DE2014856B2 - Zweikanaliges tonfrequentes uebertragungssystem und ein codierer sowie ein decodierer hierzu - Google Patents
Zweikanaliges tonfrequentes uebertragungssystem und ein codierer sowie ein decodierer hierzuInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein zweikanaliges tonfrequentes Übertragungssystem, bei welchem we
nigstens vier gerichtete Tonsignale zusammen codiert, übertragen und decodiert werden, wobei wenigstens
zwei Tonsignale gemeinsam mit dem Haupttonsignal auf jedem der beiden Kanäle übertragen werden, das
codierte Signal jedes Kanals je einem Hauptlautsprecher zugeführt und die wenigstens zwei Tonsignale
decodiert und weiteren Lautsprechern zugeführt werden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen
Codierer sowie auf einen Decodierer hierzu.
Ein derartiges Übertragungssystem ist z. B. durch die Zeitschrift »Nachrichtentechnik«, Band 15 (1965), Seiten
246 bis 253, insbesondere Seite 251, Bild 8, bekanntgeworden. Bei diesem System werden zwei Haupttonsignale
über zwei Kanäle übertragen, wobei zwei Hilfstonsignale in beiden Kanälen zugemischt sind und
später wieder von den Haupttonsignalen getrennt werden. Ein derartiges System ermöglicht keinen
Aufbau, bei welchem alle vier Lautsprecher bei der
Wiedergabe gleichberechtigt in Anordnung und Tonwiedergabe sind.
Handelsübliche stereophone Systeme enthalten gewöhnlich zwei getrennte Klangkanälc. Dadurch werden
tatsächliche Hörbedingungen durch ein effektives Anwachsen des Bereiches wieder hergestellt, von dem
die Klangquellen herrühren können. Wo zwei Lautsprecher
verwendet werden, kann eine virtuelle Klangquelle im einem der beiden Lautsprecher oder an irgendeinem
Punkt dazwischen lokalisiert sein. In dieser Hinsicht stellt ein zweikanaliges oder ein binaurales System eine
Verbesserung gegenüber einem monauralen System dar, welches einen einzigen Lautsprecher besitzt und
daher nur in der Lage ist, an diesem Lautsprecher eine Klangquelle zu lokalisieren.
Es ist weiter versucht worden, einen dritten Lautsprecher zu verwenden, der zwischen einem Paar
von Außenlautsprechern angeordnet ist. wobei der dritte Lautsprecher durch eine einfache additive
so Kombination von Signalen auf den zwei Stereokanälen gespeist wird. Um den Toneffekt weiter zu verbessern,
ist es bekannt, einen dritten Kanal der Toninformation an den zwei stereophonen Kanälen mit gleicher
Amplitude und gleicher Polarität einzuspeichern, so daß.
5s wenn die Signale in zwei Stereokanälen an der Wiedergabe addiert werden, ein drittes Kanalsignal
gebildet wird, welches eine Quelle direkt an dem dritten Lautsprecher lokalisieren kann. Jedoch gerade dieser
dritte Kanal kann keine Klangquelle hinter dem
ho Zuhörer lokalisieren (vorausgesetzt, daß der Lautsprecher
für den dritten Kanal richtig angebracht ist), weil die relativ gleichen Signale, die in den zwei existierenden
Kanälen erscheinen, ein Klangbild zwischen ihnen erzeugen, das /u einem Widerspruch in bezug auf die
fts Richtung der Quelle führt.
Die logische Weiteri'ührung eines binauralen Systems
würde dritte und vierte Kanäle mit Lautsprechern bedeuten, die vor und hinter dem Zuhörer angeordnet
sind; solche als Viertonsysteme bekannten Systeme sind bereits im Handel in Vierkanaltonbandsystemen erhältlich. Wo ein Vierkanalsystem verwendet wird, ist es
möglich, eine Klangquelle an irgendeinem Punkt in einem Kreis rund um den Zuhörer zu lokalisieren. Diese
Möglichkeit, Klangquellen hinter einem Zuhörer zu lokalisieren, beinhaltet einen bedeutsamen Klangeffekt
Wo ein vollständiges Vierkanalsystem verwendet wird, treten keine besonderen Probleme auf beim
Einspeisen in die betreffenden Lautsprecher, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Beispielsweise können
vier Mikrophone an der Tonaufnahmeseite entsprechend vier verschiedenen Richtungen verwendet
werden, wobei der Ausgang jedes Mikrophons durch einen getrennten Übertragungsweg, beispielsweise
einem Bandkanal, mit entsprechend angeordneten Lautsprechern am Umfang eines Kreises oder entspre
chend zu den vier Mikrophonen gekoppelt ist.
Jedoch enthalten, wie bereits angedeutet, alle stereophonen Tonsysteme, die zur Zeit in Betrieb sind.
nur zwei Signalübertragungswege. Beispielsweise enthalten herkömmliche stereophone Schallplatten Rillen,
deren Flächen unter 453 in bezug auf die Schallplattenoberfläche
geneigt sind, wobei jede Fläche einem getrennten »Übertragungsweg« entspricht. Auch übli
ehe FM-Multiplex-Rundfunktechniken sorgen für die
Übertragung von nur zwei getrennten Signalen und offensichtlich sind die meisten Multiplexempfänger, die
gegenwärtig noch in Benutzung sind, auch nur zum Empfang dieser zwei getrennten Kanäle geeignet. Die
meisten Bandaufnahmegeräte, die heute in Gebrauch sind, nehmen ebenfalls nur zwei Kanäle auf und geben
sie wieder und können nicht ohne weiteres zur Aufnahme und/oder Wiedergabe von vier getrennten
Tonsignalen umgeändert werden, wie es gegenwärtig für einen vollständigen Raumklang erforderlich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zweikanaliges, tonfrequentes Übertragungssystem zu
schaffen, mit dem es möglich ist, eine Tonquelle an jedem Platz auf einem vollständigen Kreis rund um den
Zuhörer zu lokalisieren, wobei die Information nur auf zwei getrennten Übertragungswegen übertragen oder
gespeichert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Verhältnisse der Amplituden und Phasen der Tonsignale abhängig von deren
Richtinformation derart gewählt werden, daß vier Kombinationen aus den codierten Signalen jedes der
beiden Kanäle mit wenigstens drei Tonsignalen, wovon jede Kombination entsprechend vorgewählte Phasen-
und Amplitudenverhältnisse zwischen den Tonsignalcn aufweist, vier getrennte Ausgangston^ignale ergeben, in
welchen jeweils eines von vier verschiedenen gerichteten Tonsignalen überwiegt.
In dem Übertragungssystem wird ein Signal auf einem oder beiden Kanälen übertragen mit einer
ausgewählten relativen Polarität oder Phasendifferenz in Abhängigkeit von der gewünschten Richtung der
Quelle, die durch das Signal dargestellt wird. Zum Beispiel kann das System vier getrennte Mikrophone
verwenden, von denen jedes so angeordnet ist, daß es auf Tonquellen von einem vorher ausgewählten
Quadranten des Kreises rund um die Mikrophone anspricht. Die Signale von den zwei entgegengesetzt
gerichteten Mikrophonen sind direkt mit den entsprechenden Stereokanälen verbunden. Additive und subtraktive
Kombinationen der anderen zwei Mikrophone
sind ebenso mit diesen zwei Kanälen gekoppelt, so daß,
wenn die Signale entsprechend kombiniert wiedergegeber, oder aufgenommen werden, der Eingang zu jedem
Mikrophon tatsächlich lokalisiert oder auf einem entsprechenden Lautsprecher wiedergegeben wird.
Das Übertragungssystem ist vollkommen verträglich mit existierenden binauralen Systemen, und liefert zwei
Ausgänge auf der Aufnahme- oder Wiedergabeseite, welche über vorhandene binaurale Geräte abgespielt
werden können.
Auf der Empfänger- oder Wiedergabeseite werden die vier Lautsprecher nacheinander mit dem Signal auf
dem ersten Kanal mit der Summe der Signale auf den zwei Kanälen, mit dem Signal auf dem zweiten Kanal
und mit der Differenz der Signale auf den zwei Kanälen gespeist. Wie im einzelnen in der folgenden Ausführung
erklärt, erlaubt dies eine Lokalisierung einer virtuellen Tonquelle an irgendeinem P-mkt auf einem Kreis rings
um den Zuhörer.
Im folgenden ist durch den Ausdruck »Übertragungsweg« sowohl die Aufzeichnung als auch die tatsächliche
Übertragung (beispielsweise FM-Multiplex) bezeichnet,
da das System nicht abhängig ist von der tatsächlichen physikalischen oder elektrischen Natur der getrennten
Signale. Hinsichtlich einer Lokalisierung des Klanges auf einem Kreis rings um den Zuhörer ergibt dies die
Möglichkeit, die virtuellen Klangquellen vor, hinter oder neben einem Zuhörer zu lokalisieren, aber es ist nicht
beabsichtigt, die genaue Stelle des Lautsprechers zu begrenzen oder zu definieren. Die Vorteile dieses
Systems können am besten erkannt weiden, wenn wenigstens einer der Lautsprecher hinter dem Zuhörer
lokalisiert ist und die Lautsprecher tatsächlich auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, in dessen Mitte
der Zuhörer sich befindet. Andersartige Anordnungen der Lautsprecher können den Richiungseffekt verändern,
der durch das Übertragungssystem crzielbar ist.
Ein in dem Übertragungssystem vorgesehener Codierer ist zweckmäßig so aufgebaut, daß er zwei
unabhängige Signal-Ausgangskanäle hat und mit Widerständen beschaltete Operationsverstärker zum
Ausbilden eines entsprechenden codierten Signals zur Übertragung über jeden der beiden Ausgangskanäle
aufweist, wobei wenigstens eines der Tonsignale eine unterschiedliche Phase gegenüber den übrigen Tonsignalen
eines codierten Signals hat.
Ein zugehöriger Decodierer kann λο aufgebaut sein,
daß er eine Einrichtung zum Erzeugen von vier Ausgangs-Tonsignalen an entsprechenden Ausgängen
und eine weitere Einrichtung aufweist zum
1. Kombinieren der zwei codierten Signale an wenigstens einem ersten Decodierer-Ausgang auf
solche Weise, daß ein gewünschtes Tonsignal an diesem Ausgang überwiegt, und
2. Kombinieren der zwei codierten Signale an wenigstens einem zweiten Decodierer-Ausgang auf
solche Weise, daß ein gewünschtes anderes Tonsignal an diesem Ausgang tiberwiegt.
Dabei ist es zweckmäßig.daß die weitere Einrichtung
die zwei codierten Signale an dem ersten Decodierer-Ausgang derart kombiniert, daß einige Tonsignale in
dem entsprechenden Ausgangs-Tonsignal unterdrückt weiden, und an dem zweiten Decodierer-Ausgang
derart kombiniert, daß einige andere Tonsignale in dem entsprechenden Ausgangs-Tonsigna! unterdrückt werden.
