DE2220280C2

DE2220280C2 - Verfahren zur Übertragung von Quadrofonie-Signalen im Frequenzband eines Stereosignals bei UKW-Rundfunk

Info

Publication number: DE2220280C2
Application number: DE2220280A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Mallon
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-25
Filing date: 1972-04-25
Publication date: 1974-03-07
Also published as: AT317297B; NL7217460A; CH551908A; IT998099B; US3904828A; FR2182432A5; JPS49116902A; GB1367429A; CA995305A; DE2220280B1

Description

Eine echte Quadrofonie ist nur möglich, wenn die vier Ursprungssignale als solche wiedergegeben werden können. Eine übertragung von vier NF-Signalen über UKW-Rundfunk unterliegt jedoch vor allem einer Beschränkung des Frequenzbandes von 30 Hz bis 53 kHz. Das bedeutet, daß man mit dem gleichen Frequenzband auskommen muß, das auch für eine Stereoübertragung (= Zweikanalübertragung) verwendet wird.

Eine weitere Forderung besteht darin, daß ein übertragungssystem mit dem bestehenden übertragungssystem, das es in Erweiterung benutzt, kompatibel und rekompatibel sein muß. Das bedeutet, daß eine Quadrofonieübertragung mit einem Stereo- oder Monoempfänger ohne Informationsverlust wiedergegeben werden kann. Andererseits muß ein Quadrofonieempfänger eine monofone oder eine stereofone Sendung monofon bzw. stereofon wiedergeben können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein übertragungssystem für die vier NF-Signale einer quadrofonen Aufnahme zu ermöglichen, das mit dem UKW-Frequenzband für eine Zweikanalübertragung (= Stereoübertragung) auskommt und mit einer Zweikanalübertragung und mit iiner Einkanalübertragung kompatibel und rekompatibel ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Quadrofonie-Zusatzsignal in einem dritten Kanal übertragen wird, das dem unterdrückten Hilfsträger aufmoduliert ist, wobei für diese Modulation der unterdrückte Hilfsträger gegenüber dem des zweiten Kanals um 90° phasenverschoben ist, daß die drei Kanäle K₁, X₂ ^und K₃ die Information von vier Signalquellen LV, RV, LH und RH nach folgenden Matrixgleichungen enthalten:

K₁ = LV + LH + RV + RH K₁ = Ll + LH - RV - RH K₃, = LH + RH

und im Empfänger nach den folgenden Matrixgleichungen die Summensignale gebildet werden:

LV + LH = -[K₁ +K₂)

RV + RH = ^(K₁ - K₂)

LV + RV = K₁- K₃ LH + RH = K₃ .

daß weiterhin diese SummensigJiale auf eine Anordnung von vier Lautsprechern gegeben werden, wobei ein rechts von einem Hörer befindlicher Lautspreche, das Summensignal RV + RH, ein links vom Hörer befindlicher Lautsprecher das Summensignal LV + LH erhält, ein in der Mitte vor dem Hörer befindlicher Lautsprecher das Summensignal LV + R V und ein in der Mitte hinter dem Hörer befindlicher Hörer das Summensignal LH + RH erhält. Ein solches Verfahren ermöglicht ein Rundfunkübertragungssystem für Quadrofoniesignale mit Hilfe eines vorgegebenen Frequenzbandes für Stereosignale. Es ist kompatibel und rekompatibel für Mono- und Stereoübertri: j.ung.

Die drei übertragenen Kanäle K₁, K₂ und K₃ werden durch Matrizierung aus den vier Ursprungssignalen LV, LH, R V und RH zusammengestellt Der erste Kanal K₁ wird in der NF-Lage, beispielsweise 30 Hz bis 15 kHz übertragen. Im zweiten Kanal K₂ und im dritten Kanal K₃ sind die matrizierten Signale einem unterdrückten Hilfsträger mit beispielsweise 38 kHz aufmoduliert, wobei im zweiten Kanal K₂ das Stereo-Zusatzsignal dem Hilfsträger mit der Phase von beispielsweise Null und im dritten Kanal K₃ das Quadrofonie-Zusatzsignal dem Hilfsträger mit der Phase von beispielsweise 90° aufmoduliert ist. Dies stellt eine an sich bekannte Quadratur-Modulation dar

Im Empfänger werden die drei Kanäle dematriziert. Nach den obengenannten Gleichungen werden vier Summensignale gebildet, die auf je einen von vier Lautsprechern gegeben werden. Diese Lautsprecher sind so angeordnet, daß sie die Ecken eines Viereckes, vorzugsweise eines Quadrates, bilden. Die bevorzugte Lautsprecheranordnung ist als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt.

