-
System für die stereophonische Schallübertragung Die Erfindung bezieht
sich auf ein System für die stereophonische Schallübertragung und hat zum Hauptziel
die Schaffung einer Vorführungsanlage in einem Konzertsaal, Vortragsraum oder in
einem anderen Zuhörerraum mit realistischem Empfinden der Richtung, von welcher
der wiedergegebene Ton gehört wird.
-
Es ist an sieh bekannt, daß starke Richtungswirkungen durch binaurales
Hören erzielt werden können, bei welchem jeder Zuhörer mit zwei Kopfhörern ausgerüstet
ist, von denen je einer an jedem Ohr des Zuhörers anliegt, und zwei Mikrophone in
der Nähe der wirklichen Tonquelle vorgesehen und vorzugsweise an jeder Seite eines
kopfartigen Gebildes angeordnet sind, wobei zwei gesonderte Kanäle, die voneinander
voll isoliert sind, das linke Mikrophon mit allen linken Kopfhörern und das rechte
Mikrophon mit allen rechten Kopfhörern verbinden. Bei dieser Anordnung ist der von
jedem Zuhörer empfangeize Eindruck derart, als ob sich sein Kopf an der Stelle des
kopfartigen Gebildes befände. Das Richtungsempfinden, das eine solche Anordnung
kennzeichnet, hängt, wie an sich bekannt ist, in erster Linie von den relativen
Ankunftszeiten jedes Tons an den beiden Ohren ab. Bekanntlich wird das Empfinden
von Unterschieden in der offenbaren Entstehungsrichtung von Tönen durch Unterschiede
in den Ankunftszeiten von wenigen Mikrosekunden entsprechend der Laufzeit des Schalls
in der Luft über Strecken von wenigen Zentimetern ermöglicht.
-
Wegen der Notwendigkeit, für jeden Zuhörer Kopfhörer und Drähte für
die elektrische Cbertragung von Signalströmen zu den Kopfhörern vorzusehen, und
,wegen der Unbequemlichkeit, die den Zuhörern durch das Tragen solcher Kopfhörer
zugemutet wird, sind andere Systeme entwickelt worden, die als stereophonische Systeme
bekanntgeworden sind. Bei einem stereophonischen System sind zwei oder mehrere Mikrophone,
die in weitem Abstand voneinander angeordnet sein können, einzeln durch normalerweise
voneinander isolierte Übertragungskanäle mit Tonwiedergabegeräten oder Lautsprechern
verbunden. Bei einem solchen System wird eine völlige Trennung nicht aufrechterhalten,
da im allgemeinen die Schallwellen von jedem Lautsprecher beide Ohren jedes Zuhörers
erreichen können. Um die Verschlechterung in der Richtungsempfindung, die sich aus
der mangelnden Isolierung ergibt, auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist man dazu
übergegangen, mehr als zwei Kanäle, beispielsweise vier, fünf, sechs oder mehr,
zu benutzen. Da im allgemeinen für die Aufrechterhaltung der Güte der Wiedergabe
die Kanäle alle von der gleich hohen Frequeriztreue sein und ein gleich hohes Leistungsfortleitungsvermögen
haben müssen, ist eine Anlage dieser Art notwendigerweise sehr teuer.
-
Es hat sich allgemein die Erkenntnis durchgesetzt, daß das durch ein
System der beschriebenen Art erzielte Richtungsempfinden in der Hauptsache von der
relativen Lautstärke der Töne abhängt, die an verschiedenen Stellen erzeugt und
durch den Zuhörer empfangen werden. Systeme dieser Art sind an sich bekannt.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß selbst bei einem stereophonischen
System zum Unterschied von einem binauralen System das Richtungsempfinden in hohem
Maße von den relativen Ankunftszeiten der Töne, die an zwei verschiedenen Stellen
erzeugt werden, abhängt. Insbesondere wurde festgestellt, daß der erste einen Zuhörer
erreichende Ton dessen Eindruck hinsichtlich der Lage der Entstehung des Tons bestimmt,
selbst wenn dieser etwas schwach und etwas verschlechtert ist, während die Eindrücke
des Zuhörers hinsichtlich der Lautstärke, der Güte usw. in hohem Maße durch die
Lautstärke und die Güte eines gleichen Tons bestimmt wird, der später von einer
anderen Stelle kommt.
