DE2014856C3 - Zweikanaliges tonfrequentes Übertragungssystem und ein Codierer sowie ein Decodierer hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 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. 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 Tonwiedergabesind.

Handelsübliche stereophone Systeme enthalten gewöhnlich /.wei getrennte Klangkaniile. 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 an 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, weiches 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 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, 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 zu einem Widerspruch in bezug auf die

(15 Richtung der Quelle führt.

Die logische Weiterführung eines binauralen Systems \flürde 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 Bandkanäl, mit entsprechend angeordneten Lautsprechern am Umfang eines Kreises oder entsprechend zu den vier Mikrophonen gekoppelt ist.

Jedoch enthalten, wie bereits angedeutet, alle stereophonen Tonsysteme, die zur Zeit in Betrieb sind, nur zwei Signalübertragungswege. Beispielsweise ent halten herkömmüche stereophone Schallplatten Rillen, deren Flächen unter 45° in bezug auf die Schallplattenoberfläche geneigt sind, wobei jede Fläche einem getrennten »Übertragungsweg« entspricht. Auch iibliehe 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 Bandaufnahrnegeräte, 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 erfinriungsgemäß 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 Tonsignalen aufweist, vier getrennte Ausgangstonsignale 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 wiedergegeben oder aufgenommen v/erden, 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 Punkt 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 werden, wenn wenigstens einer der Lautsprecher hinter dem Zuhörer lokalisiert ist und die Lautsprecher tatsächlich auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, in dessen Mine der Zuhörer sich befindet. Andersartige Anordnungen der Lautsprecher können den Richtungseffekt verändern, der durch das Übertragungssystem erzielbar ist.

Ein in dem Übertragungssystem vorgesehener Codierer ist /weckmäßig 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 so aufgebaut sein, daß er eine Einrichtung zum Erzeugen von vier Ausgangs-Tonsignalen an entsprechenden Ausgängen und eine weitere F.inrichtung 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 eintm zweiten Decodierer-Ausgang au! solche Weise, daß ein gewünschtes anderes Tonsignal an diesem Ausgang überwiegt.

Dabei ist es zweckmäßig, daß die weitere Einrichtung dio zwei codierten Signale an dem ersten Decodierer-Ausgang derart kombiniert, daß einige Tonsignale in dem entsprechenden Ausgangs -Tonsignal unterdrückt werden, und an dem zweiten Decodierer-Ausgang derart kombiniert, daß einige andere Tonsignale in dem entsprechenden Ausgangs Tonsignal unterdrückt werden.

Der Decodierer kann aber auch so ausgeführt sein, daß eine ergänzende Einrichtung, welche auf einen

Vergleich der codiericn 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 2Ό 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,

Fig.5 ein Blockschaltbild eines Verstärkungsregelkreises zur Verwendung im Zusammenhang mit dem Übertragungssystem nach F i g. 1,

Fig.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 Übertragungs- und Empfangsanordnungen eines weiteren Verstärkungsrcgelkreises,

F i g. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausrührungsform eines Vcrstärkungsregelkreiscs,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines weiteren Vcrstärkungsregelkreiscs, mit welcher die gewünschten Resultate unabhängig von dem grundsätzlichen Übertragungssystem der F i g. 1 erzieh werden können,

F i g. 11 ein detailliertes Blockschaltbild eines in Fi g. 10 gezeigten Spannungsrcgclgcncrators,

Fig. 12 ein schematisches Schaltbild eines Vcrsiärkungsstcucrkrciscs nach Fig. 10,

Fig. 13 und 14 schcmatischc Schaltbilder eines Spnnniingsi'cgclgcncratorsnach Fig. 11 und

Fig. 15 eine erläuternde schematische Darstellung einer herkömmlichen 45° χ 45° -SchallplaUcnrillc.

Die bevorzugte Alisführungsform 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 dall es möglich ist, eine virtuelle Klnngqucllc nn jedem Punkt rings um den Zuhörer zu lokalisieren. In dieser Beschreibung werden zwei Lautsprecher bciriichici, die direkt vor und hinter dem Zuhörer angeordnet sind, in Verbindung mit /wei weiteren Lautsprechern, die rechts und links angeordnet sind. Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems werden die Buchstaben /·' und X zusammen mil Ziffern verwendet, um die Teile des Systems zu bezeichnen, die den Laulsprcchcrn auf der Vorderseite bzw. auf der Rückseite entsprechen. Die Buchstaben /. und R werden im Zusammenhang mit Ziffern verwendet, um die Teile zu bezeichnen, die den Laulsprcchcrn auf der linken bzw. rechten Seile entsprechen. Die zwei Übeiiragungswcgc, auf denen die Tonsignalc Übertragen werden, sind dargestellt durch die Buchstuben A und 13, wobei nochmals betont wird, daß solche Übertragungsweg Aufzciehmingsmcdien enthalten können und hilufig mich cnihultcn werden.

In Fig. I sind vier Mikrophone 12/., 12/', l2Kuml12,Y schematisch 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 F i g. 1 sind vier Lautsprecher 14F, 14/?, 14Λ" und 14L dargestellt. Diese Lautsprecher sind rund um den Standort eines Zuhörers dargestellt (wiedergegeben durch einen Stuhl 16). Wenn die elektrischen Ausgänge der Mikrophone 12F, 12/?, 12A" und 12L (durch irgendeine herkömmliche Technik) auf vier Kanälen direkt an die entsprechenden Lautsprecher 14F, 14/?. 14Λ" und 14L 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

.15 Art und Weise, durch welche sich ein Quadrantcnklnngsystem (Quadrasonic) von den herkömmlichen binauralcn stereophonen Systemen unterscheidet.

Wie bereits oben erwähnt, ist es aufgrund praktischer Überlegungen nicht in allen Fällen durchführbar, die

.)« Tonsignalc direkt von den Mikrophonen 12 zu den entsprechenden Lautsprechern 14 zu übertragen. Wegen der großen Anzahl von binauralcn stcreophonischen Systemen, die gegenwärtig noch in Gebrauch sind, ist es äußerst wünschenswert, diese vier deutlich unterschiedenen Tonsignalc zu den vier Lautsprechern unter Verwendung von nur zwei herkömmlichen Kanülen oder Übu-tragungswegen zu übertragen, wie sie in F i g, 1 durch Λ und /J bezeichnet sind.

