DE3786922T2 - Vorrichtung zur Verarbeitung von Stereosignalen und universale AM-Stereoempfänger mit einer solchen Einrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Stereoempfänger für Stereorundfunkübertragung und auf eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Stereosignalen im allgemeinen.
• Am 4. März 1982 hat die Federal Communications Commission (FCC) einen umwälzenden Bericht und eine Anordnung angenommen, die die sogenannte "Marktplatzlösung" genehmigt, um einen nationalen Standard für die Übertragung von stereofonen Radiogrammen in dem AM-Rundfunkband (535-1605 kHz) auszuwählen. Seitdem konkurrieren mehrere unterschiedliche AM-Stereosysteme im Markt.
• Bei den verschiedenen AM-Stereosystemen, die in den Markt Einführung gefunden haben, werden die Audiosignale des linken Kanals (L) und die des rechten Kanals (R) addiert, um ein L+R-Signal zu bilden, das zur Amplitudenmodulation des Hochfrequenzträgers (HF) in der üblichen Weise verwendet wird. Durch die Subtraktion des R-Signales von dem L-Signal wird ein L-R-Signal gebildet, das zur Phasenmodulation (PM) des HF-Trägers bei einigen AM-Stereosystemen oder zur Quadraturmodulation (QM) des Trägers bei anderen Systemen Verwendung findet.
• Die übertragenen Signale aller AM-Stereosysteme, die in den Vereinigten Staaten verwendet worden sind und gegenwartig verwendet werden, sind mit Mono-AM-Empfängern kompatibel, aber keines ist mit dem jeweils anderen kompatibel.
• Wegen dieser gegenseitigen Inkompabilität zwischen den verschiedenen Systemen sehen sich die Hersteller von Radioempfängern vor die Wahl gestellt, AM-Stereoempfänger lediglich für ein System zu gestalten (sogenannte "Ein-System"-Empfänger) oder Empfänger zu entwerfen, die Signale von mehr als einem ausgestrahlten System stereofonisch auf nehmen können (sogenannte ("Vielsystem"-Empfänger). Beide Empfängertypen sind im Markt vorhanden.
• Bei Vielsystem-Empfängern gibt es zwei Grundtypen. Einige beinhalten Pilotsignaldetektorschaltungen, die ein automatisches Einschalten von solchen Empfängerschaltungen veranlassen, die zum richtigen Dekodieren des speziellen Typs des empfangenen AM-Stereosignals erforderlich sind. Andere Vielsystemempfänger sind für diesen Zweck mit manuellen Schaltern ausgerüstet.
• Unter den Schaltungen, die in Vielsystemempfängern umzuschalten sind, finden sich: Störungskorrekturschaltungen, 90º-Phasendifferenzschaltungen, die in einem der AM- Stereosysteme verwendet werden (nämlich dem Kahn/Hazeltine-System) , Begrenzer und Detektoren.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Vielsystem- oder "Universal"-AM-Stereoempfänger zu schaffen, der kein manuelles oder automatisches Schaltungsumschalten in dem Stereodekoder erfordert, der jedoch Stereoempfang von Sendungen ermöglicht, die eines der verschiedenen auf dem Markt befindlichen AM-Stereosysteme nutzen.
• In der "IEEE International Conference on Consumer Electronics, Digest of Technical Papers, 3. bis 6. Juni, 1986, Session 19 - Automotive Radio, Seiten 276-277" ist ein Universal-AM-Stereo-Empfänger beschrieben, der zur Demodulation von AM-Stereosignalsendungen gemäß einer Vielzahl von unterschiedlichen AM-Stereosystemen geeignet ist; wobei der Empfänger aufweist:
• Mittel zum Empfangen von Hochfrequenz-(HF)-AM-Stereosignalen und zum Umwandeln der empfangenen Signale in ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal (ZF); und
• einen Stereodekoder zum Verarbeiten des ZF-Signales, um L- und R-Stereoaudioausgangssignale zu erzeugen, wobei der Dekoder Demodulatormittel umfaßt, um aus dem ZF-Signal die L+R- und die L-R-Komponente durch Demodulation zu erhalten.
• In den Dokumenten US-A-4 426 728 und US-A-4 641 341 sind solche Empfänger ebenfalls beschrieben. Die in den obigen drei Dokumenten beschriebenen Empfänger weisen alle eine Modusumschaltung mittels Pilotsignaldetektoren auf.
• Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß:
• Der Dekoder Mittel zum Beeinflussen der Phase der durch Demodulation enthaltenen L+R- und L-R-Komponente aufweist, indem zwischen diesen eine Phasendifferenz erzeugt wird, wobei die Phasendifferenz über einen vorbestimmten Bereich des Audiofrequenzspektrums der Signale in dem Bereich von 30º bis 60º liegt; und daß
• Kombiniermittel zum Kombinieren der veränderten L+R- und L-R-Signale vorgesehen sind, um das L- und das R-Ausgangsaudiosignal zu erzeugen.
• Somit sind erfindungsgemäße Empfänger geeignet, HF-Signale mittels derselben Dekoderschaltung zu verarbeiten, und zwar unabhängig davon, welches der unterschiedlichen AM- Stereosysteme bei der Ausstrahlung des empfangenen Signals verwendet worden ist, weshalb keine speziellen Schaltungen erforderlich sind, die ein- oder von dem Dekoder wegzuschalten sind, wenn irgendein spezielles AM- Stereosystemsignal empfangen wird.
