DE2711083C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Aufbereitungsgerät für in elektrische Signale umgewan­ delte akustische Signale nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Aus der US-PS 35 44 694 ist eine Aufbereitungsschal­ tung bekannt geworden, durch welche die Wellenform und andere Charakteristiken von Tonsignalen eines Mu­ sikinstruments geändert werden können, z.B. im Sinne einer Verbesserung der Klangfarbe oder der unge­ dämpften Nachhallzeit von Schlaginstrumenten. Die einstufige Schaltung wird durch sehr kleine Signalab­ weichungen in jeder Richtung zur Sättigung gebracht.

Aus der US-PS 28 66 849 ist ein Gerät zur Verbesse­ rung von Musik und Sprache bekannt, bei dem ein Ton­ frequenzsignal in zwei Signalkanäle gespalten wird und das Signal in dem einen Kanal zur Erzeugung von Har­ monischen von über 3 kHz liegenden Frequenzen auf­ einanderfolgend durch einen Verstärker, ein 3 kHz-Hoch­ paßfilter, einen Oberwellenerzeuger, ein 6 kHz-Hoch­ paßfilter und einen Verstärker hindurchgeschickt wird. Anschließend wird dieses Signal entweder elek­ trisch oder akustisch mit dem Signal im anderen Kanal wieder zusammengebracht. Es werden Harmonische von den über 3 kHz liegenden Frequenzen erzeugt, d. h. dem Lautsprecher werden zusätzlich Töne von über 6 kHz zugeführt. Wie in Spalte 3, Zeilen 45 bis 50 dieser Patentschrift festgestellt wird, ergibt sich bei dieser Be­ triebsart folgendes Problem: Wenn der Pegel der zuge­ mischten hochfrequenten Signale nicht hoch genug ist, dann ergibt sich nur ein geringer Effekt oder gar kein Effekt. Ist jedoch der Pegel zu hoch, dann lenken die zugemischten Bestandteile von der eigentlichen Musik oder Sprache ab. Dies hat also zur Folge, daß die Schal­ tung nicht universell einsatzfähig ist und zwar je nach der Orchesterzusammensetzung und Lautstärke der In­ strumente, z. B. Schlaginstrumente im Vergleich zu Kla­ rinetten.

Aus der US-PS 28 52 604 ist ein Tonwiedergabegerät bekannt, bei welchem ein elektrisches Monosignal in zwei Kanäle aufgeteilt wird und das Signal im einen Kanal durch eine Zeitverzögerungseinrichtung hin­ durchgeleitet wird. Die beiden Signale werden dann von getrennten Lautsprechern umgewandelt.

Aus der US-PS 32 19 757 ist ein Tonwiedergabegerät bekannt, in welchem ein elektrisches Monosignal in zwei Kanäle aufgeteilt wird und das Signal im einen Kanal durch eine nichtlineare frequenzabhängige Pha­ senverzögerungsschaltung hindurchgeführt wird. Die beiden Signale werden dann auf zwei verschiedene Art und Weisen gemischt. Es soll dabei die Illusion eines stereophonen Hörens erzeugt werden. Eine Qualitäts­ verbesserung durch Beimischung von Harmonischen, welche auf der Übertragungsstrecke teilweise verloren gehen, ist nicht beabsichtigt und möglich.

Aus der US-PS 35 60 656 ist ein Tonwiedergabegerät bekannt, bei welchem ein elektrisches Monosignal in zwei Signalkanäle aufgeteilt wird, wobei das Signal im einen Kanal durch eine Phasenänderungsschaltung hin­ durchgeleitet wird. Die beiden Signale werden dann durch getrennt voneinander angeordnete Lautsprecher in Töne umgewandelt. Die von den Lautsprechern aus­ gehenden Töne haben die gleichen Amplituden.

Andere Beispiele elektronischer tonerzeugender Ge­ räte sind aus den US-Patentschriften 28 66 849, 29 53 644, 31 27 476, 35 91 699, 37 23 633, 37 45 254, 38 19 861, 38 28 133 und 38 90 466 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur Verbesse­ rung von Musik und Sprache durch Erhöhung des An­ teils von Harmonischen vorzuschlagen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Der Unteranspruch beschreibt eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform.

