DK143629B - Ambiofonisk gengivelsesanlaeg - Google Patents

Description

i 143629 o

Opfindelsen angår et anlæg til reproducering af et omgivende stereofonisk lydfelt, således som nærmere angivet i kravets indledning.

I det system, der for tiden anvendes i USA til 5 stereofonisk FM-udsendelser, frekvensmoduleres en hovedbære bølge af summen af to stereofonisk beslægtede venstre- (L) og højre- (R) audiofrekvenssignaler, idet bærebølgen er indrettet til kompatibel modtagning med enten mono-foniske eller stereofoniske FM-radiomodtagere. Hovedbære-10 bølgen moduleres yderligere med stereofonisk information i form af en undertrykt underbærebølge, som amplitudemo-duleres med differencen mellem de to stereofonisk beslægtede audiosignaler (L-R), et uafbrudt pilotsignal til anvendelse ved demoduleringen af den undertrykte underbære-15 bølge i modtageren, og - i visse tilfælde - en yderligere underbærebølge, der er frekvensmoduleret med kommerciel baggrundsmusik (SCA).

I en konventionel stereofonisk FM-modtager frembringes ved udgangen i en frekvensmodulationsdetektor et 20 sammensat signal, der omfatter audiosignal-sumkomposan-ten (L+R), som kan anvendes enten af monofoniske eller stereofoniske FM-modtagere og strækker sig inden for et frekvensområde f.eks. mellem nul og 15.000 Hz, et 19 kHz pilotsignal, samt sidebåndene tilhørende en undertrykt 25 38 kHz underbærebølge og svarende til signal-difference- komposanten (L-R), der strækker sig inden for et frekvensområde fra 23 til 53 kHz. Det sammensatte signal kan også omfatte en frekvensmoduleret underbærebølge på 67 kHz, der er moduleret med kommerciel baggrundsmusik (SCA), og 30 dennes sidebånd, som tilsammen strækker sig f.eks. fra 59 til 75 kHz.

Der har allerede tidligere været foreslået flere systemer til lagring og/eller transmission af omgivende stereofonisk lydinformation. Almindeligvis kræver sådanne 35 systemer tilstedeværelsen af fire uafhængige størrelser, der f.eks. svarer til lyde, der kan reproduceres i fire 143629

O

2 højttalere anbragt enten i et lytterums hjørner, en kva-dratopstilling, eller midt på dette rums vægge, en rhombe--højt.taleropstilling. I begge tilfælde identificeres lydstørrelserne, amplituderne, ved højttalerplaceringen i for-5 hold til en lytter. Der henvises i det første tilfælde til venstre forreste L^, højre forreste R^, højre bageste Rr og venstre bageste Lr lydkanal, medens der i det andet tilfælde henvises til forreste F, højre R, bageste B og venstre L lydkanal. Blandt de mange systemer, der er fore-10 slået til gendannelse af omgivende stereofonisk lyd, falder de fleste inden for en af de to kategorier, der inden for teknikken betegnes som "4-2-4" matrixsysterner eller diskrete 4-kanalsysterner. Det førstnævnte er især egnet til firkanals lydinformation, som angivet ved en af de 15 ovenfor nævnte opbygninger, til lagring i to signalkanal er, såsom væggene i rillerne på en almindelig grammofonplade. Ved afspilning matrixopløses tokanalsinformationen til drift af fire højttalere. Det er indiskutabelt, at der ved ethvert sådant 4-2-4 matrixsystem indeholdes informa-20 tion i de oprindelige fire lydkanaler, der ikke lader sig reproducere i gengiveisessystemets højttalere.

