DE2311752C2 - Verfahren zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe von Quadrophoniesignalen - Google Patents

Description

Ea ist dia Aufgabe der vorllegendan Erfindung, ein Verfahren zur Aurzeichnung und Wiedergabe von Quadrophoniesignalen zu schaffen, welches im Vergleich zu dem zuerst genannten CD-4-Verfahren eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Abnutzungserscheinungen entlang der Tonrillen besitzt, wShrend es im Vergleich zu den bekannten reinen Malverfahren eine verbesserte Quadrophoniewiedergabe erlaubt.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit im wesentlichen aus einer Kombination der beiden bekannten Quadrophonieverfahren, indem ein Hilfsträger vorgesehen ist, welcher bei nicht abgenutzten Tonrillen eine echte quadrophone Wiedergabe erlaubt. Da aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend dem zweiten bekannten Verfahren zusätzlich auf den niederfrequenten Teilen der Aufzeichnung entlang der beiden Flanken der Tonrille jeweils ein aus mehr als zwei Audiosignalen zusammengesetztes Signal aufgezeichnet wird, kann be! der Tonwiedergabe selbst in dem FaIL daß die höherfrequenten Bereiche der Aufzeichnung durch Abnutzung verlorengegangen sind, mit Hilfe einer auf der Wiedergabeseite vorgesehenen Matrixschaltung eine derartige Signalrückgewinnung vorgenommen werden, daß wenigstens eine pseudoquadrophone Wiedergabe möglich ist, welche, wie bereits erwähnt, zwar die Qualität einer echten quadrophonen Wiedergabe nicht erreicht, jedoch einer zweikanaligen stereophonen Wiedergabe überlegen ist.

Die in den Unteransprüchen 2 und 3 aufgeführten Maßnahmen dienen dazu, eine Verträglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem der bekannten Quadrophonieverfahren insoweit zu erreichen, daß Wiedergabegeräte, welche nach einem der bekannten Verfahren arbeiten, auch zur Decodierung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren codierten Signale geeignet sind.

Die in Anspruch 4 angegebene Maßnahme dient zur Verbesserung dtj räumlichen Klangbildes.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

Flg. la bis c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeltsweise des bekannten CD-4-Verfahrens mit Hilfsträger für die Aufzeichnung von Quadrophoniesignalen,

Fig. 2 eine vektorielle Darstellung der einzelnen Signalkomponenten zur Erläuterung des bekannten CD-4-Verfahrens von Fig. i,

Fig. 3 eine vektorielle Darstellung der einzelnen Signalkompontnten zur Erläuterung des bekannten SQ-Matrixverfahrens für die Aufzeichnung von Quadrophoniesignalen,

Flg. 4 ein Dekodierschema für das SQ-Matrlxverfahren von Fig. 3,

Fig. 5 eine vektorielle Darstellung der einzelnen Signalkomponenten, welche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Hilfsträgern aufgezeichnet werden,

Flg. 6a bis c schematische Darstellungen ähnlich Fig. 1 zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Flg. 7 ein Blockschaltbild einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung vervendbaren Wiedergabeelnrlchiung,

Fig. 8 ein Decodierschema ähnlich Fig. 4 des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig.9 eine vektorielle Darstellung der einzelnen Signalkomponenten zur Erläuterung einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 10 ein Schaltbild einer in Verbindung mit der Ausführungsform von FI g. 9 verwendbaren Wiedergabeeinrichtung und