Der Codierer 18 in der Aufzeichnung!)· oder

Übertragungsstation kombiniert die Signale von den vier Mikrophonen in zwei getrennte Tonsignalc. welche durch die getrennten Übcrtragungswegc A und E übertragen werden können. Wenn beispielsweise eine stereophone Schallplatte hergestellt werden soll, würde

ss der Codierer 18 dazu verwendet werden, die zwei Signale zu erzeugen, welche in einer Standard 45" χ 45" Sehullplattcnrillc aufgezeichnet werden können. Im Falle einer Livc-Rundfunkübertrugiing odet einer anderen direkten Übertragung würde dei

to Codierer 18 dazu verwendet, die A- und Ö-Signolc zi erzeugen, welche letztlich durch Rundfunk oder andere Weise übertragen würden.

Der Codierer dient dazu, jedes der vier Eingangs signule in einen oder beide der zwei Kunltlc A und ömi

fi* einer Amplitude und Poluritttt einzuspeisen, welche di< relative Amplitude dieses Signals an den vcrschicdenci Lautsprechern und damit die tatsächliche Loknlisieninj der Klangqijcllc 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 F- und X-Signale, die (vermindert in ihrer Amplitude) um eine vorgewählte Konstante von beispielsweise 0,707 herabgesetzt sind. D&s 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 Signale in vorbestimmte Kombinationen an die Lautsprecher 14F, UR, UX und 14L. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Signal, das dem Lautsprecher 14Z. zugeführt ist, allein das Α-Signal. Die Summe der A- und ß-Signale wird dem Frontlautsprecher HF zugeführt, nachdem sie um einen Faktor von 0,707 geschwächt sind. Das ß-Signal wird allein dem rechten Lautsprecher HR zugeführt, und ein Signal, das aus der Differenz der Tonsignale .4 und ß gebildet ist, wird dem rückwärtigen Lautsprecher 14X zugeführt, nachdem es ebenfalls um 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. I 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 /. nur .is dazu verwendet, um die entsprechenden Ausgangssignale der Mikrophone 12F, 12R. MX und 12/. wiederzugeben.

Betrachtet werden nun die relativen Amplituden der betreffenden Mikrophonausgängc F, R, X und /. an die .|o Übertragungswege A und ö, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind. Unter der Annahme, daß eine Tonquellc direkt gegenüber dem Mikrophon I2F liegt, besitzt das Tonsignal /■ einen relativen Wert von »i«, während die /.-, X iind /f-Signalc »0« sind. Mit den Verslilrkungskri- 4s terien, wie sie in F i g. 1 festgesetzt sind, wird das Signal iiη den Übertragungsweg A ~ 0,707 /'sein. Pas Signal an dem Kanal Il wird ebenso 0,707 /-'sein. Kn!sprechend wird das Signal

(0.707 [A + B]).

das mit dem Lautsprecher 14F gekoppelt ist. gleich F sein; das Signal A, das mit dem Lautsprecher 14/, gekoppelt ist, wird gleich 0,707 Fsein; das Signal ö. das mit dem Lautsprecher HR gekoppelt ist, wird gleich O,7O7Fsein; und das Signal

(0,707 [A - B]).

das mit dem Lautsprecher 14X gekoppelt ist. wird gleich »0« sein. Dies bedeutet, daß die Tonlcistungsnbgnben O₀ der linken und rechten Lautsprecher HL und HR (proportional /0,707F/¹) drei Dezibel unter dem Betrag liegen, der durch den Frontlautsprccher 14F(proportional P) erzeugt wird, während keine Tononergie von dem Lautsprecher HX ausgestrahlt wird. Als Ergebni« hat ein Zuhörer, der sich am Standpunkt 16 befindet, den Eindruck, die scheinbare Lokalisierung der Tonquelle befände sich am Lautsprecher 14F.

SS 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 R, während auf dem Übertragungsweg A kein Signal vorhanden ist. Folglich ist das Signal am Lautsprecher HR gleich R, die Signale, die mit den benachbarten auf der Vorder- und Rückseite liegenden Lautsprechern 14F und 14Λ" 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 Hegt, so daß nur das Mikrophon HXcm Signal aufnimmt, wie schematisch in F i g. 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 HX (vermindert um 0,707) gleich X sein. Die Signale, die den benachbarten linken und rechten Lautsprechern 14Lund HR zugeführt sind, werden gleich 0,707 X sein (d. h. der Tonausgang liegt 3db darunter) und entgegengesetzte Polarität haben; die virtuelle Tonquclle wird in diesem Beispiel scheinbar bei dem rückwärtigen Lautsprecher UXsein.

Wenn die Quelle nur auf das linke Mikrophon 12L wirkt, wie in Fig.2D dargestellt, wird aufgrund derselben Logik die Tonquelle bei dem linken Lautsprecher HL lokalisiert sein, wobei dann der Ton von dem benachbarten frontscitigcn und rückseitigen Lautsprechern 14F und HX 3db darunterliegt (und entgegengesetzte Polarität aufweist) und an dem reclncn Lautsprecher 14/? kein Signal anlegt.

Durch eine ähnliche Analyse kann gezeigt werden, daß eine Tonquclle an irgendeinem Punkt auf dem Umfang eines Kreises rings um den Zuhörer lokalisiert sein kann, wobei tatsächlich ein Ton »0« an der Stelle erzeugt ist; die gegenüber der gewünschten Qucllcnlokalisicrung liegt. Der Umstand, daß zwei Lautsprecher nur solche Töne abstrahlen, die von einem I .autsprcchcr /wischen diesen zwei Lautsprechern herzukommen scheinen, trägt zur Erzeugung dieses RichttingscfTcktcs bei.

Offensichtlich können die Lautsprecher auch auf andere Art ungeordnet sein (beispielsweise zwei l-rontlnuisprechcr und zwei rückwärtige Lautsprecher), um dieselben oder ähnliche Effekte hervorzurufen.