• Die drei gegenwärtig in den Vereinigten Staaten verwendeten AM-Stereosysteme sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt, wie das Kahn/Hazeltine-System, das Magnavox-System und das Motorola-System, wobei bestimmte Merkmale im folgenden vollständiger beschrieben werden.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild des Stereodekoderabschnittes eines Universal-AM-Stereoempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 2 zeigt ein Zeigerdiagramm mit einem das dekodierte L+R-Signal repräsentierenden Zeiger und Zeigern, die das positive und negative dekodierte L-R-Signal mit derselben Phase wie das L+R- Signal zeigen.
• Fig. 3 zeigt ein Zeigerdiagramm mit positiven und negativen L-R-Zeigern mit einem Winkel von 90º in Bezug auf den L+R-Zeiger.
• Fig. 4 zeigt ein Zeigerdiagramm mit positiven und negativen L-R-Zeigern mit einem Winkel α in Bezug auf den L+R-Zeiger.
• Fig. 5 zeigt ein Zeigerdiagramm des in Fig. 4 dargestellten Typs mit der Ausnahme, daß das L-R-Signal mit einem Verstärkungsfaktor (m) multipliziert worden ist.
• Fig. 6A und 6B zeigen zwei Zeigerdiagramme, in denen das L+R- Signal mit positiven bzw. negativen Werten von dem m(L-R)-Signal summiert worden ist, also das gleiche, was in Fig. 5 vorgenommen worden ist. Jedoch ist in den Fig. 6A und 6B der ±m(L-R)-Zeiger mit einem in Phase mit dem L+R-Signal liegenden ± Anteil und einem Quadraturanteil dargestellt, d. h. es ist die Hilbert-Transformation des in Phase liegenden Anteils dargestellt. Diese Transformation verschiebt alle Fourier-Anteile um 90º (siehe IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms).
• Die vorliegende Erfindung erlaubt den Aufbau von AM-Stereoempfängern, die keine Umschaltungen in den Stereo-Dekoderschaltungen erfordern und die eine Universal AM-Stereosignaldekodierung für ein beliebiges der unterschiedlichen ausgestrahlten AM-Stereosignaltypen erbringen. Die Erfindung erbringt außerdem eine vergrößerte, für den Zuhörer wahrnehmbare Stereotrennung bei solchen Empfängern und anderen Stereosystemen.
• Die in Stereodekodierschaltungen für die Kahn/Hazeltine- Independent Sideband (153) AM-Stereosystem verwendeten 90º-Phasendifferenznetzwerke sind bei Vielsystemempfängern nach dem Stand der Technik aus der Schaltung herausgeschaltet worden, wenn Signale von anderen AM-Stereosystemen empfangen worden sind (bei der vorliegenden Erfindung brauchen die Phasenschiebernetzwerke nicht geschaltet zu werden). Anstatt dessen werden solche Netzwerke so gestaltet, daß sie eine Phasenverschiebung zwischen dem L+R- und dem L-R-Kanal mit einem ausgewählten Wert erbringen, der geringer als 90º und vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 30º bis 60º, also beispielsweise bei 45º liegt. Obwohl dies für die mathematisch errechnete Stereotrennung für alle empfangenen Stereosysteme einen gewissen Kompromiß darstellt, ist dessen ungeachtet die erzielte Trennung durch andere Merkmale der Erfindung vergrößert. Die Verstärkung in dem L-R-Kanal ist gegenüber dem Wert, der normalerweise zur Optimierung der Stereotrennung erforderlich ist, erhöht, und die erhöhte Verstärkung erbringt in Verbindung mit der ausgewählten Phasenverschiebung in dein vorstehend genannten Phasenschiebernetzwerk eine signifikante Erhöhung der subjektiv wahrgenommenen Stereotrennung.
• Darüber hinaus erfordern im Markt konkurrierende AM-Stereosysteme eine Störungskorrektur in dem L-R-Kanal des Stereoempfängers. Empfänger für ein Stereosystem (Magnavox) benutzen einen Begrenzer in der Zwischenfrequenz-(ZF) Schaltung vor der L-R-Signaldemodulation. Empfänger für andere Systeme nutzen inverse Modulation mit verschiedenen Korrekturgraden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine feste inverse Modulationscharakteristik verwendet, die eine ausreichende Störungskorrektur in dem L-R-Kanal für alle Systeme erbringt.
• Schließlich können, weil in Universal-AM-Stereoempfängern, die die vorliegende Erfindung enthalten, eine Pilotsignaldemodulation zur Bestimmung, welches AM-Stereosystemsignal gerade empfangen wird, nicht erforderlich ist, solche Schaltungen von dem Empfängerkonstrukteur wahlweise mit vorgesehen werden, und, falls sie mit vorgesehen worden sind, würden sie zur Aktivierung einer Stereoindikatorleuchte dienen, wenn ein Stereosender empfangen wird.
• Ein Blockdiagramm eines Universal-AM-Stereoempfängers, der die vorliegende Erfindung enthält, ist in Fig. 1 gezeigt. Eine Antenne 10 und eine HF/ZF-Stufe 11 können in herkömmlicher Weise bemessen und aufgebaut sein und dienen zum Empfang von HF-Signalen sowie zum Umsetzen der empfangenen Signale auf ein entsprechendes ZF-Signal. Das ZF-Signal ist auf den jeweiligen Eingangsanschluß von sowohl einem L+R-Detektor 12 als auch einem Inversmodulator 13 gekoppelt.