Fig. 11 ein Decodierschema ähnlich Fig. 4 für die Ausführungsform von Fig.9.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zuerst das

ro bekannte Aufzeichnungsverfahren mit Hilfsträger für die Aufzeichnung von Quadrophoniesignalen anhand von Fig. la bis c erläutert. Flg. la zeigt dabei eine Tonrills, deren Flanken jeweils um 45° gegenüber der horizontalen Ebene geneigt sind. Entlang der Flanke L wird dabei das Summensignal L_f + L_B der wiederzugebenden Schalleindrücke von links vorne (L₁) und links hinten (L₈) sowie ein Hilfsträger von 30 kHz aufgezeichnet, wobei letzterer mit dem Differenzsignal L_f-L_B frequenzmoduliert ist. Auf der anderen Flanke R der Tonrille wird hingegen das Summensignal R_F+R_a der wiederzugebenden Schalleindrücke von rechts vorne (R_F) und rechts hinten (R₈) sowie ein Hilfsträger von 30 kHz aufzeichnet, wobei letzterer mit dem Differenzsignal R_F-R_B frequenzmoduliert ist. Die Fig. Ib und Ic zeigen die Verteilungscharakteristik der auf den Flanken R und L der Tonrille aufgenommenen Signale L_f, L_B, R_r und R_B, welche zur Erzielung der erwünschten Quadrophonie auf der Schallplatte aufgezeichnet werden.
Bei der Wiedergabe erhält man durch Abtastung der beiden Flanken die beiden Summensignale L_r+L_B und R_F+R_B und die zugehörigen modulierten Hilfsträger, aus welchen durch Demodulation die Differenzsignale L_F-L_B und R_F-R_B abgeleitet werden. Die vektoriellen Darstellungen dieser vier Summen- und Differenzsignale sind dabei in Fig. 2 dargestellt und mit den Buchstaben α bis rf bezeichnet. Zur Wiedergewinnung der ursprünglichen Signale werden die Signale α und b addiert, was zu dem Audiosignal L_r führt. Durch Subtraktion der Signale α und b erhält man hingegen das Audiosignal L_B. In ähn-

« licher Welse kann durch Addition der Signale c und d das Audiosignal R_F abgeleitet werden, während durch Subtrcktion der Signale c und d das Audiosignal R_B abgeleitet wird. Die auf diese Weise abgeleiteten vier Stereosignale entsprechen dabei genau den vier Audiosignalen, so wie sie bei der Aufzeichnung verwendet worden sind. Fi g. 3 zeigt eine vektorielle Darstellung der einzelnen Signalkomponenten zur Erläuterung des bekannten SQ-Matrixverfahrens für die Aufzeichnung von Quadrophoniesignalen. In diesem Fall wird auf die Verwendung von Hilfsträgern verzichtet, so daß auf den beiden Flanken der Tonrille zwei zusammengesetzte Signale aufgezeichnet werden, deren Vekiordarstellungen e und/wiedergegeben sind. Bei der Wiedergabe dieser beiden Signale e und / werden entsprechend Flg. 4 unter Verwendung einer entsprechenden Decodierung vier Signale g bis h abgeleitet. Dabei werden die Signale e und / direkt als Signale g und A eingesetzt, während das Signal J dadurch erhalten wird, daß die Signale e und das um -90° phasenverschobene Signal / addiert werden. Das Signal /' wird hingegen durch Additon des Signals /und des um -90° phasenverschobenen Signals e erhalten, wobei das gebildete Summensignal mit Hilfe eines Phaseninverters Pl Invertiert wird.
So wie anhand der Vektordarstellung von Flg. 4 erkennbar Ist, überwiegt In jedem der Signale g bis./ eines der ursprünglichen Auc'.iosigna'e L₁, R_B, L_B, R_t, so c'aß bei Verwendung eines derartigen Verfahrens und Anordnung von vier Lautsprechern an geeigneten Stellen

zumindest eine brauchbare quadrophone Wiedergabe möglich Ist.

Das Verfahren nach der Erfindung geht aus von dem bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterten CD-4-Verfahren. Der Unterschied gegenüber diesem herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß im Hauptkanal die Signale e und/(Fi g. 3) und Im Hllfskanal die Signale k und / (Fig. 5) aufgezeichnet werden, das heißt daß die Signale e und / direkte Signalkomponenten und die Signale k und /auf die Hilfsträger modulierte Slgnalkomponpnten ergeben.