F.s kann eine beliebige Zahl von Mikrophonen verwendet werden, wobei auch nur die Verwendung eines ein/igen möglich ist, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Wenn beispielsweise der Ausgang eines einzelnen Mikrophons direkt mit einem Kanal A oder einem Kanal B gekoppelt ist, würde an den Lautsprechern 14/'b/w. HR ein Ausgangstonsignal erscheinen. Wenn ein Signal von gleicher Amplitude und Polarität von einem einzelnen Mikrophon an die A-und 0-Kanttlc gekoppelt wird, würde die Klangqticllc an den Lautsprecher 14F lokalisiert sein. Wenn Tonsignalc gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität an die Kanüle A und B gegeben werden, würde die Tonquellc an dem rückwärtigen Lautsprecher 14λ lokalisiert sein. Wenn ein fortlaufender Übergang /wischen diesen Zuständen geschaffen wird, würde sich der Effekt einer bewegenden Tonquellc ergeben.

Die Prinzipien der Erfindung können in einem

ίο

Drei-Lautsprecher-System verwendet werden. Die zwei Lautsprecher 14L und 14/? werden dann vor (rechts und links) dem Zuhörer postiert und ein dritter Lautsprecher 14Xhinter dem Zuhörer. Das Signal im Kanal A ist dann gleich

L-0,5 R + 0,5 X

und das Signal in dem Kanal S gleich
R-0,5 L + 0,5 X.

Die A- und fi-Signale werden direkt mit dem linken bzw. rechten Lautsprecher gekoppelt, wobei die Summe der A- und B-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 X) 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 einet virtuellen Klangquelle ohne eine definierte Lokalisation resultieren. Im Falle eines .Y-Signals allein kann die Quelle an dem rückwärtigen Lautsprecher 14Λ" lokalisiert werden.

In Fig.3 sind spezifische Einzelheiten der Codiercranordnung dargestellt. Das Eingangssignal vom Mikrophon 12JL 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 zweiten Operationsverstärkers 56 angelegt. Das Eingangssignal vom Mikrophon 12/·'wird entsprechend an den invertierenden Eingang der beiden Operationsverstärker 52 und 58 über Widerstünde 66 bzw. 68 angelegt.

Das Eingangssignal von dem Mikrophon Ι2Λ wird über einen Widerstand 70 an den inverlioreiulon Eingang eines Operationsverstärkers 52 angelegt und über einen Widerstand 72 nn den nichtinverliercnden Eingang eines Operationsverstärkers 56.

Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, daß das Eingangssignal vom Mikrophon 12A' an den Kanälen A und B mit entgegengesetzter Polarität und gleicher Amplitude anliegt. Der Kanal A wird über einen kleinen Widerstand 58 on 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 ohmschcn Ruckkopplängsschleifen versehen, die ihre Ausgangsklemmen mit Ihren Eingangsklemmcn verbinden. Diese Rückkopplungswege enthalten Widerstünde 62 bzw. 64.

Die Operationsverstärker, die in dem Codierer verwendet sind, sind bekannte Einrichtungen. Jeder enthalt Invertierende und nichtinvcrtierendc Eingänge und einen Rückkopplungswidcrstand 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 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,

ίο um für das genaue gewünschte Amplitudenverhältnis zu sorgen.

Die relativen Amplituden der vier Eingangssignale von den Mikrophonen 12F, 12/?, 12L und 12Xsind durch Auswahl der Widerstandswerte in der Schaltung 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 12Xan den Kanal B angelegt wird, is· durch die Verhältnisse der Widerstandswerte der Widerstände 68,54,72,86 und 64 bestimmt.

In einer bevorzugten, oben erklärten Ausführungsform der Erfindung ist der Pegel, mit dem die Signale von den Mikrophonen 12Fund 12Xan 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 12A'aus den im

ίο folgenden beschriebenen Gründen 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

3.S 78 mit einem Widerstand 82 bzw. einer Kapazität 80 mit einem Widerstand 84 liegen. Der nichtinvertierendc Eingang des Operationsverstärkers 56 ist über einen Widerstand 86 mit Erde verbunden, und der nichtinvcrticrcnde 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 Signnlanteile anzuheben.

.15 In einem bevorzugten Aiisfülmmgsbeispiel der Erfindung sind die Werte der Kapazitäten 74 und 76 und die Widerstandswille der Widerstände 82 und 84 so ausgewählt, dall die Komponenten des Signals in dem rückwärtigen Kanal mit einer Frequenz über JOOO II/ 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 Systems umgekehrt, nachdem das Signal, das nn den Lautspre-

S5 eher 14Λ" angelegt worden ist, von den codierten Signalen A und B abgeleitet worden ist. Diese Vorverzerrung und Nachentzerrung dient da/u, die Übertragung von dem linken und rechten Kanal in den rückwärtigen Ausgangskanal ho gering wie möglich zu

fm machen.

P ί g, 4 stellt eine einfache DecoJierungssehaltung zur Verwendung in Verbindung mit dem System gemäß Fig. 1 dar. Das Signal In dem Kanal A wird direkt an den Lautsprecher 14L ungelegt, und das Signal in dem

fi«i Kanal B wird direkt an den Lautsprecher 14/? angelegt Das Signal Tür den Lautsprecher l4Fwird durch Bilden der Summe der Signale in den Kanälen ,4 und £ abgeleitet und gleichphasig und mit einer gewählten

relativen Verminderung der Amplitude addiert. Das Signal, das mit dem Lautsprecher 14X 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 vorge- s nommen wird. Im einzelnen wird in dem Schaltkreis gemäß F i g, 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, ι ο Das Signal für den Lautsprecher 14L geht über die Primärwicklung 88, während der Lautsprecher 14R direkt an die Primärwicklung 92 angeschlossen ist. Beide Transformatoren sind mit ersten und zweiten Sekundärwicklungen versehen; der erste Transformator besitzt is die Sekundärwicklung 96 und 98 und der zweite Transformator die Sekundärwicklungen iOO 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 HX 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 O,7O7mal der Spannung an der Primärwicklung sein wird. Wenn eine Vorverzerrung in dem rückwärtigen oder dem A'-Kanal im Codierer verwendet ist, wird in ^o dem entsprechenden X-Kanal des Decodiercrs eine Entzerrung verwendet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein einfacher Schaltkreis verwendet ist, der ähnlich funktioniert, wie der in Fig.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 I ig. 1 bis 4 beschrieben ist, stellt eine relativ einfache Einrichtung dar, welche infolge der Wahl der Ampiitu· denverhältnisse eine Drei-Dczibcl-Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern und eine vollständige Trennung zwischen gegenüberliegenden Lautsprechern ergibt. Es ist möglich, den Decodierer vor oder hinter Leistungsverstärker!» unterzubringen. Im letzteren Fall 4s sind nur zwei Leistungsverstärker für ulic vier Kanäle erforderlich, was bedeutet, dal) bereits bestehende Stereosysteme durch Hinzufügen des Decodiercrs und der zwei Loutsprucher uuf der Empfangs- oder Wiedergnbeseite ergänzt werden können. so

Die Drei-Dezibel Trennung zwischen bcnuchbnrtcn Lautsprechern, die bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen ist, sorgt für das gewünschte Ergebnis, d. h. eine Lokalisierung einer virtuellen Klangqueile an irgendeiner Stelle auf einem Kreis um ss 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. Die* kann auf zuhlrcichc 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. I betrachtet werden können. Vier solcher Verbesserungen werden unten hinsichtlieh der Fig. 5, 6, 7, 8 und 9 beschrieben.

