DE2109557C3 - Kompatibles Vierkanal-Rundfunkübertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kompatibles Vierkanal-Rundfunkübertragungssystem, bei dem ein Rundfunksender mit einem vier Audiosignale enthaltenden Multipiexsignal frequenzmoduliert wird, das aus einem Hauptkanal mit einem Summensignal, aus einem Pilotton, aus einem ersten Unterkanal, der auf einen ersten Hilfsträger mit der doppelten Pilottonfrequenz aufmodulierte Links/Rechts-Differenzsignale enthält, und aus mindestens einem weiteren Unterkanal besteht. Es ist bereits ein kompatibles Zweikanal-Stereo-System bekannt und verbreitet in Anwendung, dessen Stereo-Multiplexsignal sowohl durch einen Monoemp-

■lo fänger ohne Verlust an Wiedergabetreue in der richtigen Weise demoduliert, als auch in einem Stereoempfänger demoduliert und in ein linkes und rechtes Audiosignal dekodiert werden kann, die linken und rechten Lautsprechern zugeführt werden. Bei einem derartigen bekannten Stereosystem wird ein Rundfunksender mit einem Multipiexsignal frequenzmoduliert, das die beiden Audiosignale enthält. Das Multipiexsignal ist zusammengesetzt aus einem Hauptkanal mit der Summe beider Audiosignale, aus einem Pilotton

» (19 kHz) und aus einem Unterkanal, der die Differenz beider Audiosignale moduliert auf einen Hilfsträger mit der doppelten Pilottonfrequenz enthält.

Aus der US-PS 33 75 329 ist ein quadrophones System für die Aufzeichnung und Wiedergabe akustischer Darbietungen bekannt. Bei diesem System umgeben vier Mikrophone die Tonquelle derart, daß ihre Verbindungslinien ein Viereck bilden. Die Mikrophonsignale werden elektronisch nacheinander abgetastet (Zeitmultiplex), und das hiervon abgeleitete Signal

w) wird zu einem Empfänger übertragen, der eine entsprechende Anordnung von Lautsprechern aufweist, die den Zuhörer in derselben Weise umgeben wie die Mikrophone die Tonquelle. Die 60 Hz Frequenz des (amerikanischen) Lichtnetzes dient dabei zum Synchro-

" nisieren der Abtastvorrichtungen in Sender und Empfänger. Dieses System ist nicht kompatibel, da es keinen Mono- und keinen Zweikanalstereo-Enipfang ermöglicht. Weiterhin ist es nicht für die Anwendung bei

einer herkömmlichen frequenzmodulierten Rundfunkstation geeignet

Ein weiteres Vier kanal- Rundfunkübertragungssystem ist aus der Veröffentlichung Audio, Bd. 54 (Januar 1970), Seiten 22 bis 24 und 78 bekannt Bei einem der dort beschriebenen Vierkanal-Systeme finden zwei bestehende Zweikanal-Stereosysteme Anwendung, und jedes dieser beiden Stereosysteme enthält eine eigene frequenzmodulierte Rundfunkstation. Eines der beiden Stereosysteme überträgt die vordere linke und vordere rechte Information, und das andere überträgt die hintere linke und hintere rechte Information. Ein derartiges »Zwillings-Stereo-Vierkanalsystem« erfordert auch eine Verdopplung der Empfängerausrüstung, wobei jeder der Empfänger auf einen anderen Sender abgestimmt ist Ein wesentlicher Nachteil eines derartigen Übertragungssystems besteht darin, daß die Signale nicht kompatibel sind, da z. B. ein?; Person mit einem einzigen Stereoempfänger sich lediglich auf eine Rundfunkstation abstimmen kann, so daß sie entweder die vordere linke und rechte Information oder die hintere linke und rechte Information erhält In dieser Veröffentlichung ist noch ein weiteres Vierkanal-Rundfunkübertragungssystem offenbart, bei dem die vorderen Audiosignale wie beim bekannten Zweikanal-Stereosystem übertragen werden (Hauptkanal 50 Hz bis 15 kHz, Pilotton 19 kHz, Unterkanal amplitudenmoduliert auf einem 38 kHz Hilfsträger), wobei aber zusätzlich die Links-Hinten-Information frequenzmoduliert auf einem 69 kHz Unterträger und die Rechts-Viinten-Information frequenzmoduliert auf einen 89 kHz Unterträger den FM-Sender modulieren. Um ein Überlappen zwischen der Links- und Rechts-Hinten-Information zu vermeiden, weist jeder dieser beiden zusätzlichen Kanäle nur eine Bandbreite von 1OkHz auf, was die Wiedergabegüte beeinträchtigt Weiterhin müssen sowohi der Sender, als auch der Empfänger Anordnungen für das Erzeugen jeder der vier Unterträger, d.h. mit 19 kHz, 38 kHz, 69 kHz und 89 kHz aufweisen, und die Frequenz derselben muß stabilisiert werden, um so eine genaue Kanaltrennung ohne Verlust an Wiedergabegüte aufrechtzuerhalten. Dieses Vierkanal-System ist daher nur mit großem Aufwand realisierbar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Vierkanal-Rundfunkübertragungssystem zu schaffen, das mis bestehenden FM-Mono- und Stereoempfängern kompatibel ist, d.h. ein System, dessen quadrophones Signal so übertragen wird, daß es nicht nur mit einem Vierkanalempfänger, sondern ohne Verlust an Wiedergabegüte auch mit einem Stereo- und Monoempfänger wiedergegeben werden kann, und das weiterhin einfach im Aufbau ist