-
Zur Ausnutzung dieser Feststellungen zwecks Schaffung eines Systems
für die stereophonische
Schallübertragung geht die Erfindung von
einem an sich bekannten System- aus, welches-eine Vielzahl von in Abstand voneinander
angeordneten Schallquellen und eine gleiche Vielzahl von in Abstand voneinander
liegenden Hauptwiedergabegeräten umfaßt, welchen jeweils alle Frequenzkomponenten
der zugehörigen Schallquellen zugeführt werden, wobei ein zusätzliches Wiedergabegerät
vorgesehen ist, welches räumlich mittig zu den..Hauptwiedergabegeräten angeordnet
ist. Ein solches System-ist bekannt; dabei besteht das zusätzliche Wiedergabegerät
aus einem Tieffrequenzlautsprecher, welchem aus den zu den Hauptlautsprechern- führenden
Sprechstromkanälen nur die Tiefenfrequenzkomponenten zugeleitet werden.
-
Demgegenüber besteht die Besonderheit der Erfindung darin, daß das
zusätzliche Wiedergabegerät von allen Frequenzkomponenten der aus sämtlichen Schallquellen
kommenden Signale unter Vermittlung einer Einrichtung betrieben wird, -welche den
von dem zusätzlichen Wiedergabegerät erzeugten Ton um 10 bis 50 Millisekunden gegenüber
der Wiedergabe der entsprechenden Einzeltöne durch die Hauptwiedergabegeräte verzögert.
-
Es ist zwar bekamst, von der Verzögerung eines Wiedergabegerätes Gebrauch
zu machen; es handelt sich bei diesen Geräten jedoch um ein Frequenzteilungssystem
mit paralleler Anordnung eines Paares von Hochfrequenzlautsprechern zu jeweils einem
Tieffrequenzlautsprecher. Jede Lautsprechergruppe wird über nur eigen Kanal betrieben,
und die Verzögerungsmittel sind nur für einen der Hochfrequenzlautsprecher jedes
Paares wirksam. Der mit Verzögerung betriebene Lautsprecher kann somit die Aufgabe
nicht erfüllen, welche erfindungsgemäß dem zusätzlichen Wiedergabegerät zugewiesen
ist.
-
Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung
der Zeichnung, welche bevorzugte Ausführungsformen veranschaulicht; in der Zeichnung
zeigt Fig.l ein Blockschema einer Anlage gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschema
mit einer Abänderung des in Fig. 1 gezeigten Systems und Fig. 3 ein Blockschema
einer anderen Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Systems.
-
In Fi-. 1 der Zeichnungen bezeichnet 1 eine Studiobuhne, auf welcher
eine Vorstellung stattfinden kann. Der optische Vorgang, d. h. die Szene und die
Bewegungen der Schauspieler können durch eine. nicht gezeigte Filmkamera zur späteren
Wiedergäbe in einem Vortragsraum aufgenommen werden, der sich an einer entfernten
Stelle befinden kann. Die akustischen Vorgänge während der Vorstellung einschließlich
der Sprache der Schauspieler werden durch zwei Mikrophone 2, 3 aufgenommen, die
an oder in der Nähe der Enden der Bühne 1 so angeordnet sind, daß sie den Ablauf
der Vorstellung und die Schauspieler am wenigsten stören. Das :Mikrophon 2 ist über
einen Mikrophonverstärker mit dem Aufzeichnungskopf 4 und das Mikrophon 3 über einen
weiteren 'Mikrophonverstärker mit dem Aufzeichnungskopf 5 verbunden, dessen Eigenschaften
vorzugsweise denjenigen des ersten Aufzeichnungskopfs gleich sind. Ein Doppelspuraufzeichnungsgerät
6 an sich bekannter Art bewirkt die Weiterbewegung des streifenförmigen Aufzeichnungsmittels
7, beispiels-@veise eines Magnetbandes oder eines photographischen Films, an den
Aufzeichnungsköpfen vorbei. Jeder Schall oder Ton, der auf der Studiobühne 1 hervorgerufen
wird, erreicht beide Mikrophone 2, 3. Wenn der Schall oder Ton nicht an einer Stelle
erzeugt wird, die sich in gleichen Abständen von beiden Mikrophonen befindet, ist
die Lautstärke an dem einen Mikrophon größer als diejenige an dem anderen. Ferner
erreicht im allgemeinen jeder Schall oder Ton, der nicht in der Mitte der Bühne
erzeugt wird, das näher liegende Mikrophon zu einem früheren Zeitpunkt als das weiter
entfernt liegende. Als Folge dieser beiden Wirkungen weichen die Tonspuren 8, 9,
welche auf dem Film oder dem Band 7 aufgezeichnet werden, voneinander in Einzelheiten
ab, wenn sie auch, da sie Aufzeichnungen des gleichen ursprünglichen Tons oder Schalls
sind, natürlich im wesentlichen einander ähnlich sind.
