DE2649525C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Decoder für ein Tonwiedergabesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 22 04 668 und DE-OS 25 12 287 sind Tonwiedergabesysteme bekannt, die es dem Hörer ermöglichen, von sich über 360 Grad Azimuth erstreckenden Quellen kommenden Schall zu unterscheiden, und die nur zwei unabhängige Übertragungskanäle verwenden. In einem dieser Systeme führt ein Kanal sogenannte Rundstrahlkomponenten, die Töne aus allen horizontalen Richtungen mit gleicher Verstärkung enthalten. Der andere Kanal führt sogenannte Azimuth- oder Phasensignalkomponenten mit der Verstärkung 1 aus allen horizontalen Richtungen, jedoch mit einer Phasenverschiebung zu der entsprechenden Rundstrahlsignalkomponente, die dazu in Beziehung steht und vorzugsweise gleich dem Azimuth-Auftreffwinkel ist, der von einer geeigneten Bezugsrichtung aus gemessen wird. In anderen Systemen umfassen die Signale der beiden Komponenten lineare Kombinationen des Rundstrahl- und Phasensignals.

Das Phasensignal P kann in zwei Komponenten X und Y mit einer Phasendifferenz von 90° aufgelöst werden. Für einen Ton bei einem Azimuthwinkel Φ von der Vorwärtsrichtung aus wird die Lagebestimmung festgelegt durch:

wobei W das Rundstrahlsignal und Re den "Realteil von" bedeutet. Somit tragen die Imaginärteile von X/W und Y/W nicht wesentlich zur Tonlage- bzw. Tonortsbestimmung bei. Statt dessen verursachen sie, daß die Tonsignale eine schlechte Qualität haben, die allgemein als Verzerrung ("phasiness") bezeichnet wird, die sich selbst in breiten Schallfeldern zeigt, die schwer zu lokalisieren sind und sehr unnatürlich klingen. Es wurde festgestellt, daß für einen bestimmten Azimuthwinkel die Verzerrung für Signale von einem bestimmten Azimuthwinkel aus umso schlechter ist, je größer das Verhältnis des Imaginärteils von Y/W zum Realteit von Y/W ist.

Das Rundstrahlsignal ist ein bestimmtes Signal einer Klasse von Signalen, die das akustische Drucksignal wiedergeben, das an einer bestimmten Hörstelle verfügbar ist. In gleicher Weise ist ein Phasensignal ein bestimmtes Signal einer Klasse von Signalen, die die akustischen Geschwindigkeitssignale darstellen, die an der gleichen Hörstelle verfügbar sind. In der vorliegenden Beschreibung kann das Signal W irgendein Signal sein, das das akustische Drucksignal darstellt und die Signale X und Y können irgendwelche Signale sein, die orthogonale Komponenten der akustischen Geschwindigkeitssignale darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verzerrung psychoakustisch wichtigster Signale möglichst klein zu machen und/oder die Verstärkung dieser Schallsignale zu verändern.

Im allgemeinen sind diese Signale vor dem Hörer vorhanden. Wenn jedoch zu irgendeinem Zeitpunkt ein vorherrschendes Signal von einem bestimmten Azimuthwinkel aus vorhanden ist, kann es vorzuziehen sein, die Verzerrung von diesem Azimuthwinkel aus möglichst klein zu machen und die Parameter der Decodiermatrix zu ändern, wenn sich der Azimuthwinkel des wichtigsten Tons ändert. Die Erfindung ist auch auf Decoder für Systeme anwendbar, die der Verzerrung unterliegen und Kanäle in einer Anzahl größer als 2 haben, sowie auf Decoder für dreidimensionale Systeme, die zusätzlich Töne unterscheiden, die in verschiedenen Höhen entstehen, und die ein drittes Signal Z haben, das eine dritte orthogonale Komponente der akustischen Geschwindigkeitssignale für diesen Zweck darstellt.

