DE1941636C3 - Verfahren und Anordnung zur rieh tungsgetreuen breitbandigen Abbildung von Schallfeldern unter Verwendung korn pensierender Hilfssignale - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur richtungsgetreuen breitbandigen Abbildung von Schallfeldern. Es ist bekannt, daß in zwei- und mehrkanaligen stereophonen Schallübertragungsverfahren

beim Hörer ein akustischer Raumrichtungseindruck bereits in einem einzigen Kompensationsschritt erzielt

erzeugt werden kann. Es handelt sich um die Erzeu- werden kann und daß keine erneute Kompensation

gung fiktiver Schallquelle, die nicht nur aus den derjenigen Übersprechsignale notwendig ist, die von

Richtungen der tatsachlich zur Abstrahlung benutzten den Kompensationssignalen herrühren, weil diese

Schallquellen gehört werden. Diese Übertragungen 5 Übersprechsignale nicht merklich sind. Die Erfindung

sind im Vergleich zum natürlichen Hören im Original- will dabei die Entkopplung beider Ohren auch ohne

Schallfeld nur beschränkt als richtungsgetreu und Kopfhörer ode^r ähnliches auf möglichst einfache

naturgetreu anzusehen. Ein Mangel besteht darin. Weise erreichen.

daß bei gebräuchlichen stereophonen Verfahren, z. B. Aufgabe der Erfindung ist es. die Unterschiede Laufzeit- und Intensitätsstereophonie, die Erzeugung io der Ünertragungsfunktionen der Übertragungsdes originalgetreuen Raumrichtungseindrucks da- strecken von beiden Lautsprechern zu einem Ohr durch beschränkt wird, daß bei Lautsprecherwieder- nach Amplitude sowie nach Phase (einschließlich gäbe jedes der beiden Ohren des Hörers die Signale Laufzeit) mit konzentrierten Schaltelementen syste- :ms beiden Stereokanälen empfängt. Zum Beispiel matisch nach zitierten Meßergebnissen über die zeigt Fig. I, daß der Hörer ! am linken Ohr sowohl 15 Filterwirkung des menschlichen Kopfes im Schallfeld das Signal 2 des linken Lautsprechers 3 als auch das auszugleichen. Hierdurch entfällt die im Hauptpatent Signal 4 des rechten Lautsprechers 5 empfängt. Diese beschriebene Überspielung de Signale über Laut-Tatsache ist gleichbedeutend mit einem wechsel- Sprecher und Kunstkopf im reflexionsfreien Raum, seitigen Übersprechen der Stereosignale, wenn man Die Erfindung besteht darin, daß unter Benutzung die Übertragung bis hin zu den Trommelfellen des 20 von Filtern aus konzentr >ten Schaltelementen zur Hörers verfolgt. Sowohl das Signal 2 in F¹Ig. 1 als subjektiv vollständigen Ausiös:hung der Übersprechauch das Signal 4 in Fig. 1 werden durch frequenz- signale an den Ohren nur ein einziger Kompensationsabhängige Beugung der Schallwellen am Kopf beim schritt erforderlich ist und die erneute Kompensation Empfang verändert, so Jaß das Übersprechen fre- derjenigen Übersprechsignale entfällt, die von den quenzabhängig ist. Jede Übertragungsstrecke Laut- 25 v-lompensationssignalen herrühren. Weiterhin ist neu. Sprecher — Ohr einschließlich der Schallwandler daß für die Gewinnung der Kompensationssignale stellt ein frequenzabhängiges Fiter dar. Dabei ent- keine Zeit erfordernder Bearbeitungsvorgang notspricht der Filtereingang jeweils den Lautsprecher- wendig ist, so daß Direktübertragungen mit dem anschlußdrähten, der Filterausgang jeweils dem Ohr. erfindungsgemäßen Verfahren möglich sind. Dadurch Abgesehen von den Lautsprechereigenschaften sind 30 erweitert sich der Anwendungsbereich des Verfahrens, die Übertragungseigenschaften dieser Filter durch die Das Verfahren besteht aus der Gewinnung von geometrische Anordnung der Lautsprecher und des Signalpaaren, die bei gemeinsamer Wiedergabe zur Kopfes bestimmt, weil die Schallbeugung am Kopf Ausloschung der unerwünschten Übersprechsignale von der Schalleinfallsrichtung abhängt. Die durch führen. Es können an den Ohren diejenigen Signale Schallbeugung am Kopf bestimmten Filtereigen- 35 rekonstruiert werden, die von den Mikrophonen, insschaften sind aus Messungen an menschlichen besondere von Kunstkopfmikrophonen, aufgenom-Köpfen sowie an geeigneten nachgebildeten mensch- men werden.

