DE2748288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtempfangssystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Derartige Richtempfangssysteme werden beispielsweise benötigt, um bei der Tonaufnahme unerwünschte Geräusche, beispielsweise das Kamerageräusch zu unterdrücken, wenn bei einer Tonfilmauf­ nahme das Mikrophon mit der Kamera verbunden ist.

Es ist der Zeitschrift "Ultrasonics", Juli 1968, Seite 153 bis 159 ein elektronisches Sektorabtast-Verfahren für Ultra­ schalldiagnostik bekannt geworden, bei dem mehrere Empfangs­ elemente vorgesehen sind, von denen jedes auf einen einfallenden zeitlich veränderlichen Vorgang anspricht und ein entsprechendes zeitlich veränderliches Signal liefert. Der gegenseitige Abstand dieser Elemente bestimmt die Einfallswinkel gegenüber der Haupt­ keule, bei denen ein Empfang von Signalen unterdrückt wird, um bevorzugt das Nutzsignal für die Ultraschalldiagostik zu er­ halten. Es ist eine Signalbehandlungseinrichtung vorgesehen, in welcher die Ausgangssignale der Elemente derart kombiniert werden, daß der Empfang richtungsabhängig beeinflußt wird. Eine solche für eine medizinische Diagnostik vorgesehene Technik, bei der es darauf ankommt, die von einem ganz bestimmten eng begrenzten Körperteil ausgehenden Echosignale diefiniert zu empfangen (und die Restsignale auszublenden) eignet sich natur­ gemäß nicht zur Unterdrückung der Signale, die von einer Quelle ausgehen, die in einer vorbestimmten Lage zu den Empfangselemen­ ten angeordnet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach und billig aufgebautes Richtempfangssystem zu schaffen, welches insbesondere in Verbindung mit Tonfilmaufnahme-Kameras anwend­ bar ist und die Möglichkeit schafft, die von einer Störsignal­ quelle ausgehenden Frequenzen zu unterdrücken, ohne den Rundum­ empfang merklich zu beeinträchtigen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Als Empfangselemente können bei dem erfindungsgemäßen Richt­ empfangssystem einfach aufgebaute Mikrophone Anwendung finden, deren gegenseitige Lageanordnung in Verbindung mit der Signal­ behandlungseinrichtung eine einwandfreie Ausblendung der Stör­ signale gewährleistet.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Tonfilmkamera, die mit einem erfindungsgemäßen Richtempfangssystem ausgestattet ist,

Fig. 2 den Frequenzgang des Kamerageräuschs einer typischen Tonfilmkamera,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer linearen Gruppe von Empfangselementen bei Einfall einer ebenen Welle willkürlicher Frequenz unter einem willkürlichen Einfallswinkel,

Fig. 4 ein Blockdiagramm des Empfangssystems gemäß der Erfindung, an dem die angewendete Signalbehand­ lung erläutert wird,

Fig. 5 die polare Richtcharakteristik des erfindungs­ gemäßen Empfangssystems für einen bestimmten Wert der relativen Verstärkung von Summensignal und integriertem Signal bei niedriger Frequenz,

Fig. 6 ein für den Empfang in Richtung der linearen Gruppe geltendes Diagramm des Amplitudenverlaufes des Summensignals und des integrierten Signals für das System nach Fig. 4, das auch den Ver­ lauf der Amplitudendifferenz von Summensignal und integriertem Signal wiedergibt, und zwar für zwei ausgewählte Fälle, nämlich für die Fälle, daß der Abstand zwischen dem Paar von Mikrophon­ elementen, deren Ausgangssignale substrahiert werden, gleich groß bzw. zweimal so groß ist wie der Abstand zwischen dem Paar von Mikrophonele­ menten, deren Ausgangssignale addiert werden,

Fig. 7 ein der Fig. 6 ähnliches Diagramm, nur daß der Abstand zwischen den Mikrophonelementen so ge­ wählt ist, daß die Amplitudendifferenz von Summensignal und integriertem Signal für eine ausgewählte, von Null verschiedene Frequenz verschwindet,