FI g. 5 stellt ein Ulockdiugrumm einer vereinfachten Form eines Vcrsiiirkungsrcgclkrciscs dar. welcher die Verstärkung eines l'uures von »diagonal« gcgcnübcrllcgenden Kanälen (z. B. links/rechts) bezüglich der anderen diagonal gegenüberliegenden Kanäle variiert. Im folgenden sind mit Diagonalkanälen die kombinierten linken und rechten Kanäle oder die kombinierten vorder- und rückseitigen Kanäle gemeint, wie sie hinsichtlich der F i g. 1 definiert sind.

Da gemäß der Erfindung ein Eingangssignal von irgendeinem Mikrophon in drei benachbarten Lautsprecherkanälen mit maximaler Verstärkung in dem Lautsprecherkanal erscheinen wird, der dem Mikrophon entspricht, kann der Richtungseffekt durch Vermindern der Verstärkung für die zwei Lautsprecher auf beiden Seiten des gewünschten Lautsprechers vergrößert werden. In dem System gemäß der Fig. 1 müssen diese zwei Lautsprecher immer entweder die vorder- oder rückseitigen Lautsprecher 14F und HX oder die linken und rechten Lautsprecher 14L und HR sein, d. h. die Lautsprecher der diagonalen Kanalpaare. Wo der absolute Wert des Α-Signals gleich dem absoluten Wert des ß-Signals ist (d. h. die Wellenform.en sind identisch, abgesehen von einer möglichen entgegengesetzten Polarität), kann daher beobachtet werden, daß die Klangqueile entweder an dem Frontlautspre eher oder an dem rückwärtigen Lautsprecher lokalisiert ist. Wenn dann diese Bedingung existiert, ist es wünschenswert, daß die Verstärkung der A + B-(frontseitig) und der A — B- (rückseitig) -Kanäle ein Maximum ist relativ zu der Verstärkung der A- (linken) und ß- (rechten) -Kanäle. Wenn eines der beiden Kanalsignale A oder ß»0« ist oder die Wcllenformen in A und ß nicht zusammenhängend sind, würde die Klangqueile an den linken oder rechten Lautsprecher lokalisiert sein; in diesem Falle würde die Verstärkung der A + ß- und eier A - ß-Kanälc ein Minimum sein relativ zu der Verstärkung der A- und ß-Kanälc.

Die Trennung zwischen den Ausgangskanälen der F i g. I (und damit der Richuingseharaktcristik der Tonabgabc) kann, wie im folgenden ausgeführt wird, verbessert werden durch gleichzeitiges Ändern der Verstärkung in jedem Paar der zwei diagonalen Kanäle, und /war abwcchslimgsweisc, um die Verstärkung in jedem der Einzclkanäle zu steuern. Es ist daher notwendig, daß die Zunahme der Verstärkung in einem Paar von Diagonalkanälcn gleichzeitig mit einer Verringerung der Verstärkung der anderen Diagonalkanille erfolgt. Andererseits würde ein Anwachsen in der Verstärkung, um beispielsweise die Richlungscharaktcristik eines Signals zu vergrößern, in einer Lautstärkeunderunt» als Funktion der Richtung resultieren. Wird gleichzeitig die Verstärkung in einem Paar der Dingonalkuntlle vermindert, während die Verstärkung in den anderen Diugonalknnälcn zunimmt, so ist es möglich, die Gesamtleistung an den Lautsprechern konsinnt zu halten; eine Trennung zwischen bcnnchbarten Lautsprechern kann ohne Ändern der gesamten Lautstärke eines Systems verbessert werden. Dies. Funktionen werden durch die in Fig.5 dargestellter Systeme verwirklicht.

In F i g. 5 ist der Decodicrausgang auf der linken Seite dargestellt. Die vier Signale A, B, 0,707 (A + B) unc 0,707 (A - B) sind durch Verstärker HOL. UOR, UOI und UOX mit vcrllndcrburcr Verstärkung gekoppelt, dii die Signale für die vier Lautsprecher erzeugen. Die A und ß-Knn!tle sind also direkt über Hochpaßfilter 112/ und 112Ö mit den Absolutwertkreisen 114/4 und 114j gekoppeil. Die Absolutwerikrcise 114 können Zwei wcgglcichrichter enthalten, deren Ausgänge dieselb Polarität haben. Diese Signale, die die Absolutwerte de

A- und B-Signale darstellen, werden in logarithmische Verstärker 116Λ und U6B eingespeist, die für Ausgangsspannungen sorgen, die dem Logarithmus der angelegten Eingangsspannung gleich sind. Die Ausgänge dieser Verstärker Π6Λ, 1165 sind mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 118 gekoppelt, welcher die zwei Signale subtrahiert, wodurch ein Ausgangssignal

log |Λ| - log |ß| (d- h. log |A/S|)

IO

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 ItOL, 110Ä und UOF, llOXals Funktion des Ausganges des Verstärkers 118 steuert.

Wenn die Absolutwerte der A- und Ö-Signale gleich sind, wird, wie oben bereits ausgeführt, die Verstärkung der Verstärker HOF und UOX ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker HOL und 110/? ein Minimum. Unter dieser Bedingung wird dann der Ausgang von dem Operationsverstärker 118 gleich »0« und die Verstärkung der Verstärker HOF und HOX ein Maximum (d.h. »1«), während die Verstärkung der Verstärker HOZ. und 110Ä 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 Verstärkungsregelungsgenera tor 123 hervor, der für Ausgangsspannungen sorgt, die die Verstärkung der Verstärker 110Z. und HQR auf ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker 11OF und HQX 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 annähen, 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 ß(oder ßzu /^ungefähr 2,4 ist. Die folgenden Gleichungen können dazu verwendet werden, um die Verstärkungsregelungsspannungen V^r und Vfx vom Generator 123 zu bestimmen.