Der Decodierer kann aber auch so ausgeführt sein, daß eine ergänzende Einrichtung, welche auf einen
Vergleich der codierten Signale anspricht, um zu bestimmen, welches Tonsignal momentan überwiegt.
und um dann die Amplitude des Ausgangs-Tonsignals entsprechend der räumlichen Zuordnung des überwiegenden
Tonsignals relativ zu den Amplituden der anderen Ausgangs-Tonsignale zu vergrößern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Übertragungssystems, das die Grundbestandteile der Erfindung in sich
vereinigt,
Fig.2A bis 2D erläuternde Darstellungen, um die
Wirkungsweise des Übertragungssystems nach F i g. 1 zu illustrieren,
F i g. 3 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Codierers, der mit dem erfindungsgemäßen
Übertragungssystem verwendet wird,
F i g. 4 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Decodierers, der mit dem erfindungsgemäßen
Übertragungssystem verwendet wird,
F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Verstärkungsregelkreises zur Verwendung im Zusammenhang mit dem
Übertragungssystem nach F i g. 1,
F i g. 6 ein Blockschaltbild eines zweiten Verstärkungsregelkreises,
der ebenfalls bestimmt ist zur Verwendung im Zusammenhang mit dem Übertragungssystem
nach F i g. 1,
F i g. 7 und 8 Blockschaltbilder der Übcrtragungs- und Empfangsanordnungen eines weiteren Vcrstärkungsregelkreises,
Fig.9 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
eines Verstärkungsregelkreises,
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines weiteren Verstärkungsregelkreises,
mit welcher die gewünschten Resultate unabhängig von dem grundsätzlichen Übertragungssystem
der F i g. 1 erzieli werden können.
Fig. 11 ein detailliertes Blockschaltbild eines in Fig. 10 gezeigten Spannungsregclgencrators.
Fig. 12 ein schematisches Schaltbild eines Verstärkungssteuerkreises
nach Fig. 10.
Fig. 13 und 14 schematische Schaltbilder eines Spannungsregelgenerators nach F i g. 11 und
Fig. 15 eine erläuternde schematische Darstellung einer herkömmlichen 45° χ 45°-Schallplattenrille.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben unter Verwendung von vier getrennten
Lautsprechern, die auf dem Umfang eines Kreises rings um den Platz eines Hörers angeordnet sind, so daß es
möglich ist, eine virtuelle Klangquelle an jedem Punkt rings um den Zuhörer zu lokalisieren. In dieser
Beschreibung werden zwei Lautsprecher betrachtet, die direkt vor und hinter dem Zuhörer angeordnet sind, in
Verbindung mit zwei weiteren Lautsprechern, die rechts und links angeordnet sind. Zur Erläuterung der
Wirkungsweise des Systems werden die Buchstaben F und X zusammen mit Ziffern verwendet um die Teile
des Systems zu bezeichnen, die den Lautsprechern auf der Vorderseite bzw. auf der Rückseite entsprechen. Die
Buchstaben L und R werden im Zusammenhang mit Ziffern verwendet, um die Teile zu bezeichnen, die den
Lautsprechern auf der linken bzw. rechten Seite entsprechen. Die zwei Übertragungswege, auf denen die
Tonsignale übertragen werden, sind dargestellt durch die Buchstaben A und S. wobei nochmals betont wird,
daß solche Übertragungswege Aufzeichnungsmedien enthalten können und häufig auch enthalten werden.
In F i g. 1 sind vier Mikrophone 12L. HF, HR und 12.V
schematiscli dargestellt, die so angeordnet sind, daß sie
akustische Energie empfangen, die aus irgendeiner Richtung rund um die Mikrophone her stammt. Jedes
der Mikrophone 12 kann als eine richtungsabhängige Einrichtung betrachtet werden, die in der Lage ist,
Schall aus irgendeiner Richtung innerhalb eines Bogens von 90° zu empfangen, so daß die vier Mikrophone
durch ihre Anordnung einen vollen Kreis überdecken können. Der Aufnahmebereich jedes der Mikrophone
ίο 12 kann durch die gestrichelten Linien 13F, 13/?, 13X,
13L dargestellt werden. Praktisch überlappen die Aufnahmebereiche der betreffenden Mikrophone einander
(was erforderlich ist, um Klangquellen zwischen nebeneinanderliegenden Lautsprechern zu lokalisieren)
oder enthalten Bereiche von relativ schwachem Empfang: die Betrachtung dieser vereinfachten Situation
dient zur verständlichen Darstellung der Prinzipien, durch welche die Erfindung tatsächlich vier Tonsignale
auf nur zwei Übertragungswegen übertragen kann.
In Fig. 1 sind vier Lautsprecher 14F, 14/?. 14A- und
14L dargestellt. Diese Lautsprecher sind rund um den Standort eines Zuhörers dargestellt (wiedergegeben
durch einen Stuhl 16). Wenn die elektrischen Ausgänge der Mikrophone UF. 12/?, HX und 12L (durch
irgendeine herkömmliche Technik) auf vier Kanälen direkt an die entsprechenden Lautsprecher 14F, 14/?.
14X und 14/, übertragen werden, werden die Lautsprecher
die gerichtete Toninformation wiedergeben, die durch die Mikrophone empfangen worden ist. Auf diese
Art ist es möglich, eine virtuelle Tonquelle in irgendeinem Quadranten des Kreises rund um den
Standort 16 des Zuhörers zu lokalisieren. Diese Möglichkeit. Klänge hinter oder an den betreffenden
Seiten eines Zuhörers zu lokalisieren, ist die prinzipielle Art und Weise, durch welche sich ein Quadrantenkiangsystem
(Quadrasonic) von den herkömmlichen binauralen stereophonen Systemen unterscheidet.
Wie bereits oben erw ahnt, ist es aufgrund praktischer
Überlegungen nicht in allen Fällen durchführbar, die
Tonsignale direkt von den Mikrophonen 12 ?u den entsprechenden Lautsprechern 14 zu übertragen.
Wegen der großen Anzahl von binauralen stereophonischen Systemen, die gegenwärtig noch in Gebrauch
sind, ist es äußerst wünschenswert, diese vier deutlich
unterschiedenen Tonsignale zu den vier Lautsprechern unter Verwendung von nur zwei herkömmlichen
Kanälen oder Übertragungswegen zu übertragen, wie
sie in F i g. 1 durch .4 und Bbezeichnet sind.
Der Codierer 18 in der Aufzeichnung1»- oder
Übertragungsstation kombiniert die Signale von den vier Mikrophonen in zwei getrennte Tonsignale, welche
durch die getrennten Übertragungswege A und E übertragen werden können. Wenn beispielsweise eine
stereophone Schallplatte hergestellt werden soll, würde
der Codierer 18 dazu verwendet werden, die zwei Signale zu erzeugen, welche in einer Standard
45° χ 45C -Schallplattenrille aufgezeichnet werden können. Im Falle einer Live-Rundfunkübertragung odet
einer anderen direkten Übertragung würde der
Codierer 18 dazu verwendet die A- und ß-Signale zt
erzeugen, welche letztlich durch Rundfunk oder anders
Weise übertragen würden.
Der Codierer dient dazu, jedes der v.er Eingangssignal m einen oder beide der zwei Kanäle A und B mi
f>5 einer Amplitude und Polarität einzuspeisen, welche di«
relative Amplitude dieses Signals an den verschiedene! Lautsprechern und damit die tatsächliche Lokalisierunj
der Klangquelle relativ zum Zuhörer bestimmt. Ii
diesem Sinne wird auch die gerichtete Information codiert. In der bevorzugten Ausführung enthält das
Tonsignal im Übertragungsweg A die Summe des Ausganges von Mikrophon \2L und der Ausgänge von
den Mikrophonen 12Fund \2X, mit der Amplitude der s F- und X-Signale, die (vermindert in ihrer Amplitude)
um eine vorgewählte Konstante von beispielsweise 0,707 herabgesetzt sind. Das Tonsignal, bezogen auf den
Übertragungsweg B, enthält den Ausgang von Mikrophon 12/? plus einem Signal, das der Differenz zwischen
dem vorderen und rückwärtigen Signalen entspricht, also vorzugsweise ebenfalls durch dieselbe vorgewählte
Konstante von beispielsweise 0,707 geschwächt ist.
An der Wiedergabe- oder Empfangsstelle empfängt ein Decoder 20 die A- und ß-Signale und koppelt diese is
Signale in vorbestimmte Kombinationen an die Lautsprecher 14F, 14/?, 14X und 14L Wie in Fig. 1
dargestellt, ist das Signal, das dem Lautsprecher 14A.
zugeführt ist, allein das /4-Signal. Die Summe der A- und
ß-Signale wird dem Frontlautsprecher 14F zugeführt, nachdem sie um einen Faktor von 0,707 geschwächt
sind. Das ß-Signal wird allein dem rechten Lautsprecher 14/? zugeführt, und ein Signal, das aus der Differenz der
Tonsignale A und B gebildet ist. wird dem rückwärtigen
Lautsprecher 14Λ" zugeführt, nachdem es ebenfalls um 2s
einen Faktor 0.707 geschwächt ist. Diese Kombination der vier Signale erlaubt (vorzugsweise mit der
angeführten Verstärkungsregelung) eine Lokalisation einer virtuellen Tonquelle an irgendeiner der vier
Lautsprecher 14 (oder an irgendeinem Punkt auf einem ;,o Kreis, der durch die Lautsprecher bestimmt ist).
Die Theorie der Wirkungsweise des Systems, das in Fig. 1 erläutert ist. wird nun hinsichtlich der Diagramme
in den Fig. 2A. 2B, 2C und 2D erläutert. Im folgenden werden die Buchstaben F, R. X und L n_ir 3s
dazu verwendet, um die entsprechenden Ausgangssignale der M:krophone !2F, 12R. 12Λ und 12/.
wiederzugeben.
Betrachtet werden nun die relativen Amplituden der betreffenden Mikrophonausgänge F. R. X und L an die
Übertragungswege A und B. wie sie in Fig. 1 dargestellt
sind. Unter der Annahme, daß eine Tonquelle direkt gegenüber dem Mikrophon 12F liegt, besitzt das
Tonsignal Feinen relativen Wert von »1«, während die L-. X- und R-Signale »0« sind. Mit den Vcrstärkungskritenen.
wie sie in F i g. 1 festgesetzt sind, wird das Signal an den Übertragungsweg ,4 = 0.707 F sein. Das Signal
an dem Kanal B wird ebenso 0.707 Fsein. Entsprechend wird das Signal
(0.707^4 + B]).
das mit dem Lautsprecher 14F gekoppelt ist. gleich F sein: das Signal A, das mit dem Lautsprecher 14L
gekoppelt ist, wird gleich 0,707 Fsein; das Signal B. das
mit dem Lautsprecher 14/? gekoppelt ist. wird gleich 0.707Fsein; und das Signal "
(0.707 [A - B]).
das mit dem Lautsprecher 14X gekoppelt ist wird gleich
»0« sein. Dies bedeutet, daß die Tonleistungsabgaben der linken und rechten Lautsprecher 14L und 14/?
(proportional /0,707FT2) drei Dezibel unter dem Betrag
liegen, der durch den Frontlautsprecher 14F(proportional P) erzeugt wird, während keine Tonenergie von
dem Lautsprecher HX ausgestrahlt wird. Als Ergebnis fts
hat ein Zuhörer, der sich am Standpunkt 16 befindet den Eindruck, die scheinbare Lokalisierung der Tonquelle
hefände sich am Lautsprecher 14F.
Fig. 2B stellt ein ähnliches Diagramm für den Fall
dar, daß die Tonquelle direkt rechts liegt, so daß nur das Mikrophon 12/? ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt. In diesem Falle ist das Signal auf dem
Übertragungsweg B gleich /?, während auf dem Übertragungsweg A kein Signal vorhanden ist. Folglich
ist das Signal am Lautsprecher 14/? gleich R, die Signale, die mit den benachbarten auf der Vorder- und Rückseite
liegenden Lautsprechern 14Fund 14X gekoppelt sind, besitzen eine relative Amplitude von 0,707 /?(so daß die
Tonabgabe 3 db darunterliegt) und am Lautsprecher 14L wird kein Ton erzeugt.
