DE2204098B2 - Anordnung zur uebermittlung von vier signalen ueber zwei kanaele eines uebertragungsmediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

In dem Preprint Nr. 759 (D-4) der Audio Engineering Society vom Oktober 1970 (Autor Peter S c h e i b e r) ist ein Quadrophoniewiedergabesystem beschrieben, mit Hilfe dessen eine vierkanalige Information in eine zweikanalige Information umcodiert und mittels eines zweikanaligen Mediums übertragen oder gespeichert wird und anschließend wieder in eine vierkanalige Information decodiert wird. Anhand der beiliegenden F i g. 1 bis 3 ist diese Scheiber-Codierung im einzelnen erläutert. Die Codiermatrix gemäß F i g. 1 verschlüsselt vier getrennte Informationssignale Lf, Lb, Rb und Rf, welche entsprechenden Eingangsanschlüssen 2, 4, 6 bzw. 8 zugeführt werden, zu zwei Signalgemischen Lt und Rt- Die vier Eingangsanschlüsse sind jeweils mit zwei Summierschaltungen 10 und 12 verbunden, die durch eine Matrix aus Operationsverstärkern und Widerständen realisiert sein können. Die Summierschaltung 10 faßt die Eingangssignaie mit folgenden Faktoren zusammen: 0,924 L₁, 0,924 Lb, — 0,383 R_b und 0,383 Rf. Die Summierschaltung 12 faßt die Signale mit ähnlichen Faktoren zusammen, nämlich 0,383 Lf, - 0,383 Lb, 0,924 Rb und 0,924 Rf. (Es sei erwähnt, daß 0,383 = sin 22,5° und 0,924 = cos 22,5° ist.) Die auf diese Weise gewonnenen Signalgemische Lt und Rt, die mit einem Zweispurmagnetbandgerät oder einem Stereoschallplattenschneidgerät aufgezeichnet werden können, &ind als Vektordiagramme in den F i g. 2a (links) und 2b (rechts) veranschaulicht Das linke Signal Lt enthält gleichphasige Signale der beiden Linksinformationen (vorn und hinten) mit einem Betrag von 0,924 der Ursprungssignalstärke sowie gegenphasige Rechtssignale mit einem kleineren Anteil von 0,383. Das Entsprechende gilt umgekehrt für das Rechtssignal Rt gemäß Fig.2b. Es sei noch darauf hingewiesen, daß diese Vektordarsteliung streng genommen nur für eine einzige Frequenz gilt, hier aber aus Anschaulichkehsgründen stellvertretend für das gesamte Hörspektrum verwendet ist. Die beiden Signalgemische Lrund Rr, die mit üblichen Stereogeräten als Links- bzw. Rechtssignal wiedergegeben werden können, lassen sich mit einer speziellen Widerstandsmatrix in vier einzelne Signale decodieren, die jedoch nicht mit den ursprünglichen vier Signalen identisch sind, sondern entsprechend nur jeweils eines dieser ursprünglichen Signale vorherrsehend enthalten, während zwei andere der ursprünglichen Signale mit einem um 3 dB niedrigeren Pegel enthalten sind.

Bei bestimmten Aufnahmebedingungen kann jedoch die Wirklichkeitstreue einer vierlcanaligen Wiedergabe bei dieser Codierungsart sehr beeinträchtigt werden. Es sei zunächst angenommen, daß den Anschlüssen 2 und 8 gleiche Signale Li und Rf zugeführt werden, welche ein Signal VORN MITTE darstellen. Im Vektordiagramm der F i g. 2a erscheint dann nur der Vektor A als Summe von 0,924 L_f und 0,383 Rf. In Fig. 2b erscheint entsprechend nur der Vektor B. Liegt dagegen ein Signal MITTE HINTEN vor, wobei an den Matrixanschlüssen 4 und 6 gleiche Signale Lb und Rb liegen, dann erscheint in F i g. 2a nur der Vektor C(0,924 L_b - 0,383 Rb) und in Fig.2b erscheint entsprechend nur der Vektor D. Daß ein Mittensignal in den beiden Signalgemischen mit sehr unterschiedlicher Amplitude erscheint, je nachdem, wo auf der Längsachse des Aufnahmeraumes es auftritt, ist jedoch unerwünscht.