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hauptkanal die Summe der vier Audiosignale enthält, daß der erste Unterkanal den mit der Differenz aus der Summe der linken vorderen und hinteren Audiosignale modulierten ersten Hilfsträger enthält, und daß ein zweiter Unterkanal einen mit der Liiieicnz aus der Summe der t>o hinteren linken und rechten Audiosignale modulierten zweiten Hilfsträger mit der vierfachen Pilottonfrequenz enthält

Nach einer bevorzugten Ausführungsform verfährt man dergestalt daß der Pilotton eine Frequenz von b^r> 19 kHz, der erste Unterkanal eine Mittenfrequenz von 38 kHz und der zweite Unterkanal eine Mittenfrequenz von 76 kHz aufweisen.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird dergestalt verfahren, daß senderseitig ein Signalgenerator für das Erzeugen des zweiten Hilfsträger, eine erste Anordnung für das Erzeugen des ersten Hilsfträgers und eine zweite Anordnung für das Erzeugen des Pilottons vorgesehen sind, daß eine erste Torschaltung alternierend das linke hintere oder das linke vordere Audiosignal auf ihren Ausgang durchschaltet daß eine zweite Torschaltung alternierend das rechte vordere oder das rechte hintere Audiosignal auf ihren Ausgang durchschaltet daß eine dritte Torschaltung alternierend das Ausgangssignal der ersten Torschaltung oder das Ausgangssignal der zweiten Torschaltung auf ihren Ausgang durchschaltet wobei die erste und zweite Torschaltung von jeder Halbwelle des zweiten Hilfsträgers umgeschaltet werden und die dritte Torschaltung von jeder Halbwelle des ersten Hilfsträgers umgeschaltet wird, und daß dem Ausgangssignal der dritten Torschaltung der Pilotton zugesetzt wird, so daß sich das vollständige Multiplexsignal ergibt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß empfängerseitig ein Filter zum Abtrennen des Pilottons, eine dritte Anordnung zum Erzeugen des ersten Hilfsträgers sowie eine vierte Anordnung zum Erzeugen des zweiten Hilfsträgers vorgesehen sind, daß das Multiplexsignal an den Eingang einer vierten Torschaltung gelegt ist, die es alternierend auf den Eingang einer fünften Torschaltung oder auf den Eingang einer sechsten Torschaltung durchschallet daß die fünfte Torschaltung ihr Eingangssignal alternierend auf einen ersten oder auf einen zweiten Ausgang durchschaltet und die sechste Torschaltung ihr Eingangssignal alternierend auf einen dritten oder auf einen vierten Ausgang durchschaltet, wobei die vierte Torschaltung von jeder Halbwelle des ersten Hilfsträgers umgeschaltet wird und die fünfte und die sechste Torschaltung von jeder Halbwelle des zweiten Hilfsträgers umgeschaltet werden, derart, daß am ersten Ausgang das linke hintere, am zweiten Ausgang das linke vordere, am dritten Ausgang das rechte vordere und am vierten Ausgang das rechte hintere Audiosignal entsteht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 und 6 angegeben.

