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Anordnung zur Übertragung von Wechselspannungen, z. B. von stereofonisch
aufgenommenen Sprechwechselströmen über wenigstens zwei Kanäle Es ist bekannt, Töne
stereofonisch aufzunehmen und über getrennte Kanäle, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
einer Aufzeichnung, über Lautsprecher wiederzugeben. Die stereofonische Wirkung
wird dabei durch Intensitätsunterschiede in den Kanälen. hervorgerufen. Diese Intensitätsunterschiede
verlaufen nach einer Kurve, der Lokalisierungskurve, die von der Mitte der Wiedergabeszene
aus, wo das Intensitätsverhältnis i : i ist, nach den Seiten hin etwas mehr als
linear-proportional ansteigt, wobei an den Außenseiten der Szene ungefähr ein Verhältnis
von i : 4 vorhanden ist, wenn; sich die Schallquelle an der Außenseite d'es Bild-
bzw. Tonfeldes befindet. Zur Erzielung der gewünschten Intensitätsverteilung bei
der Wiedergabe ist es ferner bekannt, Richtmikrofone für die Aufnahme zu verwenden,
die eine bestimmte Richtcharakteristik haben, und: dabei die Mikrofone so zueinander
anzuordnen, daß sich die beiderseitigen Richtcharakteristiken teilweise überschneiden.
Diese Mikrofone «-erden dabei gegenüber dem. Tonfeld so angeordnet, daß die Veränderung
der Lage der Tonquelle praktisch nur eine Veränderung des Intensitätsverhältnisses
in den
Übertragungskanälen. hervorruft, wobei die Summe der Lautstärken
in den Übertragungskanälen jeweils, konstant bleibt. Bei diesen bekannten Anordnungen
ist es schwierig, die .gewünschten Intensitätsverhältnisse dem jeweiligen. Ausschnitt
anzupassen, unter dem das, Tonfeld aufgenommen wird'. Dieser' Mängel tritt besonders.
bei Bildtonaufnahmen in-Erscheinung, bei denen es erforderlich ist, die Tonperspektive
der Bildperspektive anzupassen, z. B. bei Änderung dier Objektivbrennweite. Die
Veränderung des. Abstandes der Aufnahmemikrofone. von der Szene, ähnlich der Änderung
des Abstandes der Bildkamera, bringt deswegen nicht die gewünschten Ergebnisse,
weil Seh- und Hörstrahlen keine verschieden großen Winkel zueinander einschließen
sollen. Eine solche Änderung könnte zwar in einem gewissen Umfang durch Änderung
der Lage der Mikrofone zueinander oder durch Auswechseln der Mikrofone bewirkt werden;
dies erfordert aber jeweils ein, zeitraubendes Ausprobieren dier günstigsten Verhältnisse
und bringt dann trotzdem noch nicht immer den gewünschten Erfolg, weil u. a, mit
der Änderung der Lage der Charakteristiken zueinander auch gleichzeitig die Summe
der Lautstärke beeinflußt wird; es kommt därauf an, diese Summe konstant zu halten,
was die gewünschte Einstellung naturgemäß noch weiter erschwert. Um den hierbei
auftretenden Schwierigkeiten zu begegnen, geht die Erfindung von einer elektrischen.