Um hier Abhilfe zu schaffen, hat man zwischen den beiden Signalgemischen zusätzlich eine Phasenverschiebung von 90° eingeführt, wie dies in F i g. 1 durch die Phasenschieber 14 und 16 veranschaulicht ist. Man enthält damit Signalgemische Lt und Rt, deren Phasendiagramme in den Fig.3a und 3b veranschaulicht sind. Dies bringt zwar in einigen Punkten eine gewisse Verbesserung, die jedoch in anderer Hinsicht mit wesentlichen Verschlechterungen erkauft wird. Führt man beispielsweise der Matrix wiederum gleiche Signale L/und /?rzu entsprechend einem Signal MITTE VORN, so erhält man in den Signalgemischen Lt und Rt die beiden um 90° gegeneinander verdrehten Vektoren A 'bzw. B'. Dies ergibt jedoch ein undeutliches virtuelles Hörbild, außerdem wird das Problem der Schwächung eines Signals MITTE HINTEN nicht zufriedenstellend behoben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Angabe von Maßnahmen, welche zu einer günstigeren Signalstruktur der einzelnen Komponenten der Signalgemisehe führen, bei welcher die unerwünschten Beeinflussungen der Wiedergabe bei unterschiedlichen, aber gleich zu behandelnden Signalquellenpositionen nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Damit läßt sich eine wesentliche Verbesserung der Wiedergabe bei den oben geschilderten Verhältnissen erreichen. Die bei stereophoner Wiedergabe den beiden Lautsprechern zugeführten Signale liegen in ihrer Phase wesentlich näher beieinander, so daß man auch bei zweikanaliger Wiedergabe ein wesentlich schärferes virtuelles Tonbild erhä!' Die erfindungsgemäße Verknüpfung der einzelnen Teilsignale führt zu einer besseren Symmetrie zwischen vorderen und hinteren Signalen und zu günstigeren Phasenbeziehungen bei einem mittleren Signal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Bei einer Varian-

te der erfindungsgemäßen Matrix läßt sich auch die Symmetrie zwischen vorn und hinten ändern, was beispielsweise erwünscht sein kann, wenn eine abweichende Phasenverschiebung zwischen den erzeugten Signalgemischen eingeführt wird. In jedem Falle wird durch die Erfindung nicht nur die Qualität einer vierkanaligen Wiedergabe verbessert, sondern auch die Kompatibilität mit Zweikanalanlagen, so daß auch bei der Wiedergabe mit Zweikanalgeräten ein besserer Klangeindruck erhalten wird. In den Figuren zeigt

Fig. 1 eine Codiermatrix für die bekannte Scheiber-Codierung;

Fig. 2A, 2B und 3A, 3B Vektordiagramme für die beiden gemäß F i g. I erzeugten Signalgemische;

Fig.4 eine Codiermatrix gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5A und 5B Vektordiagramme für die mit der in Fig.4 dargestellten Matrix erhaltenen Signalgemische

Fig.6 eine Decodiermatrix für die gemäß Fig.4 erzeugten Signalgemische;

Fig. 7 eine abgewandelte Codiermatrix gemäß der Erfindung;

Fig.8A und 8B Vektordiagramme der mit der Codiermatrix gemäß Fig. 7 erzeugten Signalgemische Lrund Rrund

Fig.9 eine Decodiermatrix für die mit der Matrix gemäß F i g. 7 erzeugten Signalgemische.

Die in Fig.4 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codiermatrix ist in mancher Hinsicht der in der DT-PS 21 26 432 beschriebenen Codiermatrix ähnlich. Jedoch werden die einzelnen Signale anders summiert und anderen Phasenverschiebungen unterworfen. Die vier Signale eines Schallereignisses Lf, Lb, Rr und Rb werden an die Eingangsklemmen 18, 20, 22 und 24 gelegt. Die Klemmen 18 und 20 sind jeweils mit zwei Summierschaltungen 26 und 28, und die Klemmen 22 und 24 sind jeweils mit zwei weiteren Summierschaltungen 30 und 32 verbunden. Die Summierschaltungen 26 und 32 sind gleich ausgelegt und addieren einen Anteil 0,924 der beiden ihnen zugeführten Signale. Die Summierschaltungen 28 und 30 sind ebenfalls einander gleich, addieren jedoch einen Betrag von 0,383 des einen und einen Betrag von — 0,383 des anderen ihrer Eingangssignale; d.h. in der Summierschaltung 28 werden die Signalbeträge 0,383 L₁ und — 0,383 L_b und in der Summierschaltung 30 die Signalbeträge 0,383 Rb und - 0,383 /^addiert.

Die Ausgänge der Summierschaltungen 26 bis 32 sind jeweils mit einem gesonderten Allpaß 34,36,38 bzw. 40 verbunden. Die Phasenverschiebung der Allpässe 34 und 40 beträgt (ψ+ 90°) und die der Allpässe 36 und 38 (φ + 0^D), wobei der Bezugsphasenwinkel ψ willkürlich gewählt ist und lediglich die Voraussetzung erfüllen muß, daß er sowohl in der Codiereinrichtung als auch in der Decodiermatrix im wesentlichen gleich ist. Diese Phasenverschiebungen können nacheilend oder aber auch voreilend festgelegt werden, müssen aber in gleicher Richtung für die Dccodierschaltung gelten. Die Ausgänge der Phasenschieber 34 und 38 werden zu gleichen Anteilen in einer weiteren Summicrschaltung 42 addiert, und die Ausgangssignalc von den Phasenschiebern 36 und 40 werden zu gleichen Anteilen in der Summicrschaltung 44 addicrl. Die Summicrschaltungen 42 und 44 erzeugen an den Ausgangsklemmen 46 und 48 die Signalgemische Lr und Rr, die entweder einer slercophonischen Lautsprecheranlage direkt zugeführt werden können oder zunächst mit einem Magnetbandgerät bzw. mit einem Stereoplatten-Aufnahmegerät aufgezeichnet werden können, um sie dann später über eine zweikanalige Stereoanlage wiederzugeben.
, In den Fig.5A und 5B sind die resultierenden Spannungen Lr und Rr in Form von Phasenvektoren dargestellt. Die Spannung Lr besteht aus zwei verhältnismäßig starken und gleichphasigen Signalen 0,924 Lr und 0,924 Lb und aus zwei schwächeren Signalen 0,383 Rb

