DE2659757A1 - Transmission and reproduction of stereophonic sound - uses basic signal and two side signals radiated by three loudspeakers - Google Patents
Transmission and reproduction of stereophonic sound - uses basic signal and two side signals radiated by three loudspeakersInfo
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Abstract
Description
Einrichtung zur Übertragung und Wiedergabe von räumlichen Schall-Device for the transmission and reproduction of spatial sound
ereignissen durch zweikanalige Raumtonsignale (Eidophonie Typ B) Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung und Wiedergabe von räumlichen Schallereignissen, bestehend aus einer Richtmikrophonanordnung mit schnell rotierender Richtcharakteristik auf der Aufnahmeseite und einer wiedergabeseitigen Anordnung von Lautsprechern mit vorgeschalteten, mittels Pilotton synchronisierten Kanalmodulatoren nach /1/, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumtonsignal im zweikanaligen, niederfrequenten Kanalmultiplex übertrag-en und wiedergabeseitig mit synchronisierten Modulatoren in Raumsignallage gebracht und dann gegenläufig synchronisierten Kanalmodulatoren zugeführt wird, worauf die Wiedergabe in der Art nach /1/ vorgenommen werden kann.events through two-channel spatial sound signals (eidophony type B) The The invention relates to a device for the transmission and reproduction of spatial Sound events, consisting of a directional microphone arrangement with rapidly rotating Directional characteristic on the recording side and an arrangement on the playback side of loudspeakers with upstream channel modulators synchronized by means of a pilot tone according to / 1 /, characterized in that the spatial tone signal is in the two-channel, low-frequency Channel multiplex transmission and playback with synchronized modulators brought into spatial signal position and then channel modulators synchronized in opposite directions is supplied, whereupon the reproduction in the manner of / 1 / can be made.
Dieses Verfahren (Eidophonie Typ A) /1/, /2/, /3/ übermittelt die Basis- (B) und Raumir.formation (R') im Frequenzmultiplex.This procedure (Eidophonie Type A) / 1 /, / 2 /, / 3 / transmits the Base (B) and spatial information (R ') in frequency division multiplex.
Wenn das benutzte Drehmikrophon eine Richtcharakteristik erster Ordnung besitzt und mit einer Umlauffrequenz von 38 kHz rotiert, umfaßt das Raumtonsignal (B + R') den Frequenzbereich von 30 Hz bis 53 kHz. Seine Übertragung bereitet über FM-UKW-Sender keinerlei Schwierigkeiten. Die Zerlegung des Raumtonsignals ins Kanalmultiplex führt auf drei Niederfrequenzspannungen (B, R+ , R gemäß Figur la, von denen die beiden, die aus dem Raumsignal R' abgeleitet werden, sich in ihrer Phasenlage um den doppelten Schalleinfallswinkel voneinander unterscheiden. Die drei Tonfrequenzspannungen lassen sich im Vektordiagramm (Fig. 18) darstellen. Diese Darstellung macht deutlich, daß der Schalleinfallswinkel die Phasenlage der drei Spannungen zueinander bestimmt, daß die Schalleinfallsrichtung dann unverzerrt übertragen wird, wenn lineare Phasen- und Amplitudenverzerrungen dieser drei Tonspannungen bei gleicher Frequenz gleich sind. Dies ist dann von Bedeutung, wenn beispielsweise eine Preemphasis oder eine Dynamikkompression des Raumtonsignals vorgenommen werden soll oder aber im Raumsignalbereich R Phasenverzerrungen (z. B. bei magnetischer Aufzeichnung) befürchtet werden müssen. In solchen Fällen empfiehlt sich die Ubertragung des Raumtonsignals im Kanalmultiplex.If the rotary microphone used has a first order polar pattern and rotates at an orbital frequency of 38 kHz, comprises the spatial tone signal (B + R ') the frequency range from 30 Hz to 53 kHz. Its transmission is preparing over FM-VHF transmitter no trouble whatsoever. The decomposition of the spatial tone signal into channel multiplex leads to three low-frequency voltages (B, R +, R according to Figure la, of which the both, which are derived from the room signal R ', change their phase position differentiate the double sound angle of incidence from each other. The three audio frequency voltages can be shown in the vector diagram (Fig. 18). This illustration makes it clear that the sound angle of incidence determines the phase position of the three voltages to one another, that the direction of sound incidence is transmitted undistorted if linear phase and amplitude distortions of these three tone voltages at the same frequency are the same are. This is important if, for example, a pre-emphasis or a Dynamic compression of the spatial tone signal or phase distortions in the spatial signal range R (e.g. with magnetic recording) must be feared. In such cases It is recommended to transmit the spatial tone signal in channel multiplex.