liehen Köpfen mit eingebauten Sondenmikrophonen Zur Ausführung des Verfahrens eignet sich etwa als Ohren (Kunststoff) bekannt (s. in Betracht gezo- folgende Vorrichtung für Zweikanalstereophonie gene Druckschriften, S. 1 unten, Position 1, 2, 3). 40 (vgl. Fig. 2). Der Hörer 1 mit den Ohren 2 und 3 Die gemessenen Übertragungsfunktionen der Filter und oie Lautsprecher 4 und 5 mögen sich bei der weisen personengebundene Unterschiede auf, deren Wiedergabe beispielsweise in einer symmetrischen Streubereich so gering ist, daß ein mittlerer mensch- geometrischen Anordnung im freien Schallfeld belicher Kopf konstruierbar ist. Weiterhin ist bekannt, finden. Die Lautsprecherrichtungen mögen mit der daß sich zur Entkopplung der Ohren durch kompli- 45 Blickrichtung des Hörers z.B. die Winkel ^x 36 zierte iterative Anwendung kompensierender Hilfs- bilden. Die Übertragungsstrecken Lautsprecher — zusignale unerwünschte Signalanteile an beiden Ohren gewandtes Ohr (also 4—2 und 5 — 3) und Lautabschwächen lassen (Po.sition 4). Sprecher — abgewandtes Ohr (also 4-* 3 und 5— 2) Es ist Gegenstand des Hauptpatentes, daß durch haben wie erwähnt unterschiedliche Übertragungs-Verwendung von Kompensationssignalen die Ohren 5° funktionen. Die Übertragungsfunktionen nach Betrag getrennt erregt werden und die hierzu erforderlichen und Phase können der Literatur entnommen werden Kompensationssignale durch Überspielung der ur- (Position 1, 2, 3, S. 1) oder gemessen werden. An sprünglichen Signale über Filter gewonnen werden, Hand von Fig. 2 wird erläutert, wie die Wiedergabe deren Frequenzgänge der Filterwirkung des mensch- des stereophonen Rechts-Signals 6 und die Kompenlichen Kopfes im freien Schallfeld entsprechen. Ziel 55 sation am linken Hörerohr 2 erfolgt. Das Rechtsdes Hauptpatentes ist es, durch die optimale Wieder- Signal 6 vird über ein Filter 7, ein Filter 8 (beide aus gäbe von Kunstkopfohrsignalen einerseits bei hin- konzentrierten Schaltelementen) und einen Verstärreichend entkoppelten Ohren des Hörers eine mög- ker 9 dem rechten Lautsprecher 5 zugeführt. Es wird liehst richtungsgetreue und naturgetreue Schallüber- dort abgestrahlt und erreicht a'.s Nutzsignal das rechte tragung zu ermöglichen und andererseits durch Wie- 60 Ohr 3 sowie nach einer Verzögerungszeit r und einer dergabe der Signale beliebiger Mikrophonanordnun- Abschwächung sowie einer Phasendrehung, die in gen bei hinreichend entkoppelten Ohren des Hörers bekannter Weise von der Lautsprecherrichtung abdie stereophonen Schallübertragungsmöglichkeiten zu hängen (Position 5, S. 1) und jederzeit gemessen erweitern und zu verbessern. werden können, als Übersprechsignal auch das linke Die vorliegende Erfindung geht wie das Haupt- 65 Ohr 2. — Das mit Filter 7 gefilterte Rechts-Signal 6 patent von der Erkenntnis aus, daß eine zur Entkopp- wird außerdem gegenphasig 10 und um die l.aufzeitlung beider Ohren genügend große breitbandige Ab- differenz r verzögert 11 nach Verstärkung 12 aus Schwächung der unerwünschten Ühersprechsignale dem linken Lautsprecher 4 abgestrahlt. Das Filter

ist nach den obenerwähnten Übertragungsfunktionen im Querzweig. Der Serienresonanzkreis enthält eine

so konstruiert, daß die Übertragungsfunktionen der Spule mit der Induktivität 14 mH, einen mit einem

beiden Signalwege 8 -> 9 -^ 5 -» 2 und 11 ->■ 12 Widerstand von 3,3 kil überbrückten Kondensator

_*4-»2 gleich sind, so daß wegen der Phasenum- der Kapazität 0,15 |iF sowie einen Widerstand von

kehr 10, die mit Hilfe eines Rechenverstärkers vor- 5 230 Ω zur Bedämpfung des Resonanzkreises. Dieses

genommen werden kann, das Übersprechsignal aus Filter bildet zusammen mit dem Filtere der Fig. 2

