DE2307418A1

DE2307418A1 - Verfahren zur verwirklichung einer auf dem frequenz-multiplex-prinzip beruhenden kompatiblen viersignal-stereouebertragung

Info

Publication number: DE2307418A1
Application number: DE19732307418
Authority: DE
Inventors: Gyula Dr Tofalve; Laszlo Varga
Original assignee: E M V ELEKTROMECHANIKAI VALLAL
Current assignee: E M V ELEKTROMECHANIKAI VALLAL
Priority date: 1972-12-28
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1974-07-11
Also published as: ATA138273A; CS177118B2; IT1009023B; HU165189B; FR2212717A1; GB1414260A; AT335515B; JPS4998601A

Description

H. Februar 1973 DipJ.-lng. R. Lemcke

Patentanwalt

TJ Xorlsruhe 1, Amoliemt. 28 * >> U / *» 1

Postfach 4026

EMV ELEKTHOMECHAiUKAl VÄLLaLaT

1115 Budapest XI., Petzval J6zsef u. 31., Ungarn

VERFAHREN ZUR VERWIRKLICHUNG EINER AUF DEM FREQUENZ- -MULTIPLEX-PRINZIP BERUHENDEN KOMPATiBLEN VIERSIGNAL-

-STEREOOBERTRAGUNG

Der Anspruch auf die Übertragung von vier voneinander unabhängigen Tonsignalen wurde zu einem Zeitpunkt erhoben, als ein Teil der an der Übertragung beteiligten Abschnitte /die Schaltplatte, die Sendeanlage, das Empfangsgerät/ noch zweikanälig sind.

Bei der infolge der ungleichmässigen Entwicklung der an der Stereoübertragung beteiligten einzelnen Abschnitte entstehenden Entwicklungsspannung suchte man gesetzmassig den Weg mit dem kleineren Widerstand zur Lösung.

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Die Erhöhung der Anzahl der Kanäle in der Schallplattentechnik von zwei auf vier oder die Weiterentwicklung der Zweisignal-Stereosendeanlagen und -empfangsgeräte erfordert an und für sich für die Übertragung von vier Signalen eignenden Anlagen und Geräte bedeutend n»phr Forschungs- und Entwicklungsarbeit und viel mehr Zeit als die Weiterentwicklung der zweispurigen Magnettonbandaufzeichner und -abspieler, in vierspurige Vorrichtung oder die Gestaltung eines sich für die Übertragung von vier unabhängigen Signale eignenden Systems aus typisierten Verstärkern.

Die Verwirklicnung der Quadraphonie wird in zwei verschiedenen Richtungen angestrebt. Diese sind

a/ das sich den gegebenen zwei Übertragungskanälen /Schallplatte, Sender, Empfänger/ anpassende MATRIX- -VERFAHREN /P.SCHREIBER; DYMACO; ELECTRO-VOICE; CBS; SANSUI, usw./

b/ Durch die Erhöhung der Anzahl der Übertragunp.skanäle der Sender /Empfänger/ verwirklichtes SENDE- -EMPFA'IGSTECHNISCHES VERFAHREN. /W.HALSTEAD; L.FELDMAN; QUART II; QUART III; L.DORREN, usw./.

Die Verwirklichung der Viersignal-Stereoübertragung durch die Anwendung von linearen Matrixschaltungen bedeutete, dass zwischen die vier Toneingänge und die beiden Übertragungskanäle ein Umsetzer /Kodier-Matrix/ und zwischen die beiden Obertragungskanäle und die vier Tonausgänge ein zweiter Umsetzer /Dekodier-Matrix/ eingefügt wurden.

Im Laufe der Entwicklungsarbeit stellte es sich dann heraus, dass die vollkommen signalgetreue Übertragung von vier voneinander unabhängigen NF-Signalen durch die Anwendung von ausschliesslich linearen Matrixschaltungen nicht gelöst werden kann. Das Problem wurde auch durch den Umstand vergrössert, dass die Kodierung und Dekodierung ausser der Viersignal-Übertragung auch die For-

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derung nach einer Kompatibilität der Monophonie und der Zweisignal-Stereophonie erfüllen müsste.