Die Zeichnung enthält drei Figuren, wobei die Fig. 1 die Signalverteilung bei Quadrofonieübertragung, die F i g. 2 die Signalverteilung bei Stereoübertragung und die F i g. 3 die Signalverteilung bei MonoÜbertragung zeigt.

Mit 1 ist in den Figuren ein Hörer bezeichnet. In der Mitte vor ihm ist ein Lautsprecher 2, in der Mitte hinter ihm ein Lautsprecher 3 angeordnet. Rechts vom Hörer 1 befindet sich ein Lautsprecher 4, links von ihm ein Lautsprecher 5.

In der F i g. 1 sind die Summensignale eingezeichnet, die auf die Lautsprecher 2 bis S nach erfolgter Dematrizierung gegeben werden Der Lautsprecher 2 erhält das Summensignal LV + R V,d^pT Lautsprecher das Summensignal LH +RH, der Lautsprecher 4 das Summensignal RV + RH und der Lautsprecher 5 das Summensignal LV + LH.

Wird z. B. vom Sender nur das Signal RH ausgestrahlt, dann wird dieses Signal gleichphasig und mit gleicher Amplitude von den zwei benachbarten Lautsprechern 3 und 4 wiedergegeben. Das bedeutet, daß sich in der Mitte zwischen den beiden Lautsprechern 3 und 4 eine Phantomschallquelle 6 befindet, die das Signal RH wiedergibt. Für alle weiteren Signale und für die Summensignale gilt Entiprechendes. Zwischen den Lautsprechern 2 bis 5 befinden sich demnach die Phantomschallquellen 6 bis 9, die die ursprünglichen NF-Signale RH. RV. LV und LH wiedergeben.

Wird nur ein Stereosignal ausgestrahlt, so haben die Kanäle K₁ und K₁ die Form:

K,

= L + R — L — Κ

Der Kanal K₃ entfällt bei einer Stereoübertragung. Nach folgenden Gleichungen erhält man die Signale, die auf die Lautsprecher gegeben werden:

L = !,(K₁ + K₂)

R = 1(K₁ - K₂)

L +R = K₁ -K₃

0 = K₃

5 6

In der F i g. 2 sind die Signale eingezeichnet, die den das Signal R bzw. L, wie es den ursprünglichen Signaeinzelnen Lautsprechern zugeführt werden. Der Laut- len R und L entspricht.

Sprecher 2 erhält das Summensignal L+R, der Bei einer MonoÜbertragung entfallen die Kanäle K₂

Lautsprecher 4 das Signal R und der Lautsprecher 5 und K₃. Der Kanal K₁ überträgt die gesamte Informa-

das Signal L Der Lautsprecher 3 erhält kein Signal. Es 5 tion, die hier mit S bezeichnet sein soll. Die Dematri-

erscheinen dann bei den Phantomschallquellen 7 und 8 zierung ergibt:

.is = i (K₁ -K₂)

S = (K₁ - K₃)
0 = K₃ .

In der F i g. 3 sind wieder die Signale eingezeichnet, schallquelle 10 zwischen dem Hörer 1 und dem Lautdie den einzelnen Lautsprechern zugeführt werden. Sprecher 2, die das Signal S wiedergibt. Der Lautsprecher 2 erhält das Signal S, die Laut- 20 Beachtet man, daß die übertragenen Signale Sinussprecht 4 „_nd ₅je d.s S.gna, \s. Der Lauche, 3 JSSjSTiÄ«*^ "dt erhält kein Signal. Es bildet sich damit eine Phantom- und K₃ wie folgt dar:

K₁' = LV sin (2nf_LVt + <P_LV) + LHsm (2nf_ult + 0_LH) + RF sin (2nf_RVt + Φ_κν) + RHsm{2nf_RHt + Φ_ΛΗ) K₂' = LV sin (2nf_LVt + 0_LV) + LH sin (2nf_LHt + <P_L„) - RV sin {2nf_Rvt + Φ_κν) - RH sm(2n f_RHt + 0_RH) K₃ ¹ = LH sin (2,-r f_LHt + <1>_LH) + RH sin (2nf_RHt + Φ_ΛΗ).

