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Stereophone Wiedergabevorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine stereophone Wiedergabevorrichtung,
und zwar insbesondere auf eine derartige stereophone Wiedergabevorrichtung, bei
der Signale aus jedem der rechten und linken Kanäle vektoriell mittels einer Mischschaltung
zusammengesetzt werden, um dadurch eine stereophone Wahrnehmung zu erhöhen.
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Bei üblichen stereophonen Wiedergabevorrichtungen werden rechte und
linke Tonsignale von den Quellen der stereophonen Signale an linke bzw. rechte Lautsprechersysteme
angelegt und als reproduzierte Töne unabhängig voneinander abgestrahlt. Diese Art
einer üblichen stereophonen Wiedergabevorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die
stereophone Wahrnehmung um so schlechter wird, je kleiner der Abstand zwischen dem
linken und rechten Lautsprecher ist.
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Zur Vergrößerung des Scheinabstandes zwischen den linken und rechten
Tonquellen können die linken und rechten Tonsignale gemischt werden, die bislang
unabhängig voneinander den linken und rechten Lautsprechern zugeführt wurden, und
zwar geschieht diese Mischung mit einem adäquaten Verhältnis m mittels Mischschaltungen,
wobei das linke Tonsignal ALl = AL - m zwar AR und das rechte Tonsignal AR1 = AR
- m AL erzeugt wird (wobei AL das linke Toneingangssignal und AR
das
rechte Toneingangssignal ist, wobei das negative Zeichen einfach eine umgekehrte
Phase bezeichnet), wobei schließlich die linken und rechten Tonsignale auf diese
Weise miteinander vermischt an die linken bzw. rechten Lautsprechersysteme zum Zwecke
der Tonwiedergabe geliefert werden.
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Das Prinzip der Vergrößerung des Scheinabstandes zwischen linken und
rechten Tonquellen wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die linken
und die rechten Tonsignale AL1 bzw. AR1 werden als Eingangsgrößen an die linken
und rechten Lautsprecher 1 und 2 angelegt, die mit einem Abstand d voneinander angeordnet
sind. Wenn den von den rechten bzw. linken Lautsprechern abgestrahlten Tönen an
einer Hörposition 3 zugehört wird, beispielsweise auf einer Winkelhalbierenden senkrecht
zu der die Mitten der beiden Lautsprecher verbindenden geraden Linie (es sei angenommen,
daß jede der linken und rechten Tonquellen und die Hörposition mit einem Punkt angenähert
sind), so werden der linke Tondruckvektor (PL-mPR) ae und der rechte Tondruckvektor
(PR-mPL) 8 (dabei ist PL der durch Signal AL erzeugte Tondruck, R ist der durch
Signal AR erzeugte Tondruck und d und 8 sind Einheitsvektoren gerichtet vom linken
bzw. rechten Lautsprecher aus zur Hörposition 3) zusammengesetzt, um den linken
Signaltondruck PL (ab mb) und den rechten Signaltondruck R (t - ma) zu erzeugen
Anders ausgedrückt werden die stereophonen Töne in der Hörposition 3 derart gehört,
als ob sie aus der durch die gestrichelten Linien gezeigten Richtung kämen, nämlich
als ob sie von den Tonquellen kämen, die um den Scheinabstand voneinander mit Abstand
angeordnet sind, der größer ist als der tatsächliche Abstand zwischen den Tonquellen.
Demgemäß kann man durch Auswahl eines entsprechenden Mischverhältnisses m eine zufriedenstellende
stereophone Wahrnehmung erhalten, und zwar selbst dann, wenn der Abstand d zwischen
den linken und rechten Lautsprechern relativ klein ist.