Das erfindungsgemäße System führt zu der Ausbildung eines kompatiblen Signals, das auf herkömmlichen Mono- und Stereoausrüstungen sowie mit quadrophonen Ausrüstungen wiedergegeben werden kann. Der Hauptkanal trägt die Summe aller vier Audiosignale, so daß ein Mono-Empfänger alle vier Audiosignale erhält An einem Stereoempfänger wird die linke und rechte Information in der üblichen Weise gewonnen, und lediglich bei dem für Vierkanal-Empfang ausgerüsteten Empfänger wird das Signal in seine vier Komponenten zerlegt. Das das 76 kHz Schaltsignal verwendende System weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß in jedem Audiokanal die volle Niederfrequenz-Bandbreite übertragen wird. Die vier Audiosignale haben die Positionen links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten und werden hier gelegentlich mit LV, RV, LH und RH bezeichnet.

Fine erfindungsgemäße Ausführungsform wird im folgenden beispielsweise beschrieben, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

F i g. 1 zeigt eine Darstellung der beiden Hilfsträgerspannungen über der Zeit;

F i g. 2 ist ein Diagramm des verwendeten Frequenzspektrums;

F i g. 3 ist ein Blockdiagramm eines Kodierers;

F i g. 4 ist ein Blockdiagramm eines Dekodierers;

Fig.5 zeigt die Wirkungsweise eines Kodierers anhand einer Schaltanordnung.

F i g. 6 zeigt die Wirkungsweise eines Dekodierers anhand einer anderen Schalteranordnung.

In der Fig. 1 sind die Schaltersteuerspannungen des Kodierers gezeigt. Es sind dort eine volle Periode des ersten 38 kHz Hilfsträger und zwei Perioden des neu erzeugten zweiten 76 kHz Hilfsträger gezeigt. Der 38 kHz Hilfsträger wird in der bei einem stereophonischen Sender üblichen Weise angewandt, so daß die Halbweilen 68 bzw. 70 der linken bzw. der rechten Information zugeordnet sind. In ähnlicher Weise sind die Halbwellen 72,74,76 und 78 des 76 kHz-Hilfsträgers jeweils der hinteren bzw. vorderen Information zugeordnet.

Der 38 kHz Hilfsträger dient also zum Schalten zwischen der linken und rechten Information und der 76 kHz Hilfsträger zum Schalten zwischen der vorderen und hinteren Information. Um die Kompatibilität sicherzustellen, ist die Reihenfolge, in der die Niederfrequenzsignale übertragen werden, LH, L V, RH und R V. Außerdem ist es erforderlich, die Bandbreite gegenüber dem bekannten Zweikanalstereo-Rundfunkübertragungssystem zu vergrößern, um die vier Audiosignale zu übertragen, nämlich auf wenigstens 91 kHz oder ggf. auf 110 kHz, um den S.C.A. Hilfsträger zu umfassen.

In der Fig.2 ist das Frequenzspektrum des Signalgemisches gezeigt. Somit erstreckt sich ein Hauptkanal üblicherweise von 50 Hz bis 15 kHz und enthält die Summe der linken und rechten vorderen und hinteren Informationen, nämlich

LV + LH + RV + RH. Hierauf folgen ein Pilotton mit 19 kHz und ein erster Unterkanal mit 38 kHz Mittenfrequenz. Dieser erste Unterkanal enthält die linke minus rechte Information einschließlich der vorderen und hinteren Information. Ein zweiter Unterkanal ist auf 76 kHz zentriert und enthält die vordere minus hintere Information für die linken und rechten Signale, also LV- LH+ RV- RH.

Wenn ein S.GA. Signal erforderlich ist, kann dieses auf 105 kHz zentriert werden.

Der Kodierer ist in der Fig.3 gezeigt. Die vier Tonsignale werden durch vier Leitungen 94A, B, C und D den Torschaltungen 96 zugeführt. Es ist ein 76 kHz Oszillator 98 vorgesehen, der ein Signal den Torschaltungen für das Umschalten zwischen der vorderen und der hinteren Information zusendet. Die Frequenz wird in einem Teiler 100 durch zwei dividiert, und dieses 38 kHz Signal wird einmal den Torschaltungen 96 für ein Umschalten zwischen der rechten und der linken Information zugeführt, und außerdem einem weiteren Teiler 102 für das Erzeugen des 19-kHz-Pilottons. Der Pilotton wird dem Ausgangssignal der Torschaltungen 96 zugesetzt, wodurch sich das vollständige Multiplexsignal an einer Leitung 103 ergibt das zur Modulation eines herkömmlichen frequenzmodulierten Senders verwendet wird.

