DE2204668A1

DE2204668A1 - Mehrkanaliges Tonwiedergabesystem

Info

Publication number: DE2204668A1
Application number: DE19722204668
Authority: DE
Inventors: PeterBerners Reading Berkshire Fellgett (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1972-08-10
Also published as: US4251685A; NL174317C; FR2125002A5; NL7201072A; DE2204668C2; NL174317B; CA977687A; IT948919B; CH580376A5; JPS558880B1; GB1369813A

Description

dr. MOLLER-BORE dipl-phys. dr. MANITZ dipl-chem. dr. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

München, den "Ί. FEB. 1J72

Mak/Sv - N 1054-

NATIONAL EESEAEGH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74- Victoria Street, London S.W.1

H ehrkan ali ge s To nwi e der gab e syst em

Die Erfindung bezieht sich, auf ein mehrkanaliges Tonwieder-Cf'be syst em.

^ε sind Systeme bekannt, bei denen die Natürlichkeit und die l.'sthetischG Qualität des wiedergegebenen Schalls verbessert werden können, indem eine Anzahl von Wandlern verwendet wird, von denen jeder ein Mikrophon oder ein System vor? hikrophonen umfaßt und durch einen unabhängigen Kanal einen entsprechenden Lautsprecher versorgt. Die verschiedenen Lautsprecher sind relativ zu dem Hörer in einer Weise f.n_t;eordnet, die in geeigneter Weise· zu der Verteilung der Mikrophone relativ zu der ursprünglichen Schallquelle in

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Dr. Miillar-Bora Dr. ManiU ■ Dr. Daufal · Dlpl.-Ιΐις. Finetanvald Dlpl.-Ing. Gremkow Braun«chw«lg, Am BOrgarpark · β Münchan 22, Hobart-Koch-SiraB· 1 7 Stuttgart-Bad Cannttatt, MarktstraS· T.Won (0631) 73β·7 _T„_i(on _{mu) J_{93645 Τβ|βχ} ^₃₂₀₅₀ _nbp„ Telefon (0711) 587291 Bank: Zcntralkau« Bay*r. Volktbankan, München, Kto.-Nr.8622 Poitichack: Münchan 95495

Beziehung gesetzt ist. Das sogenannte "Stereo"-Wieder gab es7/-st em, das zwei -unabhängige Kanäle benutzt, ist bekannt. Die Lautsprecher sind üblicherweise einer vorne links und der andere vorne rechts von dem Hörer angeordnet. Diese werden mit Signalen versorgt, die als Signal des linken Kanals bzw. Signal des rechten Kanals bezeichnet werden. Wenn bei diesem System sich die Schallquelle einmal um 360° im Azimuth um die Mikrophone bewegt, scheint der Schall für den Hörer aus den folgenden Eichtungen zu kommen:

Tatsächliche Schallrichtung 0° (von vorne)

90° (von rechts) 180° (von hinten) 270° (von links) 315'

Scheinbare Schallrichtung

0°

45° unbestimmt

0° unbestimmt

315

Eine folgerichtige Beschreibung dieses Verhaltens ist, daß es dem Hörer, wenn die Quelle einmal im Azimuth rotiert, so scheint, als ob sie sich zweimal um einen Kreis bewegt, der einen sich vor dem Hörer erstreckenden Durchmesser aufweist.

Der Grund für dieses Verhalten wird klar in der Betrachtung der Information, die durch einen Typ eines Stereo-Hikrophonsr/stems erzeugt wird. Dieses System benutzt zwei Mikrophone, von denen jedes eine Variation gemäß der "Ziffer Acht" der Lupfindlichkeit mit der Richtung des einfallenden Schalls aufweist, v/o bei die zwei Achter-Diagramme rechtwinklig zueinander in der horizontalen Ebene angeordnet sind. Wenn der gleiche Bezugsrahmenwie oben benutzt wird, v/eist das eine Mikrophon eii-a positive Keule bei 4-5° und eine negative Keule bei 225° aul\ während das andere seine positive Keule bei 315° und seine negative

-o

Keule bei 135 aufweist. Der einzige Unterschied ζ v/i sehen

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Signal, das von der Vorderseite der Iiikroplione kommt, und einem Signal, was von hinter diesen kommt, ist ein Phasenunterschied. Ohne ein Bezugssignal kann dieser Unterschied an den Lautsprechern nicht festgestellt werden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Tonvriedergabe systems, das es dem Hörer ermöglicht, zwischen Signalen von vorne und von hinten ebenso zwischen Signalen von links und von rechts zu unterscheiden, wobei es nur zwei unabhängige Übertragungskanäle verwendet, so daß es bei vorhandenen Systemen für eine Stereoübertragung benutzt werden kann.

jirfiiidungsgeiiflß ist hierzu vorgesehen, daß die zu irgendeinem xiZimutli in Beziehung stehenden Beiträge zu den Signalen in den zwei Kanälen sich in der Phase um einen Betrag unterscheiden, der den azimuth des entsprechenden Schalls anzeigt. Im Prinzip genügen zwei Kanäle mit Tonfrequenzbandbreite, um sowohl die Wellenform einer einfallenden Welle als auch deren Ankunftsrichtung zu definieren.

