EP0046266A2

EP0046266A2 - Verfahren und Schaltungsordnung zur Aufteilung eines elektrischen Tonfrequenzsignals auf N in ihrem Frequenzumfang beschränkte Kanäle

Info

Publication number: EP0046266A2
Application number: EP81106252A
Authority: EP
Inventors: Norbert Meisel
Original assignee: Westerfeld high fidelity
Current assignee: WESTERFELD HIGH FIDELITY
Priority date: 1980-08-19
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1982-02-24
Also published as: DE3031205A1; EP0046266A3

Abstract

Verfahren zur Summen-richtigen Aufteilung eines Tonfrequenzsignals auf N Ausgangskanäle. Es werden hierzu genau N-1-Filter verwendet und zumindest 1 Differenz-Summierer, der zu einer Gruppe von Filtern mit gemeinsamem Eingangssignal das zugehörige Komplementärsignal bildet. Verwendet man nur einen Differenz-Summierer, so entsteht eine einstufige Schaltungsanordnung, bei der das Tonfrequenzsignal innerhalb einer Stufe auf N Ausgänge verteilt wird. Verwendet man dagegen mehr als einen Differenz-Summierer, so erhält man eine mehrstufige Schaltungsanordnung, bei der das Tonfrequenzsignal in mehreren Stufen auf N Ausgänge verteilt wird.

Description

Zur akustischen Wiedergabe elektrischer Tonfrequenzsignale, die im menschlichen Hörbereich etwa eine Bandbreite von 2oHz bis 2okHz umfassen, sind i.a. mehrere elektroakustische Wandler nötig.
Dies erfordert eine Aufteilung des Tonfrequenzsignals auf mehrere, in ihrer Bandbreite beschränkte Kanäle, entsprechend der Anzahl und den Anordnungen der verwendeten Wandler.
Es ist bekannt, dazu für jeden Kanal eine passende Filterschaltung zu verwenden, die eine passende Frequenzbeschränkung erzeugt, wobei von der Übertragungseinheit insgesamt ein konstanter Frequenzgang der Ausgangsamplitude verlangt wird. Dies hat den Nachteil, daß dabei Zeitbezüge zwischen den einzelnen Ausgangssignalen durch den von jedem Filter erzeugten Phasengang verschoben werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher, die Aufteilung des Tonfrequenzsignals so vorzunehmen, daß korrekte Zeitbezüge zwischen den Ausgangssignalen erhalten bleiben.
Die Erfindung ist auf dem Gedanken begründet, daß sich das akustische Ausgangssignal im wesentlichen additiv aus den einzelnen Signalen der Wandler zusammensetzt. Für die Aufteilung des Tonfrequenzsignals ist daher zu fordern, daß die Summe der Ausgangssignale zu jedem Zeitpunkt bis auf einen zeitlich konstanten Faktor dem Tonfrequenzsignal gleich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Bei einem Typ der Aufteilung durch Maßnahmen nach Anspruch la, b, cl gelangt man zu einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 2.
Bei einem erweiterten Typ der Aufteilung durch Verfahrensmaßnamen nach Anspruch 1 a, b, c2 gelangt man zu einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 3.
Ausführungsbeispiele, realisiert durch aktive R-C-Netzwerke, deren aktive Elemente handelsübliche Operationsverstärker genügender Bandbreite sind, z.B. TLO62CP, werden i.f. anhand der Zeichnungen erläutert:

Figur 1 zeigt ein Beispiel nach dem Verfahren von Anspruch 1 a, b, cl, bzw. eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 für N = 3 Ausgangskanäle.