Das Blockdiagramm nach der Fig.4 zeigt den zugehörigen Dekodierer, der im wesentlichen das Gegenstück zu dem Kodierer nach der F i g. 3 darstellt Das Signalgemisch kommt von dem Demodulator durch eine Leitung 80. Es wird sowohl dem 19 kHz Verstärker 82 zugeführt als auch den Torschaltungen 84. Das 19 kHz Signal wird auf 38 kHz in einem Frequenzverdoppler 86 verdoppelt und dieses Signal wird durch eine Leitung 88 den Torschaltungen 84 zugeführt, wo dasselbe für das Umschalten zwischen der rechten und linken Information angewandt wird. Das 38 kHz Signal wird ebenfalls einem zweiten Frequenzverdoppler 90 zugeführt der ein Signal mit 76 kHz durch die Leitung 92 abgibt das ebenfalls den Torschaltungen 84 zugeführt und für das Umschalten zwischen der vorderen und hinteren Information verwendet wird.

Die Fig.5 und 6 erläutern die Wirkungsweise der Torschaltungen 96 und 84 anhand mechanischer Schalteranalogien. Gemäß der Fig.5 arbeitet ein Schalter 104 mit einer Frequenz von 38 kHz für das abwechselnde Umschalten der rechten und linken Information auf einen Ausgang. Dem »Links«-Eingang des Schalters 104 ist ein weiterer Schalter 106 vorgeschaltet für das Umschalten der linken hinteren und linken vorderen Information mit der doppelten Umschaltfrequenz, während dem »Rechtsw-Eingang des Schalters 104 ein Schalter 108 für das abwechselnde Umschalten der rechten hinteren und rechten vorderen Information vorgeschaltet ist der ebenfalls mit der doppelten Umschaltfrequenz arbeitet

In F i g. 5 sind die Schalter 104,106 und 108 jeweils in ihrer »oberen« Schalterstellung dargestellt wobei die linke hintere Information auf den Ausgang der Anordnung durchgeschaltet ist Nunmehr bewegen sich der Schalter 106 und der Schalter 108 in die »untere« Schalterstellung, so daß die linke vordere Information abgetastet wird. Nach einer vollständigen Phase der 76 kHz bewegt sich der Schalter 104 in die »untere« Lage, so daß der Ausgang des Schalters 106 offen ist, während derjenige des Schalters 108 geschlossen ist. Während sich der Schalter 104 in seiner »unteren« Lage befindet wiederholt der Schalter 108 den Vorgang des Abtastens der rechten vorderen und hinteren Information.

Der Dekodierer nach der Fig.6 ist praktisch ein Spiegelbild des Kodierers dahingehend, daß ein Schalter 110, der mit einer Frequenz von 38 kHz arbeitet, abwechselnd zwischen der linken und der rechten Information umschaltet und die mit einer Frequenz von 76 kHz arbeitenden Schalter 112 und 114 schalten abwechselnd zwischen vorderer und hinterer Information der linken und rechten Signale.
Wenn auch in den F i g. 5 und 6 mechanische Schalter gezeigt sind, versteht es sich, daß in einem normalen Empfänger oder Sender derartige Schaltvorgänge durch Halbleitervorrichtungen, vorzugsweise in Form von integrierten Schaltkreisen, ausgeführt werden.

Es ergibt sich somit daß das Signal vollständig mit Mono-, Stereo- oder Vierkanal-Empfängem kompatibel ist Bei einem Monoempfänger würde man somit den Hauptkanal hören, der während zweier Phasen des 76 kHz Unterträgers die Information aus allen vier Kanälen enthält Bei einem Stereoempfänger wird die linke vordere und linke hintere Information während der ersten 180° -Periode des 38 kHz Hilfsträger wiedergewonnen, während die rechte vordere und rechte hintere Information während der zweiten 180°-Phase empfangen wird. Bei einem Vierkanalemp-

fänger wurden die vier Signale einzeln in der oben beschriebenen Weise dekodiert werden.

