DE2640006C2

DE2640006C2 - Signalsteuersystem für Mehrkanalsysteme

Info

Publication number: DE2640006C2
Application number: DE2640006A
Authority: DE
Inventors: Daniel William San Francisco Calif. Dugan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-09
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1983-11-10
Also published as: US3992584A; DE2640006A1; FR2363254A1; FR2363254B1; GB1516256A

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf ein Signalsteuersystem für Mehrkanal-Signalsysteme mit einer Anzahl von Eingangskanälen für voneinander unabhängige Eingangssignale, die je eine Steuereinrichtung ausweisen, welche das Eingangssignal des Kanals aufnimmt und die Durchschnittsamplitude dieses Eingangssignals bildet, die zur Steuerung eines Dämpfungsgliedes dieses Eingangssignals herangezogen wird.

Die Verwirklichung eines effektiven sprachgesteuerten Verstärkiangssystems, in der Fachsprache und im folgenden auch VOX genannt, wird seit langem angestrebt. Der Grund dafür, daß die meisten Lösungsversuche bisher nicht zum Erfolg geführt haben, liegt in dem Verfahren begründet, das benutzt wird um festzustellen, ob ein Mikrophon eingeschaltet werden soll. Sehr gute Ergebnisse wurden mit Systemen erzielt, bei denen diese Feststellung mit anderen als akustischen Mitteln getroffen wird, nämlich z.B. mit Fußmatten oder manuell betätigten Schaltern. Die Verstärkungssteuerung bei diesen Systemen zur Verhinderung der Rückkopplung erfolgt entweder über logische Schaltungen, die dafür sorgen, daß nur eine kleine Zahl von Mikrophonen zur gleichen Zeit in Betrieb ist, mittels eines Zentralverstärkungsreglers, der auf die Anzahl der eingeschalteten Mikrophone anspricht, oder durch eine Kombination dieser Systeme. Der wesentliche Nachteil besteht hierbei darin, daß diese Systeme jeweils einen erheblichen technischen Aufwand erfordern, der darüber hinaus eine Sonderanfertigung für jeden Anwendungsfall bedingt.

Oft werden auch sprachgesteuerte Systeme herangezogen ; sie befriedigen jedoch nur selten im Hinblick auf die Anhebung des Verstärkungsgrades 'eines Klangsystems. Der Grund hierfür liegt in dem unzulänglichen Verfahren, das zur Feststellung der aktiven Mikiophone benutzt wird — es wird eine Torschaltung über einen festen Schwellenwert betrieben. VOX-Anordnungen können bei einem Mehrmikrophonsystem zur Verringerung der Aufnahme der Umgebungsgeräusche wirksam eingesetzt werden, solange der Geräuschpegel immer geringer als der minimale Sprachpegel ist. Diese Bedingung existiert in den meisten Konferenzräumen nicht. Es ist mithin ausgeschlossen, daß bei den meisten Anwendungsfällen eine befriedigende Grundeinstellung für die VOX-Steuerungen gefunden wird. Wird die VOX-Schwel-Ie eines Mikrophonkanals tief genug angesetzt, um die auftretenden Minimumsignale zu erfassen, z.B. eine leise sprechende Person etwas abseits vom Mikrophon, dann schaltet praktisch jedes Geräusch im Raum, z. B. eine laut sprechende Person an einem anderen Mikrophon, Musik oder Applaus, ebenfalls das Mikrophon ein. Wird zur Vermeidung dieser Falscheinstellung die VOX-Schwelle eines Eingangs hoch genug angesetzt, um so auf Geräusch und den Klang einer anderen laut sprechenden Person nicht zu reagieren, dann ist sie nicht empfindlich genug, um leise Sprache aufzunehmen. Die hörbare Übertragung wird irritierend sein — man erhält intermittierende Sprache unter Randwertbedingungen.

Die Leistung der VOX-Einrichtungen kann durch frequenzdiskriminierende Ausbildung ihrer Steuerkreise optimiert werden. Das Tor kann so ausgelegt werden, daß es besser auf Signale mit einem typischen Sprachspektrum reagiert, wodurch die Einrichtung weniger auf Umgebungsgeräusch anspricht. Diese Verbesserung reicht jedoch nicht aus, um einen Klangverstärkungssystem einen besseren Verstärkungsgrad zu verleihen. Einigen Geräuschen ist es immer möglich, einige oder sämtliche Mikrophone anzuschalten. Das sich einstellende Rückkopplungspfeifen hält sämtliche VOX-Einrichtungen geöffnet.

Es wurden experimentelle und praktische Systeme gebaut, bei denen entweder eine VOX- oder manuelle Toransteuerung der Eingangskanäle erfolgt und bei denen ein automatisches Dämpfungsglied die Steueroder Hauptverstärkung entsprechend der Zahl zu beliebiger Zeit aktivierten Eingänge reduziert. Eine derartige automatische Steuerung stellt sich wie folgt dar:

NOM Hauptverstärkungsregelung, dB

1 0

2 - 3

3 - 4,8

4 - 6,0

5 - 7,0
χ χ
10 -10,0

X X

20 -13,0

χ χ

100 -20,0,

wobei NOM die Zahl der angeschlossenen Mikrophone ist. Ein System mit einem derartigen automatischen Dämpfungsglied erbringt die maximal mögliche Verstärkung für die Zahl der eingeschalteten Mikrophone. Die Bedingung für die Durchgangsrückkopplung, bei der die Rückkopplung die VOX offenhält, tritt dann nicht auf. Würde man eine derartige Hauptverstärkungsregelung mit einem gut arbeitenden sprachgesteuerten Tor kombinieren, so würde man ein vollautomatisches Mischsystem erhalten.