0<LV, LH, RV, RH^l,

so sind die maximal möglichen Amplituden:

Ki_m = 4

K-imax — 4
K-i'max — 2 ■

Normiert man die Größen K₁', K{ und Ki, so gilt für die gesamte Quadrofonie-Multiplex-Spannung

+ 0,5 a K₃" cos (4 π f_PTt) mit

K₁" = K-/K';_max,

i = 1, 2, 3 und f_PT als Pilottonfrequenz.
Für den Pilotton ist eine Amplitude von 10% der Quadrofonie-Multiplex-Spannung vorgesehen. Es gilt ferne

Kn V-Ii VII 1 I = XV₂ — Λ.₃ — 1 .

Hiermit ergibt sich der Wert α zu

~ 1 + sin(4nfp-j-to) + 0,5cos{4πfpi-to) ' Die Gleichung für U_gesmax ist erfüllt, wenn

—^p—^: = 0,1 cos O₀ + a(2 cos 2<^, — sin 2oq)

= 0,1 COSa₀ +- (2cos2ao - sin2O₀) = 0

1 + sin2ao + 0,5cos2oo

iamit ergibt sich _o

2π/_ΡΤίο = «ο ~ ³⁴''

a = 0,446

U =0,1 sin (2π/_ΡΓί) +0,446 K₁" ⁹ +0,446 Ki'sin (4π/_ΡΓ0

+ 0,223 Kj' cos (4π/ρ_Γί)-

,er Frequenzhub des Kanals *' ist nu^o^^ K" und Ki'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur übertragung von Quadrofonie-Signalen im Frequenzband eines Stereosignals bei UKW-Rundfunk, bei dem außer einem NF-Grundsignal in einem ersten Kanal dn Stereo-Zusatzsignai in einem zweiten Kanal übertragen wird, das einem unterdrückten Hilfsträger aufin oduliert ist, bei dem eine senderseitige Umwandlung der Quadrofonie-Signale in die übertragenen Signale und eine empfängerseitige Umwandlung in Wiedergabesignale mit Hilfe von Matrizen erfolgt und bei dem die Wiedergabesignale auf eine Lautsprecheranordnung gegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Quadrofonie-Zusatzsignal in einem dritten Kanal übertragen wird, das dem unterdrückten Hilfsträger aufmoduliert ist, wobei für diese Modulation der unterdrückte Hilfsträger gegenüber dem des zweiten Kanals um 90° phasenverschoben ist, daß die drei Kanäle K₁, K₂ und K₃ die Information von vier Signalquellen LV, R V, LH und RH nach folgenden Matrixgleichungen enthalten:

K₁ = LV + LH + RV + RH K₂ = LV + LH-RV-RH K₃= LH + RH

LV + LH=¹^ (K₁ + K₂)

RV + RH=¹- (K₁ - K₂)

LV + RV = K₁- K₃
LH + RH = K₃,

daß weiterhin diese Summensignale auf eine Anordnung von vier Lautsprechern (2 bis 5) gegeben werden, wobei ein rechts von einem Hörer (1) befindlicher Lautsprecher (4) das Summensignal RV + RH, ein links vom Hörer (1) befindlicher Lautsprecher (5) das Summensignal LV + LH erhält, ein in der Mitte vor dem Hörer (1) befindlicher Lautsprecher (2) das Summensignai LV + RV und ein in der Mitte hinter dem Hörer (1) befindlicher Lautsprecher (3) das Summensignal LH + RH erhält.

2. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecher (2 bis 5) die vier Ecken eines gedachten Quadrates bilden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur übertragung von Quadrofonie-Signalen im Frequenzband eines Stereosignals bei UKW-Rundfunk, bei dem außer einem NF-Grundsignal in einem ersten Kanal ein Stereo-Zusatzsignal in einem zweiten Kanal übertragen wird, das einem unterdrückten Hilfsträger aufmoduliert ist, bei dem eine senderseitige Umwandlung der Quadrofonie-Signale in die übertragenen Signale und eine empfangerseitige Umwandlung in Wiedergabesignale mit Hilfe von Matrizen erfolgt und bei dem die Wiedergabesignale auf eine Lautsprecheranordnung gegeben werdeo.

Eine Erhöhung der Zahl der übertragenen Signale von zwei auf vier erweitert die Zahl der möglichen örter einer virtuellen Schallquelle von einer Linie zu einer Fläche. Die akustische Beherrschung dieser Fläche mit Hilfe von vier Wiedergabequellen gestattet mit der entsprechenden Aufnahmetechnik nicht nur eine Verbesserung von MusDcaumahnaen, sondern ist auch eine Bereicherung für andere Aufnahmen, beispielsweise für Hörspiele, wo die Möglichkeiten

räumlich-akustischer Effekte vorteilhaft ausgeschöpft werden können. Das ist jedoch nur möglich, wenn die übertragung von vier voneinander unabhängigen Informationen so vonstatten geht, daß diese bei der Wiedergabe unabhängig voneinander vorhanden sind.

Sogenannte Pseudo-Quadrofoniesysteme erzeugen aus zwei Signalen durch Phasenverschiebung zwei weitere Signale, die über getrennte Lautsprecher wiedergegeben werden. Man erhält dadurch einen Flächeneffekt, der aber keine getreue Wiedergabe einer aufgenommenen akustischen Fläche darstellt, da die beiden zusätzlichen Signale keine zusätzliche Information beinhalten.

Die Aufnahme, Aufzeichnung und Wiedergabe von vier NF-Signalen für eine echte Quadrofonie bereitet bei Schallplatten und Tonbändern keine prinzipiellen Schwierigkeiten.

Beispielsweise aus der Zeitschrift »Funkschau«, 1971, Heft 21, S. 693 bis 695, ist es bekannt, durch Matrizierung von vier Quadrofoniesiignalen in zwei Übertragungskanäle die gesamte Information der vier Quadrofoniesignale auf einer Schallplatte unterzubringen. Die Wiedergabe erfolgt nach entsprechender Dematrizierung über vier Lautsprecher. Durch diese Methode der Matrizierung von vier Signalen in zwei Kanäle geht jedoch insofern Information verloren, als die vier Grundinformationen nach erfolgter Matrizierung nicht mehr wiederhergestellt werden können. Die \ ier verwendeten Lautsprecher geben aus diesem Grund ein Signalgemisch vneder, das dem Zuhörer wohl ein räumliches akustisches Geschehen vermittelt, aber keine bestimmte Skihallortung gestattet.

Ähnliches gilt für ein System, das beispielsweise in der Zeitschrift »Funkschau«, 1971, Heft 13, S. 419 und 420, beschrieben ist. Dort geht man auch von der Annahme aus, daß es möglich sei, einem zweikanaligen Programm solche Infonnationsteile zu entnehmen, die bei Abstrahlung über drei bis vier Lautsprecher dem Zuhörer das Gefühl einer akustisch lebendigen Umgebung vermitteln. Es wird dabei die Möglichkeit erwähnt, daß durch Zuhilfenahme mehrerer gleichartig strahlender Lautsprecher für die Richtungswahrnehmung Phantomschallquellen erzeugt werden können, die unser Gehörsinn orten kann. Gleichzeitig wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Möglichkeit, daß der Direktschall aus allen Richtungen kommen

- kann, unbedingt berücksichtigt werden sollte, damit dem allgemeinen Fall eines akustischen Geschehens Rechnung getragen werden kann. Gerade dies ist jedoch bei einer Methode, wo vier Signalinformationen in zwei Kanäle codiert werden und dann nur noch als-Summeninformation wiedergegeben werden können, nicht der Fall.