DE2728325C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dekodiermatrix gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Rundumschallwiedergabesystem gemäß Anspruch 4, bei dem diese Dekodiermatrix eingesetzt wird.

Derartige Schallwiedergabesysteme versetzen den Hörer in die Lage, Schall aus unterschiedlichen Schallquellen, verteilt über Azimut-Winkel von 360 Grad zu unter­ scheiden. Es gibt auch Schallwiedergabesysteme, die es dem Hörer darüberhinaus ermöglichen, Schall aus Quellen in unterschiedlichen Höhen zu unterscheiden. Es ist jedoch kein Dekodierer für ein derartiges System bekannt, bei dem zumindest ein Teil des Dekodiervor­ ganges durch die Art vorgenommen wird, in der die verschiedenen Lautsprecher mit den Ausgängen der Leistungsverstärker verbunden sind.

Aus einem Artikel von Gerzon "Surround Sound from 2-Channel Stereo", Hi-Fi News, August 1970, Seite 1104 und aus einem Artikel von Hafler, "2-Channel Quadro­ phony", Hi-Fi News, August 1970, Seite 1111 sind Schall­ wiedergabesysteme bekannt. Bei diesen vorbekannten Systemen ist jedoch zumindest ein Satz von drei Lautsprechern vor­ handen, bei denen keine Linearkombination 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 heraus­ gestellt, daß eine derartige lineare Unabhängigkeit wünschenswert ist, wenn eine authentische Richtungs- Reproduktion erreicht werden soll. Es ist weiterhin aus der DE-AS 21 26 432 ein Wiedergabesystem bekannt, bei dem die Signale, die den drei Lautsprechern zugeführt werden, ebenfalls nicht linear unabhängig im Hinblick darauf sind, auf welche Weise die Lautsprecher mitein­ ander verbunden sind. Schließlich ist aus der US-PS 38 24 342 ein Wiedergabesystem bekannt, bei dem die Lautsprecheranschlüsse miteinander und/oder mit den Ausgangsklemmen der Verstärker mit Hilfe von aktiven elektrischen Verbindungsglieder verbunden sind. Bloße Kabelverbindungen mit im wesentlichen der Impedanz 0 reichen bei dem vorbekannten System nicht aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der für das Schallwiedergabesystem benötigten Leistungsverstärker durch die Ausführung einer matrizierten Verstärkerendstufe zu beschränken, indem einfache Verbindungen (oder äquivalente elektrische Leistungsverbindungen) benutzt werden, um eine be­ stimmte Zahl von Lautsprechern mit einer geringeren Anzahl an Verstärkern zu verbinden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe der Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Der Terminus "linear unabhängig" im Zusammenhang mit den über den Lautsprecheranschlußklemmen anliegenden Spannungen bedeutet, daß, wenn V₁, V₂ und V₃ die an drei beliebigen Lautsprechern anliegenden Spannungs­ signale sind, es drei reelle von Null verschiedene Werte für a₁, a₂ und a₃ gibt, so daß die folgende Gleichung gilt:

a₁ V₁ + a₂ V₂ + a₃ V₃ = 0 .

Wendet man die Erfindung auf Schallwiedergabesysteme mit einer Anzahl von Lautsprecherpaaren an, so daß die Summe der den Lautsprechern jedes Paares zugeführten Signale die gleiche für sämtliche Paare ist, so kann der Deko­ dierer einen ersten Verstärker, der zur Aufnahme des Summensignales angeordnet ist, und einen entsprechenden zweiten Lautsprecher für jedes Paar von Lautsprechern aufweisen, der zur Aufnahme des Signales angeordnet ist, das einem der Lautsprecher des Paares zugeführt wird, wobei die erste Ausgangsklemme jedes Verstärkers mit den jeweiligen anderen verbunden ist und das erste Paar von Dekodierer-Ausgangsklemmen für jedes Paar von Lautsprechern mit den Ausgangsklemmen des entsprechenden zweiten Verstärkers und das zweite Paar von Ausgangs­ klemmen für jedes Paar von Lautsprechern mit den zweiten Ausgangsklemmen des entsprechenden zweiten Verstärkers und der zweiten Ausgangsklemme des ersten Verstärkers verbunden ist.

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

Wenn angegeben ist, daß zwei oder mehr Klemmen mitein­ ander zu verbinden sind, so können sie selbstverständ­ lich durch eine gemeinsame Klemme ersetzt werden.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen im Zusammenhang mit "rechteckigen" und "quader­ förmigen" Lautsprecheranordnungen (d. h. die Lautsprecher sind jeweils an den Eckpunkten eines Rechtecks bzw. eines Quaders angeordnet) und anhand der dazu gehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer "recht­ eckigen" Lautsprecheranordnung und eines dazugehörigen Dekodierers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Anbringung von Lautsprechern bei einer "quaderförmigen" Anordnung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Dekodierers zur Versorgung der Lautsprecher an den in Fig. 2 wiedergegebenen Orten; und in

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren De­ kodierers zur Verwendung bei einer "rechteckigen" Lautsprecheranordnung.