An den Decoder ist ein Tonwiedergabesystem mit wenigstens drei Lautsprecher angeschlossen, die einen Hörbereich umgeben. Der Decoder besteht aus einer Eingangseinrichtung zum Empfang wenigstens zweier Eingangssignale, die aus Drucksignalkomponenten und Geschwindigkeitssignalkomponenten bestehen, aus einer Sub­ trahiereinrichtung, um von der Geschwindigkeitssignal­ komponente einer gewählten Richtung ein Richtungsvor­ spannungssignal abzuziehen, das aus einem Signal besteht, dessen gesamte Komponenten eine ±90°-Phasenbeziehung zu den Drucksignalkomponenten haben, und aus einer Ausgangseinrichtung zur Wiedergabe eines jeweiligen Ausgangssignals für jeden Lautsprecher.

Dieses Subtrahierverfahren wird im folgenden als "Richtungsvorspannung" bezeichnet. Im allgemeinen ist die gewählte Richtung die Richtung des vorherrschenden bzw. am meisten kennzeichnenden Signals. Wenn die gewählte Richtung die Vorwärtsrichtung ist, wird das Verfahren als "Vorwärtsvorspannung" bezeichnet.

Wenn alle kennzeichnenden Tonquellen oder ein vorherrschende Tonquelle zu irgendeinem Zeitpunkt auf einem bestimmten Azimuthwinkel liegen, kann die Erfindung die Möglichkeit schaffen, solch einen bestimmten Azimuthwinkel von den Eingangssignalen aus zu bestimmen und ein Vorspannungssignal, das von diesem Azimuthwinkel abhängt, so anzuwenden, daß die Phasenverzerrung der daraufliegenden Wellen kompensiert wird.

Die Drucksignalkomponenten können Rundstrahlsignalkomponenten sein und die Geschwindigkeitssignalkomponenten können Phasensignalkomponenten sein.

Gemäß der Erfindung sind die Signale W, X und Y, die verwendet werden, um die Ausgangssignale für ein Zweikanal- Eingangssignal zu erzeugen, bei dem die Kompensation der Verzerrung in der Vorwärtsrichtung erforderlich ist, folgende:

wobei k eine positive Konstante zwischen 0 und 1 ist, vorzugsweise zwischen 1/3 und 1/2. Die Subtraktion von jkW _in von Y ändert die Schallortung in keiner Weise, sondern ändert nur die Verzerrung durch Verringerung des Imaginärteils von Y/W.

Es ist jedoch zu beachten, daß die Verringerung der Verzerrung an der Vorderseite die Wirkung der Erhöhung der Verzerrung an der Rückseite hat, wo P negativ ist. Die Verzerrung hinter dem Hörer ist jedoch psychoakustisch weniger wichtig, weshalb insgesamt eine Verbesserung erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Tonwiedergabesystems gemäß der Erfindung, aus dem die Anordnung der Lautsprecher rund um einen Hörplatz und ihre Verbindung mit einem Decoder hervorgeht,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Decoders, der zur Verwendung für das System in Fig. 1 geeignet ist,

Fig. 3 und 4 Blockschaltbilder weiterer Decoderausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Decoders gemäß der Erfindung.

Es ist zu beachten, daß in der folgenden Beschreibung auf eine Gruppe von Phasenschiebern Bezug genommen wird, die verschiedene parallele Kanäle mit verschiedenen Phasenverschiebungen beaufschlagen, wobei die Phasenverschiebung in jedem Falle eine relative Phasenverschiebung ist und nötigenfalls alle Kanäle mit einer gleichmäßigen zusätzlichen Phasenverschiebung beaufschlagt werden können. In gleicher Weise werden parallele Kanäle mit bestimmten Verstärkungen beaufschlagt, die relative Verstärkungen sind, und nötigenfalls können alle Kanäle mit einer gemeinsamen zusätzlichen Gesamtverstärkung beaufschlagt werden.

Vor der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist es zweckmäßig, die Grundform eines Decoders zu beschreiben, der für "rechteckige" Lautsprecheranordnungen geeignet ist und im folgenden als WXY-Decoder bezeichnet wird. Die Erfindung ist auf jeden Decoder dieser Art anwendbar.