Wenn die Tonquelle hinten liegt, so daß nur das Mikrophon 14Xein Signal aufnimmt, wie schematisch in
Fig.2C dargestellt ist, werden die Signale in beiden
Übertragungswegen A und B gleich 0,707 Xsein. Jedoch
ist die Polarität der zwei Signale entgegengesetzt. Das /4-Signal kann dann als +0,707 X und das ß-Signal als
— 0,707 X angesehen werden. Als Resultat wird das A + ß-Signal, das dem Lautsprecher 14F zugeführt ist,
gleich »0« sein und das A — ß-Signal an dem rückwärtigen Lautsprecher 14A" (vermindert um 0,707)
gleich λ* sein. Die Signale, die den benachbarten linken und rechten Lautsprechern 14/, und 14/? zugeführt sind,
werden gleich 0,707 X sein (d. h. der Tonausgang liegt
3 db darunter) und entgegengesetzte Polarität haben; die virtuelle Tonquelle wird in diesem Beispiel scheinbar
bei dem rückwärtigen Lautsprecher 14Xsein.
Wenn die Quelle nur auf das linke Mikrophon 12i.
wirkt, wie in F i g. 2D dargestellt, wird aufgrund derselben Logik die Tonquelle bei dem linken
Lautsprecher 14L lokalisiert sein, wobei dann der Ton von dem benachbarten frontseitigen und rückseitigen
Lautsprechern 14F und 14A" 3 db darunterliegt (und
entgegengesetzte Polarität aufweist) und an dem rechten Lautsprecher 14/? kein Signal anlegt.
Durch eine ähnliche Analyse kann gezeigt werden daß eine Tonquelle an irgendeinem Punkt auf dem
Umfang eines Kreises rings um den Zuhörer lokalisier! sein kann, wobei tatsächlich ein Ton »0« an der Stelle
erzeugt ist; die gegenüber der gewünschten Quellenlokalisierung liegt. Der Umstand, daß zwei Lautsprecher
nur solche Töne abstrahlen, die von einem Lautsprechei
zwischen diesen zwei Lautsprechern herzukommer scheinen, trägt zur Erzeugung dieses Richtungseffekte!
bei.
Offensichtlich können die Lautsprecher auch au!
andere Art angeordnet sein (beispielsweise zwe Frontlauisprecher und zwei rückwärtige Lautsprecher)
um dieselben oder ähnliche Effekte hervorzurufen.
Es kann eine beliebige Zahl von Mikrophoner verwendet werden, wobei auch nur die Verwendung
eines einzigen möglich ist um den gewünschten Effek zu erreichen. Wenn beispielsweise der Ausgang eine
einzelnen Mikrophons direkt mit einem Kanal A odei einem Kanal B gekoppelt ist würde an den Lautspre
ehern 14Fbzw. 14/? ein Ausgangstonsignal erscheinen
Wenn ein Signal von gleicher Amplitude und Polaritä von einem einzelnen Mikrophon an die A- und ß-Kanäli
gekoppelt wird, würde die Klangquelle an dei Lautsprecher 14F lokalisiert sein. Wenn Tonsignal»
gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität ai
die Kanäle A und B gegeben werden, würde di< Tonquelle an dem rückwärtigen Lautsprecher \4)
lokalisiert sein. Wenn ein fortlaufender Oberganj zwischen diesen Zuständen geschaffen wird, würde siel
der Effekt einer bewegenden Tonquelie ergeben.
Drei-Lautsprecher-Sysiem verwendet werden. Die zwei Lautsprecher 14L und 14/? werden dann vor (rechts und
links) dem Zuhörer postiert und ein dritter Lautsprecher 14AThinter dem Zuhöi er. Das Signal im Kanal A ist dann
gleich
L - 0,5 R + 0,5 X
und das Signal in dem Kanal B gleich R-0,5 L + 0,5 X.
Die A-und ß-Signale werden direkt mit dem linken bzw.
rechten Lautsprecher gekoppelt, wobei die Summe der Λ-und ß-Signale mit dem rückwärtigen Lautsprecher X
so gekoppelt ist, daß eine teilweise Löschung der R- und L-Signale an dem rückwärtigen Lautsprecher vorkommen
wird, wodurch dann tatsächlich die X-Kanaltonquelle an dem rückwärtigen Lautsprecher lokalisiert ist.
Das Übertragungssystem kann auch dazu verwendet werden, nur zwei Signale (z. B. L + 0,707 X und
R — 0,707 A^ auf jedem der Übertragungswege A und B
zu kombinieren, so daß, wenn die Amplituden der entsprechenden Signale unter entsprechender Berücksichtigung
der Polarität (z. B. A, B und 0,707 [A - B]) kombiniert sind, ein gewünschter Mikrophonausgang an
einem korrespondierenden Lautsprecher überwiegen wird. In diesem Fall wird das rückwärtige Signal in allen
drei Lautsprechern erscheinen, und zwar mit entgegengesetzter Polarität an den rechten und linken Lautsprechern
14L und 14/?. Dies wird nicht den gewünschten Richtungseffekt unterbinden, da die kombinierten
Ausgänge der zwei Lautsprecher, die durch unterschiedliche Phasenspannungen gespeist sind, in einer virtuellen
Klangquelle ohne eine definierte Lokalisation resultieren. Im Falle eines Λ'-Signals allein kann die
Quelle an dem rückwärtigen Lautsprecher 14Λ" lokalisiert werden.
In Fig. 3 sind spezifische Einzelheiten der Codiereranordnung
dargestellt. Das Eingangssignal vom Mikrophon 12/. wird über einen ersten Widerstand 50 an den
invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 52 angelegt. Ähnlich wird das Eingangssignal vom
Mikrophon 12/? über einen zweiten Widerstand 54 an den invertierenden Eingang eines /weiten Operationsverstärkers
56 angelegt. Das Eingangssignal vom Mikrophon 12Fwird entsprechend an den invertierenden
Eingang der beiden Operationsverstärker 52 und 56 über Widerstände 66 bzw. 68 angelegt.
Das Eingangssignal von dem Mikrophon \2X wird
über einen Widerstand 70 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 52 angelegt und
über einen Widerstand 72 an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 56.
Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, daß das Eingangssignal vom Mikrophon i2X an den Kanälen A
und B mit entgegengesetzter Polarität und gleicher Amplitude anliegt- Der Kanal A wird über einen kleinen
Widerstand 58 an dem Ausgang des Operationsverstärkers 52 empfangen, und der Kanal B wird über einen
ähnlichen Widerstand 60 an dem Ausgang des Operationsverstärkers 56 empfangen. Beide Operationsverstärker
52 und 56 sind mit ohmschen Rückkopplungsschleifen versehen, die ihre Ausgangsklemmen mit
ihren Eingangsklemmen verbinden. Diese Rückkopplungswege enthalten Widerstände 62 bzw. 64.
Die Operationsverstärker, die in dem Codierer verwendet sind, sind bekannte Einrichtungen. Jeder
enthält invertierende und nichtinveitierende Eingänge
und einen Rückkopplungswiderstand wie beschrieben.
Die Signalpegel an den invertierenden Eingängen sind unabhängig von den Widerständen in den anderen
invertierenden Eingängen, jedes Signal erscheint an dem Ausgang mit einer Amplitude, die gleich der des
s Eingangspegels ist mal dem Verhältnis der Rückkopplungswiderstände
(z. B. 62) zu dem Eingangswiderstand (z. B. 70), (wobei angenommen ist, daß die Quelle
niederohmig ist). Es ist ein kompensierender Widerstand 86 am nichtinvertierenden Eingang vorgesehen,
ι ο um für das genaue gewünschte Amplitudenverhältnis zu
sorgen.
Die relativen Amplituden der vier Eingangssignale von den Mikrophonen 12F112/?, \2L und 12Xsind durch
Auswahl der Widerstandswerte in der Schaltung
is eingestellt. Der Pegel, mit dem das Signal vom
Mikrophon \2X an den Kanal angelegt wird, ist durch das Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstandes
62 zu dem Widerstandswert des Widerstandes 70 bestimmt. Der Pegel, mit dem das Signal vom
Mikrophon 12Xanden Kanal ß angelegt wird, ist durch die Verhältnisse der Widerstandswerte der Widerstände
68,54,72, Ϊ6 und 64 bestimmt.
In einer bevorzugten, oben erklärten Ausführungsform der Erfindung ist der Pegel, mit dem die Signale
2s von den Mikrophonen 12Fund 12A"an die Kanäle A und
B angelegt werden (relativ zur Verstärkung der R- und L-Signale), um einen Faktor von etwa 0,707 verringert.
Zusätzlich kann es wünschenswert sein, den Frequenzgang der Signale vom Mikrophon 12Xaus den im
ίο folgenden beschriebenen Grunden zu beschränken. Dies
kann durch Schließen der Schalter 74 und 76 durchgeführt werden, die in der Schaltung untergebracht
sind, parallel zu den Widerständen 70 und 72 und in Serie zu den Reihenschaltungen aus einer Kapazität
78 mit einem Widerstand 82 bzw. einer Kapazität 80 mit einem Widerstand 84 liegen. Der nichtinvertierende
Eingang des Operationsverstärkers 56 ist über einen Widerstand 86 mit Erde verbunden, und der nichtinvertierende
Eingang des Operationsverstärkers 52 ist geerdet. Die Reihenschaltung der Kapazität 80 und des
Widerstandes 84 und die Reihenschaltung der Kapazität 78 und des Widerstandes 82 können so ausgewählt sein,
um in dem rückwärtigen Kanal die hochfrequenten Signalanteile anzuheben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Werte der Kapazitäten 74 und 76 und
die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84 so ausgewählt, daß die Komponenten des Signals in dem
rückwärtigen Kanal mit emer Frequenz über 3000 Hz annähernd um 6 db gegenüber den Komponenten unter
3000 Hz hervorgehoben sind. Die Vorverzerrung, die durch das Schließen der Schalter 74 und 76 erreicht
wird, wird auf der Wiedergabeseite des System« umgekehrt, nachdem das Signal, das an den Lautspre
eher 14A" angelegt worden ist, von den codierter
Signalen A und B abgeleitet worden ist Diess Vorverzerrung und Nachentzerrung dient dazu, di«
Übertragung von dem linken und rechten Kanal in der rückwärtigen Ausgangskanal so gering wie möglich zi
machen.
F i g. 4 stellt eine einfache Decodierungsschaltung zui
Verwendung in Verbindung mit dem System gemäl F i g. 1 dar. Das Signal in dem Kanal A wird direkt ai
den Lautsprecher 14L angelegt, und das Signal in den
Kanal B wird direkt an den Lautsprecher 14/? angelegi
Das Signal für den Lautsprecher 14Fwird durch Bildei
der Summe der Signale in den Kanälen A und i abgeleitet und gleichphasig und mit einer gewähltei
relativen Verminderung der Amplitude addiert. Das Signal, das mit dem Lautsprecher \4X gekoppelt ist,
wird von der Differenz der Signale in den Signalkanälen A und B abgeleitet, wobei bei gleichen Amplituden eine
gewählte relative Verminderung der Amplitude vorgenommen wird. Im einzelnen wird in dem Schaltkreis
gemäß Fig.4 das Signal in dem Kanal A an die Primärwicklung 88 eines ersten Übertragers und das
codierte Signal in dem Kanal B wird an die Primärwicklung 92 eines zweiten Übertragers angelegt.