55

1-7

V_FX = K

1 ^A A

worin 7" die Zeitkonstante der den Durchschnittswert bildenden Schaltung 122 und K eine Konstante ist.

Der Zweck der Hochpaßfilter 112/4 und 112ß besteht darin, den Durchgang von Niederfrequenzsignalen zu verhindern, die andererseits an den Eingängen zu den veränderbaren Verstärkern HO erscheinen können und die Verstärkereingänge modulieren können. Die einen Durchschnittswert bildende Schaltung 122 spricht auf Änderungen im Ausgang des Verstärkers schnell an, so daß das Ohr noch keine Notiz von der Verzögerung nimmt, aber nicht so schnell, wie die Welle, die den Verstärker 110 passiert Beispielsweise wurden 20 msec für praktische Zwecke als ausreichend befunden.

Um die Wirkungsweise des Verstärkungsregelungskreises des Decodierer« (gemäß F i g. 5) zu stabilisieren, ist es wünschenswert, die A- und B-Signale am Codiererausgang (oder die rechten und linken Eingänge an den Codierer) etwas zu mischen, um die Abweichungen des Λ-.B-Signalverhältnisses möglichst gering zu halten. Um umgekehrt zu verhindern, daß der Logarithmus dieses Verhältnisses zu »0« wird, können konstante Phasendifferenzen zwischen den entsprechenden vorderseitigen (rückseitigen) Signalen eingeführt werden, die an den A- und ß-Kanälen an dem Codierer gebraucht sind. Hierdurch wird erreicht, die Verstärkungsregehngswirkung auf einen relativ niedrigen Bereich 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 nicht 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 entsprechenden Lautsprecherpaare vorzusehen. Eine Äquivalenzschaltung kann die Logarithmen von A und B und die Logarithmen von A und -B vergleichen, den 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 + B 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. ί eine Schaltung dargestellt, die in jedem der viei Ausgangskanäle untergebracht sein kann, um die Verstärkung dieser Kanäle unabhängig zu regeln. Ei enthält eine in Serie geschaltete Einrichtung 124, die einen hohen negativen Wärmewiderstandskoeffizienter besitzt, und eine Einrichtung 125 mit einem hoher positiven Wärmewiderstandskoeffizienten, der quer zi dem Kanal liegt. Wenn das Signal von dem Decodierei über einen Wert anwäschst, der normalerweise für ein« Verstärkung »1« ausgewählt ist, bewirkt der resultieren de Temperaturanstieg der Einrichtungen 124 und 12! einen gleichzeitigen Abfall in dem Widerstandswert de Einrichtung 124 und ein Ansteigen in dem Widerstands wert der Einrichtung 125. Diese Impedanzänderunj bewirkt ein Ansteigen des Signals am Kanalausgang

Jl

Auf ähnliche Weise werden reduzierte Eingangssignale zunehmend stärker abgeschwächt, wenn das Signal gegenüber dem gewählten Nennwert abnimmt. Auf diese Weise werden die Kanäle, welche das vorherrschende Signal übertragen, mit einem Anstieg in der Verstärkung relativ zu den anderen Kanälen versorgt. Hierdurch werden die gewünschten Signale vergrößert, während die benachbarten Kanalsignale abgeschwächt und dadurch die Trennung zwischen den benachbarten Kanälen verbessert wird.

Beispielsweise kann die Einrichtung 124 ein Halbleiterelement enthalten und die Vorrichtung 125 eine gewöhnliche Glühlampe sein. Wenn gewünscht, kann ein Kondensator in Serie zu der parallelen Einrichtung 125 liegen, so daß die Verstärkungsregelung allgemein nur für die hohen Frequenzkomponenten sorgt. Zahlreiche andere bekannte Einrichtungen können anstelle der Einrichtungen 124 und 125 verwendet werden. In den F i g. 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele eines Verstärkungsregelungssystems dargestellt das die Grundprinzipien der Erfindung anwendet, wobei Infraschall-Steuertöne auf die A- und ß-Kanäle zum Zwecke der Steuerung der Verstärkung der zwei Paare von Diagonalkanälen von dem Decodierer 20 eingeprägt 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 erläutern, ist es zweckmäßig, sich auf Leistungsverhältnisse zu beziehen. Die Leistung, welche von einem vorgegebenen Signal abgeleitet werden kann, ist direkt proportional dem Quadrat des Spannungspegels dieses Signals.

In Fig. 7 ist eine Signalspeicherungsanordnung dargestellt. Die Ausgänge der vorderseitigen und rückseitigen Mikrophone 12Fund 12A" werden abgetastet und einer Addierschaltung 130 zugeführt, während eine ähnliche Addierschaltung 131 die Ausgangssignale von den Mikrophonen YlL und 127? 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 einer Multiplizierschaltung 133 gekoppelt, welche eine Ausgangsspannung liefert, die gleich zweimal der Leistung in den frontseitigen und den rückseitigen Eingangskanälen ist. Das Verhältnis dieser zwei Größen (die doppelte Leistung in den front-, rückseitigen Kanälen zu der gesamten Leistung in allen vier Kanälen) wird dann durch eine Verhältnisschaltung 134 berechnet, die ihrerseits bewirkt, daß A- und ß-Modulatoren 136 und 138 einen 20 Hz (oder einen anderen niederfrequenten) Ton vom Oszillator 140 modulieren. Die Verhältnisschaltung 134 kann beispielsweise eine Ausgangsgleichspannung erzeugen mit einer Amplitude, die proportional dem Verhältnis der angelegten Eingangsspannungen ist und mit einer Polarität, die bezeichnend dafür ist, ob das gemessene Verhältnis größer oder 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 B-Ausgängen des Codierers 18 addiert, um Signale zu liefern, die über den Zwei-Kanalübertragungsweg übertragen werden und die in diesem speziellen Ausführungsbeispiel mit Λ'und ß'bezeichnet sind.