Der in der Beschreibung benutzte Begriff "Übertragungskanal" umfaßt sowohl einen Kanal, der nur zur 'übertragung in der Lage ist, wie ein Radio-Sendekanal, als auch einen Kanal, der speichern kann, wie er durch ein Aufzeichnungssystem, ein Registriermedium und ein Wiedergabesystem, wenn diese in Verbindung miteinander benutzt werden, vorgesehen ist. In dem letzteren Fall gibt es keinen Grund dafür, daß das Aufzeichnungssystem und das Wiedergabesystem notwendigerweise Teile der gleichen Apparatur sind. In dem Fall, wenn das Re^istriermedium eine Schallplatte ist, ist es sehr wahrscheinlich nicht so.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Übertrager für ein mehrkanaliges Tonwiedergabesystem mit zwei Übertragungskanälen Einrichtungen, die ein entsprechendes Tonsignal an jeden Übertragungskanal anlegen; die Tonsignale sind dabei so in Beziehung gesetzt, daß eine Linearkombination von ihnen vorhanden ist, die in zwei Komponenten gleicher Amplitude und Frequenz auflösbar ist, wobei die Phasendifferenz zwischen den Komponenten auf den Winkel zwischen der Richtung, aus der der von den Tonsignalen repräsentierte Schall gehört werden soll, und einer vorbestimmten Bezugsrichtung rückbezogen sind.

Bevorzugt sind die Tonsignale selbst von gleicher Amplitude und Frequenz und ist die Phasendifferenz zwischen den Tonsignalen gleich dem Winkel zwischen der Richtung, aus der der durch die Tonsignale repräsentierte Schall gehört werden soll, und einer vorbestimmten Bezugsrichtung. In der Praxis überträgt das System mehr als ein Paar von Tonfrequenzkomponenten zu irgendeiner Zeit und jedes solches Paar kann aus einer verschiedenen Richtung kommenden Schall repräsentieren.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt eine Wandlereinheit zur Anwendung an den übertragerende einen ersten Wandler wie ein Mikrophon, das auf einfallende Schallwellen zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals anspricht, und einen zweiten ähnlichen Wandler, der ein zweites elektrisches Signal erzeugt, das in der Amplitude und der Frequenz gleich dem ersten ist, sich jedoch in der Phase von der Phase des elektrischen Signals um einen Betrag unterscheidet, der von der Einfallsrichtung der Schallwellen abhängt.

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Der zweite Wandler kann aus zwei Mikrophonen bestehen, von
denen jedes eine Achtervariation der Empfindlichkeit mit der Richtung des einfallenden Schalls aufweist, wobei die zwei
Achter-Diagramme rechtwinklig zueinander in der horizontalen Ebene angeordnet sind. Vorteilhafterxireise folgt die Empfindlichkeit svari ation einem Cosinusgesetz. Das Signal von einem der Achter-Mikrophone wird in der Phase um 90° relativ zu dem Signal von dem anderen verschoben und diese zwei Signale werden dann addiert, um den Ausgang des zusammengesetzten Azimuthwandlers zu bilden. Die erforderliche Breitband-Phasenverschiebung kann durch Filter ausgeführt werden, die als Allpassfilter bekannt sind.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zum Erzeugen der zusammengesetzten Signale umfaßt zumindest einen
Wandler, wie ein Mikrophon, der mit Einrichtungen zur Erzeugung von zwei elektrischen Signalen verbunden ist, von jedem von denen die Amplitude und die !Frequenz des durch den Wandler festgestellten Schalls abgeleitet werden kann, wobei die Phase zwischen den zwei Signalen um einen vorbestimmten Betrag in Abhängigkeit von der Richtung, aus der der durch das Mikrophon festgestellte Schall von dem Hörer gehört werden
soll, differiert.

Alternative Anordnungen zum Hervorbringen der zusammengesetzten Signale können zusammen benutzt werden. Beispielsweise kann eine zwei Mikrophone umfassende Wandlereinheit benutzt werden, die Hauptsignale zu erzeugen, während zusätzliche Einzelmikrophone, die mit Einrichtungen zur Erzeugung zweier elektrischer Signale verbunden sind, benutzt werden können, das von dem Hörer aus einer bestimmten Richtung gehörte Signal zu verstärken, um
verbesserte oder spezielle Effekte zu erhalten.

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-Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Dekoder für ein mehrkanaliges Tonwiedergabesystem mit zwei Eingängen und zumindest drei Ausgängen, das an jedem Ausgang ein Signal erzeugt, das von zumindest einem der Eingänge abhängig ist, vorgesehen, bei dem das Signal an zumindest einem der Ausgänge ein kombiniertes Signal aufweist, das die Summe von zwei Komponenten umfaßt, die Amplituden im gleichen Verhältnis zu einem entsprechenden Signal der zwei Eingangssignale haben und von denen jede identisch in der Frequenz mit dem entsprechenden Eingangssignal ist; die Phasendifferenz zwischen jeder der zwei Komponenten ist dabei relativ zu der Phasendifferenz zwischen den Signalen an den zwei Eingängen mit einem Betrag eingestellt, der eindeutig charakteristisch für eine Winkelposition ist, der dieser Ausgang zuzuordnen ist.