Gegenüber der Schaltung nach der US-PS 28 66 849 ergeben sich durch die neue Lösung wesentliche Vortei­ le. Bei der bekannten Schaltung durchläuft das Signal für den Hilfskanal erst ein 3 kHz-Hochpaßfilter, bevor es zu der Harmonischen-Erzeugerschaltung kommt, d.h. alle Grundfrequenzen werden ausgeschaltet. Dem­ gegenüber werden bei der neuen Lösung alle Frequen­ zen über 200 Hz verarbeitet. Weiterhin schneidet das 6 kHz-Hochpaßfilter alle Signale unter 6 kHz ab. Dem­ gegenüber enthält bei der Erfindung das Signal im zwei­ ten Kanal alle Grundwellen mit der 1. Harmonischen und die Oberwellen.

Die anderen bekannten Schaltungen verfolgen einen anderen Zweck, z.B. Änderung des Timbre und Verlän­ gerung der Hallzeit von Schlagtönen wie die US-PS 35 44 694 oder Erzeugung eines scheinbaren Stereoto­ nes aus einer Monoaufnahme wie bei der US-PS 32 19 757, so daß diese mit dem neuen Aufbereitungsge­ rät nicht verglichen werden können.

Die Erregerschaltung bei dem neuen Aufbereitungs­ gerät kann auf der Basis eines Hochpaßfilters und eines Harmonischenerzeugers aufgebaut sein. Der Harmoni­ schenerzeuger bzw. Oberwellenerzeuger ist so ausge­ bildet, daß er in niedriger Ordnung ungerade und gera­ de Harmonische von Frequenzen erzeugt, deren Ampli­ tuden über einem vorgewählten Schwellenwert liegen. Es sind zwei Arten von Erregerschaltungen bevorzugt. Die eine Ausführungsform enthält Vakuumröhren, wäh­ rend die andere Ausführungsform Festkörperbauele­ mente verwendet.

Der Grad der Dämpfung des erregten Signals hängt von dem Typ der Tonfrequenzinformation ab, welche verarbeitet werden soll, und vom Endverbrauch der elektronisch verarbeiteten Information. In den meisten Fällen sind die zu verarbeitenden Töne Musiktöne oder Sprachtöne. Das erregte Signal wird dann auf etwa zwi­ schen 20% und 70% der Amplitude des unveränderten Signals gedämpft. Es hat sich herausgestellt, daß der Klang, welcher gemäß der Erfindung elektronisch ver­ arbeitet wird, eine verbesserte Qualität, Klarheit, Ver­ ständlichkeit, Präsenz, Tiefe und Wirklichkeitsnähe auf­ weist.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispie­ les der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungs­ beispieles der Erfindung;

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Schaltung, welche in den Fig. 1 und 2 zur Anwendung kommt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der frequenzab­ hängigen Phasenverschiebungscharakteristik der Schal­ tung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Zweikanalgerätes, welches bei der Erfindung zur Anwendung kommt;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform für die Schal­ tung, welche in den Fig. 1 und 2 zur Anwendung kommt;

Fig. 7 eine Kurvendarstellung der Übertragungsfunk­ tion eines Oberwellenerzeugers in der Fig. 6 und

Fig. 8 eine Kurvendarstellung des Verstärkungs- und Phasenverlaufs des Signals, welches vom Hochpaßfilter in der Fig. 6 kommt.

Eine Quelle 11 für ein elektrisches Monosignal kann ein Mikrophon, eine Rundfunk- und Verstärkerkombi­ nation, ein Tonabnehmer eines Schallplattengerätes oder ein Magnettonkopf, welcher mit einem Magnet­ band zusammenwirkt oder irgendeine andere Einrich­ tung sein, die ein elektrisches Monosignal erzeugt. Der Ausgang der Quelle 11 ist an einen Verstärker 13 ange­ schlossen und wird dann in zwei verschiedene Signal­ kanäle 15 und 17 aufgeteilt. Das Signal durch den zweiten Kanal 17 gelangt durch eine Erregerschaltung 19 und ein Amplitudendämpfungsglied 21 zu einer Mischschal­ tung 20, wo es mit dem Signal aus dem ersten Kanal 15 vereinigt wird. Das kombinierte Signal durchläuft einen Verstärker 23 zu einem elektro-akustischen Wandler 25, z.B. einem Lautsprecher. Die Erregerschaltung 19 ent­ hält ein Hochpaßfilter und einen Oberwellenerzeuger. Der Oberwellenerzeuger ist so beschaffen, daß er Har­ monische niedriger Ordnung erzeugt für Frequenzen, die einen vorbestimmten Schwellenwert, welcher durch das Hochpaßfilter bestimmt ist, überschreiten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das Signal, das im zweiten Kanal 17 aus dem Dämpfungs­ glied 21 kommt, durch einen Verstärker 27 einem Wandler 29 zugeführt. Das Signal im ersten Kanal 15 gelangt durch den Verstärker 23 in den Wandler 25.

