DE4440451C2

DE4440451C2 - Richtungssteller für zweikanalige Stereofonie

Info

Publication number: DE4440451C2
Application number: DE19944440451
Authority: DE
Inventors: Erdmann Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2014-11-04
Also published as: DE4440451A1

Description

Der Richtungssteller (auch PanPot, Panoramasteller, Rich tungsregler genannt) ist ein Bauteil von Mischpulten in der Tonstudiotechnik. Der Richtungssteller dient dazu, ein einkanaliges elektrisches Tonsignal auf die beiden Kanäle der zweikanaligen Stereofonie so zu verteilen, daß es bei der akustischen Wiedergabe in einer eindeutigen Richtung innerhalb des Abbildungsbereiches wahrgenommen wird.

Bisher bekannte Richtungssteller erreichen dies durch eine Pegeldifferenz zwischen linkem und rechtem Kanal. Bei der akustischen Wiedergabe erfolgt die Abbildung auf einem Punkt in der Linie zwischen beiden Lautsprechern, bei Kopf hörerwiedergabe zwischen den beiden Ohrhörern, also im Kopf.

Eine wichtige Anwendung des Richtungsstellers ist die Rich tungseinordnung des Tonsignals von einem Stützmikrofon in ein Klangbild. Wenn das vorhandene Klangbild durch Zeit differenzstereofonie (Laufzeitstereofonie, AB-Stereofonie) oder durch Äquivalenzstereofonie (z. B. Kunstkopf) gewonnen ist, die sich beide durch gute Räumlichkeit auszeichnen, stört die Abbildung des Stützmikrofons in der Entfernung der Lautsprecher oder bei Kopfhörerwiedergabe im Kopf. Die Räumlichkeit des Gesamtklangbildes geht teilweise ver loren.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Pro blem zugrunde, die Abbildung im Raum hinter den Lautspre chern, bei Kopfhörerwiedergabe außerhalb des Kopfes, zu ermöglichen.

Zur Lösung des Problems hat es schon den Versuch gegeben, analog zum Hauptmikrofonverfahren der Zeitdifferenzstereo fonie den Richtungseindruck durch eine Zeitdifferenz zwi schen linkem und rechtem Kanal zu erzeugen. Ebenso wie bei der Zeitdifferenzstereofonie war die Richtungsempfindung unsicher.

Im Zusammenhang mit der Äquivalenzstereofonie gab es die Überlegung, daß zu jedem Punkt auf der horizontalen Ebene um den Kunstkopf zwischen beiden Ohren eine Zeitdifferenz und eine Lautstärkedifferenz in Abhängigkeit vom Aufnahme winkel ϕ, dem Abstand r und der Frequenz f gemessen werden kann, beschreibbar als Ortsfunktionenmatrix:

Δt (ϕ, r, f)
ΔL (ϕ, r, f)

In WEBERS, Johannes, Tonstudiotechnik, 3. Auflage, 1979, Seite 112-114 sind in zwei Bildern ermittelte Zusammenhänge zwischen interauralen Zeitdifferenzen und Richtungswahrnehmung und Lautstärkedifferenzen und Rich tungswahrnehmung dargestellt. Diese können als Teil der umfassenderen Ortsfunktionenmatrix betrachtet werden. In Umkehrung zur vorher beschriebenen Messung ist in US 41 88 504 ein Signalprozessor beschrieben, der aus einem Monosignal durch Faltung an dieser Ortsfunktionenma trix ein Stereosignal erzeugt, das virtuell an einem be stimmten Punkt in der horizontalen Ebene um den Kunstkopf lokalisierbar sein soll.

Für einen Richtungssteller ist die genaue Abbildung einer Entfernung nicht nötig. In der Problemstellung zu dieser Erfindung ist nur gefordert, daß der Abbildungsabstand groß sei, also r → ∞. Damit reduziert sich die Ortsfunkti onenmatrix zu Richtungsmustern:

Δt (ϕ, f)
ΔL (ϕ, f)

Die Nachbildung der Frequenzabhängigkeiten von Zeitdif ferenz und Lautstärkedifferenz würde zu veränderten Ein schwingvorgängen und Klangverfärbungen bei den Ausgangs signalen führen. Beides muß für einen Richtungssteller ausgeschlossen sein. Trotzdem ist die Richtungsabbildung für die meisten Frequenzgemische möglich, wenn ein geeig neter Mittelwert der Frequenz für die Berechnung ausgewählt wird.

