DE2129673A1 - Dekodiervorrichtung fuer ein Mehrrichtungs-Tonsystem - Google Patents

Description

Peter Scheiber, Peeksill, N.Y./USA

Dekodiervorrichtung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dekodiervorrichtung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem. ·

Ein vollständiges Mehrrichtungs-Tonsystem weist Mehrrichtungs-Tonabnahmeeinrichtungen, eine Kodiereinrichtung zum Umsetzen der Mehrfachkanäle der Abnahmeeinrichtung in nur zwei getrennten elektronischen Kanälen, eine Aufzeichnungseinrichtung und eine Wiedergabeeinrichtung (oder eine Sende- und Empfangseinrichtung), eine Dekodiereinrichtung zur Erzeugung von elektrischen, jeweils mit Mehrrichtungs-Eingangstonsignalen in Beziehung stehenden Mehrrichtungs-Tonsignale, und Tonfrequenzverstärker und Lautsprecher

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oder äquivalente Einrichtungen zur Erzeugung einer Mehr-. richtungs-Klangwirkung für einen oder mehrere Zuhörer auf. Unter "Mehrrichtung" Sollen hier wenigstens drei Schallrichtungen, insbesondere vier Schallrichtungen verstanden werden. Es ist zulässig und tatsächlich sehr wünschenswert, daß gewisse Teile des vorbeschriebenen Systems Bauteilen herkömmlicher Bauart entsprechen. Beispielsweise sollten Sende- und Empfangsteil eines Systems aus einem üblichen Stereo-FM-Rundfunksender und einem FM-Empfänger bestehen.

Seit vielen Jahren ist der Wunsch nach einer Stereooder zweidimensionalen Tonwiedergabe allgemein realisiert worden. Ein solches , zweidimensionales Ton-Wiedergabegerät weist schwerwiegende Unzulänglichkeiten bei der Wiedergabe von- Musik oder anderem Hörfunkunterhaltungsprogramm auf, bei dem annähernd die Originaldarbietung erreichbar ist« .""".-

Wenn bereits zweidimensionale Tonsysteme vorhanden sind, ist der Wunsch nach Mehrrichtungs-Tonsystemen naheliegend, da das zweidimensionale Tonsystem nur Schallquellen nachbilden kann, die innerhalb eines begrenzten Winkels von wesentlich weniger als l80° liegen, während ein Mehrrichtungs-Tonsystem Töne nachbilden kann, die aus irgendeiner Richtung im Bereich von 36O⁰ stammen. Eine bessere, wirklichkeitsgetreue Wiedergabe von Mehrrichtungs- im Unterschied zu zweidimensionalen Tonsystemen wird durch die praktische Erfahrung vollständig bestätigt.

In der Theorie bestehen keine Hinderungsgründe, Mehrrichtungstonsysteme herzustellen. Ein Vierrichtungs-Tonsystem für Magnetbänder kann selbstverständlich aus Stereo-Bandsystemen extrapoliert werden. Hierbei werden dann an Stelle von zwei Magnetspuren auf dem Magnetband vier Spuren

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verwendet. Das Stereosystem, das sich durch eine Verdoppelung eines einkanaligen Systems ergeben hat, wird nochmals verdoppelt, um ein Vierrichtungssystem herzustellen. Obwohl ein solches Vierspur-Tonsystem theoretisch ausführbar ist , stößt seine Ausführung in der Praxis auf Schwierigkeiten. Die wesentliche Schwierigkeit besteht darin, daß das gesamte Tonwiedergabe-System tatsächlich verdoppelt worden ist. Wenn dann, drahtlos gesendet werden soll, müßten zwei Stereo-FM-Radiostationen anstelle einer Stereo-FM-Station verwendet werden, wie sie zum Senden einer zweidimensionalen Tonwiedergabe erforderlich ist. Pur eine magnetische Aufzeichnung sind zweimal soviel Bandspuren und zweimal soviel Bänder erforderlich. Die Schwierigkeit im Fall von Plattenaufnahmen ist noch größer, da zwei Rillen oder Spuren auf der Platte oder sonst ein aufwendiger Ausweg erforderlich wäre, um eine gleichwertige Aufzeichnung zu erhaltenj keiner dieser Wege hat sich daher als praktisch verwendbar herausgestellt.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat sich ergeben, daß die gesamte Richtungsinformation, die von vier Lautsprechern wiedergegeben und von einem Zuhörer wahrgenommen werden kann, im wesentlichen ohne Verdoppelung und ohne wesentliche Vergrößerung des die Grundinformation enthaltenden Aufnahmevermögens von zwei üblichen Tonfrequenzkanälen (beispielsweise die einer Stereoaufnahme oder einer Stereo-PM-Rundfunksendung) wiedergegeben werden kann.

In dem System, in dem die Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung verwendet worden 1st, wird die Richtungsinformation in den Amplituden- und Phasen- (oder Polaritäts-) Beziehungen jedes Mehrrichtungs-Eingangssignals in einem der Stereokanäle im Vergleich zu dem anderen Kanal kodiert.

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Obowhl die Richtungsinformation nicht mit der' gleich Genauigkeit aufgezeichnet ist, die für die Frequenzkomponenten bei der Tonfrequenz-Informationsbildung erreicht ist, ist dies völlig unwichtig im Hinblick auf die Unzulänglichkeit bei der Wiedergabe und der Bewertung der Richtungsinformation in dem System insgesamt (einschließlich Zuhörer). Beispielsweise ist in einem Richtungs-Tonsystem eine bestimmte Anzahl von Lautsprechern vorhanden; Töne, die von anderen als von diesen genau vorgegebenen Stellen ausgehen, müssen an verschiedenen Stellen durch Erregen der Lautsprecher mit entsprechenden Amplituden angenähert werden. Ein Ton, der direkt von vorne auf den Zuhörer zukommen soll, muß durch einen Ton sowohl aus dem linken, als auch aus dem rechten Lautsprecher angenähert werden.

In dem vorbeschriebenen System kann die Richtungs-Einrichtung zum Kodieren un Dekodieren, die die Amplituden- und Phasen-Beziehung zwischen den zwei Stereokanälen ausnutzt, durch eine Verstärkungs-Regelungs-Einrichtung für die Ausgangssignale verbessert werden. Ein derartiges Verstärkungs -Rege lungs sys tem ermöglicht die Lokalisierung des Tons in einem Lautsprecher in einem größeren Bereich als dem, der mit dem Kodier- und Dekodier-Grundsystem erreichbar wäre.

Ein System mit der Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung ist maximal verträglich mit bestehenden Stereo-FM-Rundfunkübertragungen und Stereoplattenaufzeichnungen. Wenn für das System beispielsweise eine Plattenaufnahme abgespielt wird, und der Ton von einem einkanaligen Verstärker oder FM-Rundfunkempfänger> von einem Stereoverstärker oder einem Stereo-FM-Rundfunkempfanger wiedergegeben wird, wird je nachdem eine sehr gute einkanalige oder Stereotonwiedergabe erhalten. Die Wiedergabe in beiden Fällen schließt

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alle vier Toneingänge der Aufzeichnung ein, wobei allerdings der rückwärtige Toneingang in der Amplitude vermindert ist, wenn die Wiedergabe mit einer Einrichtung mit vier Lautsprechern erfolgt. Hierbei ist in die Mono- oder Stereowiedergabe keine Richtungsverzerrung in dem Sinn eingeführt, daß die rechten und linken Kanäle bei der einkanaligen und der Stereo-Wiedergabe gleich dargestellt sind,- und tatsächlich die bestmögliche Annäherung bei der Wiedergabe mit vier Lautsprechern erbracht ist.

Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist ein Mehrrichtungs· Tonsystem mit vier in den Ecken eines etwa quadratischen Raums angeordneten Lautsprechern üblich, bei dem die Wiedergabe mit vier, der Richtung zu den vier verwendeten Lautsprechern entsprechenden Eingangssignalen erfolgt. Die Anzahl der Eingänge der Kodiereinrichtung ist aber nicht auf vier beschränkt, noch sind sie auf die Richtung beschränkt, die durch einen Ausgang dargestellt ist. In Wirklichkeit wird die·von einem Eingangssignal dargestellte Richtung durch die Werte bestimmter Widerstände bestimmt, und es ist bereits möglich, verschiedene Widerstandsnetzwerke zu schaffen, so daß die von einem Eingang dargestellte Richtung nach Belieben verändert oder für eine gewünschte Richtung eingestellt werden kann. In ähnlicher Weise kann die von den Ausgangslautsprechern dargestellte Richtung gegenüber der vorher beschriebenen 90°-Unterteilung in einige andere Werte geändert werden. Die zu einem Lautsprecherausgang gehörende Richtung kann dadurch geändert werden, daß der Lautsprecher an einer ungewöhnlichen Stelle angeordnet ist. Die von dem Lautsprecherausgang dargestellte Stelle braucht daher nicht mit seiner tatsächlichen Stelle übereinzustimmen, wo interessante Effekte erzielt werden können. Der Winkel kann hierbei vergrößert oder verkleinert werden, so daß eine verteilte Schallquelle, beispielsweise ein Orchester

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gegenüber zu liegen scheint.. Das Signal zu den Lautsprechern kann so gesteuert werden, als ob eine Bewegung vom rückwärtigen Teil eines Saales _f wo das Orchester einem relativ kleinen Winkel gegenüberliegt, zum vorderen Teil des Saales erfolgt, wo das Orchester einem viel größeren Winkel gegenüberliegt.

Die Zuordnung einer gewünschten Richtung zu einem Lautsprecherausgang kann auch für besondere Fälle, beispielsweise für in Autos installierte Systeme erwünscht sein, wo die Lautsprecheranordnung besser anders vorgenommen ist, als sie in einem Wohnraum oder einem Studio üblich ist, wo die Lautsprecher rechts vorne, links vorne* rechts und links hinten angeordnet sind.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Dekodiervorrichtung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem, in dem wenigstens drei gerichtete Eingangstonsignale in A- und B-Tonfrequenzkanälen kodiert sind und in dem vier gerichtete, mit den Eingangstonsignalen verbundene Ausgangstonsignale in den A- und B-Tonfrequenzkanälen. wiedergegeben sind, dadurch erreicht, daß die Dekodiervorrichtung einen Α-Eingang und einen B-Eingang, und erste, zweite, dritte und vierte Einrichtungen zur Erzeugung von ersten, zweiten, dritten und vierten gerichteten Tonausgangssignalen aufweist, daß jedes einem entsprechenden zugeordneten Positionswinkel entspricht, daß die Einrichtungen mit jedem der A- und B-Eingänge · verbunden sind und daß die Amplitude jedes Eingangs in den Ausgangs-Tonsignalen proportional zu einer Winkeldifferönz-Funktion zwischen dem Ausgangs-Positionswinkel und dem dem entsprechenden A- oder B-Eingang zugeordneten Winkel ist.

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Weiterhin ist ein Mehrriehtungs-Tonsystem geschaffen; in dem die Dekodiervorrichtung vier gerichtete Ausgangstonsiganel aus wenigstens drei gerichteten Eingangstonsignalen erzeugt, die von einer Kodiereinrichtung in A- und B-Tonfrequenzkanälen kodiert worden sind, wobei die Kodiereinrichtung wenigstens drei Eingänge für die Eingangs -Tonsignale mit den entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln, eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines mit mindestens drei der Eingänge verbundenen A-Kanalsignals, wobei die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dem Α-Kanal und der Phase in dem B-Kanal verschieden ist, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines mit wenigstens drei der Eingänge verbundenen B-Kanalsignals aufweist, wobei die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dem A-Signal dieselbe 1st, wie sAne Phase in dem B-Kanal.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Lautsprecheranordnung bezüglich eines Zuhörers und eine bestimmte, erstrebenswerte Phasenoder Polaritätsbeziehung für ein Mehrriehtungs-Tonsystem;

Pig. 2 eine schematische Darstellung einer Kodiereinrichtung des Mehrrichtungs-Tonsystems;

Pig. j5 eine schematische Darstellung der Kodiervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm, das zur Erläuterung der mit dem Mehrrichtungs-Tonsystem erzielbaren Lichteffekten verwendbar 1st;

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Pig. 5 eine Darstellung, die zur Erläuterung der subjektiven Wiedergabewirkung von Vier-Richt-Tonsignalen bei einer herkömmlichen Stereo-Wiedergabeanordnung ;

Fig. 6 eine Darstellung für die Wiedergabe von vier Richt-Tonsignalen mit einer einkanaligen Wiedergabeanordnung;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der mit einer anderen Ausführungsform des Mehrrichtungs-Tonsystems erzielbaren Richtwirkung;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Richtwirkung eines weiteren Mehrrichtungs-Tonsystems darstellt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Verstärkungsrege lungs-Anordnung für ein Vierfachgerichtetes, an die Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung anpaßbares System zur besseren Lagebestimmung der einzelnen der vier Ausgangslautsprecher;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Verstärkungsregelung für ein Vier-Richtungs-Tonsystem;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Verstärkungsrege lungs -Signalgenera tors für ein niederfrequentes Verstärkungsregelungssignals in aufgezeichnetem oder gesendetem Material, um die Verstärkung in der in Fig. 12 dargestellten Einrichtung entsprechend zu steuern; und

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines in Verbindung mit dem vorbeschriebenen Vier-Richtungs-Tonsystems verwendbares Verstärkungsregelungs-System, in dem

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die Bestimmung des Tonausgangs für verschiedene Lautsprecher von einem niederfrequenten Signal gesteuert wird.

Wie bereits vorher beschrieben, nimmt das System mit Hilfe der Dekodiervorrichtung drei oder mehr gerichtete Ton-Eingangssignale auf und setzt sie zu zwei herkömmlichen Tonfrequenz-Informationskanälen zusammen, (wie sie beispielsweise bei einer Stereoaufzeichnung oder Rundfunkübertragung verwendet werden), um eine Mehrrichtungs-Toninformation zu übermitteln.