in und 0.383 Rr, die einander entgegengesetzte Phase haben und außerdem um 90° gegen die Signale L/und Lb verschoben sind. In ähnlicher Weise besteht das Signal Rraus zwei verhältnismäßig starken und gleichphasigen Signalen 0,924 Rr und 0,924 Rb sowie aus zwei

ι ■-, schwächeren Signalen 0383 L/und 0,383 Lb die einander gegenphasig sind und gleichzeitig um 90° gegenüber den stärkeren Signalen Rf und Rb versetzt sind. Dieser Phasenwinkel von 90° zwischen den stärkeren und schwächeren Signalen ist für die im vorliegenden Fall

.'(i verwendete Decodiermatrix von großem Vorteil, denn falls der Matrix ein VORN-Signal aus gleichgroßen Beträgen der Signale Rr und Z^ zugeführt wird, ergeben sich als resultierende Signale die mit den gestrichelten Vektoren A und B in den Fi g. 5A und 5B dargestellten

_·-, Signale, die um 45° zueinander versetzt sind. Dies stimmt zwar nicht völlig mit der bereits erwähnten Forderung überein, daß diese Vektoren möglichst phasengleich sein sollen, es ist jedoch eine wesentliche Verbesserung gegenüber der Scheiber-Codierung, bei

κι welcher die entsprechenden Vektoren um 90° zueinander versetzt waren (Fig.3A und B). Wenn man andererseits ein HINTEN-Signal mit gleichen Signalbeträgen Lb und Rb an die Klemmen 20 und 22 anlegt, dann ergeben sich resultierende Gesamtsignale gemäß den

Γι gestrichelten Vektoren C und D in den F i g. 5A und 5B. Die Vektoren C und D haben denselben Betrag wie die Vektoren A und B, die man erhält, wenn nur ein VORN-MITTE-Signal zugeführt wird. Die in Fig.4 dargestellte Codiermatrix stellt somit eine Symmetrie

•in zwischen vorn und hinten her und ist ein Fortschritt in Richtung einer erstrebten Phasengleichheit des mittleren Signals.

Von Bedeutung ist ferner, daß die Vektoren A und B nicht nur den gleichen Betrag haben, sondern ihre

4-1 gegenseitige Phasenlage umgekehrt ist im Vergleich zur Phasenlage zwischen den Vektoren C und D, die bei Zuführung eines HINTEN-MITTE-Signals entstehen. Hierdurch ergibt sich bei der Decodierung die vorteilhafte Möglichkeit, zwischen einem VORN-MIT-

5M TE- und einem HINTEN-MITTE-Signal zu unterscheiden, was andere Decodierschaltungen nicht vermochten. Es sei noch erwähnt, daß die Vorzeichen an der Summierschaltung 30 umgekehrt werden können, ohne daß die Codiermatrix hierdurch schlechter arbeitet. Eine

Vi soche Umkehrung hat zur Folge, daß die Signale Lyund Rr beim Anlegen eines VORN-MlTTE- oder eines HINTEN-MITTE-Signals jeweils gleiches Phasenverhalten zeigen. Man kann dann allerdings bei der Decodierung nicht zwischen dem VORN-MITTE- und

πι dem HINTEN-MITTE-Signal unterscheiden.

Es sei auch hervorgehoben, daß die Codiermatrix dadurch besonders wirtschaftlich wird, daß die Summicrung der Signale Lr, Lb, Rb und Rf mittels der Summierschaltungen 26, 28,30 und 32 erfolgt, bevor die

i'^ri Phasenverschiebungen mittels der Netzwerke 34,36,38 und 40 durchgeführt werden. Man könnte stattdessen auch beispielsweise acht getrennte Phasenschieber vorsehen und diesen die Summicrschaltungen 42 und 44

nachschalten, in denen dann die jeweils richtigen Vektoren im erforderlichen Verhältnis addiert werden. Durch die vier anfänglichen Summiervorgänge benötigt man für die Codiermatrix statt der acht Phasenschieber nur vier Phasenschieber.