Ved det tidligere foreslåede system med fire diskrete kanaler kan al oprindelig information reproduceres. Imidlertid omfatter ethvert sådant system multiplekstek-25 nik, der kræver anvendelse af et frekvensspektrum, der er væsentligt større end den oprindelige informations audio-frekvensspektrum. Nogle af de foreslåede systemer med fire diskrete kanaler har direkte været beregnet på FM--radioudsendeIse. I hvert sådant tilfælde har det for at 30 indeholde fire audiokanaler med fuld båndbredde været nødvendigt i de udsendte signaler at udvide frekvensområdet for det almindelige modulerede signal ud over grænsen på 53 kHz, der anvendes for audioinformation i de eksisterende tokanals stereofoniske FM-udsendelsessig-35 naler. Anvendelsen af disse højere modulationsfrekvenser til omgivende stereofonisk information udelukker deres 3

O

143629 anvendelse som privilegerede kommunikationskanaler ved en såkaldt SCA (Subsidiary Communications Authorization), på den måde, sådanne i øjeblikket anvendes i USA. I USA omfatter SCA-kanalsignalet en 67 kHz frekvensmoduleret under-5 bærebølge og dennes sidebånd, som f.eks. strækker sig fra 59 kHz til 75 kHz. Den SCA-kanal, der udsendes fra mange FM-radiostationer, anvendes normalt til overføring af musik eller andet som "baggrund". Det er også kendt, at denne del med højere frekvens af det til rådighed stående 10 hovedbærebølgemodulationsspektrum er mere følsomt for støj end dettes del med lavere frekvens. Audioinformation, der f.eks. bæres som amplitudemodulation på en underbærebølge med frekvenser over 53 kHz, må derfor forventes at være forholdsvis mere forurenet med støjkomposanter end det 15 almindeligt anvendte stereofoniske L+R sumsignal (0 til 15 kHz) og L-R differenssignal-kanaler (23 kHz til 53 kHz).

For de ovenfor beskrevne to typer firkanalssystemer har der været udvist betydelige anstrengelser i forsøg på at tilvejebringe kanalseparation eller isolation af lydkil-20 derne for de enkelte placeringer. Ved 4-2-4 matrixsy s tein erne har forfølgelsen af separationsmålet resulteret i systemer, der giver uregelmæssigheder eller "huller" i det reproducerede lydfelt. For systemerne med fire diskrete kanaler er separation som ovenfor nævnt opnået på 25 bekostning af frekvensspektrum og i nogle tilfælde for øget støj i nogle kanaler.

Ifølge opfindelsen opnås en ensartet reproduce-ring af et omgivende stereofonisk lydfelt ved et anlæg, der tillige er udformet som angivet i kravets kendetegn-30 ende del.

Den herved opnåede virkning kan ses ved at sammenligne anlægget ifølge opfindelsen med den nærmestliggende kendte teknik, som f.eks. repræsenteret af Mallon: "Ver-fahren zur Ubertragung von drei oder vier Nf-Signalen 35 uber UKW-Sender", Funkschau 1972, Heft 4, side 117-118, og M. Gerzon: "The Quart Broadcasting System", Audio, september 1970, side 26-27.

143629

O

4

Gerzon beskriver således et system, der har eksemple-ring i fase og i tværfase af tre kanaler omfattende den almindelige venstre og højre audiokanal i en tokanals stereo og et ikke nærmere beskrevet "ambienssignal", der er multi-5 plekset på en 38 kHz tværfasebærebølge. Forfatteren be mærker, "at systemet er lidt kompliceret at beskrive", men han giver ingen praktiske resultater eller ønskelige akustiske virkninger, der opnås ved systemet. Dette system omfatter, selv om det anvender 3 kanaler, ikke kanal/signal-10 -kombinationen ifølge opfindelsen. Kravet omhandler således et sumsignal og to differenssignaler, mens det nævnte kendte system omfatter et sumsignal, et differenssignal og et ambienssignal. Endvidere er der ingen lighed mellem sum- og differenssignalerne ifølge opfindelsen og ifølge 15 det således kendte. Sum- og differenssignalerne ifølge opfindelsens indeholder lydkildesignalkomposanter fra alle fire kvadranter, f.eks. Lf, Rf, Lr, Rr, mens sum- og differenssignalerne ifølge den nævnte artikel kun indeholder venstre- og højrekomposanter fra et frontalt lytter-20 område. Desuden har det nævnte kendte system ikke nogen distinkte signalkilder bagtil, idet den tredie kanal kun omfatter signaler af refleksions- og ambienstypen. I sammenligning hermed frembringes der ifølge opfindelsen et sumsignal og to differenssignaler med komposanter placeret i fire rumlige 2 5 kvadranter.