Wie Fig. 1 zeigt, ist an dem Punkt 10 ein Hörplatz mittig angeordnet und von vier Lautsprechern 11, 12, 13 und 14 in rechteckiger Anordnung umgeben. Die Lautsprecher 11 und 12 bilden jeweils einen Winkel R an dem Punkt 10 relativ zu einer durch einen Pfeil 15 angegebenen Bezugsrichtung. Ein Lautsprecher 13 ist gegenüber dem Lautsprecher 11 und der Lautsprecher 14 ist gegenüber dem Lautsprecher 12 angeordnet. Nimmt man somit an, daß die Bezugsrichtung die Vorwärtsrichtung ist, dann ist der Lautsprecher 11 links vorne, der Lautsprecher 12 rechts vorne, der Lautsprecher 13 rechts hinten und der Lautsprecher 14 links hinten angeordnet. Alle vier Lautsprecher 11 bis 14 sind zum Empfang der jeweiligen Ausgangssignale LF, RF, RB und LB des Decoders 16 geschaltet, der zwei Eingangsanschlüsse 17 und 18 hat. Das empfangene Rundstrahlsignal W₁ wird auf den Anschluß 17 und das Phasensignal P₁ auf den Anschluß 18 gegeben.

Fig. 2 zeigt einen bekannten WXY-Decoder, der zur Verwendung für den Decoder 16 geeignet ist, wenn der Winkel R 45° beträgt. Der Decoder besteht aus einer WXY-Schaltung 20 und einer Amplitudenmatrix 22. Die WXY-Schaltung 20 erzeugt ein Ausgangssignale W, das den Druck darstellt, ein Ausgangssignal X, das die Vor-Rückwärts-Geschwindigkeit und ein Ausgangssignal Y, das die Links-Rechts-Geschwindigkeit darstellt. Diese Signale werden dann auf eine Amplitudenmatrix 22 gegeben, die die erforderlichen Ausgangssignale LB, LF, RF und RB erzeugen.

Die Amplitudenmatrix 22 erfüllt die Funktion der folgenden Gruppe von Gleichungen:

Jeder Decoder, der die vier Ausgangssignale LB, LF, RF und RB erzeugt, entspricht einer WXY-Schaltung und einer Amplitudenmatrix und bildet somit einen WXY-Decoder, vorausgesetzt, daß

Die WXY-Schaltung 20 kann mehr als zwei Eingänge haben. Tatsächlich ist dieser Decoder der gleiche wie der Decoder in Fig. 5 der zuvor erwähnten DE-OS 22 04 668, wobei der 90°-Phasenschieber als aktiver Teil der WXY- Schaltung 20 und die Addierer und Phaseninverter als die Amplitudenmatrix 22 dienen.

Die Art der WXY-Schaltung hängt von der Form der Eingangssignale ab. Wenn, wie gezeigt ist, die Eingangssignale aus einem Rundstrahlsignal W₁ und einem Phasensignal P₁ der gleichen Größe wie das Rundstrahlsignal, jedoch mit einer Phasendifferenz gleich dem negativen Azimuth bestehen, haben die Ausgangssignale der WXY-Schaltung 20 zu ihren Eingangssignalen folgende Beziehung:

Fig. 3 zeigt einen Decoder gleich dem der Fig. 2, der jedoch gemäß der Erfindung vorwärts vorgespannt ist. Der vorwärts vorgespannte Decoder besteht aus einer WXY-Schaltung 24, die der WXY-Schaltung 20 mit der Ausnahme gleich ist, daß er einen zusätzlichen Ausgang (jw) hat. Die Ausgangssignale (X und W) werden wie zuvor direkt auf die Amplitudenmatrix (22) gegeben. Das Ausgangssignal (jW) wird über einen Verstärker (26) veränderbarer Verstärkung auf eine Signalvereinigungsschaltung (28) gegeben, wo es von dem Ausgangssignal (Y) der WXY-Schaltung (24) abgezogen wird. Das Zwischensignal (Y) der Signalvereinigungsschaltung (28) wird auf die Amplitudenmatrix (22) gegeben. Die Verstärkung des Verstärkers (26) ist auf k eingestellt, d. h., einen positiven Wert zwischen 0 und 1, wie zuvor angegeben wurde. Zweckmäßigerweise kann k, wenn die WXY-Schaltung (20) zwei Eingangssignale empfängt, die Rundstrahl- und Phasensignalkomponenten umfassen, in dem Bereich von 1/3 bis 1/2 liegen.

