DK153269B - Anlaeg til gengivelse af lyd - Google Patents

Description

DK 153269 B

Opfindelsen vedrører lydgengivelsesanlæg, navnlig lydgengivelsesanlæg af den art, der gør en lytter i stand til at skelne lyd fra kilder, der strækker sig over 360° af azimuth. Sådanne anlæg vil i det følgen-5 de blive betegnet som ambifoniske anlæg. Opfindelsen kan også anvendes på ambifoniske anlæg af den art, som tillige gør lytteren i stand til at skelne lyd fra kilder i forskellige højder.

10 Der kendes allerede ambifoniske anlæg for højttaleraggregater, hvor højttalerne er anbragt ved hjørnerne i en geometrisk regulær polygon, eller - i de tilfælde, hvor anlægget også inddrager højden - hjørnerne i et regulært polyeder. Der kendes også sådanne 15 anlæg for højttaler-aggregater, hvor højttalerne er anbragt i hjørnerne af et rektangel eller en rektangulær cuboide. Opfindelsen beskæftiger sig med at anvise udformningen af en dekoder til anvendelse i et ambifonisk anlæg, hvor højttalerne er anbragt i andre 20 positioner end de nævnte. Sådanne højttaler-aggregater skal i det følgende blive betegnet som uregelmæssige højttaler-aggregater eller højttaler-opstillinger, og det bemærkes, at denne betegnelse udelukker rektangulære og rektangulær-cuboide aggregater og 25 opstillinger, til trods for den kendsgerning, at disse former under en streng matematisk betragtning ikke er regulære.

Det er allerede blevet foreslået, jævnfør GB-pa-30 tentskrift nr. 1.411.994, at føde hver højttaler i et uregelmæssigt aggregat med et signal, der udviser en effektiv retningsmæssig optagekarakteristik for indkodede lyde, der peger i den pågældende højttalers retning. De resultater, der er opnået med uregelmæs- sige aggregater, er imidlertid ikke psyko-akustisk korrekte.

DK 153269B

2

To betydningsfulde teorier vedrørende lyd-lokalise-5 ring er "Makita"-teorien og "energi-vektor"-teorien. "Makita"-teorien kan anvendes på frekvenser under 700 Hz, og kan i nogen udstrækning anvendes op til omtrent 1500 Hz. Ifølge denne teori vil, når højttaleraggregatet omfatter n højttalere, alle anbragt i den 10 samme afstand r fra et centralt referencepunkt i positioner angivet ved tilhørende rektangulære carte-siske koordinater (x±, y±, z± ), hvor i =1, 2, ..., n, lokaliseringen af den lyd, der fødes til disse højttalere, hvor g± er den komplekse forstærkninsfak-15 tor for den fra den i*te højttaler afgivne lyd, være givet ved: 20 n w = Zg, (1) x0 = Re ^ (Σ q| X,)/rw j. (2) 25 y0 = Re ^ (Zg,y,)/rw | (3) z0 = Re / (Σ g, z,)/rw J. (4) 30 ~~ 3

DK 153269B

hvor "Re" betyder "den reelle del af" og (xQ, yQ, zQ) er en vektor, der peger imod lydens tilsyneladende lokalisering i forhold til de cartesiske koordinaters nulpunkt eller origo.

5

For frekvenser i området 700 Hz til 5 kHz egner "energi-vektor"-lokaliseringsteorien sig, idet den tilsyneladende lyd-retning er retningen af vektorsummen af et sæt vektorer, idet én vektor peger imod hver 10 højttaler og har en længde svarende til lydens effekt forstærkning ved den pågældende højttaler. Således vil med en højttaler-aggregat som beskrevet i det foregående energi-vektor-lokaliseringen være retningen af vektoren (xE,yE zE), der er givet som: 15 20 xe=eial!K,)/ffl8,iM ,5) i=1 i=1 n n (6) 0_ ye = (Σ | g, 12y,)/(Zlg,l2r) 25 i=1 i=1

Ze=(E|g,l!z,)/fflfl,l!rt 171 i=1 1-1 30

DK 153269B

4

Det er opfindelsens formål at anvise udformningen af en dekoder for en uregelmæssig højttaler-opstilling, som tilfredsstiller både "Makita"-teorien og "energi-vektor" -teorien.

5

Opfindelsen angår således en dekoder af den i krav l's indledning angivne art, og denne dekoder er ifølge opfindelsen ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

10

Det kan vises, at betingelsen S* + = 2W for alle i'er er tilstrækkelig til at sikre, at lokaliseringerne ifølge Makita-teorien og energi-vektor-teorien altid falder sammen.

15

Det vil kunne indses, at selv om jW" kan være det samme for alle par diametralt over for hinanden anbragte højttalere, kan dette signal også være forskelligt for forskellige højttaler-par, forudsat at 20 hvert signal står i et 90°-faseforhold til W for alle indkodede lyd-retninger.

Når opfindelsen skal anvendes på en dekoder med en "WXY-kreds" som beskrevet i GB-patentskrift nr.

25 1.494.751 og med sådanne udgangssignaler W, X, Y, at den tilsigtede lydlokaliseringsretning er en azimuth ø, målt imod urviserne fra x-akse, hvor

30 cos Φ ' sinø = Re (X/W) : Re (Y/W) W

DK 153269B

5 så vil en dekoder, der ifølge opfindelsen er indrettet til at føde et uregelmæssigt vandret højttaleraggregat bestående af m diametralt over for hinanden 5 anbragte par højttalere (idet m er lig med eller større end 3), frembringe signaler til at føde højttalerne i hvert par givet ved S* og S“, hvor i = 1, 2, ..., m og 10 s+, = W' + atX' + /},Y' - (9) S] = W' — α,Χ' - β,Υ' + SjW", (10) 15 20 hvor alf β± og dj er reelle forstærkningsfaktorer, der er således arrangeret, at den tilsyneladende lydlokalisering ifølge Makita-teorien er i alt væsentligt lig med azimuthen ø. Det vil forstås, at i lig-25 ning (8) er der gjort brug af den konvention, ifølge hvilken de symboler W, X og Y, der repræsenterer signaler, også bruges til at repræsentere de komplekse forstærkningsfaktorer for disse signaler for en enkelt given indkodet lyd-retning.