Die Forderung nach einer solchen Kompatibilität erstreckt sich nicht nur die Einrichtungen der Aufzeichnung, der Speicherung, der Wiedergabe, usw., sondern auch auf sämtliche an der Übertragung beteiligten Abschnitte, einschliesslich der Sender und der Empfänger.

Kompatibilitätsgebiete der Sendetechnik:

a/ Monophone Sendung

b/ Stereophone Zweisignal-Sendung c/ SCA-Sendung.

Bei der Erfüllung der Forderungen der Kompatibilität ist die Frage ob man die Viersignal-Stereoübertragung durch das Matrix-Verfahren oder das sende-empfangstechnische Verfahren zu verwirklichen wünscht völlig belanglos .

Der Viersignal-Stereosendung gegenüber ist

- die Hauptforderung der Kompatibilität des monophonen Empfanges, dass - bei voller Ausssteuerung - alle vier Eingangssignale an der Gestaltung des im Basisband übertragenen monophonen Signals mit dem gleichen Amplitudenwert in Form von gleichphasigen Komponenten beteiligt sind, damit sich die Wiedergabe der vier linear summierten Signale als eine fixe punktartige Schallquelle verwirklicht ;

- die Hauptforderung der Kompatibilität des Zweisignal-Stereoempfanges , dass - bei voller Aussteuerung - das linke /L_f oder L/ und das rechte /R_f oder R/ Eingangssignal am Signal der entsprechenden Kanäle mit demselben Amplitudenwert beteiligt sind und das Mass der Trennung zwischen dem linken und dem rechten Signal unendlich ist. Es sollen weder im Signal des linken Kanals noch im Signal des rechten Kanals nicht gleichphasige Komponenten enthalten sein und die beiden Hinten-Signale /L, und R_b/ oder das Vorne- und das Hinten-Signal /F und B/ sol-

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len sowohl im Signal des linken Kanals als auch im Signal des rechten Kanals mit demselben Amplitudenwert als gleichphasige Komponenten erscheinen und ihre Übertragung soll die Richtwirkung des rechten und des linken Signals nicht

verzerren;

- die Hauptforderung der Kompatibilität des SCA-Empfanges, dass das Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal keine Spektrumkomponenten im Frequenzbereich 67 kHz ± 8 kHz enthalten darf, was soviel bedeutet, dass die Viersignal-Stereosendung und der Viersignal-Stereoempfang keine grössere Übertragungsbandbreite erfordern soll als die ZWeisignal-Stereo-Sendung und der Zweisignal-Stereoempfang.

Die Verwirklichung der Vier/DreiZ-Signal-Stereoübertragung auf einem Sende-Empfangsabschnitt kann durch Erhöhung der Anzahl der Übertragungskanäle des vorhandenen Zweisignal-Stereoverfahrens gelöst werden.

Il

Ahnlich der mit dem Matrix-Verfahren geführten Forschungsarbeit sind auch auf dem Gebiete der Sende- und Empfangstechnik Verfahren zur Verwirklichung der Drei- bzw. Viersignal-Stereophonie ausgearbeitet.

Bei den Dreikanal-Stereoübertragungsverfahren wird durch Ausnützung der sich bietenden Möglichkeit der auf dem 38-kHz-Hilfsträger durch Quadraturmodulation verwirklichte dritte Kanal zur Übertragung des weiteren Signals /der weiteren Signale/ verwendet und gleichzeitig werden bei den Vierkanal-Stereoübertragungsverfahren über die bisher verwendeten zwei Kanäle hinaus entweder die Quadraturmodulation und ein weiterer Hilfsträger oder aber zwei weitere Hilfsträger zur Übertragung der vier Signale verwendet.

Die Dreisignal-, Dreikanal- Stereoverfahren können in der Regel die Kompatibilität mit der monophon und der Zweisignal-Stereosendung und auch die Möglichkeit der SCA-Sendung sichern.