Endvidere er ifølge det kendte ambienssignalet arbitrært anbragt i forhold til de to andre signaler. Dette system tilfredsstiller således ikke den i forbindelse med opfindelsen opnåede lydfeltkontinuitet. Ifølge op-30 findelsen er signalkombinationerne, der leveres til højt talerne, bestemt i henhold til den rumlige orientering af højttalerne i forhold til den rumlige orientering af lydkildesignalkomposanterne som angivet i kravet.

På lignende måde beskriver Mallon et trekanals-35 system, hvori den tredie kanal omfatter ambiensinformation. Selv om det første og andet signal, og er 5

O

143629 magen til det første og tredie transmissionssignal, M og Y, ifølge opfindelsen, er det tredie signal i hovedsagen forskelligt fra det andet transmissionssignal X ifølge opfindelsen. Det skal også bemærkes, at det sidstnævnte 5 kendte system ikke indeholder de samvirkende kombinationer af bygningselementer og signaler, der angives i kravet specielt i relation til det andet transmissionssignal X.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, der udgør et blokdiagram for 10 et system med tre transmissionskanaler til gendannelse af et lydfelt, der omgiver et lytter.

I fig. 1 er et antal omsættere, såsom mikrofoner 10, 12, 14 og 16 indrettet til at omsætte lydtrykinforraa-tioner, der er repræsentative for lydbølger, der i et om-15 råde i rummet ankommer fra orthogonale retninger repræ senteret som venstre forreste L^, højre forreste R^, højre bageste Rr og venstre bageste Lr, til elektriske signaler. Alternativt kan omsætterne 10, 12, 14 og 16 være magnetiske tonehoveder tilknyttet de respektive spor på et raag-20 netisk optagelsesbånd eller et lignende medium, på hvil ket der på forhånd er indspillet audioinformationssignaler. Elektriske udgangssignaler fra omsætterne 10, 12, 14 og 16 føres til en kombineringsmatrix 18, der i sin simpleste form kan bestå af passende summeringsmodstande og/eller 25 forstærkere til kombinering af de fire signaler Lf, R^, R^ og Lr i overensstemmelse med udtrykkene M = Lf + Rf + Rr + Lr (1) X = Lf + Rf - Rr - Lr (2) 30 Y = Lf - Ef - Rr + Lr (3)·

De tre således uddragne signaler er repræsentative for et samlet sum- eller lydtrykssignal M, et for bagretningssignal X og et højre/venstre-retningssignal Y. De 35 enkelte signaler Μ, X og Y overføres ved hjælp af særskilte transmissionskanaler 20, 22, 24 fra kombinerings- 143629

O

6 matrixen 18 til en anden matrix 26. Matrixen 26 indeholder ligesom matrixen 18 et antal modstande og/eller forstærkere til omformning af de tre særskilte signaler Μ, X og Y til fire passende signaler L^', R^', Rr*, og Lr' til drift 5 af højttalerne 28, 30, 32 og 34, der er anbragt rundt om en lytter, f.eks. i et kvadratmønster. Matrixen 26 kan f.eks. indrettes til at tilfredsstille følgende udtryk

Lf' = Μ + X + Y (4) 10 Rf' = Μ + X - Y (5) R ' = Μ - X - Y (6)

Lr' = Μ - X + Y (7) .

Ved substituering af værdierne Μ, X og Y fra lig-15 ningerne (1), (2) og (3) i ovenstående udtryk ses det, at hvor de oprindelige signaler, der tilvejebringes af omsætterne 10, 12, 14 og 16, repræsenterer et Lf-enhedssignal, tilvejebringer matrixen 26 til de fire højttalere 28, 30, 32 og 34 udgangssignaler, der har amplituder på 20 henholdsvis tre enheder, 1 enhed, -1 enhed og 1 enhed.