■ Bei der Verarbeitung von Mehrrichtungs-Tonsignalen sind vor allem zwei Parameter zu beachten, und zwar die Phase und Amplitude. Hierbei ist es üblich, die Phasenbeziehung auf nur 2 verschiedene, diskrete Phasenbeziehungen zu beschränken, nämlich 0° (in Phase) und l8o° (außer Phase). Diese Phasenbeziehungen werden auch als einfache Umkehr in der Polarität oder dem Vorzeichen behandelt.

Bei der Betrachtung der Amplitudenbeziehung ist es wünschenswert, eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu besitzen, mit der ein spezielles Ton-Eingangssignale im Α-Kanal (dem linken Kanal) einem üblichen Stereo- Aufzeichnungs- oder Übertragungssystem zugeführt wird, und eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu besitzen, mit der ein derartiges Signal dem B-Kanal (dem rechten Kanal) des Systems zugeführt wird.

Die geeignete Amplitudenbeziehung für die A- und B-Kanäle kann als Funktion der dem speziellen Eingangssignal zugeteilten Richtung werden. In dieser Besprechung wird die. dem Eingangssignal zugeteilte Richtung durch einen Winkel X₁ für das Signal Nr. 1 und durch einen Winkel X₂ für ein Signal Nr. 2 usw. identifiziert.

Dem Winkel der unmittelbar rechts neben dem Zuhörer 10 985.2/1364 _ ₁₀

liegenden Stelle wird willkürlich der Wert 0° zugeordnet; die Winkelzunahme erfolgt im Uhrzeigersinn. Die beispielsweise in Pig. I dargestellten Stellen rechts vorne, links vorne, rechts und links hinten besitzen dann die Winkelbezeichnungen 45°, 135°, 2250,bzw. 315p; dies gilt ebenfalls auch für die Fig. 4. '

Hiermit ist dann die Amplitude eines dem A-Kanal zugeführten Eingangssignals gleich der Amplitude des Eingangssignals multipliziert mit dem Sinus des halben Winkels der Jeweiligen Stelle. Die Gleichung für die A-Signalamplituden ist in Gleichung 1 des Anhangs wiedergegeben. Die Amplitude des dem B-Kanal zugeführten Signals ist gleich der Amplitude des Eingangssignals multipliziert mit dem Kosinus des halben Winkels der jeweiligen Stelle. Die Gleichung für die B-Kanalsignalamplitude ist in Gleichung 2 des Anhangs wiedergegeben.

Es sollte beachtet werden, daß die Glieder in den Glei-

chungen 1 und 2 alle ein positives Vorzeichen besitzen; dies/ aber nicht dazu, um die Polarität oder Phase der Signale anzuzeigen. Die Polarität bestimmt sich aus dem Quadranten, in dem der Richtungswinkel liegt, wie später noch erläutert wird. Es ist natürlich auch notwendig, den entsprechenden Dekodierungsvorgang zu erläutern , nachdem die Ausgang ssignale bezüglich der drei oder mehr Eingangssignale mit einer gewünschten Richtcharakteristik erzeugt werden. Die Pestsetzung der Winkellage ist bei der Dekodierung dieselbe wie bei der Kodierung. Jedes Ausgangssignal gl, g2 etc. besitzt eine Amplitude, die gleich der A-Kanalamplitude mal dem Sinus des halben Positionswinkels für das Ausgangssignal plus der Amplitude des B-Kanals mal de"! Kosinus des halben

ist Positionswink#ls für das Ausgangssignal^ Die Dekodierungsgleichung ist als Gleichung 3 im . Anhang wSiergegeben. So wie vorher wird auch hier die Polarität oder das Vorzeichen für die Signale durch den Quadranten bestimmt, indem der Stellungswinkel liegt, und nicht durch die Gleichung J5·

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Ein wichtiger Gesütspunkt bei dem System ist die Art, in der die Phasen- oder Polaritätsbeziehungen für verschiedene Winkel-Positionsbezeichnungen des Ausgangs und Eingangs auf die Polaritäten der A- und B-Kanalsignale bezogen sind. Um die vorbeschriebenen Kodierungs- und Dekodierungs-Kriterien kennzulernen, wird die Arbeitsweise des Systems für ein spezielles Eingangssignal beschrieben .

Es wird ein Eingangssignal betrachtet, das der Winkelstellung links vorne oder dem Winkel 155° zugeteilt ist. Gemäß den vorbeschriebenen Kodierungs- und Dekodierungskriterien und unter der Annahme, daß die AusgangslautsprecherWinkelpositlonen von 45°, 155°, 225° und 3150 aufweisen, wird das sich auf das hypothetische Eingangssignal beziehende Ausgangssignal des Lautsprechers links vorne oder bei 135° überwiegen.

An dem Lautsprecher rechts hinten ist kein Ausgangssignal vorhanden und an den Lautsprechern rechts vorne und links hinten ist ein gewisses Ausgangssignal vorhanden» An jedem der beide'n zuletzt erwähnten Lautsprecher teträgt die Ausgangsleistung die Hälfte des Leistungspegels des Lautsprechers links vorne ( 0,7 x die Amplitude). Die Phase oder Polarität des Signals der Lautsprecher rechts vorne und links vorne sind dieselben wie die Polaritäten der Lautsprecher links vorne und links hinten. Dies 1st in Fig. 1 durch die Bezeichnung 'fein" an den die Lautsprecher links hinten , links vorne, recht vorne und rechts hinten verbindenden Linien angezeigt.

Durch die Verwendung von positiven und negativen Polaritäten in dem System müssen höchstens zwei benachbarte Lautsprecher eine entgegengesetzte Polarität besitzen oder außer Phase sein. Gemäß der bevorzugten Aus-

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führungsform der Erfindung weisen nur die zwei rückwärtigen Lautsprecher diesen Außerphase-Zustand auf; dies ist am besten mit dem vorhersehenden Umstand verträglich, daß der Hauptinhalt des widergegebenen Stoffes selten vorwiegend von den rückwärtigen Lautsprechern herrührt.

Weiterhin ist die Überlegung richtig, daß bei der normierten FM-Stereo-Rundfunkübertragung ein einkanaliger Empfänger ein Signal für den Zuhörer wiedergibt, das der

Summe des Α-Kanals und des B-Kanals mit gleicher Amplitude entspricht. Dies bedeutet bezüglich der Dekodierungsbeziehung, daß die Positionswinkel, die die gleichen A- und B-Amplituden ergeben, 90° und 270° sind. Der einkanalige Rundfunkempfänger soll hierbei einen Positionswinkel besitzen, der der vorderen Mittellinie oder 9Oo entspricht. Der A-Kanal und der B-Kanal muß daher mit derselben Polarität oder in Phase mit der vorderen Mittellinie oder der 90°-Position zusammengesetzt werden. Dies bedeutet auch, daß eine in einem Stereo-FM-Empfänger empfangene Vier-Richtungs-Rundfunkübertragung links vorne und rechts vorne Töne aus dem linken bzw. rechten Lautsprecher erzeugen wird, die in . Phase liegen, ( oder dieselbe Polarität besitzen). Dies ist offensichtlich der gewünschte Zustand. Mit anderen Worten, die Erfindung schafft eine WJ&ergabe-Verträglichkeit für eine Richtung und für zwei Richtungen, bei der die Richtung vorne Mitte durch A gleich B und dieselbe Polarität dargestellt, d.h. der Positionswinkel χ ist gleich 90° und der Α-Kanal liegt auf dem linken und der B-Kanal auf dem rechten Lautsprecher.

Bei der Wiedergabe des vierfach gerichteten Tons ist offensichtlich die wichtigste Richtung vorne Mitte. Aufgrund der vorbestimmten Anordnung der Lautsprecher in den vier Ecken ist das Tonbild für einen Richteingang vorne Mitte notwendigerweise ein Geistbild zwischen dem vorderen

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Lautsprecherpaar. Es ist für diesen Pail wichtig, daß die vorderen Lautsprecher gleiche Amplitude besitzen und in Phase liegen. Ein derartiger Zustand herrscht in Pig. 1 vor. Auch ist es wünschenswert, daß dieser Toneingang vorne Mitte in dem Maß, in dem er in den rückwärtigen Lautsprechern wiedergegeben wird, in derselben Polarität oder in Phase wiedergegeben wird. Aus Pig. 1 ist zu ersehen, daß auch dieser Zustand vorherrscht.

Die Situation bezüglich dieser Bilder, die zwischen einem vorderen Lautsprecher und einem entsprechenden rückwärtigen Lautsprecher bestehen, ist nicht so kritisch, aber ist wünschenswert, daß eine Widergabe eines derartigen Signals in einem gegenüber liegenden rückwärtigen Lautsprecher außer Phase liegt oder die entgegengesetzte Polarität aufweist; auch dies ist in Pig. I dargestellt. Wie schon vorher erwähnt, will man ein zwischen den zwei Lautsprechern bestehendes Geisterbild haben, das in Phase zu jedem der beiden flankierenden Lautsprecher liegt; diese Situation ist in dem möglichen Maximumbereich eingehalten, wie in Fig. 1 dargestellt ist ( ausgenommen nur die Geisterbilder in dem rückwärtigen Quadranten).

Es muß demnach eine besondere Zuordnung der Polaritäts- oder Phasenbeziehung für die Kodierungs- und Dekodierungsformeln beachtet werden, um die gewünschten, in Fig. 1 dargestellten WJadergabeverhältnisse zu erzielen. In den Gleichungen 1, 2 und 3 können die richtigen Polaritäten wie folgt summiert werden. Für die Quadranten links vorne, rechts vorne und links hinten sollte allen Sinusgliedern ein positiver Wert zugeordnet werden und für den Quadranten rechts hinten ein negativer Wert. Für die Qudranten links vorne, rechte vorne und rechts hinten sollte allen Kosinusgliedern ein positiver Wert und für den Quadranten links

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hinten ein negativer Wert zugeordnet werden. Die vorerwähnten Polaritäten oder Vorzeichen sind anstelle des Vorzeichens für die trigonometrische Punktion des einzelnen Quadranten gewählt. Hierbei ist interessant, daß die Differenz zwischen dem zugeteilten Wert und den trigonometrischen Werten von G bis 360⁰ nur in dem vierten Quadranten, d.h. rechts hinten verschieden ist. Wenn daher im Quadranten rechts hinten Winkelwerte von minus 90° bis 0^Q und nicht von 270° bis J6O° zugeordnet sind, dann würde das algebraische Vorzeichen der trigonometrisöhen Funktionen dan gewünschten Werten entsprechen, wie sich aus der in Fig. 1 dargestellten Analyse ableiten läßt*

Eine Einrichtung zur Kodierung gemäß dem hier beschriebenen System ist in Fig. 2 dargestellt. Die spezielle Äusführungsform dieser Einrichtung kann stark verändert werden. Wie aus den Gleichungen 1 bis 3 zu ersehen ist, lsi die auszuführende Arbeitsweise sehr einfach, da mir die entsprechenden'Tonfrequenzeingänge mit vorbestimmten'Konstanten zu multiplizieren und die so erhaltenen Produkte zu addieren oder zu subtraieren sind, um ein kodiertes Α-Kanal- oder ein B-Kanal-Signal abzuleiten. Zahlreiche Ausführungsformen herkömmlicher und bereits verfügbarer elektronischer Analogrechnerschaltung oder Bauteile sind zur Durchführung dieser Operation verwendet worden.

In Fig. 2/ werden die Mehrfach-Richtsignale f^, f₂* f2 und f4 aus einer Mehrsignalquelle 11 erhalten. Die Mehrsignalquelle besteht üblicherweise aus einer mehrspurigen Bandaufzeichnung, die mit verschiedenen Mikrophonen oder anderen Toneingangseinrichtungen hergestellt ist, die den den Winkelstellungswerten zuzuteilenden Toneingangssignalen für eine mehrfach gerichtete Tonwiedergabe entsprechen. Der einem speziellen, aufgezeichneten Tonsignal zugeordnete Winkelstellungswert entspricht

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der tatsächlichen Richtung von einem Zuhörerplatz zu einer tatsächlichen Aufzeichnungsstelle. Der zugeordnete Winkel-Positionswert für ein spezielles Tonsignal kann aber genauso gut auch gerade zufällig zugeteilt sein« um eine gewünschte Richttonwirkung zu erzeugen.

Ein schematisches Sehaltdiagramm für den Kodierer ist in dem durch eine gestrichelte Außenlinie gekennzeichneten Kästchen 12 dargestellt» Die Kodierschaltung ist mit vier Eingängen für einzelne und ausgeprägte Toneingangssignale dargestellt, sie kann aber genauso gut für mehr Eingänge vorgesehen sein; die Anzahl der Eingänge 1st nicht durch die Anzahl der Ausgangslautsprecher (deren Anzahl normalerweise vier beträgt) begrenzt. Sobald mehr als vier Eingänge vorhanden sind, werden zwei oder mehr Eingänge demselben Quadranten oder demselben Positionswinkel zugeteilt, wodurch sich in dem Kodierer die Punktion einer Misch- und Tonwirkungs-Regelungseinrichtung ebenso wie ein Kodierer ergibt. Pur spezielle Wirkungen kann ein Tonsignal auch zwei Kodiereingängen zugeführt werden.. Der in Fig. 2 dargestellte Kodierer verarbeitet die Signale fj_, f₂, f* und f^ gemäß den Gleichungen 1 und 2, um zu den Ausgangssignalen A und B zu gelangen.