Lautsprecher 5 am linken Ohr 2 ausgelöscht wird. (nach Schaltung in Fig. 3) den Amplitudengang der

Eine Schaltungsmöglichkeit für das Filter 8 der Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke vom F i g. 2 ist in Fig. 3 angegeben. Das Filter besteht Lautsprecher 5 zum Trommelfell im Ohr 3 der F i g. 2 aus zwei hintereinander geschalteten Spannungs- io invers nach (vgl. Position 3, S. 1).
teilerstufen, deren Ausgangssignal einem Rechenvcr- Analog zu F i g. 2 kann ein Links-Signal zum linken stärker zugeführt wird. Jede Spannungsteilerstufe Ohr des Hörers übertragen und das Übersprechsignal besteht aus einem Längs- und einem Querwiderstand. am rechten Ohr kompensiert werden. Beide Anord-Die Längswiderstände sind mit je einem Kondensator nungen gemeinsam führen bei Addition der Lautüberbrückt, so daß sich zwei KC-Glieder ergeben. 15 Sprechersignale zu einer Entkopplung beider Hörcr-Eines der ÄC-Glieder hat eine Zeitkonstante von ohren. Mit dem Verfahren sind sowohl Drektüber-34 ns. das andere eine Zeitkonstante von 15 (is. Die tragungen mit Wiedergabe bei entkoppelten Ohren komplexe Übertragungsfunktion dieses Filters ent- des Hörers als auch Übertragungen von gespeicherspricht bis auf einen konstanten Faktor und bis auf ten Signalen möglich. Im letzteren Falle können enteinc Laufzeitdifferenz τ von 260 4 8 |is genähert dem 20 weder die normalen Stereo-Signale gespeichert wcr-Unterschied der Übertragungsfunktionen der Strecken den (z.B. das Rechts-Signal 6 in Fig. 2) und anvon den beiden Lautsprechern 4 und 5 der F i g. 2 schließend nach dem beschriebenen Verfahren bczum linken Ohr 2. Dies gilt für die bereits erwähnte handelt und wiedergegeben werden, oder es können Lautsprecheraufstcllung unter den Azimutwinkeln zur Wiedergabe bei entkoppelten Ohren fertig vor- -j 36 . — Wird für Bandpaßrauschen im Frequenz- »5 bereit te Signale gespeichert werden (in Fig. 2 die bereich 0,5 bis 6.2 kHz der Pegel des Signals aus Signale für die beiden Lautsprecher 4 und 5) und Lautsprecher 4 um 6 db tiefer eingestellt als derjenige danach wiedergegeben werden,
des Signals aus Lautsprecher5, so beträgt die mit Bei tiefen Frequenzen etv.a unterhalb 500 Hz ist Hilfe eines Kunslkopfes gemessene Abschwächung die Schallbeugung am Kopf vernachlässigbar. Beim des Übersprechsignals bei identischen Lautsprechern 30 natürlichen Hören tritt für jede Schalleinfallsrichtung 17 db. Da das Übersprechsignal wegen der Kopf- an beiden Ohren für tiefe Frequenzen praktisch der abschattung im angegebenen Frequenzbereich von gleiche Schalldruck auf (vergleiche z. B. Position 3, vornherein bereits etwa 6 db unter einem eventuellen S. 1). Daher ist es für diesen Frequenzbereich nicht Nutzsignal am linken Ohr liegt, beträgt die wahre ohne weiteres sinnvoll, in der oben beschriebenen Übcrsprechdämpfung etwa 17 ' 6 db 23 db. Breit- 35 Weise Nutzsignalc und Übersprechsignale an den bandig bis ! 1,2 kHz gemessen beträgt mit dem Filter Hörerohren zu unterscheiden. Sollen beispielsweise der F i g. 3 und in der angegebenen Einstellung die Kunstkopfohrsignale nach dem erfindungsgemäßen Übersprcchdämpfung mehr als 20 db. Diese Werte Verfahren wiedergegeben werden, so ist eine Komübcrtrcffcn die zur subjektiven Verdeckung von pensation für tiefe Frequenzen nicht notwendig. Über Signalwiederholungen bekanntlich notwendigen Pegel- 40 eine Frequenzweiche können die tieffrequentcn diffcrcnzen weit (Position 6. 7. 8. S. 1). Damit wird Signalanteile z. B. des Rcchts-Signals in Fig. 2 direkt in gewünschter Weise das Übersprechsignal von mit geeignetem Pegel dem Lautsprecher 5 zugeführt Nutzsignalen verdeckt. — Der breitbandig bis werden. — An beiden Kunstkopfohren herrscht für 11,2 kHz gemessene Pegel des vom linken Laut- tiefe Frequenzen bei der Aufnahme der gleiche Schallsprechcr 4 der F i g. 2 abgestrahlten Kompensations- 45 druck. Wird eines der Kunstkopfohrsignale dem einen signals liegt am rechten Ohr 3 um 28 db unter dem der Lautsprecher zugeführt, so entsteht an beiden Nutzsignal, so daß es nach den bekannten Meß- Hörerohren beispielsweise der ScballdrucK p. Wird crgcbnissen zur Verdeckung noch stärker vom Nutz- zusätzlich das andere Kunstkopfohrsignal dem andesignal verdeckt wird. Eine Kompensation des von ren Lautsprecher zugeführt, so entsteht an den beiden dem Kompensationssignal aus Lautsprecher 4 am >;o Hörerohren der Schalldruck Ip. Dies wird bei Kunstrechten Ohr 3 in F i g. 2 hervorgerufenen Über kopfübertragungen durch eine Tiefenabsenkung um sprcchsignals ist aus diesem Grunde i^il»erflüssig. 6 db korrigiert.