Ein zuverlässiges Feststellen, ob ein Mikrophonkanal angesteuert werden soll, kann mittels einer adaptiven Schwelle für die Eingängskanaltore erfolgen. Werden die Schwellender VOX-Tore kontinuierlich, also adaptiv, geregelt, um den Umgebungsgeräusch-Pegelbedingungen zu folgen, dann öffnen einzelne Kanäle nur, wenn ihre Signale den Umgebungsgeräuschpegel überschreiten. Das Kriterium für das Öffnen eines Mikrophons ist dann das Signal/Geräusch-Veihältnis am Mikrophon und nicht der Geräuschpegel. Diese wenig bekannte Technik wurde bisher bei Spezialnachrichtensystemen verwendet, nicht jedoch bei der Klangverstärkung. Leider kann das herkömmliche VOX-Tor nicht zwischen im Bereich des Mikrophons oder relativ weit weg von diesem entstehenden Schall unterscheiden, es wirkt lediglich aufgrund des Signalpegels.

Befindet sich eine Schallquelle außerhalb der kritischen Distanz des Mikrophones oder unterhalb des Umgebungsgeräuschpegels, so kann sie mit einem Verstärkungssystem nicht verstärkt werden. Erfahrene Mischer wissen, daß Rückkopplung oder ein Klangbrei erhalten werden, wenn die Verstärkung eines Mikrophons bei dem Versuch eine Schallquelle zu «fassen, di<; zu weit entfernt ist oder sich im Geräusch verliert, angehoben wird. Bei der Technik des Ansteuerns aufgrund des adaptiven Schwellenwertes basiert die Entscheidung auf dem richtigen Kriterium: Nimmt man das Mikrophon neben dem allgemeinen Schall im Raum besondere Signale auf?

Untersuchungen haben ergeben, daß die Torsteuerung mit dem adaptiven Schwellenwert einen außergewöhnlich genauen und zuverlässigen Indikator dafür erbringt, ob ein Mikrophon sowohl bei Sprach- als auch bei Musiksystemen eingeschaltet werden soll. Ein derartiges System ist in der US-PS 3814856 des Anmelders beschrieben.

Wie in dieser Veröffentlichung beschrieben, erhält man den Schwellenwert des Umgebungsgeräusches am einfachsten dadurch, daß man den Geräuschpegel in dem Bereich mit einem Mikrophon überwacht. In der Patentschrift isc ein Mischsystem beschrieben, bei dem die Kombination der Toransteuerung über den adaptiven Schwellenwert mit einer Verstärkungsregelung über die Anzahl der eingeschalteten Mikrophone angewandt wird. Es sind lediglich einige Eingangskanäle gezeigt. Der Signalweg zum Ausgang ist der Schaltung eines herkömmlichen Mischers identisch mit Ausnahme der Verwendung von spannungsgesteuerten Verstärkungselementen in jedem Eingangskanal und hinsichtlich des hauptgesteuerten Signalkanals. Da der Bereich der notwendigen Verstärkungsverschiebung nicht sonderlich groß ist (etwa 2OdB maximal), können dies einfache photoleitende Elemente sein, die kein meßbares Rauschen oder keine meßbare Verzerrung beisteuern.

Außerhalb des Audiosignalweges erzeugt eine Hüllkurvendetektorschaltung ein Gleichspannungssteuersignal, das den Audiopegcl im Kanal darstellt und dem Schallpegel am Mikrophon entspricht. Ein identischer Hüllkurvendetektor überwacht den Geräuschmikrophonkanal. Eine jedem Eingangskanal zugeordnete Vergleichsstufe beobachtet das Signal/Geräusgh-Verhältnis in diesem Kanal und sendet immer dann einen Startbefehl zum Dämpfungsglied-Tor, wenn die Bedingungen erfüllt sind. Das akustische Signal/Geräusch-Verhältnis, bei dem jeder Kanal eingeschaltet wird, wird durch die Einstellung der Schwellwertsteuerjng bestimmt, die die Vergleichsstufe vorspannt. Die optimale Schwellwerteinstellung ist die, die eine Einschaltung des Kanals gerade unterhalb des Eingangspegels veranlaßt, der einen feststellbaren Beitrag zur resultierenden Mischung leisten würde. Somit wird das Einschalten des Tores maskiert. Auf die Arbeitsentferaung des Mikrophons übertragen bedeutet dies, daß bei einer Einstellung des Schwellenwertes derart, daß das Mikrophon von einer Schallquelle eingeschaltet wird, die gerade etwas zu weit weg ist, um eine brauchbare Verstärkung zu erhalten, der Kanal stets dann eingeschaltet ist, wenn die Schallquelle hörbar ist, und daß umgekehrt das Schalten nicht hörbar ist.

Ist das Umgebungsgeräusch gering, so werden die Tore überaus empfindlich und öffnen bei einem Flüstern im Abstand von einigen Dezimetern vom Mikrophon. Man kann sich eine »ballonartige« Empfindlichkeit vorstellen, die sich vom Mikrophon aus bis zu der Schwellenwertentfernung erstreckt, bei der der Geräuschpegel der Schallquelle gleicht. Weist die Umgebung einen hohen Pegel auf, wenn sich z.B. Gesangsmikrophone vor einer elektrisch verstärkten Kapelle befinden, wird der Schwellenwert entsprechend hoch, und der Ballon wird kleiner als etwa 2,5 cm. Dies entspricht ebenfalls dem richtigen Arbeitsabstand des Mikrophones bei Vorliegen dieser Bedingungen.