Die Richtungsmuster der einzelnen Menschen unterscheiden sich voneinander und von denen eines Kunstkopfes. Es ist daher nur eine Genauigkeit möglich und nötig, die vielen Menschen den gleichen Richtungseindruck bringt.

Für einen Richtungssteller für zweikanalige Stereofonie ist nur ein Winkelbereich der Abbildung bis zu 45 Grad nach links und rechts von der Mittenlinie interessant. Eine Näherung braucht nur in diesem Bereich gültig zu sein.

Das Ergebnis sind vereinfachte Richtungsmuster mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Abhängigkeit zwischen Zeit differenz, Lautstärkedifferenz und Abbildungswinkel. Eine Nachbildung dieser vereinfachten Richtungsmuster durch eine elektrische Schaltung löst das gestellte Problem.

Zusätzlich soll die Lautstärkedifferenz durch gegenläufiges Verändern der beiden Kanaldämpfungen so eingestellt werden, daß die Gesamtlautstärke gleich bleibt.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Richtungsstellers mit festen Verzögerungs- und Dämpfungsgliedern. Dieses Prinzipschaltbild soll nur dem Verständnis dienen. Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild mit variablen Verzögerungs- und Dämpfungsgliedern. Die Realisierung erfolgt im digi talen Bereich.

Die Zeitverzögerung wird durch Zwischenspeicherung erreicht und ist in Schritten von geradzahligen Vielfachen der Sam plingperiode verfügbar. Bei einer Samplingfrequenz von 48 kHz ist der kleinste Zeitschritt 2,08 × 10^-5 s, was einem Winkelschritt von 1,56 Grad entspricht.

Der Dämpfung entspricht im digitalen Bereich eine Multipli kation mit einem entsprechenden Faktor.

In der Vergangenheit wurden Verzögerungsschaltungen meist durch R/C-Glieder realisiert. Damit ließ sich jedoch keine konstante Laufzeit über den gesamten Frequenzbereich erreichen. In der Entgegenhaltung (4) ist ein "Richtungs steller" für einen anderen Zweck beschrieben, dessen ein zelne Zweige, als "Delay Means" bezeichnet, ein aktives Filter 2. Ordnung darstellen, dessen Eigenschaften aus der Filtertechnik bekannt sind. Die Schaltung läßt sich für den Zweck dieser Erfindung nicht verwenden.

In der US 51 09 415 ist ein Balancesteller beschrie ben, bei dem ein stereophones Eingangssignal durch eine Balance-Steuerungs-Information auf zwei oder mehr Lautspre cher mit einer Zeitverzögerung und einer Lautstärkeregelung für jeden Kanal derart gesteuert wird, daß eine gegebene Hörposition mit einer anderen übereinstimmt. Für Zeitver zögerung und Lautstärkeregelung wird der digitale Bereich benutzt, also Zwischenspeicherung und Multiplikation.

Auch in der DE 24 60 278 A1, die einen Balancesteller für Mehrkanal-Tonwiedergabe beschreibt, der die Laufzeit differenzen für von der Mittellinie abweichende Hörpositi onen ausgleichen soll, sind für die Verzögerungsschaltungen digitale Verzögerungsleitungen angegeben.

Die US 51 09 415 und die DE 24 60 278 A1 beschreiben in Bezug auf die Realisierung von digitalen Zeitverzögerungs- und Dämpfungsschaltungen den Stand der Technik, wie sie auch in digitalen Raumsimulatoren, Hallgeräten und Verzögerungs geräten angewendet wird.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß bei ausreichend genauer Richtungsabbildung eines Stütz mikrofons die Räumlichkeit der Aufnahme, zu der dieses Stützmikrofon zugemischt wird, erhalten bleibt.

Claims

1. Richtungssteller für zweikanalige Stereofonie, der aus einem einkanaligen Eingangssignal zwei stereofone Kanalsig nale mit einer gegenseitigen, von der gewählten Abbildungs richtung abhängigen Laufzeit- und Pegeldifferenz erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das von der gewählten Abbildungsrichtung abgewandte Kanalsignal gegenüber dem der Abbildungsrichtung zugewandten Kanalsignal pro Winkelgrad Abweichung von der Mittenlinie
eine Verzögerung von Δt = 4/3 × 10^-5 Sekunden/Grad
und eine Dämpfung von ΔL = 4/3 × 10^-1 Dezibel/Grad aufweist, und zwar innerhalb eines Toleranzfeldes von ±20%.

2. Richtungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Stereokanäle eine Grunddämpfung von beispielsweise 2 Dezibel vorgesehen ist und daß die Pegeldifferenz durch gegenläufiges Verändern der Grund dämpfung eingestellt wird.