Die Viersignal-, Vierkanal-Stereoverfahren, die

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durch Anwendung eines weiteren Hilfsträgers /mehrerer weiterer Hilfsträger/ verwirklicht werden /Vorschlag von W. HALSTEAD und L. FELDMANN; Vorschlüge QUART II und QUART III/ vermögen die von den bereits ausgebauten und arbeitenden Sendenetzen /Empfängern/ gestellten "Grenzbedingungen nicht in jeder Beziehung zu erfüllen.

Mit dem der. Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden, auf dem Frequer.z-Multiplex-Prinzip beruhenden Kodier-Dekodierverfahren ist ein solches sende- und empfangstechnisches Viersignal-Stereoübertragungsverfahren verwirklicht worden, bei dem

- die vollständige Kompatibilität mit allen drei Sendungsarten /monophone Sendung, Zweisignal-Stereosendung, SCA-Sendung/ verwirklicht wird;

- gesichert wird, dass für die Viersignal-Stereoübertragung im Sender und im Empfänger nur drei Übertragungskanäle benötigt werden. Der bei diesem Verfahren für das Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal benötigte Frequenzbereich ist also nicht grosser als der für das Zweisignal-Stereo-Verfahren benötigte Frequenzbereich;

- für die Übertragung aller vier Eingangssignale der Frequenzbereich 30 Hz - 15 kHz ausreicht;

- das günstigste Signal-Rausch-Verhältnis, verwirklicht wird, das unter den gegebenen Verhältnissen möglich ist;

- die Forderung erfüllt wird, dass die "Erweiterung" der vorhandenen Sender und Empfänger fast nur durch die Anwendung von Ergänzungsstromkreisen möglich sein soll;

- gesichert wird, dass die Anordnung des Lautsprechersystems in der Ausgangsseite im Einklang mit den durch die Wohnungen gebotenen Möglichkeiten quadratisch ist. /Bei quadratischer Lautsprecheranordnung wird eine rhombusförmige virtuelle Schallquallenanordnung - Phantomschallquellenanordnung - und umgekehrt verwirklicht/;

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■ Gesichert wird, dass sich die Reichweite der Sender nur unbedeutend ändert;

- verwirklicht wird die Gleichwertigkeit aller vier Signale. Es gibt keine ausgezeich ten Signale;

- gesichert wird, dass der Viersignal-Stereoempfänger mit dem Empfang sowohl der Zweisignal-Stereosendung als auch der monophonen Sendung Vompatibil ist. Beim Empfang der Zweisignal-Stereosendu v, ist im linken vorderen und im linken hinteren Lautsprecher nur das Signal des linken Kanals und im rechten vorderen und im rechten hinteren Lautsprecher nur das Signal des rechten Kanals zu vernehmen. Das Mass der Trennung zwischen den beiden Seiten ist also unendlich. Beim Empfang der monophonen Sendung ist in allen vier Lautsprechern dasselbe Signal zu vernehmen oder es können drei Lautsprecher abgeschaltet werden;

- über das 38-kHz-Schaltsignal verwirklicht wird, dass die Steuerung der zur quadrophonen Betriebsart gehörenden automatischen Umschaltung in,Empfänger vom Sender aus erfolgt. Die Phasenlage des 38-kHz-Schaltsignals sichert, dass beim Empfang der ViersignaL-Stereosendung in der Zweisignal-3etriebsart das übertragene Schaltsignal nicht wahrgenommen wird;

- der auf der Eingangsseite vorhandene Schallraum auf der Ausgangsseite in Forn von v'.rtuellen Schallquellen /Phantomschallquellen/ abgebildet wird.

