DE2728325A1

DE2728325A1 - Mehrkanal-schallwiedergabesysteme

Info

Publication number: DE2728325A1
Application number: DE19772728325
Authority: DE
Inventors: Michael Anthony Gerzon
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: CA1068219A; GB1548674A; FR2357135A1; US4139729A; DE2728325C2; FR2357135B1; DK288677A; JPS533802A; IT1107718B; CH627035A5; NL7706784A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schallwiedergabesysteme, die den Hörer in die Lage versetzen, Schall aus unterschiedlichen Schallquellen, verteilt über Azimut-Winkel von 360* zu unterscheiden und bezieht sich auch auf derartige Systeme, die es dem Hörer darüber hinaus ermöglichen, Schall aus Quellen in unterschiedlichen Höhen zu unterscheiden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Angabe eines Dekodierers für ein derartiges System, bei dem zumindest ein Teil des Dekodiervorganges durch die Art vorgenommen wird, in der die verschiedenen Lautsprecher mit den Ausgängen der Leistungsverstärker verbunden sind.

Schallwiedergabesysteme, bei denen die Dekodierung oder Matrizierung durch die Art und Weise vorgenommen wird, wie die AusgXnge der Leistungsverstärker angeschlossen sind, sind in Gerzon "Surround Sound from 2-Channel Stereo", Hi-Fi News, August 1970, Seite 1104 und Hafler, "2-Channel Quadrophony", Hi-Fi News, August 1970, Seite 1111 beschrieben. Bei diesen früheren Beschreibungen ist jedoch zumindest ein Satz von drei Lautsprechern vorhanden, bei denen eine Null-lineare Kombination

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ihrer Spannungen vorgesehen ist. Mit anderen Worten, die einem derartigen Satz von drei Lautsprechern zugeführten Signale sind nicht linear unabhängig voneinander, und es hat sich herausgestellt, daß eine derartige lineare Unabhängigkeit wünschenswert ist, wenn eine authentische Richtungs-Reproduktion erreicht werden soll. Gemäß der Erfindung wird ein Dekodierer für ein Umgebungsschall-Wiedergabesystem angegeben, das zumindest drei Leistungsverstärker, von denen jeder zur Erzeugung eines Ausgangssignales zwischen einem entsprechenden Paar von Leistungsausgangsklemmen angeordnet ist, und entsprechende Paare von Dekodierer-Ausgangsklemmen zur Verbindung mit einer Anzahl von Lautsprechern aufweist, die größer als die Anzahl der Leistungsverstärker ist, wobei die Dekodierer-Ausgangsklemmen entweder mit Dekodierer-Ausgangsklemmen von anderen Paaren oder mit Leistungsausgangsklemmen der Leistungsverstärker über elektrische Verbindungen mit im wesentlichen verschwindender Impedanz ver bunden sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß während der Wiedergabe von Umgebungsschall die bei jeder Gruppe von drei Paaren von Dekodiererausgangsklenunen erzeugten Spannungen linear unabhängig voneinander sind.

Der Terminus "linear unabhängig" bedeutet, daß, wenn V., V~ und V, die an drei beiliebigen Lautsprechern anliegenden Spannungssignale sind, es drei reelle von Null verschiedene Werte für a,, a_o und a, gibt« so daß stets die folgende Gleichung gilt:

A₁ V_{1 +}a₂ V₂.₊a₃V₃ = 0

Wendet »an die Erfindung auf Schal!wiedergabesysteme »it einem Feld von Lautsprecherpaaren an« so daß die Summe der den Laut sprechern jedes Paares zugeführten Signale die gleiche für sämtliche Paare ist, so kann der Dekodierer einen ersten Verstärker, der zur Aufnahme des Summensignales angeordnet ist« und einen entsprechenden zweiten Lautsprecher für jedes Paar von Laut sprechern aufweisen« der zur Aufnahme des Signales angeordnet ist, das eines der Lautsprecher des Paares zugeführt wird« wobei die

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erste Leistungsausgangsklemme jedes Verstärkers mit den jeweiligen anderen verbunden ist und das erste Paar von Dekodierer-Ausgangsklemmen für jedes Paar von Lautsprechern mit den Leistungsausgangsklemnen des entsprechenden zweiten Verstärkers und das zweite Paar von Ausgangsklemmen für jedes Paar von Lautsprechern mit den zweiten Leistungsausgangsklemmen des entsprechenden zweiten Verstärkers und der zweiten Leistungsausgangsklemme des ersten Verstärkers verbunden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung bei einer Lautsprecheranordnung, bei der die Anzahl von Lautsprechern gröBer als die Anzahl von Leistungsverstärkern ist, ist die eine der Dekodierer-Ausgangsklemmen des einen Paares mit der einen Leistungsausgangsklemme der jeweiligen Leistungsverstärker verbunden, eine der Dekodierer-Ausgangsklemmen von jedem der anderen Paare ist mit der anderen Leistungsausgangsklemme eines entsprechenden Leistungsverstärkers und die anderen Dekodierer—Ausgangsklemmen miteinander verbunden.