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 B-Kanälen zu trennen. Diese A- und 5-Signale von den Filtern 142 und 144 sind mit dem Codierer 20 gekoppelt, um die vier A.usgangskanäle 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 148/?, 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 Eingangskanälen 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 Steuertonsignale dargestellt sind, ist es für den Verstärkungsregelungsgenerator 146 einfach, die bekannten Verhältnisse zu benutzen, um die Verstärker 148/?, 148L und 148.Y, 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 Normalisierer, um die Gesamtverstärkung an den Kanälen so zu halten, daß die Summe der Leistung an den entsprechenden Kanälen auf einem konstanten Betrag gehallen wird. Hierdurch werden 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 Leismngsverhältnis 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-

709 627/100

JIA

herstellung 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, ι ο 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 '5 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 Leistungsverstärkung für ein Diagonalpaar, während das andere Paar abnimmt, würde das Leistungsverhältnis zwischen den zwei Paaren von Diagonalkanäien 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 absol.it 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 ß(und zwischen [A - B] und [A + B]) erhalten, während die Gesamtleistung um einen Betrag (die Hälfte) herabgesetzt wird, der dem Pegel der Nebensignalleistung entspricht.

Um die Decodiererausgangsleistungen (Pa, Pb, Pa+ » P_A-b)7m den entsprechenden Werten wieder herzustellen, die den Codierereingängen entsprechen, sollen die eingestellten Leistungen Qa, Qb, Qa + β. Qa-βfolgendermaßen lauten:

Qa = 72([1+Qk]P^-[I-Ck]P,,)

Q₁₁ = 72([1+Qr]P₀-[I-Ck]P,)

Qa ₊ R= ¹Ii(U+ Qr] Pa ₊ β - [ 1 - Q-κ] P a - «) ^(lü

Qa-b= V₂ ([ 1 + Qr] /Y-B-[I- Qr] Pa + b) ■

Clr und CFX sind die Codesignalpegel, die den Teil der Gesamleingangsleistung in den Rechts-Links- und frontseitig-rückseitigen Paaren der Diagonalkanäle entsprechen.

Clr+ Cfx= I.

Die Verstärkung G_A für den Λ-Kanalversnärker zum Erzeugen der Leistung Qa ist:

• = 7a

Die elektronischen, analogen Berechnungssysteme, die die oben angeführten Formeln realisieren, können dazu verwendet werden, jeden Verstärkungskanal genau auf den Wert zu bringen, um die Ausgangsleistung auf einen entsprechenden Wert zurückzuführen, der der entsprechenden Eingangsleistung entspricht. In der Praxis muß dies nur angenähert werden, um vorzügliche Ergebnisse zu erreichen. In dem hier offenbarten System werden verschiedene Arten solcher Annäherungen benutzt.

Die Verstärkungen aller Kanäle können otlensicntlicn 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 14Ä und UL 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 Λ - B)s'md dieselben, wie in F ig. 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 12F, \2X und 12/?, 12L 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 148L sind die A- und ß-Signale 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 15Oi. zur Quadrierung der Spannung sind entsprechend in A- und ß-Signalen dargestellt, um Gleichspannungen zj 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 152/. zur Spannungsquadrierung erzeugen Signale, die der Leistung proportional ist, um von den Ausgängen an den Verstärkern 148/? und 148L abgeleitet zu weiden, die mit P_A- und P₈-bezeichnet sind; diese letzten Signale sind in einem /weiten Summierer im Schaltkreis 154 summiert.

Die Differenz zwischen diesen zwei Leistungssummen ist begrenzt durch einen Differenzschaltkreis 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 eier drei dargestellten Verstärker auch durch einen einzigen Operationsverstärker erreicht werden.

Ein weiterer Operationsverstärker 156 vergleicht die

Größe der Pa- und Pa-Signale und bestimmt, welcher der 2-vei Kanöle verstärkt und welcher ubgeschwächt 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 der Signalpegel im Λ-Kanal 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 HR und 14L angelegt sind, dasselbe Leistungsverhältnis aufweisen, wie es an den Ausgängen der Mikrophone \2R 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 zwei 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 wurden die linken und rechten Kanäle (d. h. A und B) jeder von den Komponenten der Rillenänderung (d. h. Nadelbewegung) unter 45° vo^i der Oberfläche der Schallplatte abgeleitet; der vorderseitige oder der A -ß-Kanal würde von den Komponenten parallel zu der Plattenoberfläche abgeleitet (die talsächlich 0,707 A + 0,707 ß 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 Λ + ß-Signal Signalanteile enthalten kann, die nicht in dem A — ß-Signal vorhanden sind. Bei einer auf die bisherige Weise vorgenommenen, binauralen Stereoaufzeichnung werden die A+ B- und die A— ß-Kanäle natürlich dieselben Signalanteile enthalten. Aufgrund der besonderen Codicrungsform, wie sie durch die Erfindung vorgesehen ist, die eine vollständige Trennung zwischen den vorder- und rückseitigen Kanälen durchführt, sind, do wie bereits ausgeführt, die rückwärtigen Signale in dom vorderen Kanal (A + B) unterdrückt und die vorderen Frequenzen in den rückwärtigen Kanal (A — B) ebenfalls unterdrückt.

In den weiter unten folgenden Gleichungen ist der (15 Begriff »log« verwendet, um logarithmische Funktionen zu bezeichnen, die eine Polarität haben, wie sie durch die Pohiritiit des Numerus bestimmt ist.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 10 ist die Verstärkung, die zu jedem Lautsprecher gehört, durch eine Kombination eines Verstärkungsregelungsdementes, 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 2tO erzeugt ist. Das Verstärkungsregelungselement 208 ist durch eine Ausgangsspannung V_F geregelt, die durch den Regelungsspannungsgenerator 212 erzeugt ist, und das Verstärkungsregelungselement 216 ist durch eine Ausgangsspannung Vx geregelt, das durch den Regelungsspannungsgenerator 218 erzeugt ist. Auf Wunsch können statt des einen Regelungsspannungsgenerators 210 getrennte Regelungsspannungsgeneratoren an die Verstärkufigsregelungselemente 203 und 204 angeschlossen werden.

