DE2014856B2 - Zweikanaliges tonfrequentes uebertragungssystem und ein codierer sowie ein decodierer hierzu - Google Patents

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 45^C -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.

Die Prinzipien der Erfindung können m einen

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.

V_Fy == 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-

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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 P_A 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 (P_A, Pb, Pa+b- Pa β) zu den entsprechenden Werter, wieder herzustellen, die den Codierereingängen entsprechen, sollen die eingestellten Leistungen Q_A, Qb. Qa + a Qa - β folgendermaßen lauten: 5s

Qn = '

-i\ -c_LR\p_a)

+ CV„] P₁ ♦„-[!- C_FR] P₁ _„)

Qa-b= ' 2 ([ 1 + C_FR] P_A . „ - [ 1 - C_FR] 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 G_A für den /4-Kanalverstärker zur Erzeugen der Leistung Q_A 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. P_A + 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 P_A 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, V_F 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 V_LR, 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

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, V_f und V_x 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

V_F =

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

V_x = ^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

- V_x,

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 V_x 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 V_LR 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 V_LR 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·

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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)

Patentansprüche:

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.