DE2841680C3

DE2841680C3 - Mittels Ultraschall arbeitendes drahtloses Übertragungsverfahren für Tonsignale und Empfangseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2841680C3
Application number: DE19782841680
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.-Ing. 3000 Hannover Griese
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2841680A1; DE2841680B2

Description

Die Erfindung geht aus von einem mittels Ultraschall arbeitenden drahtlosen Verfahren zur Übertragung von von mehreren getrennt voneinander angeordneten Mikrofonen aufgenommenen Tonsignalen /u einem Verstärker und/oder Tonaufzeichnungsgerät.

Die drahtlose Übertragung von Tonsignalen, aber auch von Steuersignalen, zwischen elektroakustischen Anlageteilen ist seit langem bekannt So werden als Träger für die zu übertragende Information H F-Wellen, "> Infrarot-Strahlen und auch Ultraschallwellen verwendet. Bevorzugtes Anwendungsgebiet für eine derartige Übertragung ist zum Beispiel die Fernsehtonübertragung vom Fernsehgerät zu einem Kopfhörer des Fernsehteilnehmers, der Einsatz bei Hörgeschädigten-Lehranlagen oder Konferenz-Dolmetscheranlagen.
_ Jede Trägerart weist Vor- und Nachteile auf. Die Übertragung über H F-Wellen bleibt beispielsweise nicht auf engem Raum begrenzt Mehrere Geräte f'önnen sich gegenseitig stören. Überhaupt können hochfrequente Störungen aller Art aus allen Richtungen aufgenommen werden. Ferner müssen die Geräte — bekannt sind die sogenannten drahtlosen Mikrofone — den Bestimmungen der zuständigen Poslbehörde entsprechen, typengeprüft und lizenziert sein. Außer-

-° dem ist eine monatliche Gebühr 7u entrichten. Die Kanalzahl ist stark eingeschränkt und ein Betrieb mehrerer Sender gleichzeitig in demselben Kanal ist wegen auftretender Interferenzstörungen nicht möglich.

^r> Den Vorteilen der Infrarot-Übertragungstechnik steht die hohe Störeripfindlichkeit gegenüber starken Lichtstrahlungen als Nachteil gegenüber, so daß eine Anwendung im Freien — Störung durch sehr helles Tageslicht bzw. Sonnerstrahlung — schwer möglich ist.

^i(l Auch starke Kunstlichtquellen verhindern den Einsatz in der Filmaufnahmetechnik. Auch die Ultraschall-Übertragung hat bisher die hochwertige Übertragung von Tonsignalen, vorzugsweise von einem Mikrofon zu einem Tonaufzeichnungsgerät. nicht gewährleistet, da

^!5 durch Mehrwegeverzerrungen die Übertragungsqualitat stark gemindert wird.

Von Tonamateuren wird aber immer wieder ein drahtloses Mikrofon gefordert d?'· die genannten Nachteile, insbesondere der genannten HF- und Infrarot-Trägersysteme, nicht aufweist. Auch in der Tonfilmaufnahmetechnik werden drahtlose Mikrofone benötigt.

In der Tonfilmtechnik fur Amateure wird in steigendem Maße lic sogenannte Einstreifentechnik

'' eingesetzt, bei dei der Film eine magnetisierbar Randspur aufweist und das Tonauf/eichnungsgerät mit der filmkamera eine Einheit bildet. Um dem Amateur die Tonaufnahme /u erleichtern, wird versucht, auch das Mikrofon an der Kamera über korperschalldämmende

'" Mitte' /u befestigen Die herbei cr/ieltcn Aufnahmeer gcbnisse sind jedoch nicht zufriedenstellend, da die Kamera zuviel Kor perschall und l.uftschall auf das Mikrofon übertragt und dieses wiederum zu weit von den Schallquellen entfernt ist. die aufgenommen werden

" sollen.

line gute und Mir allen Dingen storfreie akustische Aufnahmequalltat wird erreicht, wenn das Mikrofon möglichst nahe an die aufzunehmende Schallquelle herangebracht wird und die Tonsignale über eine

^h" geeignete drahtlose (Jbertragungssireckc zu der einen entsprechenden Empfänger und ein Aufzeichnungsgerät enthaltenden Filmkamera übermittelt werden.