Bevorzugt sind die Signale an allen Ausgängen kombinierte Signale der oben spezifizierten Art. Es ist jedoch möglich, jedes von zweien der Ausgangssignale nur von einem entsprechenden Eingangssignal der zwei Eingangssignale abhängig zu machen. Wenn alle Ausgänge kombinierte Signale liefern, wird die wirtschaftlichste Ausnutzung der Ausrüstung erreicht, wenn an einem der Ausgänge eine Phasendifferenz von Null vorgesehen wird.

Da die Vielzahl von Komponentensignalen in jedem Kanal aus einem Kontinuum von Signalen anstatt aus einer Gruppe von diskreten Signalen besteht, kann ein Lautsprecher bei irgendeiner Azimuthorientierung um die durch den Hörer einzunehmende Position mit einem geeigneten Signal von der erfindungsgemäßen Einrichtung versorgt werden, indem der Dekoder so vorgesehen wird, daß er eine dieser Orientierung entsprechende Einstellung in der Phasendifferenz zwischen den zwei zu dem Lautsprecher gelieferten Signalen bewirkt.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, in welchem eine grundlegende Einrichtungskomponente am Übertragungsende gemäß der Erfindung veranschaulicht ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 1, in dem eine entsprechende Einrichtung am Empfangsende dargestellt ist,

Fig. J ein Blockscheltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 'I- ein Phasendiagramm (phasor diagram), in dem die Betriebsweise der in Fig. 5 dargestellten Ausfuhrungsform veranschaulicht ist,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, in dem die Einrichtung am Empfangsende der Ausführungsform nach Fig. 3 mehr im einzelnen gezeigt ist,

Fig. 6 ein Phasendiagramm, in dem die Betriebsweise der in Fig.5 gezeigten Einrichtung veranschaulicht ist,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher ebenfalls die Einrichtung nach Fig. 5 am Empfangsende dargestellt ist,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines der Wandler am Übertragungsende der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 9 ein Polardiagramm, in welchem die Empfindlichkeit der V/andler am übertragungsende des in Fig.7 gezeigten Systems veranschaulicht ist,

Fig.10 ein Blockschaltbild eines Teils der Einrichtung am Empfangsende, in welchem veranschaulicht ist,wie einzusätzlicher Lautsprecher bei einer Ausrichtung zwischen zwei der Lautsprecher der in Fig.5 gezeigten Einrichtung eingesetzt werden kann,

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Fig.11 ein Blockschaltbild der Einrichtung am Empfangsende, in welcher eine alternative Methode zum Einsetzen eines zusätzlichen Lautsprechers bei einer Ausrichtung zwischen zwei Lautsprechern der in Fig.5 gezeigten Einrichtung veranschaulicht ist, und

Fig.12 ein Blockschaltbild einer Einrichtung ähnlich der in Fig. 5 gezeigten, in welcher veranschaulicht ist, wie das System kompatibel mit vorhandenen Stereosystemen gemacht werden kann.

Wenn im folgenden irgendwann eine Phasenverschiebung zwischen irgendwelchen zwei Signalkanälen spezifiziert ist, wird diese Phasenverschiebung bevorzugt unter Benutzung von Allpassfiltern ausgeführt. Solche Allpassfilter können in bekannter V/eise Elemente in beiden Signalwegen, zwischen denen die Phasenverschiebung erforderlich ist, umfassen, wobei solche Elemente so angeordnet sind, daß sie die Phase beider Kanäle absolut verschieben, während sie die relative Phasenverschiebung, die gleich der Differenz zwischen den beiden absoluten Phasenverschiebungen ist, auf oder nahe dem vorgeschriebenen Wert halten. Aus Gründen der Kürze und Klarheit der Beschreibung der Zeichnung wird nur Bezug auf die relative Phasenverschiebung genommen und diese wird in nur einem der zwei Wege veranschaulicht. Der Weg, bei dem die Phasenverschiebung angewendet wird, wird als Azimuthkanal A und der andere Weg als der Allrichtungs-Kanal 0 bezeichnet. In der Praxis kann ein Phasenverschieben in dem einen oder dem anderen oder beiden Kanälen erfolgen. Weiterhin sind bevorzugt zusätzliche Allpassfilter, beispielsweise beim Transmitter bzw. übertrager vorgesehen, so daß Phasenverschiebungen geliefert werden, die bewirken, daß die Gesamtphasenverschiebung, die irgendeine Signalkomponente bei ihrem gesamten Durchgang durch das System erfährt, eine reine Zeitverzögerung annähert, die gleich für Jede Quelle ist. .

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Nach ^ig. 1 ist ein Mikrophon 10 so angeordnet, daß es Schall von einem Bereich 12 empfängt, der eine Schallquelle enthält, die nachfolgend die "die Schallstufe" genannt wird. Das Mikrophon 10 ist mit einer Ausrichtung relativ zu einem Zentrum des Bereiches 12 angeordnet, die einen Winkel 0 relativ zu einer mit dem Pfeil K angegebenen Bezugsrichtung aufweist. Der Ausgang von dem Mikrophon 10 ist direkt an einen Allrichtungsübertragungskanal 0 und über eine eine Phasenverschiebung von 0° erzeugende Schaltung 14 an einen Azimuth-Übertragungskanal A angelegt.