Zwei Punktionsverstärker IJ und 14 werden zusammen mit eigenen Eingangswiderständen, Rückkopplungswiderständen und anderen in bekannter Weise benutzten Widerständen dazu verwendet, um die Ausgangssignale A und B abzuleiten. Die Verstärker IJ und 14 können beispielsweise Philbrick-Nexus 101!-Verstärker sein, die den Vorteil besitzen, daß ihre Ausgangsleistungen unmittelbar zu einem Wellenwiderstand von 600JI führen. Es können

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genauso gut auch zahlreiche andere Verstärker verwendet werden, die selbstverständlich eine entsprechend hohe Verstärkung über das gesamte Hörfrequenzband besitzen müssen, für das der Kodierer ausgelegt ist. Normalerweise genügt ein Frequenzbereich von 15 hz bis 15 kHz.

Die Widerstände Rl bis r8 in Fig.2 stellen Eingangswiderstände dar, deren Werte üblicherweise zur Bestimmung des Positionswinkels verwendet werden, der jedem der vier mehrfachgerichteten Eingängssignalen zugeordnet ist. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist absichtlich so gewählt, daß sie nicht auf die vorbeschriebenen Positionswinkel für die entsprechenden Eingangssignale beschränkt ist. Es ist vielmehr eine Formel abgeleitet, mit der die Positionswinkel über einen großen Bereich auf verschiedene Werte einstellbar sind. Da bestimmte Positionswinkel zur negativen Polarität und andere Positionswinkel zur positiven Polarität für die Sinus- und Kosinus-Glieder der Gleichung 1 und 2 gehören, ist der Zuordnung der Positionswinkel zu den entsprechenden Eingängen in einem gewissen Bereich eine Grenze vorgegeben. Demgemäß löhnerjöas Signal f^ und das fg irgendwo in dem ersten oder zweiten Quadranten, das Signal f^ irgendwo in dem dritten Quadranten und das Signal f4 irgendwo in dem vierten Quadranten angeordnet sein.

Es ist noch zu erwähnen, daß aus Wirtschaftlichkeitsgründen die Verstärker Ij5 und 14 an ihrem negativen Eingangsanschluß (die Rückkopplung nicht mitgezählt) drei Eingänge und an dem positiven Eingangsanschluß nur einen Eingang aufweisen. Man könnte auch alle Eingänge zu dem Verstärker an einen negativen Eingangsanschluß anschließen und einen Invertewerstärker in Reihe mit

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einen der Eingänge schalten, an dem dann eine entgegengesetzte Polarität vorhanden ist.

In der Schaltung in Fig. 2 sind die Widerstände R9 und RIl Rückkopplungswiderstände, die Widerstände RIO und R12 Erdungswi-derstände und die Widerstände RIjJ und Rl4 Feinab-gleich-Widerstände. Die Widerstände R15 und Rl6 sind Ausgangswiderstände. Die Widerstände R9 bis R12 sind nach bekannten Analogrechnerverfahren so ausgewählt, daß die Schaltungswerte in einen üblichen Bereich fallen und daß die Eingangsimpedanzen ausreichend hoch sind, um eine Belastung der Schaltungen zu vermeiden. Diese Werte liegen üblicherweise in dem Bereich zwischen tausend und einigen tausend Ohm.

Die Werte der Widerstände Rl? und Rl4 sind entsprechend den Anweisungen der Funktionsverstärker-Hersteller so gewählt, daß die Gleichstrom-Verschiebung 0 ist. Die Widerstände R15 und Rl6 sind kleinere Widerstände, die eine Belastung der Funktionsverstärkerstabilität verhindern und in der Größenordnung von 30 SL liegen können. Die Werte der Widerstände Rl bis r8 hängen von der den entsprechenden Eingängen zugeordneten Winkelpositionen ab, wie in den Gleichungen 4 bis 11 im Anhang dargelegt ist. Als spezielles Beispiel einer Kodierungsschaltung kann ein Grundaufbau der Eingangs-Positionswinkel verwendet werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, liegt der Eingang f_x bei 135°* der Eingang f₂ bei 45°, der Eingang f, bei 225° und der Eingang f^ bei 3^5°. Die Gleichungen für die Amplituden der Α-Kanal- und d4r B-Kanal-Signale·, sind in den Gleichungen 12 und 13 wfeäezfgegeben; die Werte für '; die Widerstände Rl bis Rl6 sind folgendes Rl - 108,2kJl j R2 = 261,3k Jl ; R3 « 108,21cJl" ; R4 - 422,1k -& j R5 * 26l,3kJZ; R6 = 108,2k-ß ; R7 = 108,2kJl j R8 * 422,IkJl j R9 = 100,OkJ* } RIO * 50,OkJl j RIl = 100,OkJl ,· R12 - 50,OkJi *:

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sind so gewählt, daß die Verstärker-Gleichstrom-Versetzung beseitigt ist; R15, Rl6 = 30 Jl >

Wenn alle (vier oder mehr) Eingänge zu jedem Funkt!onsverstärker an dem negativen Anschluß anliegen und Inverter für die Eingänge vorgesehen sind, bei denen ein unterschied-1 iches Vorzeichen gewünscht ist, dann herrschen einfache Beziehungen ( solche wie für Rl und R2) für alle Eingangswiderstände vor und die zwei zu jedem Eingang gehörenden Widerstände besitzen Werte, die nur von dem Eingangs-Positions-Winkel bestimmt werden. Es können dann veränderliche Widerstände verwendet werden, die geeicht sind, um einen gewünschten Stellüngswinkel (wenigstens über einen Qudranten,

zu 90°) für die entsprechenden Eingänge/schaffen.

In FIg...3 ist ein Beispiel eines schematischen Schaltungsdiagramms für eine Dekodiereinrichtung als Teil des Wiedergabeteils des gesamten Systems dargestellt. Ähnlich wie das schema tische Dekodier-Schaltdiagramms stellt die in Fig. dargestellte Schaltung eine Möglichkeit zur Ausführung der Gleichung 3 dair. Weitere bekannte elektronische Analogrechnerschaltungen können ebenfalls im Rahmen der Erfindung verwendet werden.

In FIg. 3 erzeugt eine Kodierquelle 2 elektrische, einen A-Kanal und einen B-Kanal darstellende Signal-Ausgänge. Die Kodierqueile könnte beispielsweise ein üblicher Stereo-Plattenspieler sein, um eine Aufzeichnung des von der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung kodierten Materials abzuspielen. Andererseits könnte die Kodierquelle ein Stereo-FM-Rundfunkenrafanger sein, der das kodierte Material von einem Sender empfängt, der entweder von aktuellen Sendungen, auf einem gwelkanalband oder einer Plattenaufzeichnung zur Wiedergabe über den FM-Stereosender kodiert werden 1st. In jedem Fall sind die Tonfrequenz-Signalkanäle A und B im

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allgemeinen normierte Stereo-Übertragungskanäle. Die A-und B-Ausgänge der Kodierquelle stellen die einzigen Eingänge zu der in dem gestrichelten Feld 22 in Fig. 3 enthaltenen Dekodierschaltung dar. Es sind mehrere Funktionsverstärker 25, 24, 25 und 26 vorgesehen, die jeweils vier gerichtete Ausgänge für vier Richtungslautsprecher erzeugen. Die Α-Kanal und die B-KaneL-Eingänge werden den Funktionsverstärkern mit einem besonderen Amplituden-Verhältnis und einer Polaritätsbeziehung zugeführt, die durch den dem speziellen Funktionsverstärker und den zugehörigen Lautsprechern zugeordneten Positionswinkel bestimmt sind.

Die Eingangswi-derstände R21 und R22 bestimmen

dein die Amplitudenverhältnisse des /Funkticnwerstärker 23 zugeführten Kanal-A- Signals und des Kanal-B-Signai; dieselbe Funktion erfüllen die Widerstände R23 und R24 für den Verstärker 24, die Widerstände R25 und R26 für den Verstärker 25 und die Widerstände R28 und R27 für den Verstärker 26. Die Widerstände R29, R30, R31 und R33 sind RUckkopplungswiderstände. Die Widerstände R32 und R 34 sind Erdungswiderstände und die Widerstände R 35» R 36, R 37 und R 38 sind Einstellwiderständej alle Widerstände sind gemäß den bekannten elektronischen Änalogrechnerverfahren ausgewählt und verwendet« Die Ausgärj|e_dg^, g₂, g-j und g^ der Verstärker 23, 24, 25 bzw. 26/in jeweils einem der entsprechenden vier Leistungsverstärker 27, 28, 29 und 30 zugeführt-. Die Leistungsverstärker 27 bis 30 speisen die entsprechenden Lautsprecher 3I bis 34. Die Lautsprecher 3I bis 34 sind für Riehttoneffekte, beispielsweise wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, angeordnet. Die Verstärker 27 bis 30 sowie Lautsprecher 31 bis 34 weisen die übliche Ausführungsform auf. Obwohl sie als einzelne Lautsprecher dargestellt sind, weist jeder der Lautsprecher 31 bis ein Lautsprechersystem und einen Anschluß für eine ver-

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In

besserte Tonfrequenzwfeiergabe auf ./ahnIichefWe ise besitzen die Verstärker 27 bis 30 Regler, Anzeigeeinrichtungen und andere Bauteile , wie sie normalerweise zu Tonfrequenz-Leistungsverstärkern gehören.

Die Eingänge zu dem Verstärker 23 von dem Kanal A und dem Kanal B besitzen dieselbe Polarität, wie es bei dem Verstärker 24 der Fall ist. Andererseits weist der B-Eingang zu den Verstärker 25 und der Α-Eingang zu den Verstärker 26 die entgegengesetzte Polarität auf. Mit der speziellen, dargestellten Polaritätanordnung weist der Verstärker 23 einen Ausgang auf, welcher einem Positionswinkel irgendwo in dem linken vorderen oder rechten vorderen Quadranten zugeordnet ist; dasselbe gilt für den Verstärker 24. Der Ausgang des Verstärkers

25 kann einem Positionswinkel irgendwo in dem linken hinteren Quadrantenurü der Ausgang dieses Verstärkers

26 einem Positionswinkel irgendwo in dem rechten Hinteren Quadranten zugeordnet sein. Wie bereits vorher erläutert, kann der Positionswinkel, der dem Punktionsverstärke rausgang zugeordnet ist, der einen speziellen Lautsprecher speist, der tatsächlichen Lage des Lautsprechers in dem Zuhöfrerraum entsprechen oder nicht.

Wenn es gewünscht wird, daß die Positionswinkel für die Lautsprecher 31, 32, 33 und 34 den in Fig. 1 dargestellten Positionswinkeln (und damit den in Fig. 4 dargestelltenEingangs-Positionswinkel) entsprechen, werden die relativen Amplituden der Stereokanäle A und B in jeden der Funktionsverstarker-Ausgangssignale gj, g₂* gj und g/j. aus der Gleichung 3 im Anhang berechnet; die Ergebnisse sind in den Gleichungen 14 bis 17 im Anhang wiedergegeben. .

- 21 -

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. 2129873

Um den Gleichungen 14 bis 17 für die in Fig. 3 dargestellte Dekodiersehaltung zu genügen, sind folgende Widerstandswerte (in Ohm ) passend: R21 = 108» 2k; R22 = 261, 3k; R23 = 26l,3k; R24 = 108,2k; R25 = 108,2k; R26 = 201,4k; R27 = 108, 2k ; R28 = 201,4k ; R 29, R30, R31 und R33 = 100k; R 32 und R34 = 50k;

Die Widerstände R 35, R 36, R37 und R38 dienen zur Affialierung einer Verstärker-Gleichstrom-Versetzung. Die Verstärker 23, 24, 25 und 26 können dieselben sein, wie die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen. Die Widerstände R30 bis R 34 sind so gewählt, daß die Schaltungswerte in den üblichen Bereich fallen.

Da das gesamte System in den Fig. 2 und 3 dargestellt und beschrieben ist, in denen die Positionswinkel ebenso wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt sind, kann die Arbeitsweise des Systems wesentlich einfach beschrieben werden.

Ein Eingangssignal fχ erscheint in dem Ausgangssignal gj, das dem Verstärker 27 und dem Lautsprecher 31 zugeführt wird, mit der größten Amplitude. Es erscheint auch mit einem kleineren Pegel in dem Ausgangssignal g2 und dem Ausgangssignal g-j, mitdem der Lautsprecher 230 bzw. 330 gespeist wird. Der Ausgangspegel in den Lautsprechern 32 und 33 ist auf die Hälfte der Leistung ( 3 dB) oder in der Amplitude auf einen Pegel von 0,707 verringert. In dem Signal g^ erscheint kein Ausgangswert, der einem Eingangs signal fj entspricht.

Zur Verallgemeinerung des Verhältnisses zwischen der vollen Leistung, der halben Leistung und der Leistung Null, wie es für die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Einrichtungen vorher beschrieben ist, kann&argelegt werden, daß die Ausgangsleistung für ein gegebenes Eingangssignal ein Maximum ist, wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals derselbe

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ist wie der des Eingangssignals. Wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals sich von dem Positionswinkel des Eingangssignals unterscheidet (um einen Winkel dx), dann wird das Ausgangssignal durch Multiplizieren der Amplitude um einen Paktor verkleinert, der gleich dem Kosinus des halben Differenzwinkels ist. Ein Ausdruck für die Dämpfung in Decibel S^ ^* der ein Eingangssignal eines vorgeschriebenen Positionswinkels in einem speziellen Ausgangssignal unterworfen ist, ist im Anhang durch die Gleichung 18 wiedergegeben. Es isi; zugleich auch die Trennung des Signal'-pegels, der zwischen zwei Ausgangssignalen mit einer vorgeschriebenen Differenz im Positionswinkel (dx) erhalten wird.