30

Dersom det ønskes, kan forstærkningerne for signalerne W, X og Y ændres, forudsat at forstærkningerne i X- og Y-kanalerne er identiske og samtlige tre kanalers fasekarakteristikker er identiske. De påførte

DK 153269B

6 1 forstærkninger kan være frekvensafhængige. En fjerde signal-bane anvendes til overføring af et signal^ der er proportionalt med jW", der anvendes til påtrykning af en "retnings-forspænding" (directional biasing") ^ som beskrevet i GB-patentskrift nr. 1.550.627, idet de forspændingssignaler, der påtrykkes højttalerne i hvert par, har samme størrelse men modst polaritet.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de på tegningen viste udførelseseksem-10 pier, idet fig. 1 er et skematisk blokdiagram for en dekoder for en vandret ambiofonisk dekoder ifølge opfindelsen, 15 fig. 2 er et skematisk blokdiagram for en del af en amplitude-matrix for den i fig.

1 viste dekoder, 20 fig. 3 viser et uregelmæssigt sekskantet højt taleraggregat, der er egnet til anvendelse med den i fig. 1 viste dekoder, fig. 4 viser et uregelmæssigt oktaederlignen- -25 de højttaleraggregat, fig. 5 er et skematisk blokdiagram for en dekoder ifølge opfindelsen til anvendelse med det i fig. 4 viste højttaleraggre-30 gat, fig. 6 viser et uregelmæssigt tre-dimensionalt aggregat af otte højttalere, og 35 fig. 7 er et skematisk blokdiagram for en de-

DK 153269B

7 1 koder ifølge opfindelsen, til. anvendelse med et højttaleraggregat som vist i fig.

4 eller 6, 5 Der henvises nu til fig. 1, der viser hvorledes en dekoder for et vandret ambi.ofonisk lyd-anlæg omfatter en WXY-kreds 10, der er indrettet til at modtage kodede indgangssignaler og frembringe udgangssignaler W, X og Y. I tillæg hertil frembringer WXY-kredsen 10 et andet 10 udgangssignal, der udgør W faseforskudt med 90° til dannelse af signalet -jW. Signalet W tilføres et type I afsats-filter ("shelf filter") 12 til frembringelse af signalet Signalerne X og Y tilføres hvert sit type II afsats-"ilter 14 henholdsvis l6 og højpasfilter 18 15 og 20 til frembringelse af signalerne X* og Y', og signalet -jW tilføres et type II afsats-filter 22 og et højpasfilter 24 til frembringelse af signalet -jW'. Afsatsfiltrene 12, 14 og 16 har i alt væsentligt identiske. fasekarekteristikker, og anvendes til at opnå in-20 formation med forskellige forhold mellem hastighed og tryk ved reference-lyttepositionen ved lave frekvenser, f. eks. mindre end 400 Hz, og ved høj frekvens, f. eks. større end 700 Hz. Højpasfiltrene 18, 20 og 24 anvendes til at kompensere for den krumning af lydfeltet, der 25 skyldes endelige højttalerafstande, og har optimalt deres -3 dB-punkter ved en frekvens (53/r) Hz, hvor r er afstanden i meter mellem referencepunktet og højttalerne. Signalet -jW anvendes til at påføre retnings-for-spænding. Udformningen og virkningen af'de forskellige 30 filtre 12-24 er mere indgående beskrevet i GB-patent-skrifter nr. 1.494.751, 1.494.752 og 1.550.627.

Signalerne W, X' og Y' og -jW1 tilføres en amplitude-matrix 26. Som det kan ses i fig.' 2, omfatter matrixen 35 26 en 3 x m-ampli'tude-matrix 28, hvortil signalerne X',

DK 153269B

8 1 Y’ og -jW’ føres, og som frembringer g udgangssignaler, nemlig V1 - /.jjW" til Vm - f jW", ét for hvert par højttalere. Matrixen 28 omfatter en 2 x m-amplitudematrix 30, hvortil signalerne X' og Y' føres, og som frembrin-5 ger m udgangssignaler, nemlig til V , en 1 x m-ampli-tude-matrix 32, hvortil signalet -jW føres, og som frembringer m retning-forspændingssignaler -e^jW" til -r jW", samt m additionskredse 3^ til at addere -c^jW" til til frembringelse af et tilsvarende signal - c-.jW" 10 for hvert par højttalere, hvor de reelle koefficienter ^ er valgt til at opnå den ønskede grad af retningsforspænding ("directional biasing"). Yderligere indeholder matrixen 26 en additionskreds 36 og en subtraktionskreds 38 for hvert par højttalere, hvoraf kun kred-15 sene for det i’te par højttalere er vist i fig. 2. Signalet W’ og udgangssignalet - £^jW tilføres additionskredsen 36, hvis udgangssignal omfatter signalet: s±+ = W* + V. ----(11) 20 og danner et fødesignal for en af højttalerne i det i*te par. Signalet ¥' tilføres også den positive indgang på subtraktionskredsen 38, og signalet - &^jW" fra amplitude-matrixen 34 tilføres dennes negative indgang, 25 hvorved dens udgangssignal dannes som: S." = W - vi + S.jjW" ____(12) og udgør fødesignalet for den anden højttaler i det i'-30 te par.

Det vil kunne indses, at dersom der ikke kræves nogen retnings-forspænding, så er =0 for enhver i, og at i så fald kan alle de dele af kredsløbene i fig. 1 og 35 2, der vedrører behandlingen af signalet -jW, udelades.

DK 153269 B

9 1 Det vil også kunne indses, at en hvilken som helst amplitude-matrix, som frembringer udgangssignaler, der er identiske med udgangssignalerne fra kredsen 26, ligger inden for opfindelsens rammer, og - navnlig - at det 5 tit kan være bekvemt at foretage additionen af forspændingssignalet -jW inden behandlingen i amplitude-matrixen 28 i stedet for efter denne.