Die Speicherung des Raumtonsignals kann sowohl im Frequenz- als auch im Kanalmultlplex erfolgen. Bei Tonbandaufzeichnungen wird man i. a. das Kanalmultiplex vorziehen, weil Mehrspurgeräte (z. B. 4-Kanalgeräte) mit gleichen Phasen- und Frequenzgängen in allen Kanälen heute in der Studiotechnik verbreitet sind.The storage of the spatial tone signal can be in frequency as well as take place in the duct multiplex. With tape recordings one will i. a. the channel multiplex preferable because multi-track devices (e.g. 4-channel devices) with the same phase and frequency responses are widespread in all channels in studio technology today.
Für die Schallplattenaufzeichnung bietet sich zunächst die Übertragung im Frequenzmultiplex (Originalraumtonsignal) an, da hier drei Niederfrequenzkanäle zur vollständigen Übertragung im Kanalmultiplex nicht zur Verfügung stehen. Die Schallplattenübertragung von hohen Frequenzen (bis 53 kHz) ist heute zwar möglich, jedoch unbefriedigend, weil dieses Verfahren zu teure und störanfällige Abspieleinrichtungen (Tonabnehmer, Tonabnehmernadeln) voraussetzt und weil die Abtastung höherer Frequenzen (über 20 kHz) infolge zunehmender Beschleunigungskräfte höheren Verschleiß der Schallplatte bedingt. Im Hinblick auf die weltweite Verbreitung der zweikanaligen Schallplatte wäre eine zweikanalige Ubertragung des Raumtonsignals wünschenswert.The first option for recording the record is transmission in frequency division multiplex (original room sound signal), as there are three low-frequency channels are not available for complete transmission in the channel multiplex. the Record transmission of high frequencies (up to 53 kHz) is possible today, however, unsatisfactory because this method is too expensive and prone to failure playback devices (Pickup, pickup needles) and because the scanning of higher frequencies (over 20 kHz) as a result of increasing acceleration forces, greater wear and tear on the record conditional. With regard to the worldwide distribution of the two-channel record a two-channel transmission of the spatial sound signal would be desirable.
Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Tonspannungen der Fig. 1b nach Art von Fig. 1c zusammengefaßt werden, so daß die + + Spannungen R1, R2 entstehen: + Gl. 1 g = B cos a + R cos (a - t) + K2 = B cos a + R cos (a +?) --2 mit P 19 kHz Pilotton a = ot + a Tonfrequenz Die Gewinnung der Raumsignalanteile R-# # und R+y aus dem Raumtonsignal mag dabei,wie in Fig. 1a skizziert,vorgenommen worden sein. P ist der 19 kHz Pilotton, der die Synchronisation von Aufnahme- und Wiedergabemodulation (/1/, /3/) übernimmt und z. B.According to the invention this is done in that the sound voltages of the Fig. 1b are summarized in the manner of Fig. 1c, so that the + + voltages R1, R2 arise: + Eq. 1 g = B cos a + R cos (a - t) + K2 = B cos a + R cos (a +?) --2 with P 19 kHz pilot tone a = ot + a tone frequency The extraction of the Spatial signal components R- # # and R + y from the spatial sound signal may be carried out as sketched in FIG. 1a have been. P is the 19 kHz pilot tone that synchronizes the recording and Playback modulation (/ 1 /, / 3 /) takes over and z. B.
mit ca. -20 bis -30 dB unter Vollaussteuerung übertragen wird.is transmitted with approx. -20 to -30 dB under full modulation.
K1 und K2+ werden wie die A-B-Signale der herkömmlichen Zweikanalstereophonie (Tonband, Schallplatte) behandelt. Nach Summenbildung (K+ + K2+) löschen die beiden Pilottonanteile einander aus, nach der Differenzbildung addieren sie sich. Die Splittung des Pilottons hat den Vorteil, daß bei geringen Phasenunterschieden beider Übertragungskanäle ein Ausgleich stattfindet.K1 and K2 + become like the A-B signals of conventional two-channel stereo (Tape, record). After adding up (K + + K2 +), the two delete Pilot tone components from each other, after the difference they add up. The splitting the pilot tone has the advantage that with small phase differences between the two transmission channels compensation takes place.