Erfindungsgemäß kann jegliches Mikrophon 10 mit irgendeinem Aamuth zu den zwei zusammengesetzten Signalen in den Übertra-· gungskanälen 0 und A beitragen, wobei das Signal zu einem Lautsprecher geliefert wird, der in irgendeiner Ausrichtung relativ zu einem Hörer angeordnet ist. Um eine Diskriminierung bzw. Auflösung in zwei orthogonalen Eichtungen zu erhalten, sind zumindest drei Mikrophone 10 erforderlich. Es ist bevorzugt, jedoch nicht wesentlich, daß solche Mikrophone um die Schallstufe 12 in einer solchen Weise angeordnet sind, daß der maximale Winkel zwischen benachbarten Mikrophonen kleiner als 180° ist.

In Fig. 2 ist die Einrichtung am Receiver bzw. Empfänger dargestellt, die erforderlich ist, um einen einzelnen Lautsprecher 16 zu versorgen, der zu einer Hörposition 18 gerichtet und mit einem Winkel 0 relativ zu der Bezugsrichtung R angeordnet ist. Das in dem Allrichtungskanal 0 empfangene zusammengesetzte Signal wird direkt und das zusammengesetzte Signal in dem üzimuthkanal A über eine Schaltung 22, die eine Phasenverschiebung von -0° liefert, an einen Addierer 20 angelegt. Eine

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ähnliche Einrichtung ist vorgesehen, um andere nicht gezeigte Lautsprecher zu versorgen, die in anderen Ausrichtungen um die Hörposition 18 angeordnet sind.

Wie bereits erwähnt worden ist, ist kein Grund dafür vorhanden, warum alle diese Schiebeschaltungen notwendigerweise in dem azxmuthkanal A vorgesehen sein sollten. Beispielsweise könnte die Phasenverschiebungsschaltung 22 in dem Allrichtungskanal O angeordnet sein, in welchem Falle die angelegte Phasenverschiebung notwendigerweise +0° betragen muß.

In JFig. 3 ist ein System eingestellt, das vier Mikrophone 30, JI, 32 und 33 benutzt, die symmetrisch um eine Schallquellen enthaltende Schallstufe 3^ angeordnet sind. Die vier Mikrophone 30, 31, 32 und 33 sind bevorzugt so konstruiert, daß unter der Voraussetzung, daß Schallereignisse von innerhalb der Schallstufe 3^ ausgehen, der Ausgang von den einzelnen Mikrophonen nicht streng abhängig ist von dem genauen Einfallswinkel der Schallwellen darauf.

Die Ausgänge von allen vier Mikrophonen 30, 31» 32 und 33 sind alle direkt mit einem Allrichtungs-"bertragungskanal 0 verbunden. Das Mikrophon 30 ist ebenfalls direkt mit einem Azimuthüb ertragungskanal A verbunden, während die anderen drei Mikrophone 31» 32 und 33 mit dem Azimuthkanal A über entsprechende Schaltungen 35» 36 und 37 verbunden sind, die Phasenverschiebungen von 270°, 1C0° bzw. 90° erzeugen. Die angelegte Phasenverschiebung ist gleich dem Winkel zwischen einer Linie, die das entsprechende Mikrophon und das Zentrum der Schallstufe 3^ verbindet, und einer Linie, die eine Bezugsposition, in diesem i'all das Mikrophon 30 und das Zentrum des Bereiches 34 verbindet.

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Am Empfangsende werden die Allrichtungs- und Azimuth-Signale an den Empfänger 38 angelegt, der nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben wird.

In Fig. 4 ist eine Gruppe von Phasendiagrammen (phasor diagrams) dargestellt, in denen die Signale in dem Allrichtungs- und dem Azimuth-Kanal veranschaulicht sind, wobei das Signal LF von dem Mikrophon 30, das Signal LB von dem Mikrophon 31» cLas Signal EB von dem Mikrophon 32 und das Signal KF von dem Mikrophon 33 stammt.

In Fig. 5 ist der Empfänger 38 aus Fig. 3 mehr im einzelnen dargestellt. Das empfangene Azimuthsignal A wird sowohl an eine 90°-Phasenverschiebungsschaltung 40 als auch einen Phaseninverter bzw. eine Phasenumkehrstufe 42 angelegt. Der Ausgang von der Phasenverschiebungsschaltung 40 wird an eine weitere Phasenumkehrstufe 44 angelegt. So werden vier Signale, die die gleiche Amplitude und Frequenz haben, sich jedoch in der Phase durch aufeinanderfolgende Stufen von 90° unterscheiden, erzeugt und in entsprechenden Addierern 45 bis 48 mit dem empfangenen Allrichtungssignal 0 kombiniert. Die Ausgänge von den Addierern 45 bis ^8 sind an vier Lautsprecher 49 bis 52 in Übereinstimmung mit der Tabelle I angelegt.

	Signal	Tabelle I	Lautsprecher	Lautsprecher position
Addierer	O + A		49	links vorne
45	0 + A		50	links hinten
46	O - A	(Phasenwinkel + 90°)	51	rechts hinten
47	0 - A		52	rechts vorne
48	(Phasenwinkel + 90°)

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In Fig. 6 sind die Phasendiagramme für das Signal LF an dem Lautsprecher 49, LB von dem Lautsprecher 50, EB von dem. Lautsprecher 51 und EF von dem Lautsprecher 52 dargestellt. Demgemäß empfängt jeder Lautsprecher ein dominierendes In-Phase-Signal bzw. ein gleichphasiges Hauptsignal von dem entsprechenden Mikrophon und kleinere Signale, die um 45 phasenverschoben in entgegengesetzten Eichtungen sind, von den zwei benachbarten Mikrophonen.

In Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine integrale Wandlereinheit, die beispielsweise am Zentrum der Schallstufe angeordnet sein kann, am übertragerende benutzt wird. Dieser umfaßt einen Allrichtungswandler 60, dessen Ausgangssignal im wesentlichen unabhängig von der Einfallsrichtung des Schalls darauf ist, und einen Aziiauthwandler 62. Der Ausgang des Allrichtungswandlers 60 ist mit dem Allrichtungskanal U und der des Azimuthwandlers 62 mit dem Azimuthkanal A verbunden.

Nach Fig. 8 umfaßt der Azimuthwandler 62 ein Paar von Kikrophonen 66 und 68, von denen jedes eine Lmpfindlichkeitsvariation gemäß der Ziffer Acht bzw. eine Empfindlichkeit gemäß einem Doppelkreis- bzw. Achter-Diagramm in Abhängigkeit von einem Gosinusgesetz aufweist, wobei die zwei Achter-Diagramme rechtwinklig in der horizontalen Ebene oder Azimuthebene ausgerichtet sind. Der Ausgang des ersten Azimuthmikrophons 66 wird über eine Schaltung 70, die eine 30°-Phasenverschiebung erzeugt, an einen Eingang eines Addierers 72 angelegt. Der Ausgang des zweiten Azimuthmikrophons 68 wird an den anderen Eingang des Addierers 72 über eine Verzögerungsschaltung 74 angelegt, die eine Zeitverzögerung aufprägt, die gleich der von der 90^o-Phasenverschiebungsscheltung 70 aufgeprägten ist,

— 1 ""' —

1 £_

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gedoch keinerlei Phasenänderung bewirkt. Wenn die durch die 90°-Phasenverschiebungsschaltung 30 aufgeprägte Zeitverzögerung vernachlässigbar ist, kann die Verzögerungsschaltung 34-fortgelassen werden. Alternativ können beide Schaltungen 70 und 74- so angeordnet sein, daß sie eine Phasenverschiebung in einer solchen Weise bewirken, daß die Phasendifferenz zwischen deren Ausgängen 90 beträgt. Beispielsweise kann die Schaltung 70 eine Phasenverschiebung von +45° und die Schaltung 74- eine Phasenverschiebung von -4-5° relativ zu dem Allrichtungskanal 0 hervorrufen.

Nach Pig. 9 ist die positive Keule des Achter-Diagramms des zweiten Mikrophons 68 (in strichpunktierten Linien·dargestellt) geeigneterweise im Azimuth-90°-Winkel ausgerichtet und die des ersten Azimuthmikrophons 66 (in gestrichelten Linien dargestellt) im Azimuth-180°-Winkel ausgerichtet. Das Allrichtungsmikrophon besteht aus einem Mikrophon, das eine gleichförmige Empfindlichkeit über 360° des Azimuth aufweist, wie es durch eine durchgezogene Linie in Pig,9 dargestellt ist.

Der Empfänger 38 kann die in Fig.5 dargestellte Form aufweisen. Jedoch wird das Signal, das von der rechten Seite gehört werden soll, von dem Lautsprecher 49, das welches von vorne gehört werden soll, durch den Lautsprecher 50, das welches von links gehört werden soll, von dem Lautsprecher 51 und das was von hinten gehört werden soll, durch den Lautsprecher 52 erzeugt. Folglich müssen die Lautsprecher in der angegebenen Weise repositioniert werden. Die Anordnung hierzu ist in Tabelle II wiedergegeben.

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	O	Tabelle	Signal	II	Lautsprecher	Lautsprecher- •position
Addierer	O	+ A	49	rechts
45	O	+ A (Phasenwinkel + 90°)	50	vorne
46	O	- A	51	links
47	- A (Phasenwinkel + 90°)	52	hinten
48

Bei dieser Anordnung erfordern die Signale zu dem rechten und linken Lautsprecher 49 und 51 keinerlei Phasenverschiebung. Die Blindkomponente (quadrature component) des Azimuthsignals liefert die Differenz zwischen dem von vorne und dem von hinten empfangenen Schall der Wandler (nachfolgend das TJmgebungs-Differenz-Signal bzw. Raum-Differenz-Signal genannt).In der Praxis ist es gewöhnlich nicht erforderlich, daß das Raum-Differenz-Signal die vollständige Tonfrequenzbandbreite besitzt und insbesondere die Phasenverschiebung kann eine weite Toleranz bei niedrigen Frequenzen aufweisen, ohne daß die subjektiven Richtungseindrücke verringert werden. Die präzisen Positimen der Lautsprecher und die Phasenwinkel können variiert werden, um die erfahrenen subjektiven Effekte zu variieren.

Als eine Alternative zu der Veränderung der Positionen der Lautsprecher kann, um den in Pig. 5 gezeigten Empfänger mit der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Übertragungseinrichtung benutzen zu können, eine Phasenverschiebungsschaltung, die eine Phasenverschiebung von 135° einführt, zwischen den Eingang von dem Azimubhkanal A und die Phasenumkehrstufe 42 und die 90°-Phasenverschiebungsschaltung 40 geschaltet werden.