Fig. 8 ein der Fig. 7 ähnliches Diagramm für den Amplitudenverlauf von Summensignal und inte­ griertem Signal bei einem Einfallswinkel von ungefähr 30°,

Fig. 9 ein der Fig. 8 ähnliches Diagramm bei einem Einfallswinkel von ungeführ 60°,

Fig. 10 ein Blockschema der Signalbehandlungseinrichtung, die zur erfindungsgemäßen Signalbehandlung dient, und zwar für eine Gruppe mit vier Mikrophon­ elementen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Tonfilmsystem 10 dargestellt, das aus einer Bildkamera 11 und einem zu­ gehörigen Tonaufzeichnungssystem 12 besteht. Dieses System 12 ist mit einer linearen Gruppe von (nicht einzeln dargestellten) Mikrophonelementen ausgestattet, die nachfolgend insgesamt als "Mikrophon" bezeichnet wird und mit dem Bezugszeichen 13 versehen ist. Das Mikrophon 13 wird von einem Ausleger 14 in fester Lage bezüglich der Kamera 11 gehalten. Mit der Kamera ist über ein Kabel 16 eine Signalbehandlungseinrichtung 15 verbunden. Die Kamera 11 hat ein übliches Gehäuse 17, das den Film, den (nicht dargestellten) Filmantrieb und das Aufnahmeobjektiv 18 enthält, welches ein Bild der aufzunehmenden Szene auf dem innerhalb des Kamera­ gehäuses befindlichen Film erzeugt.

Mit der optischen Achse Z des Objektivs 18 der Kamera ist ein Bildsucher 19 eingefluchtet, in dem der Filmer die aufzunehmende Szene sieht. Überdies ist die Kamera mit einem Griff 20 ausgestattet, der es dem Filmer ermöglicht, mit einer Hand die Kamera zu halten und sie durch Drücken des Auslösers 21 mit einem Finger dieser Hand zu betätigen, so daß die andere Hand zum Abstützen der Kamera frei bleibt.

Die lineare Gruppe von Mikrophonelementen, welche das Mikrophon 13 bilden, ist längs der mit X bezeichneten Achse ausgerichtet, die unter einem spitzen Winkel (z. B. von 20°) zur optischen Achse Z nach unten ge­ neigt ist und mit der Z-Achse und dem Griff 20 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Das Mikrophon 13 wird vom Ausleger 14 gegenüber der Kamera nach vorne und unten versetzt gehalten und befindet sich außerhalb des Gesichtsfeldes des Objektivs 18.

Bei Inbetriebnahme der Kamera hält der Filmer den Griff 20 in einer Hand und stützt die Kamera mit der anderen Hand ab, wobei er die zu filmende Szene durch den Bildsucher 19 betrachtet. Durch Drücken des Aus­ lösers 21 werden die Kamera und das Mikrophon einge­ schaltet, wodurch die im Gesictsfeld des Bilsuchers befindliche Szene gefilmt wird und von dieser Szene kommende Schallereignisse synchron aufgezeichnet werden. Bei der dargestelllten Orientierung des Auslegers 14 nimmt das Mikrophon 13 eine Lage ein, in der es den von der gefilmten Szene kommenden Schall empfangen kann. Wie später noch genauer erläutert wird, hat das Mikrophon 13 eine kardioidenförmige System­ charakteristik (die mit der Eigencharakteristik jedes Mikrophonelementes zu multiplizieren ist). Die räum­ liche Richtcharakteristik als Funktion der Frequenz wird durch die Signalbehandlungseinrichtung 15 festge­ legt. Im wesentlichen unterdrückt das Mikrophon 13 den Schall, der innerhalb eines vorgegebenen Sperrkegels einfällt, in dem die Kamera 11 liegt, wie dies in Fig. 1 durch die strichpunktierten Linien 22 ange­ deutet ist. Die Winkellage der X-Achse bezüglich der Z-Achse und der Abstand des Mikrophons von der Kamera sind Parameterwerte, die vom Öffnungswinkel des Sperr­ kegels abhängen, dessen Spitze mit dem Mikrophon 13 zusammenfällt. Der Öffnungswinkel des Sperrkegels hängt seinerseits von der Arbeitsweise der Signalbehandlungs­ einrichtung 15 ab und ist innerhalb weiter Grenzen zwecks Anpassung an eine vorgegebene Kamera veränderbar.