In Fig.6 ist eine Decodiermatrix für die mit der Codiermatrix nach Fig.4 verschlüsselten Signalgemische dargestellt, mit der vier Signale zur Wiedergabe über ein vierkanaliges Lautsprechersystem wiedergewonnen werden können. Jedes dieser vier Wiedergabesignale enthält vorherrschend jeweils eines der vier ursprünglichen Signale sowie schwächere Anteile der Signale aus zwei benachbarten Kanälen. Die beiden Signale Lt und Rt werden vom Aufzeichnungsmedium mittels eines geeigneten Wandlers (beispielsweise mit einem herkömmlichen Stereotonabnehmer im Falle einer Schallplatte) abgenommen und den Klemmen 50 und 52 der Decodiermatrix zugeführt. Um diese Signale zum Zwecke der Decodierung in die richtige Beziehung zu bringen, wird jedes der Signale Lt und Rt einem gesonderten Phasenschieber 54 und 56 zugeführt, die eine gegenseitige Phasenversetzung der Vektoren Lt und /?rum 90° bewirken (dies entspricht der Lehre der DT-PS 21 26 432).

Die relative Phasenlage der beiden Signale nach ihrer Phasenverschiebung ist in den Vektordiagrammen zu erkennen, die in der F i g. 6 neben den Ausgängen der Phasenschieber 54 und 56 eingezeichnet sind. Diese Signale werden in den vier Summierschaltungen 58,60, 62 und 64 gemäß den eingetragenen Faktoren in folgender Weise zusammengefaßt: In der Summierschaltung 58 wird ein Betrag von 0,924 des Signals L_T mit einem Betrag von — 0,383 des Signals Rt addiert, in der Summierschaltung 60 wird ein Betrag von 0,924 des Signals L_T mit einem Betrag von 0,383 des Signals R_T addiert, in der Summierschaltung 62 wird ein Betrag von 0,383 des Signals L_T mit einem Betrag von 0,924 des Signals /?raddiert und in der Summierschaltung 64 wird ein Bettag von — 0,383 des Signals Ltmit einem Betrag von 0,924 des Signals R_T addiert. Dabei entstehen vier neue Signale L/, Lt, R_b' und R/ an den Ausgangsklemmen 66,68,70 und 72 der Summierschaltungen 58,60,62 und 64, deren Vektordiagramme neben den jeweiligen Ausgangsklemmen eingezeichnet sind. In jedem dieser Ausgangssignale herrscht jeweils eines der Signale Lr, Lb, Rb und Rr vor und wird von schwächeren Signalanteilen der benachbarten Klemmen begleitet. Wenn man im Gegensatz hierzu zu dieser bevorzugten Kombinierung die Vorzeichen bei der Addition z. B. in der Summierschaltung 30 in der bereits erwähnten Stelle umgekehrt hätte, wären die kleinen Vektoren in einem der in F i g. 5A oder 5B dargestellten Signale, also beispielsweise 0,383 R_b und 0,383 Rr, in ihrer Position umgekehrt Nach der Decodierung wäre dann jedes vorherrschende Signal von zwei entgegengerichteten Signalen begleitet, was nach Aussage mancher Zuhörer weniger angenehme Ergebnisse liefert.

Während die Vektoren in F i g. 5 einzeln mit Angaben für Vorzeichen und Phasenlage gekennzeichnet sind, sind in Fig.6 entsprechende Angaben der Übersicht halber nicht mehr enthalten. Vielmehr sind in F i g. 6 die Vorzeichen und Phasen durch die relative Lage der Vektoren innerhalb eines Diagramms erkennbar. Es kann zweckmäßig sein, nach der Decodierung die an den Klemmen 66, 68, 70 und 72 erscheinenden Signalvektoren Lu Lb, Rb und Rr zueinander in andere Phasenlage zu bringen, so daß sie beispielsweise alle miteinander in Phase sind. Dies läßt sich durch Zuführung der Signale zu entsprechenden Allpaß-Phasenschieber 82,84,86 und 88 erreichen, wobei die beiden letztgenannten Phasenschieber gegenüber den anderen eine relative Phasenverschiebung von 90° hervorrufen.

Die von diesen Phasenschiebern gelieferten Signale werden dann entsprechenden steuerbaren Verstärkern 90,92,94 und 96 zugeführt, deren Verstärkungsfaktoren einzeln durch entsprechende Steuersignale an ihren Steuerelektroden geregelt werden können. Anschließend gelangen die Signale zu den zugehörigen Lautsprechern 98,100,102 und 104.

Wenn man den quadrophonischen Eindruck der wiedergegebenen Signale verbessern will, dann können die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 90,92,94 und 96 durch eine logische Steuereinrichtung 102 in Abhängigkeit von Signalen beeinflußt werden, die von den Ausgangsklemmen der Phasenschieber 54 und 56 abgeleitet werden, wie es in der DT-PS 21 26 480 beschrieben ist. Die ganze Anordnung ist so ausgelegt, daß die den regelbaren Verstärkern 90, 92, 94 und 96 über die Ausgangsleitungen 104, 106, 108 und 110 der Steuereinrichtung 102 zugeführten Steuersignale den Verstärkungsfaktor desjenigen Kanals erhöhen, dessen Signal im Augenblick dominant ist, während sie den Verstärkungsfaktor der anderen Kanäle vermindern, so daß eine perfekte Illusion von vier getrennten unabhängigen Schallquellen geboten wird. Wenn das Tonsignal in dem erstgenannten Kanal schwächer wird und in einem anderen Kanal ein anderer Ton erscheint, dann dämpft die logische Steuereinrichtung schnell den Verstärkungsfaktor dieses ersten Kanals und vergrößert den Verstärkungsfaktor in dem besagten anderen Kanal. Auf diese Weise ist es möglich, eine hochqualifizierte Simulierung vier getrennter Kanäle zu erreichen.