Wenn angegeben ist, daß zwei oder mehr Klemmen miteinander zu verbinden sind, so können sie selbstverständlich durch eine gemeinsame Kieme ersetzt werden.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang Bit rechteckigen und quaderförmigen Lautsprecheranordnungen und anhand der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer rechteckigen Lautsprecheranordnung und eines dazugehörigen Dekodierers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der

Anbringung von Lautsprechern bei einer quaderförmigen Anordnung;

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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Dekodierers zur Versorgung der Lautsprecher an den in Fig. wiedergegebenen Orten; und in

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Dekodierers zur Verwendung bei einer rechteckigen Lautsprecheranordnung.

Wie aus Fig. 1 erkennbar sind vier Lautsprecher LF, RF, LB und RD, die einen Hörbereich umgeben, in den entsprechenden vier Stellungen links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten angeordnet. Die Klemmen für die positive Phase der Lautsprecher sind mit "+-.

Die Eingangssignale umfassen zwei Signale S_LF und S^p, die aus den beiden Lautsprechern LF bzw. RF zu hören sein sollen, zusammen nit einem Signal 2H, gegeben durch die Gleichung:

2W = S_{LF +} S_RB = _Srf ♦ S_LB,

wobei es SLB und SRB die Signale sind, die aus dem linken hinteren bzw. rechten hinteren Lautsprecher LB bzw. RB zu hören sein sollen. Die Eingangssignale 2W, S^p und S^p werden an die jeweiligen Verstärker 10, 11 und 12 angelegt. Die eine Ausgangsklemme jedes Verstärkers ist mit einer gemeinsamen Klemme C verbunden, die gegebenenfalls an Erde liegen kann, aber nicht mit der Erde verbunden zu sein braucht. Die Lautsprecher RF und LF sind zwischen die anderen unter Spannung stehenden Ausgangsklemmen der Verstärker 11 bzw. 12 und die gemeinsame Klemme C geschaltet. Der Lautsprecher LB ist zwischen die spannungsführende Ausgangsklemme des Verstärkers 10 und die zweite Ausgangsklemme des Verstärkers 11 geschaltet, während der Lautsprecher RB zwischen die zweite Ausgangsklemme des Verstärkers 10 und die zweit« Ausgangsklemme des Verstärkers 12 geschaltet ist. Auf diese Weise ist das am Lautsprecher LB anliegende Signal gegeben durch

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^2W - ⁵RF ^{= (S}LB ^{+ S}RF> - ⁵RF ^{= 5}LB'

In ähnlicher Weise ist das am Lautsprecher RB anliegende Signal gegeben durch

2W - S_LF = (S_RB + S_LF) - S_LF = S_RB.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, sind acht Lautsprecher RFD, LFU, RFU, LFD, LBU, RBU, RBD und LBD an den entsprechenden Ecken eines einen Hörraum einschließenden Quaders angeordnet. Wie man aus Fig. 3 erkennt, werden diese acht Lautsprecher von fünf Verstärkern 15, 16, 17, 18 und 19 versorgt. Am Verstärker liegt das Signal 2W, gegeben durch

2W = SLpu + S PRO

^{= S}RFU ^{+ S}LBD

= S +S

LFD RBU
= S +S

RFD LBU

An den übrigen Verstärkern 16 bis 19 liegen die Signale SrfD' ^SRFU' ^SLFU' ^SLFD' ^{bei denen es sic}h ^{um die} Signale handelt, die an den entsprechenden Lautsprechern RFD, RFU, LFU und LFD anliegen sollen. Die Art der Verbindung der Lautsprecher ist äquivalent mit der anhand der Fig. 1 erläuterten Verbindung, wobei die Ausgänge der jeweiligen Verstärker 16 bis 19 mit den Lautsprechern verbunden sind, die den an diesen Verstärkern anliegenden Eingangssignalen entsprechen. Jeder der übrigen Lautsprecher ist zwischen den Ausgang des Verstärkers, der den ebtsprechenden, diagonal gegenüberliegenden Lautsprecher versorgt, und den Ausgang des Verstärkers 16 geschaltet.