Bei der Aufzeichnung wird das Signal e direkt als direkte Slgnalkomponente an einer Flanke L (FI g. 6Λ) aufgezeichnet, eins Signal K dagegen zuvor dem Hilfsträger mit 30 kHz aufmoduliert. Das Signal / wird als direkte Signalkomponente auf der Flanke R aufgezeichnet, das Signal / wieder zuvor auf den 30-kflz-Hilfsträger aufmoduliert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird die Wiedergabe

von Viel kar'ittl-Sici'cOSrKMdlcM cflaütcri. Cm VGiTJ niCnt dargestellten Tonabnehmer aufgenommenes Signal wird in einem ersten Signalpfad zunächst über einen Entzerrer auf der Basis der RIAA-Kurve geleitet, worauf die Hauptkanäle durch ein Tiefpaßfilter LPF von den Hilfskräften getrennt werden. Die hierdurch gewonnenen Signale c und A werden einer Matrix zugeführt. In einem zweiten Signalpfad werden über Bandpaßfilter BPF die Hilfskanäle abgetrennt, deren Signale nach Durchgang durch einen Begrenzer einen F.U-Demodulator zugeführt werden. Die hieraus gewonnenen Signale k und / liegen ebenfalls an der Matrix an. welche vier Ausgangssignale liefert.

In Fig. 8 ist der Signalfluß dieser Matrix dargestellt. Durch Addition der Signale e und k wird jeder Vektor L₁₁ und R_B aufgehoben, und nur die Signalkomponente L_r wird am Anschluß ρ erhalten.

Analog hierzu werden durch Addition der Signale / und / die hierin enthaltenen Vektoren L_B und R_B aufgehoben, und es wird nur die Signalkomponente R_f am Anschluß R erhalten. Durch Umkehrung der Phase des Signals k um 180^c mittels eines Inverters Pl₁ und durch Zusammensetzen mit dem Signal e wird ein als m bezeichnetes Signal am Anschluß q erhalten. Auf ähnliche Weise wird durch Umkehren der Phase des Signals / um 180" mittels eines weiteren Inverters Pl₂ und durch Zusammensetzen mit dem Signal/ein als η bezeichnetes Signal am Anschluß s erhalten. Durch Verschieben der Phase des Signals η um -90¹ mittels eines Phasenschiebers PS, und durch Zusammensetzen mit dem Signal m ist es möglich, nur aus Audiosignal R_B allein zu erhalten: auf ähp'iche Weise wird durch Verschiebung der Phase des Signals m um 9'J' mittels eines Phasenschiebers PS₁ und durch Zusammensetzen mit dem Signal η sowie nachfolgende Phaseninvertierung durch einen Inverter Pl-, das Audiosignal L_B erhalten. Als Ergebnis wird jedes Audiosignal als diskretes Signal zurückgewonnen, und zwar im gleichen Zustand, wie es aufn'.hmeseltig dem Codierer zugeführt wurde.

Der auf die Anschlüsse e und s folgende Teil der soeben beschriebenen Matrix stimmt mit der in Fig. 4 dargestellten bekannten Matrix überein. Die von dieser bekannten Matrix erzeugten Signale ,?. h. i und j. in weichen jeweils eines der Audiosignale vorherrscht, lassen sich also auch mit dem entsprechenden Matrixteil nach Fig.? gewinnen. Es ist ferner möglich, die Audiosignale bei der Aufzeichnung wie bei einem bekannten Matrixsystem (z. B. SQ) zu codieren.