In der Fig. 3 ist schematisch ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel der Erregerschaltung 19 darge­ stellt. Diese besteht im wesentlichen aus sechs Trioden, einem Filter, einer Signaltrennschaltung, zwei Brücken­ schaltungen und verschiedenen Hilfskomponenten. Ein elektrisches Monosignal an der Eingangsklemme 51 ge­ langt über einen Koppelkondensator 53 zu einem Si­ gnalltrennetzwerk 55, welches aus einem Potentiometer 57 und zwei Festwiderständen 59 und 61 besteht.

Der Teil des Signals, der durch den Festwiderstand 61 gelangt, wird in zwei Kanäle 63 und 65 aufgeteilt. Das Signal Kanal 63 gelangt durch ein Hochpaßfilter 67 an das Gitter einer Triode 72. Das Hochpaßfilter 67 besteht aus einer Diode 69, einem Widerstand 71 und zwei Kon­ densatoren 75. Von dem Hochpaßfilter 67 werden be­ stimmte Grundfrequenzen von dem auf das Gitter der Triode 72 geschalteten Signal abgetrennt. Die Anode der Triode 72 ist mit dem Gitter einer Triode 73 über einen Koppelkondensator 74 verbunden. Die Anode der Triode 73 ist über einen Kondensator 77 mit einer Aus­ gangsklemme 76 der Erregerschaltung 19 verbunden. Die Triode 72 besitzt einen Gitterableitwiderstand 79, einen Kathodenwiderstand 81 und einen Masseleiter 83. In gleicher Weise enthält auch die Triode 73 einen Git­ terableitwiderstand 85, einen Kathodenwiderstand 87 und einen Masseleiter 89. Demzufolge gelangt das Si­ gnal im Kanal 63 durch das Hochpaßfilter 67 an das Gitter der Triode 73. Der Ausgang der Triode 73 ist auf die Ausgangsklemme 76 geschaltet.

Der Signalteil, welcher durch den Kanal 65 geleitet wird, gelangt durch ein Filter 91 an das Gitter der Trio­ de 93, deren Anode mit dem Gitter einer Triode 95 verbunden ist.

Der Signalteil, welcher durch den Festwiderstand 59 geleitet wird, ist auf das Gitter einer Triode 97 geschal­ tet. Der Ausgang der Triode 97 liegt über einen Koppel­ kondensator 99 an dem Gitter der Triode 72. Da dieses Signal durch die Triode 97 hindurchgegangen ist, besitzt es eine 180°-Phasenumkehr gegenüber dem über das Hochpaßfilter 67 zugeführten Signal. Demzufolge sind die beiden Signale an dem Gitter der Triode 72 vollstän­ dig außer Phase miteinander.

Auf das Gitter der Triode 97 ist eine induktive Schal­ tung 101 aufgeschaltet, welche die Phasenschleife dar­ stellt und die ein Paar identischer Induktivitäten 103 und 105 sowie einen Widerstand 107, eine Diode 109, einen Widerstand 111, einen Kondensator 113 und einen Mas­ senleiter 115 enthält. Diese induktive Schaltung ist au­ ßerdem an das Gitter einer Triode 117 angeschlossen.