Eine ähnliche Abwandlung kann bei jedem der WXY-Decoder durchgeführt werden, die in der DE-OS 25 12 287 beschrieben sind. Die Subtraktion des Signals (jW) von dem Signal (Y) kann auf irgendeine geeignete Weise an irgendeiner geeigneten Stelle zwischen der WXY-Schaltung und der Amplitudenmatrix durchgeführt werden. Diese Subtraktion wird zweckmäßigerweise an den Ausgangssignalen der WXY-Schaltung durchgeführt, jedoch sind auch andere Anordnungen möglich. Z. B. kann, wie Fig. 4 zeigt, das Ausgangssignal der WXY-Schaltung (24) auf jeweilige "shelf"- Filter (30 bis 33) gegeben werden. Das Filter (31) für das Signal (W) ist ein "shelf"-Filter vom Typ I und die Filter (30 und 32) für die Signale (X und Y) sind "shelf"-Filter vom Typ II, wie in der DE-OS 22 04 668 beschrieben ist. Das Filter (33) für das Signals (jW) ist ein "shelf"- Filter vom Typ III, das eine angepaßte Phasenkennlinie gleich der der Filter vom Typ I und II hat. Dies ermöglicht es, daß die Konstante k frequenzabhängig ist, so daß der Grad der Restverzerrung entsprechend der Empfindlichkeit des menschlichen Ohres für die Verzerrung bei jeder Frequenz gesteuert werden kann. Jedoch kann eine Konstruktionsvereinfachung bzw. Gerätewirtschaftlichkeit dadurch erreicht werden, daß das Filter vom Typ III das gleiche wie das vom Typ I ist, so daß die Funktion dieser beiden Filter von einem einzigen Filter, das das Signal W verarbeitet, und einem 90°-Phasenschieber durchgeführt werden kann, der verwendet wird, um das Signal jW aus dem Ausgangssignal dieses Filters zu erzeugen. Die Signale werden dann auf eine "Anordnungssteuerstufe" (Signalbeeinflussung abhängig von der Anordnung der Lautsprecher) und eine Abstandssteuerstufe 38 gegeben, die im wesentlichen den in der DE-OS 22 04 668 beschriebenen gleich sind.

Die Subtraktion des Signals jW kann auch nach der Anordnungssteuerstufe 34 und/oder der Abstandssteuerstufe 38 durchgeführt werden, obwohl dies bedeutet, daß die sich ergebende Kompensation der Verzerrung sich mit diesen Einstellungen ändert.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Decodierer mit Rundstrahl- und Phaseneingangssignalen beschränkt, sondern kann auch allgemein auf Arten von Signalen angewandt werden, die auf zwei Kanäle codiert sind. Sie kann z. B. auf ein Codierverfahren der Art angewandt werden, daß eine lineare Kombination A der beiden Kanäle als ein Rundstrahlsignal und eine weitere lineare Kombination B als das (cos Φ - j q sin Φ )-fache der linearen Kombination A angesehen wird, wobei Φ für jede codierte Tonlage im wesentlichen gleich gewählt wird und q eine reale von 0 verschiedene Konstante ist. Φ kann gleich dem beabsichtigten Azimuthwinkel während des Codiervorganges oder irgendeine Funktion dieses Winkels sein. In den folgenden Decodiergleichungen wird Φ als der Winkel behandelt, von dem aus der Ton nach der Decodierung gehört wird.

Der Decoder hat für diese Signale die folgenden Gleichungen:

W = A X = α B Y = α j q ^-1 (B-kA)

wobei α eine Konstante ist, die frequenzabhängig sein kann, und k eine positive Konstante kleiner als 1. Die Subtraktion von kA von dem Signal Y ist der Vorgang der Vorwärtsvorspannung gemäß der Erfindung, um 90°-phasenverschobene Komponenten von Y für Töne, für die Φ etwa Null ist, möglichst klein zu machen. Der Wert von a beträgt ideal etwa √ bei Frequenzen wesentlich unter 350 Hz und etwa 1/√ bei wesentlich höheren Frequenzen.

Die Wirkung des Vorwärts-Vorspannungsgliedes in dem obigen Ausdruck für Y besteht nicht nur darin, die Verzerrung von nach vorne gerichteten Tönen zu verringern, sondern auch die Verstärkung von Tönen von hinten zu erhöhen und diejenige von Tönen von vorne zu verringern. Dies kann dazu beitragen, jede relative übermäßige Verstärkung an der Vorderseite in den Signalen A und B während der Codierung zu kompensieren. Es gibt verschiedene Systeme, bei denen solch eine übermäßige Verstärkung auf der Vorderseite vorhanden ist.