Beeinflussung der Intensitätsverhältnisse aus, indem ein zwischen den Übertragungskanälen
wirkender Verhältnisdreher bzw. -presser vorgesehen wird, der die üblicherweise
in den Übertragungskanälen, verwendeten Verstärker beeinflußt. Dementsprechend wird
gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einander korrespondierende Stufen der Verstärker
aufeinander einwirkend so zu koppeln, daß das. am Ausgang der betreffenden Stufen
bestehende-Amplitudenverhältnis gegenüber dem am Eingang verändert, z. B-. vergrößert
wird; diese Änderung ist hierbei abhängig von der Wechselamplitude, die in den Kanälen
in jedem Augenblick herrscht. - Dabei wirdt zweckmäßig wenigstens eine Verstärkerstufe
in jedem Übertragungskanal in sich gegengekoppelt. Die Gegenkopplungsspannung der
einen Stufe des; einen Kanals wird durch die Wechselspannung der korrespondierenden
Stufe des anderen KanaPs beeinflußt. Vorteilhaft wird die Einrichtung diabei so
getroffen, .daß mit wachsender Spannung in dem einen Kanal die Wirkung der Gegenkopplung
in dem anderen Kanal erhöht wird. Durch die Rückwirkung des Kanals., deren Gegenkopplungswirkung
erhöht wird, auf den ersten Kanal wird die Änderung des Verhältnisses unterstützt;
indem die Gegenkopplung in, diesem Kanal verringert wird. Das Maß der gegenseitigen
Beeinflussung is.t vorteilhaft einstellbar. Für die Gegenkopplung kann eire Spannungsgegenkopplung
oder auch eine Stromgegenkopplung gewählt werden. Bei der Spannungsgegenkop,plung
wird die Anordnung vorteilhaft so getroffen, däß der zwischen Anode und Gitter je
einer Röhre in den beiden Kanälen liegende Gegenkopplungswiderstand geteilt und
die Verzweigungspunkte vorzugsweise Übereinen regelbaren Widerstand miteinander
verbunden werden; bei der- Stromgegenkopplung können vorteilhaft die Kathoden der
Röhren direkt, vorzugsweise über einen regelbaren Widerstand, verbunden sein. Die
Gegenkopplung kann natürlich auch in mehreren Stufen angewendet werden,; ferner
ist es auch mög lieh, die Spannungs- und Stromgegenkopplung gemischt anzuwenden.
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Die Erfindung? und weitere Einzelheiten werden an Hand dker Fig. z
bis ¢ beispielsweise erläutert. Zum besseren Verständnis sollen an Hand der Fig.
r zuerst die Grundlagen der Erfindung für die Stereofonie behandelt werden. In-einem.
gewissen Abstand von der aufzunehmend-n Szene S ist, vorteilhaft in symmetrischer
Lage zur Szene, eine Mikrofonanordnung M vorgesehen, welche die Tonereignisse in
der Szene über die ihr zugeordneten Charakteristiken C1 und C2 aufnimmt.. Die Mikrofonanordnung
1W arbeitet dabei beispielsweise auf die beiden getrennten Kanäle I und II, an welche
die Lautsprecher L1 und, L2 angeschlossen sind, die entsprechend der Breite dier
aufgenommenen Tonszene in dem. Wiedergaberaum aufgestellt sind; diese Lautsprecher
besitzen vorteilhaft eine Richtcharakteristik, indem z. B. auf jeder Seite eine
Lautsprecherkombination verwendet wird, in der wenigstens ein Hochtonlautsprecher
vorgesehen ist. Die Charakteristiken C1 und, C2 sind so ausgebildet und aufeinander
abgestimmt, daß die Wiedergabe . nach der Lokalisierungskurve K verläuft, die ein
Maß für das, Lautstärkeverhältnis in den beiden Übertragungskanälen darstellt; dabei
ist auf der Ordinate =das Lautstärkenverhältnis N und auf der Abszisse die Breite
B der Wiedergabebühne bzw. der Abstand der Wiedergabelautsprecher aufgetragen: Dieser
Abstand richtet sich z. B. bei der Tonwiedergabe nach der Ausdehnung der Bildszene
und entspricht daher im allgemeinen der Breite der Leinwand. Wenn sich. die Schallquelle
in der Mitte der Szene befindiet, so ist das Lautstärkeverhältnis gleich Eins und
ändert sich bei der Bewegung der Schallquelle nach links: oder rechts etwas stärker
als finear-proportional. Wenn sich die Schallquelle jeweils am äußersten Ende befindet,
so ist das Lautstärkeverhältnis etwa r : q. oder noch größer. Bei der Bewegung der
Schallquelle parallel zum Hintergrund der Szene bleibt die Summe der Lautstärken
in den beiden Kanälen praktisch konstant; dementsprechend verläuft die Summenkurve
F parallel zur Abszisse; dabei ist für diese Kurve auf der Ordinate die Lautstärke
L aufgetragen.