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

Die Eingangssignale umfassen zwei Signale S _LF und S _RF , die aus den beiden Lautsprechern LF bzw. RF zu hören sein sollen, zu­ sammen mit einem Signal 2W, gegeben durch die Gleichung:

2W = S _LF + S _RB = S _RF + S _LB ,

wobei S _LB und S _RB die Signale sind, die aus dem linken hinteren bzw. rechten hinteren Lautsprecher LB bzw. RB zu hören sein sollen. Die Eingangssignale 2W, S _RF und S _LF werden an die jeweiligen Verstärker 10, 11 und 12 angelegt. Die eine Ausgangs­ klemme 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 Ausgangs­ klemmen der Verstärker 11 bzw. 12 und die gemeinsame Klemme C geschaltet. Der Lautsprecher LB ist zwischen die spannungsführen­ de Ausgangsklemme des Verstärkers 10 und die zweite Ausgangs­ klemme des Verstärkers 11 geschaltet, während der Lautsprecher RB zwischen die zweite Ausgangsklemme des Verstärkers 10 und die zweite Ausgangsklemme des Verstärkers 12 geschaltet ist. Auf diese Weise ist das am Lautsprecher LB anliegende Signal gege­ ben durch

2W - S _RF = (S _LB + S _RF ) - S _RF = S _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 15 liegt das Signal 2W, gegeben durch

2W= S _LFU + S _RBD
= S _RFU + S _LBD
= S _LFD + S _RBU
= S _RFD + S _LBU

U = oben D = unten

An den übrigen Verstärkern 16 bis 19 liegen die Signale S _RFD , S _RFU , S _LFU , S _LFD , bei denen es sich 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 entsprechenden, diagonal gegenüberliegenden Lautsprecher ver­ sorgt, und den Ausgang des Verstärkers 16 geschaltet.

Eine der Anordnung nach Fig. 1 und 3 ähnliche Anordnung läßt sich bei Systemen verwenden, die eine beliebige 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 diagonal gegenüberliegenden Paare anzulegen ist. Für das i-te Lautsprecherpaar sind die an die beiden Lautsprecher des Paares anzulegenden Signale S _i ⁺ und S _i ^-, wobei S _i ^-=2W-S _i ⁺.

Da der das 2W-Signal tragende Verstärker an wesentlich mehr Lautsprecher als die übrigen Verstärker angeschlossen ist, kann es 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 _RF +S _LB ), (S _LF +S _LB )und (S _RB +S _LB ). Diese Signale werden an die ent­ sprechenden 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 notwendiger­ weise verbunden zu sein braucht. Der Lautsprecher LB ist mit seiner negativen Phasenklemme an die gemeinsame Klemme C ange­ schlossen, 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 Laut­ sprechers RF verbunden ist. Die anderen Klemmen der Lautsprecher RF, LF und RB sind mit den zweiten Eingangsklemmen der Verstär­ ker 20, 21 bzw. 22 verbunden. Es ist einsichtig, daß die Spannung im Punkt D gegenüber der gemeinsamen Klemme C gegeben ist durch

S _D + ¼ [(-S _RF + S _LB ) + (S _LF + S _LB ) + (S _RB + S _LB ) + O)] = + S _LB + ¼ [(S _LF - S _RF + S _RB - S _LB )]

jedoch ist

S _LF - S _RF + S _RB - S _LB = 0 ,

so daß

S _D = + S _LB ,

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

(S _LF + S _LB ) - S _LB = S _LF am Lautsprecher LF
-(-S _RF + S _LB ) + S _LB = S _RF am Lautsprecher RF
(S _RB + S _LB ) - S _LB = S _RB am Lautsprecher RB

Eine der Fig. 4 ähnliche Anordnung läßt sich verwenden, um mehr als vier Lautsprecher zu versorgen, in dem man einen Leistungs­ verstärker weniger verwendet als die Zahl der Lautsprecher aus­ macht. Allgemein gilt, wenn m+1 Lautsprecher m Leistungsver­ stärker versorgen sollen, daß dann der (m+1)-te Lautsprecher mit einer seiner Klemmen an die miteinander verbundenen gemein­ samen 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 Leistungsver­ stärkers angeschlossen ist. Wenn die gewünschte Signalspannung an den Klemmen des i-ten Lautsprechers S _i ist und wenn S₁+S₂ + . . . + S _m+1=0 ist, so liegt das Signal S _i -S _m+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 _m+1 über dem der zweiten Klemme liegt und daß die Potential bezüglich der zweiten Klemme über dem i-ten Lautsprecher den Wert S _i haben. Bei der Anordnung mit den vier Lautsprechern, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert worden ist, haben wir:

S₁ = -S _RF , S₂ = S _LF , S₃ = S _RB und S₄ = -S _LB .