Die prinzipielle Anordnung des cen Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens ist im Bild 1 dargestellt, bei der auf der Eingangsseite befindliche und abzubildende Schallraum von einem aus vier in Rhombusform angeordneten Mikrophonen /1-2-3-4/der positiven Richtung entsprechend/ bestehenden Signalquellen'^ystem wahrgenommen und in Form von rhombusartig angeordneten virtuellen Schallquellen /Phantomschallquellen/ /12-13-14-15/ von einem im Verhältnis zu dem aus der Eingangsseite befind-

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lichen in Rhombusform angeordneten Signalquellensystem im positiven Drehsinn um 45° verdrehten viereckig /quadratisch/ angeordneten Lautsprechersystem /8-9-10-11/ abgebildet wird, das mit Signalkombinationen /1+2/; /2+3/; /3+4/; /4+1/ gespeist wird, die aus der Summe der durch den Dekodierer -7- aus den vier voneinander unabhängigen NF-Eingangssignalen erzeugten, dem positiven Drehsinn entsprechend nacheinander folgenden benachbarten Signale bestehen.

Aus den NF-Eingangssignalen 1-2-3-4 erzeugt der Kodierer -5- mit Hilfe von Summier- und Subtrahierschaltungen zunächst das auf den entsprechenden Amplitudenwert eingestellte Summensignal oC/1+2+3+4/ sowie die Dagonaldifferenzsignale Δ/1-3/ und tf"/2-4/. Die Übertragung des Summensignals erfolgt im Basisband 30 Hz-15 kHz und die der Differenzsignale durch die Quadraturmodulation des im Kodierer -5- erzeugten 38-kHz-Hilfsträgers. In beiden Fällen wird der Modulationskode AM-DCB-SC angewendet. Die Übertragung des Differenzsignals /4/1-3/ er folgt durch die Modulation des mit dem Pilotsignal gleichphasigen Hilfsträgers sin 2 O_Qt und die Übertragung des Differenzsignals /-/2-4/ durch die Modulation der HilfstrSgers mit cos 2 c-> t.

Auch das sin Cj _Qt 19-kHz-Pilotsignal mit der Kreisfrequenz ^Jt wird im Kodierer -5- erzeugt.

Das zur Viersignal-Stereoiibertragung gehörende und die auf der Ausgangsseite der Übertragungskette erforderliche Umschaltung steuernde 3 8-kHz-Schaltsignal hat die Lage cos 2(o_ot. Dieses Signal wird ebenfalls im Kodierer -5- erzeugt. Vom SCA-Signal abgesehen lässt sich das am Ausgang des Kodierers -5- befindliche Viersignal-•Stereo-Multiplex-Signal in folgender Form aufschreiben:

f/t/ = U /1+2+3+4/ +

♦ 4/1-3/ sin /2C0_ot/_AM

_DSBsc

+ /-/2-4/ ^COS '²^AM-DSB-SC ⁺ + Csin/co t/ + ? cos /2CJ t/.

O O

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Das Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal wird von der Übertragungsanlagen -6- weitergeleitet, die aus UKW- -FM-Sender und-Empfanger, aber auch aus Kabel bestehen kann /können/.

Der Dekodier -7- erzeugt aus dem an seinem Eingang eintreffenden Viersignal-Stereo-Muliiplex-Signal dem positiven Drehsinn entsprechend die zur Speisung des Lautsprechersystems /8-9-10^11/ erforderlichen Summensignale /1+2/; /2+3/; /3+4/; /«4+1/. Der Lautsprecher -8- wird vom Summensignal /1+2/, der Lautsprecher -9- vom Summensignal /2+3/, der Lautsprecher -10- vom Summensignal /3+4/ und der Lautsprecher -11- vom Summensignal /4+1/ gespeist.

Das mit diesen Signalen gespeiste viereckig /quadratisch/ angeordnete Lautsprechersystem verwirklicht ein virtuelles Schallquellensystem /Phantomschallquellensystem/ /12-13-14-15/ dessen Anordnung und Drehsinn mit jenen des am Eingang der Obertragungskette befindlichen rhombusförmig angeordneten Signalquellensystems völlig übereinst immen.

