to the following equation: (S, @ - S2) + (S3 + S4) = 4 P1 (S1 -i- S2) - (S3 + S4) = 4 P2 (S1 - S2) + (S3 - S4) = 4 P3 (S1 - S2) - (S3 - S4) = 4P4 The factor 4 is irrelevant in practice because it can be compensated for by changing the level. The receiver and transmitter mixer are constructed in exactly the same way. An exemplary embodiment is shown in Figure 3. The four signals to be mixed A, B, C and D arrive from inputs 1, 2, 3 and 4 via the isolating transformers Trl, Tr2, Tr, and Tr4 to two bridges Brl and Br2, of which Brl (A ± B) and forms Br2 (C ± D). These four mixed signals reach two bridges Br ,, and Br. "Via the, for example, asymmetrical isolating amplifiers TV" TV., TV, and TV4 ", where on the one hand (A + B) ± (C + D) and on the other hand (A -B) ± (C -D) can be formed. These secondary signals are picked up behind the isolating transformers Trl ,, Tr2 ,, Tr3, and Tr4, at the outputs 1 ', 2', 3 'and 4'.

Das Mehrkanalmischverfahren nach der Erfindung ist nicht auf die Mehrspurmagnettonspeichertechnik beschränkt, sondern läßt sich allgemein da anwenden, wo derartige Mehrkanalübertragungen über übertragungsglieder mit vermindertem Geräuschspannungsabstand erfolgen.The multi-channel mixing method according to the invention is not based on the multi-track magnettone storage technique limited, but can generally be used where such multi-channel transmissions take place via transmission links with a reduced signal-to-noise ratio.

Claims

PATENT CLAIM: Method for increasing the signal-to-noise ratio in polymicrophone multi-channel transmission systems for preferably incoherent signals as well as with a transmission link with an unfavorable signal-to-noise ratio, thereby , characterized in that the originally present n different signals of the primary channels in front of the link with the unfavorable signal-to-noise ratio in a linear process are mixed together so that n secondary signals result, in each of which from all primary channels shares are present, each from the same The components originating from the primary channel have the same amplitudes in all the secondary channels, but have partially shifted by 180 ° phases, and that after passing the limb with the unfavorable signal-to-noise ratio due to a similar mixture of n secondary signals a separation into the original n primary signals takes place. Documents considered: German Patent No. 900 588; magazine »Radio mentor«, 1959, p. 34l ..