Die Aufzeichnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet somit das wesentliche Merkmal, daß sie als Matrlx-Aufzelchnung auch dann verwendet werden kann, wenn die Hilfsträger der Aufzeichnung, d. h. der Schallplatte, durch Abnutzung verloren gehen. Bei Wiedergabe einer einwandfreien Schallplatte werden wie bei dem diskreten CD-4-Verfahren (vgl. Flg. I und 2) Haupt- und Hilfskanäle ausgewertet und mit der Matrix nach Fl g. 8 die bei ρ, χ, r und s dargestellten Vlerkanalslgnale gewonnen. Es Ist aber auch möglich, eine übliche Matrlx-Aufzelchnunf wiederzugeben, wie sie unter Bezugnahme auf Flg. 3 erläutert wurde.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Der Matrlxabschnlti in Flg. 9 ist der gleiche wie er in Fig. 8 dargestellt Ist. so daß eine entsprechende Beschreibung nicht erforderlich ist. Durch Aufzeichnung

Vektoren 1. 11 dargestellt sind. Im linken und rechten Hauptkanal und durch Aufzeichnung zusammengesetzter Signalkomponenten v. w im linken und rechten Hllfskanal Ist es möglich, mit Hilfe der Matrix die Ausgangssignale zu erhalten, die auf der rechten Seite von Fig. 9 als Vektoren dargestellt sind. Aus den Vektordiagrammen Ist ersichtlich, daß in jedem der Ausgangssignale eines der Audloslgnale L₁, L_B, R_f. R„ überwiegt. Damit ist es mf.s'.ich, Vierkanal-Stereosignale wiederzugeben, welche trotz eines gewissen Nebensprechens denen des diskreten Systems nahekommen.

Das Matrixprinzip nach Fig. 9 ist das gleiche, wie es bei der Wiedergabe nach dem CD-4-Verfahren verwendet wird, vgl. Flg. 1, und welches vorteilhafterweise reversibel 1st. Bei dem in Flg. 9 dargestellten Matrixprinzip enthalten die Ausgangssignale Nebep^rp;echkomponenten. wie aus den Vektordiagrammen auf der rechten Seite In Fig. 9 ersichtlich ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. II wird ein diskretes Vierkanal-Stereosystem erläutert, das mit Hilfe einer zusätzlichen Einheit zur Matrix nach Fig. echte Vlerkanal-Stereoslgnale wiedergeben kann. Der linke Teil in Fig. 11 zeigt den gleichen Matrixabschnitt, wie er in Fig. 9 dargestellt ist. Zusätzlich werden Kompensations-

♦5 signale .v und y dadurch gewonnen, daß die Ausgangssignale der Phasenlnverter Pl über Dämpfungslieder ζ geführt werden, die jedes der Ausgangssignale auf etwa den 0.4fachen Wert dämpfen. Da die Signale χ und y gegenphaslg zu den Nebensprechkomponenten erzeugt

so werden, die in jedem Ausgangssignal von der vorstehend erwähnten Matrix enthalten sind, werden diese Nebensprechkomponenten vollständig dadurch aufgehouen. daß die Kompensationssignale χ und ν in der Welse zu den Ausgangssignalen der Matrix addiert werden, wie es im rechten halben Teil in Fig. 11 dargestellt ist. Auf diese Weise ergeben sich wieder die diskreten Audiosignale ohne Nebensprechkomponenten.

Wenn nur die Signale r und u aus den beiden Hauptkanälen der in Fig. 10 gezeigten Matrix zugeführt werden.

so ergeben sich Ausgangssignale, wie sie durch Vektoren auf der rechten Seite dargestellt sind. Aus diesen Vektordiagrammen ist ersichtlich, daß jedes der Stereosignale Lp, R_B, L_B, R_r in einem der Ausgangssignale überwiegt. Trotz eir.es gewissen Nebensprechens ist damit eine Vierkanal-Stereo-Wiedergabe möglich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. 23 Π 752

   1 2

   phone Tonwiedergabe zu ermöglichen. Hierzu werden die

   Patentansprüche: beiden Flanken der Tonrille unter 90° zueinander angeordnet, wobei sich dann die Möglichkeit ergibt, zwei ver-