Das Signal für den Lautsprecher 14Z, geht über die Primärwicklung 88, während der Lautsprecher 14Ä
direkt an die Primärwicklung 92 angeschlossen ist. Beide Transformatoren sind mit ersten und zweiten Sekundärwicklungen
versehen; der erste Transformator besitzt die Sekundärwicklung 96 und 98 und der zweite
Transformator die Sekundärwicklungen 100 und 102. Das Signal für den Lautsprecher 14F wird über die
Sekundärwicklungen 96 und 100 abgenommen, die zusammen — wie dargestellt — in Serie liegen. Das
Signal für den Lautsprecher 14X wird über die
Sekundärwicklung 98 und 102 abgenommen, die miteinander in Serienopposition verbunden sind, so daß
dies die Differenz zwischen den Signalen in den Kanälen A und B gleichsetzt. Das Windungsverhältnis zwischen
den Primär- und Sekundärwicklungen ist so gewählt, daß die Spannung an jeder der vier Sekundärwicklungen
0,7O7mal der Spannung an der Primärwicklung sein wird. Wenn eine Vorverzerrung in dem rückwärtigen
oder dem X-Kanal im Codierer verwendet ist, wird in dem entsprechenden X-Kanal des Decodierers eine
Entzerrung verwendet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein einfacher Schaltkreis verwendet ist, der
ähnlich funktioniert, wie der in F i g. 2 durch das Schließen der Schalter 74 und 76 eingeführte, allerdings
mit gegenteiligem Effekt. Irgendeine solcher bekannter Schaltungen kann verwendet werden.
Die Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den F ι g. 1 bis 4 beschrieben ist, stellt eine relativ einfache
Einrichtung dar, welche infolge der Wahl der Amplitudenverhältnisse eine Drei-Dezibel-Trennung zwischen
benachbarten Lautsprechern und eine vollständige Trennung zwischen gegenüberliegenden Lautsprechern
ergibt. Es ist möglich, den Decodierer vor oder hinter Leistungsverstärkern unterzubringen. Im letzteren Fall
sind nur zwei Leistungsverstärker für alle vier Kanäle erforderlich, was bedeutet, daß bereits bestehende
Stereosysteme durch Hinzufügen des Decodierers und der zwei Lautsprecher auf der Empfangs- oder
Wiedergabeseite ergänzt werden können.
Die Drei-Dezibel-Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern, die bei einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung vorgesehen ist, sorgt für das gewünschte Ergebnis, d.h. eine Lokalisierung einer virtuellen
Klangquelle an irgendeiner Stelle auf einem Kreis um den Zuhörer herum. Um den Effekt noch weiter zu
erhöhen, kann es wünschenswert sein, die Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern über 3 db hinaus
zu vergrößern. Dies kann auf zahlreiche Arten erreicht werden, von denen einige besonders nützlich in
Verbindung mit der Erfindung sind und als eine Verbesserung gegenüber dem Grundsystem der F i g. 1
betrachtet werden können. Vier solcher Verbesserungen werden unten hinsichtlich der F i g. 5. 6. 7. 8 und 9
beschrieben.
F i g. 5 stellt ein Blockdiagramm einer vereinfachten Form eines Verstärkungsregelkreises dar, welcher die
Verstärkung eines Paares von »diagonal« gegenüberliegenden Kanälen (z. B. links/rechts) bezüglich dei
anderen diagonal gegenüberliegenden Kanäle variiert Im folgenden sind mit Diagonalkanälen die kombinierten
linken und rechten Kanäle oder die kombinierter vorder- und rückseitigen Kanäle gemeint, wie sie
hinsichtlich der F i g. 1 definiert sind.
Da gemäß der Erfindung ein Eingangssignal vor irgendeinem Mikrophon in drei benachbarten Lautsprecherkanälen
mit maximaler Verstärkung in dem
ίο Lautsprecherkanal erscheinen wird, der dem Mikrophon
entspricht, kann der Richtungseffekt durch Vermindern der Verstärkung für die zwei Lautsprechei
auf beiden Seiten des gewünschten Lautsprechers vergrößert werden. In dem System gemäß der Fig. 1
is müssen diese zwei Lautsprecher immer entweder die
vorder- oder rückseitigen Lautsprecher 14F und 14Λ oder die linken und rechten Lautsprecher 14Z- und 14/i
sein, d. h. die Lautsprecher der diagonalen Kanalpaare Wo der absolute Wert des Α-Signals gleich derr
absoluten Wert des ß-Signals ist (d. h. die Wellenformer sind identisch, abgesehen von einer möglichen entge
gengesetzttn Polarität), kann daher beobachtet werden daß die Klangquelle entweder an dem Frontlautsprecher
oder an dem rückwärtigen Lautsprecher lokalisier ist. Wenn dann diese Bedingung existiert, ist e;
wünschenswert, daß die Verstärkung der A + B (frontseitig) und der A - B- (rückseitig) -Kanäle eir
Maximum ist relativ zu der Verstärkung der A- (linken und B- (rechten) -Kanäle. Wenn eines der beider
Kanalsignale A oder B »0« ist oder die Wellenformen ir A und B nicht zusammenhängend sind, würde di<
Klangquelle an den linken oder rechten Lautspreche lokalisiert sein; in diesem Falle würde die Verstärkun;
der A + B- und der A - fl-Kanäle ein Minimum seil
relativ zu der Verstärkung der 4-und ß-Kanäle.
Die Trennung zwischen den Ausgangskanälen de F i g. 1 (und damit der Richtungscharakteristik de
Tonabgabe) kann, wie im folgenden ausgeführt wird verbessert werden durch gleichzeitiges Ändern de
Verstärkung in jedem Paar der zwei diagonalen Kanäle und zwar abwechslungsweisc. um die Verstärkung ii
jedem der Einzclkanäle zu steuern. Es ist dahe notwendig, daß die Zunahme der Verstärkung in einen
Paar von Diagonalkanälen gleichzeitig mit eine Verringerung der Verstärkung der anderen Diagonalka
nale erfolgt. Andererseits würde ein Anwachsen in de
Verstärkung, um beispielsweise die Richtungscharaktc nstik eines Signals zu vergrößern, in einer Lautstärke
änderung als Funkiion der Richtung resultieren. Win
so gleichzeitig die Verstärkung in einem Paar de Diagonalkanäle vermindert, während die Verstärkunj
in den anderen Diagonalkanälen zunimmt, so ist e möglich, die Gesamtleistung an den Lautsprechen
konstant zu halten: eine Trennung zwischen benachbar ten Lautsprechern kann ohne Ändern der gesamtei
Lautstärke eines Systems verbessert werden. Diesi Funktionen werden durch die in Fig. 5 dargestelltei
Systeme verwirklicht.
In F i g. 5 ist der Decodierausgang auf der linken Sein
dargestellt. Die vier Signale A, B. 0,707 (A + B) un<
0,707 (A - B) sind durch Verstärker 110L. 110Ä. 11Oi
und 110Λ mit veränderbarer Verstärkung gekoppelt, dii
die Signale für die vier Lautsprecher erzeugen. Die A
und ß-Kanäle sind also direkt über Hochpaßfilter 112/
und 112ß mit den Absolutwertkreisen H4A und 114J
gekoppelt Die Absolut» ertkreise 114 können Zwei weggleichrichter enthalten, deren Ausgänge dieselbi
Polarität haben. Diese Signale, die die Absolutwerte de
A- und 5-Signale darstellen, werden in logarithmische
Verstärker 116^4 und 1165 eingespeist, die für
Ausgangsspannungen sorgen, die dem Logarithmus der angelegten Eingangsspannung gleich sind. Die Ausgänge
dieser Verstärker 116Λ 1165 sind mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers 118 gekoppelt, welcher die zwei
Signale subtrahiert, wodurch ein Ausgangssignal
log |Λ| - log \B\ (d. h. log |A/5|)
entsteht Dieses Signal wird dann über einen anderen Absolutwertkreis 120 und ein den Mittelwert bildendes
Netzwerk 122 (ein integrierender Schaltkreis) an einen Verstärkungsregelungsgenerator 123 geliefert, welcher
die Verstärkung von den zwei Paaren der Verstärker HOi, HOÄund UOF, UOX als Funktion des Ausganges
des Verstärkers 118 steuert.
Wenn die Absolutwerte der A- und 5-SignaIe gleich
sind, wird, wie oben bereits ausgeführt, die Verstärkung der Verstärker HOF und HOX ein Maximum und die
Verstärkung der Verstärker HOL und WOR ein Minimum. Unter dieser Bedingung wird dann der
Ausgang von dem Operationsverstärker 118 gleich »0« und die Verstärkung der Verstärker ItOFund HOX ein
Maximum (d. h. »1«), während die Verstärkung der Verstärker Π0Ζ. und HOR ein Minimum ist (d. h. »0«).
Im anderen Extremfall, wo jedes der beiden Signale B oder A gleich »0« ist oder die Wellenformen in A und B
nicht korreliert sind, wird der Ausgang des Verstärkers 118 ein Maximum sein (theoretisch unendlich, aber in
der Praxis auf einen bestimmten Wert begrenzt, beispielsweise 9 Volt). Diese maximale Spannung ruft
der Verstärkungsregelungsgenerator 123 hervor, der für Ausgangsspannungen sorgt, die die Verstärkung der
Verstärker HOL und HOR auf ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker HOF und 110Λ' auf ein
Minimum bringen.
Um Verhältnisse zwischen diesen oben beschriebenen Extremfällen zu erhalten, werden die Verstärkungen
der entsprechenden Paare von Verstärkern HO durch den Generator 123 geregelt. Mathematisch kann
gezeigt werden, daß sich die Kurve der erforderlichen Verstärkung als eine Funktion des log A - log B (der
Ausgangsspannung am Verstärker 118) einer Quadratwurzelkurve
annähert, so daß sich eine konstante gesamte akustische Ausgangsleistung ergibt, wobei die
Verstärkungen in den entsprechenden Diagonalkanälen gleich sind (beispielsweise bei 0,707). wenn das
Verhältnis von A zu S(oder Szu ^ungefähr 2,4 ist. Die
folgenden Gleichungen können dazu verwendet werden, um die Verstärkungsregelungsspannungen V,_« und
Vη vom Generator 123 zu bestimmen.
VFy == K
J log-dd«.
fto
t- 7
worin Γ die Zeitkonstante der den Durchschnittswert
bildenden Schaltung 122 und K eine Konstante ist. fts
Der Zweck der Hochpaßfilter 112.4 und 1125besteht
darin, den Durchgang von Niederfrequenzsignalen zu verhindern, die andererseits an den Eingängen zu den
veränderbaren Verstärkern 110 erscheinen können um die Verstärkereingänge modulieren können. Die einer
Durchschnittswert bildende Schaltung 122 spricht au Änderungen im Ausgang des Verstärkers schnell an, se
daß das Ohr noch keine Notiz von der Verzögerung nimmt, aber nicht so schnell, wie die Welle, die der
Verstärker 110 passiert. Beispielsweise wurden 20 msec
für praktische Zwecke als ausreichend befunden.