Die Versorgungsspannung für die Schaltung ist von einer Klemme 119 auf ein Filter 121 geschaltet, das Wel­ ligkeitsanteile aus der Versorgungsspannung ausfiltert. Sie wird dann in drei Zweige aufgespalten. Der erste Zweig 123 liefert die Anodenspannung für die Triode 97 und für die Triode 117 über Anodenwiderstände 125 und 127. Der zweite Zweig 129 liefert die Spannung für Brückenschaltungen 131 und 133. Die Brückenschaltung 131 besteht aus Widerständen 135, 137, 139, 141 und einer Diode 143. Die Brückenschaltung 133 besteht aus Widerständen 145, 147, 149, 151 und einer Diode 153. Der Ausgang der Brückenschaltungen 131 und 133 am Verbindungspunkt 155 ist auf das Gitter der Triode 117 geschaltet. Ein Verbindungspunkt 159 der Brücken­ schaltung 131 ist mit der Anode der Triode 72 verbun­ den. Ein Verbindungspunkt 161 der Brückenschaltung 133 ist mit der Anode der Triode 73 verbunden.

Die Erregerschaltung 19 enthält ferner Kathodener­ dungsschaltungen 163 und 165.

Eine Tonfrequenzaufzeichnung, welche die frequenz­ abhängige Phasenverschiebung und Verstärkung der Erregerschaltung 19 zeigt, ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Schaltung 19 bewirkt eine lineare frequenzabhängi­ ge Phasenverschiebung von etwa 360° über einen Fre­ quenzbereich von etwa 100 Hz bis 22 kHz mit einer Verstärkung ±5 db über einen Frequenzbereich von 200 Hz bis wenigstens 22 kHz. Der Punkt mit Null Pha­ senverschiebung liegt bei etwa 2 kHz. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Schaltung 19 oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes Frequenzen hindurchläßt und gerade und ungerade phasenverschobene amplitu­ denabhängige Harmonische niederer Ordnung dieser hindurchgegangenen Frequenzen erzeugt.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild 400 zur Verarbeitung von elektrischen Stereosignalen in zwei Kanälen. Das Gerät 400 enthält im wesentlichen zwei Verarbeitungs­ kanäle, nämlich einen Kanal 401 und einen Kanal 402 sowie einen Monitor 403. Die beiden Kanäle 401 und 402 sind im wesentlichen identisch. Im Kanal 402 ge­ langt ein elektrisches Monosignal von einer äußeren, nicht näher dargestellten Quelle zu einem Eingang 420. Dies ist ein aktiver Übertrager. Das vom Eingang 420 kommende Signal wird in drei Teile aufgeteilt. Ein erster Signalteil wird einer Schaltervorrichtung 422 zugeführt, welche mit einem Pufferverstärker 423 einer Ausgangs­ stufe 424 verbunden ist. Über dieser Strecke befindet sich das Signal im Bypaßmodus. Die Ausgangsstufe 424 enthält ferner eine Verstärkungseinstellung 425 sowie einen Ausgangstransformator 426. Ein zweiter Signal­ teil wird in eine Eingangsschaltereinrichtung 427 im Monitor 403 eingegeben. Der dritte Signalteil wird in einen Begrenzungsverstärker 441 geleitet, welcher eine Begrenzungsverstärkersteuerung 443, eine Schwellen­ wertsteuerung 445 sowie einen Verstärker 447 aufweist. Das aus dem Verstärker 447 kommende Signal wird an eine Anzeigeschaltung 451 sowie an eine Erregerschal­ tung 461, welche der Erregerschaltung 19 der Fig. 1 und 2 entspricht, weitergeleitet. Der Ausgang der Erreger­ schaltung 461 wird an einen Verstärker 463 geliefert, welcher das Signal auf einen derartigen Pegel wieder anhebt, daß Verluste, welche während des Hindurchlei­ tens durch die Erregerschaltung 461 entstanden sind, ausgeglichen werden. Der Ausgang des Verstärkers 463 wird über ein Dämpfungsglied 465 in die Schalterein­ richtung 422 weitergeleitet, durch welche die verschie­ denen Betriebszustände geschaltet werden können. Bei einem dieser Betriebszustände liegt nur ein erregtes Si­ gnal an dem Verstärker 423. In einem anderen Betriebs­ zustand wird ein gemischtes Signal, das aus einem rei­ nen Signal und einem zugemischten und gedämpften Signal besteht, in den Verstärker 423 eingegeben. Auf diese Weise kann das von der Ausgangsstufe 424 kom­ mende Signal so ausgewählt werden, daß es entweder das originale reine Signal, das erregte phasenverschobe­ ne Signal oder eine Mischung des originalen Signales ist. Der als Kanal B bezeichnete Kanal 402 enthält noch eine Schaltereinrichtung 467, einen Verstärker 469 und eine Anzeigeeinrichtung 471.