Die beiden Tonspannungen K1+ und K2 können zweikanalig übertragen und gespeichert werden. Vor-ihrer zweikanaligen intensitätsstereophonen Wiedergabe muß erneut ihre Linearkombination vorgenommen werden; bei Schallplattenabtastung geschieht dies bekanntermaßen durch die 450-Stellung der Abtastsysteme. Durch Linearkombination folgt: Gl. 2 K+ + K+ = 2 B cos a + 2 R cos a cos -1 -2 K1+ + K2+ 2 2 = B cos a (1 (1 + K cos#) K1+ - K2+ = R{cos (a - #) - cos (a + #)} + 2P K1+ - K2+ = R sin a . sin # + @ 2 = R sin a . sinf + mit K = R/B Wenn der Pilotton herausgefiltert wird, ist die Pegeldifferenz dieser beiden Kanalspannungen: 1 + K cos# Gl. 3 #L1+2/1-2 = 20 lg K . sin# Wenn man den Pilotton P nur der Spannung K2+ zusetzt, wird P bei der Wiedergabe für einen Abhörplatz genau zwischen den Lautsprechern kompensiert.The two audio voltages K1 + and K2 can be transmitted in two channels and saved. Before their two-channel intensity stereophonic reproduction their linear combination must be made again; when scanning records As is known, this is done by the 450 position of the scanning systems. By linear combination follows: Eq. 2 K + + K + = 2 B cos a + 2 R cos a cos -1 -2 K1 + + K2 + 2 2 = B cos a (1 (1 + K cos #) K1 + - K2 + = R {cos (a - #) - cos (a + #)} + 2P K1 + - K2 + = R sin a. sin # + @ 2 = R sin a. sinf + with K = R / B If the pilot tone is filtered out, is the level difference between these two channel voltages: 1 + K cos # Eq. 3 # L1 + 2 / 1-2 = 20 lg K. sin # If the pilot tone P is only added to the voltage K2 +, When playing back, P becomes for a listening position exactly between the loudspeakers compensated.
Beide Kanalspannungen K1+2, K1-2+ weisen immer eine Phasenverschiebung von 900 gegeneinander auf entsprechend der Verschiebung zwischen Sinus- und Cosinus-Funktion (Gl. 2). Ihr Spannungsverhältnis ist bei gegebenem K (Aufnahmeparameter) nur von der Schalleinfallsrichtung abhängig. Bis auf die 900 -Phasenverschiebung beider Kanäle ist diese Technik mit der Intensitätsstereophonie kompatibel. Für K = 1 ergibt sich beispielsweise eine um ç = 900 symmetrische Kennlinie, die bei # = 100 bzw. 1700 Pegelunterschiede von + 20 dB erreicht. Im Winkelbereich + 600 ist die Kennlinie bemerkenswert gerade. Die rückwärtige Hörszene wird natürlich in die vordere gespiegelt. Für größere Werte von K (z. B.Both channel voltages K1 + 2, K1-2 + always show a phase shift from 900 against each other to according to the shift between the sine and cosine functions (Eq. 2). At a given K (recording parameters), their stress ratio is only of depending on the direction of sound incidence. Except for the 900 phase shift of both Channels, this technique is compatible with intensity stereophony. For K = 1 results For example, a characteristic curve that is symmetrical by ç = 900, which at # = 100 resp. 1700 level differences of + 20 dB reached. The characteristic curve is in the angular range + 600 remarkably straight. The rear listening scene is of course mirrored in the front. For larger values of K (e.g.
1,5 oder 2) wird die Hörszene schmaler und ihre Mitte rückt zu kleineren Winkeln, z. B. 700. Gleichzeitig finden an Stelle einer drei Spiegelungen statt.1.5 or 2) the listening scene becomes narrower and its center becomes smaller Angles, e.g. B. 700. At the same time, three reflections take place instead of one.