Die Erfindung kann zum Beispiel auf Zweikanal-Signale angewandt werden, bei denen die Signale in den beiden Kanälen lineare Kombinationen von C und D (möglicherweise mit Phasenverschiebungen), wobei C eine Verstärkung von (1+µ cos Φ+µ j sin Φ ) und D eine Verstärkung von (µ+cos Φ-j sin Φ ) hat, wobei µ eine von Null verschiedene Konstante ist. Beide Signale haben die gleiche Verstärkung für alle Azimuthwinkel und das Signal D eilt dem Signal C um den Phasenwinkel Φ nach, genauso wie bei einer Rundstrahlphasencodierung, jedoch hat C keine mit dem Winkel konstante Verstärkung, wobei seine tatsächliche Energieverstärkung beim Azimuthwinkel Φ (1+µ²+2 µ cos Φ ) beträgt. Wenn µ positiv ist, ist diese Verstärkung an der Vorderseite höher als an der Rückseite und diese Signale können dadurch decodiert werden, daß C als Rundstrahlsignal und D als Phasensignal behandelt wird und die Vorwärtsspannung verwendet wird, um die Wiederherstellung der Gleichheit der Verstärkungen während der Wiedergabe zu unterstützen und auch eine geringere Verzerrung der Töne an der Vorderseite zu bewirken.

Die Erfindung kann auch auf Dreikanal-Systeme angewandt werden, bei denen der dritte Kanal eine geringere Qualität als die beiden anderen Kanäle hat. Z. B. können bei einer Dreikanal-Aufzeichnung die beiden Kanäle hoher Qualität Basisbandkanäle sein und der dritte Kanal kann unter Verwendung eines Hilfsträgers aufzeichnen.

Bei einem Dreikanal-System sind die drei übertragenen Signale W _in , P und P⁺, wobei P⁺ das Signal ist, dessen Richtungsverstärkung die komplexe Konjugation derjenigen von P ist. Die jeweiligen Verstärkungen der drei Signale bei Azimuthwinkel Φ sind 1, (cos Φ-j sin Φ ) und (cos Φ+j sin Φ ). Eine "ideale"WXY-Schaltung für diese drei Kanäle ohne Vorwärtsvorspannung ist gegeben durch:

wobei β eine reale Konstante ist, die frequenzabhängig sein kann. Dieser Decoder unterliegt keiner Verzerrung, sondern verleiht beiden Signalen P und P⁺ die gleiche Bedeutung. Um die Bedeutung des Signals P⁺ vermutlich geringerer Qualität zu verringern, wurde der folgende Decodertyp vorgeschlagen: W= W _in X= β [tP + (1 - t) P ⁺ ] Y= β [tjP - (1 - t) jP ⁺ ]

wobei t eine positive ganze Zahl zwischen 1/2 und 1 ist. Wenn t=1/2, ist der sich ergebende Decoder der volle Dreikanal-Decoder, der zuvor beschrieben wurde, und wenn t=1, ist der sich ergebende Decoder ein Zweikanal-Decoder. t kann sich nötigenfalls mit der Frequenz ändern. Dieses System unterliegt einer Verzerrung, und um die Verzerrung für vordere Felder zu verringern, kann es in der folgenden Weise vorgespannt werden:

W = W _in X = β [tP + (1 - t) P ⁺ ] Y = β [tjP - (1 - t) jP ⁺ - k(2t - 1) jW _in ]

Obwohl die unerwünschten Seitenwirkungen der Zunahme der Verstärkung an der Rückseite relativ zu der an der Vorderseite auftreten, ist die Größe dieser Wirkung niedriger als für einen Zweikanal-Decoder.

Bei einem vollen Dreikanal-System sind andere Signale als jW vorhanden, die eine 90°-Phasenverschiebung relativ zu W für alle Azimuthwinkel haben. Jede reale lineare Kombination von jW, j(P+P⁺) und (P-P⁺) hat die erforderliche 90°-Phasenverschiebung. Folglich kann ein Dreikanal- Decoder vorwärts vorgespannt werden, ohne seine Basisfeldortung zu beeinträchtigen, indem irgendeine reale lineare Kombination dieser drei Signale in der Grunddecodergleichung X und Y zugefügt wird. Diese Vorspannung muß nicht notwendigerweise in der Vorwärtsrichtung erfolgen (in welchem Falle es keine Vorwärtsvorspannung ist) und kann verwendet werden, um die Verstärklung des Decoders in bestimmten Richtungen relativ zu anderen zu ändern.