Die Hüllkurvendetektorschaltungen müssen einen großen dynamischen Bereich verarbeiten können, selbst bei Sprachsystemen. Die Schall pegel, die an einem Mikrophon auftreten können, betragen von 30 dB in einem ruhigen Zimmer bis zu mehr als 120 dB einer nahe sprechenden lauten Stimme. In der Praxis hat sich ein Bereich von 80 dB bewährt.

Der Hauptverstärkungsregelkreis überwacht die Anzahl der offenen oder angestellten Mikrophone durch Summieren der Steuerspannungen aller Eingänge, wobei er weiter diese Spannung zur Betätigungeines Dämpfungsgliedes im Hauptkanal heranzieht, das so ausgelegt ist, daß es die entsprechende Kurve für eine 3 dB Verstärkungsreduktion bei NOM-Verdopplung aufweist.

Die Erfindung beruht auf einer Weiterentwicklung der genannten US-PS zugrundeliegenden Erfindung. Einige folgende Einzelheiten der Entwicklung lassen die Grundlagen der erstgenannten sowie der vorliegenden Erfu-dung erkennen.

Die Kanaldämpfungsglieder waren zunächst sehr schnell ein- und ausschaltende Tore; anschließend erfuhren sie vielerlei Änderung hinsichtlich ihrer dynamischen und Dämpfungseigenschaften. Die optimale Dämpfung eines abgeschalteten Kanals ist die, bei der er keine Schwierigkeiten macht. Der Eingangskanal muß nicht ständig ein- und ausgeschaltet werden. Es genügt vielmehr, wenn die Tore ihn zwischen den zwei Zuständen »bereit« und »Ruhe« verschieben. Diese Technik wendet ein erfahrener menschlicher Mischer an. Die zur Verfugung stehehden Mikrophone befinden sich im Ruhezustand, wobei si? jedoch nicht abgeschaltet sind, so daß sie bei Benutzung nicht so stark geändert werden müssen. Es zeigt sich, daß der optimale Grad der Dämpfung der Eingangskanaltore der ist, der kombiniert mit der Wirkung der Hauptverstärkungsregelung die Gesamtsystemverstärkung bei »alle Mikrophone aus« identisch der Gesamtverstärkung />alle Mikrophone an« macht. Dies klingt zunächst paradox, ist jedoch tatsächlich ein Schlüssel für einen glatten oder weichen Betrieb. Im Idealfall sollte das Ausmaß der Dämpfirag der abgeschalteten Kanäle in Abhängigkeit davon variieren, wie viele Kanäle eingeschaltet sind. Es wurde jedoch gefunden, daß ein bestimmter Grad oder ein bestimmtes Ausmaß an Dämpfung sehr zufriedenstellende Ergebnisse erbringen kann. Es wurde angenommen, daß dieser

Dämpfungsgrad das Leistungsverhältnis der Verstärkung eines Mikrophons zur Verstärkung von sechs Mikrophonen plus 3 dB ist (der Prototyp hatte sechs Eingänge). Die folgende Tabelle zeigt das Ergebnis des Zusammenwirkens des individuellen Kanaldämpfungsgliedes mit der Hauptverstärkungssteuerung. Man beachte, daß die Gesamtverstärkung des Systems bei allen Gebrauchsbedingungen im wesentlichen konstant blieb.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Systems ergeben sich zwei Vorteile. Zunächst bleibt der Rückkopplungsschwellenwert unabhängig von der Zahl der in Gebrauch befindlichen Mikrophone gleich. Dies bedeutet, daß das System automatisch unter veränder-

Bedingung

Eingangsverstärkungen, dB 12 3 4 Hauptverrtärkungssteuerung, dB

Gesamtsystemverstärkung, dB

alle aus

1 Mikro in Gebrauch

2 Mikro in Gebrauch
alle Mikro in Gebrauch

-11	-11	-11	-11	-11	-11	+ 3
0	-U	-11	-11	-11	-11	0
0	0	-11	-11	-11	-11	-3
0	0	0	0	0	0	-8

+ 0,4

+ 0,5

liehen Gebrauchsbedingungen im Hinblick auf eine maximale akustische Verstärkung mischt. Darüber hinaus bleibt die Aufnahme von Umgebungsgeräuschen im wesentlichen konstant, was bei Tonaufzeichnungen und Übertragungen sehr wichtig ist. »Pumpen« oder »Atmen« des Hintergrundgeräusches ist der am meisten gehörte Fehler bei automatischen Audioverstärkungssteuerungen. Das vom System aufgenommene Umgebungsgeräusch wird immer etwa gleich dem von einem Mikrophon mit normaler Verstärkung aufgenommen sein unabhängig davon, wie viele Mikrophone tatsächlich offen sind. Dieses System nähert sich somit nicht nur der »Einmikrophon«-Verstärkung bei Mehrmikrophoninstallationen an, es approximiert vielmehr auch die »Einmikrophonw-Geräuschaufnahme.