• Der L+R-Demodulator 12 kann ein Hüllkurvendetektor sein, jedoch sind dem einschlägigen Fachmann andere Demodulatoren bekannt und können statt dessen Verwendung finden. Beispielsweise kann ein Synchrondetektor, der mit einem angemessenen Referenzsignal gespeist wird, verwendet werden. Es versteht sich, daß der L+R-Demodulatorblock 12 in Fig. 1 (falls erforderlich) Mittel zum Filtern des Demodulatorausgangssignals aufweisen kann, um störende Rest-ZF-Signale auf ein akzeptierbares niedriges Niveau in Bezug auf das gewünschte L+R-Ausgangssignal zu reduzieren.
• Der Ausgang des L+R-Demodulators 12 ist an den Verstärker 14 angeschlossen, dessen Verstärkung so gewählt ist, daß die Anforderungen des Inversmodulators 13 erfüllt werden, wie nun kurz beschrieben wird. Das verstärke L+R- Ausgangssignal des Verstärkers 14 ist an den Inversmodulator 13 geführt, wo es das angelegte ZF-Signal invers amplitudenmoduliert, wobei eine Reduktion der Quadraturstörung in dem ankommenden Signal durch Reduzierung der Amplitudenmodulation des Signales vor der Demodulation in dem L-R-Detektor 15 bewirkt wird.
• Bei verschiedenen auf dem Markt miteinander konkurrierenden AM-Stereosystemen ergibt der senderseitige Prozeß des Kombinierens der ungestörten L+R-Hüllkurvenmodulation mit der L-R-Phasenmodulation oder Quadraturmodulation des übertragenen Signals eine Störung des Quadraturanteils der Modulation, wobei dieser Anteil eine Funktion der L-R-Modulation ist. Bei einigen Systemen ist die Korrektur dieser Störung teilweise bei dem Senderstereokodierer und teilweise bei dem Empfänderdekoder verwirklicht. Bei anderen Systemen erfolgt die gesamte Korrektur bei dem Empfänger.
• Es seien beispielsweise drei unterschiedliche Systeme betrachtet. Bei dem Kahn/Hazeltine Independent Sideband (IS3) AM-Stereosystem wird die Störungsreduktion näherungsweise zur Hälfte auf der Seite des Senderstereokodierers und zur Hälfte bei dem Empfängerdekoder bewirkt. Somit ist beispielsweise eine inverse Modulationsfunktion von 1/1+0,5x in dem L-R-Kanal des Empfängers erforderlich. In dem Nenner der Funktion ist die "1" ein Gleichanteil, die mit dem Gleichanteil des demodulierten L+R-Signales übereinstimmen kann und "x" ist der Wechselanteil. Somit kann der Nenner dieser Funktion von 0,5 bis 1,5 variieren.
• Bei dem Magnavox-AM-Stereosystem erfolgt die Störungskorrektur gänzlich in dem Empfängerdekoder mittels eines ZF-Signalamplitudenbegrenzers. In diesem Fall ist eine inverse Modulationsfunktion von 1/+1x in dem L-R- Kanal des Empfängers erforderlich.
• Bei dem Motorola-System findet eine Störungskorrektur erster Ordnung bei dem Senderkodierer statt, während die Korrektur für Terme höherer Ordnung eine Übertragungsfunktion von 1/cos R (wobei R die augenblickliche Trägerphase in Bezug auf die unmodulierte Trägerphase ist) bei dem Empfängerdekoder erfordert. Jedoch ist die Dekoderübertragungsfunktion erster Ordnung einfach 1.
• Aus dem Obigen ist erkennbar, daß eine inverse Modulationsübertragungsfunktion von 1/1+0,5x für die Kahn/ Hazeltine-System günstig ungefähr mittig zwischen der 1/1+x und der erster-Ordnungs-1 der anderen beiden Systeme liegt. Somit ist eine inverse Modulationscharakteristik von 1/1+0,5x eine vernünftige Wahl für einen Universaldekoder. Bei der Verwendung dieser Charakteristik ist die Störung der Modulation der L-R-Komponente der übertragenen AM-Stereosignale bei dem Kahn/ Hazeltine-System im wesentlichen korrigiert und bei den anderen beiden Systemen wirkungsvoll reduziert. Während 1/1+0,5x ein bevorzugter Kompromißwert für die inverse Modulatorübertragungsfunktion ist, ist die Erfindung nicht ausschließlich auf diese Form beschränkt und die Empfängerkonstrukteure können andere Funktionen innerhalb des Schutzumfanges dieser Erfindung verwenden. Die Verstärkung des Verstärkers 14 ist auf einem Wert festgelegt, der die erwünschte Übertragungsfunktion des Inversmodulators 13 erbringt.