   L Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe schledene Audiosignale für zwei getrennte Lautsprecher von Quadrophoniesignalen auf einer Schallplatte oder 5 jeweils unter 45° gegenüber der Horizontalen geneigt auf dergleichen, bei welchem aufnahmcseitlg vier unter- den beiden schrägen Flanken der Tonrille aufzuzeichnen, schiedliche Audiosignsie entsprechend Schallquellen In der? letzten Jahren ergab sich dann der Wunsch, mit vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten derartigen Schallplatten auch eine quadrophone Wiederrechts auf zwei Aufzeichnungskanälen aufgezeichnet gäbe zu ermöglichen, bei welcher innerhalb eines Rauwerden, die jeweils einen Hauptkanal für eine Direkt- io mes vier verschiedene Lautsprecher aufgestellt werden, aufzeichnung und einen Hilfskanal unter Verwendung von welchen zwei vor dem Hörer und zwei hinter dem von jeweils einem Hilfsträger umfassen, wobei die Hörer angeordnet sind.

   vier in den Haupt- und Hilfskanälen aufgezeichneten Zur Aufzeichnung quadrophoner Audiosignale auf Signale durch Summen- und Differenzbildung von einer Schallplatte, weiche entlang ihrer Oberfläche jeweils den vier Audiosignalen abgeleitet werden, und bei 15 nur eine einzige spiralförmig ausgelegte Tonrille aufweichem wiedergabeseltig eine entsprechende Deco- -«eist, ist bereits das CD-4-Verfahren bekannt (siehe beidierung vorgenommen wird, dadurch gekenn- spielsweise DE-AS 20 58 334), bei welchem die Summen zeichnet, daß die beiden in Direktaufzeichnung der Audiosignale jeweils einer Seite auf den beiden schräaufgezeichneten Signale fe, J; t, ii) der Hauptkanäle in gen Ranken der Tonrille als »Hauptkanäle« direkt aufgebet Mairixverfahren bekannter Weise durch phasen- 20 zeichnet werden, während die Differenzen der entspreversetztes Zusammenfügen von jeweils wenigstens chenden Audiosignale zunächst jeweils einem Hilfsträger drei Audiosignalen abgeleitet werden, während die auftnoduliert werden, worauf die Modulationsprodukte beiden auf den Hilfsträgern aufmodulierten Signale (k, als »Hilfskanäle« ebenfalls auf der jeweiligen Flanke der /; v, w) der Hilfskanäle jeweils aus wenigstens zwei Tonrille aufgezeichnet werden. Bei der Wiedergabe einer verschiedenen Audiosignalen zusammengefügt sind. 25 derartigen Schallplatte können dann durch Demodulation
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der modulierten Hilfsträger und erneute Summen- und zeichnet, daß die Aufzeichnung in Anlehnung an die Differenzbildung die vier ursprünglichen Audiosignale bestehende SQ-Matrixnorm durchgeführt wird, indem zurückgewonnen werden, so daß eine echte quadrophone die beiden in Direktaufzeichnung aufgezeichneten Wiedergabe möglich ist. Ein derartiges Aufzeichnungs-Signale (e, J) der Hauptkanäle jeweils aus einem vor- 30 verfahren von vier Audiosignalen auf einer einzigen Tonderen Audiosignal L_r bzw. R_r) und den beiden rück- rille hat jedoch den Nachteil, daß die Signalaufzeichnung wärtlgen Auri!o3ignalen (l._B, Rb) zusammengesetzt mit relativ hohen Frequenzen bis etwa 40 kHz erfolgen sind, wobei die beiden rückwärtigen Audiosignale (L_B. muß, damit eine Rückgewinnung der beiden rückwärti-Rg) jeweils eine ^-Phasenverschiebung zueinander gen Tonsignale durch Demodulation der beiden Hilfsträaufweisen, während die beiden auf den Hilfsträgern 35 ger möglich ist, was ein relativ aufwendiges und somit aufmodulierten Signale (k, I) dei Hilfskanäle jeweils kostspieliges Wiedergabegerät erforderlich macht. Daraus denselben drei Audiosignalen wie die auf den Ober hinaus hat es sich gezeigt, daß beim häufigen Hauptkanälen aufgezeichneten Signale (e, J) aufgebaut Abspielen derartiger Schallplatten durch Abnutzung der sind, wobei allerdings im Vergleich zu den Signalen Tonrillen die höherfrequenien Teile der aufgezeichneten (e, J) der Hauptkanäle eine zusätzliche Phasenver- 40 Signale mit den Hilfsträgern verlrrengehen, was zur Schiebung der beiden rückwärtigen Audiosignale (L₈, Folge hat, daß die ursprünglich vorhandene quadrophone R₈) um jeweils 180° vorgenommen wird (Fi g. 4 bis 6). Tonwiedergabe im Laufe der Zeit auf eine stereophone
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Tonwiedergabe reduziert wird.