Die Ausdrücke für jede der Regelungsspannungen VtA, Vf und V_x ergeben sich aus den Überlegungen beim Entwurf der verschiedenen Regelungsspannungsgeneratoren, welche die Ausdrücke erzeugen, und aus der spezifischen Phase, Wellenform und Pegelzeichen 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, se anwächst, wie das Verhältnis des Intensitätspegels dei Signale A und B von »1« abweicht oder derer Wellenformen zunehmend unterschiedlich werden. Un dieses Ergebnis zu erreichen, kann die Regelspannunj ViR, die an den Verstärkungsregelungselementen 20! und 204 angelegt ist, durch eine der verschiedenen untei angeführten Ausdrücke dargestellt werden. Die folgen den drei Gleichungen enthalten Absolutwerte bezüglicl Aundß

A-B

/4 + ß

V_LR = k log

A-B

ΑΛ- B

= k

log \

Gemäß diesem Alisführungsbeispiel enthält de Regciiingsspannungsgcncrator einen analogen Scha tungsaufbau, der eine Regclspannung liefert.

ι A log —

+

log- ß

-k

log D air B

— I/

¹ SAT·

wo der Begriff »cm« den Augenblick^wert d< Intensität der Spannungshüllkiirve anzeigt, unabhiing von der Phase und der Polarität, die durch eil Vollweggleichrichliing und eine Gläuimg des cinzclm

Signals A oder B erhallen wird. Diese Kcgelspannung V_LR nimmt so zu, wie der Lautstärkepegel, der zu jedem der Signale A oder B gehört im Hinblick auf den anderen wächst, oder aber ihre Wellenformen werden ungleich vergrößert. Eine konstante Spannung Vsat 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« annähert [L = Q), und wie ihre Wellenformen ähnlich und in Phase liegen. Folglich lautet der Ausdruck für die Regelspannung, die durch den Rcgelungsspannungsgenerator 212 erzeugt wird, folgendermaßen

= v_SAT -

log

Die Verstärkung, die zu dem rückwärtigen Kanal gehört, muß zunehmend so vergrößert werden, wie das Intensitätspegelverhältnis der Signale sich an »1« annähert (L = O), und so, wie die Wellenformen der Signale einander ähnlich werden und eine entgegengesetzte Polarität annehmen. Der Spannungsrcgelungsgenerator 218 liefert folglich an seinem Ausgang eine Spannung, die dem Ausdruck entspricht,

V_x =

1 ^A

log- j

Der Aufbau der Spannungsregelungsgeneratorcn 210, 212 und 218 basiert auf Analogkreisen, die die Regelungsspannungen V;.«, V)- und V,\ liefern. Um beispielsweise die Differenzen des Lautstärkepegels abzutasten, sind Schaltkreise erforderlich, um das log-Verhältnis des Intensitätspegels der Signale A und B zu erhalten. Diese Schaltkreise können im 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 Absolulwerteinheit 221 gekoppelt, deren Ausgänge sind mit der Filtcreinheit 222 gekoppelt, die einen Mittelwert bildet. Der Ausgang dieses Filters ist dann über einen Inverter 235 geführt, dessen Ausgang zusammen mit der Spannung V/vv,Aran den Eingang des Addierers 232 gelegt wird. Die Ausgangsspnnnung

' V_SAT-

log

'.V/l I

Ing

ist dann an eine Eingangsklemme des Verstarkungsrcgelungselemcntes 208 in dem vorderen Kanal angelegt. In ähnlicher Weise wird dann die Regclungsspannung Vx durch Anlegen der Signalspannung B und der invertierten Signalspannung A (der Ausgang des Inverters 239) an die log-VcrhUltnisschultung 223 geliefert. Der Ausgang der Schallung 223 Ist mit der Absoluiwcrtschuliung 224 gekoppelt, deren Ausgang mit dem einen Durchschnittswert bildenden Filter 225 gekoppelt ist, Das Ausgungsslgnal des Filters 223 ist an den Eingang des Inverters 236 gelegt; der resultierend':, invertierte Ausgang ist zusammen mit der konstanten Spannung Vxsur an den Addierer 233 angelegt. Die Ausgangsspnnnung

kontrollclcmentes 216 in dem rückwärtigen Kanal X angelegt.

Der Spannungsregelungsgeneralor 210 enthält die Absolutwertschallungen 226 und 230, Filter 227 und 231, eine log-Verhältnisschaltung 228, eine Absolutwertschallung 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

log

-k

log

envA

envB

- V_SAT

Ist dünn nn die eine Kinpngsklemmc des Verstärkung-

ist dann an eine Eingangsklemme der Verstärkungsregeiungselcmente 203 und 204 angelegt.

Der spezifische Schaltungsaufbau, wie er den verschiedenen Blockdiagrammen der F i g. 11 entspricht, isi in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Die log-Vcrhältnisschaltungen 220 und 223 enthalten Operationsverstärker AR 2, AR 3, A«4, AR5 und AR 10.Transistoren Ql bis Q6, Kapazitäten Cl bis C3 und C14 bis C17 und Widerstände «9 bis « 11, « 16 bis « 18. «23 bis «26 und «35 bis «38. Die Absolutwcrtschaltungen 221 und 224 enthalten Operationsverstärker .4« 6, AR 7 /\«11 und AR\2, Dioden D5 bis D8. Widerstände «43, «44, «47 bis «50, «55, «56, «59 und «60 und Kapazitäten C25 und C26.

Die den Mittelwert bildenden Filier 222 und 225 enthalten Operationsverstärker ARS und AR 13, Kapa/.i-

3« täten C27 bis C38 und Widerstände «62 bis «65, «6/ bis «74, «76 und «77. Die Inverter 235 und 236, wii sie im Blockschaltbild in F i g. 11 dargestellt sind, sim unnötig, wenn negative Spannungen für Visat um V.sA/»7¹ verwendet werden, die über Widerstände «8; und «85 an den invertierenden F.ingangsklemmcn dci Verstärker AR5 und AR 14 anliegen, wie es in F i g. K dargestellt ist.

Der Inverter 239 enthält einen Operalionsverstärkc . \« 1 und Widerstände « 2 und «. Der Addierer 232 ent hält einen Operationsverstärker /\«9. Widerstand! «93 und «94 und Kapazitäten ("40 und C41. De Addierer 233 enthält einen Operationsverstärker Ali 14 Kapazitäten C42 und C43 und Widerstände «95 um «96.

Wie in F i μ. 14 dargestellt, enthält die Absolutwert schaltung 226 Operationsverstärker Ali 15 und Ali If Widerslände «3. «5, «6, « 12 und « 14, Dioden D und D 2 und eine Kapazität C4. Die Absolut weil schaltung 230 enthalt Operationsverstärker AR 19 um AR 20, Widerstände « I. « 7. «8. « 13 und « 15. Diodci Di und /J5 und eine Kapazität CS.