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Die Stereowirkung kommt hierbei dadurch zustande, d'aß in den beiden
Kanälen praktisch nur Intensitätsunterschiede zur Wirkung kommen, wie sie sich aus
der relativen Labe der Schallquelle ergeben; dagegen werden hierbei nach Möglichkeit
Lautzeitunterschiede ausgeschaltet, z. B. dadurch, daß die Mikrofone möglichst nahe
beieinander aufgestellt werden. Die ausgezogen dargestellten Charakteristiken C1
und C2 mögen geeignet sein, um bei einem- Aufnahmewinkel a die gewünschten
Intensitätsverhältnisse
wiedergabeseitig gemäß der Lokalisierungskurve zu erzielen. Wenn nun aus irgendwelchen:
Gründen, z. B. mit Rücksicht auf die Bildperspektive, die Aufnahme mit einem kleineren
Winkel, z. B. b, erfolgen soll, so ist es erforderlich, die Intensitätsverhältnisse
diesem verkleinerten Winkel anzupassen.. Um die analogen Verhältnisse wie bei der
Aufnahme über die ausgezogenen Charakteristiken Cl und C2 (bei vergrößertem Aufnahmewinkel)
zu bekommen, würde das bedeuten, daß die Charakteristiken etwa nach den gestrichelt
gezeichneten Kurven Ci und C2 verlaufen müßten. Wenn- man nämlich beispielsweise
bei der Großwinkelaufnahme davon ausgeht, daß die Charakteristik der Kurve C2 in
dem Punkt D2 für die am Rande der Tonszene liegende Tonquelle beispielsweise ein
Intensitätsverhältnis i : d. erzeugt, so würde bei Verwendung der ursprünglichen
Kurve bei einer Kleinwinkelaufnahme der analoge Punkt auf der Kurve C2 bei D2 liegen
oder, mit anderen Worten, das Intensitätsverhältnis ganz erheblich absinken, wie
die Lokalisierungskurve K zeigt, z. B. auf einen Wert i : 1,2. Dies würde aber bedeuten,
daß die bei einer Kleinwinkelaufnahme außen liegenden Szenen nicht mehr außen lokalisiert
würden, sondern mehr der Mitte zu oder mit anderen Worten, die Aufnahme würde ein
falsches Bild von der scheinbaren Lage der Schallquelle. vermitteln. Die Aufgabe
besteht also darin, das Verhältnis der Intensitäten in diesem Fall zu vergrößern,
und zwar ebenfalls auf einen Wert von i:q..
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Diese Aufgabe wäre im Prinzip zu lösen, wenn Charakteristiken gemäß
den gestrichelten Kurven Ci und C2 zur Verfügung stehen würden, bei denen der betrachtete
äußerste Punkt bei E2 liegt. Die Aufnahme der außenliegenden Tonquelle über diesen
Punkt der Charakteristik C2 würde nämlich eine entsprechend der Strecke D., bis
E2 vergrößerte Energie in dem betreffenden Kanal ergeben, die dem Verhältnis i :
.4 entspräche. Es ist ohne ,veiteres einzusehen, daß der hier angestrebte Effekt
mit mechanischen Mitteln ohne ganz besondere Schwierigkeiten nicht zu erreichen
ist. Deswegen wird gemäß der Erfindung ein elektrischer Weg vorgeschlagen, bei dem
sich, die Übertragungskanäle durch Kopplung wechselseitig so beeinflussen, daß das
am Ausgang einer bestimmten Stelle des Übertragungsweges. bestehende Amplitudenverhältnis
gegenüber dem Eingang verändert wird, und' zwar unter Zugrundelegung des vorher
behandelten Beispiels vergrößert wird. Diese Veränderung erfolgt dabei vollkommen
automatisch in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Spannungen, welche die Kanäle
führen, und zwar ist in diesem Fall die Wechselwirkung eine derartige, d@aß mit
wachsender Spannung in dem einen Kanal durch die Einwirkung der Wechselspannung
des anderen Kanals das Amplitudenverhältnis gedehnt wird., was ohne weiteres auch
dann möglich ist, wenn wie hier gleichzeitig mehrere Schallquellen und damit mehrere
Verhältnisse ohne gegenseitige Beeinflussung geändert werden müssen. Die Änderung
kann beispielsweise- durch eine Spannungsgegenkopplung in korrespondierenden Stufen
der Kanalverstärker erreicht werden.