Eftersom amplitude-matrixen 28 har sådanne matrix-koef-10 ficienter, at

Vi = x' + β± Y* ----(13) hvilket vil sige, at det kræves, at “ /M h ' i0 'v '<fJ "" for at tilfredsstille de i ligning (8) angivne Makita- lokaliseringskriterier, skal matrixens koefficienter r\. og p,· tilfredsstille ligningerne 25 1 m m xi y± = mr/ZT ____(15) 1=1 i=1 3Q m m yi “ £. $1*1 ‘ 0 ....(16) . 1=1

Eftersom st + - 2W* for en sådan amplitude-matrix, 35 følger det også, at energivektor-lokaliseringen falder

DK 153269 B

10 1 sammen med. Makita-lokaliseringen for denne amplitude-matrix.

Dersom 2 x m-matrixen af koefficienterne skrives som j *1 \ \ # m β m / for matrixen 28 som M, og m x 2-matrixen / X1 xm \ ( ) ya j som K, så kan ligningerne 15 og 16 omskrives på matrix-20 form som

KM = 1 m r I

fj ....(17) 25 hvor I er 2 x 2-identitets-matrixen og r som tidligere er højttalernes afstand fra reference-lyttepositionen.

I praksis kan et hvilket som helst positivt reelt multiplum k af matrixen M, der tilfredsstiller ligning 17, 30 anvendes, d.v.s. at samtlige forstærknings faktorer otp kan ganges med en fast positiv forstærkning k. Det foretrækkes imidlertid at anvende et multiplum k af M, der tillige sikrer opfyldelse af betingelsen: 35 k2j(Re (X* /w'))2 + (Re (Y* /w’))2J= 2----<l8)

DK 153269 B

11 1 eftersom opfyldelse af denne betingelse vil medføre, at ikke alene Maklta-teorien, men også andre layfrekvens-lokalI.serlngsterol.er tilfredsstilles. Denne sidstnævnte betingelse er opfyldt f. eks. når W' har en forstærk-5 ning på én. for alle lyde, og X’ har forstærkningen V2 cos Θ og 1' forstærkningen Y2 sin Θ for en lyd, der stammer fra en azimuth Θ målt imod' urvisernes retning fra frontretningen, og når k er lig med 1.

10 Konstanten k kan indføres ved hjælp af forstærkningseller afsats-filterkredse, der påvirker signalerne X?, 1’ og W inden disse tilføres det endelige udgangs-ma-trix-kredsløb, og yderligere ændringer i forstærkning, fasekarakteristik og frekvensgang kan påføres disse sig-15 naler, forudsat at samtlige signaler påvirkes i lige stor grad af disse yderligere ændringer.

En bekvem måde at frembringe en matrix M, der tilfredsstiller betingelsen: 20 101 = k mrl ....(19) /2 og som derfor giver en korrekt lokalisering, er som følger. Por hvert par højttalere: 25 ____(20) /«i\ /m /¾ xhyh\\1/xi' ϋ -w 1

3° 1 ^ \ Wh yi IJ UJ

hvor eksponenten -1 betegner en matrix-inversion.

Anvendelsen af. ligning 20 på det' uregelmæssige højtta-35 leraggregat, der er vist i fig. 3, skal nu beskrives.

DK 153269 B

12 1 Pet i Pig. 3 viste aggregat består af en lige. venstre højttaler L, en lige højre højttaler R, saint fire højttalere LB, BF, RF og RB, anbragt i azlmuth-po sit ioner 180° - 6, 6,. -6 henholdsvis -180° + ø, målt imod urviser- 5 ne fra lige fremad. Dersom lige fremad sættes som x-ret- . - . + + + ningen, lige til venstre som y-retningen, og S^, S2, S^, S', S2 og Sj lig med de signaler, der tilføres højttalerne LB, L, LF, RF, R henholdsvis RB, har vi: 10 Cx-|» y>] ) = (-roos szi, rsin φ) ____(21) (x2> ) = ( 0 > r ) ----(22) (χ3» y3 ) = (-rcos φ, rsin φ) ____(23) 15 så at: \ ΥΛ) \ β i / /2 l 0 1+2 sin2jå / y · / 20 } 3 1 /2 cos2 Φ 0 \ /x. \

· ^(.;L

1+2 sin^ 25

Fra ligning 24: -3 3sin φ ' " p" / . 2 cos 1 + 2 sin ¢( - . > \ 0C3 P3/ /2 1+2 sin^ φ _3 3 sin φ 2 cos φ 1+2 sin φ /....(25) 35 og den i fig.. 1 og 2 viste amplitude-matrix 28 fører

DK 153269 B

13 1 følgende signaler til de i fig. 3..viste højttalere: S + = w1 - _3k X» + 3k sin 6 ._Y* 2/2 COS irf /2(1 + 2 s in2 Φ) ....(26) 5 S2+ = V + 3k Y1 ----(27) /2(1 + 2sin2jrf) S + = W + -2é-Xf + --.Y'____(28) 10 2/2 cos jrf /2(1 + 2 sirrjrf) S/ = W* + _X* _ 3k-sin φ yt____(29) 2 /2cos ^ . /2(1 + 2 3111¾) 15 V = w' ---S—,*' ....„o) /2(1 + 2 sin^ø) S3 = W - _2£_x' - sin i_Y'....(31) 2/2 COS /2(1 ♦ 2 sin2^) 20

Matrix-koefficienterne for amplitude-matrixen 30 kan have en hvilken som helst reel værdi, der er valgt til tilvejebringelse af den eventuelt krævede retnings-for-spænding, eller alternaltivtkan retnings-forspænding 25 opnås ved at ændre signalerne X’ og Y’ på den måde, der er beskrevet i det ovenfor omtalte GB-patentskrift nr. 1.550.627.

Det vil kunne indses, at i samtlige af disse dekodere 30 kan signalerne X og Y fra WXY-kredsen 10 erstattes med to indbyrdes uafhængige reelle lineære kombinationer af X og Y, forudsat at amplitude-matrixen 26 fra disse lineære kombinationer afleder de krævede udgangssignaler St og ST, Ydermere kan matrixer kombineres eller om-ar-35 rangeres i kredsløbene i de tilfælde, hvor dette medfører konstruktionsmæssige eller bygningsmæssige fordele, 14

DK 153269B

1 så at en del af udgangs-amplitude-ma.trixens. funktion f. eks. kan være kombineret med WXY-kredsens. funktion.

