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SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM ANPASSEN EINES RAUMBEZOGEN
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STEREOPHONEN PROGRAMMSIGNALS AN EINEN FREIFELDENT-ZERRTEN KOPFHÖRER.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs t. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus den DE-OSn
20 07 623, 22 44 162 und 25 57 516 bekannt.
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Unter einem freifeldentzerrten Kopfhörer versteht man im alTgemeinen
einen Kopfhörer, dessen Freifeldübertragungsmaß nach DIN 45 619 möglichst eben ist.
Mit solchen Köpfhörern gelingt es, bei einer mittleren Person dieselben Schall signale
an den Trommelfellen zu erzeugen wie bei der Beschallung durch einen idealen Lautsprecher,
der einige Meter vor der Person in reflektionsarmer Umgebung steht. Die im Handel
erhältlichen Kopfhörer streben in der Regel diese Eigenschaft an und erreichen sie
auch mehr oder-weniger gut (vgl. Fastl und Fleischer 1978). Bekannt ist auch die
Möglichkeit, durch ein elektrisches Filter das Freifeldübertragungsmaß eines Kopfhörers
zu verbessern. Für die folgenden Oberlegungen wird ein solcher freifeldentzerrter
Kopfhörer als verfügbar zugrundegel egt.
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Das Programm-Material, das am häufigsten produziert und abgehört wird,
besteht nicht aus monophonen,sondern aus stereophonen Aufnahmen. Es ist zugeschnitten
auf eine Wiedergabe über zwei Lautsprechereiner Stereo-Standardaufstellung, nicht
auf einen Lautsprecher genau vor dem Hörer.
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Daher ist es verständlich, daß dieses Programm-Material über handelsübliche
Kopfhörer nur unter deutlichem Qualitätsverlust abgehört werden kann; und zwar auch
dann, wenn dieser Kopfhörer nach DIN 45 619 freifeldentzerrt ist. Zur Verbesserung
der Kopfhörerwiedergabe ist es bekannt (DE-OSn 20 07 623,'22 44 162, 25 57 516),
mittels spezieller Anpassungsschaltungen raumbezogen stereophone Programmsignale
an Kopfhörer anzupassen, um bezüglich einer stereophonen Lautsprecher-Aufstellung
äquivalente oder genügend ähnliche Schall signale an den Trommelfellen zu erzeugen.
Diese bekannten Anpassungsschaltungen sind indessen verhältnismäßig aufwendig und
darüber hinaus auf jeweils nur einen speziellen Kopfhörer zugeschnitten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Schaltungsanordnung
der eingangs erwähnten Art anzugeben, welche bei vergleichbarer Funktion einfacher
ausgebildet und mit vorhandenen freifeldentzerrten Kopfhörern kompatibel ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist im Anspruch 2 angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besitzen die ersten
und zweiten Obertragungsglieder eine zueinander reziproke Obertragungsfunktion,
wodurch ein sehr ähnlicher und damit kostengünstiger Aufbau sämtlicher Obertragungsglieder
ermöglicht wird. Desweiteren ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den
bereits eingeführten freifeldentzerrten Kopfhörern kompatibel, wobei selbst dann,
wenn das Freifeldübertragungsmaß eines verwendeten Kopfhörers nicht eben ist, die
Anpassungsfunktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im wesentlichen erhalten
bleibt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig.
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Diagramm
für den Dämpfungsverlauf eines in einem Querzweig der Schaltungsanordnung nach Fig.
1 vorgesehenen Obertragungsgl i edes, und
Fign. 3a elektrische Schaltbilder
der in den Längs- und Querzwei-und 3b gen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 vorgesehenen
Obertragungsglieder.
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In Fig. 1 sind die verschiedenen Schaltungsblöcke mit Funktionsbeschriftungen
versehen, welche im einzelnen folgendes bedeuten: zs r = Nachbildung der interauralen
Laufzeitdifferenz für eine Schalleinfallsrichtung von 30°; sie beträgt beispielsweise
etwa 250 ps; Aa (f) = Nachbildung der frequenzabhängigen Dämpfung am abgewandten
Ohr für eine Schalleinfallsrichtung von 30° bezogen auf frontalen Schalleinfall,
und Az (f) = Nachbildung der frequenzabhängigen Verstärkung am zugewandten Ohr für
eine Schalleinfallsrichtung von 300 bezogen auf frontalen Schalleinfall.
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Die in Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes veranschaulichte erfindungsgefäße
Schaltungsanordnung umfaßt zwei Längszweige T1, 21, die mit einer Eingangsklemme
10 bzw. 20 verbunden sind. An diesen Eingangsklemmen 10, 20 wird ein raumbezogen
stereophones Programmsignal, wie es beipielsweise durch Rundfunksendungen abgestrahlt
wird, angelegt. In jedem der Längszweige 11, 21 befindet sich ein erstes übertragungsglied
1, dessen Ausgang
zu einem Addierglied 13 bzw. 23 führt. Das Addierglied
13 ist ferner über einen Querzweig 22 mit der Eingangsklemme 20 verbunden, während
das Addierglied 23 ferner über einen Querzweig 12 mit der Eingangsklemme 10 verbunden
ist. Jeder Querzweig 12, 22 besteht aus einem Verzögerungsglied 3 mit nachgeschaltetem
Obertragungsglied 2. Der Ausgang des Addiergliedes 13 führt zu einer Ausgangsklemme
30 und der Ausgang des Addiergliedes 23 führt zu einer Ausgangsklemme 40. Die Ausgangsklemmen
30, 40 können mit einem nicht dargestellten, freifeldentzerrten Kopfhöher verbunden
werden.