Das Filter 7 in F i g. 2 kann so gestaltet werden, Mit Hilfe des Verfahrens kann wie im Hauptpatent daß die Rechts-Stgnale 6 beliebiger Mikrophonan- beispielsweise eine subjektiv richtungsgetreuc stereoordnungen in gewünschter Weise entzerrt werden. 55 phone Schallübertragung vorgenommen werden. Dies Beispielsweise kann erreicht werden, daß am Trom- ist sowohl in Form von Direktübertragungen mögmelfell im Ohr 3 des Hörers 1 das gleiche Leistungs- lieh als auch nach Zwischenspeicherung der Signale, spektrum auftritt wie bei Ein'all einer ebenen Welle Zu diesem Zweck erfolgt zuerst eine stereophone aus der Richtung »vorn«. — Das Filter 7 kann als Schallaufnahme eines Original-Schallfeldes übci weitere Möglichkeit so gestaltet werden, daß der 6c einen nachgebildeten menschlichen Kopf mit einge-Übcrtragungsweg 7 — 8 -* 9 -+ 5 nach F i g. 2 bis bauten Mikrophonen als Ohren, so daß die Ohrzum Trommelfell im Ohr 3 das Leistungsspektrum signale des Kunstkopfes den Signalen an den Ohren des Rcchts-Signals 6 nicht merklich verändert. Dies eines Hörers beim natürlichen Hören im Originalist, besonders erwünscht für die Wiedergabe von Schallfeld gleichen. Bei Wiedergabe der Signale im Kunstkopfsignalen. Ein Filter zur Erreichung 65 beschriebenen Verfahren entstehen an den Ohren de? dieses Zweck«, ist in F i g. 4 dargestellt. Das Filter ist Hörers die gleichen Signale wie im Original-Schalleine Spannunti'.tcücrstufe mit ohmschem Widerstand feld. Damit verbunden wird der gesamte akustische im Ί.ϋκμ'··"·'·■-'·■ um! mit einem Sericnrc«innan7krci<s Raiimrirhiung«eindnjck naturgetreu reproduziert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur richtungsgetreuen breitbandisen Wiedergabe von stereophonen Signalen, bei dem bei Darbietung für einen Hörer über ein Lautsprecherpaar, dessen Lautsprecher auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Hörerkopfes angeordnet sind, durch Anwendung von Kompensationssignalen die beiden Ohren des Hörers an einem Hörerplatz getrennt von den Signalen eines stereophonen Signalpaares erregt werden, nach Patent 1905 616, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Signal des Paares mit Hilfe einer Verzweigung in seinem Übertragungsweg, deren beide Zweige das Signal zu je einem der beiden Lautsprecher führen und deren Zweige Ver/öüerungseinrichtungen und Filter aus konzentrierten Sei... ltelementen enthalten, die die Unterschiede der Übertragungsstrecken von den beiden Lautsprechern zu dem jeweils nicht mit diesem Signal de*> Signalpaares zu erregenden Ohr nach Laufzeit und Amplitude sowie nach Phase ausgleichen, ein Kompensationssignal erzeugt wird, dessen Wirkung an keinem der Hörerohren erneut kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß für spektrale Signalkomponenten mit Freuuenzen etwa oberhalb 500 Hz Kompensationssignale erzeugt werden und für spektrale Signalkompon^nten .nit Frequenzen etwa unterhalb 500 Hz keine Kcmpensationssignale erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden und eventuell gespeicherten Signale von einer oder mehreren stereophonen Mikrophonanordnungen einschließlich Kunstköpfen aufgenommen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnder. Signale ;.o synthetische Signale sind.