Obwohl die Positions-Winkeldarstellung für die in Fig. 4 dargestellten Eingänge bei 45°, 135⁰, 225° und 315° als Grundlage für eine einfache Erklärung üblⁱich ist, sollten zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Systems auch·andere Eingänge bei anderen Positionswinkeln betrachtet werden. Ein Eingang bei 90° oder vorne in der Mitte ist von besonderem Interesse. Bei einem Eingang vorne Mitte wird den Lautsprechern 3I und 32 (links vorne und rechts vorne) ein Eingangssignal mit gleichgroßen Amplituden und mit einer geringen Dämpfung (von ungefähr 0,7 db) zugeführt. Ein Eingangssignal vorne Mitte erscheint auch in geringerem Umfang in den Ausgangssignalen g-3 und gij. (und in den Lautsprechern 33 und 34). Der Pegel dieses Ausgangssignals ist ganz gering, da er um ungefähr 8dh gedämpft ist.

Es sollte beachtet werden, daß die speziellen Eingangsund Ausgangs-Positionswinkel, die in den Fig. 1 und 4 als ein spezielles Beispiel und als Grundlage für die Beschreibung und Erläuterung dargestellt sind weder die einzig möglichen Ausführungsformen noch notwendigerweise für alle Zweck© die beste Ausführungsform darstellen. Natürlich

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stellt die in Pig. 1 wiedergegebene Ausführungsform mit den Lautsprechern in den vier Ecken eine besonders praktische dar.

Da gerade die Möglichkeit verschiedener anderer Eingangs-Positionswinkel als die in Pig. k dargestellten betrachtet wird, ist es zwepkmäßig, auch andere Ausgangs-Positionswinkel als nur die zu berücksichtigen, die in Pig. 1 dargestellt sind und den in Pig. 4 entsprechen. Insbesondere ist "es zweckmäßig, die Verträglichkeit mit bestehenden stereophonen und monophonen Frequenzgeräten zu berücksichtigen. Das bestehende Gerät besitzt einen entsprechenden Positionswinkel oder entsprechende Positionswinkel, bei denen die monophone oder stereophone Wiedergabe des gemäß der Erfindung und insbesondere gemäß der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung kodierten Tonfrequenzmaterials ausgewertet werden kann.

Bei einer stereophonen Wiedergabe muß hierbei der Stereokanal A einem linken Lautsprecher und der Stereokanal B einem rechten Lautsprecher zugeführt werden (bei Stereo-FM-Rundfunk-Übertragung und Empfang kommt dies in zahlreichen Zwischenstufen vor).

Aus der Gleichung 3 im Anhang zur Dekodierung ist bereits zu ersehen, daß eine Wiedergabe des A-Kanal-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag aus dem B-Kanal einem Ppsitionswinkel 18O° entspricht (der Kosinus der Hälfte von l8o°, d.h. von 90° 1st Null) .ⁿ ähnlicherWeise entspricht die Wiedergabe des B-Kanal-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag von dem A-Kanal einem Positionswinkel von 0° (der Sinus von 0° ist ebenfalls gleich Null). Aus der vorherigen Beschreibung der Betriebsweise des Systems

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ergibt sich dann ohne weiteres, daß bei einem herkömmlichen Stereosystem auf dem linken Lautsprecher der Inhalt wiedergegeben würde, der bei einem Vier-Richtungssystem gemäß der Erfindung in einem Lautsprecher links vorne und in einem Lautsprecher links hinten wiedergegeben würde. Entsprechend würde der rechte Lautsprecher bei einem herkömmlichen Stereosystem das Material wiedergeben, das bei einem Vier-Richtungssystem in dem Lautsprecher rechts vorne und dem Lautsprecher rechts hinten wiedergegeben würde.

Wenn dieselbe Annäherung an die Wiedergabe von Material für ein Vier-Richtungssystem bei einem einkanaligen Gerät, beispielsweise einem einkanaligen FM-Empfanger,der eine Sendung einer Stereo-FM^Rundfunkstation emp-fängt, verwendet wird, entsprechen die in einem solchen System wiedergegebenen, zusammengesetzten Signale des Stereo-A-Kanals und des B-Kanäls, die in Phase liegen und die gleiche Amplitude aufweisen, einem 90°-Positionswinkel oder einer Position vorne Mitte(der Sinus des halben 90°-Winkels ist dann gleich dem Cosinus des halben 90°- Winkels). Die Wirkung der Wiedergbe von Material für ein Vier-Richtungssystem auf den Zuhörer in einem üblichen Stereo- oder einem üblichen einkanaligen Gerät ist schematisch in Fig. 5 und 6 dargestellt.

In IPig. 5 sind ein Paar Lautsprecher 51 und 52 zusammen mit den Bezeichnungen der typischen Tonbilder für Material eines Vier-Richtungssystems dargestellt, das von einem Stereogerät empfangen wird. Das Bild des Tonfrequenzmateriais für ein Vier-Richtungssystem für linke vorne liegt auch bei einer Wiedergabe mit zwei Lautsprechern links vorne und das Bild für rechts vorne liegt rechts vorne. Die Materialien für links und rechts sind entsprechend ausgeglichen. Hierbei ist zu beachten, daß

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das Bild des Materials für links vorne und für rechts vorne etwas gegenüber der Stelle der Lautsprecheranbringung nach innen verschoben ist. Hierdurch wird aber keine dem Material entgegengesetzte Wirkung erzeugt;die äußerste Lautsprecherstellung, die in einem.System mit zwei Lautsprechern nutzbar ist, muß den maximalen linken und rechten Positionswinkeln von 0° und 180° vorbehalten werden. Das rückwärtige Materialbild des linken Lautsprechers 51 ist durch eine Reihe kleiner x-Buchstaben angezeigt. Hierdurch ist schematisch die Tatsache wiedergegeben, daß das rückwärtige oder nachhallende Material von einer geringfügigen subjektiven Verschiebung nach außen und von einem Streueffekt beeinflußt wird,der darauf beruht, daß das Material für den rückwärtigen Positionswinkel außer Phase liegt oder eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Dieser Effekt wird durch die Verwendung dieser Positionswinkel erreicht, um dadurch eine "Umgebung" zu schaffen. Das Material für die rückwärtigen Positionswinkel wird mit einer um etwa 3 db verminderten Leistung wiedergegeben. Es findet daher bei einer zweidimensionalen Wiedergabe (bei einer Stereo-Wiedergabe) des Materials für ein Vier-Richtungssystem eine Hervorhebung der vorderen Richtung statt, wobei das rückwärtige Richtungsmaterial noch nicht gänzlich verloren ist. Die Wiedergabe auf einem Stereogerät ist beinahe genauso, wie man sie gern hätte, und verträgt sich ausgezeichnet.

In Fig. 6 ist ein einzelner Lautsprecher 53 wiedergegeben, der ein einkanaliges Lautsprechersystem darstellt, beispielsweise einen einkanaligen FM-Empfänger, der auf einen Stereo-IM-Rundfunksender abgestimmt sein kann. In solchen Fällen kann das fonbilä offensichtlich nur in gerader Linie mit dem Lautsprecher liegen. Die relativen Leistungspegel für verschiedene Materialien sind folgende:

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Das Material für links vorne und rechts vorne weist Null (Lb auf und ist ausgeglichen, das Material für links hinten und rechts hinten ist erheblich abgeschwächt (-7,6 db), aber noch vorhanden. Nur das für die hintere Mitte (270°) codierte Material ist bei einer einkanaligen Wiedergabe vollständig beseitigt. Für eine Mono-Wiedergabe ist, wenn irgend möglich, sehr wenig rückwärtiges Material erwünscht. Eine Mono-Wiedergabe wird im allgemeinen in einer weniger geeigneten oder sogar oft geräuschvollen Umgebung vorgenommen; hierbei ist es dann wichtig, daß primär die nach vorne gerichtete Information hervorgehoben wird, die sich tatsächlich bei einer einkanaligen Wiedergabe von Material für ein "Ber-Richtungssystem ergibt.

Für eine Mono— und Stereowiedergabe von Material für ein Vier-Richtungssystera wird eine beachtliche Steuerung in der Weise ausgeübt^ daß das Material jeder Codiereinrichtung durch Auswahl von positiven Winkeln für die Eingänge in Stereo oder Mono wiedergegeben wird. Da genau bekannt ist, wie das Material bei einer Stereooder Mono-Wiedergabe beeinflußt ist, kann es so angeordnet werden, daß die Mono- und Stereo-Wiedergabe dieselbe ausgezeichnete Qualität besitzt wie die Wiedergabe in einem Vier-Riehtungssystem, was natürlich auch ein Hauptzweck der Erfindung ist.

In Fig. 7 sind alternierende Richtungs-Winkeleingänge dargestellt, die insbesondere für bestimmtes, zu codierendes musikalisches Material gemäß dem erfindungsgemäßen Mehr-Kichtungssystem geeignet sind*

In Fällen, wie beispielsweise einer Konzerthalle, wo die vorderen Codiereingange die kritischste,

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Programminformation enthalten, während die rückwärtigen Codiereingänge die "Umgebung" oder den Nachhall liefern, will man bei geringerem Aufwand die Trennung zwischen den vorderen und den hinteren Codiereingängen vergrößern. Dies kann beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, dadurch erreicht werden, daß zwischen den vorderen Eingangspaaren eine größere Positionswinkeldifferenz (dx) und zwischen dem rückwärtigen Eingangspaar eine geringere Positionswinkeldifferenz vorgeschrieben ist.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, beträgt dann der Winkel X₁ 150°, der Winkel X₂ 30°, der Winkel X₃ 240° und der Winkel x^, 300°. Die sich ergebenden Codierungsgleichungen für den Kanal A und den Kanal B sind im Anhang unter 19 und 20 wiedergegeben. Die Widerstandswerte der in Fig. 2 dargestellten Codiereinrichtung, um die in Fig. 7 dargestellten Eingangs-Positionswinkel zu erhalten, sind im folgenden (in Ohm) wiedergegeben.

RI = 103,5k; R2 = 386,4k; R3 = 115,5k; R4 = 259,1k; R5 = 386,4k; R6 = 103,5k; R7 = 115,5k; R8 = 259,1k; R9, R11 » 100,0k; R10, R12 = 50,0k; RI3, R14- sind so gewählt, daß die Verstärker-Gleichstrom-Abweichung annulliert wird; RI5, RI6 * 3o£2.

Die in Fig. 7 dargestellten Positionswinkel für die Eingänge können oder können nicht die Ausgangspositionswinkel der Decodiereinrichtung mit denselben Werten mitumfassen. Selbstverständlich können die Ausgangspositionswinkel für die Decodiereinrichtung auch verändert werden, ohne die Eingangspositionswinkel zu verändern.

Um der Fig. 7 entsprechende Ausgangspositionswinkel zu erhalten, können die in Fig. 3 verwendeten Widerstände die folgenden Werte in Ohm aufweisen;

1 098B2/13 B Λ ·

R31 = 103,5k; R32 = 386,4k; R33 - 386,4k; R34 = 103,5k; R35 = 115,5k; R36 - 136,6k; R37 - 115,5k; R38 = 136,6k; R39, R40, R41, R43 = 100,0k; R42, R44 = 50,0k; R 15, R16, R 17, R18 sind so gewählt, daß die Verstärker-Gleichstrom-Abweichung annulliert ist.

Die Möglichkeit der Trennung der Positionswinkel entweder für den Eingang oder den Ausgang des Systems in einen Winkel größer als 90° für die vorderen Eingangs-oder Ausgangssignale ist natürlich nicht auf die speziellen, in Fig. 7 dargestellten Positionswinke1-Angaben beschränkt. Ein Grenzfall für eine derartige Trennung ist in Fig. 8 dargestellt, wo die vorderen Positionswinkel auf 180° gespreizt sind. Die rückwärtigen Positionswinkel sind hierbei auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert eingestellt. Die Positionswinkel in Fig. 8 betragen daher für ein Signal 1 180°; für ein Signal 2 0°; für ein Signal 3 269° und für ein Signal 4 271°. Das Signal 3 liegt noch in dem dritten Quadranten und besitzt die Polaritätsbeziehungen, die für diesen Quadranten vorgesehen sind; das Signal 4 liegt im vierten Quadranten und besitzt die für diesen Quadranten vorgesehene Polarisationsbeziehung. Wenn der in Fig. 8 dargestellte extreme Fall für die Positionswinkel-Bestimmungen eines Decodiereinrichtungsausgangs verwendet wäre, wo die Lautsprecher in den vier Ecken eines Raumes angeordnet sind, dann würde der vordere linke Lautsprecher allein von dem A-Eanal, der rechte vordere Lautsprecher allein von dem B-Kanal, der linke hintere Lautsprecher von dem Α-Kanal minus dem in der Amplitude verminderten B-Kanal und der rechte hintere Lautsprecher von dem B-Kanal minus dem in der Amplitude verminderten Α-Kanal gespeist werden. Die beiden rückwärtigen Lautsprecher wurden dann denselben Inhalt besitzen, außer

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daß sie außer Phase zueinander sind. Obwohl die in Fig. 8 dargestellte Anordnung wahrscheinlich genau in dieser extre«en Version nah nicht angewendet worden ist,gibt sie gut die Art und Weise wieder, in der die Trennungen zwischen den linken vorderen und rechten vorderen Lautsprecherkanälen durch Bestimmung von geeigneten Ausgangspositionswinkeln der Decodiereinrichtung in einem gewünschten Bereich vergrößert werden können.

Für stark entstellte Positionswinkel-Bestimmungen, wie beispielsweise in Fig. 8, ist eine gewisse Anpassung der Signalpegel angezeigt. Beispielsweise reduzieren eiefe die zwei rückw-ärtigen Lautsprecher in Fig. 8 das Material in der rückwärtigen Mitte, so daß das Volumen demgemäß etwas herabgesetzt ist (oder ein Lautsprecher weggelassen ist).