Fig. 1 zeigt die Richtcharakteristiken 23, 24 des Mikrophons in zwei orthogonalen Ebenen, die sich längs der X-Achse schneiden. Diese Richtcharakteristiken sind bezüglich der X-Achse symmetrisch; sie geben qualitativ den typischen Verlauf der Empfindlichkeit des Mikrophons 13 innerhalb des interessierenden Frequenzbandes an.

Fig. 2 zeigt qualitativ den Frequenzverlauf des Geräusch­ spektrums einer typischen Filmkamera. Es wurde gefunden, daß dieses Geräusch beim Betrieb der Kamera sehr niedrige Frequenzkomponenten enthält und bei etwa 2000 Hz ein deutliches Maximum hat, das im Bereich der maximalen Empfindlichkeit des menschlichen Ohres liegt. Die höhe­ ren Frequenzen sind im Frequenzspektrum schwächer ver­ treten und verschwinden bei etwa 6000 Hz ganz. Durch die Arbeitsweise der Signalbehandlungseinrichtung 15 kann die Richtcharakteristik des Mikrophons 13 so ein­ geregelt werden, daß das Mikrophon hauptsächlich jene Geräusche unterdrückt, die von der Kamera ausgehen und innerhalb eines relativ weiten Frequenzbandes liegen, einschließlich bei Frequenzen von etwa 2000 Hz.

Um zu erläutern, auf welche Weise die erfindungsgemäße Signalbehandlungseinrichtung die Richtcharakteristik des Mikrophons 13 beeinflußt, wird auf Fig. 3 verwiesen, welche das Zusammenwirken zwischen einer ebenen Schall­ welle 30 und einer linearen Gruppe von Mikrophonelementen M 1 bis M 4 darstellt, die insgesamt das Mikrophon 13 bilden. Die Mikrophonelemente sind in gleichen gegen­ seitigen Abständen längs der X-Achse dargestellt, um die folgende Analyse zu vereinfachen, doch brauchen ihre Abstände theoretisch nicht gleich zu sein. Die Elemente M 2 und M 3 des mittleren Paares haben einen gegenseitigen Abstand d₁ und die Elemente M 1 und M 4 des äußeren Paares einen gegenseitigen Abstand d₂. Zur Vereinfachung der Analyse sei angenommen, daß der Abstand zwischen den Elementen M 1 und M 2 gleich groß ist wie der Abstand zwischen den Elementen M 3 und M 4. Die sinusförmige ebene Schallwelle 30 habe die Frequenz ω und falle in Richtung der Λ-Achse ein, die mit der positiven X-Achse einen Winkel a einschließt und diese im Punkt 31 in der Mitte zwischen den Elementen M 2 und M 3 schneidet. Da sich die ebene Welle als Funktion der Zeit ändert, gilt die Darstellung nach Fig. 3 nur für einen bestimmten Zeitpunkt. Der Amplitudenverlauf der Welle in diesem Zeitpunkt längs der X-Achse ist durch eine strichpunktierte Linie 32 angegeben, welche die Schnittlinie der Welle mit einer die Y-Achse enthalten­ den Ebene durch die X-Achse darstellt, die senkrecht zu der von den Achsen Λ und X definierten Ebene liegt. Die Y-Achse verläuft durch den Punkt 31. Die Amplitude der Welle 32 in einem beliebigen Zeitpunkt bezüglich eines Punktes auf der X-Achse ist ein Maß für die je­ weilige Schallamplitude in diesem Punkt.