Der auf der Eingangsseite befindliche Schallraum kann auch dann genau auf dieselbe Weise auf der Ausgangsseite abgebildet werden, wenn das Mikrophonsystem 1-2-3-4 nicht rhombusförmig, sondern viereckig /quadratisch/ angeordnet ist. In diesem Fall sind die auf der Ausgangsseite befindlichen Lautsprecher rhombusförmig anzuordnen und die virtuellen Schallquellen /Phantomschallquellen/ werden sich entlang das der Schallquelle entsprechende Viereck /Quadrat/ befinden. Das bedeutet, dass zu der im Verhältnis zu der im Bild 1 empfohlenen Signalquellenanordnung in irgendwelcher Richtung verdrehten Anordnung eine in demselben Sinn und um denselben Winkelwert verdrehte Lautsprecher und Phantomschallquellenanordnung gehören. Das Verdrehen der Schallquelle um 45° verursacht jedoch beim Zweisignal-Stereoempfang bereits eine Richtungs-

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verzerrung.

Die Übertragung des SCA-Signals erfolgt bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren genau auf dieselbe Weise wie bei der ZWeisignal-Stereoübertragung. Bei der Übertragung des SCA-Cignals wird das Stereo-Multiplex-Signal noch durch ein sich linear überlagerndes, in der NBFM-Art moduliertes 67-kHz-Signal ergänzt.

Die Koeffizienten c<; ^\; tf"; Z und 3 stellen sich nach den Forderungen der Übertragungsanlage -6- richtend die entsprechenden Amplituden der übertragenen Signale ein.

BiM 2 zeigt das Frequenzspektrum des zu der den Gegenstand der Erfindung bildenden Viersignal-Stereoübertragung gehörenden Stereo-Multiplex-Signale und als Beispiel das Mass der zur Übertragung mit einem UKW-FM- -Senderempfanger gehörenden Frequenzhubaussteuerung.

Die kontinuierliche Linie stellt die Lage ohne die Übertragung des SCA-Signals und die gestrichelte Linie den Fall der Übertragung des SCA-Signals dar.

In dem im Bild 2 durch -1- gekennzeichneten Basisband 30 Hz-15 kHz erfolgt die Übertragung des Sununensignals oc/1+2+3+4/, das bei der Übertragung des SCA- -Signals eine 7 5%ige und ohne die Übertragung des SCA- -Signals eine 85%ige Frequenzhubaussteuerung belegen darf.

Die durch -2- gekennzeichnete Spektruralinie zeigt das eine maximal 10%ige Aussteuerung bedeutende 19- -kHz-Pilotsignal.

Die durch -3- gekennzeichnete Spektrumlinie zeigt das 39-kHz-Schaltsignal, das eine maximal 5%ige Frequenzhubaussteuerung belegt.

Der Frequenzhubaussteuerungsbereich des 19-kHz- -Pilotsignals und des 38-kHz-Schaltsignals ist von der 0-bertragung des SCA-Signals unabhängig.

Die Übertragung der Diagonal-Differenzsignale

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23Ü7A18 ft

3/ und 4*72-4/ auf dem 38-H!.-Hi.lfstrMger durch Quadraturmodulation in der AM-DSB-SC-Art wird von dem dur ;_; -4-gekennzeichneten Frequenzbereich 23 kHz-53 kHz dargestellt, der eine sich aus der Übertragung der Summen- und Differenzsignale ergebende, das möglichst günsligete Signal-Rausch-Verhältnis sichernde 75- bzw. 85%ige Aussteuerung ermöglicht.