Bei einigen codierten Signalen können alle kennzeichnenden Tonquellen oder eine vorherrschende Tonquelle auf einem bestimmten Azimuthwinkel zu irgendeinem Zeitpunkt angeordnet werden. Unter diesen Umständen kann es erwünscht sein, ein Vorspannungssignal zur Verringerung der imaginären Komponenten der Geschwindigkeitssignalkomponenten für diesen speziellen Azimuthwinkel anzuwenden.

Zu diesem Zweck kann eine Decodiermatrix die folgenden Gleichungen haben:

W = W _in X = γ (P + j u W _in ) Y = γ (jP + j v W _in )

wobei γ eine reelle Konstante ist, die frequenzabhängig sein kann, und u und v reale Zahlen sind, die Verstärkungen darstellen, die entsprechend der abgeleiteten Verteilung der Töne in den codierten Signalen schwanken.

Wenn es sich ergibt, daß alle Töne in den codierten Signalen auf dem Azimuthwinkel Φ liegen, dann sind die idealen Werte von u und v:

u ≅ sin Φ v ≅ -cos Φ

um die 90°-phasenverschobenen Komponenten von X und Y zu beseitigen. Wenn die allgemeine Tendenz der Töne in Richtung auf den Azimuthwinkel Φ ist, jedoch mit einer Sicherheit von r <1 (wobei r zu der Ausbreitung der Tonquellen weg von dem Azimuthwinkel Φ in Beziehung stehen kann), dann führt:

u ≅ r sin Φ u ≅ -r cos Φ

zu annehmbaren Ergebnissen. Ungenauigkeiten in den Schätzungen für Φ und r beeinträchtigen die subjektiven Ergebnisse nicht sehr kritisch, da Azimuthwinkel nahe Φ mit relativ niedriger Verzerrung ebenfalls decodiert werden.

Es sind einige Verfahren zur Abschätzung von Φ und r bekannt und eine Technik wird beispielsweise beschrieben. Fig. 5 zeigt eine WXY-Schaltung mit veränderbarer Vorspannung entsprechend der Erfindung zur Decodierung der Signale W _in und jP.

Das Signal W _in wird auf einen 0°-Phasenschieber 50 gegeben, um das Signal W zu erzeugen, und auf einen 90°-Phasenschieber 52, um das Signal jW _in zu erzeugen. In der gleichen Weise wird das Phasensignal jP auf einen -90°-Phasenschieber 54 und auf einen 0°-Phasenschieber 56 gegeben. Die Ausgänge der Phasenschieber 54 und 56 sind über jeweilige Addierer 58 und 60 mit den Ausgängen X und Y der WXY-Schaltung verbunden, wobei die Addierer 58 und 60 dazu verwendet werden, die erforderliche Vorspannung durchzuführen, wie nun beschrieben wird.

Es kann gezeigt werden, daß für praktische Zwecke cos Φ und sin Φ als durch:

und

angesehen werden können, wobei En(S) die Umhüllende einer Wellenform S ist.

In der in Fig. 5 gezeigten Schaltung wird das Rundstrahlsignal W _in auf einen Hüllkurvendetektor 58′ gegeben, um das Signal En(W _in ) zu erzeugen, das der Nenner der beiden obigen Ausdrücke ist. Das Signal En(W _in +P) wird von einem Hüllkurvendetektor 60′ in Abhängigkeit von einem Addierer 62 erzeugt, und das Signal En(W _in -P) wird von einem Hüllkurvendetektor 64 erzeugt, der auf eine Subtrahierschaltung 66 anspricht. Die Ausgangssignale der Hüll­ kurvendetektoren 60′ und 64 werden auf eine Subtrahierschaltung 68 gegeben, um den Zähler des Ausdruckes für cos Φ zu erzeugen, und dieser wird von dem Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 58′ in einem Teiler 70 geteilt. Das Ausgangssignal des Teilers 70 wird in einer Multiplizierschaltung 72 um jW _in vervielfacht, um das erforderliche Vorspannungssignal für das Ausgangssignal Y zu erhalten. Dieses Vorspannungssignal wird dann über einen Verstärker 74 veränderbarer Verstärkung auf den Addierer 58 gegeben.