Det vil kunne indses, at den ovenfor beskrevne dekoders 5 forstærkningsfaktorer 0g o(j samt ^ °S ved en høj ttalerplaeering i sekskant afhænger af vinklen éy og at det tit vil være ønskeligt at indbygge organer til trinløs indstilling af værdien af 6 i dekoder-kredsløbet. Til dette formål kan forstærkningsfaktorerne 10 oC^ = -(Xj (der resulterer i en signalkomposant <XjX' = -0^ X'). frembringes ved hjælp af en første kreds med variabel forstærkning anbragt i banen for signalet X’, forstærkningen £2 (der resulterer i en signalkomposant β^Υ1) frembringes ved h j ælp af en anden kreds med varia-15 bel forstærkning anbragt i banen for signalet Y’, og forstærkningerne (der resulterer i en signalkompo sant f^Y’ = B^Yr) frembringes ved hjælp af en tredie kreds med variabel forstærkning anbragt i banen for signalet YT. Samtidig indstilling af disse tre kredse med 20 variabel forstærkning vil i så fald gøre det muligt at tilpasse dekoderen til højttalerplaceringer med forskellige værdier af 6.

tredimensionelle/

Opfindelsen kan også anvendes på uregelmæssige højtta-25 ler-aggregater3 hvor højttalerne er anbragt i m diame tralt modsatte par i en afstand r fra reference-lytte-punktet. I den følgende omtale er det antaget, at det i*te par af m par højttalere har positioner som angivet ved cartesiske koordinater (x^, y^, z-) og ( -x^, -y^,

30 -z^) og fødes med signalerne st henholdsvis S^. W, X, Y

og Z er signaler, der repræsenterer henholdsvis det ønskede lydtryk og lydens hastighedskomposanter ved refe-rence-lyttepositionen. Sådanne signaler kan behandles i afsats-filtre med identiske fasekarakteristikker og i 35 RC- højpasfiltre, der kompenserer, for højttaler-afstand, analogt med de under henvisning til fig. 1 beskrevne DK 153269 B.

15 1 filtre, forudsat alene at filtreringen på. .banerne for signaler X, Y og Z. er identisk, så at der. fremkommer ændrede signaler Mr 3 X', Y’ og 2', I så fald. vil, i overensstemmelse med opfindelsen, Makita- og energivektor-loka-5 liseringsteorierne give den samme lydretning, forudsat at:

Sj + S" = 2w' for i=1, 2,...,m ....(32) 10 i tillæg hertil er det tit ønskeligt, at denne lokalisering skal være i retning af punktet (Re(X/W), Re(Y/W), Re(Z/W)), og i så fald udtrykkes signalerne og ved: st = w' + + ^y' + ••••(33) S" = w* - oc ±x - β±Ύ - γχτ! + SjjwJ — (3^0 hvor cKj_3 '/χ og cx er reelle koefficienter, hvor jW!* er et hvilket som helst signal, der står i et fasefor-20 hold på 90°med W’ for samtlige lydretninger, og hvor 3 x m-matrixen: I* i £ι \ Μ = <*2 Y 2 ' ----(35) 25 m

Ym J

30 tilfredsstiller matrix-ligningen: KM = 1 kmrl ----

IT

hvor k er en positiv konstant og 35 16

DK 153269B

1 for ind.kod.ecie lyde.

r

Konstanten k kan indføres ved hjælp af forstærkningseller afsats-filterkredse, der påvirker signalerne X’, 5 Y', Z' og ¥' inden det endelige udgangs-matrix-kredsløb, og yderligere ændringer i forstærkning, fasekarakteristik og frekvensgang kan påføres disse signaler, forudsat at samtlige signaler påvirkes i samme udstrækning af disse yderligere ændringer.

10

For vandret indkodede lyde er Z = 0, og i så fald kan signalbanen for signalet Z udelades og anlægget nedskæres til hvad der ovenfor er beskrevet under henvisning til fig. 1 og 2, med den undtagelse at værdierne af oi·^ 15 og kan være noget ændret i overensstemmelse med ligning 36.

Fig. 4 viser en højttalerplacering i form af et uregelmæssigt oktaeder og bestående af seks højttalere F, B, 20 LU, LD, RU og RD anbragt i en afstand r fra et referencepunkt og anbragt henholdsvis lige fortil, lige bagtil, i en vinkel ύ over lige venstre, i en vinkel é under lige venstre, i en vinkel ό over lige højre, og i en vinkel 6 under lige højre. De tilsvarende højttaler-føde-+ — + — + — 25 signaler S^, S^, S2, S^, S^, S2 føres til højttalerne ved - ( x^, y^, z^), hvor (χ1> yv z1) = (r, 0 0 ) (χ2’ ^2’ z2^ = (0> r cos^» r sin^ ) 30 (χ3> y3. z3) = (0, -r cos^, r sin^) *···(^0)

Anvendelse af den ovenfor nævnte matrix-formel 38 giver: J5 «1 ^1 /1 / 3 o o \

« 2 ?2 Y2 4- I 0 -2-J J-r-A

' /T 2 cosji 2 sinfi I

ft r V 0 -_JL_ _L_ / ^ ^ ^ * O ΛΛ rt tJ. O ff 1 ΥΊ /Å /...(41) 17

DK 153269B

1 I*1 .............¾ \ K = / y1 ............ym I ....(37) 5 U --v og I er- 3 x 3"identitets-matrixen, og hvor er de vilkårlige reelle koefficienter for retnings-forspændings-signalerne.

10

Ligning (36) kan alternativt skrives som: hi m m aixi = ^ ^iyi = < ViZi = kmr 1 = 1 i * 1 i = 1 Tf ' 15 m m m .