Trotzdem werden aber vorzugsweise die Lautsprecher in den vier Ecken eines Raums oder Studios angeordnet,so daß sie bezüglich der Zuhörer links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten liegen; diese Anordnung wird vorzugsweise bei einem Vfer-Richtungssystem mit Lautsprechern anwendbar, die in Positionen links,rechts, vorne und hinten oder in der Mitte der jeweiligen Wand eines Tonraums oder Studios angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung entsprechen die Positionswinkel sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang der Lautsprecherstelle; die Positionswinkel betragen dann 0°, 90°, 180° und *270°. Die Codierungsgleichungen für eine derartige Anordnung sind im Anhang in den Gleichungen 21 und 22 wiedergegeben, während die Decodierungsgleichungen in den Gleichungen 23 bis 26 wiedergegeben sind.

Die Gleichungen 21 bis 26 entsprechen den Codierungsund Deeodierungsgleichungen in älteren Patentanmeldungen desselben Anmelden., s.

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-3ο-

Selbstverständlich können auch zahlreiche andere Schaltungen als die in den Fig. 2 und 3 dargestellten verwendet werden, um die Punktionen der Codier- und Decodiereinrichtung auszuführen. Beispielsweise können entsprechende Anordnungen von Funktionsverstärkern, Übertragern oder Kombinationen beider in einer oder in beiden Einrichtungen zur Durchführung der erforderlichen Funktionen verwendet werden. Bei einer Decodiereinrichtung mit Übertragern können die Leistungsverstärker davor oder dahinter angeordnet sein. In letzterem Fall sind für alle vier Kanäle nur zwei Leistungsverstärker erforderlich, so daß bei bestehenden Stereosystemen nur die Decodiereinrichtung und zwei Lautsprecher an einer Empfangs- oder Wiedergabestation hinzugefügt werden müssen.

Die Trennung zwisöhsn benachbarten Lautsprechern in den Codier- und Decodierausführungsformen der Fig. 2 und 3 schafft allein das gewünschte Ergebnis, d.h. die Anordnung einer virtuellen !Donquelle an irgendeiner Stelle auf einem Kreis um einen Zuhörer herum. Um die Wirkung der stark lokalisierten Tonquellen weiterhin hervorzuheben, kann es wünschenswert sein, eine weitgehend unbegrenzte Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern für derartige stark lokalisierte Töne zu schaffen.Dies kann auf verschiedenste Weise erreicht werden, wobei einige dieser Möglichkeiten ±l Verbindung mit der Erfindung besonders brauchbar sind und beispielsweise eine Verbesserung gegenüber der Grundausführung in den Fig. 1 bis 4 darstellen. Vier derartiger Verbesserungen sind in Verbindung mit den Fig.9, 10, 11 und 12 beschrieben.

In Fig.9iet ein Blockschaltbild einer vereinfachten Ausführungsform einer Verstärkungs-Regelungsschaltung dargestellt, die die Verstärkung irgendeines Paares "diapo-

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naler" Kanäle (d.h. links vorne und rechts hinten) bezüglich der anderen Diagonalkanäle verändert. Hierbei wird unter Diagonalkanälen die Vereinigung der linken vorderen und rechten hinteren Kanäle oder die Vereinigung der rechten vorderen und hinteren linken Kan-äle verstanden, wie sie beispielsweise in Fig. 1 bestimmt sind.

Wenn ein vorgegebenes Eingangssignal in drei benachbarten Lautsprecherkanälen in maximaler Verstärkung in dem dem Eingangskanal entsprechenden Lautsprecherkanal erscheint, kann die Ric-htungswirkung durch Verminderung der Verstärkung in den zwei Lautsprechern auf beiden Seiten des gewünschten Lautsprechers hervorgehoben werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung müssen diese zwei Lautsprecher immer die Lautsprecher eines diagonalen Kanalpaares sein. Es kann auch gezeigt werden, daß in Fällen, wo der absolute Wert des linken vorderen Signals gleich dem Absolutwert des rechten rückwärtigen Signals ist (d.h. die Wellenformen sind abgesehen von einer möglichen entgegengesetzten Polarität identisch), die Tonquelle entweder in dem rechten vorderen oder dem linken rückwärtigen Lautsprecher angeordnet sein sollte. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, sollte die Verstärkung für die rechten vorderen und die linken hinteren Signale ein Maximum bezüglich der Verstärkung für die linken vorderen oder rechten hinteren Signale betragen. Wenn entweder das rechte hintere oder das linke vordere Signal Null ist äfer die Wellenformen rechts hinten und links vorne keine Beziehung zueinander haben, dann sollte die Tonquelle an dem linken vorderen oder rechten hinteren Lautsprecher angeordnet sein; in diesem Fall sollte die Verstärkung für die Signale rechts vorne und links hinten ein Minimum bezüglich der Verstärkung für die Signale links vorne und rechts hinten betragen.

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Diese Erörterungen zeigen, daß die Trennung zwischen den Ausgängen der Fig. 1 (und damit die Richtcharakteristiken des Tonfrequenzausgangs) durch gleichzeitige Veränderung der Verstärkung in jedem Paar der beiden Diagonalausgänge alternierend hervorgehoben werden können, um die Verstärkung in Jedem der einzelnen Kanäle zu regeln. Die Verstärkung in einem Diagonalkanalpaar kann auch durch eine entsprechende Abnahme der Verstärkung des anderen Diagonalpaars erreicht werden. Andererseits würde eine Verstärkungszunahme,(beispielsweise) um die Richtcharakteristik eines Signals zu verbessern, in einem Raum eine Veränderung des gesamten Tonfrequenzausgangs als Punktion der Richtung ergeben. Durch gleichzeitige Verringerung der Leistungsverstärkung in dnem Diagonalkanalpaar (beispielsweise von 1 auf 0), während die Leistungsverstärkung in dem anderen Diagonalkanalpaar erhöht wird (beispielsweise von 1 auf 2), ist es möglich, die Gesamtleistung an den Lautsprechern konstant zu halten; die Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern kann also ohne eine Änderung der gesamten Systemlautstärke vergrößert werden. Derartige Wirkungen werden mit den in Pig. 9 dargestellten Systemen erreicht.

In Pig. 9 ist der Ausgang der Decodiereinrichtung links dargestellt. Die vier Signale LP, RR, RP und LR sind an die entsprechenden Regelungsverstärker 110LF, 110RR, 110RF und 110LR angekoppelt, die die Signale zur Ansteuerung der vier Lautsprecher liefern. Die Kanäle links vorne und rechts hinten sind auch unmittelbar, über Hochpaßfilter 112LP und 112RR an Absolutwertschaltungen 114LP und 114RR gekoppelt. Die Absolutwertschaltungen 114 weisen Vollweggleichrichter auf, deren Ausgänge dieselbe Polarität besitzen. Diese Signale, die den Absolutwert der Signale links vorne und rechts hinten darstellen, werden entsprechenden logarithmischen Ver-

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stärkern 116LF und 116RR zugeführt, deren Aufbau allgemein bekannt ist; die Ausgangsspannungen der Verstärker in dem verwendeten Signal-Spannungsbereich sind annäh-ernd gleich dem Logarithmus der zugeführten Eingangsspannung. Die Ausgänge dieser Verstärker 116LF und 116RR sind an die negativen bzw. positiven Eingänge eines Funktionsverstärkers 118 gekoppelt, in dem die beiden Signale subtrahiert werden, wodurch das Aus gangs signal gleich ßjSfJ - log /BSi/ (d.h. log /TuF/KEL?) wird. Dieses Signal wird dann über eine weitere Absolutwertschaltung 120 und über ein einen Mittelwert bildendes Netzwerk 122 (eine Integrationsschaltung) einem Verstärkungs-Regelungsgenerator 123 zugeführt, der die Verstärkung der zwei veränderlichen Verstärkerpaare 110LF, 110RR und 110RF, 110LR als Funktion des Ausgangs des Verstärkers 118 regelt.

Wenn, wie bereits ausgeführt, die Absolutwerte der Signale links vorne und rechts hinten gleich sind, sollte die Verstärkung der Verstärker 11ORF und 11OLR ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker 11OLF und 11ORR ein Minimum betragen. Wenn diese Bedingung besteht, ist der Ausgang des FunktionsVerstärkers 118 Null und die Leistungsverstärkung der Verstärker 11ORF und 11OLR sollte ein Maximum sein (beispielsweise 2), während die Verstärkung der Verstärker 110LF und 110RR ein Minimum ist (beispielsweise Null). Bei dem anderen Extrem, wo entweder das Signal rechts hinten oder links vorne gleich Null ist oder die Wellenformen rechts hinten und links vorne keine Beziehung zueinander haben, stellt der Ausgang dee Verstärkers 118 ein Maximum (theoretisch unendlich, aber in der Praxis auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 9 VoIt₁ begrenzt) dar* Bei dieser Maxi, ma 1- ;·-; ρ. η mi rip: liefert; -Λ er Ver^fcärkur:K3~Re[?elimg;3~3ensrator ^: ' Anpaspan.·<μ-^u , α±α '■···*> y*r\-» '-^:..rv■'■>-.. visr Va.r .:*;.> r™ ' und !ή. _:. iV au ΐ '-J:- < -^;:xiisu.^ u _;-:i ~'j. ■ "··■>. r,-1'· rw -_u.\·.

der Verstärker 110RF und 110LR auf ein Minimum einstellen.

Für Zustände, die zwischen den vorbeschriebenen liegen, werden die Verstärkungen der entsprechenden Verstärkerpaare 110 von dem Generator 123 entsprechend geregelt. Es kann mathematisch gezeigt werden (beispielsweise bei einer ii Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Systems), daß die Kurve der geforderten Verstärkung als eine Funktion von logA-logB (dem Spannungsausgang des Verstärkers 118) sich einer Quadratwurzelkurve nähert,damit sich eine konstante akustische Gesamtausgangsleistung ergibt; die Verstärkungen in den entsprechenden Diagonalkanälen sind gleich, wenn das Amplitudenverhältnis der linken vorderen zu den rechten rückwärtigen (oder der rechten rückwärtigen su den linken vorderen) Signalen ungefähr 2,4 ist und die Wellenformen dieselben sind. Die Gleichungen 27 und 28 im Anhang können zur Bestimmung der Amplitude der Verstarkungs-Regelungs-Spannungen des Generators 123 verwendet werden, wobei T die Zeitkonstante der einen Mittelwert bildenden Schaltung 122, K eine Konstante, t die Zeit, V^ die IF-RR-Kegelungsspannung und V23 die BF-ItR-Eegelungsspannung ist.

Mithilfe der Hochpaßfilter 112A und 112B ist der Durchgang von niederfrequenten Signalen unterbunden, die sonst an den Eingängen der veränderlichen Verstärker 110 erscheinen und möglicherweise die Verstärkereingänge modulieren. Weiterhin hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, Niederfrequenzsignale im gesamten Frequenzband (6 äib pro Oktave) su unterdrücken« Die Filter 112A und 112B erfüllen auch diese !Funktion«,

Die Filter 117A und 117B besitzen Zeitkonstanten von 100 bis 1000 ,usek, so daß ihre Ausgänge teilweise auf die Hüllkurve ihrer Eingänge und teilweise auf die Momentanwerte ansprechen. Jede Art des Anspreohens wird in verschiedenen Situationen bevorzugt, so daß mit den Filtern 117A und 117B ein guter Kompromiß erreichbar ist. Die den Mittelwert bildende Schaltung 122 sollte auf Änderungen im Ausgang des Verstärkers 118 ansprechen und zwar so schnell, daß das Ohr die Verzögerung nicht wahrnimmt, aber nicht so schnell, daß sie die wirkliche Wellenform zu dem Verstärker durchläßt. Für praktische Zwecke hat sich beispielsweise ein 20 msek-VerzÖgerungsstrom als ausreichend erwiesen.

Um dfe Wirkung der Verstärkungs-Regelungs-Schaltungen der Decodiereinrichtungen zu stabilisieren, können auch die LF- und RR-Signab am Ausgang der Codiereinrichtung (oder die linken und rechten Eingänge zu der Codiereinrichtung) schwach gemischt werden, um Auswanderungen des LF/RR-Signalverhältnisses auf ein Minimum herabzusetzen. Um umgekehrt zu verhindern, daß der Logarithmus dieses Verhältnisses auf Null zurückgeht, können konstante Phasendifferenzen zwischen den entsprechenden Signalen eingeführt werden, die den A- und B-Kanälen an der Codiereinrichtung zugeführt sind. Hierdurch wird die Wirkung der Verstärkungs-Regelung auf einen relativ schmalen Bereich begrenzt,so daß die Wirkung der Verstärkungs-Regelung an den Lautsprechern nicht hörbar ist. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, kann eine derartige Mischung in Verhältnissen vorgenommen werden, durch die die Toncharakteristik nicht verändert wird. Wo eine extreme Kanaltrennung erforderlich ist, sollte dieses Verfahren nicht verwendet werden.

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Wie bereits erwähnt, gibt es viele verschiedene Wege, um die Verstärkung in den entsprechenden Kanälen zu regeln, um dadurch die gewünschte Richtungsverbesserung an den Lautsprechern zu schaffen. Die in Fig. 9 dargestellte und gerade beschriebene Ausführungsform stellt einen relativ preiswerten Weg zur Schaffung der gewünschtenVerstärkung dar.

In Fig. 10 ist eine weitere Verstärkungs-Regelungsanordnung dargestellt, in der die Jedem Lautsprecher zugeor-dnete Verstärkung durch eine Kombination eines in Reihe zu dem entsprechenden Lautsprechereingang geschalteten Verstärkungs-Regelungselements und einem Verstärkungs-Regelungsgenerator bestimmt ist, dessen Ausgang an das Verstärkungs-Regelungselement gekoppelt ist. Das Tonfrequenzsignal an Jedem Decodierausgang geht durch das entsprechende Verstärkungs-Regelungselement hindurch. Entsprechend dem Ausgangssignal an dem Spannungsregelungsgenerator wird dann das Signal in dem Verstärkungs-Regelungselement entweder verstärkt oder gedämpft. Wenn das Ausgangssignal des Spannungs-Regelungsgenerators einen Maximalwert besitzt, dann stellt auch der Ausgang des Spannungs-Regelungselements ein Maximum dar und umgekehrt.