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In Fig. 10 ist dargestellt, vxie ein zusätzlicher Lautsprecher zwischen zwei der Lautsprecher des in Fig. 5 gezeigten Empfängers ohne Benutzung zusätzlicher Phasenverschiebungsschaltungen eingesetzt werden kann. Der Lautsprecher 50 ist in dem Quadranten zwischen den Lautsprechern 4-9 und 50 angeordnet und liegt mit einem Winkel von \f der Hörposition 54 gegenüber. Der Lautsprecher 80 wird von den Eingängen zu den zwei benachbarten Lautsprechern 49 und 50 versorgt. Der Eingang zu dem Lautsprecher 49 ist über eine Schaltung 82, die die Amplitude eines solchen Einganges mit Cosinus Vj/ multipliziert, mit einem Addierer 84 verbunden, während der Eingang zu dem Lautsprecher 50 an den Eingang 84 über eine Schaltung 86 angelegt wird, die dessen Amplitude mit Sinus ψ multipliziert. Der Ausgang des Addierers 84 ist mit dem Lautsprecher 80 verbunden. Die Schaltungen 82 und 86 können richtungsbetriebene Dämpfungsglieder (straight-forward attenuators) sein. Eine ähnliche Technik kann bewirkt werden, um zusätzliche Lautsprecher in den anderen drei Quadranten einzusetzen.

Die in Fig. 10 dargestellte Anordnung ist insofern ein Kompromiß als sie keine vollständige Aufhebung bzw. Löschung von Signalen liefert, die aus einer Richtung von 180° zu der Ausrichtung des Lautsprechers 80 stammen. In Fig. 11 ist eine Alternative zu der in Fig. 10 gezeigten Schaltung dargestellt, die eine vollständige Löschung solcher Signale liefert, es jedoch erfordert, innere Verbindungen zu dem in Fig.5 gezeigten Dekoder auszuführen. In der in Fig. 11 gezeigten Schaltung wird 'der Lautsprecher SO von einem Addierer 88 versorgt, von dem ein Eingang direkt mit dem Allrichtungseingang 0 des Dekoders verbunden ist. Der Addierer 88 weist zwei weitere Eingänge auf, von denen einer über eine Schaltung 90, die die Amplitude der dort hindurchgellenden Signale mit cos ψ multipliziert, zu dem

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Eingang des dem Lautsprecher 4-9 zugeordneten Addierers liefert. Der dritte Eingang des Addierers 88 ist über eine Schaltung 92, die die dort hindurchgehenden Signale mit sin y multipliziert, mit dem Eingang des dem Lautsprecher 50 zugeordneten Addierers 46 verbunden.

In Fig. 12 ist eine Modifikation des in Fig. 5 gezeigten Empfängers dargestellt, bei der die zwei Eingangssignale R und L gewünschtenfalls zu den rechten und linken Lautsprechern eines bekannten Stereosystems geliefert werden können. Das Signal am Eingang R ist die Summe aus den Azimuth- und Allrichtungs-Signalen A und 0 und das Signal an dem Eingang L ist die Differenz zwischen den Allrichtungsund Azimuth-Signalen 0 und A, um die Allrichtungs- und Azimuth-Sign ale 0 und A wiederzugewinnen, sind die Eingänge H und L mit einem ersten Addierer 100 verbunden, dessen Ausgang das Allrichtungssignal 0 darstellt. Das Signal am Eingang R wird direkt zu einem Addierer 102 und das Signal am Eingang L über eine Phasenumkehrstufe 104 zu dem Addierer 102 geführt. Der Ausgang von dem Addierer102 ist das Azimuth-Signal A. Das Allrichtungssignal 0 wird an einen Multiplizierer 106 angelegt, wo es mit 0,70? multipliziert wird. Dies erfolgt aus dem nachfolgend erläuterten Grund, weil zwei von dem Allrichtungssignal 0 abgeleitete Signale zu jedem Lautsprecher geliefert werden und es infolgedessen erforderlich ist, die leistung in jedem solchen Signal zu halbieren, so daß die gesamte zu dem Lautsprecher gelieferte Leistung von den Allrichtungs- und Azimuth-Signalen 0 und A gleich ist. Der Ausgang von dem Multiplizierer 106 wird direkt zu einer Phasenumkehrstufe 108 und über eine 90°- Phasenverschiebungsschaltung 110 zu einer zweiten Phasenumkehrstufe 112 geliefert.

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Der linke vordere Lautsprecher 4-9 wird von einem Addierer Unversorgt, von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des Addierers 102, ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Multiplizierers 106 und ein dritter Eingang mit dem Ausgang der Phasenumkehrstufe 112 verbunden ist. Der linke hintere Lautsprecher 50 wird von einem Addierer 116 versorgt, von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des Addierers 102, ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der 90 -Phasenverschiebungsschaltung 110 und ein dritter Eingang mit dem Ausgang der Phasenumkehrstufe 108 verbunden ist. Der rechte hintere Lautsprecher 51 wird von einem Addierer 118 versorgt, von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des Addierers 102, ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der 90°-Phasenverschiebungsschalt'ung 110 und ein dritter Eingang mit dem Ausgang der Phasenumkehrstufe 112 verbunden ist. Der rechte vordere Lautsprecher 52 wird von einem Addierer 120 versorgt, von dem ein erster Eingang mit dem Ausgang des Addierers 102, ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Multiplizierers 106 und ein dritter Eingang mit dem Ausgang der Phasenumkehrstufe 112 verbunden ist. Diese Reihe von Operationen benutzt effektiv die Technik nach Fig. 11, um die vier Lautsprecher von vier Kanälen zu beliefern, die benutzt werden können, vordere, hintere, linke und rechte Lautsprecher zu versorgen.