Um die Wirkungsweise des Verstärkungsregelungs kreises des Decodierers (gemäß F i g. 5) zu stabilisieren
ist es wünschenswert, die A- und 5-Signale an
Codiererausgang (oder die rechten und linken Eingänge an den Codierer) etwas zu mischen, um die Abweichun
gen des A-5-SignaIVerhältnisses möglichst gering zi
halten. Um umgekehrt zu verhindern, daß dei Logarithmus dieses Verhältnisses zu »0« wird, können
konstante Phasendifferenzen zwischen den entsprechenden vorderseitigen (rückseitigen) Signalen eingeführt
werden, die an den A- und B-Kanälen an dem
Codierer gebraucht sind. Hierdurch wird erreicht, die Verstärkungsregelungswirkung auf einen relativ niedrigen
Bereicn zu beschränken, so daß die Verstärkungsregelungswirkung an den Lautsprechern nicht hörbar
werden kann. Eine solche Mischung kann in Verhältnissen vorgenommen werden, die das gewünschte
Ergebnis ohne tatsächliche Verschlechterung der Toncharakteristik erreichen. Wo eine extreme Kanaltrennung
erforderlich ist, kann dieses Verfahren niehl verwendet werden.
Wie schon vorher bemerkt, gibt es sehr viel
verschiedene Wege, um die Verstärkung in den entsprechenden Kanälen zu steuern und die gewünschte
Richtungsvergrößerung an den Lautsprechern vorzusehen. Die Ausführung, die in Fig. 5 dargestellt und
beschrieben ist, stellt einen relativ wohlfeilen Weg dar die gewünschte Verstärkungsregelung der entsprechen
den Lautsprecherpaare vorzusehen. Eine Äquivalenzschaltung kann die Logarithmen von A und B und die
Logarithmen von A und - B vergleichen, der
Absolutwert dieser zwei Signale bilden, sie auf einen Mittelwert bringen und den kombinierten Wert als ein
Kontrollsignal für die Verstärkungsregelung zu benutzen. Diese Äquivalenzschaltung wird dieselben Resultate
bringen, aber wahrscheinlich mehr Einzelteile erfordern und daher teuerer sein.
Natürlich ist es nicht notwendig, die Verstärkung der
diagonalen Kanäle laufend zu regeln, um die Richtcharakteristiken am Tonausgang zu verbessern. Verschiedene
bekannte Mittel können in jedem der Ausgangskanäle (A, B. A + 5 und A - B) vorgesehen sein, um die
Verstärkung des Signals zu vergrößern oder zu vermindern, abhängig von dem Verhältnis zu dem
vorher ausgewählten Pegel. Beispielsweise ist in F i g. fc eine Schaltung dargestellt, die in jedem der vier
Ausgangskanäle untergebracht sein kann, um die Verstärkung dieser Kanäle unabhängig zu regeln. Er
enthält eine in Serie geschaltete Einrichtung 124, die einen hohen negativen Wärmewiderstandskoeffizicnicn
besitzt, und eine Einrichtung 125 mit einem hohen positiven Wärmewiderstandskoeffizienten, der quer zu
dem Kanai liegt. Wenn das Signal von dem Dccodierei über einen Wert anwäschst, der normalerweise für eine
Verstärkung »1« ausgewählt ist. bewirkt der resultierende Temperaturanstieg der Einrichtungen 124 und 125
einen gleichzeitigen Abfall in dem Widerstandswert der Einrichtung 124 und ein Ansteigen in dem Widerstandswert
der Einrichtung 125. Diese Impedanzänderung bewirkt ein Ansteigen des Signals am Kanalausgang,
Auf ähnliche Weise werden reduzierte Eingangssignale ^nehmend stärker abgeschwächt wenn das Signal
(xenüber dem gewählten Nennwert abnimmt Auf fese Weise werden die Kanä.e, welche das vorherrschende
Signal übertragen, mit einem Anstieg in der Verstärkung relativ zu den anderen Kanälen versorgt.
Hierdurch werden die gewünschten Signale vergrößert, Shrend die benachbarten Kanalsignale abgeschwächt
ζηά dadurch die Trennung zwischen den benachbarten
Kanälen verbessert wird.
Beispielsweise kann die Einrichtung 124 ein Halbleiterelement enthalten und die Vorrichtung 125 eine
«wohnliche Glühlampe sein. Wenn gewünscht kann l\n Kondensator in Serie zu der parallelen Einrichtung
O5 Hegen so daß die Verstärkungsregelung allgemein
nur für die hohen Frequenzkomponenten sorgt, yihlreiche andere bekannte Einrichtungen können
Stelle der Einrichtungen 124 und 125 verwendet
werden In den F i g. 7 und 8 sind weitere AusführungsheisDiele
eines Verstärkungsregelungssystems dargestellt das die Grundprinzipien der Erfindung anwendet,
wobei Infraschall-Steuertöne auf die A- und ß-Kanäle ;.im Zwecke der Steuerung der Verstärkung der zwei
Paare von Diagonalkanälen von dem Decodierer 20 eineeorägt werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Ausführungsbeispiele in den F i g. 7 und 8 kann auf die entsprechenden Teile der F i g. 1 verwiesen werden,
wo die Mikrophone 12, die Lautsprecher 14, der Codierer 18 und der Decodierer 20 dieselben Funktionen
erfüllen; sie brauchen daher im folgenden nicht weiter beschrieben werden. Ebenso können Ultraschall
oder andere Töne verwendet werden.
Um das Verständnis dieses Ausführungsbeispieles zu „läutern ist es zweckmäßig, sich auf Leistungsverhaltnsse
zu'beziehen. Die Leistung, welche von einem vorgegebenen Signal abgeleitet werden kann, ist direkt
proportional dem Quadrat des Spannungspegels dieses
IO
IS
20
2S
S.
In Fig.7 ist eine Signalspeicherungsanordnung
dargestellt Die Ausgänge der vorderseitigen und rückseitigen Mikrophone 12Fund 12Λ" werden abgetastet
und einer Addierschaitung 130 zugeführt, während eine ähnliche Addierschaltung 131 die Ausgangssignale
von den Mikrophonen 12JL und 12/? summiert. Diese zwei Addierschaltungen sind Einrichtungen, welche
Ausgangsspannungen erzeugen, die direkt proportional der gesamten Leistung sind, die von den verwendeten
Eingangsspannungen abgeleitet werden kann. Ihre Ausgangspannungen werden dann in einer Addierschaltung
132 summiert, deren Ausgang dann proportional der gesamten Leistung an den vier Eingangskanälen ist.
Der Ausgang der Addierschaltung 130 wird dann mit -'--' j3^ gekoppelt, welche eine
hnet cie ihrerseits bewirkt, daß A- und ß-Modula-SS
IM und 138 einen 20 11. (oder einen anderen
niederfrequenz) Ton vom Oszillator 140 modul.eren
Se VerhIknisscUung 134 kann be-sp.e'sweisc anc
arnßeroder kleiner als »1« ist
Die Modulatoren 136 und 138 modulieren den 20-Hz-Ton vom Oszillator 140 in der Amplitude,
bezogen auf einen vorher ausgewählten Pegel, der abhängig ist von der Größe und der Polarität der
angelegten Steuerspannung von der Verhältnisschaltung 134. Wenn der Modulator 136 einen Ton mit
ansteigender Amplitude liefert dann wird der ß-Modulator
138 entsprechend einen Ton mit abfallender Amplitude liefern. Diese modulierten Töne werden
dann an den A- und ß-Ausgängen des Codierers 18 addiert um Signale zu liefern, die über den Zwe-Kanalübertragungsweg
übertragen werden und die in diesem speziellen Ausführungsbeispiel mit A'und ß'bczeichnet
Der Empfängerteil des Systems ist in Fig.8 dargestellt Zwei Hochpaßfilter 142 und 144 sind dazu
verwendet, um die Steuertöne von den A- und ß-Tonsignalen an den A'- und ß'-Kanälen zu trennen.
Diese A- und ß-Signale von den Filtern 142 und 144 sind
mit dem Codierer 20 gekoppelt um die vier Ausgangskanäle zu versorgen, wie bereits oben in
Verbindung mit F i g. 1 beschrieben worden ist
Die Steuertöne von den Filtern 142 und 144 sind an einen Verstärkungsregelungsgenerator 146 gekoppelt,
der die variable Verstärkung der Verstärker 148R, 148F, 148L und 148X regelt, um die Verstärkung eines Paares
der Diagonalkanäle zu vergrößern, während entsprechend die Verstärkung an dem anderen Paar der
Diagonalkanäle verringert wird. Aus der vorhergehenden Erläuterung zu F i g. 7 folgt, daß die Amplituden der
Steuertöne jeweils gleich der doppelten gewünschten Leistung an ihren korrespondierenden diagonalen
Eingangskaniilen sind, die durch die Gesamtleistung in dem System geteilt sind. Jedes dieser Signale ändert sich
von einem Wert zwischen »0« und »2« und ihre Summe ist immger gleich »1«. Da folglich die gewünschten
Leistungsverhältnisse (d. h. die Leistungsverhältnisse an den Mikrophonen) unmittelbar durch Stcuertonsignale
dargestellt sind, ist es für den Verstärkungsregelungsgenerator 146 einfach, die bekannten Verhältnisse zu
benutzen, um die Verstärker 148R, 148Lund 148X. 148F
zu regeln und damit dieselben Verhältnisse an den Ausgängen der Verstärker 148 zu erzeugen. Die
gewünschten Signale werden hierdurch zwangläufig vergrößert während diejenigen Signale unterdrückt
werden, die nicht in ihren entsprechenden Kanälen sind. Die gesamte Leistung wird also nicht in Abhängigkeit
von den Richtungsänderungen variiert. Der Generator 146 dient also als Normalisieren um die Gesamtverstärkung
an den Kanälen so zu halten, daß die Summe der Leistung an den entsprechenden Kanälen auf einem
konstanten Betrag gehalten wird. Hierdurch weiden unerwünschte Änderungen in der Amplitude des
Kontrolltones verhindert, da hierdurch der Inhalt der Abstrahlung der entsprechenden Lautsprecher beeinträchtigt
würde.
Die Ausführungsbeispiele der F i g. 7 und 8 sind also in der Lage, eine tatsächliche Trennung zwischen zwei
benachbarten Kanälen zu erzielen. Jedoch ist in dieser Grundausführung die Anordnung nicht in der Lage, das
exakte Leistungsverhältnis an den Ausgangslautsprechern wieder zu erzeugen, das an dem Eingang zu den
Mikrophonen besteht. Dies wäre aber offenbar wünschenswert, da bei Erfüllung dieser Bedingung das
Leistungsverhältnis wieder hergestellt würde, das an
den Mikrophonen besteht. Wie noch im Zusammenhang mit der Erläuterung von F i g. 9 ausgeführt wird, ist eine
weitere Modifikation möglich, die die exakte Wieder-
609 546/330
herotelUing des Leistungsverhältnisses ermöglicht, welches
an den Eingangskanälen besteht.
Nach der Codierung und der Decodierung tritt manchmal ein »Streusignal« (spreading) an jedem
Eingang des Lautsprechers auf und erscheint dann mit halber Leistung an jedem der Ausgänge, die dem
gewünschten Ausgang benachbart sind (ebenso mit voller Leistung an dem gewünschten Ausgang). Das
bedeutet aber, daß die Ausgänge unechte Signale in Verbindung mit gewünschten Signalen erhalten werden, ro
Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen:
1. Die Nebensignalleistung ist gleich der gewünschten Signalleistung.
2. Die Summe der Leistungen der Signale in einem Paar von diagonalen Kanälen ist gleich der in dem
anderen Paar der Diagonalkanäle.