   zeichnet, daß die Aufzeichnung In Anlehnung an die Es sind auch reine Mairixverfahren bekannt, z. B. das bestehende CD-4-Norm vorgenommen wird, indem *5 SQ-Verfahren (siehe »Journal of the Audio Engineering bei den in Direktaufzeichnung aufgezeichneten Signa- Society«, September 1971, Volume 19, Nr. 8, Seiten 638 len U, 11) der Hauptkanäle die Summensignale der bei- bis 646), unter Verzicht auf höherfrequente Hilfsträger den linken bzw. rechten Audiosignale (L_r, L_B bzw. R_F, eine quadrophone Tonwiedergabe unter Verwendung R₈) aufgezeichnet werden, zu welchen noch gegenpha- einer einzigen Tonrille dadurch zu erreichen, daß auf den sige Signalkomponenten jeweils der beiden anderen 5° beiden schrägen Flanken der Tonrille zwei Signale aufge-Audloslgnale (R_F, -R_B bzw. L_F,-L_B) hinzugefügt sind, zeichnet werden, die unter Verwendung einer Matrixwährend die beiden auf den Hilfsträgern aufgezelchne- schaltung durch phasenversetztes Zusammenfügen von ten Signale (V, w) der Hilfskanäle jeweils aus den bei- jeweils einem vorderen Audiosignal und den beiden den in Gegenphase befindlichen Audiosignalen (L_f, - rückwärtigen Audiosignalen gebildet werden. Bei der L_B bzw. Rf, - R₈) zusammengesetzt sind (F I g. 9). 55 Tonwiedergabe können dann mit Hilfe dieser beiden
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- zusammengesetzten Signale unter Verwendung einer durch gekennzeichnet, daß bei der Codierung die geeigneten Matrixschaltung vier unterschiedliche Audio-Amplitude der rückwärtigen Audiosignale (L_B, R₈) Im signale abgeleitet werden, so wie dies für eine quadro-Vergleich zu der der vorderen Audiosignale (Lf, Rf) phone Wiedergabe notwendig ist. Da jedoch die wiederabgesenkt wird. 6° gabeseltlg von der Matrixschaltung abgeleiteten vier

   Audiosignale nicht genau den ursprünglichen vier Audiosignalen entsprechen, sondern nur denselben angenähert sind, insbesondere jeweils Anteile von be-

   DIe vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- nachbarten Audiosignalen (Nebensprechen) enthalten,

   fahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I. ⁶⁵ ergibt sich In diesem Fall nur ein pseudoquadrophones

   F.s Ist bereits allgemein bekannt, mit Hilfe einer Schall- Klangbild, welches zwar einer zwelkanallgen stereopho-

   plaite. auf deren Oberflächen jeweils eine einzige spiral- nen Wiedergabe überlegen Ist, jedoch nicht die Qualität förmlge Tonrille angeordnet Ist, eine zwelkanallge stereo- der echten, diskreten quadrophonen Wiedergabe besitzt.