Die R und L Signale können leicht an dem Übertrager vorgesehen werden, indem die Allrichtungs- und Azimuth-Signale mit einem Addierer (zur Erzeugung des R Signals) und mit einer Differenzschaltung (zur Erzeugung des L Signals) verbunden werden.

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Alle Ausführungsformen der Erfindung sind inhärent mit einem Monoempfang kompatibel, indem das Allriclitungssignal benutzt wird.

Bei bestimmten Anwendungsfällen, bei denen Allrichtungs- und Azimuth-Wandler benutzt werden, kann es genügen, daß die Wandler nur oder prinzipiell in der Vorwärtsrichtung, beispielsweise über einen Azimuthbereich von -90 bis +90° ansprechen bzw. empfindlich sind, wobei in diesem Fall die Phasendifferenz zwischen den Allrichtungs- und den Azimuth-Signalen zu einer eindeutigen Funktion des Azimuthwinkels allein in diesem Azimuthbereich gemacht werden kann.

Bei jeder Ausführungsform können die Mikrophone in oder außerhalb der Schallstufe angeordnet sein. In jedem Falle kann die relative Amplitude der Ausgänge der Mikrophone abhängig von der Nähe zu der Schallquelle, der Richtwirkung der Mikrophonempfindlichkeit oder einer Kombination von beiden gemacht werden.

- Patentansprüche -

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Claims

/a

Patentansprüche

Dekoder für ein mehrkanaliges Tonwxedergabesystem mit zwei Eingängen und zumindest drei Ausgängen, an jedem von denen ein Signal erzeugbar ist, das abhängig von dem Signal an zumindest einem der Eingänge ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Signal an zumindest einem der Ausgänge ein kombiniertes Signal aufweist, das die Summe von zwei Komponenten umfaßt, welche Amplituden im identischen Verhältnis zu einem entsprechenden Signal der zwei Eingangssignale aufweiseaund von denen jede in der Frequenz identisch mit dem entsprechenden Eingangssignal ist, und daß die Phasendifferenz zwischen jeder der zwei Komponenten relativ zu der Phasendifferenz zwisehen den Signalen an den zwei Eingängen um einen Betrag eingestellt ist, der in eindeutiger Weise charakteristisch für eine Winkelposition ist, der dieser Ausgang zuzuordnen ist.

2. Dekoder nach Anspruch 1, dadiir-Sii g e k s nnseiohn e t, daß die Signale an allen Arisgaagse. eau sprechende kombinierte Signale aufweisen, von denen jedes die Summe von zwei Komponenten umfaßt, die Amplituden in identischem Verhältnis zu einem entsprechenden der zwei Eingangssignale aufweisen und von denen jede identisch mit dem entsprechenden Eingangssignal ist mit der Ausnahme, daß die Phasendifferenz zwischen jeder der zwei Komponenten relativ zu der Phasendifferenz zwischen den Signalen an den zwei Eingängen mit einem Betrag eingestellt ist, der in eindeutiger Weise charakteristisch für eine Winkelposition ist, der der Ausgang zuzuordnen ist.

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3· Dekoder nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichn e t, daß vier Ausgänge vorgesehen sind und daß der Betrag, mit dem die Phasendifferenz eingestellt ist,in Stufen von 90 für aufeinanderfolgende Ausgänge variiert.

4-, Dekoder nach Anspruch 3» dadurch gekennzeich-ünet, daß einer der zwei Eingänge mit einem ersten Eingang von jedem von vier Addierern verbunden ist, daß der zweite Eingang direkt sowohl mit dem Eingang eines der Addierer als auch mit einer 90°-Phasenverschiebungsschaltung und über eine Phasenumkehrstufe mit dem anderen Eingang eines zweiten Addierers verbunden ist, daß der Ausgang der 90 Phasenverschiebungsschaltung direkt mit dem zweiten Eingang des dritten Addierers und über eine Phasenuniiehrstufe mit dem zweiten Eingang eines vierten Addierers verbunden ist, und daß die Ausgänge der Addierer die Ausgänge des Dekoders bilden.

5. Dekoder nach Anspruch 4 mit Einrichtungen, die einen zusätzlichen Ausgang vorsehen, der eine Phasendifferenz aufweist, die charakteristisch für eine Winkelposition zwischen den Positionen, die charakteristisch für z\je± der vier Ausgänge sind, bei einem vorbestimmten Winkel zu der Position ist, die charakteristisch für einen der zwei Ausgänge ist, dadurch gekennz ei chnet, daß ein zusätzlicher Addierer vorgesehen ist, von dem ein erster Eingang mit dem ersten Eingang des Dekodierers, ein zweiter Eingang mit dem zweiten Eingang des einem der zwei Ausgänge zugeordneten Addierers über eine Schaltung verbunden ist, die die Amplitude eines dort hindurchgehenden Signales mit dem Cosinus des vorbestimmten Wi_nkels multipliziert, und ein dritter Eingang mit dem zweiten Eingang des dem anderen der zwei Ausgänge zugeordneten Addierers über eine Schaltung verbunden ist, die die Amplitude der dort hindurchgehenden Signale mit dem Sinus des vorbestimmten Winkels multipliziert.