Anhand der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die vier Audiosignale alle mit voller 15 kHz Bandbreite übertragen werden, so daß keine Verschlechterung der Ubertragungsqualität und der Kanaltrennung erfolgt Die vier Signale erhalten ebenfalls den gleichen Modulationsgrad (Frequenzhub) so daß keine Verschlechterung des Signal-Rausch-Abstands entsteht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Kompatibles Vierkanal-Rundfunkübertragungssystem, bei dem ein Rundfunksender mit einem vier Audiosignale enthaltenden Multipiexsignal frequenzmoduliert wird, das aus einem Hauptkanal mit einem Summensignal, aus einem Pilotton, aus einem ersten Unterkanal, der auf einen ersten Hilfsträger mit der doppelten Pilottonfrequenz aufmodulierte Links-ZRechts-Differenzsignale enthält, und aus mindestens einem weiteren Unterkanal besteht dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkanal die Summe der vier Audiosignale enthält, daß der erste Unterkanal den mit der Differenz aus der Summe der linken vorderen und hinteren Audiosignale modulierten ersten Hilfsträger enthält, und daß ein zweiter Unterkanal einen mit der Differenz aus der Summe der hinteren linken und rechten Audiosignale und der Summe der vorderen linken und rechten Audiosignale modulierten zweiten Hilfsträger mit der vierfachen Pilottonfrequenz enthält

2. Rundfunkübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Pilotton eine Frequenz von 19 kHz, der erste Unter kanal eine Mittenfrequenz von 38 kHz und der zweite Unterkanal eine Mittenfrequenz von 76 kHz aufweisen.

3. Rundfunkübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig ein Signalgenerator (98) für das Erzeugen des zweiten Hilfsträgers (76 kHz), eine erste Anordnung (100) für das Erzeugen des ersten Hilfsträgers (38 kHz) und eine zweite Anordnung (102) für das Erzeugen des Pilottons (19 kHz) vorgesehen sind, daß eine erste Torschaltung (106) alternierend das linke hintere oder das linke vordere Audiosignal auf ihren Ausgang durchschaltet, daß eine zweite Torschaltung (108) alternierend das rechte vordere oder das rechte hintere Audiosignal auf ihnen Ausgang durchschaltet, daß eine dritte Torschaltung (104) alternierend das Ausgangssignal der ersten Torschaltung (106) oder das Ausgangssignal der zweiten Torschaltung (108) auf ihren Ausgang durchschaltet, wobei die erste und die zweite Torschaltung (106, 108) von jeder Halbwelle des zweiten Hilfsträgers (76 kHz) umgeschaltet werden und die dritte Torschaltung (104) von jeder Halbwelle des ersten Hilfsträgers (38 kHz) umgeschaltet wird, und daß dem Ausgangssignal der dritten Torschaltung (104) der Pilotton zugesetzt wird, so daß sich das vollständige Multipiexsignal ergibt.

4. Rundfunkübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anordnung (100) für das Erzeugen des ersten Hilfsträgers (38 kHz) aus einem dem Signalgenerator nachgeschalteten ersten Frequenzteiler besteht, und daß die zweite Anordnung (102) für das Erzeugen des Pilottons aus einem dem ersten Frequenzteiler nachgeschalteten zweiten Frequenzteiler besteht.

5. Rundfunkübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig ein Filter (82) zum Abtrennen des Pilottons (19 kHz), eine dritte Anordnung (86) zum Erzeugen des ersten Hilfsträgers (38 kHz) sowie eine vierte Anordnung (90) zum Erzeugen des zweiten Hilfsträgers (76 kHz) vorgesehen sind, daß das Multipiexsignal an den Eingang einer vierten Torschaltung (110) gelegt ist, die es alternierend auf den Eingang einer fünften

Torschaltung (112) oder auf den Eingang einer sechsten Torschaltung (114) durchschaltet daß die fünfte Torschaltung (112) ihr Eingangssignal alternierend auf einen ersten oder auf einen zweiten Ausgang durchschaltet und die sechste Torschaltung (114) ihr Eingangssignal alternierend auf einen dritten oder auf einen vierten Ausgang durchschaltet, wobei die vierte Torschaltung (110) von jeder Halbwelle des ersten Hilfsträgers (38 kHz) umgeschaltet wird und die fünfte und die sechste Torschaltung (112, 114) von jeder Halbwelie des zweiten Hilfsträgers (76 kHz) umgeschaltet werden, derart, daß am ersten Ausgang das linke hintere, am zweiten Ausgang das linke vordere, am dritten Ausgang das rechte vordere und am vierten Ausgang das rechte hintere Audiosignal entsteht.

6. Rundfunkübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die dritte Anordnung (86) zum Erzeugen des ersten Hilfsträgers (38 kHz) als ein dem Filter (82) nachgeschalteter erster Frequenzverdoppler ausgeführt ist und daß die vierte Anordnung (90) zum Erzeugen des zweiten Hilfsträgers (76 kHz) als ein dem ersten Frequenzverdoppler nachgeschalteter zweiter Frequenzverdoppler ausgeführt ist.