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Die vorstehend definierten übertragungsfunktionen Aa (f) und Az (f)
der übertragungsglieder 2 bzw. 1 sind erfindungsgemäß reziprok zueinander, d.h.:
Az(f) = 1 z Aa (f) Infolge der vorgenannten inversen Beziehungen zwischen den Obertragungsfunktionen'
Aa (f) und Az (f) lassen sich die übertragungsglieder 1 und 2 sehr ähnlich aufbauen,
wie beispielhaft anhand von Fign. 3a und 3b veranschaulicht ist. Das in Fig. 3a
veranschaulichte übertragungsglied 2 umfaßt einen Operationsverstärker OP, dessen
(-)-Eingang über eine Impedanz Zl(f) mit dem Eingang 201 des übertragungsgliedes
2 verbunden ist. Der (+)-Eingang des Operationsve.rstärkers OP liegt auf Masse.
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Der Ausgang des Operationsverstärkers OP ist einerseits mit dem Ausgang
202 des Obertragungsgliedes 2 verbunden und ist andererseits über eine Impedanz
Z2(f) auf den (-)-Eingang des Operationsverstärkers OP rückgekoppelt. Die Obertragungsfunktion
Aa (f) des übertragungsgliedes 2 lautet daher: Z1(f) Aa (f) = Z2 (f).
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Das in Fig. 3b dargestellte Obertragungsglied 1 ist ähnlich wie das
2 übertragungsglied 2 gemäß Fig. 3a aufgebaut, jedoch sind die Impedanzen Z1(f)
und Z2(f) vertauscht. Die übertragungsfunktion Az (f) des Obertragungsgliedes 1
lautet daher: Az (f) = Z2(f) Z1(f) Wie man aus einem Vergleich der Fign. 3a und
3b erkennt, lassen sich sämtliche Obertragungsglieder der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 bis auf die erwähnte Vertauschung der Impedanzen Z1 Z2 identisch verwirklichen,
wodurch sich ein einfacher, kostengünstiger Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ergibt.
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Die Wahl der Impedanzen Z1'Z2 ergibt sich aus dem Diagramm gemäß Fig.
2, welches den Verlauf der Dämpfungsfunktion Aa (f) darstellt.
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Wie man hieraus erkennt, werden höhere Frequenzen stärker gedämpft
als tiefere Frequenzen. Diese übertragungsfunktion kann beispielsweise mit Hilfe
mehrstufiger Resonanzschaltungen realisiert werden, auf die hier nicht im einzelnen
eingegangen zu werden braucht.
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Wichtig ist jedoch, daß die Resonanzfrequenzen sämtlicher, für die
Impedanzen Z1 und Z2 verwendeten Resonanzschaltungen mittels eines einzigen Stellgliedes
gleichsinnig verändert werden können. Das gleiche gilt für die Verzögerungsglieder
3, so daß praktisch mit Hilfe zweier Stellglieder eine Individualanpassung der erfindungsgemäßen
Schaltung möglich wird. Die Verzögerungsglieder 3 bilden den interauralen Laufzeitunterschied
nach, welcher von Individum zu Individum unterschiedlich ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung macht es möglich, auf baulich
einfache, kostengünstige Weise übliche raumbezogen stereophone Programmsignale ohne
Qualitätsverlust über freifeldentzerrte Kopfhörer abzuhören. Die hierfür geeigneten
Kopfhörer sollen ein nach DIN 45 619 möglichst ebenes Freifeldübertragungsmaß besitzen,
was praktisch für sämtliche marktgängigen Kopfhörer zutrifft. Darüberhinaus können
über dieselbe Wiedergabeanordnung auch solche kopfbezogen stereophone Programmsignale
abgehört
werden, die aus Gründen der Kompatibilität in raumbezogen stereophone Signale umgewandelt
werden. Diese Umwandlung kann zweckmäßigerweise durch ein Netzwerk erfolgen, das
bezüglich der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 invers ist. Diese inverse Ausbildung
läßt sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besonders leicht und exakt
durchführen, da die Obertragungsglieder 1 und 2 zu-einander reziprok sind. Durch
Kettenschaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 und der
dazu inversen Schaltungsanordnung lassen sich die Wirkungen der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung vollständig wieder aufheben, wodurch die aufnahmeseitige Umwandlung
von kopfbezogen stereophonen Signalen in raumbezogen stereophone Signale vollständig
rückgängig gemacht wird und damit die gewohnte kopfbezogene Stereophonie von der
erfolgten Umwandlung nicht beeinträchtigt wird.