3. Die Nebenleistungen in den zwei Ausgängen eines Paares von Diagonalkanälen sind gleich.
Ein Schritt, um die Ausgangsleistung auf einen Pegel zu bringen, der den entsprechenden Eingangsleistungen
entspricht, besteht darin, die notwendige Änderung so zu berechnen, daß das Verhältnis der Gesamtleistung in
den Rechts-Links-Diagonalkanälen zu der Leistung in den vorderen/rückwärtigen Diagonalkanälen gleich ist
(wie es auch an den Decodiererausgang besteht), um auf das richtige Verhältnis zu kommen. Das Eingangsleistungsverhältnis
der Diagonalpaare kann von nicht hörbaren Frequenzcodesignalen abgeleitet oder von
den hier beschriebenen Analysatorschaltkreisen annähernd abgeleitet werden. Ein einfaches Anwachsen der yo
Leistungsverstärkung für ein Diagonalpaar, während das andere Paar abnimmt, würde das Leistungsverhältnis
zwischen den zwei Paaren von Diagonalkanälen entsprechend einstellen. Dies würde nicht das richtige
Verhältnis in einem Diagonalpaar sicherstellen (d. h. das Verhältnis von PA zu Pb).
Zu beachten ist jedoch, daß, wenn Man bedenkt, daß die Hälfte der Gesamtleistung (A. B. A + B) Nebenleistung
ist, und wenn die Einstellung der Leistung in den Diagonalpaaren der Ausgänge so ist. daß sie die Hälfte
der Gesamtleistung beträgt, die Verringerung in der Leistung absolut gesehen in jedem Kanal eines
Diagonalpaares gleich sein sollte. Dies ist deshalb so. weil die Herkunft der Nebenleistung derart ist, daß sie
gleichermaßen in jeden Ausgang eines Diagonalpaares eingespeist wird. Mit anderen Worten sollte man die
Leistungsdifferenz zwischen A und B (und zwischen [A — BJ und [A + BJ) erhalten, während die Gesamtleistung
um einen Betrag (die Hälfte) herabgesetzt wird, der dem Pegel der Nebensignalleistung· entspricht.
Um die Decodiererausgangsleistungen (PA, Pb, Pa+b-
Pa β) zu den entsprechenden Werter, wieder herzustellen,
die den Codierereingängen entsprechen, sollen die eingestellten Leistungen QA, Qb. Qa + a Qa - β folgendermaßen
lauten: 5s
Qn = '
-i\ -cLR\pa)
+ CV„] P1 ♦„-[!- CFR] P1 _„)
Qa-b= ' 2 ([ 1 + CFR] PA . „ - [ 1 - CFR] P, ( „) .
Ο.« und Oa sind die Codesignalpegel, die den Teil der
Gesamteingangsleistung in den Rechts-Links- und frontseitig-rückseitigen Paaren der Diügonalkanäle
entsprechen.
O.« + CVv = 1.
Die Verstärkung GA für den /4-Kanalverstärker zur
Erzeugen der Leistung QA ist:
= £i = V2 ([I
-D-
Die elektronischen, analogen Berechnungssysteme die die oben angeführten Formeln realisieren, könnei
dazu verwendet werden, jeden Verstärkungskana genau auf den Wert zu bringen, um die Ausgangslei
stung auf einen entsprechenden Wert zurückzuführen der der entsprechenden Eingangsleistung entspricht. Ir
der Praxis muß dies nur angenähert werden, urr vorzügliche Ergebnisse zu erreichen. In dem hiei
offenbarten System werden verschiedene Arten solchei Annäherungen benutzt.
Die Verstärkungen aller Kanäle können offensichtlich mit einem gemeinsamen Faktor multipliziert werden
ohne die relativen Leistungspegel zu stören.
Es gibt viele Schaltkreise, die dazu verwendet werden können, um dies zu erreichen. Eine Ausführungsform ist
in Form eines Blockdiagramms in F i g. 9 dargestellt, das
nur den Teil des Schaltkreises zeigt, der für den rechten und linken Lautsprecher 14/? und \4L verwendet wird.
Diese besondere Ausführungsform enthält Teile des Schaltkreises der Fig.8, wobei die entsprechenden
Teile auch entsprechend numeriert sind. Der Regelkreis für die vorderseitigen und rückseitigen Kanäle (A + B
und A - ßjsind dieselben, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
Es wird daran erinnert, daß die Ausgänge der Verstärker 148, die zwei Paare von Signalen (rechts/
links und vorderseitig/rückseitig) enthalten, die in ihrer Leistung direkt der Signalleistung proportional sind.
durch die Eingangsmikrophonpaare \2F, \2X und 12/?, YlL versorgt werden. Die Signale von dem rechten und
dem linken Kanal sind in F i g. 9 mit den Buchstaben »A« und »B« bezeichnet. Die Eingänge der Verstärker 148/?
und 148Z. sind die A- und 8-SignaIe vor irgendeiner
Modifikation. In Fig.9 werden die Signale, die der Leistung in und außerhalb der entsprechenden Verstärker
proportional sind,summiert und ein Differenzsignal erzeugt, um die Verstärkung der zwei addierten,
variablen Verstärker zu regeln die umgekehrt wieder
die Lautsprecher speisen.
Geeignete Schaltkreise 150/? und 150L zur Quadrierung
der Spannung sind entsprechend in A- und ß-Signalen dargestellt, um Gleichspannungen zu erzeugen,
die der von den Signalen abgeleiteten Leistung proportional sind. Die Ausgänge werden an einen
Summierschaltkreis 151 angelegt, welches ein Signal proportional der Summe aus diesen Leistungssignalen
erzeugt, d. h. PA + Pb-
Ähnliche Kreise 152/? und 152Z. zur Spannungsquadrierung
erzeugen Signale, die der Leistung proportional ist. um von den Ausgängen an den Verstärkern 148/?
und 148Δ abgeleitet zu werden, die mit P4 und Pb
bezeichnet sind; diese letzten Signale sind in einem /weiten Summierer im Schaltkreis 154 summiert.
Die Differenz zwischen diesen zwei Leistungssummen ist begrenzt durch einen Differcnzschaltkreis 156,
welcher ein Signal proportional der Differenzleistung erzeugt, wie in der Zeichnung wiedergegeben ist.
Ebenso wie in den vorhergehenden Kreisen sind auch die Verstärker 151, 154 und 156 herkömmliche
Operationsverstärker. Praktisch können die Funktionen der drei dargestellten Verstärker auch durch einen
einzigen Operationsverstärker erreicht weiden.
Ein weiterer Operationsverstärker 156 verdeirht Hie
20
Größe der Pa- und /^Signale und bestimmt, welcher
der zwei Kanäle verstärkt und welcher abgeschwächt wird. In jedem Fall ist die Änderung in der Verstärkung
abhängig von dem Ausgang des Verstärkers 156, aber
dieser Ausgang zeigt nicht an, welches der zwei Signale verstärkt wurde und welches geschwächt wurde. Wenn
PA größer ist als Pb kann jedoch daraus entnommen
werden, daß 'ier Signalpegel im A-Kana! verstärkt worden ist, während das ß-Signal abgeschwächt ist, und
umgekehrt. Folglich spricht ein Verstärkungsregelungskreis 158 auf die Ausgänge der Verstärker 156 und 157
an und erzeugt zwei Signale, die mit zwei zusätzlichen veränderlichen Verstärkern 160/? und 160L in dem A-
bzw. ß-Kanal gekoppelt sind. Der Verstärkungsregelungskreis
158 wird die Verstärkung des einen Verstärkers 160Ä vergrößern, während er gleichzeitig
die Verstärkung des anderen Verstärkers 160 schwächt, in Abhängigkeit von der Polarität des Verstärkerausganges
157 und der Amplitude des Verstärkerausganges 156. Die verstärkten Regelspannungen sind derart, daß
die entsprechenden Ausgangssignale der Verstärker 160Ä und 160L, welche an die Lautsprecher 14fl und
14L angelegt sind, dasselbe Leistungsverhältnis aufweisen, wie es an den Ausgängen der Mikrophone MR und
12L existiert.
Wie schon früher bemerkt, ist die vorliegende Erfindung mit allen vorhandenen herkömmlichen,
binauralen, stereophonen Systemen verträglich und kann zusammen mit ihnen benutzt werden. Es ist
lediglich erforderlich, daß die Signale auf den zwei Kanälen, die entsprechend F i g. 1 aufbereitet sind, auf
den zwei verfügbaren Kanälen aufgezeichnet oder übertragen werden. Im Fall von stereophonen Schallplatten,
wo die Awei Kanäle in entsprechenden Rillen
aufgezeichnet sind, die unter 45° zu der Horizontalen angeordnet sind, können die gewünschten Ausgangskanäle
durch zweckmäßige Aufteilung der gespeicherten Signale in diese Kanäle abgeleitet werden. Beispielsweise
würden die linken und rechten Kanäle (d. h. A und B) jeder von den Komponenten der Rillenänderung (d. h.
Nadelbewegung) unter 45° von der Oberfläche der Schallplatte abgeleitet; der vorderseitige oder der
/4-ß-Kanal würde von den Komponenten parallel zu der Plattenoberfläche abgeleitet (die tatsächlich
0,707 A + 0,707 B sind); der rückwärtige oder A-B-Kanal
würde von den Komponenten abgeleitet, die senkrecht zu der Plattenoberfläche sind. Diese Komponenten
sind in F i g. 15 dargestellt.
Wenn eine Stereoaufnahme gemäß der Erfindung aufgezeichnet worden ist, unterscheidet sich die
Aufzeichnung selbst von der bisherigen Art der Aufzeichnung in der Weise, daß das .4+ ß-Signal
Signalanteile enthalten kann, die nicht in dem A — ß-Signal vorhanden sind. Bei einer auf die bisherige
Weise vorgenommenen, binauralen Stereoaulzeichnung werden die A+ B- und die A-ß-Kaiiäle natürlich
dieselben Signalanteile enthalten. Aufgrund der besonderen Codierungsform, wie sie durch die Erfindung
vorgesehen ist, die eine vollständige Trennung zwischen den vorder- und rückseitigen Kanülen durchführt, sind,
wie bereits ausgeführt, die rückwärtigen Signale in dem
vorderen Kanal (A + B) unterdrückt und die vorderen Frequenzen in den rückwärtigen Kanal (A - B)
ebenfalls unterdrückt.
In den weiter unten folgenden Gleichungen im der
Begriff »log« verwendet, um logarithmisch^ Funktionen zu bezeichnen, die eine Polarität haben, wie sie durch die
des Numerus bestimmt ist.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 10 ist die Verstärkung, die zu jedem Lautsprecher
gehört, durch eine Kombination eines Verstärkungsregelungselementes, das in Serie zu dem entsprenden
Kanal liegt, und durch einen Verstärkungsregelungsspannungsgenerator bestimmt, dessen Ausgang mit dem
Verstärkungsregelungselement gekoppelt ist. Das Tonsignal in jedem Wiedergabekanal (A, B, A + B oder
A-B) geht durch das entsprechende Verstärkungsregelungselement
hindurch. Entsprechend dem Ausgangssignal des Regelungsspannungsgenerators ist das Signal
in dem Verstärkungsregelungselement entweder vergrößert oder geschwächt. Wenn das Ausgangssignal des
Regelungsspannungsgenerators auf einem Maximalwert ist, dann ist der Ausgang des Verstärkungsregelungselementes
auf einem Maximum und umgekehrt.