*iyi = C <*izi “ £. PA= i - 1 i = 1 i = 1 20 m m 2. 7λ é. nyi °- i = 1 i = 1 25 Navnlig kan matrixen M være angivet ved ligningen f*1] { /¾2 V* ν*\]"1/χι\···(38> 3ο'λ/ ( 1¾¾ v/J W/

En matrix M', der tilfredsstiller ligning 36, giver korrekt lokalisering i overensstemmelse med samtlige vigtige lavfrekvens-lokaliseringsteorier, forudsat at konstanten k er valgt med henblik på at sikre, at 35 .

k2|(Re (x'/w'))2 + (Re (y'/V))2 + (Re(z'/w'))2j = 2 ....(39) 18

DK 153269B

1 så at højttaler-fødesignalerne er: si = w' + 3k x'

JT

c- _ « 3k < · 5 S1 = ¥ - —. x >/r sj - w' + 5k γ' 3k ‘ 7' 2f2 cos^ 2 /2* sinji 10 S" = w* - 3k_y* - 3k 2* 2JT cosrf 2 2 sin^ S3 = w' - 31c y' + 3k z' 2/2 cosj^ 2 J"2 sinjtf 15 S~ = V + _ 3k Y* _ 3k z' zll costf 2 /1 sinfi

Flg. 5 viser en dekoder til anvendelse i det tilfælde, 20 hvor forstærkningen for signalet W er én for lyde indkodet fra alle retninger i rummet, og hvor X, Y og Z har forstærkninger henholdsvis /2 cos θ η , V? sin Θ cos Q og /2 sin η for lyde med kilde-azimuth Θ målt imod urviserne fra lige fremad og kilde-høj deretning rj målt 25 opad fra lige vandret, således som det kan forekomme i dekoderne tilhørende visse fire-kanals indkodningsanlæg med fuld sfærisk retningsdækning. Signalerne W, X, Y og Z fremstilles ud fra de modtagne indgangssignaler af en WXYZ-kreds 40. Signalet ¥ tilføres et type I af-30 sats-filter 42, mens signalerne X, Y og Z tilføres type II afsats-filtre henholdsvis 44, 46 og 48. Afsats-filtrene 42-48 har funktioner, der er analoge med funktionerne for de i fig. 1 viste afsats-filtre 12, 14 og l6, og overgangsfrekvensen mellem lavfrekvens- og høj-35 frekvensforstærkningerne er fortrinsvis centreret ved

DK 153269 B

19 1 omtrent· 350 Ha, idet afsats-filtrene af begge typer har en. forstærkning på én. ved lave. frekvenser, mens type I afsats-filtret har en. forstærkning på Vb og type II afsatsfiltrene har en forstærkning på V2/3 ved frekvenser 5 et godt stykke over overgangsfrekvenserne. Forholdet mellem forstærkningerne for type II afsats-filtrene og type I afsats-filtret kan betragtes som udgørende en del af den faktor k, der er indeholdt i ligningerne (4l) og (42). I dette tilfælde vil det kunne indses, at k ud-10 gør en frekvensafhængig forstærkning. Banerne for signalerne X, Y og Z omfatter også højpasfiltre 50, 52 og 54 til at kompensere for lydfeltkrumning, der skyldes endelige højttalerafstande som omtalt i det foregående.

15 Signalbanerne for signaler X, Y og Z omfatter også forstærkere 56, 58 og 60, der udøver forstærkninger henholdsvis I, II og III med henblik på at realisere ma-trix-ligningen 35. For den i fig. 4 viste højttaler-opstilling gives disse forstærkninger af: 20 3 forstærkning I = ' forstærkning II = 3_ 2 Ί2 cos 6 25 forstærkning III = 3_ 2 ^2 sin é

Udgangssignalerne i Y- og Z-kanalerne fra forstærkerne henholdsvis 58 og 60 adderes af en additionskreds 62 30 til frembringelse af differens-signalerne for højttalerparret LU og RD, og subtraheres af en subtraktions-kreds 64 til frembringelse af differens-signalerne for højttalerparret RU og LD. Udgangssignalet i X-kanalen, der kommer fra forstærkeren 56, udgør i sig selv diffe-35 renssignalet for højttalerparret F og B. Hvert af. disse differens-signaler kombineres af en additionskreds hen- 20

DK 153269B

1 holdsvis 66, 68 qg 70 til frembringelse, af signalerne S*, S* og Sjj som. forstærkes af forstærkere henholdsvis 72, 74 og 76 og. fødes gennem højttalerne F, LU og RU.

5 Udgangssignalet i W-kanalen. fra afsats-filtret 42 føres også til eri forstærker 78 med forstærkningsfaktoren 2 og derfra til en effektforstærker 80 med samme forstærkningsfaktor som effektforstærkerne 72, 74 og 76. Hvert af signalerne sj, S* og S* subtraheres fra udgangssig-10 nalet fra effektforstærkeren 80 ved at forbinde den pågældende højttaler henholdsvis B, RD og LD mellem udgangen på forstærkeren 80 og udgangen på den pågældende effektforstærker henholdsvis 72, 74 og 76. På denne måde kræves der kun fire .effektforstærkere til at føde de 15 seks højttalere. Denne såkaldte højttaler-matrixerings-metode er emnet for GB-patentskrift nr. 1.548.674, og kan også anvendes på dekodere til fødning af vandrette højttaleraggregater ifølge opfindelsen, som. f. eks. den i fig. 2 og 3 viste dekoder.

20

Det vil kunne indses, at der kan anvendes andre rumlige orienteringer for den i fig. 4 viste oktaederformede opstilling, forudsat at signalerne X, Y, og Z matrixeres eller udveksles til overensstemmelse med lydhastigheds-25 komposanter langs med de omorienterede rumlige akser.

Opfindelsen kan også anvendes på mere komplicerede u-regelmæssige højttaleropstillinger. Opfindelsen kan f. eks. anvendes på en tredimentional opstilling af otte 30 højttalere LF, RF, LB, RB, LU, LD, RU og RD som vist i fig. 6, anbragt i de cartesiske koordinatpunkter (x^, v., z.) og (-X., -y ., -z. ) med fødesignaler henholds- ·*- + i J. J., vis og sT af den form, der er angivet i ligningerne (33) og (34), hvor i har værdierne 1 til 4 og hvor, for 35 radius r:

DK 153269 B

21 1 (χ«ρ y-ι» z-j) = (rcos^, rsinjrf, o) (x2> y2» z2^ = (rcosøij-rsinftf, o) ....(44) (χ3* Yy z^) = (o, rcosjj, rsin^) 5 (χ4» 74» *4). = (0,-rcosl·, rsin£)

Dette svarer til en højttaleropstilling bestående af et vandret aggregat af fire højttalere, hvoraf det forreste højttalerpar ses ved centrum under en. vinkel på 20, 10 og et lodret rektangulært aggregat på fire højttalere, hvoraf det ene lodrette højttalerpar ses ved centrum under en vinkel på 2^.