Der Abstand zwischen einander entsprechenden Punkten auf der ebenen Welle, gemessen längs der Λ-Achse, ist mit dem Abstand zwischen diesen Punkten, gemessen längs der X-Achse, durch den Faktor cos α verknüpft, wobei α der Einfallswinkel der ebenen Welle ist. Bezeichnet, man die Wellenlänge der Welle 30 längs der Λ-Achse mit g₀, dann steht die Wellenlänge x₀ längs der Welle in der Ebene 33, welche durch die Achsen X und Y definiert ist, mit λ₀ in der Beziehung:

worin V die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der ebenen Welle auf f = l/2 π ist. Die Schallgeschwindigkeit beträgt bei 20°C und Meeresniveau 344 m/s.

Die Periodendauer T₀ der ebenen Welle ist gegeben durch

Aus Gleichung (2) ist erkennbar, daß die Zeit τ₁, welche der Punkt 34 auf der Welle 30, dessen Projektion auf die X-Achse mit dem Punkt 31 in der Mitte zwischen den Elementen M 2 und M 3 zusammenfällt, zur Bewegung zum Punkt 35 hin benötigt, dessen Projektion auf die X-Achse den Abstand d _1/2 vom Punkt 31 hat und dem Ort entspricht, in dem sich das Element M 3 befindet, wie folgt angegeben werden kann:

Die Zeit, die der Punkt 34 auf der ebenen Welle benötigt, um das Element M 4 zu erreichen, beträgt analog:

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (3) und (4) ist erkennbar, daß auf Grund einer angenommen analytischen Form der Welle im Punkt 31 analytische Ausdrücke für die Welle in den vier Orten der Mikrophonelemente abgeleitet werden können, die von den Phasendifferenzen bezüglich der angenommenen Wellenform abhängen. Es sei nun ange­ nommen, daß die Welle im Punkt 31 die Form sin( ω t-τ₀) habe; dann ist die Welle in den Orten der vier Elemente wie folgt gegeben:

bei M 1: sin ω (t-τ₀+t₂) (5 A)
bei M 2: sin ω (t-τ₀+τ₁) (5 B)
bei M 3: sin ω (t-τ₀-τ₁) (5 C)
bei M 4: sin ω (t-τ₀-τ₂) (5 D),

worin τ₀ die Zeit bedeutet, welche die Welle benötigt, um längs der Λ-Achse eine Viertelwellenlänge zu wandern (so daß die folgenden Ausdrücke entweder als cos-oder sin-Funktionen der Einheitsamplitude dargestellt werden können). Da jede zusammengesetzte Welle in eine Fourier- Reihe mit sin-oder cos-Gliedern zerlegt werden kann, ist die nachfolgende Analyse allgemein anwendbar, obwohl sich die Gleichungen auf eine einzelne Sinuswelle mit der Kreisfrequenz ω beziehen.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, welche die einzel­ nen Teile der Signalbehandlungseinrichtung 15 darstellt. Jedes der Elemente M 1 und M 4 ist auf einfallende, zeit­ lich veränderliche Welle empfindlich, wie beispielsweise auf eine Schallwelle, und erzeugt ein entsprechendes zeitlich veränderliches Ausgangssignal, das entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Blockschema behandelt wird. Insbesondere enthält diese Behandlungseinrichtung außer den Mikrophonelementen einen Summenkanal mit einer Addierstufe 40, welche die Ausgangssignale des inneren Paares von Mikrophonelementen M 2 und M 3 addiert, und einen Integrierkanal mit einer Subtrahierstufe 41, welche die Differenz der Ausgangssignale des äußeren Paares von Mikrophonelementen M 1 und M 4 bildet. Das von der Subtrahierstufe 41 gebildete Differenzsignal wird in einer Integrierstufe 42 integriert, deren Ausgangs­ signal nachfolgend als integrierts Signal bezeichnet wird. Ferner enthält die Signalbehandlungseinrichtung 15 eine Kombinationseinrichtung 43, in welcher die Aus­ gangssignale des Summenkanals und des Integrierkanals kombiniert werden. Insbesondere umfaßt diese Kombina­ tionseinrichtung in jedem der Kanäle einen Verstärkungs­ regler, durch welchen die Verstärkung des einen Kanals bezüglich des anderen festgelegt werden kann, um so ein verstärkungsgeregeltes integriertes Signal zu erhalten, das im Ausgang des Verstärkers 44 erscheint, der den Verstärkungsgrad B hat, sowie ein verstärkungsgeregeltes Summensignal, das im Ausgang des Verstärkers 45 mit dem Verstärkungsgrad A erscheint. Die Kombinationsreinrich­ tung 43 enthält auch eine Addierstufe 46 für diese bei­ den verstärkungsgeregelten Signale. Im Ausgang 47 der Addierstufe 46 erscheint das fertigbehandelte Ausgangs­ signal des Mikrophons 13.