• Während inverse Modulation bei AM-Stereoempfängern zur Reduktion von Störungen in dem empfangenen L-R-Anteil des AM-Stereosignales wünschenswert ist, kann der Entwickler bei Billigempfängern auf den Inversmodulator 13 und den Verstärker 14 verzichten, wobei er noch immer die herausragende erfindungsspezifische Universaldekoder- und/oder Stereotrennungsvergrößerungseigenschaft erhält. Oder der Konstrukteur kann das Umschalten zwischen verschiedenen unterschiedlichen Inversmodulatorübertragungsfunktionen wählen, um sich der optimalen L-R-Störungskorrektur für jedes AM-Stereosystem anzunähern, das empfangen werden kann. Ein bevorzugtes Verfahren zum Umschalten dieser Funktion wird mittels der Veränderung der Verstärkung des Verstärkers 14 erhalten. Das Umschalten könnte entweder manuell oder automatisch erfolgen. Automatisches Umschalten kann durch Detektion des Pilotsignals aktiviert werden, das für das empfangene AM-Stereosysteme typisch ist. Schaltungen zur Pilotsignaldetektion und zum automatischen Umschalten sind dem einschlägigen Fachmann bekannt. Weglassen oder umschalten der Inversmodulatorübertragungsfunktionen schließt nicht die Anwendbarkeit anderer Merkmale der Erfindung aus.
• In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das invers modulierte ZF-Signal in einen L-R-Detektor 15 eingespeist. Der Demodulator 15 ist normalerweise ein Synchronphasendemodulator oder ein Quadraturdemodulator, wobei der Detektor ein Referenzsignal mit einer Phase benötigt, die zur Ausführung der gewünschten Phasen- oder Quadraturdemodulation erforderlich ist. Schaltungen zum Ableiten eines solchen Referenzsignales sind dem einschlägigen Fachmann gut bekannt. Beispielsweise kann das Referenzsignal von einer PLL-Schaltung erhalten werden, die von dem Ausgangssignal eines ZF- Signalamplitudenbegrenzers gesteuert wird. Es versteht sich, daß der L-R-Demodulator 15 in Fig. 1 (wenn es erforderlich ist) Mittel zum Filtern des Demodulatorausgangssignales erhalten würde, um restliche störende ZF-Signale auf ein akzeptierbares niedriges Niveau in Bezug auf das gewünschte L-R-Ausgangssignal zu reduzieren.
• Das L-R-Ausgangssignal des Demodulators 15 wird in den Verstärker 16 eingespeist, wo das Signal verstärkt wird, um einen ausgewählten Pegel in Bezug auf das demodulierte L+R-Signal zu erhalten, wie später beschrieben werden wird.
• Das demodulierte L+R-Signal und das verstärkte L-R-Signal werden in die Eingänge der Phasenschiebernetzwerke 17 bzw. 18 eingespeist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Schaltungen können so gestaltet werden, daß (über einen ausgewählten Frequenzbereich) eine im wesentlichen konstante Phasendifferenz zwischen den beiden Kanälen erhalten wird. Beispielsweise ist bei für das Rahn/Hazeltine-ISB AM-Stereosystem vorgesehenen Empfängern, die von den Netzwerken 17 und 18, Fig. 1, verursachte Phasenverschiebung (Φ) nominell ± 45º, was zu einer Phasendifferenz von 90º zwischen den Übertragungsfunktionen des L+R- und des L-R-Kanales über den spezifizierten Frequenzbereich führt. Andere AM-Stereosignale erfordern diese Phasenschiebernetzwerke nicht. Jedoch wird gezeigt, daß gemäß der Erfindung eine Variante dieser Netzwerke bei einem universellen AM-Stereoempfänger für alles Systeme vorteilhaft benutzt werden kann.
• Für ein besseres Verständnis der Erfindung sei angenommen, daß die Phasenverschiebung (Φ) in den Netzwerken 17 und 18, Fig. 1, nominell ± 45º über einen Frequenzbereich von beispielsweise 100 Hz bis 6000 Hz beträgt. Außerdem sei angenommen, daß der Universalempfänger ein Kahn/Hazeltine -ISB AM-Stereosignal empfängt, das beispielsweise mit einem Audiofrequenzsignal von 1000 Hz ausschließlich im linken Kanal moduliert ist. Bei dem Sender werden die Phasen des L+R- und des L-R-Signales verschoben, um eine 90º-Phasendifferenz zwischen diesen beiden Signalen zu erhalten, um die im wesentlichen Einseitenbandcharakteristik des übertragenen ISB-Signals zu erhalten; jedoch war bei dem Sender die Phasenverschiebung (Φ) in dem L+R-Kanal negativ und in dem L-R-Kanal positiv. Die Empfängerphasenschiebernetzwerke stellen im wesentlichen die originalen Phasenverhältnisse des L+R- und des L-R-Signales wieder her, wie sie vor den Phasenschiebernetzwerken des Senders existiert haben, wobei mit der richtig eingestellten Verstärkung des Verstärkers 14 sich die Zeigerdarstellung der L+R- und L-R-Eingangssignale der Matrix 19 ergibt, so wie in Fig. 2 dargestellt. In der Matrix werden ein L+R-Zeiger 20 und ein L-R-Zeiger 21 addiert, um ein 2L-Ausgangssignal zu ergeben, vorausgesetzt, daß die L+R- und die L-R-Amplituden exakt gleich sind. In ähnlicher Weise werden sich, wenn der L-R-Zeiger 21 von dem L+R-Zeiger 20 subtrahiert wird (oder äquivalent, wenn ein negativer L-R-Zeiger 22 zu dem L+R-Zeiger 20 addiert wird) die Zeiger gegenseitig aufheben, was ein O-R-Ausgangssignal ergibt. Somit kann das Verhältnis L/R (Stereokanaltrennung) potentiell sehr groß werden (es kann gegen unendlich gehen).