Eine Ultraschalltonübertragung für zwei Kanäle ist durch die DE-OS 26 52 101 bekannt geworden. Da die

^n> Trägerfrequenzen der Sender jedoch gleich sein müssen, werden sie in einem gemeinsamen Trägerfrequenzgenerator erzeugt. Zur Vermeidung von trotzdem auftretenden störenden Überlagerungen wird weiterhin

angegeben, für die beiden Kanäle verschiedene Trägerfrequenzen zu verwenden, die jedoch dann im Frequenzbereich weit auseinander liegen sollen. Dieses Verfahren eignet sich nicht zur Übertragung von von mehreren getrennt voneinander angeordneten Mikrofonen aufgenommenen Tonsignalen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Jurch jedes Mikrofon aufgenommene Tonsignal in einer dem Mikrofon zugeordneten Sendeeinrichtung durch Modulation mit einer höherfrequenten Trägerfrequenz in ein höherfrequentes trägerloses Einseitenbandsignal umgesetzt und über die elektroakustische Wandleranordnung als Ultraschallsignal abgestrahlt wird, und daß die den Sendeeinrichtungen zugeordneten Trägerfrequenzen einander nahezu gleich sind, und am Empfangsort die Ultraschallsignale über einen Empfangswandler und gemeinsam aufgenommen und in bekannter Weise demoduliert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ubertragungsverfahrens nach der Erfindung sowie besondere Empfangseinrichtungen zur Durchführung des Übertragt! ngsverfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch den Einsatz von Ultraschall für die drahtlose Tonübertragung werden bei der Einseitenbandmodulation gegenüber der direkten Tonübertragung folgende Vorteile erzielt:

Körperschall bzw. Luftschall der Kamera stören nicht mehr, da sie in einem anderen Frequenzbereich liegen und das Aufnahmemikrofon sich in der Nähe der aufzunehmenden Schallquellen befindet; das Verhältnis von Direktschall zu reflektiertem Schall kann optimal gewählt werden: da mit kurzen Wellenlängen gearbeitet wird, kann die Richtschärfe des Ultraschallempfängers den optischen Eigenschaften der Kamera angepaßt werden und es kann sogar bei Verwendung bei Zoomobjektiven eine Kopplung /wischen dem Objektiv und dem Ultraschallwandler in dem Sinn vorgenommen werden, daß ..ei der Veränderung der Brennweite des Zoomobjektibs auch der Entfernungseindruck der Schallquellen sinngemäß verändert wird.

Der Vorteil der trägerlosen Einseitenbandtechnik gegenüber anderen Modulationsarten besteht einerseits darin, daß keine nichtlinearen Verzerrungen durch sogenannte iviehrwegeverzerrungen auftreten können und andererseits auch mehrere Sender gleichzeitig verwendet werden können. Werden beispielsweise mehrere Personen mit Mikrofonen und Ultraschallsendern ausgerüstet, so finJet beim Schwenken der Kamera von einer Person auf die andere automatisch auch der Übergang der Tonaufnahme statt, ohne daß irgendwelche Interferen/storungen entstehen. Da bei dem Übertragungsverfahren nach der Erfindung der Hörschall lediglich in einen höheren F-'requenzbereich transponiert wird, werden die sonstigen Eigenschaften nicht nennenswert verändert Hs findet also eine einfache Addition der Schallanteile in ganz ahnlicher Weise statt wie bei der direk ι en Tonauf nah me