Eine der Anordnung nach Fig. 1 und 3 ähnliche Anordnung lässt sich bei Systemen verwenden, die eine beiliebige Anzahl von Lautsprecherpaaren enthalten, vorausgesetzt, daß die Summe der an das jeweils diagonal gegenüberliegende Paar anzulegenden Signale gleich der Summe der Signale ist, die an die jeweiligen anderen

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diagonal gegenüberliegenden Paare anzulegen ist. Für das i-te Lautsprecherpaar sind die an die beiden Lautsprecher des Paares anzulegenden Signale S und S , wobei S = 2W - S

Da der das 2W-Signal tragende Verstärker an wesentlich mehr Lautsprecher als die übrigen Verstärker angeschlossen ist, kann er aus praktischen Gründen durch eine Vielzahl identischer Verstärker ersetzt werden, die jeweils eine entsprechende Gruppe von Lautsprecherpaaren versorgt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Dekodierers zur Versorgung der vier Lautsprecher LF, RF, LB und RB. Die Eingangssignale umfassen die drei Signale (- S_ + S_„), (S_LF + S_LB) und (S_RB + S_LB). Diese Signale werden an die entsprechenden Verstärker 20, 21 und 22 angelegt, bei denen jeweils die eine Ausgangsklemme an eine gemeinsame Klemme C angeschlossen ist, die mit der Erde verbunden sein kann, aber nicht notwendigerweise verbunden zu sein braucht. Der Lautsprecher LB ist mit seiner negativen Phasenklemme an die gemeinsame Klemme C angeschlossen, während seine positive Phasenklemme mit einem Punkt D verbunden ist, der außerdem mit den negativen Phasenklemmen der Lautsprecher LF und RB und der positiven Phasenklemme des Lautsprechers RF verbunden ist. Die anderen Klemmen der Lautsprecher RF, LF und RB sind mit den zweiten Eingangsklemmen der Verstärker 20, 21 bzw. 22 verbunden.Es ist einsichtig, daß die Spannung im Punkt D gegenüber der gemeinsamen Klemme C gegeben ist durch

^{D 4} t RP lb' lf >

^{D 4}

lf lb rb lb

^{= + S}LB ⁺ 4 ( ^SLF " ^SRF ^{+ S}RB " ^S _tB > jedoch ist

S -S +S -S =0,
LF RF RB LB

so daß

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/ίο

S = + S , D LB

so daß das Signal S__ am Lautsprecher LB anliegt, während an den anderen Lautsprechern die folgenden Signale anliegen:

(S_LF + S_LB) - £_LB = S_LF am Lautsprecher LF -(- S_RF + S_LB) + £_LB = S_RF am Lautsprecher RF (S-n + S__) - S__ = S„„ am Lautsprecher RB

Kr) JjD LB RB

Eine der Fig. 4 ähnliche Anordnung lässt sich verwenden, um mehr als vier Lautsprecher zu versorgen, in dem man einen Leistungsverstärker weniger verwendet als die Zahl der Lautsprecher ausmacht. Allgemein gilt, wenn m + 1 Lautsprecher m Leistungsverstärker versorgen sollen, daß dann der (m + 1)-te Lautsprecher mit einer seiner Klemmen an die miteinander verbundenen gemeinsamen Ausgangsklemmen der Leistungsverstärker und mit der anderen seiner Klemmen mit einer der Klemmen der jeweiligen anderen Lautsprecher verbunden ist, von denen jeder mit seiner anderen Klemme an den zweiten Ausgang eines entsprechenden Leistungsverstärkers angeschlossen ist. Wenn die gewünschte Signalspannung an den Klemmen des i-ten Lautsprechers S. ist und wenn S-j +S₂ +...+S₊₁=O ist, so liegt das Signal S_i - S ₊₁ am i-ten Leistungsverstärker, wobei i = 1, 2, ... m. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Potential der ersten Klemme des (m + 1)-ten Lautsprechers um S .. über dem der zweiten Klemme liegt und daß die Potential bezüglich der zweiten Klemme über dem i-ten Lautsprecher den Wert S haben. Bei der Anordnung mit den vier Lautsprechern, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. erläutert worden ist, haben wir:

S. = -S , S =S , S =S und S = -S 1 RF 2 LF 3 RB 4 LB

Es lässt sich zeigen, daß die Spannungen über den jeweiligen gewählten drei Paaren von Lautsprechern bei sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen linear unabhängig voneinander

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ΛΛ

sind, vorausgesetzt, daß ein Paar von Signalen X und Y existiert, so daß die Signale W, X und Y linear unabhängig sind, und daß das an irgendeinem Lautsprecher anliegende Signal gegeben ist durch