Da die Verstärkungsverschiebungen in dem System recht gering sind, werden sie durch die viel größeren Verschiebungen des Signalpegels maskiert, der sie stimuliert. Die größte Hauptverstärkungsverschiebung ist beispielsweise 3 dB — die Differenz zwischen einem und zwei tätigen Mikrophonen. Wenn zu einem Instrument oder einer Stimme vor einem Mikrophon ein zweites Instrument oder eine zweite Stimme vor einem weiteren Mikrophon hinzukommt, wird die Wahrnehmung des Pegelabfalls von 3 dB, die das erste Signal erfährt, durch die Wahrnehmung des Zutritts des zweiten Schalls maskiert. Diese Verschiebungen sind in der Tat klein im Vergleich zu den großen Beträgen an Begrenzungen und Kompressionen, die beim üblichen Aufzeichnen von Musik zur Anwendung gelangen. Sie sind bei den Testaufzeichnungen nicht erkennbar, während Life-Musikvorführungen mit dem Prototyp des Mischers hergestellt wurden. Bei Sprachsystemen wurde gefunden. Jaß aus der Summe aller Eingangssignale (vor den Dämpfungsgliedern) eine viel genauere Bezugsgröße (Referenzsignal) als von einem separaten Referenzmikrophon erhalten werden konnte. Es gibt kein besseres Verfahren zur Erfassung des Schallpegels im Bereich der Mikrophone als mit den Mikrophonen selbst. Die Mehrmikrophonerfassung ist wegen der Durchschnittswertbildung der stehenden Wellen weitaus genauer.

Das Aufsuchen von beim Betrieb des Systems auftretenden Fehlern führt immer zu wesentlichen Leistungsverbesserungen. Ein Fehler, der _a einem ganz einschneidenden Schritt führte war das »sailing« Problem. Das Eingangskanaldämpfungsglied hatte eine mäßig schnelle Ansprechzeit, etwa 20 Millisekunden; schnell genug, um Ansprechwanderwellen von Konsonanten zu erfassen, jedorh nicht schnell genug, eigene Wanderwellen beim Unterbrechen von Schall niedriger Frequenz zu bewirken. Das Abklingen erfolgte langsam, etwa während 400 Millisekunden. Der Fehler trat dann auf, wenn ein Sänger das Wort »sailing« weich sang, während Instrumente eine Note beibehielten. Es erschien das Wort »tailing«, da das Eingangssignal nicht schaltete bis der Pegel des »s«-Schalles aus dem Umgebungspegel auftauchte, und bei diesem Zeitpunkt war dies zu spät. Es bestand keine Möglichkeit, dieser Erscheinung mittels eines einfachen »Starten-Nicht Starten«-Torsystems beizukommen. Es wurden zwei Alternativen in Betraft gezogen: Die Verwendung eines Mehrbandsystems (wie das Dolby-System), mit dem das Maskieren verbessert werden konnte, oder es sollte die Ansprechzeit der Signalsteuerung zur Ansprechgeschwindigkeit des Tores gemachi werden. Das Letztere wurde gewählt.
Die Vergleichsstufen- und Torschaltungen wurden überarbeitet, so daß sie anstelle eines punktförmigen Schwellenwertes, der das Tor lediglich einschaltete, ein 10 dB breites »Expansionsfenster« aufwiesen. Steigt das Eingangssignal über den unteren Schwellenwert des Fensters, so wird es anstelle eines Triggerns in Richtung auf eine große Verstärkung mit einer Steilheit von 2/1 expandiert, bis es seine normale »ein«-Verstärkung erreicht. Dann wirkt es so lange linear, so lange das Eingangssignal oberhalb des oberen Schwellenwertes bleibt. Auf diese Weise wird die Rate der Verstärkungssteigerung durch die Rate der Signalsteigening gesteuert, und es können dieselben Verstärkungsverschiebungen wie vorstehend beschrieben bewirkt werden, jedoch viel glatter und ohne den »sailing«-Fehler.
Dieses System kann als konventioneller Mischer gebaut werden oder als Merkmal in einer Konsole vorgesehen werden. Für jeden Eingang ist eine Schwellen •zeitsteuerung erforderlich sowie ein den Zustand des Tores anzeigender Indikator.
Bei Versuchen und Vorführungen des oben beschriebenen Systems wurde eine offensichtliche Mißfunktion beobachtet. Wenn unter bestimmten Bedingungen zwei Mikrophone zur gleichen Zeit betätigt wurden, erfolgte bei jedem der beiden Kanäle nur eine Verstärkung mit 3 dB unterhalb der Normalverstärkung, und die Hauptverstärksingssteuerung, die mit einem Meßgerät überwacht wurde, verblieb bei 0. Die Gesamtverstärkung war korrekt. Die 3 dB Dämpfung, die aus dem Hauptkanal kommen sollte, erschien indessen an den einzelnen Kanälen. Diese Anomalie wurde im Labor reproduziert, und es wurde herausgefunden, daß sie dann während des Betriebs auftrat, wenn die Summe der Eingangssignale der Bezugsgröße zugeführt wurde und die Schwellenwerte so angesetzt waren, daß ein Eingangs-

•■elative Verstärkung jedes
Eingangs in
das Summiernetzwerk

Eingangspegel

45

Pegel der Summe aller Eingänge

wobei das Wort »Pegel« eine gewisse Integration der Augenblickssignale, wie quadratischer Mittelwert, einschließt.