Die konstante Phasenverschiebung von 90° bedingt wahrscheinlich eine gewisse Räumlichkeit besonders des Mitteneindrucks, die -wenn sie nicht erwünscht sein sollte - durch Einsatz von Phasenschiebern zur Rückdrehung im Bereich von 500 Hz bis 1 kHz vermieden werden kann. Dies läßt sich z. B. durch den Einbau jeweils eines Phasenschiebers in jeden Kanal erzielen, die allerdings mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen (z. B. 500 Hz, 1 kHz) ausgerüstet werden müssen. Die einkanalige Wiedergabe der Spannung (K1+ - K2+) ist mit der zweikanaligen Stereowiedergabe kompatibel, weil sie in Szenenmitte (#= 9o°) am größten ist, weswegen bei Herstellung von monokompatiblen eidophonischen Aufnahmen (Schallplatten) die beiden Tonspannungen aus K1 und K2 gebildet werden sollten (Fig. 1d): + + + -1 K2 = -2 (K1 - K2' = QK+1 + K2+) einkanalige Wiedergabe K1 = B cos a + R cos (a -)O) K2 = - B cos a - R cos (a +#) Die eidophonische Wiedergabe analog dem in /1j beschriebenen Verfahren wird durch die Schaltungen nach Fig. 2 ermöglicht. Jede der Spannungen K+, K2+ wird zunächst, nachdem der Pilotton P herausgefiltert wurde, mit der Umlauffrequenz # der Drehcharakteristik multipliziert, wobei nach /1/ der Pilotton zur Synchronisation der Modulatoren dient. Dies kann z. B. in bekannter Weisemit einer PLL-Schaltung geschehen. Am Ausgang der Modulatoren stehen die Signale u. a. in Raumsignallage zur Verfügung.The constant phase shift of 90 ° probably causes a certain spatiality, especially of the center impression, which - if it should not be desired - can be avoided by using phase shifters for reverse rotation in the range from 500 Hz to 1 kHz. This can be z. B. can be achieved by installing a phase shifter in each channel, which must, however, be equipped with different cut-off frequencies (e.g. 500 Hz, 1 kHz). The single-channel reproduction of the voltage (K1 + - K2 +) is compatible with the two-channel stereo reproduction because it is greatest in the middle of the scene (# = 90 °), which is why the two sound voltages are formed from K1 and K2 when making monocompatible eidophonic recordings (records) should (Fig. 1d): + + + -1 K2 = -2 (K1 - K2 '= QK + 1 + K2 +) single-channel playback K1 = B cos a + R cos (a -) O) K2 = - B cos a - R cos (a + #) The eidophonic playback analogous to the method described in / 1j is made possible by the circuits according to FIG. Each of the voltages K +, K2 +, after the pilot tone P has been filtered out, is multiplied by the rotational frequency # of the rotary characteristic, with the pilot tone serving to synchronize the modulators according to / 1 /. This can e.g. Be done in a known manner with a PLL circuit. At the output of the modulators, the signals are available in the room signal position, among other things.
Anders als bei der Eidophonie Typ A /1/ sind jetzt in Raumsignallage
auch Anteile des Basissignals enthalten. Beide Spannungen gelangen über Filter zu
Richtungsmodulatoren, die jedem Lautsprecherkanal zugeordnet sind /1/: Jedem Lautsprecherkanal
werden über zwei gegenläufig modulierte Kanaldemodulatoren die in Raumsignallage
transponierten Spannungen K+ und K2+ zugeführt. Die Kanalmodulatoren der Fig. 2a
wurden der Einfachheit halber als Vierquadrantenmultiplizierer angenommen. Außerdem
wird jedem Kanal die Summe der Spannungen K1+, K2 hinzugefügt. Für die Lautsprecherbelegungsfunktion
(sie beschreibt die Wertung der Tonspannung in Abhängigkeit vom Schalleinfallswinkel
)folgt schließlich nach Tiefpaßfilterung (fg = 16 kHz):
Die Klammerausdrücke der Gleichungen 5a/b beschreiben jeweils die Belegungsfunktion der Lautsprecher. Ein Beispiel zeigt Fig.The brackets in equations 5a / b each describe the Occupancy function of the loudspeakers. An example is shown in Fig.
3a für ß = o. Anders als bei der in /1/ beschriebenen Eidophonie "Typ A" ist jetzt die Stärke der Lautsprecherbelegungsfunktion auch vom Kanalwinkel abhängig, so daß die Wiedergabe der Schalleinfallsrichtungen von den Richtungen Im Wiedergaberaum abhängig wird; beispielsweise wird die Schalleinfallsrichtung # = 1800 bei K = 1 überhaupt nicht wiedergegeben. Außerdem ist die Hörszene zur Mitte hin leicht zusammengezogen.3a for ß = o. Unlike the Eidophonie "type described in / 1 / A "the strength of the loudspeaker occupancy function is now also dependent on the channel angle, so that the reproduction of the directions of sound incidence from the directions in the reproduction room becomes dependent; for example, the direction of sound incidence becomes # = 1800 when K = 1 not reproduced at all. In addition, the listening scene is slightly contracted towards the middle.