Die Verstärkungs-Regelungselemente 203 und 204 werden dann von einer von dem Spannungs-Regelungsgenerator 210 erzeugten Ausgangsspannung V^ gesteuert. Die Verstärkungs-Regelungselemente 208 und 216 werden von einer von dem Spannungs-Regelungsgenerator 212 erzeugten Ausgangsspannung V2 gesteuert. Die einzelnen Spannungs-Regelungsgeneratoren können auch Jeweils an Jedes Verstärkungs-Regelungselement gekoppelt sein.

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Die Ausdrücke für jede der Regelungsspannungen V,. und Vg sind durch die Ausbildung der verschiedenen Spannungs--Rege lungs generatoren, die diese Ausdrücke erzeugen, ebenso wie durch die spezifische Phase, Wellenform und die Pegelregiezeichen vorgeschrieben, die in den Originalsignalen A und B vorhanden sind, mit denen die entsprechenden Lautsprecher erregt werden.

Beispielsweise muß für eine bestimmte akustische Wiedergabe die zu den Lautsprechern 31 und 34 gehörende Verstärkung zunehmen, wenn das Verhältnis der Intensitätspegel der Signale g,. und g^, von Eins abweichen oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen. Um dies zu erreichen, kann die den Verstärkungs-Regelungselementen 203
und 204 zugeführte Regelspannung V^ durch eine der verschiedenen Ausdrücke dargestellt werden.

Die Spannung V_x. kann dem Durchschnittsabsolutwert des
Logarithmus des Quotienten der Absolutwerte von gu und
gft proportional sein. Andererseits kann die Spannung V^ deaDurchschnittsabsolutwert des Logarithmus des Quotienten der Summe und Differenz aus den Absolutwerten von g^ und gh proportional sein. Drittens kann die Spannung V„« den Durchschnittswert des Quotienten aus der Summe und
Differenz der Absolutwerte von g^ und g^, proportional
sein. Die Gleichungen 29 bis 31 im Anhang stellen solche Ausdrücke für V^ dar. Zusätzlich hierzu oder in Verbindung hiermit können ähnliche Ausdrücke verwendet werden, in die die Einhüllende von g^ und g^ für die Momentansignale eingesetzt werden·

Die Verstärkung für die Lautepreoherkanäle 32 und 33 *uß offensichtlich komplementär zu der Verstärkung der Lautsprecher 31 und 34 verändert werden, so daß die Spannung ^2 des Spannungs-Regelungsgenerators 212 proportional zu

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einer Konstanten minus dem Ausdruck für die Spannung V^ ist. Die Regelungsspannung V^ nimmt zu, wenn der entweder zu den Signalen g^ oder zu den Signalen g^ gehörende !Lautstärkepegel stärker bezüglich des anderen wird, oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen werden.

Andererseits nimmt die Verstärkung für die Lautsprecher 32 und 33 zu, wenn das Verhältnis der Intensitätspegel jedes der Signale g^. und g^, sich Eins nähert, und wenn ihre Wellenformen gleich werden.

Die Konstruktion der Spannungs-Regelungsgeneratoren 210, 212 und 218 basiert auf bekannten elektronischen Analogrechner-Schaltungen für die Regelungsspannungen V₁^, Vg₁ bzw.Vy. Um beispielsweise die Lautstärke-Pegelunterschiede zu fühlen, sind Schaltungseinrichtungen zur Erhaltung des logarifchmischen Verhältnisses der Intensitätspegel der Signale A und B erforderlich.

In den Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Verstärkungs-Regelungssystems dargestellt, in dem Unterschallregelungstöne den A- und B-Kanälen zur Steuerung der Verstärkung der zwei Diagonal-Kanalpaare der Decodiereinrichtung 20 eingeprägt sind. Die Mikrophone, Lautsprecher, die Codier- und Decodiereinrichtung erfüllen dieselbe Funktion wie vorher beschrieben und werden daher im Zusammenhang mit der Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform nicht mehr beschrieben.

Um das Verständnis dieser Ausführungsform zu erleichtern, ist es zweckmäßig, sich auf die Leistungsverhältnisse und nicht wie vorher auf die SpannungsVerhältnisse zu beziehen. Die Leistung, die von einem gegebenen Signal ableit-

109852/ 13BA

bar ist, ist direkt proportional dem Quadrat der Spannungsamplitude dieses Signals.

Die Signal-Aufnahmeeinrichtung ist in Fig. 11 dargestellt. Die Ausgänge der Mikrophone 2EF und 2LF rechts vorne und links hinten werden gefühlt und an eine Leistungs-Summierschaltung 130 gekoppelt, während eine ähnliche Leistungs-Summierschaltung 131 die Leistungsausgänge der Mikrophone 2LF und 2RR summiert. Diese zwei Leistungs-Summierschaltungen sind Einrichtungen, die der Gesamtleistung, die von den zugeführten Eingangsspannungen ableitbar ist, direkt proportionale Ausgangsspannungen erzeugen. Diese Ausgangsspannungen können dann in einer Summierschaltung 132 summiert werden, deren Ausgang dann proportional der Gesamtleitung in den vier Eingangskanälen ist.

Die Ausgänge der Summierschaltungen 130 und 132 werden an eine Verhältnis schaltung 134- gekoppelt, die ihrerseits eise entsprechende A- und B-Modulatoren 136 und 138 steuert, um einen 20 Hz- (oder einen anderen ünterschall-)Ton des Oszillators 140 zu modulieren. Die Verhältnisschaltung 134- besteht aus einer Anzahl bekannter Schaltungen und kann beispielsweise eine Ausgangsgleichspanmmg mit einer Amplitude erzeugen, die dem Verhältnis der zugeführten Eingangsspannungen proportional ist.

Die Modulatoren 136 und 138 können den 20 Hz-Ton des Oszillators 140 mit einem vorbestimmten Pegel amplitudenmodulieren, der von der Größe der zugeführten Regelungsspannung der Verhältnis schaltung 134· abhängt. Wenn der A-Modulator 136 einen Ton zunehmender Amplitude liefert, dann sollte der B-Modulator 138 einen Ton mit proportional dazu abnehmender Amplitude liefern. Diese modulierten

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Töne werden dann zu den A- und B-Ausgängen der Codiereinrichtung 18 zu Signalen addiert, die auf dem Zweikanal-Übertragungsweg übertragen und die in dem speziellen Ausführungsbeispiel mit A¹ und B' bezeichnet sind.

Der Aufnahme- oder Empfangsteil des Systems ist in Fig. 12 dargestellt. Zwei Hochpaßfilter 142 und 144 sind zur Trennung der Tonfrequenz-Steuerungstöne aus den A- und B-Tonfrequenz-Signalen in den A¹- und B'-Kanälen verwendet. Diese A- und B-Kanäle der Filter 142 und 144 sind an die Decodiereinrichtung 20 gekoppelt, um die vier vorbeschriebenen Ausgangskanäle zu schaffen.

Die Steuerungstöne der Filter 142 und 144 sind an einen Verstärkungs-Regelungsgenerator 146 gekoppelt, der die Verstärkung der veränderlichen Verstärker 148ER, 148EF, 148LF und 148LR regelt, um die Verstärkung eines Diagonal-Kanalpaars zu erhöhen, während die Verstärkung des anderen Diagonal-Kanalpaars entsprechend abnimmt. Aus der vorhergehenden Besprechung der Fig. 11 folgt, daß die Amplituden der Steuerungstöne jeweils gleich der gewünschten Leistung in den entsprechenden Diagonal-Eingangskanälen, geteilt durch die Gesamtleistung in dem System, sind. Jedes dieser drei Signale ändert sich von einem Wert Null auf Eins und ihre Summe soll immer gleich Eins sein. Da die gewünschten LeistungsVerhältnisse (d.h. die Leistungsverhältnisse an den Mikrofonen) direkt in den Steuerungston-Signalen dargestellt werden, kann der Verstärkungs-Regelungsgenerator 146 auf einfache Weise diese bekannten Verhältnisse benutzen, um die Verstärkung der Verstärker 148ER, 148LF und 148 LR, 148RF zu regeln und um dieselben Verhältnisse an den Ausgängen der Verstärker 148 wieder zu erzeugen. Hierdurch werden notwen-

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digerweise die gewünschtenSignale verbessert, während die Signale, die nicht in den entsprechenden Kanälen vorhanden sind, entzerrt werden. Die Gesamtleistung verändert sich auch nicht aufgrund von Richtungsänderungen. Der Generator Tl-6 dient auch als Normiereinrichtung, um die Gesamtverstärkung der vier Kanäle zu erhalten, so daß die Summe der Leistung in den entsprechenden Kanälen gleichmäßig auf einem konstanten Wert gehalten wird. Hierdurch werden unerwünschte Änderungen in der Amplitude des Steuertons verhindert, wodurch die Lautstärke der Ausgänge der entsprechenden Lautsprecher beeinflußt würde.

Aus der bisherigen Beschreibung· cU.r verschiedenen Ausführungsformen von MehrricaiTun^"-Tonsystemen mit einer Decodiereinrichtung gemäß der Erfindung ist zu ersehen, daß ein sehr wirkungsvolles System zur virtuellen Wiedergabe der gesamten wesentlichen Richtungsinformation geschaffen ist, ohne daß die Wiedergabegüte, das Frequenzverhalten oder andere Beschaffenheitsdaten der Tonfrequenz-Information nachgelassen oder glitten haben. Auch ist eine Sendung, Übertragung oder Aufnahme auf nur zwei herkömmlichen Stereokanälen möglich. Es sollte auch bedacht werden, daß die einzelnen, hier offenbarten Systeme nicht einen zweckmäßigen Aufbau für eine wirtschaftliche Herstellung darstellen sollen, sondern daß sie eher zur Erleichterung der Erläuterung dargestellt sind und eine Möglichkeit zeigen, wie ein System aus bekannten bestehenden elektronischen Analogrechner-Bauteilen und Schaltungen zusammengesetzt werden kann. In der Praxis können wirtschaftlichere Transistorschaltungen für die teuren Funktionsverstärker-Bauteile eingesetzt werden; auch den Widerständen kann mehr Toleranz in ihren Werten eingeräumt v/erden, als dies in der Beschreibung angegeben ist. Es

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können auch noch weitere praktische Ersparnisse eingeführt werden.

Die vorbeschriebenen Verstärkungs-Eegelungseinrichtungen sind ein zusätzlicher verwendbarer Bestandteil in dein System, sind aber nicht in allen Fällen notwendig. Weiterhin können zahlreiche andere Veränderungen der Verstärkungsregelungssysteme zur Verbesserung der Trennung zwischen den Lautsprechern oder der Anordnung der Tonrichtung verwendet werden. Sorgfältiger ausgearbeitete Verstärkungs-Regelungssysteme können Analyseschaltungen verwenden, die den vorbeschriebenen ähnlich sind, die aber zwei- oder dreimal irci?banden sind, so daß äeäe Analyseschaltung zur Analyse eines verschiedenen Frequenzbandes innQT-halh &M& gesamten 3?©nfrequenzbandes des Syst ©ms d.f.@a©n könnte«,

Es sind auch Verstärkungs-Regelungen zur Einstellung des vorderen zu dem rückwärtigen Leistungsverhältnisses (anstelle des Diagonalpaar-Leistungsverhältnisses) verwendbar. Eine derartige Einstellung kann auf der Grundlage durchgeführt werden, daß Ungleichmäßigkeiten zwischen der vorderen und rückwärtigen Leistung im allgemeinen vergrößert werden, um die Leistungsverhältnisse zn denen der Eingangssignale wieder herzustellen«,

Bisher ist ©ingehend die Codierung und Decodierung der Tonrichtung in einer Ebene (3S0°) besehrieben worden. Dies wurde durch Festsetzen der Amplituden- und Phasenfunktionen für die Singangs-Übertragungs- und Ausgangskanäle durchgeführt. Hierbei waren die Phas-anbeziehungen auf zwei Werte 0° und 180° begrenzt, die manchmal als positive und negative Polaritäten ausgedrückt warenο

ι π ö ο κ 9 / ι «5 ε /

Gemäß der Erfindung brauchen die Phasenbeziehungen nicht auf diese zwei Werte beschränkt zu sein und es können in der Praxis durchaus auch andere Phasenbeziehungen als und 180° verwendet werden. Dies wird mithilfe von Phasenänderungseinrichtungen großer Bandbreite durchgeführt« Durch Ausnutzen von Phasenverschiebungen von 0° und 180° können die gemäß der Erfindung codierten Richtungswinkel zu einem dreidimensionalen Raun ausgebaut werden. Zusätzlich zu den Richtungen links, rechts, vorne und hinten können noch die Richtungen oben und unten sowie Zusammensetzungen aus diesen Richtungen codiert werden.

Da die vorbeschriebene Beziehung zur Trennung zwischen den Kanälen als Funktion der Differenz zwischen den Richtungswinkeln auch für die dreidimensionale Raumcodierung gültig ist, kann im allgemeinen eine größere Trennung durch Ausnutzen der dritten Dimension erreicht werden. Dies wird verständlich,wenn man bedenkt, daß die maximale gegenseitige Winkeltrennung von vier Punkten in einer Ebene 90° beträgt, während die maximale gegenseitige Trennung von vier Punkten im dreidimensionalen (kugelförmigen) Raum 109,5° beträgt (siehe Gleichung 53).