En sådan højttaleropstilling kan. bringes til at opfylde 15 retningsbetingelserne for Makita- og energivektor-teori-erne, dersom ligning (38) anvendes på opstillingen. En beregning, vil da vise, at: /Λ /1/cotf sin^/.(sin2^+cos2|) o \ 20 a / \

* 2 P2 γΐ = fik 1/cosøf -sin^/(sin2^+cos25 ) 0 I

* 3 @3 Y3 I 0 cos £/(sin2^+cos2J) l/sin£ I

\ #4 β 4 Y4/ \ o . -Cos|-/(sin2^+cos2^) 1/sin£ J

så at højttaler-fødesignalerne fremgår af ligningerne (33) og (34) ved at anvende disse værdier af oLy β^ og Y± for en passende positiv forstærkningefaktor k (der kan vælges til at være frekvensafhængig).

30

Fig. 7 viser en dekoder til anvendelse med. forskellige tredimensionale højttaleropstillinger i overensstemmelse med opfindelsen, herunder dem der er beskrevet i det foregående under henvisning til fig. 4 og '6. Denne deko-35 der er tillige' egnet til anvendelse med en højttaler- 22

DK 153269B

1 cuboide som beskrevet i GB-patentskrifter. nr.

1.494.751 og 1.494.752, og omfatter en TOZ-kreds 90, type I og type II afsats-filtre 92, 94, 96 og 98, og desuden højpasfiltre 100, 102 og 104 til at kompensere 5 for højttalerafstand, således som det er forklaret i de ovenfor nævnte patentskrifter. Dekoderen omfatter tillige en skiftbar amplitude-matrix 114. Ved at tilvejebringe flere forstærkere 106, 108, 110 og 112 med variabel forstærkning, og ved at gøre udgangs-amplitude-10 matrix-koefficienterne skiftbare med henblik på tilpasning til den valgte højttaler-opstilling, kan der fremstilles en enkelt dekoder, som er egnet til anvendelse med et antal forskellige højttaler-opstillinger. Navnlig forstærkeme med variabel forstærkning gør det mu-15 ligt at indstille, vinklerne 6 og der angiver højttaleropstillingens nøjagtige form, og virker således som "opstillings-kontrol".

Hvilke som helst af de i det foregående beskrevne deko-20 dere kan anvendes sammen med eller i kombination med y-derligere kredsløbgorganer til forstærkning og tidsforsinkelse med henblik på at ændre dekoderens udgangssignaler inden disse tilføres højttalerne, for derved at kompensere for uens højttalerafstande fra det fælles re-25 ferencepunkt, i overensstemmelse med de foranstaltninger, der er angivet i GB-patentskrift nr. 1.552.478.

Det vil også kunne indses, at betegnelsen af x-aksen som "fremad", y-aksen som "til venstre" og z-aksen som "op-30 ad" i nærværende beskrivelse er helt vilkårlig, og at x-, y- og z-akserne ligeså godt kunne have været valgt som et hvilket som helst andet sæt bestående af tre indbyrdes retvinklede eartesiske akser gennem det fælles referencepunkt. Dersom man f. eks. lod x-aksen pege til 35 venstre og y-aksen fremad, ville de under henvisning til flg. 3-6 beskrevne dekodere være egnet til alternative 23

DK 153269 B

1 orienteringer af højttaleropstillingerne. Således ville den 1 fig. 3. viste højttaler L blive til en. fronthøjttaler, højttaleren R. ville blive til en. bag-højttaler, og højttalerne, venstre, foran, venstre bag, højre 5 foran, og højre, bag ville blive til venstre foran, højre foran, venstre, bag henholdsvis højre bag. På lignende måde ville den i. fig. 4 viste oktaederlignende opstilling bestå af lodrette højttalerpar. fortil og bagtil og én højttaler ved hver side. Endelig, ville den i fig. 6 10 viste opstilling bestå af lodrette højttalerpar fortil og bagtil og side-højttalerpar til venstre og til højre.

Det vil ligeledes kunne indses, at den ovenfor beskrevne amplitude-matrix også kan indbefatte en eventuel y-15 derligere samlet, forstærkning - herunder fase-inversion, når dette findes nødvendigt - således som fagfolk på dette område måtte finde det ønskeligt.

20 25 30 35

Claims (24)

2U DK 153269B

1. Dekoder til fødning af et aggregat bestående af m par diametralt over for hinanden anbragt højttalere, 5 hvor m er lig med 3 eller mere, hvilken dekoder omfatter en amplitude-matrix-kreds og hvor aggregatet er et uregelmæssigt aggregat, hvilket vil sige, at højttalerne er anbragt i positioner, der ikke er hjørner i en geometrisk regulær polygon eller i et 10 geometrisk regulært legeme eller et rektangel eller rektangulært cuboid, og at enhver højttaler er beliggende i hovedsagen i den samme afstand r fra et fælles referencepunkt, kendetegnet ved, , at amplitude-matrix-kredsen (26,114) er således 15 indrettet, at under driften er summen af de signaler Si+og S^, der fødes til højttalerne (LB,RF;L,R;LF,RB) i hvert par, den samme for samtlige højttaler-par, og således, at dersom det i'te højttaler-par har cartesiske koordinater (x±, y±, zL) og (-x±,-y±,-z±) 20 med hensyn til rektangulære cartesiske x- , y- og z-akser gennem det fælles referencepunkt, så er

25 S,+ = W + α,Χ' + /J,Y' + γρ - SjW\ Sf = W' - α,Χ' - /},Y' - yp + SflN” 30 hvor w' er et signal svarende til lydtrykket ved referencepunktet og er uafhængigt af i, X*, Yr og z’ er et signal svarende til en kom- DK 153269B posant af en ønsket lydhastighed langs x-, y-og z-akserne og er uafhængige af i, jW" er et hvilket som helst signal, der står i 5 et faseforhold på 90° til signalet W1 for alle indkodede lydretninger, og ai, β±, Yt og 6± er reelle forstærknings-koefficienter, hvoraf air β± og y± i alt væsent-10 ligt opfylder matrix-ligningen: KM = kmrl 15 hvor K er m x 3-matrixen: 20 25 \ /*1 X2 m\ ( yi y2-*-ym J V Ί Z2 zm/ 30 \ DK 153269B M er 3 x m-koefficient-matrixen / °1 >A 5 I a2 h >2 \ Vi J 10. er identitets-matrixen: 15 (' . Λ I 010] for en tredimensional