Wenn die Eingangssignale der Mikrophonelemente M 1 bis M 4 den Gleichungen (5) entsprechen, so hat das im Aus­ gang der Addierstufe 40 erscheinende Summensignal S die Form

S = [2 cos ωτ₁] sin ω (t-τ₀) (6)

während das Differenzsignal D, das im Ausgang der Sub­ trahierstufe 41 erscheint, durch

D = [-2 sin ωτ₂] cos ω (t-τ₀) (7)

dargestellt wird, worin das Minuszeichen eine Phasen­ umkehr gegenüber dem Summensignal bedeutet.

Die Integration des Differenzsignals D in der Integrier­ stufe 42 ergibt das integrierte Signal I wie folgt:

Nach Verstärkung des Summensignals und des integrierten Signals in den Verstärkern 45 bzw. 44 haben die beiden resultierenden verstärkungsgeregelten Signale, wie er­ sichtlich, gleiche Phase, so daß eine arithmetische Amplitudenaddition dieser Signale erfolgen kann. Die Amplitude des verstärkungsgeregelten Summensignals A ( ω, α ) ist gegeben durch:

während der Betrag des verstärkungsgeregelten integrier­ ten Signals B ( ω, a) gegeben ist durch:

Damit ergibt sich das Ausgangssignal Δ ( ω, α ) der Addierstufe 46 mit:

Δ ( ω, α ) = A ( ω, α ) - B ( ω, α ), (11)

woraus folgt:

Das Minuszeichen beruht hierbei auf der Inversion in der Subtrahierstufe 41.

Aus Gleichung (12) ist erkennbar, daß das Ausgangs­ signal der Addierstufe 46 bei beliebiger Frequenz und beliebigem Einfallswinkel der Welle bei der Gruppe von Mikrophonelementen auf Null gebracht und damit die einfallende Welle vollständig unterdrückt werden kann, indem die relative Verstärkung A/B der verstärkungsge­ regelten Signale und die Abstände d₁ und d₂ zwischen den Mikrophonelementen entsprechend gewählt werden. Für Wellen niedriger Frequenz, für welche ω gegen Null strebt, reduziert sich die Gleichung (12) auf

Aus Gleichung (12 A) ist ersichtlich, daß das Ausgangs­ signal der Addierstufe 46 Null wird, wenn der Klammer­ ausdruck in dieser Gleichung den Wert Null annimmt. Für einen vorgegebenen Einfallswinkel α₀ läßt sich daher die relative Verstärkung A/B der verstärkungsgeregelten Signale, welche zu einer vollständigen Unterdrückung der niedrigen Frequenzen führt, wie folgt angeben:

Setzt man die relative Verstärung aus Gleichung (12 B) in die Gleichung (12) ein, so erhält man folgenden all­ gemeinen Ausdruck für das Ausgangssignal der Addier­ stufe 46, das zu einer Unterdrückung von Wellen niedri­ ger Frequenz führt, welche bei der Gruppe von Mikrophon­ elemeten unter einem Winkel α₀ einfallen:

Zur Unterdrückung oder Sperrung niederfrequenten Schalls, der bei der Gruppe von Mikrophonelementen unter α₀ = 0 einfällt, reduziert sich die Gleichung (13) auf

Aus Gleichung (13 A) ist erkennbar, daß die Richtcharak­ teristik des Mikrophonsystems für niedrige Frequenzen die Form einer Kardioide hat, deren Symmetrieachse längs der Achse der Elementengruppe, d. h. längs der X-Achse verläuft, wobei diese Kardioidenform ausschließlich auf der beschriebenen Behandlung der Signale von den einzel­ nen Elementen der Gruppe beruht.

Die Empfindlichkeit des Mikrophons bei höheren Frequen­ zen ergibt sich für in Richtung der Gruppe einfallende Signale, also für α = 0, aus Gleichung (13).

Der Abstand d₁ der Mikrophonelemente, von denen das Summen­ signal abgeleitet wird, kann nun so gewählt werden, daß eine Unterdrückung einer einfallenden Welle mit beliebi­ ger Frequenz ω und einem Einfallswinkel α₁ erfolgt. Dieser Wert d₁ wird erhalten, indem man den Klammer­ ausdruck in Gleichung (13 B) gleich Null setzt und sodann nach d₁ auflöst. Auf diese Weise ergibt sich

Für α₁ = α₂ = 0, was besagt, daß eine Unterdrückung von Wellen erfolgen soll, die längs der X-Achse aus positiver Richtung bei der linearen Gruppe einfallen, reduziert sich die Gleichung (14) wie folgt:

Fig. 5 entspricht nun in Diagrammform der Gleichung (13 A) und stellt somit die Richtcharakteristik der Gruppe von Mikrophonelementen für niederfrequente Wellen als Funktion ihres Einfallswinkels dar, wenn die Ausgangssignale der einzelnen Elemente gemäß Fig. 4 behandelt werden. Es ist erkennbar, daß eine lineare Gruppe von allseitig empfangenen Mikrophonelementen auf diese Weise in ein Mikrophonsystem umgewandelt wird, das eine kardioidförmige Richtcharakteristik aufweist, und zwar ausschließlich infolge der Signalbe­ handlung, die in der Behandlungseinrichtung 15 erfolgt. Wenn die einzelnen Elemente selbst bereits eine kardioidenförmige Elementencharakteristik haben, dann ergibt sich durch die zusätzliche erfindungsgemäße Signalbehandlung für das gesamte Mikrophon eine Kardioidencharakteristik höherer Ordnung.

Die Empfindlichkeit einer Gruppe von Mikrophonelementen auf in Richtung der Gruppe, d. h. unter α = 0 einfallen­ de Wellen höherer Frequenz ist in Fig. 6 dargestellt, die auf Gleichung (13 B) beruht. Die Kurve 50 stellt den Verlauf von

in Abhängigkeit vom Para­ meter

dar und gilt für das ver­ stärkungsgeregelte Summensignal im Ausgang des Ver­ stärkers 45; die Kurve 51 stellt den Verlauf des Aus­ druckes

in Abhängigkeit vom Parameter

dar und gilt für das verstärkungsgeregelte integrierte Signal im Ausgang des Verstärkers 43. Es ist zu beachten, daß für d₁ die Elemente M 1 und M 2 mit den Elementen M 3 bzw. M 4 zusammenfallen, wobei sich ein Mikrophonsystem mit nur zwei statt mit vier Elementen ergibt. Ein solches Mikrophonsystem unter­ drückt niedrige Frequenzen gut, doch nimmt seine Fähigkeit zur Unterdrückung höherfrequenter Wellen mit zunehmender Frequenz merklich ab, wie die Kurve 52 erkennen läßt, welche die Differenz zwischen den Kurven 50 und 51 darstellt und somit der für das Aus­ gangssignal der Addierstufe 47 geltenden Gleichung (13) entspricht.