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Hierfür ist in Fig. z ein Beispiel der Spannungsgegenkopplung dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein solches für die Stromgegenkopplung. In Fig. a ist der eine Übertragungskanal
I - über die Klemmen cal und b über den Entkopplungswiderstand W1 in üblicher Schaltung
an die Verstärkerröhre R1 angeschlossen und der zweite Kanal II über die Klemmen
a2 und b ebenfalls in üblicher Schaltung über den Entkopplungswiderstand W2 an die
Röhre R2. Diese beiden Röhren liegen, in einander korrespondierenden Stufen der
Übertragungsanlage, z. B. im Eingang des Mischpultverstärkers. Die Anode der Röhre
R1 ist über die als Spannungsteiler wirkenden Widerstände TV"' und W1" mit
ihrem Gitter verbunden. Eine analoge Verbindung besteht bei der Röhre R2 über die
Widerstände W2 und 1i2'. Damit ist jede Röhre in sich spannungsgegengekoppelt; außerdem
sind die Verzweigungspunkte P1 und P2 miteinander verbunden, woraus wechselseitig
eine Verbindung zwischen den Gittern und Anoden besteht, die also miteinander gekoppelt
sind. Dabei beeinflussen sich die Wechselspannungen der beiden Röhren gegenseitig,
indem bei abweichenden Spannungen der Gegenkopplungsspannung eine Fremdspannung
aufgedrückt wird. Um das Amplitudenverhältnis zu dehnen, wird mit wachsender Spannung
in dem einen Kanal die Wirkung der Gegenkopplung in dem anderen Kanal erhöht. Das
Maß der gegenseitigen Beeinflussung kann. durch den Widerstand W eingestellt werden.
Für diese Einstellung können natürlich auch andere Reguliermittel, z. B. Röhrenschaltungen,
vorgesehen sein. Der Kondensator C dient dazu, den Ausgleich der Anodengleichspannungen
zu verhindern. Er kann hierbei Teil eines. Netzwerkes sein, das, geeignet ist, die
Wirkung der gegenseitigen Beeinflussung der beiden Kanäle auf einen bestimmten Frequenzbereich
zu begrenzen, z. B. auf einen Frequenzbereich oberhalb von 300 Hz, so daß
also im Bereich der tiefen Frequenzen keine Beeinflussung eintritt. Die beiden Kanäle
I bzw. II werden über die Ausgangsklemmen A1 und B bzw. A2 und B weitergeführt;
in der nächsten Stufe kann eine gewöhnliche Verstärkerschaltung liegen oder aber
auch wiederum eine hier beschriebene Gegenkopplung. Wenn die beiden Kanäle I und
II gleiche Spannung haben, so besitzen auch die Punkte P1 und, P2 gleiche Potentiale.
Überwiegt aber z. B. die Spannung in dem Kanal I, so, bekommt das Gitter der Röhre
R2 über den Widerstand W eine Span, nung mit entgegengesetzter Phase, was einer
Erhöhung der Wirkung der Gegenkopplung in dem Kanal II gleichkommt, so d'aß anodenseitig
die Wechselspannung sinkt. Diese Verringerung der Wechselspannung an der Anode von
der Röhre R2 wirkt sich gleichzeitig auch noch an dem Gitter der Röhre R1 aus, indem
sie deren Gegenkopplung herabsetzt; denn die Röhre R2 wirkt wie ein zwischen P1
und. Erde liegender Belastungswiderstand, der für den Gegenkopplungsweg eine Spannungsteilung
bewirkt,
was eine Erhöhung der Anodenwechselspannung der Röhre R1 zur Folge hat. Der Kanal
mit größerer Wechselspannung erhält also eine noch größere Wechselspannung und verkleinert
gleichzeitig die Wechselspannung des Kanals. mit. der kleineren. Wechselspannung
oder mit anderen Worten, das Amplitudenverhältnis zwischen den beiden Kanälen wird
gedehnt.