2. Dekoder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at jW" er det samme for samtlige par diametralt over for hinanden anbragte højttalere (LB,RF;L,R;LF,RB). 10

3. Dekoder ifølge krav 1 eller 2 og indrettet til anvendelse med en todimensional højttaler-opstilling, kendetegnet ved, at amplitude-matrix-kredsen (26) er således indrettet, at dersom det i'te 15 par højttalere har cartesiske koordinater (xi, yi) og (-xir -yi) med hensyn til indbyrdes retvinklede cartesiske x- og y-akser gennem referencepunktet, så er

4. Dekoder ifølge krav 3, kendetegnet ved, at forstærknings-koefficienterne a± og β± i alt væsentligt er givet ved matrix-ligningen: q-*~g c; ίο 10 hvor eksponenten -1 angiver matrix-inversion.

5. Dekoder ifølge krav 3 eller 4, kende tegnet ved, at dersom forstærkningen for signalet W* sættes lig med én, så er forstærkningen for signalet X1 lig med ^2 cos Θ og for signalet Y* lig med ][2 sin Θ for en lyd kommende fra en azimuth Θ. 20

6. Dekoder ifølge krav 3, 4 eller 5, kende tegnet ved, at den omfatter et første afsats-filterkredsløb (12) til frembringelse af signalet w’ og identiske andre afsats-filterkredsløb (14,16) til 25 frembringelse af signalerne Xf og Y*.

7. Dekoder ifølge krav 6, kendetegnet ved, at de første og andre afsats-filterkredsløb (12,14,16) har i alt væsentligt identiske faseka- 30 rakteristikker ved alle audiofrekvenser.

8. Dekoder ifølge krav 3, kendetegnet ved en sådan indretning, at konstanten k ved lave frekvenser er sådan, at det sikres at: k2{(Re (X'/W'))2 + (Re (Y'/W'))2} = 2 DK 153269B 5 for alle vandrette lyde, der er indkodet i signalerne W*, X* og Y*, hvor Re betyder "den reelle del af".

9. Dekoder ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den er indrettet til at føde signaler hen-10 holdsvis S*, S“, 5^, S', og SJ til en uregelmæssig opstilling af seks højttalere (LB,RF;L,R;LF,RB) anbragt ved de cartesiske koordinater henholdsvis: 15 (x,+, y1+) = (—r cos φ, r sin φ). (x,~ y,") = {r cos φ, -r sin φ). (x2+. y2+) = (0, r), 20 fx2- y2-)=(0, —r). (Xs*. y3+) = (r cos φ, r sin φ), (x3~ y3”) = (—r cos φ, —r sin φ), 25 hvor 30 a, = —3 k 2i/2 cos φ β,=β3 = (3 sin φ) k y/2 (1 + 2 sin2 φ), DK 153269B a2 = O, 3k 5 - vT(1+2sln^)f og 3k a3= — 2 y/2 cos φ 10

10. Dekoder ifølge et hvilket som helst af kravene 3- 15 9, kendetegnet ved, at amplitude-matrix- kredsen omfatter indstillingsorganer til tilpasning til et antal højttaler-opstillinger ved at indstille forstærkningerne for signalerne X* og Y1 inden disse tilføres en fast matrix-kreds. 20

11. Dekoder ifølge krav 9, kendetegnet ved en første kreds med variabel forstærkning til at multiplicere signalet X* med forstærknings-koefficienterne (¾ og a3, en anden kreds med variabel for- 25 stærkning til at multiplicere signalet y' med forstærknings-koefficienten β2 og en tredie kreds med variabel forstærkning til at multiplicere signalet Y* med forstærknings-koefficienterne βχ og β3.

12. Dekoder ifølge krav 1 eller 2 og indrettet til at anvendes med en tredimensional højttaler-opstilling, kendetegnet ved, at forstærknings-koefficienterne i alt væsentligt tilfredsstiller følgende ligninger: DK 153269B m m m kmr, Σ α,χ,= Σ βγ,= Σ ρ,ζ,= —-i= 1 i = 1 i — 1 y/2 5. m m m Σ a,y,= Σ <*,z,= Σ Αιχ.= Σ Azi = i = 1 i = 1 i = 1 '=1 m m Σ κχ,= Σ ^iVi = O. i = 7 * = 1 10

13. Dekoder ifølge krav 12, kendetegnet 15 ved, at forstærknings-koefficienterne air βχ, og yx i alt væsentligt er givet ved matrix-ligningerne: 20 /«I\ Γ /1¾2 Vh lx>\ (vfHh5i ν-ν* \r,y >ΊΛ ^2 J\ ' 25 ^ ^ hvor eksponenten -1 angiver matrix-inversion. 30

14. Dekoder ifølge krav 12 eller 13, kendetegnet ved, at dersom signalet W1 antages at have en forstærkning på én og at omfatte lyde fra alle retninger, så har signalerne X*, Y* og Z* for DK 153269B stærkningerne (2 cos Θ cos η , n sin Θ cos Y) og 1/2 sin η for en lyd, hvis kilde-azimuth er Θ målt imod urviserne fra x-aksen og en kilde-højderetning^ målt opad fra xy-planet til z-aksen. 5

15. Dekoder ifølge krav 12, 13 eller 14, ken detegnet ved et første afsats-filter-kreds-løb (42,92) for signalet w' og identiske andre af-sats-filterkredsløb (44,46,48;94,96,98) for signaler- 10 ne x', Y* og z'.

16. Dekoder ifølge krav 15, kendetegnet ved, at de første og andre afsats-filterkredsløb (42,44,46,48;92,94,96,98) har i alt væsentligt iden- 15 tiske fasekarakteristikker ved alle audiofrekvenser.