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Allein das Mischen der linken und rechten Tonsignale mit umgekehrter
Phase, wie oben beschrieben, wobei die Tonsignale gleichförmig über das ganze Band
hinweg gemischt sind, hat jedoch auch
Nachteile, insoferne als das
Tonvolumen in den niedrigen und mittleren Bereichen vermindert wird und die Orientierung
der Tonquelle von Zeit zu Zeit im hohen Bereich verändert wird, und wobei ferner
die stereophone Wiedergabevorrichtung für die Durchführung dieser Mischoperation,
bei der die linken und rechten Tonsignale zur Mischung aus der Ausgangsgröße eines
Vorverstärkers erhalten werden, insbesondere mit einer Phasenumkehrschaltung ausgestattet
sein muß, was demgemäß zusätzliche Kosten verursacht.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung das Ziel zugrunde, eine
stereophone Wiedergabevorrichtung vorzusehen, die die oben beschriebenen Nachteile
vermeidet, wie beispielsweise die Reduktion des Tonvolumens in den niedrigen und
mittleren Tonbereichen und die Veränderung der Orientierung der Tonquellen in dem
hohen Tonbereich, ohne daß dabei irgendeine spezielle Phasenumkehrschaltung erforderlich
ist, so daß sich demgemäß eine weniger teure Anordnung ergibt, die in der Lage ist,
linke und rechte Tonsignale in umgekehrter Phase zu mischen, um dadurch die stereophone
Wahrnehmung zu erhöhen.
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Bei der erfindungsgemäßen stereophonen Wiedergabevorrichtung werden
die linken bzw. rechten Eingangssignale aus den Ausgangsseiten der in den linken
bzw. rechten Tonsignalsystemen vorgesehenen Phasenumkehrschaltungen durch Bandpassfilterschaltungen,
die selektiv die hohen und niedrigen Bereiche der entsprechenden Signale dämpfen,
zu Mischerschaltungen geleitet, die mit den Ausgängen der Phasenumkehrschaltungen
der entgegengesetzten Signalsysteme verbunden sind, um ein Mischsignal zusammenzusetzen
aus dem linken Signal in der umgekehrten Phase und dem rechten Signal der positiven
Phase, geleitet durch das Filter,und dem gemischten Signal des rechten Signals der
umgekehrten Phase und dem linken Signal der positiven Phase, geleitet durch den
Filter, wobei diese gemischten Signale an die linken bzw. rechten Lautsprecher angelegt
werden, wodurch in wirtschaftlicher und effektiver Weise eine Erhöhung des stereophonen
Wahrnehmungseffekts erzeugt wird. Ferner sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Mischerschaltungen mit Schaltern ausgestattet, um eine Auswahl zu treffen zwischen
Mischen-Ein und Mischen-Aus, und es
ist eine Schaltbelastungsimpedanz
vorgesehen, um so eine relativ kleine Lastimpedanz im Mischen-Aus-Zustand vorzusehen
und eine relativ große Lastimpedanz im Mischen-Ein-Zustand, wodurch die Reduktion
des Tonvolumens während des Mischens verhindert wird Weitere Vorteile, Ziele und
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung
zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der stereophonen Wiedergabe
durch Vektorzusammensetzung; Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen stereophonen Wiedergabevorrichtung; Fig. 3 ein Schaltbild,
welches mehr ins einzelne gehend die Schaltung der Vorrichtung der Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 und 5 Aquivalentschaltungen, welche die Änderungen der Lastimpedanz durch
den Schaltungszustand ein" und Schaltungszustand "aus" darstellen; Fig. 6 und 7
graphische Darstellungen der Wirkungen der Frequenzeigenschaften beim erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen das bevorzugte
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen stereophonen Wiedergabevorrichtung
ist in Form eines Blockschaltbilds in Fig. 2 gezeigt.
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Die linken und rechten Lautsprecher 1 und 2 und die Verstärkerschaltungen
4 und 5 dafür sind jeweils von üblicher Bauart für die Leistungsverstärkung von
Eingangssignalen und die Betätigung
der Lautsprecher zur Erzeugung
von Tönen. Tonsteuerschaltungen 6 und 7 gehören zur üblichen Bauart mit Gegenkopplung
und dienen, wenn notwendig, zur Steuerung des Volumens (der Lautstärke) der hohen
und/oder niedrigen Bereiche der Eingangstonsignale, ohne das Volumen (die Lautstärke)
des mittleren Bereichs zu beeinflussen, und um die Phase der Eingangstonsignale
um 1800 umzukehren. Bandpassfilter 8 und 9 dämpfen nur die hohen und die niedrigen
Bereiche der Eingangstonsignale. Mischerschaltungen 10 und 11 dienen zur Mischung
der Ausgangssignale der Tonsteuerschaltungen und der Ausgangssignale von den Bandpassfiltern
und sie umfassen Mischungs-Ein/Aus'Schalter, welche die Funktion besitzen, die Lastimpedanz
der Tonsteuerschaltungen zu schalten, um das Volumen oder die Lautstärke während
des Mischens zu korrigieren.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist mehr ins einzlene gehend in
einem Schaltbild der Fig. 3 dargestellt. Zur Vereinfachung sind die gleichen Teile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und das linke Signalsystem ist teilweise
in Blockform in Fig. 3 dargestellt.