Es werden jedoch nicht nur diese vier Kanäle sehr wirklichkeitsgetreu vorgespiegelt, sondern wegen der Symmetrie der Vektoren ist es auch möglich, ein Signal zwischen zwei beliebigen benachbarten Eingangsklemmen zu »schwenken« (d. h. einen Signalschwenk Lr- Lb,

Lb-Rb, Rb-Rr und Rr- Lr durchzuführen), ohne daß sich während des »Schwenks« der Pegel merklich verändert. Ferner erscheinen, falls die Aufnahme über eine herkömmliche zweikanalige Stereoanlage wiedergegeben wird, die Signale verhältnismäßig scharf und genau umrissen.

In F i g. 7 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Symmetrie der Signale zwischen vorne und hinten geändert ist, was für manche Anwendungsfälle vorzuziehen ist. Der allgemeine Aufbau der in Fig.7 gezeigten Codiermatrix ist demjenigen gemäß F i g. 4 ähnlich: die einzelnen Signale werden jedoch auf andere Weise miteinander verknüpft. Die vier Originalsignale Lr, Lb, Rr an den Klemmen 18, 20, 22 und 24 werden vier Summierschaltungen 30, 28, 26 und 32 in einer bestimmten Weise und in einem bestimmten gegenseitigen Verhältnis zugeführt, wie es aus den an den Summierschaltungen eingetragenen Dezimalen hervorgeht. In der Summierschaltung 28 werden Beträge von 0,383 der beiden Signale Lr und Lb addiert, und in der Summierschaltung 26 werden Beträge von 0,924 dieser beiden Signale addiert. In ähnlicher Weise werden in der Summierschaltung 30 Beträge von 0,383 der beiden Signale found Rraddiert, während in der Summierschaltung 32 Beträge von 0,924 dieser beiden Signale addiert werden. Die Ausgänge der Summierschaltungen 30, 28, 26 und 32 gelangen zu zugehörigen Allpaß-Phasenschiebern 38,36', 34 und 40', die Phasenverschiebungen von 0°, 45°, 90° und 135"

bewirken. Die Ausgangssignale der Phasenschieber 38 und 34 werden im gleichen Verhältnis in der Summierschaltung 42 addiert, und die Ausgangssignale der Phasenschieber 36' und 40' werden auf ähnliche Weise, ebenfalls im gleichen Verhältnis, in der Summierschaltung 44 addiert. Die an den Ausgangsklemmen 46 und 48 der Summierschaltungen 42 und 44 erscheinenden Signalgemische Lrund /?7-können für die spätere Wiedergabe über eine Stereoanlage in bekannter Weise auf ein Magnetband oder auf eine Stereoschallplatte aufgezeichnet werden, oder sie können wie nachstehend beschrieben, in vier Signale dematriziert werden.

Die Vektordiagramme der Signalgemische Lt und Rt sind in den F i g. 8A und 8B aufgezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diesen Vektordiagrammen ein geometrisches Koordinatensystem zugrundegelegt, deren Achsen mit 0°, 45°, 90° und 180° usw. bezeichnet sind, obwohl der tatsächliche elektrische Phasenwinkel auf eine imaginäre elektrische Achse bezogen ist, die als »O'-Achse« bezeichnet ist. Somit fällt in Fig.8A das Signal 0,383 Rb, welches die Mindestphasenverschiebung ψ erfährt, mit der O'-Achse zusammen, während das Signal 0,924 Lb mit seiner relativen Phasennacheilung von + 90° in der Zeichnung durch einen Vektor dargestellt wird, der dem Vektor 0,383 R_b um 90° nacheilt, wodurch er gegenüber der geometrischen 90°-Achse um 22'/2° versetzt ist. In ähnlicher Weise liegt in Fig.8B der Vektor 0,383 Lf mit seiner Phasenverschiebung von ψ + 45° um 45° versetzt zur O'-Achse, während der Vektor 0,924 Rr mit seiner relativen Phasennacheilung von + 90° den Vektor 0,383 Lf in der Zeichnung um 90° nacheil:, wodurch er um 22 1/2° gegenüber der geometrischen 90°-Achse versetzt ist.