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Eine analoge Wirkung kann auch mit einer Stromgegenkopplung erreicht
werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Der eine Kanal I ist über die Klemmen
cal und b an die Röhre R1, und der zweite Kanal II ist über die Klemmen a und b
an die Röhre R2 in üblicher Schaltung angeschlossen. Die Kathoden der beiden Röhren
R1 und R2 sind über den regelbaren Widerstand W verbunden, der geeignet ist, das
gewünschte Maß ,der gegenseitigen Beeinflussung der beiden Kanäle einzustellen.
Außerdem ist in der Verbindungsleitung ein Kondensator C eingeschaltet, der ähnlich
wie in Fig. -- die Aufgabe hat, -einen Ausgleich der Kathodenspannungen zu verhindern,
und Teil eines Netzwerkes sein kann. Bei gleichen Kanalspannungen oder bei einem
Amplitudenverhältnis i : i tritt keine gegenseitige Beeinflussung ein. Wenn sich
beispielsweise die Kanalspannung im Kanal I vergrößert, so steigt die an der Kathode
liegende Wechselspannung, von der ein Teil über den Widerstand W der Kathode II
zugeführt wird und hier die Differenz zwischen Gftter- und Kathodenspannung verkleinert,
deren Verstärkung damit herabgesetzt wird. Gleichzeitig macht sich :die Einwirkung
des Kanals II auf den Kanal I im Sinne einer Verringerung der Gegenkopplung bemerkbar,
da im Grenzfall (Kanalspannung II = o) der Kathodlenwiderstand von der Röhre R2
als dem von der Röhre R1 parallelgeschaltet zu denken ist, so daß die Wechselspannung
dieses, Kanals vergrößert wird.; es wird mit anderen Worten dabei eine
Deh-
nung des Verhältnisses erzielt. Es können hier natürlich auch Mehrgitterröhren,
z. B. in üblicher Weise Schirmgitterschaltungen, verwendet werden, ebenso wie bei
der Anordnung nach Pig. z. Es, ist ferner auch möglich, die Schaltung nach Fig.
i und in Kombination. zu verwenden, also beispielsweise in einer Stufe eine Spannungsgegenkopplung
und in der nächsten Stufe eine Strotngegenk o:pplung.
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Mit den vorgeschlagenen Schaltungen kann bei entsprechender Bemessung
der. Schaltmittel eine beliebige Vergrößerung des Amplitudenverhältnisses erreicht
*-erden, .da zum mindesten theoretisch eine Absenkung der einen Kanalspannung auf
Null möglich ist, was. einem Verhältnis Eins zu Unendlich entspricht. Die
Schaltung in den beiden Kanälen wird vorteilhaft symmetrisch aufgebaut. Bei der
Stereafonie kann die Beeinflussung der Kanalenergien nach dem beschriebenen Prinzip
auch bei der Wiedergabe erfolgen, oder auch bei der Vervielfältigung, z. B. beim
Mischen.
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Während beidem vorher beschriebenen Beispiel der Stereofonie eingangsseitig
an die beiden Kanäle Mikrofone angeschlossen werden und ausgangsseitig ein Registrierinstrument,
z. B. ein Tonaüfzeichnungsgerät bzw: Lautsprecher für die Wiedergabe, können ei-n-
und ausgangsseitig für andere Zwecke der Erfindunä auch andere Glieder angeschlossen
werden. So kann die Erfindung z. B. in der Meßtechnik und auch in der Technik der
automatischen Steuerungen angewendet werden. Für diese Zwecke können für die beiden
Kanäle Fotozellen eingeschaltet sein, die mit variablem Licht beaufschlagt werden
und auf diese Weise Wechselspannung erzeugen. In dem einen Kanal kann dabei eine
konstante Wechselspannung bei. entsprechend konstantem Wechsellicht erzeugt werden
und in dem anderen Kanal ein anderes beliebig veränderliches Wechsellicht, das durch
den Vergleich mit dem konstanten Wechsellicht gemessen werden kann, indem ausgangsseitig
ein entsprechendes Meßinstrument eingeschaltet wird. Für andere Meßzwecke -kann.