Durch das Verfuhren nach der Erfindung ist es mehl notwendig, die den einzelnen Mikrofonsendern zugeordneten Trägerfrequenzen von einem gemeinsamen Trägerfrequen/generator abzuleiten. Es ist, bedingt durch die Einseitenbandtechnik. ausreichend, nahezu gleiche Trägerfrequenzen zu verwenden. Hierdurch werden erst die einzelnen drahtlosen Mikrofone voneinander unabhängig, insofern werden auch nicht zur Vermeidung von störenden Überlagerungen verschiedene, entsprechend weit auseinanderliegende

Trägerfrequenzen wie bei einem bekannten Verfahren benötigt Vielmehr kann ein einkanalig konzipierter Empfänger eine Vielzahl von von den einzelnen Mikrofonen abgestrahlten Signalen gemeinsam empfangen.

Ein weiterer Vorteil der trägerlosen Einseitenbandtechnik liegt in ihrer Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Stromverbrauchs der Sender. Im unmodulierten Zustand findet keine Abstrahlung von Ultraschall statt und die Ruhestromaufnahme der Endstufe kann außerordentlich gering sein. Vom Prinzip her gibt es auch keine Übermodulation. Bei Aussteuerungsspitzen können verhältnismäßig große Schalleistungen abgestrahlt werden.

Anhand der Zeichnung und einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung im nachfolgenden beschrieben werden

Fig. 1 zeijt die prinzipielle Anordnung der fur die Verfahrensdurchführung notwendige elektronischen bzw. eiektroakustischen Bausteine.

F i g. 2 zeigt die Anordnung eines Kmpfangswandlers an einer Kamera in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung.

Die Einseitenbandmodulation und Demodulation ist prinzipiell bekannt. Das Blockschaltbild ist in ΙΊ g. 1 dargestellt. Ein Oszillator 3. der beispielsweise auf einer Frequenz von 50 kHz schwingt, wird durch das Mikrofon 1 und den Niederfrequenzverstärker 2 amplitudenmoduliert Der Modulator 4 ist so ausgefüllt t. daß der Träger möglichst vollständig unterdrückt wird. Das Filter 5 siebt nuT das untere oder obere Seitenband aus und unterdrückt ebenfalls noch in gewissem Maße den Träger. Das Einseitenbandsignal wird dann über einen Verstärker 6 dem ek-ktroakustischen Wandler 7 zugeführt. Um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen und eine genügende Bandbreite zu erreichen, werden vorzugsweise elektrostatische Wandler verwende. Bei Elektretwandkrn ist es nicht notwendig eine Polansationsspannung an die Ultraschallkapsel /u k-gen. Es könr „n jerioch auch andere Wandler verwendet werden, beispielsweise piezoelektrische Systeme. Auf der Empfangsseite wird lediglich das vom F.mpfangswandler 8 abgegebene Signal verstärkt und durch eine Mischstufe 9 und einen Oszillator 10. der aut der gleichen Frequenz wie der Sendeoszillator 3 schwingt, in das Niederfrequenzband zurutktranspomert Lm einfaches /?('Filter genügt, um uas Niederfrequenz band von den höheren Frequenzen /u trennen Das Niederfrequenzband wird in einem Verstarker 11 verstärkt und dem Tonaufzeichnungsgcrat in der Filmkamera zugeführt

Die ^fü^r dieses I ibortragungsverfahren n.ich tier Erfindung benötigten I nipfänger können besonders einfach aufgebaut se^;i und lassen sich somit leicht an der Filmkamera befestigen, wenn sie nicht sogar in diese eingebaut werden.

Während die Richtwirkung des Sendewandlcrs verhältnismäßig kle.i sein soll, damit sich die auf/uneh menden Personen, denen die Mikrofon-Senderkombination beispielsweise angesteckt werden, möglichst frei bewegen können, wird der Empfangsv/andler in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung mit einer verhältnismäßig hohen Richtwirkung versehen. Die einfachste Möglichkeit dazu ist die Verwendung eines kleinen Hohlspiegels, in dessen Biennpunkt die Ultraschallkapsel angeordnet wird. Diese Empfangseinrichtung kann ähnlich wie ein Blitzlichtgerät auf die Kamera gesetzt werden. Der Hohlspiegel bewirkt eine

Bündelung des Schalls, so daß man verhältnismäßig leicht auch über große Entfernungen die Tonsignale übertragen kann.