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In Fig. 3 sind die linken und rechten Vor-Puffer-Verstärkerschaltungen
12 und 13 und die Tonsteuerschaltungen 6 und 7 der Gegenkopplungs-Bauart solche
bekannter Bauart. Ein Widerstand 14 ist an einer Seite mit einem Verbindungspunkt
zwischen Eingangspufferverstärkerschaltung 12 und Tonsteuerschaltung 6 des linken
Signalssystems verbunden, und seine entgegengesetzte Seite ist über einen Kondensator
15 geerdet und über einen Kondensator 16 mit einem beweglichen Kontakt des rechten
Signalsystems des Mischen-Ein/Aus-Schalters 24 verbunden, um so das Bandpassfilter
8 zusammen mit den Kondensatoren 15 und 16 zu bilden. Ein Widerstand 17 ist mit
einer Seite mit einem Verbindungspunkt zwischen der Eingangspufferverstärkerschaltung
13 und der Tonsteuerschaltung 7 des rechten Signalsystems verbunden, während die
entgegengesetzte Seite des Widerstands 17 über Kondensator 18 geerdet ist und über
einen Kondensator 19 mit einem beweglichen Kontakt des linken Signalsystems des
Mischen-Ein/Aus-Schalters 24 in Verbindung steht; um so das Bandpassfilter 9 zusammen
mit den Kondensatoren 18 und 19
zu bilden. Sowohl die linken als
auch die rechten Aus-Kontakte der Mischen-Ein/Aus-Schalter 24 sind geerdet. Ein
Widerstand 20 liegt zwischen dem Ausgang der linken Tonsteuerschaltung 6 und der
linken Ausgangsklemme, und ein Widerstand 21 liegt zwischen der linken Ausgangsklemme
und dem linken beweglichen Kontakt des Schalters 24, um so die Mischerschaltung
10 zu bilden. Ein Widerstand 22 liegt zwischen dem Ausgang der rechten Tonsteuerschaltung
und der rechten Ausgangsklemme, und ein Widerstand 23 liegt zwischen der rechten
Ausgangsklemme und dem rechten beweglichen Kontakt des Schalters 24, um so die rechte
Mischerschaltung 11 zu bilden.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung sei nunmehr beschrieben.
Da die linken und rechten Schaltungen in ihrem Betrieb identisch sind, sei nur eine
dieser Schaltungen beschrieben.
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Wenn der Mischen-Ein/Aus -Schalter 24 auf "Aus" geschaltet wird, wie
dies in Fig. 3 gezeigt ist, so wird die Mischschaltung, beispielsweise 11, äquivalent
zur Schaltung gezeigt in Fig. 4 und ihre Ausgangsgröße wird nur durch die Widerstände
22 und 23 dividiert. Nimmt man hier an, daß die Ausgangsspannung der Tonsteuerschaltung
7 den Wert V hat, daß die Spannung der Ausgangsklemme Vo ist, daß der Wert des Widerstandes
22 R1 ist und daß der Wert des Widerstandes 23 R2 ist, so gilt die folgende Gleichung:
R2 Vo = x V (1) R1 + R2 Wenn sodann der Schalter 24 auf "Ein" geschaltet wird, so
wird die Mischschaltung, beispielsweise 11, äquivalent zur Schaltung in Fig. 5 und
die Lastimpedanz der Schaltung 17 wird erhöht. Nimmt man an, daß der Wert des Widerstandes
14 den Wert R3 hat, daß der Wert des Kondensators 16 den Wert C besitzt und daß
die Impedanz, hervorgerufen durch den Kondensator 15, sehr hoch verglichen mit R3
ist, so ist die Ausgangsspannung Vo bestimmt durch folgende Gleichung:
Demgemäß wird beim Nichtvorhandensein eines Signals zur Zusammen setzung vom entgegengesetzten
Signalsystem die Ausgangsspannung größer insbesondere in den mittleren und niedrigen
Tonbereichen, wenn der Schalter sich im "Ein"-Zustand als im "Aus"-Zustand befindet.