Es ergibt sich nicht unmittelbar, wie diese Funktion bei vielen Anwendungsfallen die gleiche Leistung wie das erste System erbringt. Eine Anzahl von Beispielen der Wirkungen von Dämpfungsgliedern als Folge von verschiedenen Auslöseimpulsbildern ist unten gezeigt. Das System arbeitet aufgrund der Verhältnisse zwischen den Eingangssignalen, und der absolute Pegel der Eingänge beeinflußt die Verstärkungssituation überhaupt nicht. Dies trifft solange zu, wie die Signalpegel innerhalb des Betriebsbereiches der Rüllkurvendetektoren verbleiben. Der größte Pegeleingang wird bei jedem Beispiel mit 0 dB bezeichnet. Dies könnte natürlich jeglicher Pegel sein — das seJbe Beispiel steht für die beiden Fälle, bei denen einmal Umgebungsgeräusch gleichmäßig auf alle Mikrophone auftrifft und bei denen zum anderen allen Mikrophonen gleiche Signale angeboten werden.

signal lediglich zu einem Kanal die Verstärkung dieses Kanals veranlaßte, an der Obergrenze des 2/1 Expansionsfensters zu verbleiben.

Eine Analyse der Systemspannungen bei Einstellung der Schwellenwerte auf diesen Punkt zeigte, daß eine neue Steuerfunktion entdeckt wurde, die die Verwirklichung eines viel einfacheren Systems ermöglichte, als man sich jemals vorstellte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht im wesentlichen darin, ein Signalsteuersystem Tür Mehrkanal-Steuersysteme der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine individuelle automatische Regelung jedes Eingangskanals ohne Verstärkung der Umgebungsgeräusche von nicht benutzten Mikrophonen bei maximaler Verstärkung der benutzten Mikrophone ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Steuereinrichtung das aufgenommene Eingangssigna! einer Schaltung zur Summierung aller Eingangssignale zuführt, der eine Schaltung zur Bildung der Durch«:bniti«"nplitiide der Summe der Eingangssignale aller Eingangskanäle nachgeschaltet ist, daß jeder Kanal eine Schaltung zur Bildung des Produkts aus Kehrwert der Durchschnittsamplitude der Summe der Eingangssignale mit der Durchschnittsamplitude des Eingangssignals dieses Eingangskanals aufweist und daß die Ausgangsspannung dieser Multiplikationsschaltung dem Dämpfungsglied zugeführt ist.

Die Elemente des erfindungsgemäßen Signalsystems sind die gleichen wie für das oben beschriebene System nach der US-PS 3814856. Anstelle der im Ausgangskanal stattfindenden NOM-Hauptverstärkungsverschiebung W i'den jedoch sämtliche notwendigen Steuerungen in den Eingangskanälen durchgerührt. Der Grad oder Betrag an Dämpfung in jedem Kanal ist nicht mehr fest; er ändert sich vielmehr in Abhängigkeit von den Signal- J5 Verhältnissen im System.

Der Betrieb der Schaltungsanordnung kann vereinfacht, jedoch recht einleuchtend wie folgt beschrieben werden: Jeder Eingang muß um dieselbe dB-Zahl gedämpft werden, um die der Eingang (vor dem Dämpfungsglied) kleiner als der Pegel der Summe aller Eingänge (vor den Dämpfungsgliedern) ist. Eine etwas genauere Definition lautet wie folgt:

A. Gleicher Pegel von vier Mikrophonen — Umgebungsgeräuschzustand oder vier gleiche Auslöseimpulse (Stimuli).

Eingang Pegel, dB

Dämpfungsglied dB

resultierender Pegel dB

Referenz

-6 -6 -6 -6

+ 6 Gesamt- 0 Mischpegel verstärkung

B. Ein Mikrophon 20 dB höher als andere — normaler Gebrauchszustand.

Eingang Pegel dB

Dämpfungsglied dB

resultierender Pegel dB

Referenz

-20 -20 -20

-40 -40 -40

0 Gesamt- 0 Mischpegel verstärkung

C. Zwei Mikrophone 20 dB höher als andere — zwei Sprecher oder ein Sprecher zwischen zwei Mikrophonen.

Eingang Pegel dB

Dämpfungsglied dB

resultierender Pegel dB

Referenz

0 0

-20 -20

-3

-23

-3

-43

+ 3 Gesamt- 0 Mischpegel verstärkung

D. Spreizung der Pegel.

Eingang Pegel dB

Dämpfungsglied dB

resultierender Pegel dB

Referenz

- 5
-10
-15

1,5

- 1,5

- 6,5 -11,5 -16,5

Gesamt- 0 verstärkung

- 1,5 -11,5 -21,5 -31,5

Mischpegel -1,0

Die anscheinende Konstanz des Mischpegels bei diesen Beispielen sollte nicht als Resultat der Begrenzung oder Regelverstärkung (AGC action) interpretiert werden. Die »0« ist relativ zum willkürlichen »0« Signalpegel des Eingangs und kann augenblicklich jeglichen Wert annehmen. Die Dynamik des Signaldurchgangs vom aktiven Mikrophon zum Ausgang wird vollständig bewahrt.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Systems erfüllt den Zweck der Simulation des Mischens von Hand zur Erzielung einer maximalen Verstärkung. Ist ein Mikrophon in Gebrauch, so wird die Systemverstärkung auf dieses Mikrophon konzentriert, und die anderen Mikrophone werden gedämpft. Sind zwei oder mehr Mikrophone in Gebrauch, wird die Verstärkung proportional auf sie aufgeteilt, so daß die Gesamtverstärkung des

Systems konstant bleibt. Im »Ruhe«-Zustand kehren alle Mikrophone in einen Gleichgewichtszustand zurück, der die maximal zulässige Verstärkung für diese offenen Mikrophone darstellt. Momentane Pegelunterschiede zwischen den Eingangskanälen werden um einen Faktor 2 (in dB) expandiert.