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6. Dekoder nach .Anspruch 4- mit Einrichtungen, die einen zusätzlichen Ausgang vorsehen, der eine Phasendifferenz aufweist, die charakteristisch für eine Winkelposition zwischen den Positionen, die charakteristisch für zwei der vier Ausgänge sind, bei einer vorbestimmten Winkelverschiebung von der Position ist, die charakteristisch für einen der zwei Ausgänge ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Addierer vorgesehen ist, von dem ein erster Eingang mit dem einen Ausgang über eine Schaltung verbunden ist, die die Amplitude eines dort hindurchgehenden Signals mit dem Cosinus des vorbestimmten Winkels multipliziert, und von dem ein zweiter Ausgang mit dem anderen der zwei Ausgänge über eine Schaltung verbunden ist, die die Amplitude der dort hindurchgehenden Signale mit dem Sinus des vorbestimmten Winkels multipliziert.

7. Dekoder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen von Einrichtungen verbunden sind, die zwei verschiedene Linearkombinationen von zwei Eingangssignalen erzeugen.

8. Verwendung eines Dekoders nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Receiver eines mehrkanaligen Tonwiedergabesystems, wobei mit jedem der Ausgänge von diesem ein Lautsprecher verbunden ist.

9. übertrager für ein mehrkanaliges Tonwiedergabesystem mit zwei Übertragungskanälen und Einrichtungen, die ein entsprechendes Tonsignal an jeden Übertragungskanal anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beiträge

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zu den irgendeinem Azimuth zugeordneten Tonsignalen so in Wechselbeziehung stehen, daß eine Linearkombination von diesen vorhanden ist, welche in zwei Komponenten gleicher Amplitude und Frequenz auflösbar ist, und daß die Differenz in der Phase zwischen den Tonsignalen zu dem Winkel zwischen der Richtung, aus der der durch die Tonsignale repräsentierte Schall gehört werden soll, und einer vorbestimmten Bezugsrichtung in Beziehung gesetzt ist.

10. Übertrager nach Anspruch 9> dadurch gekennz eichn e t, daß die Beiträge zu den Tonsignalen von gleicher Amplitude und Frequenz sind und daß die Differenz in der Phase zwischen den Beiträgen gleich dem Winkel zwischen der Richtung, aus der der durch die Beiträge repräsentierte Schall gehört werden soll, und einer vorbestimmten Bezugsrichtung ist.

11. Übertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der irgendeinem Azimuth zugeordnete Beitrag in der Summe der zwei Tonsignale in der Amplitude und der Frequenz gleich dem diesem Azimuth zugeordneten Beitrag in der Differenz der zwei Tonsignale ist und von diesem in der Phase um einen Betrag abweicht, der gleich dem Winkel zwischen der Richtung, aus der der durch die Tonsignale repräsentierte Schall gehört werden soll, und einer vorbestimmten Bezugsrichtung ist.

12.Übertrager nach Anspruch 9 oder 10 mit zumindest drei Mikrophonen, die um eine Schallquelle angeordnet sind, dadurch gekennz ei chnet, daß der Ausgang jedes Mikrophone s mit einem Kodierer verbunden ist, der zu jedem Übertragungskanal ein Tonsignal liefert, welches in der Amplitude und der Frequenz gleich dem Ausgang des Mikrophons ist, wobei die Phasendifferenz zwischen den zwei Ausgängen des Kodierers zu dem Winkel in Beziehung gesetzt ist, den an der Schallquelle die Stellung des Mikrophons und eine Bezugsposition zueinander haben.

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13. Übertrager nach Anspruch. 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine integrale Wandlereinheit vorgesehen ist, die einen ersten Wandler, der auf einfallende Schallwellen zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals anspricht, und einen zweiten ähnlichen Wandler umfaßt, der ein zweites elektrisches Signal erzeugt, das in der .Amplitude und in der Frequenz gleich dem durch den ersten Wandler erzeugten Signal ist, jedoch eine Phase aufweist, die sich von der Phase des von dem ersten V/andler erzeugten Signals um einen Betrag unterscheidet, der von der Einfallsrichtung der Schallwellen abhängt.

14. übertrager nach Anspruch 13? dadurch gekennzeich net, daß der erste Wandler ein Mikrophon mit einer AIlrichtungsempfindlichkeit und der zweite Wandler ein Paar von Mikrophonen umfaßt, von denen jedes eine Achter-Yariation der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von einem Cosinusgesetz aufweist, dass die zwei Achter-Diagramme rechtwinklig zueinander in der horizontalen Ebene ausgerichtet sind und daß die Ausgänge des zweiten und dritten Mikrophons mit entsprechenden Eingängen eines Addierers über Schaltungen verbunden sind, die eine 90°-Differenz zwischen den Phasen der Ausgangssignale von diesem erzeugen.

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