Das Vorspannungssignal für das Ausgangssignal X wird in gleicher Weise erhalten. Das Signal En(W _in +jP) wird von einem Hüllkurvendetektor 76 erzeugt, der auf einen Addierer 78 anspricht. Das Signal En(W _in -jP) wird von einem Hüllkurvendetektor 80 erzeugt, der auf eine Subtrahierschaltung 82 anspricht. Die Ausgangssignale der Hüllkurvendetektoren 76 und 80 werden auf eine Subtrahierschaltung 84 gegeben, dessen Ausgangssignal von dem Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 58′ in einem Teiler 86 geteilt wird. Das Ausgangssignal des Teilers 68 wird mit dem Ausgangssignal des Phasenschiebers 52 in einer Multiplizierschaltung 88 multipliziert und das sich ergebende Vorspannungssignal wird auf den Addierer 60 über einen Verstärker 90 gegeben.

Somit sind die Vorspannungssignale, die auf die Ausgänge X und Y der in Fig. 5 gezeigten Schaltungsanordnung gegeben werden, von dem Azimuthwinkel des vorherrschenden Tones abhängig, der von den codierten Signalen W _in und P wiedergegeben wird und die Größe der Vorspannungssignale hängt von der Amplitude des vorherrschenden Signals im Vergleich zur Amplitude der Signale aus anderen Richtungen ab. Wenn Töne gleicher Intensität von Richtungen stark verschiedener Azimuthwinkel kommen, so daß kein vorherrschendes Signal vorhanden ist, sind die Eingangssignale der Subtrahierschaltungen 68 und 84 gleich, so daß ihre Ausgangssignale Null sind.

Ein vereinfachter Decoder mit veränderbarer Vorspannung kann dadurch erhalten werden, daß ein Signal veränderbarer Vorspannung nur auf den Ausgang Y der WXY-Schaltung und nicht auf den Ausgang X gegeben wird, d. h., daß u gleich Null gesetzt wird. Dies begünstigt die Richtungsauflösung zur Vorder- und/oder zur Rückseite, nicht jedoch zu den Seiten.

Die Richtungsvorspannung kann auch auf nicht rechteckige Lautsprecheranordnungen angewandt werden. Z. B. kann bei einer regelmäßigen polygonalen Anordnung das Signal, das auf jeden Lautsprecher gegeben wird,

k₁ W + k₂(X′ + k₃ jW) cos Φ + k₂ (Y′ + k₄ jW) sin Φ

sein, wobei X′ und Y′ die Geschwindigkeitsausgangssignale des WXY-Kreises sind und k₁ und k₂ gößer als Null und Φ der Azimuthwinkel des Lautsprechers ist, dem das Signal zugeführt wird. Die Glieder k₃jw und k₄jW sind dann die Rich­ tungsvorspannungsglieder. k₁, k₂, k₃ und k₄ können frequenzabhängig und/oder von der angenommenen momentanen Richtung der vorherrschenden Signale abhängig sein, sind jedoch im übrigen reale Konstante. Die Schaltungsanordnung zur Verwirklichung solcher polygonaler Decoder ist von der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten nur dadurch verschieden, daß die Ausgangsamplitudenmatrix 22 durch eine Amplitudenmatrix mit n Ausgängen S _i (entsprechend den Lautsprechern auf den Azimuthwinkeln Φ₁, . . . Φ _n , die um 360°/n entfernt sind) ersetzt ist, die gegeben ist durch:

S _i = k₁ W + k₂ X cos Φ _i + k₃ Y sin Φ _i

Wenn die Richtungsvorspannung auf dreidimensionale Systeme angewandt wird, kann die Vorspannung auf die Komponente Z des Geschwindigkeitssignals ebenso wie auf die oder statt auf die Komponenten X und/oder Y angewandt werden.