Es wird nun ein wesentlicher Vorteil der in F i g. 7 dargestellten Matriziereinrichtung aufgezeigt. Es sei angenommen, daß der Matrix ein VORN-MITTE-Signal zugeführt wird, indem man gleiche Signalbeträge L/und Rf an die Klemmen 18 und 24 legt. Aus F i g. 8A ist zu erkennen, daß sich in diesem Fall das Signal L_T zusammensetzt aus 0,924 Teilen des Signals L_f und 0,383 Teilen des Signals Rr, woraus sich der gestrichelt gezeichnete resultierende Vektor A ergibt, der genau mit der geometrischen 90°-Achse ergibt (vgl. Fig.5A und 5B). Die setzt sich das in Fig.8B gezeigte Gesamtsignal /?7-zusammen aus 0,924 Teilen des Signals Rr und 0,383 Teilen des Signals Lt, die den gestrichelten Vektor B ergeben, der den Betrag 1 hat und ebenfalls genau mit der geometrischen 90°-Achse zusammenfällt. Die beiden an den Klemmen 46 und 48 erscheinenden Vektoren sind somit in Betrag ur.d Phase gleich und erzeugen daher ein präzises und scharfes »mittleres« Signal.

Die Verhältnisse liegen jedoch anders, wenn der Matrix ein HINTEN-MITTE-Signal zugeführt wird, indem man in Betrag und Phase gleiche Signale L/, und Rb an die Klemmen 20 und 22 legt. In diesem Fall setzt sich das in Fig.8A gezeigte Ausgangssignal Lt zusammen aus einem Vektor 0,924 Lb und einem Vektor 0,383 Rb, was einen resultierenden Vektor in Richtung der geometrischen 45°-Achse ergibt. Andererseits setzt sich das in Fig. 8B gezeigte Signal R₁- zusammen aus 0,924 Teilen des Signals R_h und 0,383 Teilen des Signals Lb, wodurch ein resultierender Vektor D entsteht, der ebenfalls den Betrag 1 hat, jedoch mit der geometrischen 135"-Achsc zusammenfällt. Die Vektoren C und D sind um 90" zueinander versetzt, was bei der Wiedergabe über eine Stereoanlage ein unscharfes Bild ergibt, wie es bereits beschrieben wurde. Die in Fig. 7 gezeigte Codiermatrix erzeugt also bei Zuführung eines VORN-MITTE-Signals ein scharfes Bild und bei Zuführung eines HINTEN-MITTE-Signals ein unscharfes Bild. Dies ist sehr günstig zur Unterscheidung zwischen »vorne« und »hinten«, wenn die Signale über eine Stereoanlage mit zwei Lautsprechern wiedergegeben werden. Da alle Vektoren A, B, C und D denselben Betrag von 1 haben, ist in jedem Fall die Stärke des mittleren vorderen und des mittleren hinteren Signals dieselbe, wie es auch gefordert wird.

In Fig. 9 ist eine Decodiermatrix für mit der Matrix nach F i g. 7 codierte Signale dargestellt. Die Signalgemische Lr und Rr werden an den Klemmen 50' und 52' zugeführt und laufen dann durch die Allpaß-Phasenschieber 54' und 56', mit denen die Signale um 45° zueinander verschoben werden. Durch diese Phasenverschiebung werden die beiden Signalvektoren so zueinander ausgerichtet, daß sie sich decodieren lassen. Die Vektordiagramme der Signale Lt und Rt, die den Diagrammen nach Fig.8A und 8B entsprechen, sind aus Gründen der Übersicht nochmals neben den Klemmen 50' und 52' eingezeichnet, wobei jedoch die Angaben für den jeweiligen Phasenwinkel und das Vorzeichen aus Gründen der Klarheit nicht mehr mit aufgeführt sind. Die Phasendiagramme, wie sie sich für die resultierenden Signale Lr¹ und Rt am Ausgang der Phasenschieber ergeben, sind ebenfalls in der Fig.9 gezeichnet. Diese resultierenden Signale werden zur Decodierung vier Summierschaltungen 58', 60', 62' und 64' zugeführt, und zwar jeweils in Beträgen, wie sie innerhalb der die Summierschaltungen darstellenden Kreise angegeben sind. Die Summierschaltungen, deren Wirkungsweise ähnlich wie diejenige der Summierschaltungen nach F i g. 6 ist, liefern an ihren jeweiligen Ausgangsklemmen 160, 162, 164 und 166 Signale, in denen jeweils eines der Signale Lf, Lb, Rb und Rr vorherrschend ist. Die Vektordiagramme dieser vier Ausgangssignale sind bei den jeweiligen Ausgangsklemmen dargestellt. Der jeweils vorherrschende Vektor in diesen Diagrammen wird von zwei Vektoren aus den benachbarten Kanälen begleitet, wodurch sich das gleiche quadrophonische Vektorbild wie bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ergibt (vgl. F i g. 5A und 5B). Die Ausgangsklemmen der in F i g. 9 gezeigten Decodierschaltung können mit weiteren Allpaß-Phasenschiebern verbunden werden, um die jeweils dominanten Vektoren in eine beliebige gewünschte gegenseitige Phasenbeziehung zu bringen, wie es im Zusammenhang mit Fig.6 beschrieben worden ist. Auch können wiederum regelbare Verstärker vorgesehen werden.
Die hier beschriebene Codiermatrix bringt außer einer besseren Zweikanal-Wiedergabe auch eine bessere Qualität bei Wiedergabe über eine Vierkanalanlage, weil die Richtungs-Mehrdeutigkeit der in Fig. 1 gezeigten bekannten Codiermatrix nicht auftritt, die es unmöglich macht, mit Sicherheit zu erkennen, ob die codierten Signale zwischen dem vorderen oder dem hinteren Lautsprecherpaar entstanden sind. Eine Prüfung der Netzstruktur der in Fig. 1 gezeigten Matrix laßt darauf schließen, daß mindestens zwei Punkte einer Richtungs-Mehrdeutigkeit existieren müssen, und in Wirklichkeit entsteht ein kontinuierlicher breiter Bereich einer Mehrdeutigkeit, der sich entlang den beiden Wegen vom linken hinteren zum rechten hinleren Lautsprecher erstreckt. Anders ausecdrückt