-
Nach einer entsprechenden Weiterbehandlung, die je nach dem verwendeten
Aufzeichnungsmedium erforderlich sein kann, kann dieses zur Vorführung in einen
Vorführraum an einem entfernten Ort gebracht werden, an dem bei der Wiedergabe entsprechende
Lautstärkeverhältnisse auftreten. An diesem Ort kann das- Band durch einen nicht
gezeigten, an sich bekannten 1Mechanismus abgerollt werden, der sich auf einer Vorführbühne
10 oder in einem Vorführraum eines Lichtspieltheaters befindet, dessen Zuhörerraum
mit 11 bezeichnet ist. Das Band 7 bewegt sich als Ganzes an drei Wiedergabeköpfen
vorbei, von denen die beiden ersten, 12, 13, in einer Ouerebene 14 des Bandes angeordnet
sind, während der dritte Wiedergabekopf 15 sich in einer anderen Ouerebene 16 befindet.
Der erste Wiedergabekopf 12 erzeugt Ströme, die proportional der auf der einen Tonspur
8 des Bandes aufgezeichneten Lautstärke sind, welche wiederum proportional den Strömen
des Mikrophons 2 ist. Diese Ströme «-erden über einen Verstärker 17 auf einen Lautsprecher
18 od. dgl. übertragen, der auf der linken Seite der Vorführbühne 10 angeordnet
sein kann. In ähnlicher Weise erzeugt der zweite Tonwiedergabekopf 13 Ströme, die
nur durch die rechte Tonspur 9 gesteuert werden und daher proportional der Lautstärke
und der '\7v'ellenform des Schalls oder Tons sind, der das Mikrophon 3 auf der Studiobühne
1 erreicht hat. Diese Ströme werden durch einen Verstärker 19 auf einen Lautsprecher
20 übertragen, der auf der rechten Seite der Vorführbühne 10 angeordnet sein kann.
-
Der dritte Wiedergabekopf 15 ist so angeordnet, daß er Ströme erzeugt,
welche proportional der Summe oder dem Mittelwert der Tonspurlautstärke beider Tonspuren
8, 9 -ist. Dieser dritte Wiedergabekopf kann einen optischen oder magnetischen Spalt
je nach der Art der Aufzeichnung aufweisen, welcher beide Tonspuren umfaßt. Seine
Ausgangsspannung wird über einen Verstärker 21 einem dritten Wiedergabegerät oder
Lautsprecher 22 zugeführt, der in der Mitte der Bühne 10 angeordnet sein kann.
-
Die Anordnung des dritten Wiedergabekopfes 15 in der Ouerebene 16,
die sich, wie gezeigt, in Abstand von der Ebene 14 der beiden ersten Wiedergabeköpfe
12 und 13 befindet, bringt eine mit $t bezeichnete Verzögerung herein, welche gleich
dem Abstand zwischen den beiden Ouerebenen dividiert durch die Bewegungsgeschwindigkeit
des Bandes 7 ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung
be-
trägt diese Verzögerung 10 bis 15 .Millisekunden, was etwa der Zeit entspricht,
die für eine Schallwelle erforderlich ist, eine Strecke von 3 bis 19,6 m in der
Luft zu durchlaufen.
-
Während für eine hohe Wiedergabegüte in einem großen Theater alle
elektrischen und akustischen
Eigenschaften des Mittelkanals einschließlich
des Ahtastkopfs 15, des Verstärkers 21, des Wiedergabegeräts 22 und irgendwelcher
etwa zusätzlich vorgesehener Netzwerke eine Güte haben sollen, die mindestens gleich
dem der üblichen Einkanalsysteme ist, ist gemäß der Erfindung dies jedoch keinesfalls
für die beiden seitlichen Kanäle erforderlich. Im Gegenteil. es wurde experimentell
festgestellt, daß, vorausgesetzt, daß der Mittelkanal von hoher Güte ist, ein im
Zuhörerraum 11 sitzender Zuhörer den Eindruck einer hohen Tonwiedergabegüte und
eines großen Lautstärkeumfangs erhält, welcher Eindruck jedoch nicht an dem zentral
angeordneten Wiedergabegerät 22 entsteht, sondern an einer Stelle hinter dem Schirm
oder dem Vorhang 24, entsprechend der Entstehungsstelle des Tons auf der Studiobühne
1. Dieser Eindruck ist offenbar dem Umstand zuzuschreiben, daß für jeden Ton oder
Schall, der im zentral angeordneten Wiedergabegerät 22 erzeugt wird, ein vorauslaufender
Schall oder Ton, der von geringerer Lautstärke und von geringerer Güte sein kann,
den Zuhörer 23 von den seitlich angeordneten N-Viedergabegeräten erreicht. Dieser
vorauslaufende Ton scheint das Richtungsempfinden des Zuhörers zu bestimmen, während
der nachfolgende, um 10 bis 50 Nfillisekunden verzögerte Hauptschall oder Hauptton
die Eindrücke des Zuhörers hinsichtlich der Qualität und der Lautstärke bestimmt.