Das Tonfrequenzsignal wird einem Eingangsverstärker zugeführt, der die Eingänge der nachgeschalteten Baugruppen von der Signalquelle entkoppelt und die notwendige Eingangsverstärkung übernimmt.
Hierzu ist 01 als Elektrometerverstärker beschaltet. Das Signal wird dem nichtinvertierenden Eingang von Ol zugeführt und mit dem Potentiometer Pl belastet, sodaß hierdurch eine Anpassung an die Signalquelle erfolgen kann. Der invertierende Eingang ist über den Spannungsteiler Rl-P2 rückgekoppelt, sodaß mit P2 die Eingangsverstärkung eingestellt werden kann. Der Ausgang von 01 liegt parallel an den Eingängen der beiden Filter und über den Spannungsteiler R4-R5 am nicht-invertierenden Eingang von 04. Das eine Filter ist ein passiver Tiefpass aus P3, R2 und Cl mit nachgeschaltetem Impedanzwandler 02. Mit dem Potenziometer P3 läßt sich die Grenzfrequenz des Tiefpasses variieren. Das andere Filter ist ein passiver Hochpass, aufgebaut aus C2, R3 und P4, mit nachgeschaltetem Impedanzwandler 03.
04 ist als Differenzverstärker beschaltet, mit einem nicht- invertierenden Eingang an R4 und 2 Summier-Eingängen auf der invertierenden Seite an R7 und R8. An R7 und R8 werden die Ausgangssignale von 02 und 03 gelegt.
04 bildet die Differenz zwischen dem Eingangssignal der beiden Filter und der Summe der Ausgangssignale beider Filter mit der Verstärkung 1 genau dann, wenn die Widerstände R4 bis R8 gleich groß sind.
Die Ausgangssignale von 02, 03 und 04 werden über Ausgangsverstärker den 3 Kanälen zugeordnet. Mit den Potentiometern P5, P6 und P7 läßt sich eine Anpassung an die Gesamtverstärkung jedes Kanals erreichen.
Figur 2 zeigt ein Beispiel nach dem Verfahren von Anspruch 1 a, b, c2, bzw. eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 3: Das Tonfrequenzsignal wird einer Schaltungsanordnung zugeführt, die bis zu den Ausgängen von 02, 03 und 04 identisch ist mit der Schaltung von Figur l. Im Unterschied zu Figur 1 werden jedoch die Ausgänge von 03 und 04 in je einer-2. Stufe auf insgesamt 4 Ausgänge aufgeteilt.
Der Ausgang von 03 liegt am Eingang eines passiven Hochpasses aus 03, R9 und P5 mit nachgeschaltetem Impedanzwandler 05. Außerdem ist er mit dem nicht-invertierenden Eingang von 06 über den Spannungsteiler Rlo-Rll verbunden. Mit den Widerständen R12 und R13 wird 06 zum Differenzverstärker, der die Differenz zwischen dem Ausgangssignal von 03 und dem Ausgangssignal von 05 bildet, wenn die Widerstände Rlo bis R13 gleich groß sind.
Der Ausgang von 04 ist an eine gleiche Schaltgruppe (07 und 08 mit Beschaltung) gelegt, lediglich der Hochpass ist durch einen Tiefpass aus P6, R14 und C4 ersetzt. Die beiden Schaltgruppen der 2. Stufe stellen eine reduzierte Form der l. Stufe dar, wobei ein Filter weggelassen wird und der Differenz-Summierer sich auf einen Differenzverstärker reduziert. Die Ausgänge von 05, 06, 07 und 08 erfüllen zusammen mit dem freigebliebenen Ausgang von 02 die Aufgabenstellung und werden über je einen Ausgangsverstärker den 5 Kanälen zugeordnet.
Die beiden Ausführungsbeispiele sind geeignet, über nachgeschaltete Leistungsverstärker, je einer pro Kanal, elektromagnetische Wandler anzusteuern.
Das angegebene Verfahren erlaubt eine vollständige Aufteilung eines elektrischen Tonfrequenzsignals ohne Informationsverlust und mit korrekten Zeitbezügen zwischen allen Ausgangssignalen.
Dies drückt sich in der Bedingung aus, nach der die Summe aller Ausgangssignale auf den Kanälen bis auf einen zeitlich konstanten Faktor dem Eingangssignal gleich sein muß. Damit sind auf der elektrischen Seite die Voraussetzungen dafür geschaffen, ein Tonfrequenzsignal akustisch korrekt wiederzugeben.
Bei herkömmlichen Aufteilungsverfahren, z.B. auf 3 Kanäle, wo jedem Kanal eine Filterschaltung zugeordnet wird, ist bei Festlegung von 2 Filtern die Filterfunktion für den 3. Kanal festgelegt, wenn man die obige Vollständigkeitsbedingung einhalten will. Das 3. Filter ist entsprechend der Filterfunktion zu konstruieren, was meist nur in Spezialfällen möglich ist. Außerdem gestattet das Verfahren den Einsatz von Filtern mit variablen Parametern, weil durch Verändern von Filterparametern die Vollständigkeit der Aufteilung nicht verletzt wird. Hingegen ziehen Änderungen an einem Filter bei herkömmlichen Aufteilungsverfahren zwangsläufig Änderungen an zumindest einem weiteren Filter nach sich, wenn die Vollständigkeit der Aufteilung erhalten bleiben soll.