17. Dekoder ifølge krav 12, kendetegnet ved en sådan indretning, at konstanten k ved lave frekvenser er sådan, at det sikres at: 20 k2 {(Re (X7W'))2 + (Re (Y'/W'))2 + (Re (Z7W'))2J = 2 25 for alle retningsbestemte lyde, der er indkodet i signalerne W1, X;, Y* og Z1.

18. Dekoder ifølge krav 13, kendetegnet 30 ved, at den er indrettet til at føde signaler henholdsvis S*, S“ S2+, S", S* og Sg til en uregelmæssig opstilling af seks højttalere (F,B,LU,RD,RU,LD) anbragt ved hjørnerne af et uregelmæssigt oktaeder i en afstand r fra de cartesiske koordinaters nulpunkt. DK 153269B

19. Dekoder ifølge krav 18, kendetegnet ved, at højttalernes koordinater er henholdsvis fx*. Vi« z+) = (r, 0, 0), 5 _ <*a. Vv Γ, 0. O). (xt yt. z$) = (O, r cos φ, r sin φ), K ii- zt) = (O. “r cos φ, -r sin ø). (X3. yt. z£) = iO. _r cos r sin ø), 10 (xj, y3, z3) = (O, r cos φ, ~r sin φ), hvor 15 01 = ^1 = ^2 = ^3 = O, α,= 3K 72 3k 20 ø2 = —........ {2v/2Tcos φ), 3k 03=- (2>/2cos^), og 3k

25 V2^V3=—z- (2γ^2 sin ¢).

20. Dekoder ifølge et hvilket som helst af kravene 30 12-19, kendetegnet ved, at amplitude-ma- trix-kredsen (56,58,60,62,66,68,70) omfatter indstillingsorganer til tilpasning til et antal forskellige højttaler-opstillinger ved at indstille forstærkningerne for signalerne X*, Y* og Z1 inden disse til- DK 153269B 3U føres en fast matrix-kreds.

20 St+ * W' + cr,X' + /J,Y' - (jW'', Sf =W'- α,Χ' - β,Υ' + SjW" 25 hvor air Pi og 6* er reelle forstærknings-koefficienter, hvoraf og β± i alt væsentligt tilfredsstiller følgende ligninger: 30. m kmr m m Σ α,γ,= Σ Axi = 0. i— 1 i = 1 DK 153269B

20 V 0 0 1 / højttaleropstilling eller 25

30. X / 1 0 0 \ for en todimensional, I \ vandret højttalerop- 10 10 l / stilling \ 0 0 0 J DK 153269B og k er en positiv, reel konstant, der kan være frekvens-afhængig. 5

21. Dekoder ifølge krav 19, kendetegnet ved en første kreds med variabel forstærkning til at 5 multiplicere signalet X1 med forstærknings-koeffici enten alr en anden kreds med variabel forstærkning til at multiplicere signalet Y1 med forstærknings-koefficienterne β2 og β3/ og en tredie kreds med variabel forstærkning til at multiplicere signalet Zf med 10 forstærknings-koefficienterne y2 og y3.

22. Dekoder ifølge krav 9 eller 18, kendetegnet ved fire effektforstærkere (72,74,76,80) med én udgangsklemme tilfælles og ind- 15 rettet til at modtage signalerne sf, S%, S* og 2W1 = S* + s; - S2+ + s; = S3+ + Sj, idet effektforstærkerne er forbundet med de seks højttalere (F,B,LU,LD,RU,RD) på en sådan måde, at hver af de højttalere (F,LU,RU), der kræver signalerne S*, og S^, drives af en 20 tilhørende forstærker (72,74,76), og hver af de diametralt over for beliggende højttalere (B,RD, LD), der kræver signalerne S^, S” og S^, drives ved at én klemme på højttaleren er forbundet med den ikke- fælles udgangsklemme på en tilhørende forstærker 25 (72,74,76), og den anden klemme på højttaleren er forbundet med den ikke-fælles udgangsklemme på den forstærker (80), der er indrettet til at modtage signalet 2W*.

23. Dekoder ifølge krav 13, kendetegnet ved, at den er indrettet til at føde signalerne henholdsvis S*, Sj~, S2* S2~, S^, Sj, og S4“ til en uregelmæssig opstilling af otte højttalere (LF, RB, RF, LB, LU, RD, RU, LD) anbragt ved hjørnerne i et DK 153269 B rektangel i xy-planet og ved hjørnerne i et rektangel i yz-planet ved de cartesiske koordinater henholdsvis: (x+, Y v Φ = <r cos Φ> r S'n Φ 0), 5 (x;, Yy z~) = (—4 cos φ, —r sin φ, 0), (x+ γ\, z+) = (r cos φ, -r sin ψ, 0), (*2' Yl> z2:) = (—r cos φ, r sin &, 0), 10 (X3* Y\> zp = (0, r cos ζ, r, sin ζ), (xj, y3, 23)== (0, -r cos ξ, -r sin ξ), (x«. Yv Z4) = (0- ~r cos i· r sin £). (X4. Y~a> 24) = (0. r cos ξ, -r sin ξ), 15 20 hvor Kl=P2 = «S = « = 0' 25 a, = ar2 = \/2 k/cos ø, /}, =:β2 = k sin ø/(sin2 φ + cos2 £), β3 = -β4 = \/2 cos £/(sin2 φ + cos2 £), F3 = }>4=\/2 k/sin £. 30 DK 153269B

24. Dekoder ifølge krav 23 og indstillelig over et område af værdier af vinklerne 0 og _§ , kendetegnet ved, at amplitude-matrix-kredsen (114) omfatter indstillingsorganer til tilpasning til et 5 antal højttaleropstillinger ved at indstille forstærkningerne for signalerne x', y' og Z1 inden disse tilføres en fast matrix-kreds, og at dekoderen omfatter en første kreds med variabel forstærkning (106) til at multiplicere signalet X1 med forstærknings-10 koefficienterne αχ og a2, en anden kreds med variabel forstærkning (108) til at multiplicere signalet V med forstærknings-koefficienterne og β2, en tredie kreds med variabel forstærkning (110) til at multiplicere signalet Yr med forstærknings-koefficienterne 15 p3 og β4, samt en fjerde kreds med variabel forstærkning (112) til at multiplicere signalet Zl med forstærknings-koefficienterne y3 og y4.