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Wenn hier eine Eingangsgröße in dem entgegengesetzten Signalsystem,
beispielsweise dem linken Signalsystem, vorhanden ist, so durchläuft das Eingangssignal
den Widerstand 14, der die Last der Pufferverstärkerschaltung ist, und wird in dem
hohen Bereich durch Kondensator 15 gedämpft und weiterhin im niedrigen Bereich durch
Kondensator 16 gedämpft und dann an die Mischerschaltung, beispielsweise 11, angelegt.
Hier wird demgemäß das linke Signal in der positiven Phase nach Durchgang des Bandpassfilters
8 und das rechte Signal mit umgekehrter Phase nach Durchgang der Tonsteuerschaltung
7 miteinander gemischt zur Erzeugung eines rechten zusammengesetzten Signals.
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Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel der In-Phase-Auslöscheffekt in
der Ausgangsgröße des Falles, wo das gleiche Signal sowohl an die linken als auch
rechten Signalsysteme angelegt wird, als auf 6 dB eingestellt beschrieben wird,
ist dies jedoch nicht beschränkend zu verstehen.
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Beispiele des In-Phase-Auslöscheffekts des Falles, wo ein In-Phase-Signal
an die Eingänge der linken und rechten Signalsysteme angelegt wird, wird nunmehr
unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.
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Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des In-Phase-Auslöscheffekts
des Falles, wo die Frequenzcharakteristik der Tonsteuerschaltung abgeflacht ist.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des In-Phase-Auslöscheffekts des Falles,
wo die Frequenzcharakteristik der Tonsteuerschaltung die größte oder die kleinste
in den hohen und den niedrigen Bereichen ist. In den Fig. 6 und 7
hat
die Ordinate einen Dezibilmaßstab mit 40 dB bei der Ausgangsgröße 100 mV und die
Abszisse hat eine logarithmische Frequenzskala von 10 Hz bis 20 000 Hz. Jedes Eingangssignal
ist 100 mV an der Tonsignaleingangsklemme, wobei die zu messende Schaltung nicht
mit der Leistungsverstärkerschaltung verbunden ist. Die Schaltungskonstanten der
Mischerschaltungen sind in Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle 1 Komponente Bezugszeichen Einheit Wert Widerstand 14 KSL
5,6 17 " 5,6 20 II 11 12 21 21 n 15 " 22 " 12 23 II 15 Kondensator 15 nF 5,6 16
n 47 18 " 5,6 19 47 In Fig. 6 bezeichnet eine Kurve 61 die Ausgangsgröße der Tonsteuerschaltung,
wobei gezeigt ist, daß das Ausgangssignal fast das gleiche wie das Eingangssignal
ist. Eine Kurve 62 bezeichnet die Ausgangsgröße der Mischerschaltung des Falles,
wo der Mischschalter 24 AUS "AUS"-geschaltet ist, wobei gezeigt ist, daß das Ausgangssignal
fast das gleiche wie das Eingangssignal ist, mit der Ausnahme, daß der Signalpegel
annähernd 7 dB niedriger ist als der Pegel der Kurve 61. Eine Kurve 63 bezeichnet
die Ausgangsgröße der Mischerschaltung der Seite, in die das Signal des Falles,
wo der Mischschalter 24 EIN-geschaltet ist, eingegeben wird, ohne das Signal zum
entgegengesetzten Signalsystem einzugeben, und wobei ferner dargestellt ist, daß
das Ausgangssignal nur in den mittleren und den niedrigeren Bereichen verstärkt
wird, weil die Lastimpedanz die Kondensatoren
in Serie, wie oben
beschrieben, aufweist. Eine Kurve 64 bezeichnet die Ausgangsgröße der Mischschaltung
des Falles, wo das In-Phase-Signal beiden Signalsystemen eingegeben wird, und der
Mischschalter ist EIN-geschaltet, wobei dargestellt ist, daß das Ausgangs signal
von der Charakteristik ist, in der das Eingangssignal nur in dem mittleren Bereich
gedämpft wird, da das gemischte Signal,angelegt vom entgegengesetzten Signalsystem,
durch das Bandpassfilter die Frequenzcharakteristik gedämpft in den hohen und niedrigen
Bereichen besitzt, wie dies durch eine Kurve 65 dargestellt ist.