Das erfiiidungsgemäße System bietet zwei wesentliche Vorteile. Zum eisten ist die Regelung von Schwellenwerten nicht mehr nötig. Vom Standpunkt des human engineering ist es überaus wertvoll, daß keinerlei Steuerung erforderlich ist, die das Erlernen einer neuen Funktion erfordern würde. In der Regel sind die Personen, die derartige Schaltsysteme aussteuern, nachdem die eigentliche Installationsmannschaft nicht mehr anwesend ist, ohne entsprechende Ausbildung, und deshalb ist es umso besser, je weniger Knöpfe zu bedienen sind. Sofern die Wirkung der Kanaldämpfungsglieder wiedergebende Anzeigeeinrichtungen (normalerweise lichtemittierende Dioden) (LED) vorgesehen sind, können diese nicht ausgebildete Bedienungspersonen bei der Regelung des Pegels eines Mikrophons unterstützen. Die den aktiven Kanälen zugeordneten LEDs leuchten auf und führen somit die Hand der Bedienungsperson zum jeweils richtigen Knopf, wodurch die Notwendigkeit des Auffindens des zum jeweiligen Mikrophons gehörenden Knopfes entweder durch einen Merk-, Lese- oder Suchvorgang vermieden wird.

Der andere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung oder des erfindungsgemäßen Systems besteht in seiner Vergrößerungsmöglichkeit. Die Dreisystemleitungen können jegliche Anzahl von Eingangskanälen miteinander verbinden, und es können Kanäle jederzeit ohne Beeinflussung der Arbeitsweise und ohne Regelung hinzugefügt oder weggenommen werden. Mikrophone können ein- und ausgeschaltet oder sogar ausgestöpselt werden, da Kanäle mit unwesentlichem Tonnegel gedämpft sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Schaltbilder beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Hüllkurvendetektorschaltungen nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der vergleichenden Verstärkungs- und Dämpfungsschaltungen nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 sind mehrere Eingangssignalquellen, wie die Mikrophone 1 und Γ, jeweils mit einem Vorverstärkerpaar 2 und 2' verbunden. Jeder der Vorverstärker 2 und 2' ist jeweils mit einer Verstärkungssteuerung 3 und 3' versehen, die in der Regel einen variablen Widerstand in der Rückkopplungsleitung des Verstärkers aufweist. Die Verstärkungssteuerungen 3 und 3' sind in der Regel Schalttafelsteuerungen, mit denen die gewünschte Empfindlichkeit eines jeden Mikrophons eingestellt wird.

Mit dem Ausgang der Vorverstärker 2 und 2' sind jeweils zwei Summenwiderstände 4 und 4', zwei Hüllkurvendetektorschaltungen 5 und 5' sowie zwei Dämpfungsglieder 7 und 7' verbunden. Mit dem Ausgang der Dämpfungsglieder 7 und 7' sind jeweils Summenwiderstände 8 und 8' verbunden. Die Bausteine 2 bis 8 und 2' bis 8' bilden jeweils Eingangskanäle 16 und 16' auf. Ihre Zahl entspricht der der Eingänge in das System.

Der Eingang eines vormischenden Summenverstärkers 9 ist mit den Summenwiderständen 4 und 4' zusammen£ischaltet, sein Ausgang mit einer Hüllkurvendetektorschaltung 10, die identisch mit den Hüllkurvendetektorschaltungyi 5 und 5' ist. Der Ausgang von 10 ist mit dem Eingang eines invertierenden Verstärkers 10 a verbunden, dessen Ausgang mit je einem zweiten Eingang von Vergleichsverstärkern oder Kompensatoren 6 und 6'. Die Ausgänge dieser Elemente sind jeweils an Steuereingänge der Dämpfungsglieder 7 und 7' angelegt.
Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 7 und 7' sind ihrerseits über Widerstände 8 und 8' an einen Ausgangssignalkanal angelegt, der einen Summenverstärker 11, einen Ausgangsverstärker 12 mit einer Ausgangsverstärker-Verstärkungssteuerung 13, entsprechend den Verstärkungssteuerungen 3 und 3', einen Leistungsverstärker 14 des Systems und einen Lautsprecher 15 aufweist. Dieser Ausgangssignalkanal ist -gemeinsam für alle Eingangskanäle 16 bis 16' vorgesehen.

Während des Betriebs treffen Schallwellen auf das Mikrophon 1 auf und erzeugen elektrische Ströme, die im Vorverstärker 2 verstärkt werden. Ein Teil der Ausgangsleistung des Vorverstärkers 2 wird zusammen mit entsprechenden Teilen der Ausgangsleistungen der anderen Kanäle über den Widerstand 4 im Summenverstärker 9 summiert. Die Hüllkurvendetektorschaltung 10 setzt das Ausgangssignal des Summenverstärkers 9 in ein Gleichspannungssteuersignal um, das proportional der Größe des Signals am Ausgang des Verstärkers 9 ist. Der invertierende Verstärker 10a kehrt die Polarität des Ausgangssignals der Hüllkurvendciektorschaltung

10 um und puffen es gegen die Auswirkung der Last der Eingänge der Verstärker 6, 6' etc. Ein anderer Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 2 wird der Hüllkurvendetektorschaltung 5 zugeführt, die identisch zur Hüllkurvendetektorschaltung 10 ausgebildet ist.