De resulterende signaler, der gengives af højttalerne 28, 30, 32 og 34, vil derfor skabe retningsinformationen L^' svarende til retningsinformationen i det oprindelige signal L·^, idet de reducerede, men ens reaktioner af side-25 højttalerne 30 og 34, nemlig Rf' og Lr', frembringer en ikke retningsbestemt stående bølge langs en rumlig akse vinkelret på retningen for lydkilden L^'. Aktiveringen af den modsatte højttaler 32, R 1, ude af fase påvirker ikke den ønskede lydkildes retningsbestemthed, men må 30 betragtes som uheldig. Denne aktivering af højttaleren 32 kan udelukkes ved tilvejebringelse af passende relative forstærkninger af signalkomposanterne Μ, X og Y i matrixen 26. Hvis f.eks. forstærkningerne, der tilvejebringes for X- og Y-signalerne, vælges lige store, men kun halvt så 35 store som forstærkningen for M-signalet i matrixen 26, vil simpel algebra vise, at den modsatte højttaler, f.eks.

7

O

143629 32, ikke vil blive aktiveret i det tilfælde, hvor det oprindelige signal kun optræder i én kanal, f.eks. Lf. Sidehøjttalerne, 30 og 34, i det sidste tilfælde aktiveres imidlertid nu med signalspændinger, der er lige store, 5 men kun halvt så store som højttaleren 28's signalspænding for Lf som eneste oprindelige signal.

Lignende resultater opnås for enkeltkanalssignaler i hver af omsætterne 12, 14 og 16, idet systemet udviser samme reaktion i alle fire kvadranter. Denne egenskab ved 10 systemet udelukker de i 4-2-4 matrixsysternerne indeholdte uregelmæssigheder. Endvidere ses det ved betragtning af de ovenstående systemligninger, at dersom alle fire omsættere 10, 12, 14 og 16 påvirkes af identiske signaler, vil kun M-transmissionskanalen 20 bære information, og X-15 og Y-kanalerne 22 og 24 vil ikke bære nogen. Denne situation vil resultere i, at højttalerne 28, 30, 32 og 34 frembringer ens lydudgangssignaler. Det resulterende stående bølgemønster, der frembringes i lytterummet, anses for at være en ønskelig lyttetilstand for et omgivende stereo-20 fonisk gengivelsessystem.

Det skal bemærkes, at der i den forudgående diskussion ikke er nævnt den fjerde kombination af fire signaler Lf, Rf, Rr og L , der er bestemt ved:

25 Z = Lf + Rr - Rf - V

Det har vist sig, at det beskrevne system i fravær af dette fjerde signal giver lokalisering af lydkilderne uden de ovenfor nævnte uregelmæssigheder. Medtagelsen af dette 30 fjerde signal tjener kun til at fjerne krydskobling til sidehøjttalerne i det tilfælde, hvor der i det oprindelige lydfelt kun forekommer en kilde i en af de diagonale Lf, Rf, Rr, Lr retninger. I det beskrevne trekanals transmissionssystem resulterer et sådant lydfelt i aktivering 35 af tre højttalere, én svarende til retningen af den op rindelige lydkilde og de andre to på dennes sidefløje. Side- 143629

O

8 højttalerne aktiveres som ovenfor nævnt med lige store signaler, der er mindre end det signal, der føres til den principale højttaler. Det har vist sig, at dette forhold ikke ændrer en central placeret lytters subjektive ind-5 tryk. En sådan anbringelse af lytteren er normal og forventet, eftersom det for at tilvejebringe tilsyneladende lydkilder på steder mellem højttalerne, som ved en solist i midten i tokanalstereo, må forudsættes, at en lytter er anbragt tilnærmelsesvis midt for i forhold til alle 10 fire vægge. I modsat fald vil skabelsen af sådanne til syneladende lydkilder falde uheldigt ud.