dem System auch eine konstante Gleich- oder Wechselspannung aufgedrückt werden,
wobei in jedem Kanal elektrische Glieder vorgesehen sind, die geeignet sind, die
Spannungen zu beeinflussen. Das eine Glied bleibt dabei vorzugsweise konstant oder
erzengt'eine vorher genau bestimmte Änderung der Spannung, die vorher genau bestimmt
ist, während das, andere Glied eine beliebige Änderung erfahren: kann, die im Vergleich
mit dem ersten Glied ebenfalls durch Meßinstrumente auf der Ausgangsseite gemessen
werden kann. Diese Veränderung kann z. B. in einer Widerstandsänderung bestehen,
die beispielsweise durch Druck oder Temperatur hervorgerufen wird, so daß also die
Anordnung für die Druck-oder Temperaturmessung geeignet ist. Ein solcher Widerstand
kann auch von außen mechanisch verändert werden, z. B. in Abhängigkeit von irgend=
einer Bewegung, die beispielsweise durch den Luftdruck erzeugt wird. Unter solchen
Gesichtspunkten würde die Anordnung auch für Luftdruckmessungen brauchbar sein.
Es gibt eine große Zahl von elektrischen Schaltungen, in denen das Prinzip der Erfindung
nützlich angewendet werden kann, das im wesentlichen darauf hinausläuft, ein an
sich kleines Verhältnis zweier Wechselspannungen zu vergrößern.
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Als Beispiel wird in. Fig. 4 eine Anordnung für Meßzwecke beschrieben.
An. den Kanal I mit der Röhre R1 ist der Widerstand W1 angeschlossen und an den
Kanal II mit der Röhre R2 .der Widerstand W2. An diese beiden Widerstände ist über
Vorschaltwiderstände V' und deren Wert im Vergleich zu den Widerständen W1 und W2
groß sein kann, eine Gleich- oder Wechselspannung angelegt. Ausgangsseitig liegen
die Anoden der beiden Röhren R1 und, R2 an einem Instrument Z, in welchem die zwischen
den. beiden Anoden bestehenden Spannungen oder fließenden Ströme gemessen werden
können. Die Kathoden der beiden Röhren sind in Anlehnung an Fig. 3 direkt über den
Widerstand W verbunden. Es kann natürlich auch eine Kopplung nach Fig. 2 verwendet
werden oder auch 'mehrere Verstärkerstufen vorhanden sein, genau wie das, an den
vorhergehenden Beispielen bereits eingehend beschrieben worden ist.
@Vemi
di.e Einrichtung so betroffen: ist, daß der Widerstand Wz temgeraturabliängig ist,
so kann die ganze Anordnung zur Temperaturmessung dienen, indem dieser Widerstand
durch die zu messende Temperatur beeinflußt wird; durch die mit der Anordnung erreichbare
Vergrößerung des Amplitudenverhältnisses ist es möglich, jede beliebige kleine Änderung
der Temperatur in dem Instrument l meßbar zu machen.. Der Widerstand bY., kann natürlich
auch auf beliebige andere Weise veränderbar sein. An Stelle eines gewöhnlichen,
die Spannung bzw. den Strom messenden Instrumentes Z kann auch unter Umständen ein
Ouotientenmesser, der gleich das Verhältnis der Wechselspannung mißt, eingeschaltet
werden. An seine Stelle können natürlich auch andere elektrische Geräte treten,
die gesteuert werden. Sodann ist es auch möglich, an die beiden Kanäle parallel
zu den Widerständen TV, und TV, weitere Wechselspannungen beeinflussende Glieder
vorzusehen und über dieselben. Kanäle zur Anzeige, Steuerung od:. dgl. zu übertragen.
Dabei ist es allerdings notwendig, um die verschiedenen Vorgänge auseinanderzuhalten,
diesen und den weiteren Gliedern Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenz aufzudrücken
und dementsprechend ausgangsseitig frequenzabgestimmte Instrumente oder Geräte zu
verwenden. Die Erfindung kann überall dort Anwendung finden, wo es sich darum handelt,
mit einem Strom- oder Spannungsverhältnis zu operieren.