Claims

1. Verfahren zur Aufteilung eines Tonfrequenzsignals auf N in ihrem Frequenzumfang beschränkte Kanäle, dadurch gekennzeichnet

a) daß das Tonfrequenzsignal parallel an den Eingängen von n Filtern und am nicht-invertierenden Eingang eines Differenz-Summierers anliegt,'

b) daß die Ausgangssignale der n Filter mit den invertierenden Summiereingängen des Differenz-Summierers verbunden sind, der das Differenzsignal zwischen dem Eingangssignal der n Filter und dem Summensignal der n Filterausgänge bildet,

cl)daß für den Fall n = N-l die N-l Filterausgangssignale und das Ausgangssignal des Differenz-Summierers den N Kanälen zugeordnet werden,

c2)daß für den Fall n < N-1 Ausgangssignale der n Filter oder des Differenz-Summierers nach dem Verfahren von la und lb weiter aufgeteilt werden, wobei unter Verwendung von insgesamt N-1 Filtern N Ausgänge frei bleiben, die den N Kanälen zugeordnet werden.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 für N = 3,
dadurch gekennzeichnet

a) daß das Tonfrequenzsignal an den Eingängen eines Tiefpasses und eines Hochpasses anliegt,

b) daß das Tonfrequenzsignal gleichzeitig am nicht-invertierenden Eingang eines Differenz-Summierers anliegt,

c) daß die Ausgänge der beiden Filter an den beiden invertierenden Summiereingängen des Differenz-Summierers anliegt,

d) daß an den Ausgängen der beiden Filter und am Ausgang des Differenz-Summierers die 3 Kanalsignale abgegriffen werden.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 für N = 5 dadurch gekennzeichnet

a) daß das Tonfrequenzsignal einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 zugeführt wird und eine 1. Stufe mit 3 Ausgängen bildet,

bl) daß der Ausgang des Differenz-Summierers der l. Stufe mit dem Eingang einer 2. Stufe verbunden ist, die aus einem Tiefpass und einem Differenzverstärker besteht.

b2) daß der Eingang der 2. Stufe mit dem Eingang des Tiefpasses und mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist,

b3) daß der Ausgang des Tiefpasses am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers anliegt,

b4) daß die Ausgänge des Tiefpasses und des Differenzverstärkers die Ausgänge dieser 2. Stufe bilden,

cl) daß der Ausgang des Hochpasses der l. Stufe mit dem Eingang einer weiteren 2. Stufe, bestehend aus einem Hochpass und einem Differenzverstärker, verbunden ist,

c2) daß der Eingang dieser 2. Stufe mit dem Eingang des Hochpasses und dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist,

c3) daß der Ausgang des Hochpasses am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers anliegt,

c4) daß der Ausgang des Hochpasses und des Differenzverstärkers die beiden Ausgänge dieser Stufe bilden,

d) daß die 4 Ausgänge der beiden 2. Stufen zusammen mit dem freigebliebenen Ausgang der 1. Stufe 5 Ausgänge bilden, die den 5 Kanälen zugeordnet werden.