Der Systemausbau gemäß der Erfindung auf drei Dimensionen wird in Verbindung mit den Fig. 13 bis 16 verständlich. Es zeigen:

Fig. 13 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel-Bestimmung für den dreidimensionalen Raum, in dem die Richtungswinkel-Vektoren mit den Scheitelpunkten eines Tetraeders zusammenfallen;

Fig.14 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, bezogen auf eine unter ei-

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-44-nem Winkel von 45° geneigte Ebene;

Fig. 15 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, bezogen auf eine unter einem Winkel von -45° geneigte Ebene;

Fig. 16 eine grafische Darstellung zur Bestimmung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, in dem die Richtungswinkel-Vektoren mit den Scheitelpunkten eines Tetraeders und ebenso mit vier von acht Ecken eines Würfels im rechtwinkeligen Koordinatensystem übereinstimmen;

Fig. 17 ein schematisches Blockschaltbild einer Codiereinrichtung zur dreidimensionalen Codierung gemäß der Erfindung; und

Fig. 18 ein schematisches Blockschaltbild einer Decodiereinrichtung zur dreidimensionalen Decodierung gemäß der Erfindung.

Eine sphärische Winkelposition kann durch einen Einheitsraumvektor (rechts, vorne, oben) mit Koordinaten (x, y, z) bestimmt werden, wobei y χ + y + ζ = a konstant ist.Zur Codierung und Decodierung wird mit

(X der Winkel für die Amplitudenbestimmung, und mit

g Winkel für die Phasenbestimmung

bezeichnet. In dem oben angeführten Koordinatensystem ist dann:

V₂ 2
y + ζ /x

ß = arc cos x/ Ux + y + z^c 109852/135/»

V 2 2 y + ζ

Die Gleichungen 32 und 33 des Anhangs geben die Beziehungen wieder, um ein Signal £ mit der zugeordneten, sphärischen Winkelposition zu codieren, wie durch Koordinaten (χ , y_n, Z_n) oder durch die Winkel tt und β definiert ist, wobei A und B die zwei Informationskanäle sind (üblicherweise werden sie bei stereophonen Anwendungen mit den Buchstaben L.. und R. bezeichnet). Die Beziehungen, um ein "decodiertes" Ausgangssignal g herzuleiten, sind durch Gleichung 34· wiedergegeben. Die Werte für β liegen in dem Bereich von 0° bis + 90°. Die Sinus- und Gosinuswerte besitzen positive oder negative Werte, wie vorher in Verbindung mit den Gleichungen 1, 2 und 3 ausgeführt ist. Der Wert für cd= 270° stellt wegen der Vorzeichen- (Polaritäts-)Änderung von A und B einen Unstetigkeitspunkt dar.

Zur Verdeutlichung des Systems stellt man sich eine Ebene gleicher Phase vor, die durch die X-Achse hindurchgeht (d.h. QL = Null-Achse oder A-B-Achse). Zu Beginn liegt die Ebene gleicher Phase in der Null-Phasenposition (die als Horizontale dargestellt ist) einschließlich der Z-Achse.

Als erster Schritt wird zur Verdeutlichung der Codierung die Ebene gleicher Phase gedreht, die den dem in Frage stehenden Signal f zugeordneten Richtungs- oder Raumvektor enthält. Dies wird durch Drehen der Ebene in dem Bereich von + 90°, ausgehend von der ursprünglichen Null-Phasen-(oder Horizontal-)Position erreicht. Die Drehung der Ebene gleicher Phase auf der Null-Phasenposition wird zur Bestimmung des Phasenwinkels β der oben angeführten Godierungsgleichungen 32, 33 und 34 durchgeführt.

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AIs zweiter Schritt wird die Bestimmung des Winkels * (die Amplitudenbestimmung) vorgenommen, wobei der Winkel in der Ebene gleicher Phase des Raumvektors liegt, der in Gegenuhrzeigerrichtung van der positiven X-Achse aus (ot = O) gemessen wird. In der Ebene gleicher Phase werden die Amplitudenkoeffizienten (Sinus- und Cosinusa) und die Vorzeichen genau wie für die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele bestimmt. Derselbe Winkel,der in den früheren Ausführungsbeispielen mit χ bezeichnet ist,ist in diesem Ausführungsbeispiel mit λ bezeichnet, um eine Verwechslung mit den rechtwinkeligen Koordinaten zu vermeiden.

Um die jedem einzelnen Signal f zugeordnete Winkelposition zu eoclier©!!^ wird das Signal über ein Dämpfungsglied Ib^? aiii® anäör® Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) dem Informationskanal A zugeführt, so daß die normierte Verstärkung des Dämpfungsgliedes dem numerischen Wert des Sinus des halben Winkels oc proportional ist. Das Signal wird dem Informationskanal B über ein Dämpfungsglied zugeführt, so daß die normierte Verstärkung des (B)-Dämpf ungsgliedes proportional dem numerischen Wert des Cosinus des halben Winkels oc ist. Die Vorzeichen (Polaritäten) für beide Signale werden wie vorbeschrieben bestimmt. Die Komponenten der den beiden Informationskanälen A und B über die zwei Dämpfungsglieder zugeführten Signale f sind relativ zueinanderun einen Betrag phasenverschoben, der gleich dem Wert β ist (siehe Anhang). In den Codierungsgleichungen 32, 33 wird der Wert + ß/2. dem Kanal A und der Wert -ß/2 dem Kanal B zugeführt. Um die Codierung zu korrigieren, ist die Phasenverschiebung A minus die Phasenverschiebung B gleich ß. In ähnlicher Weise wird die Codierung korrigiert,wenn das Verhältnis der Verstärkungen der zur Zuführung des

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Signalß zu den Kanälen A bzw. B verwendeten Dampfungsglieder zahlenmäßig etwa gleich dem numerischen Wert des Tangens des halben Winkels OCist (Tangens ist das Verhältnis von Sinus zu Cosinus).

Eine Einrichtung zur Codierung von η-Signalen in zwei Informationskanälen ist in Fig. 17 dargestellt. Einrichtungen zur Erzeugung einer konstanten Phasenverschiebung (oder Phasendifferenz), unabhängig von der Frequenz über eine angemessene Bandbreite, sind bekannt(siehe Electronic Design, Band 18, 1. September 1970, Seiten 62 bis 66).

Ua die codierte (Winkelpositions-)Information wiederzugewinnen (zu decodieren), wird eine Anzahl decodierter Ausgangskanäle (üblicherweise vier) durch Zuordnen eines ausgewählten Werts zu ot und β für Reifes gewünschte Ausgangssignal gL und durch Wiedervereinigen der "codierten" Signale in den zwei Informationskanälen A und B mit einer Phasendifferenz und einem Verstärkungsverhältnis eingestellt, das die vorgeschriebenen Werte von oC und β für jeden decodierten Ausgang kennzeichnet.

Jeder decodierte Ausgang wird durch Vereinigen der "codierten", zusammengesetzten Signale in den zwei Informationskanälen abgeleitet, so daß die von dem Kanal A abgeleitete Komponente durch ein Dämpfungsglied (oder eine andere Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) abgeleitet wird, so daß die normierte Verstärkung des Dämpfungsgliedes proportional zu dem Sinus des halben Winkels <* ist, der für den speziellen Ausgang vorgeschrieben ist, während die vom Kanal B abgeleitete Komponente durch ein weiteres Dämpfungsglied derart abgeleitet wird, daß die normierte Verstärkung des Dämpfungsgliedes oder

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die Vorrichtung mit einer einstellbaren Verstärkung proportional zu dem Cosinus desselben halben Winkels <*■ ist, der für den speziellen Ausgang vorgeschrieben ist.

Für jeden speziellen, decodierten Ausgang wird eine relative Phasendifferenz, die gleich dem Wert von/S' für den speziellen Ausgang ist, den Komponenten der "codierten", zusammengesetzten Signale A und B zugeführt, die durch die Dämpfungsglieder abgeleitet sind, die zusammengefaßt sind, um das einzelne, decodierte Ausgangssignal g_n zu erzeugen.

Jedes Eingangssignal f_n erscheint mit Maximalstärke wieder in dem Ausgangskanal, dessen vorbestimmte Werte von oc und β am nächsten dem einzelnen Eingangssignal kommen; mit abnehmender Stärke in diesen Ausgangskanälen unterscheidet sich die sphärische Winkelposition zunehmend von der Stärke in dem einzelnen Eingangssignal; auch unterscheidet sich nicht in jedem Ausgangssignal die sphärische Winkelposition um l8o°. Die Pegelverringerung für ein Elngangsssignal, das bei einer sphärischen Winkelposition codiert und bei einer anderen sphärischen Winkelposition decodiert ist, stellt eine Trennungsform für das Codierungs-Decodierungs-System dar und besitzt die Form der Gleichung 18, in der dx der sphärische Winkel zwischen den Codierungs- und Decodierungsvektoren ist; dieser sphärische Winkel ist mittels der sphärischen Trigonometrie in Ausdrücken mit «<· und β oder die rechtwinkeligen Koordinaten durch Umrechnen in sphärische Koordinaten ausdrückbar.

Die Gleichung J54 im Anhang beschreibt den Decodierungsvorgang. Wie bei der Codierung ist auch hier das Ver-

- 49 109852/T35A

stärkungsverhältnis (tan et/2) und die Phasendifferenz wesentlich für die Decodierungskorrektur. Wird β gleich Null gesetzt, dann wird die Codierung und die Decodierung cfarch die früheren Gleichungen 1,2 und 3 bestimmt (wobei ot anstelle von χ gesetzt ist).

Eine Einrichtung zur Decodierung von η Signalen ist in Fig. 18 dargestellt.

Wenn eine größere Trennung zwischen bestimmten Ausgangspaaren erforderlich ist und eine geringere Trennung zwischen anderen Ausgangspaaren zugelassen werden kann,dann können zur Codierung und/oder Decodierung Koordinaten verwendet werden (<* und/3 oder x, y und z), die auf einem ungleichen Abstand zwischen den Raumvektoren der Eingangsoder Ausgangssignale basieren. Die Trennung zwischen einem Signalpaar kann bei einem relativ großen Winkelabstand auf Kosten eines relativ kleinen Winkelabstandes (und geringerer Trennung) für ein anderes Paar oder andere Paare auf ein Maximum eingestellt werden. Beispielsweise kann in Vier-Kanal-Tonsystemen die Trennung an der Vorderseite (zwischen dem vorderen Paar) auf Kosten der Trennung an der Rückseite, oder teilweise auf Kosten der Trennung an der Rückseite und teilweise auf Kosten der Trennung vorne und hinten vergrößert werden; oder es kann eine vordere Trennung und eine Trennung vorne-hinten an der linken und der rechten Seite insgesamt auf Kosten einer rückwärtigen Trennung etc. vergrößert werden.

Ein Maximalabstand von 180° zwischen einem Signalpaar ergibt eine Trennung Unendlich für dieses Paar (Gleichung 18). In einem Vier-Kanal-Codierungs-Decoierungssystem können zwei von sechs Ausgangssignalpaaren (1,2; 1,3; 1,4; 2,3; 2,4; 3,4;) diese 18O°-Beziehung (eine

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-50-Trennung Unendlich) besitzen.

Speziell in den Zeichnungen und insbesondere in Fig.13 ist ein Würfel 511 dargestellt, da? als Bezugsrahmen für ein rechtwinkeliges Koordinatensystem dient. Der Würfel _ kann, wie üblich, als Annäherung an einen Raum betrachtet werden, in dem das Tonfrequenzmaterial für einen oder mehrere Zuhörer abspielbar ist. Andererseits kann der Würfel als ein Raum oder eine Halle betrachtet werden, in dem eine Aufzeichnung durchgeführt wird. In diesem Fall sind die Horizontalpositionen links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten mit IF, RF, IJl und RR bezeichnet. Die Null-Phasenebene ist bei 513 dargestellt und mit β gleich Null bezeichnete Ausgangskanäle (oder Eingangskanäle) können irgendeiner gewünschten Richtung in dem Koordinatensystem mit dem Mittelpunkt 512 zugeordnet werden.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Eingang f.. oder der Ausgang g,- der Gleichungen 35 bis 40 durch einen Pfeil 517 gekennzeichnet. In ähnlicher Weise werden die Signale f^ oder g« durch einen Pfeil 519 dargestellt. Die Einheitsvektoren 517 und 519 enden auf einem Bezugskreis 515.

Eine zweite Phasenebene 521 stellt eine Phase von 54,75° dar; sie ist in einem Bezugskreis 523 einbeschrieben.

Eine dritte Phasenebene 525 bezeichnet eine Phase von -54·*75^Ο; sie ist in einem Bezugskreis 527 einbeschrieben.

Der Eingang f, oder der Ausgang g, der Gleichungen 35 bis 40 wird durch einen Pfeil 529 dargestellt, während der Eingang fj, oder der Ausgang g^ chrch einen Pfeil 531 dargestellt ist. Zu beachten ist, daß rc für beide Pfeile 529

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und 531 nominell 270° beträgt, f^ beliebig in dem dritten Quadranten und tu beliebig in dem vierten Quadranten angeordnet ist.

Aus Fig. 13 ist zu entnehmen, daß die Pfeilspitzen 51?» 519, 529 und 531 die Spitzen eines regulären (nicht dargestellten) Tetraeders darstellen. Jeder der Pfeile ist dann von jedem der anderen drei Pfeile räumlich gleich weit entfernt und die Abstände zwischen den in Fig. 13 dargestellten Kanälen sind gleich·

Auch liegt keiner der Kanäle genau gegenüber eines anderen Kanal, was zur Folge hat, daß, wenn nur einer der Kanäle erregt wird, die sich aus der Mischung in dem Gesamtsystem ergebende Störleistung gleichmäßig auf die drei nicht erregten Kanäle verteilt wird. Die Signalamplitude in dem anderen Kanal als dem erregten ist dann gleich der Quadratwurzel eines Drittels der Amplitude in dem erregten Kanal.