Das einen Mittelwert bildende Filter 227 cnthal einen Operationsverstärker ARiT. Widerstünde R Ii «27. «33. «39. «41. «28. «21 und «31 und Kapazi tüten C6. C8. CIO. C12. C18 und C19. Das eine Mittelwert bildende Filier 231 enthüll einen Operations verstarker AR 21, Widerstände RW, «29, «34. «4( « 42. R 22. « 30 und « 32 und Kapazitäten C7. C9. C1: C12. C20und C43.

Die log-Verstürkungsschultung 228 enthüll Oper» tionsvcrslüi'kcr AR 18. AR22-, AR2i, Transistoren Q bis Q 10, Widerstünde R 45 und R 46. « 51 bis R 54. R 5 und /738 und Kapazitäten C2I bis C24. Die Al: solutwcrtschiilmng 229 enthalt Operationsverstärke ARM und AR25, Widerstünde «61. «66. «75. «7 und «79 und Dioden D9 und /JIO. Der Addierer 23 enihilll einen Operationsverstärker AR 26, Widerstund «88 bis «91, «97 und eine Kapazität C44.

Es muß nicht im Hinblick auf Fig. 13 betont werden, daß die Ausgänge der Operationsverstärker /\/?8 und AR 13 tatsächlich negativ sind und an den nichtinvertierenden Klemmen des Addierverstärkers AR9 und AR 14 angelegt sind. Die Tatsache, daß die negativen Versorgungsspannungen (-15V) für VW benutzt werden, erlaubt das Weglassen der Inverter 235 und 236. Die Verwendung einer positiven Versorgungsspannung für Vsat (Fig·9). die an den negativen Eingang des Verstärkers AR26 anliegt und die Verwendung der positiven Spannung an dem Ausgang des Verstärkers AR 25 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 Fig. 14 dargestellt.

Weder die Ausdrücke für V/.r, VV oder V,\ 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.

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 der 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 den Widerstand PR 201 fließt.

Der Strom, der das Tonsignal beispielsweise in dem linken Kanal darstellt, fließt durch den Fotowiderstand P/? 201 und dann durch eine Anordnung, die als Emitterfolger-Verstärker aufgebaut ist und Transistoren (?203 und Q 204 enthält. Die Rcgelspannung, beispielsweise VY« liegt dann an der anderen Kingangsklemmc nn. Wenn die Spannung Vi« entsprechend den verschiedenen Niveaus der Wellenform uiul/oder den Phasenwerten anwächst, wie bereits oben beschrieben, verursacht dies ein entsprechendes Anwachsen des Signalstmmcs durch den Fotowiderstand und folglich auch ein Anwachsen der Ausgnngsspnnnung Vom-Diese erhöhte Spannung Vom vergrößert dann die Verstärkung, die mit dem Lautsprecher in diesem Kanal verbunden isl, in diesem Fall mit dem Lautsprecher 14L Wenn die Regclspannung V/.« abnimmt, tritt der entgegengesetzte F.ffekt ein. In ähnlicher Weise wird die Verstärkung der anderen Wandler geregelt.

Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann es wünschenswert sein, die Scricnschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität [RC-Kreis) parallel zu dem Fotowiderstand PR 201 zu schallen, so daß die Verstärkung und der Frequenzbereich gleichzeitig geregelt werden. Der Frequenzbereich kann dann für niedrige Strompegel vcrschmülcrt werden und das Schwingen des Plattentellers sowie das bOllz-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 Mischaufhuu verwende! werden.

In der Verstärkungsregelungseinrichtung der Erfindung, wie es in Fig.5 dargestellt ist, wo die Kanalverstärkung geregelt ist als Funktion des Augenblickswertes der Λ- 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 \2X gegeben werden. Unter der Annahme, daß dies an keinem anderen Eingang auftritt, wird sich in diesem

ίο Fall das Λ-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 einem Minimum sind. Wo die

!S 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 Mikrophoncingängen einen Fehler an dem

jo Ausgang hervorrufen, da die Verstärkung der linken und rechten Lautsprecher 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

.ίο 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

.15 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 Absolutwcrtkrcisc 116Λ 116/? 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 Fig. 5 abgetastet. An einem unbegrenzten Widerstandswert tastet der Kreis dann das Verhältnis der I lüllkurvc A zi: der I lüllkurvc Ii ab (F i g. 11). An einem dazwischenliegenden Widerstand werden dann die Kombinalioncr der beiden abgetastet.
Die Signalqucllc der vorliegenden Erfindung, die drc oder mehr codierte Signale in zwei Kanälen besitzt, is vertraglich mit herkömmlichen Einrichtungen und kam über herkömmliche monauralc und Stereo-Laut sprcchcrimordnungcn, die zwei Kanäle besitzen, abgc spielt werden. Verschiedene Änderungen der beschrie bcnen Ausführungen können verwendet werden, wöbe doch die Prinzipien der vorliegenden F.rfindunj vci wendbar sind. Wllhrcnd beispielsweise das. Rcpro duktions- odef Wiedergabegerät einen besondere! Verwendungszweck hat, wenn eine Zwei-Signalkanal quelle verwendet wird, werden zusätzliche Wiedergabe kanttlc an eine drei- oder mehrkunnllgc Signalqucll angekoppelt; hierbei werden die zu jedem Kam gehörenden Kanallautsprcchcr durch Rcgiczcichc aktiviert, die in einem oder in allen der drei- oder mcli Signulqucllcn vorhanden sind.

Zuslitzlichc Kanüle können an die Stcreosignalqucll angekoppelt werden; ihre einsprechenden Vcrstilrkur j!cii werden durch andere bcsiimmic Verhältnisse in de

Signalen A und B begrenzt. Es kann ein fünfler und sechster Kanal beispielsweise hinzugefügt werden; die Verstärkung, die zu dem linken und rechten Kanal gehört, wächst dann entsprechend den ungleichen Wellenformen und den ungleichen Lautstärkepegeln der Signale A und S 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 dein 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 einzueodieren.

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 deVen Richtinformation derart gewählt werden, daß vier Kombinationen aus den codierten Signalen jedes der beiden Kanäle (A, B) mit wenigstens drei Tonsignalen, wovon jede Kombination entsprechend vorgewählte Phasen- und Amplitudenverhältnisse zwisehen 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 der Tonsignaie 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) derart 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.