Claims (10)

1. Decoder für ein Tonwiedergabesystem mit wenigstens drei Lautsprechern, die einen Hörbereich umgeben, wobei der Decoder aus einer Eingangseinrichtung zum Empfang wenigstens zweier Eingangssignale, die sich aus Drucksignalkomponenten und Geschwin­ digkeitssignalkomponenten entsprechend dem Schalldruck bzw. der Schallgeschwindigkeit am Hörort zusammensetzen, und aus einer auf die Eingangseinrichtung ansprechenden Ausgangseinrichtung zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals für jeden Lautsprecher besteht, gekennzeichnet durch eine Signalvereinigungsschaltung (28), die von Geschwindigkeitssignalkomponenten (Yin), die den Schallgeschwindigkeitsvektor in einer vorgewählten Richtung am Hörort repräsentieren, ein Richtungs­ vorspannungssignal in Form eines Signals subtrahiert, dessen sämtliche Komponenten um 90 Grad zu den Drucksignalkomponenten (W) phasenverschoben sind, so daß ein auf die Schallgeschwindigkeit bezogenes Zwischensignal (Y) erzeugt wird, derart, daß der Imaginärteil des Quotienten (Y/W) des Zwischensignals (Y) für die signifikantesten Schallrichtungen verringert wird, während der Realteil dieses Quotienten im wesentlichen unverändert bleibt.

2. Decoder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verstärkungseinrichtung (26), die der Signalvereinigungsschaltung (28) einen Bruchteil des um 90 Grad phasenverschobenen Drucksignals als gerichtetes Vorspannungssignal zuführt.

3. Decoder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil des phasenverschobenen Drucksignals in der Größenordnung von einem Drittel bis zur Hälfte liegt.

4. Decoder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung auf den Empfang von Drucksignalkomponenten (W) in Form von Rundstrahlsignalkomponenten und von Geschwindigkeitssignalkomponenten (X, Y) in Form von Phasensignalkomponenten eingerichtet ist.

5. Decoder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung drei Eingangssignale empfängt und daraus ein Drucksignal und zwei Geschwindigkeitssignale ableitet, die für alle Töne mit dem Drucksignal in Phase oder um 180 Grad phasenverschoben sind und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die der Signalvereinigungsschaltung (28) ein gerichtetes Vorspannungssignal in Form von Realen linearen Kombinationen des um 90 Grad phasenverschobenen Drucksignals und des um 90 Grad phasenverschobenen Geschwindigkeitssignals zuführen.

6. Decoder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Geschwindigkeitssignale der Summe eines Phasensignals und seiner komplexen Konjugation bzw. der Differenz zwischen dem um 90 Grad phasenverschobenen Phasensignal und seiner komplexen Konjugation entsprechen.

7. Decoder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine auf die Eingangssignale ansprechende Einrichtung (70, 86) zur Bestimmung des Azimuthwinkels der signifikantesten Schallquelle und durch Mittel (58, 60) zur Erzeugung des Vorspannungssignals in Abhängigkeit von diesem Azimuthwinkel, welches an die Signalver­ einigungsschaltung angelegt wird.

8. Decoder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (54, 56) zur Erzeugung erster und zweiter gegenseitig orthogonaler Komponenten des Geschwindigkeitssignals der Azimuthwinkel 0 Grad bzw. 90 Grad vorgesehen ist, und daß die Mittel (58, 60) erste und zweite Richtungs­ vorspannungssignale erzeugen, von denen je eines einer bestimmten dieser ersten und zweiten Komponenten in separaten Signalvereinigungsschaltungen zugeführt wird.

9. Decoder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Richtungsvorspannungssignal proportional zum negativen Cosinus des Azimuthwinkels und das zweite Richtungsvorspannungssignal dem Sinus des Azimuthwinkels proportional ist.

10. Decoder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Richtungsvorspannungssignal proportional zur Differenz zwischen der Hüllkurve der Differenz zwischen den Druck- und Geschwindigkeitssignalen und der Hüllkurve der Summe der Druck- und Geschwindigkeitssignale, geteilt durch die Hüllkurve des Drucksignals ist und das zweite Richtungsvorspannungssignal proportional zur Differenz zwischen der Hüllkurve der Summe des Drucksignals und eines das um 90 Grad phasenverschobene Geschwindigkeitssignal enthaltenden Signals und der Hüllkurve der Differenz zwischen dem Drucksignal und dem Signal, welches das um 90 Grad phasenverschobene Signal enthält, geteilt durch die Hüllkurve des Drucksignals ist.