Die Richtwirkung hängt von der Größe dieses Hohlspiegels ab und davon, wie genau die Ultraschall· · kapsel im Brennpunkt des Spiegels angeordnet wird. Wird die Kapsel auf der Achse des Hohlspiegels verschoben, so verändert sich ähnlich wie bei einer Taschenlampe die Richtschärfe und es ist durchaus möglich, bei einem Zoomobjektiv die Richtwirkung dem i" Aufnahmewinkel der Kamera optimal anzupassen. Wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wie in F i g. 2 gezeigt, die Brennweitenveränderung Ades Objektivs 12 gekoppelt mit einer Verschiebung der Ultraschallkapsel 13 auf der Achse des Hohlspiegels 15, dann kann '■ beispielsweise bei Fahraufnahmen auch akustisch der Eindruck, an die Schallquelle näher heranzukommen, vermittelt werden.

Eine hohe Richtwirkung einer Ultraschallwandlerkapsel kann bereits durch ihre Bauart gegeben sein. Es -" ist bekannt, daß Wandler mit nicht zu kleinen Membranen bereits hohe Richtwirkungen aufweisen. Für eine Empfangseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens kann deshalb auch ein einfacher Wandler mit relativ hoher -'"· Richlwirkung eingesetzt werden, wobei die Verringerung der Schärfe durch eine Blende oder einen Diffusor vorgenommen werden kann. Durch Veränderung des Blendcnwertes oder Lageverstellung des Diffusors kann ebenfalls in zweckmäßiger Ausgestaltung eine Anpas- "' sung der Richtwirkung an den Aufnahmewinkel des Kameraobjektivs erfolgen.

Der Entfernungscindruck hängt bei akustischen Übetragungen bekanntlich vom Verhältnis des Direktschalles zum indirekten Schall und gegebenenfalls ^r' Störschall ab. Das Aufnahmemikrofon befindet sich z. B. als Ansteckmikrofon in der Nähe dei aufzunehmenden Personen. Es nimmt deshalb vorwiegend Direktschall auf. Durch die Ultrasc'iallübertragung kommt zwar ein gewisser Teil an indiiektem Schall hinzu, der von der ■"· Richtwirkung des Ultraschallmikrofons des Empfangs-•V2nd!err. abhängig \z:. Mit der Ycrnr.dcrjr.g der Richtwirkung verändert sich also auch der Entfernungseindruck. Die Richtwirkung der Empfangseinrichtung kann auch durch ein der Ultraschallkapsel vorgesetztes Interferenzrohr erzielt werden.

Nur die in der Erfindung vorgesehene trägerlose Einseitenbandmodulation des Ultraschalls kann eine Übertragung ohne nichtlincare Verzerrungen im Übertragungsweg gewährleisten. Deshalb sind auch nur bei diesem Übertragungsverfahren die als besonders zweckmäßig genannten Einrichtungen zur Erzeugung einer Richtwirkung der Empfangseinrichtung wie Hohlspiegel oder Interferenzrohr anwendbar. Ferner ist es bei Anwendung der Einseitcnbandtechnik ebenfalls möglich, mehrere .Sender gleichzei'ig einzusetzen. Beim Schwenken der Kamera von einer Person auf eine andere, tritt dann eine einfache Addition der Schallantcile auf und man erhält den Effekt einer Überblendung.

Natürlich ist es notwendig, wie bei der direkten Tonaufnahrne einen Begrenzerverstärker vorzusehen, um Übersteuerungen der magnetischen Randspur des Films zu vermeiden. Ein solcher Begrenzerverstärker ist jedoch in jeder Filmkamera vorhanden. Häufig ist auch eine manuelle Lautstärkeeinstellung vorgesehen.