Die Verstärkungsregelungselemente 203 und 204 sind
dann durch eine Ausgangsspannung Vlr geregelt, die durch den Regelungsspannungsgenerator 210 erzeugt
ist. Das Verstärkungsregelungselement 208 ist durch eine Ausgangsspannung Vy geregelt, die durch den
Regelungsspannungsgenerator 212 erzeugt ist, und das Verstärkungsregelungselement 216 ist durch eine
Ausgangsspannung V\ geregelt, das durch den Regelungsspannungsgenerator
218 erzeugt ist. Auf Wunsch können statt des einen Regelungsspannungsgenerators 210 getrennte Regelungsspannungsgeneratoren an die
Verstärkungsregelungselemente 203 und 204 angeschlossen werden.
Die Ausdrücke für jede der Regelungsspannungen V/r, VF und Vv ergeben sich aus den Überlegungen
beim Entwurf der verschiedenen Regelungsspannungsgeneratoren, welche die Ausdrücke erzeugen, und aus
der spezifischen Phase. Wellenform und Pegelzeichen,
vs die in den Originalsignalen A und ßvorhanden sind.
Beispielsweise erfordert die gewünschte akustische Wiedergabe, daß die Verstärkung, die zu den Lautsprechern
des linken und rechten Kanals gehört, so anwächst, wie das Verhältnis des Intensitätspegels der
Signale A und ß von »1« abweicht oder deren Wellenformen zunehmend unterschiedlich werden. Um
dieses Ergebnis zu erreichen, kann die Regelspannung VLR, die an den Vcrstärkungsregelungselementen 203
und 204 angelegt ist, durch eine der verschiedenen unten angeführten Ausdrücke dargestellt werden. Die folgen
den drei Gleichungen enthalten Absolutwerte bezüglich A und B
t | LR - | A- | V;.r = k | log |
T | -B | |||
iß | ||||
A-B | ||||
A
B |
||||
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält de Regelungsspannungsgenerator einen analogen Scha
(«j tungsaufbau, der eine Regelspannung liefert.
A ;
B
B
cm A log .
cm B
ns i\o ucr Bogriff »i'm» den Atigcnblickswerl el·
Inieiisitiit der Spannungshüllkurve anzeigt, unabhäng
\on der Phase und der Polarität, die durch eil Vollweggleichrichtung und eine Glättung des einzelne
Signals A oder B erhallen wird. Diese Regelspannung
Vlr nimmt so zu, wie der Lautstärkepegel, der zu jedem
der Signale A oder B gehört im Hinblick auf den anderen wächst, oder aber ihre Wellcnformen werden
ungleich vergrößert. Eine konstante Spannung Vsa7
stellt einen positiven Wert für die Regelspannung sicher. Die Verstärkung in dem vorderen Kanal muß
andererseits so ansteigen, wie das Verhältnis des Intensitätspegels jedes der Signale A und B sich »1«
annähen (L = O), und wie ihre Wellenformen ähnlich und in Phase liegen. Folglich lautet der Ausdruck für die
Regelspannung, die durch den Regelungsspannungsgenerator 212 erzeugt wird, folgendermaßen
Die Verstärkung, die zu dem rückwärtigen Kanal gehört, muß zunehmend so vergrößert werden, wie das
Intensitätspegelverhältnis der Signale sich an »1« annähen (L=O), und so, wie die Wellenformen der
Signale einander ähnlich werden und eine entgegengesetzte Polarität annehmen. Der Spannungsregelungsgenerator
218 liefert folglich an seinem Ausgang eine Spannung, die dem Ausdruck entspricht.
1 A
log--
Der Aufbau der Spannungsregelungsgeneratoren 210, 212 und 218 basiert auf Analogkreisen, die die
Regelungsspannungen Vlr, Vf und Vx liefern. Um
beispielsweise die Differenzen des Lautstärkepegels abzutasten, sind Schaltkreise erforderlich, um das
log-Verhältnis des Intensitätspegels der Signale A und ß zu erhalten. Diese Schaltkreise können irn einzelnen so
aufgebaut sein, wie es in den Fig. 11, 12 und 13 dargestellt ist. Die Signale A und B werden in die
log-Verhältniseinheit 220 eingespeist, der Ausgang der log-Verhältniseinheit 220 ist mit der Absolutwerteinheit
221 gekoppelt deren Ausgänge sind mit der Filtereinheit 222 gekoppelt, die einen Mittelwert bildet. Der
Ausgang dieses Filters ist dann über einen Inverter 235 geführt, dessen Ausgang zusammen mit der Spannung
VfXAran den Eingang des Addierers 232 gelegt wird. Die
Ausgangsspannung
VF =
ist dann an eine Eingangsklemme des Verstärkungsregelungselementes
208 in dem vorderen Kanal angelegt In ähnlicher Weise wird dann die Regelungsspannung
Vx durch Anlegen der Signalspannung B und der
invertierten Signalspannung A (der Ausgang des Inverters 239) an die log-Verhältnisschaltung 223
geliefert Der Ausgang der Schaltung 223 ist mit der Absolutwertschaltung 224 gekoppelt deren Ausgang
mit dem einen Durchschnittswert bildenden Filter 225 gekoppelt ist Das Ausgangssignal des Filters 225 ist an
den Eingang des Inverters 236 gelegt; der resultierende, invertierte Ausgang ist zusammen mit der konstanten
Spannung Vxstat an den Addierer 233 angelegt Die
Ausgangsspannung
Vx = ^4T-|log- g
i« dann an die eine Eingangsklemme des Verstärkungskontrollelementcs
216 in dem rückwärtigen Kanal X angelegt.
Der Spannungsregclungsgenerator 210 enthält die Absoluiwcrischaltungen 226 und 230, Filter 227 und 231,
> eine log-Verhälinisschaltung 228, eine ^bsolutwertschaltung
229. inverter 237 und 238 und einen Addierer 234. Der Ausgang der Filter 222 und 225 ist
entsprechend zusammen mit den Ausgängen der Inverter 238 und 237 an den Eingang des Addierers 234
gekoppelt. Die Ausgangsspannung
- Vx,
ι A | + | log- | A | -k | log | em | -A |
B | B | cm | B |
ist dann an eine Eingangsklemme der Verstärkungsregeiungselemente
203 und 204 angelegt.
Der spezifische Schaltungsaufbau, wie er den verschiedenen
Blockdiagrammen der F i g. 11 entspricht, ist
in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Die log-Verhällnisschaltungen
2?0 und 223 enthalten Operationsverstärker AR2. \.R 3. AR4.AR5 und AR 10. Transistoren
QI bis 06. Kapazitäten CI bis Ci und C14 bis C17
und Widerstände R9 bis RU. R 16 bis R 18. R 23 bis
R 26 und R 35 bis R 38. Die Absolutwerischaltungcn
221 und 224 enthalten Operationsverstärker AR 6, AR 7.
ι* ARU und AR 12. Dioden D5 bis D8. Widerstünde
R 43. R 44, R 47 bis R 50, R 55. R 56, R 59 und R 60 und
Kapazitäten C25 und C26.
Die den Mittelwert bildenden Filter 222 und 225 enthalten
Operationsverstärker AR% und AR 13, Kapazitäten
C27 bis C 38 und Widerstände R 62 bis R 65. R 67
bis /?74. «76 und R77. Die Inverter 235 und 236. wie
sie im Blockschaltbild in F i g. 11 dargestellt sind, sind
unnötig, wenn negative Spannungen für Vfsat und
Vs\at verwendet werden, die über Widerstände R82
und R 85 an den invertierenden Eingangsklemmen der Vorstarker AR5 und AR 14 anliegen, wie es in Fi g. 13
dargestellt ist.
Der Inverter 239 enthalt einen Operationsverstärker AR 1 und Widerstände R 2 und R. Der Addierer 232 enthält
einen Operationsverstärker AR9. Widerstände
R93und R 94 und Kapazitäten C'40 und C41. Der Addierer 233 enthält einen Operationsverstärker AR 14.
Kapazitäten C 42 und C43 und Widerstände R95 und
R 96.
Wie in F i g. 14 dargestellt enthält die Absolutwertschaltung
226 Operationsverstärker AR 15 und AR 16. Widerstände Rl. R5. Rb. /?12 und R 14. Dioden Dl
und O2 und eine Kapazität C4. Die Absolutwertschaltung
230 enthält Operationsverstärker AR 19 unc A R 20. Widerstände R 1 .R 7. R 8. R 13 und R 15. Dioder
D 3 und D5 und eine Kapazität C5.
Das einen Mittelwert bildende Filter 227 enthäl einen Operationsverstärker AR 17, Widerstände R K
R27. R33. R39. R41. R 28. R 21 und «31 und Kapazi
täten C6, C 8. ClO. C12. C18 und C19. Das einei
Mittelwert bildende Filter 231 enthält einen Operations verstärker A Λ 21. Widerstände R 20. R 29. R 34. /?4<
R 42, R 2Z R 30 und R 32 und Kapazitäten C 7. C9. C1
C1ZC20und C45.
Die log-Verstärkungsschaltung 228 enthält Open
tionsverstärker AR 18. AR22. AR 23, Transistoren Q
bis Q10. Widerstände R 45 und R 46. R 51 bis R 54. R 5
und R 58 und Kapazitäten C21 bis C24. Die Al solutwertschaltung 229 enthält Operationsverstärki
A R 24 und A R 25. Widerstände R 61. R 66. R 75. R;
und R 79 und Dioden D 9 und DlO. Der Addierer 21
enthält einen Operationsverstärker AR 26. Widerstäm R88 bis R91. R97 und eine Kapazität C44.
Es muß nicht im Hinblick auf Fig. 13 betont werden, daß die Ausgänge der Operationsverstärker ARS und
AR 13 tatsächlich negativ sind und an den nichtinvertierenden Klemmen des Addierverstärkers AR9 und
A/? 14 angelegt sind. Die Tatsache, daß die negativen Versorgungsspannungen (—15V) für Vsat benutzt
werden, erlaubt das Weglassen der Inverter 235 und 236.
Die Verwendung einer positiven Versorgungsspannung für VW (Fig.9), die an den negativen Eingang des
Verstärkers AR 26 anliegt und die Verwendung der positiven Spannung an dem Ausgang des Verstärkers
AR25 macht die Verwendung der Inverter 237 und 238
überflüssig. Die negativen Ausgänge an den Klemmen Z und Y. dargestellt in F i g. 13, sind an den invertierenden
Eingang des Verstärkers AR 26 angelegt, wie in F i g. 14 dargestellt.
Weder die Ausdrücke für V/.«, V> oder Vx noch der
spezifische Schaltungsaufbau wie er in den Fig. 11, 13 und 14 zur Durchführung dieser Funktion dargestellt ist,
sind kritisch im Hinblick auf die vorliegende Erfindung, xo
Die Verstärkungsregelungselemente 203,204,208 und
216 enthalten eine Schaltung, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist. Das Kernstück der Schaltung besteht in
einer Halbleiterdiode D 201, die als Lichtquelle dient und in einem Fotowiderstand PR 201 liegt. Die Licht
aussendende Diode D 201 kann beispielsweise aus Gallium-Arsenid bestehen.