bedeutet dies, daß ein Tonsignal, welches zwischen den beiden zu diesen Lautsprechern gehörenden Eingangsklemmen «geschwenkt« wird, vom linken hinteren zum linken vorderen und von dort zum rechten vorderen und dann zum rechten hinteren Lautsprecher zu wandern scheint. Die vorliegenden Matrixschaltungen bringen diese Mehrdeutigkeiten nicht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Übermittlung von vier Signalen über zwei Kanäle eines Übertragungsmediums, bei welcher mit Hilfe einer Summierschaltungen und Phasenschieber enthaltenden Codiermatrix zwei Signalgemische abgeleitet werden, deren erstes (L_T) vorherrschende Anteile des ersten und dritten Signals (Lf, Lb) und schwächere Anteile des zweiten und vierten Signals (Rr, /^enthält und deren zweites (Rτ) vorherrschende Anteile des zweiten und vierten Signals (Rr, Rb) und schwächere Anteile des ersten und dritten Signals (Lr, Lb) enthält und die in die beiden Kanäle eines Übertragungsmediums eingegeben werden, und bei welcher aus den beiden dem Übertragungsmedium wieder entnommenen Signalgemischen mit Hilfe einer Decodiermatrix vier Wiedergabesignale abgeleitet werden, in denen jeweils das entsprechende ursprüngliche Signal vorherrscht, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Signalgemisch (L;) der vorherrschende Anteil des ersten Signals (Lr) mit dem schwächeren Anteil des zweiten Signals (Rr) und ebenso der vorherrschende Anteil des dritten Signals (Lb) mit dem schwächeren Anteil des vierten Signals (Rb) jeweils einen Phasenwinkel von 90° einschließt, und daß im zweiten Signalgemisch (Rt) der vorherrschende Anteil des zweiten Signals (Rr) mit dem schwächeren Anteil des dritten Signals (Lb) und ebenso der vorherrschende Anteil des vierten Signals (Rb) mit dem schwächeren Anteil des ersten Signals (Lr) einen Phasenwinkel von 90° einschließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit vier Eingängen (18, 24, 20, 22) der Codiermatrix (18—48), denen die entsprechenden vier Signale (Lr, Rr, Lb, Rb) zugeführt werden, Signalverarbeitungsschaltungen (26—44) verbunden sind, welche das erste Signal (Lr) mix einem um einen Bezugs-Phasenwinkel (ψ) plus 90° verschobenen, dem gewünschten Vorherrschen entsprechenden stärkeren Anteil, sowie das zweite Signa! (Rr) mit einem um den Bezugsphasenwinkel (ψ) verschobenen, schwächeren Anteil, ferner das dritte Signal (Lb) mit dem um den Bezugsphasenwinkel (ψ) plus 90° verschobenen stärkeren Anteil und schließlich das vierte Signal (Rb) mit dem um den Bezugsphasenwinkel (ψ) verschobenen schwächeren Anteil an einen ersten Ausgang (46) der Codiermatrix übertragen, an dem das erste Signalgemisch (Lt) abnehmbar ist, und welche das erste Signal (Lr) mit dem ebenfalls um einen Bezugsphasenwinkel (ψ in Fig.4, ψ + 45° in Fig. 7) verschobenen schwächeren Anteil, sowie das zweite Signal (Rr) mit dem um den Bezugsphasenwinkel (ψ, φ + 45°) plus 90° verschobenen stärkeren Anteil, ferner das dritte Signal (Lb) mit dem um den Bezugsphasenwinkel (ψ, ψ -I- 45 ) verschobenen schwächeren Anteil und schließlich das vierte Signal (Rb) mit dem um den Bezugsphasenwinkel (ψ, φ + 45°) plus 90° verschobenen stärkeren Anteil an einen zweiten Ausgang (48) der Codiermatrix übertragen, an dem das zweite Signalgemisch (Rt)abnehmbar ist (F i g. 4, F i g. 7).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, zweite, dritte und vierte Signal (Lr, Rr, Lb, Rb) vom ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Eingang (18, 24, 20 bzw. 22) der Codiermatrix (18—48) jeweils einem Eingang einer ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Summierschal-