Der die Übertragung des SCA-Signals und die 10%-ige Frequenzhubaussteuerung zeigende Bereich -5- belegt entsprechend dem im Laufe der Ausarbeitung der Zweisignal- -Stereoübertragung verwirklichten Verfahren das Frequenzband 59-75 kHz.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Verwirklichung einer auf dem Frequenz-Multiplex-Prinzip beruhenden, kompatiblen Viersignal-StereoUbertragung, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vier voneinander unabhängigen Signale 1, 2, 3, U des zur Wahrnehmung des am Eingang der Übertragungskette befindlichen Schallraumes dienenden, aus den im positiven Drehsinn nacheinander folgenden Mikrophonen 1, 2 , 3, U bestehenden und in Viereckform angeordneten Signalquellensystems an die vier NF- -Eingänge des Kodierers -5- gelangen, von dessen Ausgang das Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal über die Übertragungsanlage -6- an den Eingang des Dekodierers -7-gelangt, an dessen vier NF-Ausgängen aus der Summe der von entsprechend dem positiven Drehsinn aufeinander folgenden, von je zwei Eingangssignalen bestehenden Signalkombinationen /1+2/; /2+3/; /3+4/; /4+1/ vorhanden sind, die den einzelnen Lautsprechern der Lautsprecheranordnung 8- -9-10-11 zugeleitet werden, welche dem mit dem Signalquellensystem 1-2-3-4 völlig übereinstimmend angeordneten virtuellen Schallquellensystem /Phantomquellensystem/ 12-13-14-15 zugeordnet, jedoch im Verhältnis zum Signalquellensystem 1-2-3-4- um 45° verdreht, aber ia derselben Viereckform wie jene angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekenn ze ichnet, dass sich das am Ausgang des Kodierers -5- vorhandene Viersignal-Stereo-Multiplex- -Signal aus dem linear überlagerten Basisband-Summensignal o< /1 + 2 + 3+47, dem in mathematischer Form £ sin/U t/ aufschreibbaren Pilotsignal, dem in mathematischer Form 9 cos /2O_Qt/ aufschreibbaren Schaltsignal sowie den in mathematischer Form Δ/1-3/ sin /2öJ_Qt/ und iV2-4/ cos /2cj_Qt/ aufschreibbar mit den Diagonaldifferenzsignalen in der AM-DSB-SC-Art quadraturenmodulierten Hilfsträger-

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Signalen zusammensetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 daduch gekennzeichnet, dass die Signalkombination /1+2/ den Lautsprecher -8-, die Signalkombination /2+3/ den Lautsprecher -9-, die Signalkombination /3+4/ den Lautsprecher -10- und die Signalkombination /4+1/ den Lautsprecher -11- der auf der Ausgangsseite der Öbertragungskette befindlichen Lautsprecheranordnung speist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten oC »Δ» Jf» C ^und ^ sich nach den technischen Gegebenheiten der Öbertragungsanlage -6- richtend zur Einstellung des Amplitudenwertes der einzelnen Komponenten des Stereo- -Multiplex-Signals dienen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennze ichnet, dass zu der Verdrehung des am Eingang der Übertragungskette bsfindlichen und in Viereckform angeordneten Signalquellensystem 1-2-3-4 entweder im positiven oder im negativen Drehsinn eine Verdrehung der auf der Aüsgangsseite befindlichen Lautsprecheranordnung im gleichen Drehsinn und um den gleichen Winkelwert gehört.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Eingangsseite befindliche, aus Mikrophonen aufgebaute Signalquellensystem durch eine nach Belieben aufgebaute, sich nach den Forderungen der Übertragung richtende Viersignal- -NF-Signalquelle ersetzt werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kodierer -5- erzeugte und im Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal als eine Komponente enthaltene Pilotsignal mit £-> _Q Kre is frequenz, 19 kHz Frequenz und sin /O_Qt/ Phasenlage zur Steuerung der im Dekodierer zu verrichtenden, zur Wiederherstellung des bei der Demodulation des AM-DSB-SC-Signals erfor-

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lichen 31-kHz-Hilfssignals mit festgelegter Frequenz und Phasenlage und zur Steuerung der auf der Ausgangsseite bei der Zweisignal- sowie Viersignal-Stereoübertragung erforderlichen Schaltungen von der Eingangsseite her dient.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das im Kodierer -5-erzeugte und im Viersignal-Stereo-Multiplex-Signal als eine Komponente enthaltene Schaltsignal mit 2&>_Q Kreisfrequenz, 38 kHz Frequenz und cos /2OJ_Qt/ Phasenlage auf der Ausgangsseite zur Steuerung der bei der Viersignal- -StereoObertragung erforderlichen Schaltungen von der Eingangsseite aus dient.

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