Die Kosten einer Anlage von geringer Tonqualität und kleiner Schalleistung sind
natürlich viel geringer als die einer Anlage von hoher Tongüte und großer Schallleistung
und sind in der Tat so viel geringer, daß die Kosten der drei gezeigten Kanäle,
von denen nur einer ein Kanal von hoher Qualität und hoher Schallleistung ist, wesentlich
geringer sind als die Kosten einer stereophonischen Anlage üblicher Art mit nur
zwei Wiedergabekanälen, die beide von hoher Tondttalität und hoher Schalleistung
sind.
-
Die Verzögerung, welche gemäß der Erfindung zwischen der Wiedergabe
in den Seitenkanälen und der Wiedergabe im Mittelkanal vorgesehen ist, kann durch
beliebige Mittel hereingebracht werden. Für den Fall. daß eine Aufzeichnungsstufe,
beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Art, zwischen der Erzeugung der Töne und
ihrer Wiedergabe vorgesehen ist, kann diese Verzögerung zweckmäßig durch Versetzen
des mittleren Wiedergabekopfs 15 gegen die seitlichen Wiedergabeköpfe 12 und 13
in Längsrichtung geschehen. Wenn eine solche zwischenliegende Aufzeichnungsstufe
nicht vorgesehen ist, kann die erforderliche Verzögerung, wie in Fig.2 gezeigt,
dadurch hereingebracht werden, daß im Mittelkanal in Reihenschaltung eine Verzögerungsvorrichtung
25 vorgesehen wird, die eine reflexionsfreie 'Wellenübertragungsleitung elektromagnetischer,
akustischer oder mechanischer Art sein kann. Ferner kann ein endloses Band vorgesehen
werden, das beispielsweise auf dem Umfang einer sich ununterbrochen drehenden Trommel
angeordnet sein kann in der Weise, daß jedes seiner Elemente sich der Reihe nach
unter einem Aufzeichnungskopf, einem Wiedergabekopf und einem Löschkopf hindurchhewegt,
wobei die Trennung zwischen dem Aufzeichnungskopf und dem Wiedergabekopf in an sich
bekannter @@'eise so eingestellt wird, daß die gewünschten Verzögerungen hereingebracht
werden. In diesem Falle kann außerdem die Zufuhr von Strömen zum mittleren Wiedergabegerät
oder Lautsprecher 22, welche die Summe oder den Mittelwert der Ströme der beiden
Mikrophone 2, 3 darstellen, in vorteilhafter Weise durch die Anordnung eines Brückenpfads
26, in dem sich Verstärkerstufen 27, 28 befinden, erzielt werden, welche Ströme
in einer Richtung auf einen Mischpunkt 29 übertragen, an dem der ,mittlere. Lautsprecher
22 angeschaltet ist.
-
Für einen Zuhörer 33, der sich in den rückwärtigen Sitzreihen eines
langen Zuhörerraums 31 befindet, läßt sich .ein ähnliches Ergebnis lediglich durch
eine akustische Verzögerung erzielen in der Weise, daß die seitlichen Lautsprecher
18', 20' diesem Zuhörer 3 bis 75 m näherliegend angeordnet werden als der mittlere
Lautsprecher 22. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, bei welcher jedoch
der Nachteil besteht, daß unrichtige Eindrücke durch die Zuhörer empfangen werden
können, die sich in einer der vordersten Sitzreihen des Zuhörerraums befinden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von drei Wiedergabekanälen
beschränkt. Beispielsweise können vier Mikrophone in einer Reihe quer zur Studiobühne
angeordnet werden, von denen jedes über einen gesonderten Kanal mit einem Lautsprecher
verbunden ist, wobei die Lautsprecher selbst wiederum in einer Reihe angeordnet
sind. um die erfindungsgemäße Wirkung herbeizuführen. Ein fünfter Lautsprecher kann
in der Mitte der Vorführbühne angeordnet und mit von allen vier Mikrophonen stammenden
Signalströmen, d. h. mit dem Mittelwert ihrer Sprechströme, beliefert werden. Wenn
dieses Mittelwertsignal in der vorangehend beschriebenen Weise und um einett entsprechenden
Betrag vor seiner Wiedergabe in einem Kanal von hoher Tonkapazität und hoher Tonqualität
verzögert wird, haben die Zuhörer über den ganzen Theaterraum die Empfindung einer
Tonwiedergabe von hoher Güte mit ausgesprochenen Richtungsmerkmalen.