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In Fig. 7 repräsentieren die Kurven 71 und 72 die Fälle, wo der Mischschalter
eingeschaltet ist, ohne das Signal zum entgegengesetzten Signal einzugeben, wobei
die Kurve 71 die Ausgangsgröße der Mischschaltung des Falles bezeichnet, wo das
Eingangssignal zur Tonsteuerschaltung in den hohen und den niedrigen Bereichen zum
Maximum verstärkt wird und wobei die Kurve 72 die Ausgangsgröße der Mischschaltung
des Falles bezeichnet, wo das Eingangs signal zur Tonsteuerschaltung in den hohen
und den niedrigen Bereichen auf ein Minimum gedämpft wird. Eine Kurve 73 bezeichnet
die Ausgangsgröße der Mischschaltung des Falles, wo das In-Phase-Signal eingegeben
wird zum entgegengesetzten Signalsystem im Falle der Kurve 71, wobei gezeigt ist,
daß die Dämpfung nur im mittleren Bereich geschieht. Eine Kurve 74 bezeichnet die
Ausgangsgröße der Mischschaltung des Falles, wo das In-Phase-Signal -eingegeben
wird zum entgegengesetzten Signalsystem im Zustand der Kurve 72, wobei gezeigt ist,
daß sie gedämpft wird im mittleren Bereich und ferner außerordentlich gedämpft wird
in zwei weiteren Punkten. Dieser Effekt wird durch die Tatsache erreicht, daß die
Kurve 72 der Kurve 65 der Fig. 6 ähnelt. Da es jedoch bei der allgemeinen Stereophonwiedergabe
recht selten ist, die Charakteristik der Tonsteuerschaltung extrem in den hohen
und niedrigen Bereichen,
wie in der Kurve 72, zu dämpfen und da
ein solcher Betrieb für die Zwecke der Artikulationserhöhung nur erfolgt, wenn viel
Rauschen in den hohen und niedrigen Bereichen vorhanden ist, kann dieser Effekt
als keinen substantiellen Effekt auf den Gehörsinn ausübend angesehen werden.
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Bei der erfindungsgemäßen stereophonen Wiedergabevorrichtung wird,
wie oben beschrieben, der stereophone Sinn vergrößert durch das Vorsehen einfacher
CR-Lastschaltungen als Mischerschaltungen und Bandpassfiltern ohne Vorsehung irgendeiner
speziellen Phasenumkehrschaltung. Ferner verhindert das Vorsehen der Misch-Ein/Aus-Schalter
als Lastimpedanzschalter die Dämpfung der mittleren und niedrigen Bereiche durch
das Mischen der In-Phase-Signaleingangsgröße mit linken und rechten Signalsystemen,
um dadurch die Reduktion beim allgemeinen Hörsinn zu verhindern und diesen sogar
noch zu verstärken.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3-7 und die Tabelle 1 wurde ein erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel beschrieben, welches jedoch nicht einschränkend zu verstehen
ist.
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Zusammenfassend sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur effektiven
Erhöhung eines stereophonen Sinnes oder Gefühls für den Fall vor, wo der Abstand
zwischen den linken und rechten Lautsprechern klein ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
vergrößert den Scheinabstand zwischen den linken und rechten Tonquellen durch vektormäßige
Addition der Tonsignale der linken und rechten Kanäle. Die Vorrichtung weist eine
Phasenumkehrschaltung, eine Mischschaltung und ein Bandpassfilter in jedem der linken
und rechten Tonsignalsysteme auf, wobei die Phasenumkehrschaltung eine Tonsteuerschaltung
der Bauart mit negativer Rückkopplung (Gegenkopplung) ist, und wobei die Mischschaltung
eine das stereophone Gefühl erhöhende Ein/Aus-Schaltvorrichtung aufweist, die eine
Lastimpedanz schalten kann, und wobei schließlich das Bandpassfilter derart aufgebaut
ist, daß es ein Tonfrequenzband hindurchläßt, das für die Erhöhung des stereophonen
Gefühls brauchbar ist.
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