tung (26, 32, 28 bzw. 30) zugeführt werden, deren anderen Eingängen jeweils das dritte, vierte, erste bzw. zweite Signal (Lb, Rb, U bzw. Ri) zugeführt werden und die an ihren Ausgängen jeweils den stärkeren Anteil des ersten und dritten Signals (L;. Lb) bzw. den schwächeren Anteil des zweiten und vierten Signals (Rr, Rb) bzw. den schwächeren Anteil des ersten Signals (Lr) und den schwächeren, aber gegenphasigen Anteil des dritten Signals (Lb) bzw. den schwächeren Anteil des vierten Signals (Rb) und den schwächeren, aber gegenphasigen Anteil des zweiten Signals (Rr)^n einen ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Phasenschieber (34, 40, 36 bzw. 38) liefern, daß die Ausgangssignale des ersten und vierten Phasenschiebers (34, 38) den Eingängen einer fünften Summierschaltung (42) mit gegenseitiger Phasenverschiebung von 90° zugeführt werden und die Ausgänge des zweiten und dritten Phasenschiebers (40, 36) den Eingängen einer sechsten Summierschaltung (44) mit derselben gegenseitigen Phasenverschiebung von 90° zugeführt werden, und daß die das erste bzw. zweite Signalgemisch (Lt bzw. Rt) als Summen ihrer jeweiligen Eingangssignale führenden Ausgänge der fünften bzw. sechsten Summierschaltung (42 bzw. 44) mit dem ersten bzw. zweiten Ausgang (48 bzw. 48) der Codiermatrix verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherrschenden stärkeren Anteile jeweils das 0,924-fache und die schwächeren Anteile jeweils das 0,383-fache der entsprechenden, den Eingängen (18, 24, 20, 22) der Codiermatrix zugeführten Signale (Lr, Rr, Lb, /fy betragen.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Phasenschieber (34,40) die Phase der ihnen zugeführten Signale um einen Bezugsphasenwinkel (φ) plus 90° verschieben und daß der zweite und vierte Phasenschieber (36, 38) die Phase der ihnen zugeführten Signale um den Bezugsphasenwinkel ^verschieben (F i g. 4).

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, dritte bzw. vierte Phasenschieber (34,40', 36', 38) die Phase der ihnen zugeführten Signale um einen Bezugsphasenwinkel (φ) plus 90°, 135°, 45° bzw. 0° verschieben (Fig. 7).

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieber (34—40) Allpässe sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Eingängen (50,52,50', 52') der Üecodiermatrix (50—64; 50'—64'), denen die beiden dem Übertragungsmedium entnommenen Signalgemische (Lt, Rt) zugeführt werden, Phasenschieber (54, 56; 54', 56') verbunden sind, welche die Phase der Signalgemische so verschieben, daß die vorherrschenden Signalanteile (z. B. L_f, Lb) in einem Signalgemisch (z. B. Lt) in Phase oder Gegenphase mit den schwächeren Signalanteilen (z. B. Lr, Lb) im anderen Signalgemisch (z. B. Rt) liegen und umgekehrt, und daß die Ausgänge der Phasenschieber jeweils mit den Eingängen von vier Summierschaitungen (58, 64, 60, 62; 58', 64', 60', 62') verbunden sind, deren erste (58; 58') bzw. dritte (60; 60') jeweils einen (durch das Verhältnis des im Signalgemisch (Lt bzw. Rt) vorherrschenden Anteils zum ursprünglichen Signal definierten) stärkeren Anteil des phasen verschobenen ersten Signalgemisches Lt) mit einem (entsprechend definierten) schwächeren,

negativen bzw. positiven Anteil des zweiten Signalgemisches (Rr) zu einem ersten bzw. dritten Wiedergabesignal (Lf, L /bzw. Lb, L'b)zusammenfassen, in denen das erste Signal (Lf) bzw. dritte Signal (Lb) vorherrscht, und deren zweite (64; 64') bzw. > vierte (62; 62') einen ebensolchen stärkeren Anteil des phasenverschobenen zweiten Signalgemisches (Rt) mit einem ebensolchen schwächeren positiven bzw. negativen Anteil des ersten Signalgemisches (Lt) zu einem zweiten bzw. vierten Wiedergabesi- '" gnal (Rf, R'f bzw. Rb, R'b) zusammenfassen, in denen das zweite Signal (Rf) bzw. das vierte Signal (Rt,) vorherrscht.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stärkeren Anteile jeweils das '"' 0,924-fache und die schwächeren Anteile das 0,383-fache der Signalgemische (L_T, ^betragen.

10. Anordnung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieber (54,56) die Phasenlage des einen der gemäß Anspruch 5 -'" codierten Signalgemische (Lt) gegenüber dem anderen (Rr)um 90° verdrehen (F i g. 6).

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieber (54', 56') die Phasenlage des einen der gemäß Anspruch 6 -> codierten Signalgemische (Lt) gegenüber dem anderen (Rrjum 45° verdrehen (Fig. 9).