Die Mikrofon- oder Lautsprecheranordnung braucht im allgemeinen nicht mit der in Fig. 13 dargestellten übereinzustimmen, sondern auch ohne eine derartige Übereinstimmung können, wie vorher erläutert ist, die Vorteile des Systems ausgenutzt werden. Es sollte jedoch beachtet werden, daß bei einer herkömmlichen Stereowiedergabe der linke oder Α-Kanal bei α = 180° und der rechte oder B-Kanal bei λ = 0° in Fig. 13 und den folgenden Figuren angeordnet ist. In ähnlicher Weise sollte eine herkömmliche einkanalige Wiedergabe einer Richtung von <λ = 90°, ^ - 0° entsprechen (was inFig. 13 durch den Buchstaben F markiert ist).

In den Fig. 14 und 15 ist eine Abänderung des Systems dargestellt, wobei nur Phasen von +4-5° und -4-5° verwendet

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sind. Die Phasenebene 533 ist unter +45° ausgerichtet und enthält einen Bezugskreis 535· Die Null-Phasenebene 513 und der Null-Phasen-Bezugskreis 515 sind zur Verdeutlichung der Neigung der Bezugsebene 533 dargestellt. Ein Pfeil 537 bezeichnet eine dem Signal f^ oder g. in den Gleichungen 41 bis 46 entsprechende Position, während ein Pfeil 539 das Signal f* oder g, kennzeichnet. In Fig. 15 ist eine Phasenebene 545 und ein Bezugskreis 547 für eine Phase von -45° dargestellt. Ein Pfeil 551 bezeichnet ein Signal fo oder go der Gleichungen 41 bis 45, während ein Pfeil 549 ein Signal f^ oder g^ kennzeichnet.

Auch in Fig.16 sind Pfeile 537, 539, 549 und 551 dargestellt, während die 45°-Phasenebenen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit weggelassen sind. Die Pfeilspitzen sind durch linien miteinander verbunden, die hierdurch die Kanten eines regulären Tetraeders 553 bilden. Zu beachten ist, daß die Pfeile in Fig. 16 die Seitenkanten bzw. Ecken eines regulären Tetraeders darstellen, daß die Z-Achse als Nullachse un 45° relativ gegenüber dem regulären Tetraeder gedreht ist, das durch die Pfeile in Fig. 13 bestimmt ist. Was zu dem inFig. 13 dargestellten System erläutert worden ist, galt auch für das in Fig. 16 dargestellte System.

Aus der regulären Tetraederform ergeben sich für die Systeme gemäß der Erfindung gewisse Vorteile; die Regelmäßigkeit des Tetraeders ist aber nicht wesentlich. Beispielsweise können in Fig. 14 die Winkel für t< geändert werden, wie sie durch die Pfeile 541 und 543 angezeigt sind, die Signale f^ oder g,. bzw. f, oder g^ in den Gleichungen 47 bis 52 darstellen. Gegenüber den vorbeschriebenen Systemen nimmt hierdurch dann die Trennung zwischen

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den linken und rechten Kanälen zu, während sie für die vorderen und rückwärtigen Kanäle abnimmt. Selbstverständlich sollten dann auch die Pfeile in der -45°- Phasenebene entsprechend einander angenähert werden (dies ist zur Vereinfachung in Fig.15 weggelassen).

In der Anzahl der Eingänge f oder der Ausgänge g besteht keine Beschränkung, allerdings ist die Zahl 4 üblich, da dann die Ausgangslautsprecher in den Ecken eines Raumes angeordnet werden können; ebenso entspricht es einer bei der Codierung üblichen Kanalanzahl.

In Fig. 17 ist in schematischer Form eine als Codierer gemäß einer der verschiedenen Ausführungsformen des dreidimensionalen, vorbeschriebenen System verwendbare Einrichtung dargestellt. In Fig.17 werden Eingangssignale fy. und f2 und weitere Signale in gewünschter Anzahl der Codiereinrichtung zugeführt. Das Eingangssignal wird jeder der beiden Breitband-Phasenvers chiebungs einrichtungen 561 und 563 zugeführt. Die Phasenverschiebungseinrichtungen können entweder eine fest eingestellte Phasenverschiebung oder eine einstellbare Phasenverschiebung aufweisen. Beispielsweise sollte das in Fig. 16 dargestellte und den Gleichungen 41 bis 45 entsprechende System eine +22,5°-Phasenverschiebungseinrichtung 561 und eine -22,5°-Phasenverschiebungseinrichtung 563 für das Eingangssignal f^ verwenden.

In dem dreidimensionalen System sollten Dämpfungsglieder 565 und 567 verwendet werden, die den in Verbindung mit zweidimensionalen Systemen beschriebenen Dämpfungsgliedern ähnlich sind. Die Dämpfungsglieder sollten, wenn gewünscht, einen Verstärker enthalten und eine Selektion der gewünschten Polarität für das Signal ermöglichen.

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Eine ähnliche Einrichtung ist für das Eingangssignal fp und für weitere in gewünschter Anzahl mögliche Eingangssignale vorgesehen. Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 565 sind zusammengefaßt, um ein A-Ausgangssignal an der Codiereinrichtung auszubilden, während die Ausgänge der Dämpfungsglieder 567 zusammengefaßt sind, um ein B-Ausgangssignal an der Codereinrichtung auszubilden.

In Fig. 18 ist in schematischer Form eine Decodiereinrichtung für dreidimensionale, vorbeschriebene Systeme dargestellt. Die Kanäle A bzw. B werden den Phasenverschiebungseinrichtungen 569 und 571 in der Schaltung für das Ausgangssignal g^. zugeleitet. Die Phasenverschiebungseinrichtungen sind den vorbeschriebenen ähnlich und können eine fest eingestellte oder eine einstellbare Phasenverschiebung besitzen, die einem der vorbeschriebenen Systeme entspricht. Die Schaltung für das Ausgangssignal g^ weist ebenfalls Dämpfungsglieder 575 und 575 für den A- oder den B-Kanal auf. Diese entsprechen in ihrer Funktion den vorbeschriebenen Dämpfungsgliedern in den zweidimensionalen Systemen.

Die Ausgänge der Dämpf ungsglieder 573 und 575 sind zusammengefaßt, um ein decodiertes Ausgangssignal g^ auszubilden. Die Dämpf ungsglieder 573 und 575 weisen Verstärker auf und ermöglichen die Auswahl der gewünschten Polarität des Ausgangesignals.

Die Schaltungen für die Ausgänge go ^un<3· zusätzliche Ausgänge bis g_ß sind den in Ve:
gang gx| beschriebenen ähnlich.

Ausgänge bis g sind den in Verbindung mit dem Aus-

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Anhang

(1) A=fχ sin Χχ/2 + £2 sin x₂/2 ... + f_n sin x_n/2

(2) B=±i cos Xj/2 + f2 cos x₂/2 ... + f_n· cos x_n/2

(3) g_n=A sin x_n/2 + B cos x_n/i

(4) Rl = · R9 sin

(5) R2 = R9 είη X2

(6) R3 = R9 sin X₃

2~~

(7) R4 = (l + sin ^xl + sin ^X2 + sin ^X3 ~ sin Kl) ^K T~ T~ TT T^

sin x₄

(8) R5 = RIl COS.^j.

Ίτ

(9) R6 = RIl cos X₅

(10) R7 = RIl • · -cos x

til) R8 -' (1 + cos ^xl + cos ^X2 + cos ^X3 - cos ^X4\

;\ Γ 2" .-Γ" 2~^λ

-cos :c-j

2~~

..109852/1354

ORlGfNAL INSPECTED

(12) A = .923Sf₁ + .3827f₂ + .9239f₃ - .3827f₄

(13) B = ·3827ί_χ + .9239f₂ - .3827f₃ + i9239f₄

(14) gl = .9239A + .3827B y

(15) g2 = .3827A + .9239B

(16) g3 = .9239A - .3827B

(17) g4 = -.3827A + .9239B · - (.

(18) S_dB = 20 log₁₀ cos dx^

• · .Λ*

(19) A= .9659^₁ + .2588f₂ + .866Of₃ - .500Of₄

(20) B = .2588^ + .9659f₂ - .500Of₃ + .866Of₄

(21) A = f _λ + .707f₃ + .707f₄" Λ

(22) B = f2 + -7p7f₃ - .707f₄

(23) gl = A

(24) g2 = B

(25) g3 β .707A + .707B * ι

• ■ ■ * " y

(26) g4 = .707A - .707B -

1098 52/135 4

ORIGINAL INSPECTED

log Ig

at

2129Ö73 '

(28) Tj. K.

t-α?

-log

RR

(29) V₁ « K

log ⁶JL

(30) V₁ β Κ

^Gi"^G4

G₁-G₄

^Gl^+G4

109852/1354

OFUGiNAL INSPECTED

■ :■ '·. ■ 58 ... . · ■·■ ■■··" ■ ^; ·

(32) A= i^in ο/² ^ V^{2 + £}2^sin °2^/2 A"

■ . ■

B β JE₁

... + f cos ο /2 X -ß /2

(34) α « Asin α /2 ¹X -ß/2 + Bcos α 72 >< ß/2

(35) A -■ ,953^^. 0- + :.303£₂ Jr 0«» ,.

27|

(36) B = 30Sf^ 0^ö +?53f^ Ö°

(37)* ^g₁ » ,953ÄV Ο.«-> "; (38) ' g₂ « "

(39) g₃ β ·707Α·>Γ -27{· - '.707B^X ²⁷f

(40) .g₄> ".707A^ 27j° + .707B ^-27|^β

(41) A

,888f ν·22|^β-" ,46Of/ 3 ·*τ" 4

₁₀₉852/Ϊ354

'221*

ORIGINALiNSPECTED

(43) ' . 888A^22j· + 460

(44) g₂ «= .460A^ 221· + .

(45) g₃ = .888A^ -22j^e - .46OB ^ ²²J⁰

(46) g, = - .460ΑΛ²²Ι^β+ .

(47) A =..924f₁^_22A°+ .383f₂ ^. -22 J.·

383^ ^. -22*·

(48) B = ..383f

-..383f *4.-22l° + '£έ<Τί ^ 221° (49) g_x « .924A^-22j· + .383B

(50) g₂ = .383A^22i° + .924B

(51) g₃ = ..924A X.-22J· ~ -383B ^_ 22^°

(53) S =20 log cos 54J* = 4.77 dB t dB 10 . - ·

•109852/135.4 *

OfiKalNAL iNSPECTEO

Claims (3)

1. -60-Patentansprüche

   ^codiervorrichtung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem, in dem mindestens drei gerichtete Eingangstonsignale in A- und B-Tonfrequenzkanälen codiert sind und in dem vier gerichtete, mit den Eingangstonsignalen verknüpfte Ausgangstonsignale in den A- und B-Tonfrequenzkanälen wiedergegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiervorrichtung einen A- und einen B-Eingang, eine erste, zweite, dritte und vierte Einrichtung zur Erzeugung von ersten, zweiten, dritten und vierten gerichteten Tonausgangssignalen mit jeweils einem entsprechenden, zugeordneten Positionswinkel aufweist, daß jede d©r Einrichtungen mit jedem der A- und B-Eingänge verbunden ist, und daß die Amplitude jedes Eingangs in den Ausgangs-Tonsignalen weitgehend proportional zu einer Funktion der Winkeldifferenz zwischen dem Ausgangspositionswinkel und dem Winkel ist, der dem entsprechenden A- oder B-Eingang zugeordnet ist·
2. 2. Decodiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Generatoreinrichtungen bewirken, daß die Amplitude jedes der A- und B-Eingänge in dem Ausgangstonsignal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem Ausgangspositionswinkel und dem Winkel sind, die dem entsprechenden A- oder B-Eingang zugeordnet sind, wobei die den A- und B-Eingängen zugeordneten Winkel eich um etwa 180° unterscheiden.
3. 3. Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Generatoreinrichtungen bewirken, daß zumindest eines der A- und B-Kanalsignale in einem der

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   Ausgänge in der Phase verschieden von der Phase in mindestens einem der anderen Ausgänge ist und dieselbe Phase aufweist wie die Phase in mindestens einem anderen der Ausgange.

   4-. Mehrrichtungs-Tonsystem zur Verwendung der Decodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Erzeugung von vier gerichteten Ausgangstonsignalen aus mindestens drei gerichteten Eingangstonsignalen, die von einer Codiereinrichtung in A- und B-Tonfrequenzkanälen codiert worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiervorrichtung wenigstens drei Eingänge für Eingangstonsignale mit entsprechenden, zugeordneten Positionswfakeln aufweist, daß eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines Α-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingänge verbunden ist, wobei die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dam Α-Kanal verschieden von der Phase in dem B-Kanal ist, und daß eine zweite Einrichtung zur Erzeugung eines B-Kanalsignals mit mindestens drei der Eingänge verbunden ist, wobei die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dem A-KanalÄeselbe ist wie die Phase in dem B-Kanal,

   5- Mehrrichtungs-IPonsystem nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der ersten Einrichtung die Amplitude jedes Eingangstonsignals in dem Α-Kanal proportional zu dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem Eingangspositionswinkel und dem dem Α-Kanal zugeordneten Winkel ist, daß mittels der zweiten Einrichtung die Amplitude jedes Eingangstonsignals in dem B-Kanal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem Eingangspositionswinkel und dem dem B-Kanalwinkel ist, wobei die den A- und B-Kanälen zugeordneten Winkel sich um etwa ISO⁰ unterscheiden.

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   S, Deco&iePTOridehtung naob. Anspruch 1, dadurch g β Is © η η ε ο i © h η β t_s daß Breitband-Phasenversehiebungseinrichtungen smr Ausbildung von klaren, von 180

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