Wenn ier Strom durch die Diode D 201 ansteigt, wird hierdurch eine zunehmende Lichtmenge ausgestrahlt,
welche den Fotowiderstand PR 201 erreicht. Bei einem entsprechenden Schwächerwerden des Widerstandswertes
des Fotowiderstandes und des Stromes, der durch den Fotowiderstand PR 201 fließt, wird dies
Ergebnis noch vergrößert. Ein Abnehmen des Stromes, der durch die Licht aussendende Diode fließt, bewirkt
dann in ähnlicher Weise ein Abnehmen des Stromes, der durch der, Widerstand Pi? 201 fließt.
Der Strom, der das Tonsignal beispielsweise in dem linken Kanal darstellt, fließt durch den Fotowiderstand
PR 201 und dann durch eine Anordnung, die als Emitterfolger-Verstärker aufgebaut ist und Transistoren
Q 203 und (?204 enthält. Die Regelspannung, beispielsweise V, r liegt dann an der anderen Eingangsklemme an. Wenn die Spannung VLR entsprechend den
verschiedenen Niveaus der Wellenform und/oder den Phasenwerten anwächst, wie bereits oben beschrieben,
verursacht dies ein entsprechendes Anwachsen des Signalstromes durch den Fotowiderstand und folglich
auch ein Anwachsen der Ausgangsspannung Volt-Diese erhöhte Spannung Volt vergrößert dann die
Verstärkung, die mit dem Lautsprecher in diesem Kanal verbunden ist in diesem Fall mit dem Lautsprecher 14L.
Wenn die Regelspannung VLR abnimmt tritt der
entgegengesetzte Effekt ein. In ähnlicher Weise wird die
Verstärkung der anderen Wandler geregelt.
Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist kann es wünschenswert sein, die Serienschaltung eines
Widerstandes und einer Kapazität (ÄC-Kreis) parallel zu dem Fotowiderstand PR 201 zu schalten, so daß die
Verstärkung und der Frequenzbereich gleichzeitig geregelt werden. Der Frequenzbereich kann dann für
niedrige Strompegel verschmälert werden und das Schwingen des Plattentellers sowie das 60-Hz-Brummen
kann auf diesen niedrigen Pegel begrenzt werden.
Die Schaltkreise nach Fig. 13 und 14 können aus
herkömmlichen Einzelelementen bestehen oder es können integrierte Schaltkreise in monolithischem oder
Mischaufbau verwendet werden.
In der Verstärkungsregelungseinrichlung der Erfindung,
wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wo die Kanalverstärkung geregelt ist als Funktion des Augenblickswertes
der A- und ß-Signale. kann ein Irrtum auftreten, wenn verschiedene Eingangssignale von
annähernd gleicher Amplitude auf den Codierer durch die vorderseitigen und rückseitigen Mikrophone 12F
und 12X gegeben werden. Unter der Annahme, daß dies an keinem anderen Eingang auftritt, wird sich in diesem
Fall das Α-Signal von dem ß-Signal unterscheiden, das, wie bereits ausgeführt, die Verstärkung in den linken
und rechten Ausgangskanälen auf ein Maximum bringt, während die Verstärkung in den vorderseitigen und
rückseitigen Kanälen auf ein^m Minimum sind. Wo die Logarithmen der Hüllkurven verglichen werden (wie
beispielsweise in den Ausführungsbeispielen der F i g. 10 bis 14) wird das Auftreten verschiedener Signale von
annähernd gleichen Amplituden an den linken und rechten Mikrophoneingängen einen Fehler an dem
Ausgang her» orrufen. da die Verstärkung der linken und
rechten Lau'Sprecher auf ein Minimum sinkt, während die Verstärkung der vorder- und rückseitigen Lautsprecher
auf ein Maximum ansteigt. Vom praktischen Gesichtspunkt her stellt dieser Zustand in den meisten
Fällen die Brauchbarkeit der Erfindung nicht in Frage, insbesondere da nicht, wo eine entsprechende Kontrolle
des Tonmaterials, das aufgezeichnet (oder übertragen) wird, vorgenommen wird. Wenn sich jedoch dieser
Fehler als ein Problem erweist, ist es denkbar, daß zwei Systeme, wie sie beispielsweise in den Fig.5 und 11
dargestellt sind, dadurch kombiniert werden, daß beide Steuersignale gleichzeitig abgeleitet werden und diese
Steuersignale auf einen Mittelwert gebracht werden, um die endgültige Verstärkungsregelung zu liefern. Ein
Weg, um die zwei Systeme wirkungsvoll »zu kombinieren«, würde darin bestehen, einen Schaltkreis, der einen
Mittelwert bildet (wie beispielsweise die Schaltungen 221 und 222) in Reihe hinter jeden der Absolulwerikreise
116A 116Ö der Fig.3 einzuschalten, und zwar
mittels eines regulierbaren Nebenschlußwiderstandes. Wenn dann der den Mittelwert bildende Teil kurzgeschlossen
wird (der Widerstandswert ist dann Null), wird das augenblickliche Verhältnis von A/B wie in F i g. 5
abgetastet. An einem unbegrenzten Widerstandswert tastet der Kreis dann das Verhältnis der Hüllkurve A zu
der Hüllkurve B ab (Fig. 11). An einem dazwischenliegenden
Widerstand werden dann die Kombinationen der beiden abgetastet.
Die Signalquelle der vorliegenden Erfindung, die drei oder mehr codierte Signale in zwei Kanälen besitzt ist
verträglich mit herkömmlichen Einrichtungen und kann über herkömmliche monaurale und Stereo-Lautsprecheranordnungen,
die zwei Kanäle besitzen, abgespielt werden. Verschiedene Änderungen der beschriebenen
Ausführungen können verwendet werden, wöbe doch die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
verwendbar sind. Während beispielsweise das Reproduktions- oder Wiedergabegerät einen besonderer
Verwendungszweck hat wenn eine Zwei-Signalkanal quelle verwendet wird, werden zusätzliche Wiedergabe
kanäle an eine drei- oder mehrkanalige Signalqueil« angekoppelt: hierbei werden die zu jedem Kana
gehörenden Kanallautsprecher durch Regiezeichei aktiviert die in einem oder in allen der drei- oder meh
Signalqueilcn vorhanden sind.
Zusätzliche Kanäle können an die Stereosignalquell· angekoppelt werden: ihre entsprechenden Verstärkun
gen werden durch andere bestimmte Verhältnisse in de·
609 546/3:
Signalen A und B begrenzt. Es kann ein fünfter und sechster Kanal beispielsweise hinzugefügt werden; die
Verstärkung, die zu dem linken und rechten Kanal gehört, wächst dann entsprechend den ungleichen
Wcllenformen und den ungleichen Lautstärkepegeln der Signale A und B an; die Verstärkung, die zu dem
fünften und sechsten Kanal gehört, wächst dann mit gleichen Wellenformen und ungleichen Pegeln an. Die
Lautsprecher in diesen Kanälen können an irgendeinem Punkt rund um den Zuhörer hinzugefügt werden;
hierdurch wird dann die Lokalisierung der virtuellen Tonquelle an zusätzlichen Punkten auf einen 360°-Kreis
ermöglicht oder sogar in einer anderen Ebene senkrecht zu der der vier Kanäle.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen ist auf Polaritätsdiffe
renzen Bezug genommen worden, welche als Phasendifferenzen von 180° betrachtet werden können. Dies
wird wegen der relativen Leichtigkeit einer Invertierung eines Signals bevorzugt, um eine Umkehr der
Polarität zu erhalten. Die Erfindung kann auch mit anderen Phasenbeziehungen unter Verwendung bekannter
Einrichtungen angewendet werden, die es möglich machen, tatsächlich konstante Phasenverschiebungen
für alle Frequenzen in dem interessierenden
ίο Hörbereich vorzusehen. An Stelle der Polarität- oder
Phasenbeziehungen ist es auch möglich, Zeitverzögerungen zu benutzen, um die entsprechenden Kanäle mit
komplementären Zeitverzögerungen in den Decodierer einzucodieren.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Zweikanaliges tonfrequentes Übertragungssystem, bei welchem wenigstens vier gerichtete
Tonsignale zusammen codiert, übertragen und decodiert werden, wobei wenigstens zwei Tonsignale gemeinsam mit dem Haupttonsignal auf jedem der
beiden Kanäle übertragen werden, das codierte Signal jedes Kanals je einem Hauptlautsprecher
zugeführt und die wenigstens zwei Tonsignale decodiert und weiteren Lautsprechern zugeführt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Amplituden und Phasen der
Tonsignale (F, X, L R) abhängig von deren Richtinformation derart gewählt werden, dpß vier
Kombinationen aus den codierten Signalen jedes der beiden Kanäle (A, B) mit wenigstens drei Tonsignalen, wovon jede Kombination entsprechend vorge
wählte Phasen- und Amplitudenverhältnisse zwischen den Tonsignalen aufweist, vier getrennte
Ausgangstonsignale ergeben, in welchen jeweils eines von vier verschiedenen gerichteten Tonsignalen
(F. X. L. /^überwiegt.
2. Codierer in einem Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei
unabhängige Signal-Ausgangskanäle (A. B) hat und mit Widerständen (58, 62; 60, 64) beschaltete
Operationsverstärker (52; 56) zum Ausbilden eines entsprechenden codierten Signals zur Übertragung
über jeden der beiden Ausgangskanäle aufweist, wobei wenigstens eines dtr Tonsignale eine
unterschiedliche Phase gegenüber den übrigen Tonsignalen eines codierten Signals hat.
3. Decodierer in einem Übertragungssystem nach
Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zum Erzeugen von vier Ausgangs-Tonsignalen
an entsprechenden Ausgängen und eine weitere Einrichtung aufweist zum
1. Kombinieren der zwei codierten Signale an wenigstens einem ersten Decodierer-Ausgang
auf solche Weise, daß ein gewünschtes Tonsignal an diesem Ausgang (96, 100) überwiegt,
und
2. Kombinieren der zwei codierten Signale an wenigstens einem zweiten Decodierer-Ausgang
auf solche Weise, daß ein gewünschtes anderes Tonsignal an diesem Ausgang (98, 102) überwiegt.
4. Decodierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die weitere Einrichtung die zwei codierten Signale an dem ersten Decodierer-Ausgang
(96, 100) derart kombiniert, daß einige Tonsignale in dem entsprechenden Ausgangs-Tonsignal
unterdrückt werden, und an dem zweiten Decodierer-Ausgang (98, 102) dera-t kombiniert,
daß einige andere Tonsignale in dem entsprechenden Ausgangs-Tonsignal unterdrückt werden.
5. Decodierer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine ergänzende Einrichtung (123), welche auf
einen Vergleich der codierten Signale anspricht, um zu bestimmen, welches Tonsignal momentan überwiegt,
und um dann die Amplitude des Ausgangs-Tonsignals entsprechend der räumlichen Zuordnung
des überwiegenden Tonsignals relativ zu den Amplituden der anderen Ausgangs-Tonsignale zu
vergrößern.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US85382269A | 1969-08-28 | 1969-08-28 | |
US85382269 | 1969-08-28 | ||
US88844069A | 1969-12-29 | 1969-12-29 | |
US88844069 | 1969-12-29 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2014856A1 DE2014856A1 (de) | 1971-03-04 |
DE2014856B2 true DE2014856B2 (de) | 1976-11-11 |
DE2014856C3 DE2014856C3 (de) | 1977-07-07 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1328141A (en) | 1973-08-30 |
GB1328142A (en) | 1973-08-30 |
JPS5028162B1 (de) | 1975-09-12 |
DE2014856A1 (de) | 1971-03-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |