DE2129673B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrrichtungs-Tonsystem, in welchem wenigstens drei gerichtete Komponenten eines Eingangstonsignals in einem A- und einem B-Kanal kodiert und übertragen werden und die übertragenen Signale derart dekodiert werden, daß ein Ausgangstonsignal mit wenigstens vier gerichteten, mi! den Eingangssignalkomponenten verknüpften Komponenten aus den A- und B-Kanälen wiedergegeben wird, sowie auf einen Dekodierer und einen Kodierer für ein solches Mehrrichtungs-Tonsystem.

Seit vielen Jahren sind Stereo- bzw. zweidimensionale Tonwiedergabesysteme realisiert worden. Derartige zwsidimensionale Ton-Wiedergabesysteme weisen jedoch schwerwiegende Unzulänglichkeiten bei der Wiedergabe von Musik oder anderen Hörfunkunterhaltungsprogrammen auf, weil damit die Originaldarbietung nicht annähernd erreicht werden kann.

Wenn jedoch zweidimensionale Tonsysteme bereits vorhanden sind, so ist der Wunsch nach Mehrrichtungs-Tonsystemen naheliegend, weil das zweidimensionale Tonsystem nur Schallquellen nachbilden kann, die

innerhalb eines begrenzten Winkels von wesentlich weniger als 180° liegen, während ein Mehrrichtungs-Tonsystem Töne nachbilden kann, die aus irgendeiner Richtung im Bereich von 360" stammen. Die bessere, wirklichkeitsgetreuere Wiedergabe von Mehrrichtungs-Tonsystemen im Vergleich zu zweidimensionalen Tonsystemen wird durch die praktische Erfahrung vollständig bestätigt

In der Theone bestehen keine Hinderungsgründe, Mehrrichtungs-Tonsysteme herzustellen. Ein Vierrichtungs-Tonsystem für Magnetbänder kann aus Stereo-Bandsystemen extrapoliert werden. Hierbei werden dann anstelle von zwei Magnetspulen auf dem Magnetband vier Spuren verwendet Das Stereosystem, das sich durch eine Verdoppelung eines einkanaligen Systems ergeben hat, wird nochmals verdoppelt, um ein Vierrichtungssystem zu erhalten. Obwohl ein solches Vierspur-Tonsystem grundsätzlich ausführbar ist, stößt seine Ausführung in der Praxis jedoch auf Schwierigkeiten. Die wesentliche Schwierigkeit besteht darin, daß das gesamte Tonwiedergabesystem tatsächlich verdoppelt worden ist Wenn dann drahtlos gesencVt werden soll, müßten zwei Stereo-FM-Radiostationen anstelle einer Stereo-FM-Station verwendet werden, wie sie zum Senden einer zweidimensionalen Tonwiedergabe erforderlich ist Für eine magnetische Aufzeichnung sind zweimal soviel Bandspuren bzw. zweimal soviel Bänder erforderlich. Die Schwierigkeiten im Fall von Platten aufnahmen sind noch größer, weil zwei Rillen oder Spuren auf der Platte ein aufwendiger Ausweg wären, um eine gleichwertige Aufzeichnung zu erhalten; keiner dieser Wege hat sich daher als praktisch verwendbar herausgestellt.

Durch die DE-PS 20 14 856 und die DE-PS 21 26 480 sind Mehrrichtungs-Tonsysteme vorgeschlagen worden, bei welchen bestimmte Kodierer und Dekodiervorschriften eingehalten werden und eine Verstärkungssteuerung zur Verbesserung der Richtwirkung erfolgt. Die gesamte Richtungsinformation, die von vier Lautsprechern wiedergegeben und von einem Zuhörer wahrgenommen wird, kann im wesentlichen ohne Verdoppelung der Bauelemente und ohne wesentliche Vergrößerung des die Grundinformation enthaltenden Aufzeichnungsmediums von zwei üblichen Tonfrequenzkanälen (beispielsweise die einer Stereoaufnahme oder einer Stereo-FM-Rundfunksendung) wiedergegeben werden. Es zeigt sich jedoch, daß diese Vorschläge nur spezielle Lösungen einer allgemeinen Lösung darstellen, so daß einerseits eine Optimierung nicht erreicht werden kann, andererseits die Anordnung der verschiedenen Lautsprecher genau vorgeschrieben werden meß.

Durch die US-PS 20 89 561 ist es bekanntgeworden, die Signale zweier Stereokanäle in einem Übertragungskanal zusammenzufassen, in den zusätzlich ein außerhalb des hörbaren Frequenzbereichs liegender getrennter Steuerton gegeben wird. Die Amplitude oder die Frequenz dieses Steuertons hängt ab vom Verhältnis der beiden Stereo-Signalspannungen. Wiedergabeseitig dient der herausgefilterte Steuerton dazu, die Verstärkungen zweier Verstärker, denen beiden die im Übertragungskanal enthaltene Summe der Stereosignale zugeführt wird, gegenläufig derart zu verändern, daß bei der Wiedergabe die aufnahmeseitigen Lautstärkeverhältnisse wiederhergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine allgemeine Lösung für N'ehrrichtungssysteme aufzuzeigen, demzufolge eine optimale Trennung der Ausgangskanäle möglich ist, so daß derartige Mehrrichtungssysteme bei beliebiger räumlicher Anordnung der Lautsprecher optimal ausgelegt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Mehrrichtungs-Tonsystern der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch die Kodierung der Amplitude der Komponenten des Eingangstonsignals im Λ-Kanal proportional dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel

ίο und dem dem /!-Kanal zugeordneten Winkel und im B-Kanal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingaugspositionswinkel und dem dem B-Kanal zugeordneten Winkel und durch die entsprechende Dekodierung auf zugehörige AusgangspositionswinkeL

Der Dekodierer für ein solches Mehrrichtungs-Tonsystem ist in Ausgestaltung der Erfindung derart aufgebaut daß er einen /4-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des /4-Kanals und einen B-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des ?-Kanals aufweist, daü erste, zweite, dritte und vierte Einrichtungen für die Ableitung von ersten, zweiten, dritten und vierten gerichteten Ausgangstonsignalkomponenten von den Ausgangssignalen der A- und B-Kanäle vorgesehen

2> sind, wobei jede Komponente einen entsprechenden Positionswinkel abhängig von der Richtung, aus welcher das Ausgangstonsignal ausgestrahlt werden soll, aufweist daß wenigstens drei der Einrichtungen mit dem jeweiligen Eingangsanschluß verbunden sind, und daß die Ausgangssignale des A- Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Sinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels und die Ausgangssignale des B-Kanals in jeder Ausgangstonsignal-

!5 komponente mit einer Amplitude proportional dem Cosinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels erzeugt werden. Weiterbildungen dieses Dekodierers ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 5.

4(i Der Kodierer für das erfindungsgemäße Mehrrichtunrs-Tonsystem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung so aufgebaut, daß er wenigstens drei Eingangsanschlüsse für die Eingangstonsignalkomponenten mit entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln aufweist, daß eine erste SignaLrzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines /4-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist. wobei die erste Signalerzeugungseinrichtung die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkomponenten

so im /4-Kanal verschieden von der Phase im B-Kanal macht, und daß eine zweite Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines B-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei durch die zweite Signalerzeugungseinrichtung die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkompone.iten im /4-Kanal die gleiche wird wie die Phase im B-Kanal. Anspruch 7 enthält die Merkmale einer Weiterbildung dieses Kodierers.

Im Rahmen de- vorliegenden Erfindung wird die Richtungsinformation in den Amplituden- und Phasen-(oder Polaritäts-)Beziehungen jedes Mehrfichturtgs-Eingangssignals in einem der Stereokanälr im Vergleich zu dem anderen Kanal kodiert. In einem Mehrrichtungs-Tonsystem ist beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Lautsprechern /orhanden; Töne, die von anderen als von diesen genau vorgegebenen Stellen ausgehen, müssen an verschiedenen Stellen durch Erregen der Lautsprecher mit entsprechenden Amplituden angcnä-

hert 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.

Ein Tonsystem mit der Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders gut kompatibel mit bestehenden StereoFM-Rundfunkübertragun,gen und Stereoplattenaufzeichnungen. Wenn mit dem Tonsystem beispielsweise eine Plattenaufnahme abgespielt wird und der Ton von einem einkanaligen Verstärker oder FM-Rundfunkempfänger, von einem Slereoverstärker oder einem Stereo-FM-Rundfiinkernpfänger wiedergegeben wird, wird entsprechend eine sehr gute einkanalige oder eine zweikanalige Tonwiedergabe erhalten. Die Wiedergabe in beiden Fällen schließt alle vier Toneingangssignale der Aufzeichnung ein, wobei allerdings das rückwärtige Toneingangssignal in der Amplitude vermindert, ist, wenn die Wiedergabe mit einer F.inrichtung 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, wird das Mehrrichtungs-Tonsystem mit vier in den Ecken eines etwa quadratischen Raums angeordneten Lautsprechern beschrieben, bei dem die Wiedergabe mit vier, der Richtung zu den vier verwendeten Lautsprechern entsprechenden Eingangssignalen erfolgt. Die Anzahl der Eingänge der Kodiervorrichtung ist aber weder auf die Zahl vier noch auf bestimmte Richtungen beschränkt, welche den einzelnen Ausgängen zugeordnet sind. In Wirklichkeit wird die von einem Eingangssignal dargestellte Richtung durch die Werte bestimmter Widerstände bestimmt, wobei es möglich ist. verschiedene Widerstandsnetzwerke vorzusehen, 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 Lautsprechera-jsgang dargestellte Stelle braucht daher nicht mit seiner tatsächlichen Stelle übereinzustimmen, so daß interessante Effekte erzielt werden können. Der Winkel kann hierbei vergrößert oder verkleinert werden, so daß eine verteilte Schallquelle, beispielsweise ein Orchester, gegenüberliegend angeordnet scheint. Das Signal zu den Lautsprechern kann so gesteuert werden, als ob eine Bewegung vom rückwärtigen Teil eines Saales, in welchem das Orchester unter einem relativ kleinen Winkel erscheint, zum vorderen Teil des Saales erfolgt, in welchem das Orchester unter einem viel größeren Winkel erscheint.

Die Zuordnung einer gewünschten Richtung zu einem Lauisprecherausgang kann für besondere Fälle, beispielsweise für in Autos installierte Systeme, erwünscht sein, in welchen die Lautsprecheranordnung zweckmäßigerweise anders installiert wird, als dies in einem Wohnraum oder einem Studio übüch ist, wo die Lautsprecher rechts vorne, links vorne, rechts und links hinten angeordnet sind.

Die Erfindung führt zu einem Mehrrichtungs-Tonsy-

stern, in welchem der Dekodierer vier gerichtete Ausgangstonsignale aus wenigstens drei gerichteter Eingangstonsignalen erzeugt, die von einem Kodierer in A- und ß-Tonfrequenzkanälen kodiert worden sind wobei der Kodierer wenigstens drei Eingänge für die Eingangs-Tonsignale mit den entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln, eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines mit mindestens dreien der Eingänge verbundenen /4-Kanalsignals derart, daß die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dem Α-Kanal von der Phase in dem ß-Kanal verschieden ist und eine Einrichtung zur Erzeugung eines mil mindestens dreien der Eingänge verbundenen ß-Kanal signals derart aufweist, daß die Phase mindestens eine.¹ der Eingangstonsignale in dem Λ-Signal dieselbe ist wie seine Phase in dem 0-Kanal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig.] eine schematische Darstellung einer typischen l.autsprecheranordnung bezüglich eines Zuhörers und eine bestimmte, erstrebenswerte Phasen- oder Polarilätsbeziehung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem;

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Kodierers oder einer Kodiervorrichtung des Mehrrichtungs-Tonsystems-

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Kodiervor richtung gemäß der Erfindung;

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der mit derr Mehrrichtungs-Tonsystem erzielbaren Richteffekte;

F i g. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der subjektiven Wiedergabewirkung von vier Richt-Tonsignalen be einer herkömmlichen Slereo-Wiedergabeanordnung;

F i g. 6 eine Darstellung für die Wiedergabe von viel Richt-Tonsignalen mit einer einkanaligen Wiedergabe anordnung;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der mit einei anderen Ausführungsform de: Mehrrichtungs-Tonsy stems erzielbaren Richtwirkung;

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

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Verstär kungsregelungs-Anordnung für ein vierfach gerichtetes an den Dekodierer oder die Dekodiervorrichtunj gemäß der Erfindung anpaßbares System zur besserer Lageerkennung jedes einzelnen der vier Ausgangslaut Sprecher;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiterer Ausführungsform einer Verstärkungsregelung für eir Vier-Richtungs-Tonsystem:

F i g. 11 eine schematische Darstellung eines Verstär kungsregelungs-Signalgenerators für ein niederfrequen tes Verstärkungsregelungssignal in aufgezeichneten· oder gesendetem Material, um die Verstärkung in der ir Fig. 12 dargestellten Einrichtung entsprechend zi steuern;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines ir Verbindung mit dem Vier-Richtungs-Tonsystem ver wendbaren Verstärkungsregelungs-System, in dem dei Tonausgang für verschiedene Lautsprecher von einen niederfrequenten Signal gesteuert wird;

Fi g. 13 eine grafische Darstellung der Richtungswin kel-Bestimmung für den dreidimensionalen Raum, ir dem die Richtungswinkel-Vektoren mit den Scheitel punkten eines Tetraeders zusammenfallen:

F i g. 14 eine grafische Darstellung der Richtungswin kel im dreidimensionalen Raum, bezogen auf eine untei einem Winkel von 45° geneigte Ebene;

Pig. 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 Betimmung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, in ί dem die Richtungswinkel-Vektoren mit den Scheitelpunktf". eines Tetraeders und ebenso mit vier von acht Ecken e^;nes Würfels im rechtwinkeligen Koordinatensystem übereinstimmen;

Fig. 17 ein schematiches Blockscha'tbild einer (Codiervorrichtung zur dreidimensionalen Kodierung gemäß der Erfindung: und

Fig. 18 ein schematisches Blockschaltbild einer Dekodiervorrichtung zur dreidimensionalen Dekodierung gemäß der Erfindung. Ij

Das System nimmt mit Hilfe der Kodiervorrichtung drei oder mehr gerichtete Ton Kingangssignalc 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 Mehrrichiungs-Tonsignalcn sind vor allem zwei Parameter zu beachten, und zwar die Phase und Amplitude. Hierbei ist es üblich, die 2> Phasenbeziehung auf nur 2 verschiedene, diskrete Phasenbeziehungen zu beschränken, nämlich 0° (in Phase) und 180° (außer Phase). Diese Phasenbezichungen werden auch als einfache Umkehr in der Polarität oder d?m Vorzeichen behandelt. jn

Bei der Betrachtung der Amplitudenbeziehung ist es wünschenswert, eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu haben, mit der ein spezielles Ton-Eingangssignal im /4-Kanal (dem linken Kanal) einem üblichen Stereo-Aufzeichnungs- oder Übertragungssy- a stem zugeführt wird, und eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu haben, mit der ein derartiges Signal dem ß-Kanal (dem rechten Kanal) des Systems zugeführt wird.

Die geeignete Amplitudenbeziehung für die A- und ß-Kanäle kann als Funktion der dem speziellen Eingangssignal zugeteilten Richtung gesehen werden. In dieser Besprechung wird die dem Eingangssignal zugeteilte Richtung durch einen Winkel X₁ für das Signal Nr. i und durch einen Winkel V2 für ein Signal Nr. 2 usw. identifiziert (F i g. 4).

Dem Winkel der unmittelbar rechts neben dem Zuhörer liegenden Stelle wird willkürlich der Wert 0° zugeordnet; die Winkelzunahme erfolgt im Gegen-Uhrzeigersinn. Die beispielsweise in Fig. 1 dargestellten Stellen rechts vorne, links vorne, rechts und links hinten besitzen dann die Winkelbezeichnungen 45°, 135°, 225° bzw. 315°; dies gilt auch für die F i g. 4.

Hiermit ist dann die Amplitude eines dem /4-Kanal zugeführten Eingangssignais gleich der Amplitude des Eingangssignals multipliziert mit dem Sinus des halben Winkels der jeweiligen Stelle. Die Gleichung für die /4-Signalamplituden ist in Gleichung 1 des Anhangs wiedergegeben. Die Amplitude des dem ß-Kanal zugeführten Signals ist gleich der Amplitude des eo 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 soüte beachtet werden, daß die Glieder in den Gleichungen 1 und 2 alle ein positives Vorzeichen besitzen; dies dient 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 Ausgiingssignale bezüglich der drei oder mehr Eingangisignale mit einer gewünschten Richtcharakteristik erzeugt werden. Die Festsetzung der Winkellage ist bei der Dekodierung dieselbe wie bei der Kodierung. Jedes Ausgangssignal g 1, g2 etc. besitzt eine Amplitude, die gleich der /4-Kanalamplitude mal dem Sinus des halben Positionswinkels für das Ausgangssignal plus der Amplitude des ß-Kanals mal dem Kosinus des halben Positionswinkels für das Ausgangssignal ist. Die Dckodicrungsglcichung ist als Gleichung 3 im Anhang wiedergegeben. So wie vorher wird auch hier die Polariät oder das Vorzeichen für die Signale durch den Quadranten bestimmt, in dem der Stellungswinkel liegt.

Ein wichtiger Gesichtspunkt 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 ß-Kanalsignale bezogen sind. Um die vorbeschriebenen Kodierungs- und Dekodierungs-Kriterien kennenzulernen, wird die Arbeitsweise des Systems für ein spezielles Eingangssignal beschrieben.

Es wird ein Eingangssignal betrachtet, das der Winkelstellung links vorne oder dem Winkel 135° zugeteilt ist. Gemäß den vorbeschriebenen Kodierungsund Dekodierungskriterien und unter der Annahme, daß die Ausgangslautsprecher Winkelpositionen von 45°, 135°, 225" und 315° 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 beiden zuletzt erwähnten Lautsprecher beträgt die· Ausgangsleistung die Hälfte des Leistungspegels des Lautsprechers links vorne (0,7 χ 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 ist in F i g. 1 durch die Bezeichnung »EIN« an den die Lautsprecher links hinten, links vorne, rechts 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 PoIaritä: besitzen oder außer Phase sein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen nur die zwei rückwärtigen Lautsprecher diesen Außerphase-Zustand auf; dies ist am besten mit dem vorherrschenden Umstand verträglich, daß der Hauptinhalt des wiedergegebenen Stoffes selten vorwiegend von den rückwärtigen Lautsprechern herrührt.

Weiterhin gibt bei der normierten FM-Stereo-Rundfunkübertragung ein einkanaliger Empfänger ein Signal für den Zuhörer wieder, das der Summe des -4-KanaIs und des B-Kanals mit gleicher Amplitude entspricht Dies bedeutet bezüglich der Dekodierungsbeziehung, daß die Positionswinkel, die die gleichen A- und ß-Amplituden ergeben, 90° und 270° sind. Der einkanaüge Rundfunkempfänger so!! hierbei einen Positionswinkel besitzen, der der vorderen Mittellinie oder 90° entspricht Der /4-Kanal und der ß-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, Hie in Phase liegen. Dies ist offensichtlich der gewünschte Zustand. Mit anderen Worten, die Erfindung schafft eine Wiedergabe-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 4-Kanal liegt auf dem linken und der AJ-Kanal auf dem rechten Lautsprecher.

Hei der Wiedergabe des Tons in vier Richtungen ist offensichtlich die wichtigste Richtung vorne Mitte. Aufgrund der vorbestimmten Anordnung der Lautsprecher in den vier Ecken ist das Tonbild für die Richtung vorne Mitte notwendigerweise ein Tonbild zwischen /!mn unr/lerpn I .,,l_t„„.,l..rno..r P₁. In f..- ,li„,„„ C. 11 gangssignaie mit vorbestimmten Konstanten zu multiplizieren und die so erhaltenen Produkte zu addieren oder zu subtrahieren sind, um ein kodiertes /4-Kanal- oder ein ß-Kanal-Signal abzuleiten. Zahlreiche AusfUh-

-) rungsformen herkömmlicher und bereits verfügbarer elektronischer Anaiogrechnerschaltungen oder Bauteile sind zur Durchführung dieser Operation verwendet worden.

in Fig.2 werden die Richlsignale f\, /j, Λ und f\ aus

ίο einer Mehrsignalquelle U erhalten. Die Mehrsignalquclle besteht üblicherweise aus einer mehrspurigen Bandaufzeichnung, die mit verschiedenen Mikrophonen oder dergleichen hergestellt ist, die den den Winkclwerten zuzuteilenden Toneingangssignalen für eine Ton- > wiedergabe in mehreren Richtungen entsprechen. Der einem speziellen, aufgezeichneten Tonsignal zugeordnete Winkelwert entspricht der tatsächlichen Richtung von einem Zuhörerplatz zu einer tatsächlichen Aut-

wichtig, daß die vorderen Lautsprecher gleiche Amplitude besitzen und in Phase liegen. Ein derartiger Zustand herrscht in F i g. I 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 F i g. 1 ist zu ersehen, daß auch dieser Zustand vorherrscht.

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

Es muß demnach eine besondere Zuordnung der Polaritäts- oder Phasenbeziehung für die Kodierungsund Dekodierungsformeln beachtet werden, um die gewünschten, in Fig. I dargestellten Wiedergabeverhältnisse 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 Quadranten links vorne, rechts vorne und rechts hinten sollte allen Kosinusgliedern ein positiver Wert und für den Quadranten links hinten ein negativer Wert zugeordnet werden. Die vorerwähnten Polaritäten oder Vorzeichen sind anstelle des Vorzeichens für die trigonometrische Funktion des einzelnen Quadranten gewählt. Hierbei ist interessant, daß ein Unterschied zwischen dem zugeteilten Wert und den trigonometrischen Werten von 0 bis 360° nur in dem vierten Quadranten, d. h. rechts hinten auftritt.

Eine Einrichtung zur Kodierung gemäß dem hier beschriebenen System ist in Fig. 2 dargestellt. Die spezielle Ausführungsform dieser Einrichtung kann stark verändert werden. Wie aus den Gleichungen 1 bis 3 zu ersehen ist, ist die auszuführende Arbeitsweise sehr einfach, da nur die entsprechenden Tonfrequenzein- _>o wert für ein spezielles Tonsignal kann aber genauso gut auch gerade willkürlich zugeordnet sein, um eine gewünschte Richttonwirkung zu erzeugen.

Ein schematisches Schaltbild für den Kodierer ist in dem durch eine gestrichelte Außenlinie gekennzeichne-

_>-> ten Kästchen 12 dargestellt. Die Kodierschaltung ist mit vier Eingängen für einzelne Toneingangssignale dargestellt, sie kann aber genauso gut für mehrere Eingänge vorgesehen sein; die Anzahl der Eingänge ist nicht durch die Anzahl der Ausgangslautsprecher (deren

κι 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 zusätzlich die Funktion einer Misch- und

)-> Toneffektsteuereinrichtung ergibt. Für spezielle Wirkungen kann ein Tonsignal auch zwei Kodiereingängen zugeführt werden. Der in Fig. 2 dargestellte Kodierer verarbeitet die Signale f\, 4 Λ und /4 gemäß den Gleichungen 1 und 2 zu den Ausgangssignalen A und B, welche einem Generator 15 für kodierte Information zugeführt v/erden.

Zwei Signalerzeugungseinrichlungen oder Operationsverstärker 13 und 14 werden zusammen mit Eingangswiderständen, Rückkopplungswiderständen und anderen Widerständen dazu verwendet, um die Ausgangssignale A und ßzu erzeugen.

Die Widerstände Ri bis /?8 in F i g. 2 stellen Eingangswiderstände dar, deren Werte zur Bestimmung des Positionswinkels verwendet werden, der jedem der

-,0 vier mehrfachgerichteten Eingangssignale zugeordnet ist. Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ist absichtlich«o 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 können die Signale f\ und /^ irgendwo in dem ersten oder zweiten Quadranten, das Signal Λ irgendwo in dem dritten Quadranten und das

tr- Signal h irgendwo in dem vierten Quadranten angeordnet sein.

In der Schaltung in Fig.2 sind die Widerstände R9 und R 11 Gegenkopplungswiderstände, die Wrderstän-

de R10 und «12 Erdungswiderstände und die Widerstände /? 13 und Ä14 Offset-Abgleichs-Widerstände. Die Widerstände R 15 und R 16 sind Ausgangswiderstände. Die Widerstände R 9 bis R 12 sind so ausgewählt, daB 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 R 1.1 und R 14 sind entsprechend den Anweisungen der Operationsverstärker-Hersteller so gewählt, daß der Gleichstrom-Offsct 0 ist. Die Widerstände R15 und R16 sind kleinere Widerstände, die in der Größenordnung von 30 Ω liegen können. Die Werte der Widerstände R 1 bis RS hangen von der den entsprechenden Eingängen zugeordneten Winkelpositionen ab, wie in den Gleichungen 4 bis 11 im

ijargplpgt 15t Ak Sripvipjjpc Bc!5ⁿ!Cl

Kodierungssjhaltung kann ein Grundaufbau der Ein- _> <> gangs-Posi-ionswinkel verwendet werdeii, wie er in F i g. 4 dargestellt ist. Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, liegt der Eingang /i bei 135°, der Eingang f₂ bei 45", der Eingang /] bei 225° und der Eingang /4 bei 315°. Die Gleichungen für die Amplituden der /l-Kanal- und der r> fl-Kanal-Signale sind in den Gleichungen 12 und 13 wiedergegeben; die Werte für die Widerstände R 1 bis R 16 sind folgende:

R\ = 108,2 kΩ;« 2 = 261.3 kii;

R3 = 108,2 kQ;/?4 = 422,1 <Ω; ^!"

R 5 = 261,3 kQ; «6 = 108,2 kΩ;

Rl = 108^Ω;/?8 = 422,1 kΩ;

«9 = 100,0 kO; R 10 = 50,0 kΩ;

R 11 = 100,0 UV, R 12 = 50,0 kΩ;

«13, «14 sind so gewählt, ''

daß der Offset beseitigt ist;

/? 15. /? 16 = 30 Ω.

Wenn alle (vier oder mehr) Eingänge /u jedem Operationsverstärker an dem negativen Anschluß anliegen und Inverter für die Eingänge vorgesehen sind, bei denen ein unterschiedliches Vorzeichen gewünscht ist, dann herrschen einfache Beziehungen (solche wie für R 1 und R 2) für alle Eingangswiderstände vor und die zwei zu jedem Eingang gehörenden Widerstände 4> besitzen Werte, die nur von dem Eingangs-Positions-Winkel bestimmt wenden. Es können dann veränderbare Widerstände verwendet werden, die geeicht sind, um einen gewünschten Stellungswinkel (wenigstens über einen Quadranten, 90¹) für die entsprechenden Eingän- >n ge zu schaffen.

In Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild für eine Dekodiereinrichtung als Teil des Wiedergabeteils des gesamten Systems dargestellt. Die in Fi g. 3 dargestellte Schaltung stellt eine Möglichkeit zur Ausführung der ϊϊ Gleichung 3 dar.

In Fig. 3 erzeugt eine Quelle 21 für kodierte Information zwei elektrische, einen /l-Kanal und einen Ö-Kanal darstellende Ausgangssignale. Die Quelle könnte beispieiswese ein üblicher Stereo-Plattenspieler bO sein, um eine Aufzeichnung der von der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung kodierten Information abzuspielen. Andererseits könnte die Quelle ein Stereo-FM-Rundfunkempfänger ein, der die kodierte Information von einem Sender empfängt, der entweder von b5 aktuellen Sendungen, auf einem Zweikanaiband oder einer Plattenaufzeichnung zur Wiedergabe über den FM-Stereosender kodiert worden ist. In jedem Fall sind die Tonfrequenz-Signalkanäle A und B normierte Stereo-Übertragungskanäle. Die A- und ß-Ausgangssignale der Kodierquelle stellen die einzigen Eingangssignale der in dem gestrichelten Feld 22 in Fig. 3 enthaltenen Dekodierschaltung dar. Es sind mehrere Operationsverstärker 23, 24, 25 und 26 vorgesehen, die jeweils vier gerichtete Ausgänge für vier Richtungs'autsprecher erzeugen. Die 4-Kanal- und die S-Kanal-Eingangssignale werden den Operationsverstärkern mit einem bestimmten Amplituden-Verhältnis und einer Polaritätsbeziehung zugeführt, die durch den dem speziellen Operationsverstärker und den zugehörigen Lautsprechern zugeordneten Positionswinkcl bestimmt sind.

Die Eingangswiderstäiule «21 und R 22 bestimmen die Amplitudenverhältnisse des dem Operationsverstärker 23 zugeführten Kanal-/\-Signals und des Kanal-B-Signals; dieselbe Funktion erfüllen die Widerstände R 21 und R 24 für rinn VrrUärker 24. die Widerstände «25 und /?26 für den Verstärker 25 und die Widerstände «28 und «27 für den Verstärker 26. Die Wderstände «29, «30, «31 und «33 sind Gegenkopplungswiderstände. Die Widerstände «32 und «34 sind Erdungswiderstände und die Widerstände «35. R 36, R Yl und «38 sind Einstellwiderstände; alle Widerstände sind gemäß den bekannten elektronischen Analogrechnerverfahren ausgewählt und verwendet. Die Ausgänge g\, g2, g} und gi der Operationsverstärker 23, 24,25 bzw. 26 werden jeweils einem der entsprechenden vier Leistungsverstärker 27,28, 29 und 30 zugeführt. Die Leistungsverstärker 27 bis 30 speisen die entsprechenden Lautsprecher 31 bis 34. Die Lautsprecher 31 bis 34 sind für Richteffekte, beispielsweise wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, angeordnet. Die Verstärker 27 bis 30 sowie Lautsprecher 31 bis 34 weisen die übliche Ausführungsform auf.

Die Eingangssignale des Verstärkers 23 von dem Kanal A und dem Kanal B besitzen dieselbe Polarität, wie es bei dem Verstärker 24 der Fall ist. Andererseits weisen das S-Eingangssignal des Verstärkers 25 und das ^-Eingangssignal des Verstärkers 26 die entgegengesetzte Polarität auf. Mit der speziellen, dargestellten Polaritätsanordnung weist der Verstärker 23 ein Ausgangssignal auf. welches einem Positio.'.jwinkel irgendwo in dem linken vorderen oder rechten vorderen Quadranten zugeordnet ist: dasselbe gilt für den Verstärker 24. Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 kann einem Positionswinkel irgendwo in dem linken hinteren Quadranten und das Ausgangssignal dieses Verstärkers 26 einem Positionswinkel irgendwo in dem rechten hinteren Quadranten zugeordnet sein. Wie bereits vorher erläutert, kann der Positionswinkel, der dem Operationsverstärkerausgang zugeordnet ist, der einen speziellen Lautsprecher speist, der tatsächlichen Lage des Lautsprechers in dem Zuhörerraum 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 Fi g. 4 dargestellten Eingangs-Positionswinkeln) entsprechen, werden die relativen Amplituden der Stereokanäle .4 und B in jedem der Operationsverstärker-Ausgangssignale gu g₂, gi und gt aus der Gleichung 3 im Anhang berechnet; die Ergebnisse sind in den Gleichungen 14 bis 17 im Anhang wiedergegeben.

Um den Gleichungen i4 bis i7 für die in Fig. 3 dargestellte Dekodierschaltung zu genügen, sind folgende Widerstandswerte (in Ohm) passend:

Λ 21 = 108,2 k; Λ 22 = 2613 k; Λ 23 = 2613 k;/? 24= 108,2 k; R25 = 108,2 k;/?26 = 201,4 k; «27= 108,2 k;/? 28 = 201,4 k; Λ29, /?30, RM und /?33 = 100 k; /? 32 und/? 34 = 50 k;

Die Widerstände R 35, R 36, R 37 und /? 38 dienen zur Offset-Kompensation. Die Widerstände Λ 30 bis Λ 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 F i g. 1 und 4 dargestellt sind, kann die Arbeitsweise des Systems wesentlich einfacher beschrieben werden.

Ein Eingangssignal f\ erscheint in dem Ausgangssignal g\, das dem Verstärker 27 und dem Lautsprecher 31 zugeführt wird, mit der größten Amplitude. Es erscheint auch mit einem kleineren Pegel in dem Ausgangssignal gi und dem Ausgangssignal gj, mit dem der Lautsprecher 32 bzw. 33 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 0,70? verringert In dem Signal g», erscheint kein Ausgangswertsignal, das einem Eingangssignal f\ entspricht.

Zur Verallgemeinerung des Verhältnisses zwischen de.· vollen Leistung, der halben Leistung und der Leistung Null, wie es für die in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Einrichtungen vorher beschrieben ist, kann dargelegt werden, daß die Ausgangsleistung für ein gegebenes Eingangssignal ein Maximum ist, wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals derselbe ist wie der des Eingangssignals. Wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals sich von dem Positionswinkel des Eingangssignals unterscheidet (um einen Winkel άχ), dann wird das Ausgangssignal durch Multiplizieren der Amplitude um einen Faktor verkleinert, der gleich dem Kosinus des halben Differenzwinkels ist. Ein Ausdruck für die Dämpfung in Dezibel 5<«, für ein Eingangssignal eines vorgeschriebenen Positionswinkels in einem speziellen Ausgangssignal unterworfen ist, ist im Anhang durch die Gleichung 18 wiedergegeben. Es ist zugleich auch die Trennung des Signalpegels, der zwischen zwei Ausgangssignalen mit einer vorgeschriebenen Differenz im Positionswinkel (dx) erhalten wird.

Obwohl die Eingangs-Positionswinkel bei 45°, 135°, 225° und 315° gemäß Fig.4 als Grundlage für eine einfache Erklärung üblich sind, sollten zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Systems auch andere Eingangs-Positionswinkel betrachtet werden. Ein Eingangs-Positionswinkel von 90° oder vorne in der Mitte ist von besonderem Interesse. Bei einem Eingangssignal vorne Mitte wird den Lautsprechern 31 und 32 (links vorne und rechts vorne) ein Signal 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 gi und gt (und in den Lautsprechern 33 und 34). Der Pegel dieses Ausgangssignals ist gering, da er um ungefähr 8 db gedämpft ist.

Es sollte beachtet werden, da B die speziellen Eingangs- und Ausgangs-Positionswinkel, die in den Fig. I 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 Zwecke die beste Ausführungsform darstellen. Natürlich stellt

die in F i g. 1 wiedergegebene Ausführungsform mit den Lautsprechern in den vier Ecken eine besonders praktische dar.

Bei einer zweikanaligen stereophonen Wiedergabe muß der Stereokanal A einem linken Lautspecher und der Stereokanal B einem rechten Lautsprecher zugeführt werden.

Aus der Gleichung 3 im Anhang zur Pekodierung ist bereits zu ersehen, daß eine Wiedergabe des Λ-KanaJ-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag aus dem Ä-Kanal einem Positionswinkel 180° entspricht (der Kosinus der Hälfte von 180°, d.h. von 90° ist Null). In ähnlicher Weise entspricht die Wiedergabe des B-Kanal-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag von dem /!-Kanal einem Positionswinkel von 0° (der Sinus von 0° ist ebenfalls gleich Null). Aus der vorherigen Beschreibung der Betriebsweise des Systems ergibt sich dann ohne weiteres, daß bei einem herkömmlichen Stereosystem auf dem linken Lautsprecher der Inhalt

Μ 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 die Information wiedergeben, die bei einem Vier-Richtungstystem in dem Lautsprecher rechts vorne und dem Lautsprecher rechts hinten wiedergegeben würde.

Wenn dieselbe Annäherung an die Wiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem durch ein

jo einkanaliges Gerät, beispielsweise einen einkanaligcn FM-Empfänger, der eine Sendung einer Stereo-FM-Rundfunkstation empfängt, verwendet wird, entsprechen die in einem solchen System wiedergegebenen, zusammengesetzten Signale des Stereos-Kanals und des ß-Kanals, 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 Wiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem auf den Zuhörer in einem üblichen Stereo- oder einem üblichen einkanaligen Gerät ist schematisch in F i g. 5 und 6 dargestellt.

In Fig.5 sind ein Paar Lautsprecher 51 und 5Ά zusammen mit den Bezeichnungen der typischen Tonbilder für Information eines Vier-Richtungssystems dargestellt, das von einem Zweikanal-Stereogerät empfangen wird. Das Bild der Tonfrequenzinformation für ein Vier-Richtungssystem für links vorne liegt auch bei einer Wiedergabe mit zwei Lautsprechern links vorne und das Bild für rechts vorne liegt rechts vorne. Die Informationen für links und rechts sind entsprechend ausgeglichen. Hierbei ist zu beachten, daß das Bild der Information für links vorne und für rechts vorne:

etwas gegenüber der Stelle der Lautsprecheranbrin gung nach innen verschoben ist. Hierdurch wird aber keine der Information entgegengesetzte Wirkung erzeugt; die äußerste Lautsprecherstellung, die in einem System mit zwei Lautsprechern nutzbar ist, muß den

bo maximalen linken und rechten Positionswinkeln von 0° und 180° vorbehalten werden. Das rückwärtige Informationsbild des linken Lautsprechers 51 ist durch eine Reihe kleiner x-Buchslaben angezeigt. Hierdurch ist schematisch die Tatsache wiedergegeben, daß die:

rückwärtige oder nachhallende Information von einer geringfügigen subjektiven Verschiebung nach außen und von einem Streueffekt beeinflußt wird, der darauf beruht, daß die Information für den rückwärtigen

Positionswinkel außer Phase liegt oder eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Dieser Effekt wird durch die Verwendung der erwähnten Positionswinkel erreicht, um dadurch eine »Umgebung« zu schaffen. Die Information für die rückwärtigen Positionswinkel wird s mit einer um etwa 3 db verminderten Leistung wiedergegeben. Es findet daher bei einer zweidimensionalen Wiedergabe (bei einer Stereo-Wiedergabe) der Information für ein Vier-Richtungssystem eine Hervorhebung der vorderen Richtung statt, wobei die rückwärtige Richtungsinformation noch nicht gänzlich verloren ist. Die Wiedergabe auf einem Stereogerät ist beinahe genauso, wie man sie gern hätte.

In F i g. 6 ist ein einzelner LautEprecher 53 wiedergegeben, der ein einkanaliges Wiedergabesystem darstellt, beispielsweise einen einkanaligen FM-Empfänger, der auf einen Stereo-FM-Rundfunksender abgestimmt sein kann. In solchen Fällen kann das Tonbild offensichtlich nur in gerader Linie zum Lautsprecher liegen. Die relativen Leistungspegel für verschiedene Materialien sind folgende:

Die Information für links vorne und rechts vorne hat eine Dämpfung von Null db und ist ausgeglichen, die Information für links hinten und rechts hinten ist erheblich gedämpft (-7,6db), aber noch vorhanden. Nur die für die hintere Mitte (270°) kodierte Information ist bei einer einkanaligen Wiedergabe vollständig beseitigt. Für eine Mono-Wiedergabe ist, wenn irgend möglich, sehr wenig rückwärtige Information erwünscht. Eine Mono-Wiedergabe wird im jo allgemeinen in einer weniger geeigneten oder sogar oft geräuschvollen Umgebung vorgenommen; hierbei ist es dann ν ichtig, daß primär die nach vorne gerichtete Information hervorgehoben wird, die sich tatsächlich bei einer einkanaligen Wiedergabe von Material für ein j> Vier-Richtungssystem ergibt.

Für eine Mono- und Stereowiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem wird eine beachtliche Kontrolle in der Weise ausgeübt, daß die Information jeder Kodiereinrichtung durch Auswahl von positiven Winkeln für die Eingänge in Stereo oder Mono wiedergegeben wird. Da genau bekannt ist, wie die Information bei einer Stereo- oder Mono-Wiedergabe beeinflußt ist, kann sie so angeordnet werden, daß die Mono- und Stereo-Wiedergabe dieselbe ausgezeichnete 4 ■> Qualität besitzt wie die Wiedergabe in einem Vier-Richtungssystem, was natürlich auch ein Hauptzweck der Erfindung ist.

In Fig. 7 sind andere Eingangs-Positionswinkel dargestellt, die insbesondere für bestimmte, zu kodie- ίο rende musikalische Information gemäß dem crfindungsgemäßen Mehr-Richtungssystcm geeignet sind.

In Fäilei, wie beispielsweise einer Konzcrthalie. wo die vorderen Kodiercingänge die kritischste, unmittelbare Programminformation enthalten, während die -,--> rückwärtigen Kodiercingänge die »Umgebung« oder den Nachhall liefern, will man bei geringerem Aufwand die Trennung zwischen den vorderen und den hinleren Kodiereingängen vergrößern. Dies kann beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestcJll, dadurch erreich! werden, daß on zwischen den vorderen Eingangspaaren eine größere Positionswinkeldifferenz (dx) und zwischen dem rückwärtigen Eingangspaar eine geringere Positionswinkeldifferenz vorgeschrieben ist.

Wie in F i g. 7 dargestellt ist, beträgt dann der Winkel x, 150°, der Winkel X₂ 30°, der Winkel x, 240° und der Winkel *< 300°. Die sich ergebenden Kodierungsgleichungen für den Kanal A und den Kanal B sind im Anhang unter 19 und 20 wiedergegeben. Die Widerstandswerte der in F i g. 2 dargestellten Kodiereinrichtung, um die in F i g. 7 dargestellten Eingangs-Positionswinke! zu erhalten, sind im folgenden (in Ohm) wiedergegeben.

R 1 = 103,5 k; «2 = 386,4 k; «3 = 115,5 k;
«4 = 259,1 k;«5 = 386,4 k;Ä6 = 103,5 k;
R7 = 115^ k;R8 = 259,1 k;«9,«ll = 100,0 k;
R 10, R 12 = 50,0 k; R 13, R 14 sind so gewählt,
daß der Offset kompensiert wird;
R 15, R 16 = 30 Ω.

Die in F ä g. 7 dargestellten Positionswinke! für die Eingänge können die Ausgangspositionswinkel der Dekodiereinrichtung mit denselben Werten mitumfassen. Selbstverständlich können die Ausgangspo.itionswinkel für die Dekodiereinrichtung auch verändert werden, ohne die Eingangspositionswinkel zu verändern.

Um der F i g. 7 entsprechende Ausgangspositionswinkel zu erhalten, können die in Fig.3 verwendeten Widerstände die folgenden Werte in Ohrr aufweisen:

«31 = 103,5 k; «32 = 386,4 k;
R 33 = 386,4 k; R34 = 103,5 k;
«35 = 115,5 k;/? 36= 136,6 k;
«37= 115,5 k; «38= 136,6 k;
«39, «40, «41, «43 = 100,0 k;
«42, «44 = 50,0 k;
« 15, « 16, « 17, « 18 sind so gewählt,
daß der Offset kompensiert ist.

Die Möglichkeit der Aufspaltung der Positionswinke! entweder für den Eingang oder den Ausgang des Systems in einen Winkel größer als 90° tür die vorderen Eingangs- oder Ausgangssignale ist natürlich nicht auf die speziellen, in Fig. 7 dargestellten Positionswinkel-Angaben beschränkt. Ein Grenzfall für eine derartige Trennung ist in F i g. 8 dargestellt, wo die vorderen Positionswinkel auf 180° gespreizt sind. Die rückwärtigen Positionswinkel sind hierbei auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert eingestellt. Die Positionswinkel in F i g. 8 betragen daher für ein Signal 1 180°; 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 F i g. 8 dargestellte extreme Fall für die Positionswinkel-Bestimmungen cir.es Dekodiereinrichtungsausgangs verwendet wäre, wo die Lautsprecher in den vier Ecken eines Raumes angeordnet sind, dann würde der vordere linke Lautsprecher allein von dem /t-Kanal, der rechte vordere Lautsprecher allein von dem S-Kanal.der linke hinlere Lautsprecher von dem 4-Kanal minus dem in der Amplitude verminderten ß-Kanal und der rechte hintere Lautsprecher von dem 0-Kanal minus dem in der Amplitude verminderten /!-Kanal gcspcisl werden. Die beiden rückwärtigen Lautsprecher würden dann denselben Inhalt besitzen, außer daß sie außer Phase zueinander sind. Obwohl die in Fig. 8 dargestellte Anordnung wahrscheinlich genau in dieser extremen Version noch 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 geeigne-

ten Ausgangspositionswinkeln der Dekodiereinrichtung in einem gewünschten Bereich vergrößert werden köjtnen-

Für stark entstellte Positionswinkel-Bestimmungen, wie beispielsweise in Fig. vorzugsweise ist eine gewisse Anpassung der Signalpegel angezeigt Beispielsweise reproduzieren die zwei rückwärtigen Lautsprecher in Fig.8 die Information in der rückwärtigen Mitte, so daß die Lautstärke demgemäß etwas herabzusetzen ist oder ein Lautsprecher wegge- ι ο lassen werden sollte.

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 ü liegen; diese Anordnung wird vorzugsweise bei einem Vier-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 Kodierungsgleichungen für eine derartige Anordnung sind im Anhang in den Gleichungen 21 und 22 wiedergegeben, während die Dekodierungsgleichungen in den Gleichungen 23 bis 26 wiedergegeben sind.

Die Trennung der Informationen benachbarter Lautsprecher in den Kodier- und Dekodierausführungsformen der F i g. 2 und 3 schafft allein das gewünschte Jn Ergebnis, d. h. die Anordnung einer virtuellen Tonquelle an irgendeiner Stelle auf einem Kreis um einen Zuhörer herum. Um die Wirkung der gut lokalisierbaren Tonquellen weiter hervorzuheben, kann es wünschenswert sein, eine weitgehend unbi jrenzte Trennung η zwischen den Informationen benachbarter Lautsprecher für derartige gut lokalisierbare Töne zu schaffen. Dies kann auf verschiedenste Weise erreicht werden, wobei einige dieser Möglichkeiten in Verbindung mit der Erfindung besonders brauchbar sind und beispiels- -to weise 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 Fi g. 9 ist ein Blockschaltbild einer vereinfachten Ausführungsform einer Verstärkungs-Regelungsschaltung dargestellt, die die Verstärkung irgendeines Paares »diagonaler« Kanäle (d. h. links vorne und rechts hinten) bezüglich der anderen Diajjonalkanäle verändert. Hierbei wird unter Diagonalkanälen die Vereinigung der linken vorderen und rechten hinteren Kanäle oder die Vereinigung der rechten vorderen und hinteren linken Kanäle 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 Richtungswirkung durch Verminderung der Verstärkung in den zwei Lautsprechern auf beiden Seiten des gewünschten Lautsprechers hervorgehoben werden. Bei der in F i j{. 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 isi oder die Wellenformen rechts hinten und links vornu 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.

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 alternativ zur Regelung der Verstärkung in jedem der einzelnen Kanäle unterstützt werden kann. 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 der gesamten Tonfrequenzausgangsleistung als Funktion der Richtung ergeben. Durch gleichzeitige Verringerung der Leistungsverstärkung in einem 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 der in Fig. 9 dargestellten Schaltung erreicht.

In Fig.9 ist der Ausgang der Dekodiereinrichtung links dargestellt. Die vier Signale LF, RR, RF und LR sind an die entsprechenden Regelverstärker 110Z.F, WQRR, llOKFund WQLR angekoppelt, die die Signale zur Ansteuerung der vier Lautsprecher liefern. Die Kanäle links vorne und rechts hinten sind auch unmittelbar über Hochpaßfilter 112/4 und 112ß an Absolutwertschaltungen 114Z.Fund WARR 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 Verstärkern 116/4 und 116ß zugeführt, deren Aufbau allgemein bekannt ist; die Ausgangsspannungen der Verstärker in dem verwendeten Signal-Spannungsbereich sind annähernd gleich dem Logarithmus der zugeführten Eingangs?pannung. Die Ausgänge dieser logarithmischen Verstärker 116Λ und 116.S sind an die negativen bzw. positiven Eingänge eines Operationsverstärkers 118 gekoppelt, in dem die beiden Signale subtrahiert werden, wodurch das Ausgangssignal gleich

log I LFI - log IRRI (d.h. log | -^-1)

wird. Dieses Signal wird dann über eine weitere Absolutwertschaltung 120 und über ein einen Mittel-

wert bildendes Netzwerk J22 (eine Integrationsschaltung) einem Verstärkungs-Regelungsgenerator 123 zugeführt, der die Verstärkung der zwei Verstärkerpaare HOLf; 110ÄÄ und UORF, IiOLV? als Funktion des Ausgangssignals des Verstärkers 118 regelt. ί

Wenn, wie bereits ausgeführt, die Absolutwerte der Signale links vorne und rechts hinten gleich sind, sollte die Verstärkung der Verstärker UOÄFund WOLR ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker 1XOLF und WORR ein Minimum betragen. Wenn diese Bedingung besteht, ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 118 Null und die Leistungsve-stärkung der Verstärker H0/?F und WOLR ist ein Maximum (beispielsweise 2), während die Verstärkung der Verstärker 110Z.F und 110ÄÄ sin Minimum ist >.ϊ (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 das Ausgangssignal des Verstärkers 118 ein Maximum m (theoretisch unendlich, aber in der Praxis auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 9 Volt, beg' snzt) dar. Bei dieser Maximalspannung liefert der Verstärkungs-Regelungs-Generator 123 Ausgangsspannungen, die die Verstärkung der Verstärker HOLF und WORR auf ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker WQRF und 1 \0LR auf ein Minimum einstellen.

Für Zustände, die zwischen den vorbeschriebenep. liegen, werden die Verstärkungen der entsprechenden Verstärkerpaare 110 von dem Generator 123 entsprechend geregelt. Es kann mathematisch gezeigt werden (beispielsweise bei einer in F ig. 4 dargestellten Ausführungsform des Systems), daß die Kurve der geforderten Verstärkung als eine Funktion von log /4 —log θ (dem Spannungsausgang des Verstärkers π 118) sich einer Quadratwurzelkurve nähert, damit sich eine konstante akustische Gesamtausgangsleistung ergibt; die Verstärkungen in den entsprechenden Diagonalkanälen sind gleich, wenn das Amplitudenverhältnis der lirken vorderen zu den rechten rückwärtigen (oder der rechten rückwärtigen zu den linkerr vorderen) Signalen ungefähr 2,4 ist und die Wellenformen dieselben sind. Die Gleichungen 27 und 28 im Anhang können zur Bestimmung der Amplitude der Verstärkungs-Regelungs-Spannungen des Generators 123 verwendet werden, wobei Tdie Zeitkonstante der einen Mittelwert bildenden Schaltung 122, K eine Konstante, t die Zeit, V_M die LF-/?/?-Regelungsspannung und V_n die RF-LR- Regelungsspannung ist.

Die Hochpaßfilter WlA und 112ß sperren niederfre- vi quente Signale, die sonst an den Eingängen der Regel-Verstärker 110 erscheinen und möglicherweise die Verstärkereingänge modulieren. Weiterhin hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, Signale niedrigerer Frequenz im gesamten Frequenzband (6 db pro Oktave) zu unterdrücken. Die Filter 112/4 und 112ßerfüllen auch diese Funktion.

Die Filter 117/4 und 117Ö besitzen Zeitkonstanten von 100 bis 1000 μβε^ so daß ihre Ausgangssignale teilweise auf die Hüllkurve ihrer Eingangssignale und bo teilweise auf die Momentanwerte ansprechen. Jede Art des Ansprechen« wird in verschiedenen Situationen bevorzugt, so daß die Filter 117/4 und I17ß einen Kompromiß darstellen. Die den Mittelwert bildende Schaltung 122 sollte auf Änderungen der Ausgangssi- t.5 gnale 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 HO durchläßt. Für praktische Zwecke hat sich beispielsweise eine Verzögerung von 20 msek als ausreichend erwiesen.

Um die Wirkung der Verstärkungs-Regelungs-Schaltungen der Dekodiereinrichtungen zu stabilisieren, können auch die LF- und ΛΛ-Signale am Ausgang der Kodiereinrichtung (oder die linken und rechten Eingänge zu der Kodiereinrichtung) schwach gemischt werden, um Änderungen des LF/ÄR-Signalverhältnisses auf ein Minimum herabzusetzen. Um umgekehrt zu verhindern, daß der Logarithmus dieses Verhältnisses auf Null zurückgeht, können konstante Phasencüfferenzen zwischen den entsprechenden Signalen eingeführt werden, die den A- und ß-Kanälen an der Kodiereinrichtung zugeführt sind. Hierdurch wird die Wirkung der Verstärkungs-Regelung auf einen relativ schmalen Bereich begrenzt, so daß die Wirkung der \ erstärkungs-Regelung an den Lautsprechern nicht hörbar ist. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, kann eine derartige Mischung in Verhältnissen vorgekommen werden, durch die die Toncharakteristik nief·! verändert wird. Wo eine extreme Kanaltrennung erforderlich ist, sollte dieses Verfahren nicht verwendet werden.

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 F i g. 9 dargestellte und gerade beschriebene Ausführungsform stellt einen relativ preiswerten Weg zur Schaffung der gewünschten Verstärkung dar.

In Fi g. 10 ist eine weitere Verstärkungs-Regelanordnung dargestellt, in der die jedem Lautsprecher zugeordnete Verstärkung durch eine Kombination einer auf den entsprechenden Lautsprechereingang geschalteten Verstärkungs-Regeleinheit und eines Regelspannungsgenerators bestimmt ist, dessen Ausgang an die Verstärkungs-Regeleinheit gekoppelt ist. Das Tonfrequenzsignal an jedem Dekodiererausgang geht durch die entsprechende Verstärkungs-Regeleinheit hindurch. Entsprechend dem Ausgangssignal an dem Regelspannun.~sgenerator wird dann das Signal in der Verstärkungs-Regeleinheit entweder verstärkt oder gedämpft. Wenn das Ausgangssignal des RegelsDannungsgenerators einen Maximalwert besitzt, dann stellt auch das Ausgangssignal der Spannungs Regeleirüieit ein Maximum dar und umgekehrt.

Die Verstärkungs-Regeleinheiten 203 und 204 werden dann von einer von dem Regelspannungsgenerator 210 erzeugten Ausgangsspannung Vi gesteuert. Die Verstärkungs-Regeleinheiten 208 und 216 werden von einer von dem Regeispannungsgenerator 212 erzeugten Ausgangsspannung V₂ gesteuert. Die einzelnen Regeispannungsgeneratoren können auch jeweils an jede Verstärkungs-Regeleinheit gekoppelt sein.

Die Ausdrücke entsprechend den Gleichungen für jede der Regelspannungen V, und V₂ sind durch die Ausbildung der verschiedenen Regelspannungsgeneratoren, die diese Ausdrücke erzeugen, ebenso wie durch die spezifische Phr-,e, Wellenform und die Pegelkommandos vorgeschrieben, die in den Originalsignalen A und B vorhanden sind, welche die entsprechenden Lautsprecher aktivieren.

Beispielsweise muß für eine bestimmte akustische Wiedergabe die zu den Lautsprechern 31 und 34 gehörende Verstärkung zunahmen, wenn das Verhältnis der Intensitätspegel der Signale g\ und g₄ von Eins abweichen oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen. Um dies zu erreichen, kann die Hen

Verstärkungs-Regelungselemenlen 203 und 204 zugeführte Regelspannung V, durch eine der verschiedenen Ausdrücke dargestellt werden.

Die Spannung V₁ kann dem Durchschnittsabsolutwert des Logarithmus des Quotienten der Absolutwerte von g\ und gA proportional sein. Andererseits kann die Spannung V₁ dem Durchschnittsabsolutwert des Logarithmus des Quotienten der Summe und Differenz aus den Absolutwerten von g\ und g* proportional sein. Drittens kann die Spannung V₁ dem Durchschnittswert des Quotienten aus der Summe und Differenz der Absolutwerte von g\ und ^4 proportional sein. Die Gleichungen 29 bis 31 im Anhang stellen solche Ausdrücke fur Vi dar. Zusätzlich hierzu oder in Verbindung hiermit können ähnliche Ausdrücke verwendet werden, in die die Umhüllende von g, und g_A für die Momentansignale eingesetzt werden.

Die den Lautsprechern 32 und 33 ztigeführte Leistung muß offensichtlich komplementär zu der den Lautsprechern 31 und 34 zugeführten Leistung verändert werden, so daß die Spannung V2 des Regelspannungsgenerators 212 proportional einer Konstanten minus dem Ausdruck für die Spannung V\ ist. Die Regelspannung Vi nimmt zu, wenn der entweder zu den Signalen gx oder zu den Signalen g, gehörende Lautstärkepegel stärker bezüglich des anderen wird, oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen.

Andererseits nimmt die Leistung der I .autsprecher 32 und 33 zu, wenn das Verhältnis der Intensitätspegcl jedes der Signale g\ und g* sich Eins nähert, und wenn ihre Wellenformen gleich werden.

Die Konstruktion der Regelspannungsgeneratoren 210 und 212 basiert auf benannten elektronischen Analogrechner-Schaltungen für die Regelspannungen. Um beispielsweise die Lautstärke-Pegelunterschiede festzustellen, sind Schaltungseinrichtungcn zur Aufrechterhaltung des logarithmischen Verhältnisses der Intensitätspegel der Signale A und Serforderlich.

In den F i g. 11 und 12 ist eine weiteie Ausführungsform eines Verstärkungs-Regelungssystems dargestellt, in dem Infraschallregelungstöne den A- und ß-Kanälen zur Steuerung der Verstärkung der zwei Diagonal-Kanalpaare der Dekodiereinrichtung 20 eingeprägt sind. Die Mikrophone, Lautsprecher, die Kodier- und Dekodiereinrichtung erfüllen dieselbe Funktion wie vorher beschrieben und werden daher im Zusammenhang mit der Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform nicht mehr beschrieben.

Urn 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 ableitbar ist, ist direkt proportional dem Quadrat der Spannungsamplitude dieses Signals.

Die Signal-Aufnahmeeinrichtung ist in F i g. II dargestellt. Die Ausgangsspannungen der Mikrophone 2RF und 2LF rechts vorne und links hinten werden erfaßt und an eine Leistungs-Summierschaltung 130 gekoppelt, während eine ähnliche Leistungs-Summierschaltung 131 die Ausgangsspannungen der Mikrophone 2Z.Fund 2RR summiert. Diese zwei Leistungs-Summierschaltungen sind Einrichtungen, die der Gesamtleistung, die von den zugeführten Eingangsspannungen ableitbar ist, direkt proportionale Ausgangsspannungcn erzeugen. Diese Ausgangsspannungen können dann in einer weiteren Summierschaltung 132 summiert werden, deren Ausgangsspannung dann proportional der Ge-

samtleistung in den vier Eingangskanälen ist.

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

Die Modulatoren 136 und 138 können den 20-H/Ton des Oszillators 140 mit einem vorbestimmten Pegel amplitudenmodulieren. der von der Größe der zugefiihrten Regelungsspannung der Verhältnisschaltung 134 abhängt. Wenn der 4-Modulator 136 einen Ton zunehmender Amplitude liefert, dann sollte der H-Modulator 138 einen Ton mit proportional dazu abnehmender Amplitude liefern. Diese modulierten Töne werden dann zu den A- und ß-Ausgängen der Kodicreinrichtung 18 zu Signalen addiert, die auf dem ZweikanalÜbertragungsweg übertragen und die in dem speziellen Ausführungsbeispiel mit A' und Il bezeichnet sind.

Der Wiedergabeteil des Systems ist in Fig. 12 dargestellt. Zwei Hochpaßfilter 142 und 144 sind zur Trennung der Tonfrequenz-Steuerungstöne aus den A- und ß-Tonfrequenz-Signalen in den A'- und ß-Kanälen verwendet. Diese A- und ß-Kanäle der Filter 142 und 144 sind an den Dekodierer 22 gekoppelt, um die vier vorbeschriebenen Ausgangskanäle zu schaffen.

Die Tonfrequenz-Steuerungstöne der Filter 142 und 144 sind an einen Verstärkungs-Regelungsgenerator 146 geschaltet, der die Verstärkung der Regel-Verstärker 148/?/?. I48/?F. 148LF und 148ZJ? regelt, um die Verstärkung eines Diagonal-Kanalpaars zu erhöhen, während die Verstärkung des anderen Diagonal-Kanalpaars entsprechend abnimmt. Aus der vorhergehenden Besprechung der F i g. 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 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 Mikrophonen) direkt in den Steuerungston-Signalen dargestellt werden, kann der Verstärkungs-Regelungsgrnerator 146 auf einfache Weise diese bekannten Verhältnisse benutzen, um die Verstärkung der Verstärker 148/?/?, 148i.Fund W.LR, 148/?Fzu regeln und um dieselben Verhältnisse an den Ausgängen der Verstärker 148 wieder zu erzeugen. Hierdurch werden notwendigerweise die gewünschten Signale unterstützt, während die Signale, die nicht in den entspechenden Kanälen vorhanden sind, unterdrückt werden. Die Gesamtleistung verändert sich auch nicht aufgrund von Richtungsänderungen. Der Generator 146 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.

Bei den beschriebenen Mehrrichtungs-Tonsystemen bleiben die Wiedergabegüte, das Frequenzverhalten oder andere Eigenschaften der Tonfrequenz-Information voll erhalten. Auch ist eine Sendung, Übertragung oder Aufnahme auf nur zwei herkömmlichen Stereokanälen möglich. In der Praxis können wirtschaftliche Transistorschaltungen für die teuren Operationsverstär-

ker-Bauteile eingesetzt werden; auch den Widerständen kann mehr Toleranz in ihren Werten eingeräumt werden, als dies in der Beschreibung angegeben ist.

Sorgfältiger ausgearbeitete Verstärkungs-Regelungssysteme können Analyseschaltungen verwenden, die > den vorbeschriebenen ähnlich sind, die aber zwei- oder dreimal vorhanden sind, so daß jede Analyseschaltung zur A/ijlyse eines anderen Frequenzbandes innerhalb des gesamten Tonfrequenzbandes des Systems dienen könnte.

Es sind auch Verstärkungs-Regelungen zur Einstellung des vorderen zu dem rückwärtigen Leisiungsverhältnisses (anstelle des Diagonalpaar-Leistungsverhältnisses) verwendbar. Eine derartige Einstellung kann auf der Grundlage durchgeführt werden, daß Ungleichmä- r, Oigkeiten zwischen der vorderen und rückwärtigen Leistung im allgemeinen vergrößert werden, um die Leistungsverhältnisse zu denen der Eingangssignalc

wifucr iiciiumciicii.

Bisher ist eingehend die Kodierung und Dekodierung 2u der Tonrichtung in einer Ebene (360°) beschrieben worden. Dies wurde durch Festsetzen der Amplituden- und Phasenfunktionen für die Eingangs-Übertragungs- und Ausgangskanäle durchgeführt. Hierbei waren die Phasenbeziehungen auf zwei Werte 0° und 180° 2> begrenzt, die manchmal als positive und negative Polaritäten ausgedrückt waren.

Gemäß der Erfindung brauchen die Phasenbeziehungen nicht ?uf diese zwei Werte beschränkt zu sein und es können in c'er Praxis durchaus auch andere Phasenbc- jo ziehuiigen als 0° und 180° verwendet werden. Dies wird mit Hilfe von Phasenänderungseinrichtungen großer Bandbreite durchgeführt. Durch Ausnutzen von Phasenverschiebungen von 0° und 180° können die gemäß der Erfindung kodierten Richtungswinkel zu einem dreidimensionalen Raum ausgebaut werden. Zusätzlich zu den Richtungen links, rechts, vorne und hinten können noch die Richtungen oben und unten sowie Zusammensetzungen aus diesen Richtungen kodiert werden.

Da die vorbeschriebene Beziehung zur Trennung zwischen den Kanälen als Funktion der Differenz zwischen den Richtungswinkeln auch für die dreidimensionale Raumkodierung 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.

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

Eine sphärische Winkelposition kann durch einen Einheitsraumvektor (rechts, vorne, oben) mit Koordinaten (χ,y. ^bestimmt werden, wobei

16c² + y² + z² = a
konstant ist. Zur Kodierung und Dekodierung wird mit

60

λ der Winkel für die Amplitudenbestimmung, und

mit
β der Winkel für die Phasenbestimmung

bezeichnet In dem oben angeführten Koordinatensystem ist dann:

/; = arc cos χ I [χ¹ 4- y² + ζ¹

/ι = arc tan zjy = arc sin ζ/ \'y² + ζ¹

Die Gleichungen 32 und 33 des Anhangs geben die Beziehungen wieder, um ein Signal („ mit der zugeordneten, sphärischen Winkelposition zu kodieren, wie durch Koordinaten (\_n,yn. ?n)oder durch die Winkel (X und β definiert ist. wobei A und ß die zwei Informationskanäle sind. Die Beziehungen, um ein »dekodiertes« Ausgangssignal g„ herzuleiten, sind durch Gleichung 34 wiedergegeben. Die Werte für β liegen in dem Bereich von 0° bis ±90°. Die Sinus- und Cosinuswerte besitzen positive oder negative Werte, wie vorher in Verbindung mit den Gleichungen I, 2 und

J dUSHCI Ul Il t 151. L>¹C I »TL.lt IUI f. * — £.t \J ,ntin n^ctii \x\-\

Vorzeichen-JPolaritätsJ-Änderung von A und B einen Unstetigkeitspunkt dar.

Zur Verdeutlichung des Systems stellt man sich eine Ebene gleicher Phase vor. die durch die in F i g. 13 nicht eigens dargestellte X-Achse hindurchgeht (d. h. «= Null-Achse oder .4-ß-Achse). Zu Beginn liegt die Ebene gleicher Phase in der Null-Phasenposition (die als Horizontale dargestellt ist) einschließlich der in F i g. 13 nicht dargestellten Z-Achse.

Als erster Schritt wird zur Verdeutlichung der Kodierung die Ebene gleicher Phase gedreht, die den dem in Frage stehenden Signal f_n 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-Phasensposition wird zur Bestimmung des Phasenwinkels β der ober, angeführten Kodierungsgleichungen 32,33 und 34 durchgeführt.

Als zweiter Schritt wird die Bestimmung des Winkels α (die Amplitudenbestimmung) vorgenommen, wobei der Winkel in der Ebene gleicher Phase des Raumvektors liegt, der in Gegenuhrzeigerrichtung von der positiven X-Achse aus (λ = 0) gemessen wird. In der Ebene gleicher Phase werden die Amplitudenkoeffizienten (Sinus- und Cosinus-«) 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 α bezeichnet, um eine Verwechslung mit den rechtwinkeligen Koordinaten zu vermeiden.

Um die jedem einzelnen Signal f„ zugeordnete Winkelposition zu kodieren, wird das Signal über ein Dämpfungsglied (oder eine andere Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) dem Informationskanal A zugeführt, so daß die normierte Verstärkung des Dämpfungsgliedes dem numerischen Wert des Sinus des halben Winkels Ot_n proportional ist Das Signal wird dem Informationskanal B über ein Dämpfungsglied zugeführt so daß die normierte Verstärkung des (B)- Dämpfungsgliedes proportional dem numerischen Wert des Cosinus des halben Winkels α 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 zueinander um einen Betrag phasenverschoben, der gleich dem Wert β ist (siehe Anhang). In den Kodierungsgleichun-

gen 32, 33 wird der Wert +ß/2 dem Kanal A und der Wert -ß/2 dem Kanal Bzugeführt. Um die Kodierung zu korrigieren, ist die Phasenverschiebung A minus die Phasenverschiebung B gleich ß. In ähnlicher Weise wird die Kodierung korrigiert, wenn das Verhältnis der > Verstärkungen der zur Zuführung des Signals zu den Kanälen A '-zw. B verwendeten Dämpfungsglieder zahlenmäßig etwa gleich dem numerischen Wert des Tangens des halben Winkels α ist.

Eine Einrichtung zur Kodierung 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 r> 1970, Seiten 62 bis 66).

Um die kodierte (Winkelpositions)-Information wiederzugewinnen (zu dekodieren), wird eine Anzahl dekodierter Ausgangskanäle (üblicherweise vier) durch Zuordnen eines ausgewählten Werts zu <x und β für 2ii jedes gewünschte Ausgangssignal g„ und durch Wiedervereinigen der »kodierten« Signale in den zwei Informationskanälen A und S mit einer Phasendifferenz und einem Verstärkungsverhältnis eingestellt, das die vorgeschriebenen Werte von α und β für jedes 2"> dekodierte Ausgangssignal kennzeichnet.

Jedes dekodierte Ausgangssignai wird durch Vereinigen der »kodierten«, zusammengesetzten Signale in den zwei Informationskanälen abgeleitet, so daß die von dem Kanal A abgeleitete Komponente durch ein jo Dämpfungsglied (oder eine andere Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) abgeleitet wird, so daß die normierte Dämpfung des Dämpfungsgliedes proportional zu dem Sinus des halben Winkels α ist, der für den speziellen Ausgang vorgeschrieben ist, während die r, vom Kanal B abgeleitete Komponente durch ein weiteres Dämpfungsglied derart abgeleitet wird, daß die normierte Dämpfung des Dämpfungsgliedes oder die Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung proportional dem Cosinus desselben halben Winkels α ist, der für den speziellen Ausgang vorgeschrieben ist.

Für jedes spezielle, dekodierte Ausgangssignal wird eine relative Phasendifferenz, die gleich dem Wert von β für das spezielle Ausgangssignal ist, den Komponenten der »kodierten«, zusammengesetzten Signale A und B zugeordnet, die durch die Dämpfungsglieder abgeleitet sind, die zusammengefaßt sind, um das einzelne, dekodierte Ausgangssignal g„ zu erzeugen.

Jedes Eingangssignal f„ erscheint mit Maximalstärke wieder in dem Ausgangskanal, dessen vorbestimmte 5n Werte von α und β am nächsten dem einzelnen Eingangssignal kommen; mit abnehmender Stärke in den 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 180°. Die Pegelverringerung für ein Eingangssignal, das bei einer sphärischen Winkelposition kodiert und bei einer anderen sphärischen Winkelposition dekodiert ist, stellt eine Möglichkeit der Trennung für das eo Kodierungs-Dekodierungs-System dar und besitzt die Form der Gleichung 18, in der dxder sphärische Winkel zwischen den Kodierungs- und Dekodierungsvektoren ist; dieser sphärische Winkel ist mittels der sphärischen Trigonometrie in Ausdrücken mit λ und β oder die e-j rechtwinkeligen Koordinaten durch Umrechnen in sphärische Koordinaten ausdrückbar.

Die Gleichung 34 im Anhang beschreibt den Dekodierungsvi, rgang. Wie bei der Kodierung ist auch hier das Verstärkungsverhältnis (tan λ/2) und die Phasendifferenz wesentlich für die Dekodierungskorrektur. Wird β gleich Null gesetzt, dann wird die Kodierung und die Dekodierung durch die früheren Gleichungen 1,2 und 3 bestimmt (wobei λ anstelle von χ gesetzt ist).

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

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

Ein Maximalabstand von 180" zwischen einem Paar von Signalen ergibt eine Kanal-Trennung Unendlich für dieses Paar (Gleichung 18). In einem Vier-Kanal-Kodierungs-Dekodierungssystem können zwei von sechs Ausgangssignalpaaren (1, 2; 1, 3; 1, 4; 2, 3; 2, 4; 3, 4;) diese 180°-Beziehung (eine Kanal-Trennung Unendlich) besitzen.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 13 ist ein Würfel dargestellt, der als Bezugsrahinen für ein rechtwinkliges Koordinatensystem dient. Der Würfel kann, wie üblich, als Annäherung an einen Raum betrachtet werden, in dem die Tonfrequenzinformation 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 LF, RF, LR und RR bezeichnet. Die Null-Phasenebene ist bei 513 dargestellt und mit β gleich Null bezeichnet. 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 h oder gi 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.

Emc unite Piiäseneoene 525 υ€ζεΐ€ιιπ6ΐ cine Pussc von —54,75°; sie ist in einem Bezugskreis 527 einbeschrieben.

Der Eingang h oder der Ausgang gi der Gleichungen

35 bis 40 wird durch einen Pfeil 523 dargestellt, während der Eingang U oder der Ausgang g* durch einen Pfei! 531 dargestellt ist. Zu beachten ist, daß λ für beide Pfeile 529 und 531 nominell 270° beträgt, Λ beliebig in dem dritten Quadranten und Λ beliebig in dem vierten Quadranten angeordnet ist.

Aus Fig. 13 ist zu entnehmen, daß die Spitzen der Pfeile 517, 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 .'ceiner der Kanäle genau gegenüber einem anderen Kanal, was zur Folge hat, daß, wenn nur einer der Kanäle aktiviert wird, die sich aus der Mischung in dem Gesamtsystem ergebende Störleistung gleichmäßig auf die drei nicht aktivierten Kanäle verteilt wird. Die Signalamplitude in dem anderen Kanal als dem aktivierten ist dann gleich der Quadratwurzel eines Drittels der Amplitude in dem aktivierten Kanal.

Die Mikrophon- 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 /4-Kanal bei λ= 180° und der ι echte oder ß-Kanal bei λ =0° in F i g. 13 und den folgenden Figuren angeordnet ist. In ähnlicher Weise sollte eine herkömmliche einkanalige Wiedergabe einer Richtung von rt==90°, ß = 0° entsprechen (was in Fig. 13 durch den Buchstaben Fmarkiert ist).

In den Fig. 14 und 15 ist eine Abänderung des Systems dargestellt, wobei nur Phasen von +45" und — 45° verwendet sind. Die Phasenebene 533 ist unter + 45° ausgerichtet und enthält einen Bezugskreis 535. Die Null-Phasenebene 51.3 und der Null-Phasen-Bezugskreis 515 sind zur Verdeutlichung der Neigune 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 /j oder gi kennzeichnet. In Fig. 15 ist eine Phasenebene 545 und ein Bezugskreis 547 für eine Phase von -45° dargestellt. Ein Pfeil 551 bezeichnet ein Signal h oder gi der Gleichungen 41 bis 45, während ein Pfeil 549 ein Signal /4 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 in Fig. 16 nicht eigens dargestellte Z-Achse als Nullachse um 45° relativ gegenüber dem regulären Tetraeder gedreht ist, das durch die Pfeile in Fig. 13 bestimmt ist. Was zu dem in Fig. 13 dargestellten System erläutert worden ist, gilt auch für das in F i g. 16 dargestellte System.

Aus der regulären Tetraederform ergeben sich für die Systeme gemäß dtr Erfindung gewisse Vorteile; die Regelmäßigkeit des Tetraeders ist aber nicht wesentlich. Beispielsweise können in F i g. !4 die Winke! für ac geändert werden, wie sie durch die Pfeile 541 und 543 angezeigt sind, die Signale /1 oder g\ bzw. /3 oder #3 in den Gleichungen 47 bis 52 darstellen. Gegenüber den

vorbeschriebenen Systemen nimmt hierdurch dann die Trennung zwischen 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 entsprechen^ einander angenähert werden (dies ist zur Vereinfachung in Fig. 15 weggelassen).

In der Anzahl der Eingänge /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 Kodierung üblichen Kanalanzahl.

In F i g. 17 ist in schematischer Form eine als Kodierer gemäß einer der verschiedenen Ausführungsformen des dreidimensionalen, vorbeschriebenen Systems verwendbare Einrichtung dargestellt. In Fig. 17 werden Eingangssignale /Ί und h und weitere Signale in gewünschter Anzahl der Kodiereinrichtung zugeführt. Das Eingangssignal f\ wird jedem der beiden Breitband-Phasenschieber 561 und 563 zugeführt. Die Phasenschieber können entweder eine fest eingestellte Phasenverschiebung oder eine einstellbare Phasenverschiebung aufweisen. Beispielsweise kann das in Fig. 16 dargestellte und den Gleichungen 41 bis 45 entsprechende System einen +22,5°-Phasenschieber 561 und einen -22.5' -Phasenschieber 563 für das Eingangssignal A verwenden.