• Wenn jedoch der Empfänger mit den angenommenen 90º-Phasendifferenznetzwerken (Φ=45º) ein AM-Stereosignal eines der anderen konkurrierenden Systeme empfangen wird, das mit einem Signal lediglich im linken Kanal moduliert ist, würde sich das Zeigerdiagramm für das Eingangssignal und die Ausgangssignale der Matrix 19, wie in Fig. 3 dargestellt, ergeben. In diesem Fall stehen der L+R- und der L-R-Zeiger im 90º-Verhältnis und die Summe des L+ R-Zeigers 30 und des L-R-Zeigers 31 ist ein Zeiger 33, der dem L-Ausgangssignal von Matrix 17 entspricht. Der L+R- Zeiger 30 und der negative L-R-Zeiger 32 ergeben, ähnlich kombiniert, den Zeiger 34, der dem R-Ausgangssignal der Matrix 19 entspricht. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen den L- und R-Ausgangssignalen der Matrix 19 (Zeiger 33 bzw. 34)
• d. h. daß im wesentlichen keine Stereotrennung stattfindet. Es versteht sich, daß in Fig. 3 das positiv demodulierte L-R-Signal mit einem Winkel von entweder + oder - 90º in Bezug auf das detektierte L+R-Signal in Abhängigkeit von dem empfangenen System vorliegen kann, jedoch ändert das nichts an der Schlußfolgerung, daß die Beziehung
• gilt, und daß im wesentlichen keine Stereotrennung stattfindet.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wahl des Wertes der Phasenschiebung (Φ), die in jedem der Netzwerke 17 und 18 nach Fig. 1 vorgesehen ist, nicht kritisch und sie kann in dem Bereich von beispielsweise 15º bis 30º liegen (was eine entsprechende Phasendifferenz zwischen den L+R- und den L-R-Kanälen in dem Bereich von 30º bis 60º ergibt), womit immer noch eine in den Bereich der Erfindung fallende Arbeitsweise erreicht wird. Jedoch wird für den Zweck der Erklärung der Arbeitsweise und des Nutzens der Phasenschiebernetzwerke bei der Erfindung ein Mittelwert von Φ = 22,5º verwendet (was eine Phasendifferenz von 45º in der Übertragungscharakteristik der Phasenschiebernetzwerke 17 und 18 ergibt).
• Wiederum angenommen, daß der Universaldekoder ein Kahn/ Hazeltine ISB-Signal aufnimmt, das ausschließlich mit einer Audiofrequenzinformation im linken Kanal moduliert ist, wobei die L-R-Verstärkung des Verstärkers 16 so eingestellt ist, daß die Amplitude des L-R-Eingangssignales an der Matrix 19 gleich der Amplitude des L+ R-Eingangssignales ist, ergibt sich das Zeigerdiagramm für die Eingangs- und Ausgangssignale von Matrix 19, wie in Fig. 4 dargestellt. Für das ausgewählte Beispiel ist der Winkel α in Fig. 4 gleich 45º. Somit addieren sich ein L+R-Zeiger 40 und ein L-R-Zeiger 41 (die in ihrer Länge gleich sind) in der Matrix 17 und bilden ein Ausgangssignal an dem L-Anschluß, das von einem Zeiger 43 repräsentiert wird. Ähnlich werden der L+R-Zeiger 40 und ein negativer L-R- Zeiger 42 in der Matrix kombiniert, um ein Ausgangssignal an dem R-Anschluß entsprechend einem Zeiger 44 zu bilden. Mit den für dieses Beispiel ausgewählten Parametern ist das Verhältnis der Amplituden der L- und R-Ausgangssignale (Zeiger 43 bzw. 44) L/R = 2,414, was einer Stereotrennung von 7,66 dB entspricht. Wenn ähnlich die Signale anderer AM-Stereosysteme empfangen werden, kann der Winkel α in dem Diagramm nach Fig. 4 in Abhängigkeit von dem System positiv oder negativ sein, jedoch ist die grundlegende Arbeitsweise beim Erzeugen der Signaltrennung für alle Systeme die gleiche.
• Während die Stereotrennung, wie oben beschrieben, für Schaltungsbedingungen entsprechend Fig. 4 zu 7,66 dB berechnet worden ist, gibt es eine weitere Erscheinung, die die erreichte und wahrgenommene Trennung verstärkt und die an dem folgenden Beispiel besser erläutert wird.
• In diesem Beispiel sei angenommen, daß bei dem vorigen Beispiel Φ (in Fig. 1) = 22,5º ist, was einer Phasendifferenz von 45º zwischen den Übertragungscharakteristiken des L+R- und des L-R-Kanales ergibt,und daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 16 in dem L-R-Kanal so eingestellt ist, daß sich (L-R) = 2(L+R) ergibt. Ebenso sei angenommen, daß das empfangene Signal ein Kahn/Hazeltine ISB-AM-Stereosignal ist, das mit einem Audiofrequenzsignal lediglich im linken Stereokanal moduliert ist. Für diese angenommenen Bedingungen ist das Zeigerdiagramm für die Audiofrequenzsignale an den Eingängen und Ausgängen der Matrix 19 in Fig. 5 dargestellt. Für das genannte Beispiel ist m in Fig. 5 gleich 2 und α= 45º.
• Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind der L+R-Zeiger 50 und der positive m(L-R)-Zeiger 51 in der Matrix 19 summiert, um ein Ausgangssignal an dem L-Anschluß zu erzeugen, das durch den Zeiger 53 repräsentiert wird. Ähnlich werden der L+R-Zeiger 50 und der negative m(L-R)-Zeiger 52 miteinander kombiniert, um ein Ausgangssignal an den R-Anschluß zu ergeben, das durch den Zeiger 54 repräsentiert wird. Das Verhältnis der L- und R-Ausgangssignalamplituden (Zeiger 53 bzw. 54) ist L/R = 2,24, was einer berechneten Stereotrennung von 7,0 dB entspricht. Jedoch ist die von dem Hörer wahrgenommene Stereotrennung in diesem Fall der perfekten Trennung näher, und zwar aus Gründen, die weiter unten beschrieben werden. Wenn wiederum Stereosignale von anderen AM-Stereosystemen empfangen werden, ist das Zeigerdiagramm im wesentlichen gleich zu dem Zeigerdiagramm nach Fig. 5, mit der Ausnahme, daß der Winkel in Abhängigkeit von dem System positiv oder negativ sein kann.
• Zur weiteren Unterstützung im Verständnis der Art und Weise, in der die Wahrnehmung der Stereotrennung bei Benutzung der Erfindung vergrößert ist, kann das Zeigerdiagramm nach Fig. 5 durch seine Äquivalente in den Fig. 6A und 6B ersetzt werden. In Fig. 6A ist der L+R-Zeiger 60 derselbe wie der Zeiger 50 in Fig. 5. Jedoch ist der +m(L-R)-Zeiger 51 in Fig. 5 durch eine Komponente 61 in Fig. 6A dargestellt, die in Phase mit der Achse des L+R-Zeigers 51 liegt und die die Hilbert-Transformatierte der Komponente 61 repräsentiert, die der dazu rechtwinklige Zeiger 62 ist. Somit ist die Zeigersumme der Zeiger 61 und 62 gleich dem +m(L-R)-Zeiger 51 nach Fig. 5. Ähnlich ist in Fig. 6B der L+R-Zeiger 60 der gleiche wie der Zeiger 50 in Fig. 5, und die Zeiger 64 und 65 sind die entsprechenden in Phase liegenden Komponenten bzw. deren Hilbert-Transformatierte des -m(L-R)-Zeigers 52 in Fig. 5.
• Damit ist in Fig. 6A ersichtlich, daß das linke Ausgangssignal der Matrix 19, das durch den Zeiger 63 (gleich zu Zeiger 53) dargestellt wird, eine Komponente 66 mit der Phase der L+R-Achse hat. Diese in Phase liegende Komponente 66 ist die Summe der Zeiger 60 und 61 und stellt das in dem ausgesendeten Signal beabsichtigte L-Ausgangssignal dar. Außerdem ist in dem L-Ausgangssignal der Matrix 19 die Hilbert-transformierte Komponente, der Zeiger 62, vorhanden, die das L-R-Signal rechtwinklig zu der Achse des beabsichtigten L-Ausgangssignales darstellt. Die Wirkung dieser rechtwinklig stehenden L-R-Komponente wird auf die Diskussion der Fig. 6B folgend weiter unten beschrieben.
• In Fig. 6B ist der L+R-Zeiger 60 der gleiche wie der Zeiger 50 in Fig. 5, und der -m(L-R)-Zeiger 52 in Fig. 5 ist in Fig. 6B durch seine äquivalenten beiden Vektorkomponenten, nämlich den Zeiger 64 (mit derselben Phase wie die L+R-Achse) und seine Hilbert-Transformierte, nämlich den Zeiger 65, dargestellt. Die Zeiger 60 und 64 werden in der Matrix 19 miteinander kombiniert und heben sich an dem R-Ausgang der Matrix gegenseitig wirksam auf, wie es in dem übertragenen Signal beabsichtigt ist. Jedoch ist in dem R-Ausgangssignal außerdem die Hilbert-Transformierte, der Zeiger 65, vorhanden, die das L-R-Signal rechtwinklig zu der Achse des gewünschten Ausgangssignales enthält. Somit existiert, wenn für den Augenblick lediglich die in Phase liegenden Komponenten der Fig. 6A und 6B betrachtet werden, die Möglichkeit der perfekten oder näherungsweise perfekten Stereotrennung. Die Wirkung der rechtwinkligen Komponenten des L-R-Signales in dem Ausgangssignal wird im folgenden erläutert.
• In dem speziellen Fall,der bereits in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 herangezogen worden ist, stehen die L-R- und die L+R-Signale in der Beziehung
• um eine universelle Kompatibilität zu erreichen. In diesem Fall hat das L-R-Signal, wie bereits dargestellt, eine Komponente von dem gewünschten Wert, d. h. die L-R-Komponente hat die Amplitude und Phase, wie sie für die richtige Matrixierung mit dem L+R-Signal erforderlich sind, um die ursprünglich beabsichtigten L- und R-Komponenten des übertragenen Signals zu reproduzieren. Jedoch hat die zusätzliche L-R- Komponente, die die Hilbert-Transformierte des beabsichtigten Signales ist, einen Winkel von 90º (der in Abhängigkeit von dem empfangenen System in Bezug auf das beabsichtigte Signal positiv oder negativ sein kann).