Für d₁ = d _2/2 haben die Elemente M 1 bis M 4 gleiche gegenseitige Abstände, woraus folgt, daß das Mikrophon vier Elemente aufweist. Die Kurve 53 stellt die Funktion

für diesen Fall dar, und man erkennt, daß die Kurve 53 ziemlich ähnlich der Kurve 51 verläuft. Die Differenz zwischen den Kurven 51 und 53 wird durch die Kurve 54 dargestellt. Es ist daraus erkennbar, daß die Anwendung von vier Elementen mit d₁ = d_2/2 eine erheb­ lich verbesserte Nullstelle in der Charakteristik, ver­ glichen mit einem Mikrophon mit nur zwei Elementen, ergibt.

Der Frequenzskala in Fig. 6 liegt der Wert d₂ = 254 cm (= 1 Zoll) zugrunde, für welchen die beiden Kurven 51 und 53 bei = 13,548 Hz Nullstellen haben. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Unterdrückung von Wellen, deren Einfallsrichtung mit der Gruppe ein­ gefluchtet ist und die im Frequenzband bis 6000 Hz liegen, welches das Störfrequenzband der Kamera dar­ stellt, ist durch geeignete Wahl des Verhältnisses von d₁ zu d₂ möglich. Gegenwärtig wird d₁ vorzugsweise so gewählt, daß die Amplitude des verstärkungsgeregelten Summensignals (d. h. die Frequenz der cos-Kurve) gleich der des verstärkungsgeregelten integrierten Signals (d. h. der sin-Kurve) bei einer Frequenz von etwa 59% des verstärkungsgeregelten integrierten Signals ist. Für d₂ = 2,54 cm ergibt sich diese Gleichheit bei 8000 Hz, und aus Gleichung (14 A) folgt d₁ = 1,40 cm (= 0,55 Zoll).

Die Kurve 60 in Fig. 7 stellt das verstärkungsgeregelte Summensignal unter diesen Bedingungen dar, und die Kurve 61 zeigt das verstärkungsgeregelte integrierte Signal; diese Signale sind bei 8000 Hz gleich stark. Bei niedrigeren Frequenzen ist die Unterdrückung außer­ ordentlich gut, was an der Kurve 62 erkennbar ist, welche die Differenz zwischen den Kurven 60 und 61 an­ gibt und dem Ausgangssignal 47 der Addierstufe 46 ent­ spricht.

Die in Fig. 7 gezeigten Kurven gelten für Eingangs­ wellen, die in Richtung der linearen Gruppe einfallen, die Fig. 8 und 9 für Eingangswellen unter den Einfalls­ winkeln 30° bzw. 60°. In Fig. 8 stellt insbesondere die Kurve 63 das verstärkungsgeregelte Summensignal und die Kurve 64 das verstärkungsgeregelte integrierte Signal für α = 30° dar. Die Kurve 65 gibt die Differenz zwischen den Kurven 63 und 64 an. In Fig. 9 stellt die Kurve 66 das verstärkungsgeregelte Summensignal und die Kurve 67 das verstärkungsgeregelte integrierte Signal für α = 60° dar. Die Kurve 68 gibt wieder die Differenz zwischen den Kurven 66 und 67 an. Es ist ersichtlich, daß sich für d₁ = 2,54 cm und d₂ = 1,40 cm eine extrem gute Unterdrückung bei α = 0° und bei = 30° (ent­ sprechend einem Sperrkegel mit einem Spitzenwinkel von 60°) ergibt.

Andere Charakteristiken mit Sperrsektoren können durch geeignete Wahl der relativen Verstärkung im Summen­ kanal und im Integrierkanal und des relativen Abstandes zwischen den Paaren von Summen- und Differenzelementen erhalten werden. Ferner sind auch analytische Lösungen möglich, wenn die Abstände der einzelnen Elemente nicht gleichmäßig sind.