S=W + b X + c Y,

wobei b. und c. von Null verschiedene reelle Koeffizienten sind und für jeden Lautsprecher ein bestimmtes Verhältnis b^: c^ gilt. Diese Bedingung ist ausreichend, um die erforderliche lineare Unabhängigkeit zu gewährleisten, jedoch kann eine derartige Unabhängigkeit auch auf anderem Wege erreicht werden.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß sämtliche Systeme unter den Rahmen der Erfindung fallen, wenn mindestens vier Lautsprecher vorhanden sind, die den Erfordernissen der linearen Unabhängigkeit entsprechen, auch wenn andere Lautsprecher vorhanden sind, die diesen Erfordernissen nicht entsprechen. Beispielsweise kann ein dritter Lautsprecher zwischen die positiven Klemmen der Lautsprecher LF und RF der Fig. 1 geschaltet und auf diese Weise mit einer Kombination aus den Signalen S und

LF S_Rp versorgt werden.

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Claims

Patentansprüche

\.) Dekodierer für Umgebungsschallwiedergabesysteme mit mindestens drei Leistungsverstärker^ von denen jeder zur Erzeugung eines Ausgangssignales zwischen einem entsprechenden Paar von Leistungsausgangsklemmen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Paare von Dekodierer-Ausgangsklemmen zur Verbindung mit einer größeren Anzahl von Lautsprechern (LF, LB, RF, RB) als die Anzahl von Leistungsverstärkern (10, 11, 12) vorgesehen ist, daß die Dekodierer-Ausgangsklemmen entweder mit den Ausgangsklemmen des anderen Paares oder mit den Leistungsausgangsklemmen der Leistungsverstärker über elektrische Verbindungen, im wesentlichen mit der Impedanz 0 verbunden sind und daß die Anordnung so getroffen ist, daß während der Wiedergabe von Umgebungsscha11 die über jeder Gruppe von drei Paaren von Dekodierer-Ausgangsklemmen erzeugten Spannungen linear unabhängig voneinander sind.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Dekodierer nach Anspruch 1 für ein Schallwiedergabesystem mit einem Feld von Lautsprecherpaaren, bei dem die Summe der den Lautsprechern jedes Paares zugeführten Signale für sämtliche Paare gleich groß ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Dekodierer einen ersten Verstärker (10) zur Aufnahme des Summensignales und einen entsprechenden zweiten Verstärker (11, 12) für jedes Paar von Lautsprechern (LB, RF und RB, LF) zur Aufnahme des Signales zur Versorgung des einen Lautsprechers eines derartigen Paares aufweist, daß die ersten Leistungsausgangsklemmen (C) jedes Verstärkers miteinander verbunden sind, daß das erste Paar von Dekodierer-Ausgangsklemmen für jedes Paar von Lautsprechern mit den Leistungsausgangsklemmen des entsprechenden zweiten Verstärkers verbunden und das zweite Paar von Ausgangsklemmen für jedes Paar von Lautsprechern zwischen die zweiten Leistungsausgangsklemmen des entsprechenden zweiten Verstärkers und die zweiten Leistungsausgangsklemmen des ersten Verstärkers geschaltet ist.
3. Dekodierer nach Anspruch 1 für ein Lautsprecherfeld, bei dem die Anzahl von Lautsprechern um eins größer ist als die Anzahl von Leistungsverstärkern, dadurch gekennzeichnet , daß die eine der Dekodierer-Ausgangsklemmen des einen Paares mit der einen Leistungsausgangsklemme von jedem der Leistungsverstärker (20, 21, 22) verbunden ist und daß die eine der Dekodierer-Ausgangsklemmen der anderen Polarität mit der anderen Leistungsausgangsklemme eines entsprechenden Leistungsverstärkers und die anderen Dekodierer-Ausgangsklemmen (D) miteinander verbunden sind.
4. Wiedergabevorrichtung für Umgebungsschallwiedergabesysteme, gekennzeichnet durch einen Dekodierer nach Anspruch 1,2 oder 3 und einen entsprechenden Lautsprecher, der Mit jedem Paar von Dekodierer-Ausgangsklemmen verbunden ist.

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5. Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch vier Lautsprecher (LF, RF, LB, RB), die an den entsprechenden Ecken eines Viereckes angeordnet sind.
6. Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch acht Lautsprecher (LFU, RFU, LBU, RBU, LFD, RFD, LBD, RFD, LBD, RBD) die an den entsprechenden Eckes eines Quaders angeordnet sind.

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