• Diese Hilbert-Transformierte (rechtwinklige) Komponente des L-R-Signals hat die Charakteristik eines Nachhallsignals. Für Nachhallsignale sind die L+R- und L-R-Kopponentendes Stereosignals im wesentlichen unkorrelierte Signale aus allen Richtungen und in dem angezogenen Beispiel ist eine andere unkorrelierte L-R-Komponente (die obige Hilbert- Transformierte) vorhanden. Wegen der von sich aus ungerichteten Natur dieser Signale haben sie Nachhallcharakteristik. Jedoch ergibt das Matrixieren der in Phase liegenden Komponenten der L-R- und L+R-Signale die ursprünglich beabsichtigten richtungskorrelierten Hauptwegsignale mit der richtigen Zeitlage und Intensitätsdifferenz, um dem Hörer eine Lokalisierung zu ermöglichen. Die verbleibende Hilbert-transformierte Komponente des L-R-Signales, die in einem Winkel von 90 in Bezug auf das beabsichtigte Direktsignal steht, ist auf der anderen Seite unkorreliert und verschiebt nicht die beabsichtigte Zeitlage und Intensitätsdifferenz des Direktsignales und ist außerdem gleichermaßen in den L- und R-Ausgangssignalen enthalten. Deshalb sind die Kriterien für eine richtige Lokalisierung der beabsichtigten Signale aufrechterhalten und es ergibt sich eine schwache Erhöhung des Nachhalles, der zu 1,76 dB berechnet worden ist.
• In der auf Fig. 5 bezogenen Diskussion ist gezeigt worden, daß die konventionell berechnete Stereotrennung für den angezogenen Fall 7 dB beträgt. Jedoch kann unter Verwendung der soeben beschriebenen Berechnungsweise die wahrgenommene Stereotrennung oder Lokalisierung perfekt oder näherungsweise perfekt sein, wobei etwas Nachhalleffekt hinzukommt.
• In der Juli/August-Ausgabe von 1973 der Technology Review (herausgegeben von MIT), beschäftigt sich ein Artikel von Amar G. Bose "Sound Recording and Reproduction, Teil 2, Spatial and Temporal Dimensions", Seiten 25-33, mit einigen Aspekten der obigen Analyse. Bose führt auf Seite 28 aus: . . . . . scheinbar die gesamte Zuhörerschaft einer Konzerthalie sitzt in dem Bereich, wo das Nachhallfeld dominierend ist". Außerdem sagt er, "während das Nachhallfeld nichts zu unserer Lokalisationsfähigkeit beiträgt, spielt es doch eine sehr große Rolle für unsere Wahrnehmung der Klangfarbe von Musik". Auf Seite 29 setzt er fort, indem er sagt, daß "kleine Mengen von Direktschall zur Lokalisierung ausreichend sind". In seinen Zusammenfassungen auf Seite 29 führt Bose aus: "Durch unsere Studien über die räumliche Charakteristik von Schallfeldern haben wir erkannt, daß wir Lautsprecher so gestalten sollten, daß sie den Zuhörer in ein vorherrschendes Nachhallfeld durch die Verwendung der richtigen Verhältnisse zwischen direkten und reflektierten Schall bringen". Im allgemeinen untermauert der Artikel das Konzept, daß ein Zuhörer eine Schallquelle bei Anwesenheit von Nachhall sogar dann lokalisieren kann, wenn das Nachhallschallfeld im Vergleich zu dem direkten Schallfeld stark ist. Das bestätigt auch den Wunsch für das Vorsehen von Nachhalleffekten für den Zuhörer.
• Aktuelle Tests haben bewiesen, daß die scheinbar gering berechnete Stereotrennung von 7 dB in dem oben angezogenen Beispiel als besser klingend beurteilt worden ist (und in den meisten Fällen bevorzugt worden ist) als normales Stereo mit viel größerer Stereotrennung, was nochmals die Analyse bestätigt. Deshalb kann dieser spezielle Fall für Universalstereoempfang mit einer geringen Erhöhung der Nachhallenergie zutreffend als "Vollstereo" bezeichnet werden.
• Es sei angemerkt, daß, obwohl das obige Beispiel auf einem Empfang von Kahn/Hazeltine AM-Stereosystemsignalen basiert, die Analyse genauso gut auf andere Systeme anwendbar ist. Außerdem ist das Grundprinzip, nämlich daß das L-R-Signal eine Komponente mit derselben Phase wie das L+R-Signal und eine Nachhall-Hilbert-Komponente hat, immer vorhanden wenn der Winkel zwischen den Übertragungscharakteristiken des L+R- und des L-R-Kanals verschieden von 45º ist und wenn die L-R-Verstärkung in Bezug auf die L+R-Verstärkung verschieden von 2 ist. Tests haben gezeigt, daß eine Vergrößerung der L-R-Verstärkung bis zu wenigstens 6 dB etwas erzeugt, das in den meisten Fällen als ein besser gefallender Klang als der von konventionellen AM-Stereoempfängern nach dem Stand der Technik beurteilt worden ist. Eine Verstärkungsvergrößerung in dem L-R-Kanal über 6 dB kann, obwohl ansonsten gefallende Wirkungen hervorgerufen werden, zu einer Störung des Störabstandes führen, der in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Vergrößerung möglicherweise als nicht mehr akzeptabel erachtet wird.