Der Ausgang der Hüllkurvendetektorschaltung 5 ist mit einem Eingang des Kompensators 6 verbunden, der dem Dämpfungsglied 7 eine Steuerspannung zuführt, die proportional der Summe seiner beiden Eingangssignale plus einem festen Gleichspannungswert

ist. Das Dämpfungsglied 7 erhält weiterhin einen Teil des Ausgangssignals des Vorverstärkers 2 zugeführt und leitet einen Teil dieses Stroms zum Summenwiderstand 8 weiter. Der Betrag dieses Stromes ist proportional der Steuerspannung des Kompensators 6. Der Summenver-

stärker 11 vereinigt die Signale aus den Widerständen 8, 8' etc. Der Ausgangsverstärker 12 erzeugt die gewünschte Ausgangsspannung und Impedanz zum Betrieb von Belastungen extern bezüglich des Mischsystems. Dies sind in der Regel Leistungsverstärker 14 und Lautsprecher 15.

Die Schaltungsanordnung 16 ist in 16' wiederholt und zwar so oft, wie das System Mikrophone aufweist.

Der Signalpegel zur Steuerung der Spannungsumkehrungscharakteristik der Hüllkurvendetektorschaltung 5 und die Steuerspannung für die Signaldämpfungscha-

rakteristik des Dämpfungsgliedes 7 werden komplementär gemacht. Die Verstärkung des Kompensators oder Vergleichsverstärkers 6 wird so bemessen, daß die Summe seiner Eingangssignale, die dem Verhältnis des Ausgangssignals des Vorverstärkers 2 zum Ausgangs-

signal des Summenverstärkers 9 analog ist, eine solche Steuerspannung erzeugt, die das Dämpfungsglied 7 veranlaßt, das Audiosignal im gleichen Verhältnis zu reduzieren. Im Ausgang des Verstärkers 6 wird eine Gleichspannungsabweichung zugegeben, so daß bei gleichen und

entgegengesetzten Steuerspannungen an seinen Ausgängen das Ausgangssignal einen Gleichspannungspegel aufweist, der keine Dämpfung durch das Dämpfungsglied 7 bewirkt.

Die Auswirkung der Kombination der Wirkung dieser Schaltkreise besteht in der Dämpfung eines jeden Eingangskanals um das gleiche Verhältnis, das der Pegel ^:n diesem Kanal zum Pegel der Summe aller Eingänge oeiträgt. Ist der Pegel an einem Mikrophon wesentlich höher als die Pegel an den anderen Mikrophonen, so weist die Hüllkurve dieses Kanals im wesentlichen den gleichen Pegel wie die Hüllkurve der Summe der Eingänge auf. Unter dieser Bedingung ist die an den aktiven Kanal angelegte Dämpfung klein, und die anderen Kanäle werden stark gedämpft. Sind die Tonpegel an zwei Mikrophonen gleich und wesentlich höher als die Pegel an den anderen Mikrophonen, so werden die beiden aktiven Kanäle jeweils 3 dB unter die Verstärkung gedämpft, auf die jeder alleine gedämpft werden würde, wenn er allein wäre. Wenn die Klangpegel an sämtlichen Mikrophonen im wesentlichen gleich sind, wie z.B. bei Vorliegen von Umgebungsgeräusch, werden sämtliche Kanäle um 10 χ den 10er Logarithmus der Anzahl tiei ivükiOpiiui'ic (in dB) gedämpft. Auf diese Weise erfüllt das System jederzeit die Forderung, daß die gesamte akustische Verstärkung des Systems gleich bleibt und daß eine Rückkopplung während aller Zustände des automatischen Betriebes verhindert wird.

In der Fig. 2 ist eine Hüllkurvendetektorschaltung gezeigt, die in den Schaltkreisen 5, 5' und 10 der Fig. 1 Anwendung finden kann Typische Bausteine des Kreises der Fig. 2 sind wie folgt:

D8

LEDl

LRl

Siliciumdiode

Schalttafelanzeigeeinrichtung
LFD-LDR, Kactec CTL-2C3

R6	1/kOhm
R7	10/kOhm
R8	10/kOhm
R9	4,7/kOhm
RIO	33 Ohm
RIl	33 Ohm
A2	Rechenverstärker
A3	Rechenverstärker
Dl -D7	Siliciumdiode
D5	Zenerdiode5,l V
C4	10OmF
VR 2	10/kOhm

Während des Betriebes wird ein Tonsignal von Mikrophonvorverstärker an die Eingangsklemme R 6 angelegt. A 2, R 6 und Dl bis D 5 umfassen einen logaritnmischen Wechselstromverstärker. Das Ausgangssignal von A 2 wird durch D 7 gleichgerichtet und durch C 4 gemittelt. Positive Ausgangssignale von A 2 werden in D 6 gleichgerichtet nach Umkehrung durch den invertierenden Verstärker A3 in Verbindung mit R7 bis R9. Durch Regelung von VR 2 erhält man die genaue gewünschte Ausgangssteilheit.