Das Übertragungsverfahren mich der Erfindung wurde beispielsweise für die Anwendung von Amateur-F'ilmtonaufnahmen näher beschrieben. Es gibt jedoch noch weitere Anwendungen. In analoger Weise kann es beispielsweise im Fernsehen verwendet werden oder es kann auch für die Übertragung des Klangs von Musikinstrumenten in einem Orchester dienen. Manche Musikinstrumente sind zu leise, um sie in einem Orchester ohne elektroakustische Verstärkung verwenden zu können. Andererseits möchte man gern viele Mikrofone mit den dazugehörigen Kabeln vermeiden.

Dieses gilt zum Beispiel besonders für die Elektrogitarre, bei der eine drahtlose Übertragung des Klanges bzw. der durch einen an der Gitarre befestigten Übertrager erzeugten Tonsignale zu einer Verstärkereinrichtung besonders erwünscht ist. Die beschriebene Ultraschall-Einseitenbandtechnik kann auch hier in vorteilhafter Weise eingesetzt werden. Es können auch mehrere solcher Übertragungseinrichtungen an verschiedenen Musikinstrumenten gleichzeitig eingesetzt werden und es ist dann möglich, durch Ausrichtung des FmnfäniTprQ pinmal Hac ?ir»^ od^r dss 2^derc Musikinstrument stärker hervorzuheben, ohne daß dazu ein Mischpult erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mittels Ultraschall arbeitendes drahtloses Verfahren zur Übertragung vou von mehreren getrennt voneinander angeordneten Mikrofonen aufgenommenen Tonsignalen zu einem Verstärker und/oder Tonaufzeichnungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß das durch jedes Mikrofon aufgenommene Tonsignal in einer dem Mikrofon zugeordneten Sendeeinrichtung durch Modulation mit einer höherfrequenten Trägerfrequenz in ein höherfrequentes trägerloses Einseitenbandsignal umgesetzt und über die elektroakustische Wandleranordnung als Ultraschallsignal abgestrahlt wird, und daß die den Sendeeinrichtungen zugeordneten Trägerfrequenzen einander nahezu gleich sind, und am Empfangsort die Ultraschallsignale über einen Empfangswandler gemeinsam aufgenommen und in bekannter Weise demoduliert werden.

2. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch den Einsatz eines Empfangswandlers mit verhältnismäßig hoher Richtwirkung.

3. Übertragungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richiwirkung des Empfangswandlers durch ein Interferenzrohr erzielt wird.

4. Übertragungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtwirkung durch die Anordnung der elektroakustischer! Kapsel des Empfangswandlers in einem Hohlspiegel erzielt wird.

5. Empfangseinrichtung zu- Durchführung des Übertragungsverfahren* .larh einem der vorhergehenden Ansprüche bei Tonfiln lufnahmen bestehend aus einem Empfangswandler und einem Tonaufzeichnungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangswandler mit der Filmkamera elektrisch und mechanisch verbunden ist.

6. Empfangseinrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Richtwirkung des Empfangswandlers dem Aufnahmewinkel des Filmkame raobjektivs angepaßt ist.

7. Empfangseinrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Zoomobjektiven in der Filmkamera die Richtwirkung des Empfangswandlers automatisch dem Aufnahmewinkel des Kameraobjektivs r.achgefiihrt wird.

8. Empfangseinrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Nachführung der Richtwirkung des Empfangswandlers durch Lageverstellung der elektroakusiischen kapsel in einem Hohlspiegel erfolgt

9. Empfangseinrichtung nach Anspruch b. dadurch gekennzeichnet. daß die größte Richtwirkung des Empfangswandlers durch die Bauart der elektroaku »tischen Kapsel gegeben ist und eine Anpassung .in den Aufnahmewinkel des [ilmkameraobicktivs durch eine der Kapsel vorgestellte Blende oder einen Diffusor erfolgt