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

Eine ähnliche Einrichtung ist für das Eingangssignal f₂ und für weitere in gewünschter Anzahl mögliche Eingangssignale vorgesehen. Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 565 sind zusL/nmengefaßt. um ein /\-Ausgangssignal an der Kodiereinrichtung auszubilden, während die Ausgänge der Dämpfungsgiieder 567 zusammengefaßt sind, um ein ß-Ausgangssignal an der Kodiereinrichtung auszubilden.

In Fig. 18 ist in schematischer Form eine Dekodiereinrichtung für dreidimensionale, vorbeschriebene Systeme dargestellt. Die Kanäle A bzw. B werden den Phasenschiebern 569 und 571 in der Schaltung für das Ausgangssignal g\ zugeleitet. Die Phasenschieber 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_x weist ebenfalls Dämpfungsglieder 573 und 575 für den A- oder den ß-Kanal auf. Diese entsprechen in ihrer Funktion den vorbeschriebenen Dämpfungsgliedern in den zweidimensionalen Systemen.

Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 573 und 575 sind zusammengefaßt, um ein dekodiertes Ausgangssignal g\ auszubilden. Die Dämpfungsglieder 573 und 575 enthalten Verstärker und ermöglichen die Auswahl der gewünschten Polarität des Ausgangssignals.

Die Schaltungen für die Ausgänge g₂ und zusätzliche Ausgänge bis g„ sind den in Verbindung mit dem Ausgang^ beschriebenen ähnlich.

A = Z₁ sin.ν,/2 + /₂sinx₂·- ■ ■ ■ + /*sinx„/2 (1)
ß = Z₁ cos.x-,/2 +/2COS.Y2 2 ... +/„cos.v„/2 (2)

29

RIl

X4

21

29

673

30

gl = A

dr

»Ι-Γ

IF

log

j

dt

Vi = K

log -^-

G1=Ig1I; G4 = Ig4I

Γ1 Γ·

K, Λ.

(jj + Ι/λ

(23)

(35)

ß * -2Vf1'

(41)

/1 sin x„/2 + ß cos x„/2

X\

-cos-^

g2 = B

i/ Γ

4

K1 = K

G1-G4

(24)

g„ =

R9

KIl

2

(3)

g3 = 0,707 A + 0,707 B

^2.3 -K ψ J^

RR

G1+ G4

27J/.'

22V2

Rl =

COS^

Z1 x, X2 X3 [ 1 + COS -y + COS -^ + COS -y- — COS

(4)

g4 = 0,7 ν κ]

(25)

(36)

(42)

sin '-^

-COS^

5

07 A - 0,707 ß

(26)

(37)

(43)

«-

R9

RIl

,5,

10

/I=/, sin*,/2 ^ Α/2 + /2 sin»2/2 $ β2/2

(38)

(44)

R3-

sin -y

0,9239/, H- 0,3827/2 + 0,9239 /3 +

(6)

LF

■ ■ ■ + /„ sin xJ2 Jf. βJl

(27)

(39)

R9

RR

B = /, COSa,/2 -^ —Α/2 + Z2COSa2^ ^: —/ί

- (40)

sin ~-y

0,3827/, + 0,9239/2 - 0,3827/3 +

15

^) R10

·■■ + /„cos<xjl Jf -βJl

(28)

R4 =

(1 + sin -^- + sin 1^ + sin 1^ — sin

0,9239 A + 0,3827 B

g„ = A sina„/2 ■* -/ί/2 + Bcos«J2 $ β/2

+ 0,888/j * 22V20 - 0,460/4 Jf, -22'/2

\ ζ Z 1

0,3827 A + 0,9239 B

A = 0,953/, * 0° + 0,303/2 * 0°

(29)

■ x*

0,9239 /1 - 0,3827 B

20

ß = 0,460/, -f. -22'/2° + 0,888/2 $ 22'/2 c

DC _

sin -γ

- 0,3827 /1 + 0,9239 B

(7)

- 0,460 /3 * -22V10 + 0,888/4 «J:

t\ J —

-

„_, dx

(8)

25

(30)

R6 =

20 log,o cos -=-

(311

g, = 0,888 /< * -22'/,° + 0,460 ß -J: 22'/2°

2

(9)

g2 = 0,460 /1 * 22V20 -

Rl —

0,9659/, -t- 0,2588/2 + 0,8660/, -

30

t- 0,888

I\ I —

(10)

(32)

0,2588/, + 0,9659/2 - 0,5000 /3 +

/-)

35

ν1

RK-

/, + 0,707/3 + 0,707/4

f>.2

i\ O —

/2 + 0.707/, -0,707/,

40

(33)

(H)

(34)

A =

0,3827/4

(12)

45

+ 0,707/, ·* 277„ ° - 0,707/4 ^: - 27 V

B =

0,9239 /4

(13)

B =0,303/, ^: 0° + 0,953/2 * 0°

gl =

(14)

50

- 0,707/3 * -27V + 0,707/, *

g2 =

(15)

g3 =

(16)

g, = 0,953 /4^0°+ 0,303 B * 0°

g4 =

(17)

55

g2 = 0,303 /1 «* 0° + 0,953 B <* 0°

gj = 0,707 /1 * -27V - 0,707 B $ 27V

5« =

(18)

g4 = - 0,707/4 * 27 V + 0,707 ß * -273/8

/1 = 0,888/, <* 22V2° + 0,460/2 «* -22'//

/I =

0,5000/4

60

(19)

ß =

0,8660/,

65

(20)

-4 =

(21)

ß =

(22)

31 32

g₃ = 0,888 A * -227₂° - 0,460 B * 22Vi" (45) g, = 0,924 A * -22^l/₂° + 0,383 B * 22V₂" (49)

g4 = - 0,460 A $ 22>/₂° + 0,888 B ^ - 22'/,° (46)

g₂ = 0,383 A $ 227₂° + 0,924 B $ -22¹/-," (50) A = 0.924Λ * 227," + 0,383/₂ ^ -22^l/i^e 5

+ 0,924 /₃ * 22^l/₂° - 0,383 /₄ * -22'/₂° _ga = ₀^24>1 * -22^l/₂° - 0,383 B * 22^l/₂° (51)

(47)
B = 0,383 /, * - 22V₂" + 0,924/₂ ^ 2ί/,^β _{I0 fa} = _ 0,383 A * 22^l/₂° + 0,924 B * -22^l/₂° (52)

- 0,383 /₃ ^c -22V2⁰ + 0,924/₄ ^: 22V₂ ⁰

(48) S_JB = 20 log,o cos 54V = 4,77 dB (53)

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mehrrichtungs-Tonsystem, in welchem wenigstens drei gerichtete Komponenten eines Eingangstonsignals in einem A- und einem B-Kanal kodiert

" und übertragen werden und die übertragenen Signale derart dekodiert werden, daß ein Ausgangstonsignal mit wenigstens vier gerichteten, mit den Eingangssignalkomponenten verknüpften Kompo- ι ο nenten aus den A- und B-Kanälen wiedergegeben wird, gekennzeichnet durch die Kodierung der Amplitude der Komponenten des Eingangstonsignals im Α-Kanal proportional dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem dem A-Kanal zugeordneten Winkel und im B-Kanal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem B-Kanal zugeordneten Winkel und durch die entsprechende Dekodierung auf zugehörige Ausgangspositionswinkel.

2. Dekodierer für ein Mehrrichtungs-Tonsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekodierer (22) einen A- Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des /\-Kanals und einen ß-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des B-Kanals aufweist, daß erste, zweite, dritte und vierte Einrichtungen (23, 24, 25, 26) für die Ableitung von ersten, zweiten, dritten und vierten gerichteten AusgangstoriTignalkomponenten von den Ausgangssignalen der A- und S-Kanäle vorgesehen sind, wobei jede Komponente einen entsprechenden Positionswinkel abhängig von der Richtung, aus welcher das Ausgangstonsignai ausgestrahlt werden soll, aufweist, daß wenigstens drei der Einrichtungen (23,24,25,26) mit dem jeweiligen Eingangsanschluß verbunden sind, und daß die Ausgangssignalc des A-Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Sinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels und die Ausgangssignale des B-Kanals in jeder Ai'Sgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Cosinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels erzeugt werden.

3. Dekodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den dem /4-Kanal und dem ß-Kanal zugeordneten Winkeln etwa 180° beträgt. >o

4. Dekodierer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Einrichtungen (23,24,25,26) wenigstens eines der Ausgangssignale der A- und ß-Kanäle in einer der Ausgangstonsignalkomponenten in der Phase verschieden von der Phase in wenigstens einer der anderen Ausgangstonsignalkomponenten erzeugt wird und dieselbe Phase aufweist, wie die Phase in wenigstens einer anderen der Ausgangstonsignalkomponenten. W)

5. Dekodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einrichtungen (23, 24, 25, 26) bestimmte, von 180° verschiedene Breitband-Phasenverschiebungen erzeugt werden, so daß die Amplituden der Ausgangssignale ebenfalls eine μ Funktion eines Bezugswinkels in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der den A- und B-Eingängen zugeordneten Position sind, wobei der Bezugswinkel durch die relative Phasenbeziehung eines Signals bestimmt ist, das an den A- und ß-Eingangsanschlüssen auftritt

6. Kodierer für ein Mehrrichtungs-Tonsysiem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodierer (12) wenigstens drei Eingangsanschlüsse für die Eingangstonsignalkomponenten mit entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln aufweist, daß eine erste Sign&lerzeugungseinrichtung (13) zur Erzeugung eines Λ-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei die erste Signalerzeugungseinrichtung (13) die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkomponenten im /4-Kanal verschieden von der Phase im B-Kanal macht, und daß eine zweite Signalerzeugungseinrichtung (14) zur Erzeugung eines B-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei durch die zweite Signaierzeugungseinrichtung (14) die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkomponenten im /4-Kanal die gleiche wird wie die Phase im Ö-Kanal.

7. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der ersten Signalerzeugungseinrichtung (13) die Amplitude jeder Eingangstonsignalkomponente im /!-Kanal im wesentlichen proportional zu dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem dem jeweiligen Eingangsanschluß zugeordneten Positionswinkel und dem dem Dekodiererausgangsanschluß zugeordneten Winkel ist, an welchem die Ausgangssignale des /4-KanaIs maximale Amplitude besitzen, daß mittels der zweiten Signalerzeugungseinrichtung (14) die Amplitude jeder Eingangstonsignalkomponente im B-Kanal im wesentlichen proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem dem jeweiligen Eingangsanschluß zugeordneten Positionswinkel und dem dem Dekodiererausgargsanschluß zugeordneten Winkel ist, an weichem die Ausgangssignale des ß-Kanals."iaximale Amplitude besitzen, wobei die den Dekodiererausgangsanschlüssen, an welchen die Kanäle A und B maximale Amplitude aufweisen, zugeordneten Winkel sich um etwa 180° unterscheiden.