Der Monitor 403 enthält eine Ausgangsstufe 473 und eine Pegeleinstellstufe 475.

Im Kanal 401, der auch als Kanal A bezeichnet ist, entsprechen die Bauelemente 520, 522, 523, 524, 525, 526, 541, 543, 545, 547, 551, 561, 563, 565, 567, 569 und 571 den Bauelementen 420, 422, 423, 424, 425, 426, 441, 443, 445, 447, 451, 441, 443, 445, 447, 449 bzw. 471 im Kanal 402.

Wie schon erwähnt, kann das Gerät 400 mit einem oder mit beiden Kanälen verwendet werden, insbeson­ dere auch bei der Tonaufzeichnung und Wiedergabe sowie bei der Tonverstärkung.

In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erreger­ schaltung in Festkörperbauweise dargestellt. Die Schal­ tung enthält ein Filter 621 und einen einstellbaren Ver­ stärker 623, dessen Eingang mit dem Ausgang des Fil­ ters 621 gekoppelt ist. Außerdem enthält die Schaltung einen Oberwellenerzeuger 625, dessen Eingang mit dem Ausgang des einstellbaren Verstärkers 623 gekoppelt ist.

Das Filter 621 ist als zweipoliges, langsam dämpfen­ des Butterworth-Hochpaßfilter ausgebildet. Es enthält zwei Kondensatoren 629 und 631 sowie ein Wider­ standspaar 633 und 635 und außerdem einen Opera­ tionsverstärker 637. Die Frequenzen, welche durch das Filter 621 hindurchgehen, gelangen in den einstellbaren Verstärker 623. Dieser Verstärker bestimmt die Einstel­ lung des Pegels für das nächste Bauelement, nämlich den Oberwellenerzeuger. Der einstellbare Verstärker 623 enthält ein einstellbares Potentiometer 639, einen Operationsverstärker 640 und ein Widerstandspaar 641 und 642.

Der Oberwellenerzeuger 625 enthält eine Diode 643, ein einstellbares Potentiometer 645, einen Operations­ verstärker 647 und einen Widerstand 648. Der Oberwel­ lenerzeuger 625 verwendet die Spannungs/Stromcha­ rakteristik der Diode 643, um die Spitzen des ankom­ menden Signals an dem durch das Potentiometer 645 eingestellten Schwellenwert weich abzuschneiden. Durch das weiche Abschneiden der Spitzen werden Harmonische nur niedriger Ordnung gebildet. Indem man den Schwellenwert in geeigneter Weise einstellt, werden nur transiente Teile des Signals abgeschnitten. Indem man das Signal nur auf einer Seite abschneidet, werden sowohl ungerade als auch gerade Harmonische gebildet.

Die Übertragungsfunktion des Oberwellenerzeugers 625 mit Bauelementen, welche die vorstehenden Werte aufzeigen, ist in der Fig. 7 dargestellt. Die Verstärkung und die Phase des Signals, das vom Filter 621 ausgesen­ det wird, sind in der Fig. 8 dargestellt.

Claims (2)

1. Elektronisches Aufbereitungsgerät für in elektri­ sche Signale umgewandelte akustische Signale, bei dem das Tonsignal in zwei Signalkanäle gespalten wird, die jeweils für sich an einen elektrisch-akusti­ schen Wandler oder beide über eine elektrische Mischeinrichtung an einen gemeinsam elektrisch­ akustischen Wandler angeschlossen sind, wobei der Oberwellenanteil des Signals in einem der Signal­ kanäle erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Kanal (17) eine Oberwellen erzeugende Erregerschaltung (19), deren Ausgang pegelabhän­ gig ist, und die das Signal über einen Frequenzbe­ reich von etwa 100 Hz bis 22 kHz frequenzabhän­ gig um 360° phasenverschiebt, und ein daran ange­ schlossenes Amplitudendämpfungsglied (21), wel­ ches das den zweiten Kanal (17) verlassende Signal gegenüber dem den ersten Kanal (15) verlassende Signal dämpft, vorhanden sind.

2. Elektronisches Aufbereitungsgerät nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal im zweiten Kanal (17) um 20% bis 70% gegenüber dem Signal im ersten Kanal (15) gedämpft ist.