• Selbst, wenn keine Verstärkungsvergrößerung vorgenommen wird, wie bei den Bedingungen, die in dem im Zusammenhang mit Fig. 4 dargestellten Beispiel gefordert worden sind,und wenn die konventionell berechnete Stereotrennung lediglich 7,66 dB beträgt, ist die wirklich wahrgenommene Trennung unter Verwendung des gerade beschriebenen Ansatzes der Trennung des L-R-Signales in eine in Phase-Komponente (mit L+R) und eine dazu rechtwinklige oder Nachhallkomponente, besser durch eine Größe von 15,3 dB wiedergegeben. Diese letztere Größe ist das Verhältnis der Komponenten der L- und R-Ausgangssignale der Matrix 19 entsprechend der Summe bzw. der Differenz der in Phasen-Komponenten des L-R- und des L+ R-Eingangssignales der Matrix.
• Das Konzept, einen volleren, besser gefallenden Klang durch die Verwendung der oben beschriebenen Quadraturkomponente des beabsichtigten L-R-Signales zu produzieren, ist nicht auf AM-Stereosysteme beschränkt. Die Einführung einer relativ konstanten Phasendifferenz zwischen dem L+R- und dem L-R-Signal über einen ausgewählten Frequenzbereich in anderen Arten von Stereosystemen, beispielsweise in FM-Stereosystemen, möglicherweise mit einer L-R-Verstärkungsanhebung, ergibt ebenfalls den oben beschriebenen gefallenden Nachhalleffekt.
• Der einschlägige Fachmann wird leicht erkennen, daß die Vorrichtung inklusive der Baugruppen 16 - 18 nach Fig. 1 in einem FM-Stereoempfänger, beispielsweise zwischen den Ausgängen des L+R- und des L-R-Signaldetektors und den Eingängen der Matrix (entsprechend der Baugruppe 19 in Fig. 1) eingebaut werden kann. Wenn gemäß Fig. 5 m = 1/cosα ist, dann ergibt das Matrixieren des L+R- Signales und der Komponente des m(L-R)-Signales, die in Phase mit der L+R-Achse liegt, eine perfekte oder eine näherungsweise perfekte Stereotrennung in dem beabsichtigten Signal, und die Quadraturkomponente von m(L-R) ergibt den Nachhalleffekt. Jedoch, selbst wenn diese Beziehung zwischen m und cos α nicht aufrechterhalten wird, kann der Halleffekt mit einigen Kompromissen hinsichtlich der Stereotrennung innerhalb des Umfanges der Erfindung erhalten werden.
• Es ist zu erkennen, daß, obwohl der bevorzugte universelle Fall als eine Phasenverschiebung von 450 zwischen dem L+R- und dem L-R-Kanal aufweisend beschrieben worden ist, der im allgemeinen universelle Fall der Fall [45º + (N x 90º)] ist. Somit ist, wenn N = 0 ist, die Phasendifferenz 45º wenn N = 1 ist, ist die Phasendifferenz 135º usw. Deshalb ist der 45º-Fall, obwohl die 45º-Phasendifferenznetzwerke durch 135º-Netzwerke ersetzt werden können, zum Zwecke der Einfachheit und der Ermöglichung eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung zur Beschreibung verwendet worden.

Claims (5)

1. Universeller AM-Stereoempfanger der zur Demodulation von AM-Stereosignalen geeignet ist, die entsprechend einer Vielzahl unterschiedlicher AM-Stereosystemen ausgestrahlt werden, wobei der Empfänger aufweist:

Mittel (10, 11) zum Empfangen von Hochfrequenz- (HF) AM-Stereosignalen und zum umwandeln der empfangenen Signale in ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal (ZF);

einen Stereodekoder (12, 15, 17, 18, 19) zum Verarbeiten des ZF-Signals um L- und R-Stereoaudioausgangssignale zu erzeugen, wobei der Dekoder Demodulatormittel (12, 15) umfaßt um aus dem ZF-Signal die L+R- und die L-R-Komponente durch Demodulation zu erhalten;

dadurch gekennzeichnet daß:

der Dekoder Mittel (17, 18) zum Beeinflussen der Phase der durch Demodulation erhaltenen L+R- und L- R-Komponente aufweist, indem zwischen diesen eine Phasendifferenz erzeugt wird, wobei die Phasendifferenz über einen vorherbestimmten Bereich des Audiofrequenzspektrums der Signale in dem Bereich von 30º bis 60º liegt; und daß

Kombiniermittel (19) zum Kombinieren der veränderten L+R- und L-R-Signale vorgesehen sind, um das L- und das R-Ausgangsaudiosignal zu erzeugen.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Dekoder (12, 15, 17, 18, 19) Verstarkermittel (16) enthalt um der L-R-Komponente eine vorbestimmte Verstärkung in Bezug auf die L+R-Komponente zu geben, um die erzielte Kanaltrennung zwischen den schließlich erzeugten L- und R-Stereoaudiosignalen zu vergrößern.

3. Empfanger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekoder (12, 15, 17, 18, 19) einen Inversmodulator (13) enthalt, der vom dem ZF-Signal und von der ermittelten L+R-Komponente gesteuert ist, um inherente L-R-Modulationsverzerrungen in dem ZF-Signal noch vor der L-R-Demodulation des ZF-Signals zu verringern, wobei der Inversmodulator eine inverse Modulationsfunktion hat, die ausgewählt ist, um die Verzerrung der ZF-Signale zu verringern, die von jedem der unterschiedlichen AM-Stereosysteme hervorgebracht sind.

4. Empfanger nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz im wesentlichen gleich 45º + (N x 90º) ist, wobei N eine ganze Zahl ist.

5. Empfanger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnete daß N = 0 ist, so daß die Phasendifferenz im wesentlichen 45º betragt.