In der vorstehenden Beschreibung wird auf Schallwellen und auf Mikrophone Bezug genommen, doch ist klar, daß die Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Wellen anwendbar ist, auf welche einzelne Empfängerelemente unter Erzeugung eines Ausgangssignals ansprechen. Beispielsweise kommen als weitere Anwendungsgebiete der Erfindung Rundfunkwellen und Empfangsantennen in Betracht.

Fig. 10 ist ein schematisches Schaltungsbild einer Behandlungseinrichtung gemäß der Erfindung, die zur Erzielung einer gewünschten Sperrcharakteristik dient. Die Einrichtung 15 A enthält vier Mikrophonelemente M 1 bis M 4, wobei jedem dieser Elemente ein Vorverstärker 70 zugeordnet ist. Die vorverstärkten Ausgangssignale der Elemente M 2 und M 3 werden in einer Analog-Addierstufe 71 addiert, um das Summensignal S zu bilden. Die vor­ verstärkten Signale der Elemente M 1 und M 4 werden subtrahiert und in einem Norton-Differenzintegrator 72 integriert, in dessen Ausgang sich das integrierte Signal I ergibt. Das Summensignal S und das integrierte Signal I werden in einer Analog-Addierstufe 73 addiert und ergeben das Ausgangssignal Δ.

Claims (6)

1. Richtempfangssystem für den Empfang von sich im Raum fortpflanzenden Vorgängen, wie akustischen oder elektromagne­ tischen Wellen, mit einer Vielzahl von Empfangselementen, die je ein zeitlich veränderliches Ausgangssignal liefern und mit einer Signalbehandlungsvorrichtung, die diese Ausgangssignale zwecks Bildung einer gewünschten Richtcharakteristik zusammen­ faßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalbehandlungseinrichtung (15) eine Subtrahierstufe (41) zur Erzeugung eines Differenz­ signals aus den Ausgangssignalen zweier Empfangselemente (M 1, M 4) und anschließend daran eine Integrierstufe (42) zur Inte­ gration dieses Differenzsignals enthält, und daß die Signal­ behandlungseinrichtung (15) einen Summenkanal mit einer Addier­ stufe (40) enthält, in welcher die Ausgangssignale zweier Empfangselemente (M 2, M 3) addiert werden, gefolgt von einer Kombinationsstufe, beispielsweise einer Addierstufe (46), in welcher das Summensignal und das integrierte Differenzsignal kombiniert werden.

2. Richtempfangssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsstufe (43) einen Verstärkungsregler (45, 46) enthält, der eine Änderung der Verstärkung zumindest in einem Kanal bezüglich der Verstärkung im anderen Kanal ermöglicht.

3. Richtempfangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtung (43) einen Verstärkungsregler (45) für das Summensignal und einen Verstärkungsregler (44) für das integrierte Differenzsignal aufweist.

4. Richtempfangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Empfangselemente (M 1, M 2, M 3, M 4) vorgesehen sind, wobei jene Elemente (M 2, M 3), deren Aus­ gangssignale im Summenkanal addiert werden, zwischen den Ele­ menten (M 1, M 4) liegen, deren Ausgangssignale zur Bildung des Differenzsignals subtrahiert werden.

5. Richtempfangssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalbehandlungseinrichtung die Ausgangssignale der Empfangselemente im Sinne der Bildung einer kardioidenförmigen Richtcharakteristik kombiniert, deren Minimumstelle eine vorgegebene Richtung bezüglich der Achse der Gruppe von Empfangselementen einnimmt.

6. Tonfilmkamera, deren Objektiv ein vorgegebenes Gesichts­ feld hat und deren Tonaufzeichnungssystem ein von einer Mikro­ phongruppe gebildetes Richtempfangssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrophongruppe außerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera (11) angeordnet und fest mit dieser verbunden ist, wobei die Abstand zwischen den Mikrophonen und die Kombination der Ausgangssignale so gewählt sind, daß beim Betrieb der Kamera eine Unterdrückung des Kamerageräusches im Tonaufzeichnungssignal erfolgt.