In Fig. 3 ist ein Kompensator sowie ein Dämpfungsglied gezeigt, die in den Schaltkreisen 6 und 6' sowie 7 und T der Fig. 1 verwendet werden können. Typische Bausteine des Kreises der Fig. 3 sind wie folgt:

RIO, 11	10/kOhm
R12	4,7/kOhm
R13	220/kOhm
R14	560 0hm
A4	Rechenverstärker
VR3	100 kOhm
VR 4	2/MOhm
VR 5	5/kOhm

In der Praxis sind A4 und der zugeordnete Eingang sowie das Rückkopplungsnetzwerk RIO bis P 13, VR3 und VR 4 Bausteine eines GleichstromsumiTienverstärkers. Die Widerstände R10 und R 11 summieren die Referenzhüllkurve des invertierenden Verstärkers 10 α,

ίο so daß diese Signale entgegengesetzte Polarität aufweisen und ihre Summe ist 0, wenn sie gleich sind. VR 3 und VR 4 erzeugen eine so gesteuerte Wechselspannung, daß der gewünschte Ausgangspegel erreicht wird, wenn die Eingangssignale insgesamt 0 sind. VR 4 wird zur Einstellung der Verstärkung von A 4 verwendet. D 3 schützt die folgenden Dioden gegen entgegengesetzten Strom. R 4 begrenzt den zur LED 1 fließende!. Strom. LED 1 ist eine wahlweise vorzusehende Anzeigeeinrichtung der Schalt- oder Steuertafel des auto-

iu [Häuschen Signaibtcuci systems. VRj bcgiciizt ciucii Stromfluß zum LED-Teil von LR 1 (LED-LDR). Das Totsignal win/ durch den lichtabhängigen Widerstandsteil von LR1 geschickt, und es wird in Abhängigkeit von der Größe des durch die LED fließenden Stromes gedämpft.

Während des Normalbetriebs verändert sich das Ausgangssignal von A4 ständig zwischen einem Maximum und Null. Das maximale Ausgangssignal entsteht dann, wenn die Eingangssteuerspannungen gleich und entgegengesetzt gerichtet sind und die Spannung von VR 3 am Eingang anliegt. Dieser maximale Ausgang bewirkt ein Fließen des Maximalstromes in den LED-Teil von LR1 und demzufolge einen Minimalwiderstand im Widerstandsteil von LR 1 und eine maximale Tonverstärkung. Ist die Steuerspannung für den Kanal geringer als die Referenz- oder Bezugssteuerspannung, so treibt die Bezugssteuerspannung den Ausgang von A4 in negativer Richtung an, wodurch die Ausgangsspannung verringert wird. Diese verringerte Ausgangs- Spannung führt zu einer verengerten Beleuchtung der lichtemittierenden Dioden und einem vergrößerten Widerstand in LRl. Dieser größere Widerstand dämpft das Ton- oder Schallsignal.

Das in Fig. 1 gezeigte System stellt zweifell«:> das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der quadratischen Mittelwertdemodulation für die Hüllkurven dar. Hierfür können jedoch auch größere Annäherungen angewendet werden, die zum Teil mathematisch nicht so einfach auszudrücken sind.

Die nächstliegende Möglichkeit wird die Verwendung eines einfachen gleichgerichteten Halbwellensignals für die Hüllkurve sein entweder spitzen- oder mittelwertgefiltert. Andererseits kann auch ein rohes Signal ohne Mittelwertbildung zur Durchführung der Verstärkungsabrechnung Verwendung finden. Dieses Verfahren erzeugt jedoch eine bei High Fidelity Systemen unannehmbare Gesamtverzerrung, die allerdings bei Subminiatur- oder anderen Anwendungsfällen mit hoher Zuverlässigkeit erwünscht sein kann, wenn die Eliminierung von Kondensatoren wichtiger als Klangtreue ist.

Es sei auch erwähnt, daß das erfindungsgemäße Signalsteuersystem neben seinem Einsatz in Klangverstärkern auch Anwendung in anderen Mehrkanalsystemen finden kann, beispielsweise in Mehrkanalvideosystemen oder generell anderen Analogsystemen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Signalsteuersysteme für Mehrkanal-Signalsysteme mit einer Anzahl von Eingangskanälen für voneinander unabhängige Eingangssignale, die je eine Steuereinrichtung aufweisen, welche das Eingangssignal des Kanals aufnimmt und die Durchschnittsamplitude dieses Eingangssignals bildet, die zur Steuerung eines Dämpfungsgliedes dieses Eingangskanals herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuereinrichtung (5, 6; 5', 6") das aufgenommene Eingangssignal einer Schaltung zur Summierung (9) aller Eingangssignale zuführt, der eine Schaltung zur Bildung der Durchschnittsamplitude (10) der Summe der Eingangssignale aller Eingangskanäle (16,16") nachgeschaltet ist, daß jeder Kanal eine Schaltung (6,6") zur Bildung des Produkte aus Kehrwert der Durchschnittsamplitude der Summe der Eingangssignale mit der Durchschnittsamplitude des Eingangssignals dieses Eingangskanals (16, 16') aufweist und daß die Ausgangsspannung dieser MuI-tiplikaüonsschaltung (6, 6') dem Dämpfungsglied zugeführt ist.

2. Verwendung des Systems nach Anspruch 1 als automatischer Mikrophonmischer mit mehreren Eingangskanälen (16,16'), denen jeweils ein Mikrophon (1, 1') sowie ein Summenverstärker (11) für die Ausgangssignale aller Eingangskanäle (16, 16') und ein in den gemeinsamen Ausgangssignalkanal vorgesehenen Leistungsverstärker (14) und Lautsprecher (15) zugeordnet sind.