Es läßt sich zeigen, daß die Spannung über den jeweiligen gewählten drei Paaren von Lautsprechern bei sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen linear unabhängig voneinander 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 _i = W + b _i X + c _i Y ,

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

Es darf darauf hingewiesen werden, daß sämtliche Systeme unter den Rahmen der Erfindung fallen, wenn mindestens vier Laut­ sprecher vorhanden sind, die den Erfordernissen der linearen Unabhängigkeit entsprechen, auch wenn andere Lautsprecher vor­ handen sind, die diesen Erfordernissen nicht entsprechen. Bei­ spielsweise 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 _LF und S _RF versorgt werden.

Claims (6)

1. Dekodiermatrix zur Verbindung einer Anzahl von Lautsprechern, für die räumliche Wieder­ gabe von Schall aus Schallquellen, die über einen Azimut-Winkelbereich von 360 Grad ver­ teilt sind mit mindestens drei Leistungsver­ stärkern, welchen zu dekodierende Signale zugeführt werden und von denen jeder zwei Ausgangsklemmen aufweist, wobei die Anzahl von Lautsprechern größer ist als die Anzahl von Verstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautsprecheranschlüsse derart mit Hilfe von passiven elektrischen Verbindungsglie­ dern, mit im wesentlichen der Impedanz 0 mit­ einander und/oder mit den Ausgangsklemmen der Verstärker verbunden sind, daß während der Wiedergabe von Schallsignalen, die den kodierten Schall darstellen, der aus wenigstens zwei unterschiedlichen Richtungen kommt, die Spannungen, die über den Anschlüs­ sen jeder Gruppe von drei Lautsprechern er­ zeugt sind, linear unabhängig voneinander sind.

2. Dekodiermatrix gemäß Anspruch 1, für ein Schallwiedergabesystem, enthaltend zwei oder mehr Lautsprecherpaare, für welche die Summe der den Lautsprechern jedes Paares zugeführ­ ten Signale dieselbe für alle Lautsprecher­ paare ist, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwei der Lautsprecher zu einem Laut­ sprecherpaar in Serie geschaltet sind,
daß der erste Verstärker (10; 15) ein Summen­ signal empfängt,
daß eine der Ausgangsklemmen des ersten Ver­ stärkers mit einem Anschluß jedes der Laut­ sprecherpaare verbunden ist,
daß die anderen Verstärker Signale für jeweils ein Lautsprecherpaar empfangen,
daß jeweils eine der Ausgangsklemmen jedes der weiteren Verstärker mit dem Verbindungs­ punkt beider Lautsprecher eines Lautsprecher­ paares verbunden ist,
und daß die anderen Ausgangsklemmen aller Verstärker mit dem freien Anschluß jedes der Lautsprecherpaare verbunden sind (Fig. 1, Fig. 3).

3. Dekodiermatrix gemäß Anspruch 1 für ein Schallwiedergabesystem, welches eine Anzahl von Lautsprechern aufweist, die um 1 größer ist als die Zahl der Leistungsverstärker, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine der Ausgangsklemmen jedes der Leistungsver­ stärker (20, 21, 22) mit einem Anschluß eines der Lautsprecher verbunden ist,
daß die anderen Ausgangsklemmen der Leistungsverstärker (20, 21, 22) jeweils mit einem Anschluß jedes der anderen Lautspre­ cher verbunden sind
und daß die restlichen Anschlüsse der Laut­ sprecher alle untereinander verbunden sind (Fig. 4).

4. Rundumschallwiedergabesystem mit einer Dekodiermatrix nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Laut­ sprecher, welcher mit jedem der Lautspre­ cheranschlüsse verbunden ist.

5. Wiedergabesystem nach Anspruch 4, gekenn­ zeichnet durch vier Lautsprecher (LF, RF, LB, RB), die an den entsprechenden Ecken eines Vierecks angeordnet sind.

6. Wiedergabesystem nach Anspruch 4, gekenn­ zeichnet durch acht Lautsprecher (LFU, RFU, LBU, RBU, LFD, RFD, LBD, RBD), die an den entsprechenden Ecken eines Quaders angeordnet sind.