Für die volle Kompatibilität zweikanaliger und eidophoner Wiedergabe ist es wünschenswert, daß die Mitte der Hörszene in beiden Wiedergabearten übereinstimmt.For full compatibility of two-channel and eidophonic playback it is desirable that the center of the listening scene coincides in both modes of reproduction.
Bei monophoner und zweikanaliger Wiedergabe ist die Mitte durch 9 = 900 gekennzeichnet. Bei eidophoner Wiedergabe gemäß Cl. 5a würde dann zur Hörszenenmitte (# = = 900) keine Amplitudensymmetrie mehr bestehen (vgl. Fig. 3), d. h. rechts und links zur Mitte postierte Schallquellen würden verschieden laut wiedergegeben.With monophonic and two-channel playback, the middle is through 9 = 900 marked. With eidophonic reproduction according to Cl. 5a would then be in the middle of the listening scene (# = = 900) there is no longer any amplitude symmetry (cf. FIG. 3), i. H. to the right and sound sources positioned to the left of the center would be reproduced at different levels.
Diesem Mangel könnte man leicht durch entsprechende Placierung der Schallquellen begegnen, was jedoch für die Raumechos nicht möglich ist. Eine bessere Korrektur ist dadurch möglich, daß man gemäß Fig. 2b bei eidophoner Wiedergabe die Phase (ß) der 38 kHz-Schwingungen ändert, die man den Raumtonmodulatoren zuführt. Wenn man z. B. eine Phasenverschiebung von jeweils 900 vorsieht, wird die Symmetrie der Hörszene um 900 voll gewahrt (vgl. Fig. 3b).This deficiency could easily be remedied by placing the Encounter sound sources, but this is not possible for the room echoes. A better Correction is possible in that, as shown in FIG Phase (ß) of the 38 kHz oscillations that are fed to the room tone modulators changes. If you z. B. provides a phase shift of 900 each, the symmetry the listening scene around 900 fully preserved (see. Fig. 3b).
Die hier vorgeschlagene zweikanalige Übertragung läßt sich auch dann anwenden, wenn gemäß /1/ zwei Ebenen abgetastet und im Ebenenzeitmultiplex wiedergegeben werden, da bei der Verschlüsselung des Raumsignals R' für die Spannungen K1, 4 keine besonderen Einschränkungen gemacht wurden. An die Ausgänge der beiden Raumtonmodulatoren ist je ein Kurzzeitspeicher anzuschließen, dessen Ausgänge abwechselnd mit den Ausgängen der Raumtonmodulatoren über die Ebenenumschalter mit den Richtungsmodulatoren der beiden Ebenen verbunden werden, vgl. Fig. 2c. Der Demodulatoraufwand vergrößert sich naturgemäß.The two-channel transmission proposed here can then also be used apply if scanned according to / 1 / two planes and reproduced in plane time division multiplex because when the room signal R 'is encrypted for the voltages K1, 4 no special restrictions were made. To the outputs of the two room tone modulators a short-term memory must be connected, the outputs of which alternate with the outputs the spatial tone modulators via the level switch with the directional modulators of the both levels are connected, see Fig. 2c. The demodulator effort increases naturally.
/1/ Patentanmeldung P 2 616 665.4 /2/ Fortschritte der Akustik, DAGA 76 Heidelberg, S. 483 /3/ NTG-Tagung "Hörrundfunk", Düsseldorf 1976/ 1 / Patent application P 2 616 665.4 / 2 / Advances in acoustics, DAGA 76 Heidelberg, p. 483/3 / NTG conference "Hörrundfunk", Düsseldorf 1976
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-
1976
- 1976-12-31 DE DE19762659757 patent/DE2659757C2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
"Fortschritte der Akustik", DAGA 76, Heidelberg, S.483 * |
In Betracht gezogene ältere Anmeldung: DE-PS 26 16 665 * |
NTG-Tagung "Hörrundfunk", Düsseldorf 1976 * |
Also Published As
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DE2659757C2 (en) | 1986-11-06 |
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