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwei Eingänge und zwei Ausgänge, jeweils für die beiden Signale stereophoner Signalpaare, Filter, Verzögerungseinrichtungen, zwei Phasenumkehrglieder und ein erstes und ein zweites Summationsglied mit je einem ersten und einem zweiten Eingang und je einem Ausgang, der einen der erwähnten Ausgänge darstellt, enthaltende Übertragungsanlage mit einem ersten und einem zweiten Verbindungsweg, die je einen der Eingänge mit den Ausgängen der Übertragungsanlage verbinden und jeweils eine Verzweigung mit einem Hauptzweig und einem Nebenzweig enthalten, deren Nebenzweig je eines der Phasenumkehrglieder enthält, und deren beide Zweige Verzögerungseinrichtungen und Filter aus konzentrierten Schaltelementen enthalten, wobei der Hauptzweig des ersten Verbindungsweges auf den ersten Eingang des ersten Summationsgliedes, der Hauptzweig des zweiten Verbindungsweges auf den ersten Eingang des zweiten Summationsgliedes, der Nebenzweig des ersten Verbindungsweges auf den zweiten Eingang des zweiten Summaticinsgliedes und der Nebenzweig des zweiten Verbindungsweges auf den zweiten Eingang des ersten Summationsuliedes führen, und wobei die Verzogerungseinrichtungen und Filter im Haupt- und Nebenzweig eines Verbindungsweges jeweils so konstruiert sind, daß bei einer Schalldarbietung von Ausgangssignalen der Übertragungsanlage für einen Hörer über ein Lautsprecherpaar, dessen an je einem Ausgang angeschlossene Lautprecher auf beiden Seiten der Symmetrieebene des Hörerkopfes angeordnet sind, die für einen Hörerplatz ohne diese Filter und Verzögerungseinrictitungen vorhandenen, bekannten und meßbaren Unterschiede zwischen den Übertragungsfunktionen des Hauptzweiges einschließlich der anschließenden Schallübertragungsstr^cke von einem der Lautsprecher bis zu dem nicht mit dem Signal dieses Verbindungsweges zu erregenden Ohr und des Nebenzweiges einschließlich der anschließenden Schallübertragungsstrecke von dem anderen Lautsprecher bis zu demselben Ohr von diesen Filtern und Verzögerungseinrichtungen nach Amplitude sowie nach Phase einschließlich Laufzeit bis auf ein Vorzeichen ausgeglichen werden.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. 2 und 5, gekennzeichnet durch zwei zusätzliche Frequenzweichenvorrichtungen mit je einem Eingang, je einem ersten Ausgang für spektrale Signalkomponenten mit Frequenzen etwa oberhalb 500 Hz und je einem zweiten Ausgang für spektrale Signalkomponenten mit Frequenzen etwa unterha'b 500 Hz sowie durch je einen zusätzlichen dritten Eingang am ersten und zweiten Summationsglied innerhalb der Übertragungsanlage nach Anspruch 5, wobei je eine Frequenzweichenvorrichtung mit ihrem Eingang und ihrem ersten Ausgang in jeden der Verbindungswege innerhalb der Vorrichtung nach Anspruch 5 vor dessen Verzweigung eingeschaltet ist und der zweite Ausfang der Frequenzweichenvorrichtung im ersten Verbindungsweg mit dem dritten Eingang des ersten Summationsgliedes verbunden ist und der zweite Ausgang der Frequenzweichenvorrichtung im zweiten Verbindungsweg; mit dem dritten Eingang des zweiten Summationsgliedes verbunden ist.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 5 und 6, gekennzeichnet durch zwei Filter oder Paare identischer Filter, von denen je eines in jeden der Verbindungswege innerhalb tier Übertragungsanlage nach Anspruch 5 und 6 oder in dessen beide Zweige eingeschaltet ist, deren Übertragungsfunktion einen Amplitudengang aufweist, der jeweils invers zu dem bekannten und meßbaren Amplitudengang der Übertragungsfunktion desjenigen Übertragungsweges von einem der Eingänge der Übertragungsanlage nach Anspruch 5 und 6 bis zu dem bei einer Schalldarbietung mit dem Signal dieses Eingangs zu erregenden Hörerrohr ist. in welchen sie eingeschaltet sind.