-
Kompatibles Verfahren zur wahlweisen monofonen, stereofonen, mono@ambiofonen
oder stereo-ambiofonen Aufnahme, Übertragung und Wiedergabe auf 2 Kanälen Die Eriindung
betrifft ein elektroakustisches Übertragungsverfahren zur wahlweisen monotonen,
stereofonen, mono-ambiofonen. oder stereo-ambiofonen Wiedergabe, z. B. für Rundfunk
und Tonträger.
-
Das Problem einer illusionsfördernden Übertragung kann dahingehend
differenziert werden, daß man zwischen zwei Problemen unterscheidet, und zwar zwischen
der Übertragung der vom Schallereignis herrührenden direkten Schallinformationen
und der Übertragung der von Raumeigenschaften abhängigen Informationen. aus dem
indirekten Schallfeld, die dem Hörer die akustische Atmosphäre vermitteln und bei
ihm den Eindruck hervorrufen., daß er sich selbst im Ursprungsraum befindet (Ambiofonie).
Allgemein ist für die Erzielung einer möglichst naturgetreuen Wiedergabe die Übertragung
von drei Informationen erforderlich, und zwar erstens von Toninformationen, wie
es bei der üblichen monofonen Eirkanaltechnik geschieht, zweitens von aus dem räumlich
verteilten Schallereignis herrührenden. Richtungsinformationen, wie es bei der stereofonen
Übertragungstechnik mit Hilfe eines zweiten Kanals geschehen kann, und drittens
von Rauminformationen aus dein indirekten Schallfeld am Ort des Beobachters, wie
dieses auf dem zweiten Kanal geschehen kann, wenn der erste Kanal jedoch nur die
monotone Toninformation überträgt.
-
Als bekannt werden alle Verfahren vorausgesetzt, die stereofone Informationen
als A/B-, X1Y- oder M/S-Signale in zwei Kanälen aufnehmen, übertragen und wiedergeben.
-
Unter der Bezeichnung A/B-Technik soll im folgenden eine stereofone
Methode, bei der zwei oder mehr getrennte Mikrofone mit einer Entfernung gleich
der des menschlichen Ohres verwendet werden (wie bei dem sogenannten »künstlichen
Kopf«, der für akustische Versuche und Messungen verwendet wird) oder größer (diese
werden als räumlich verteilte Mikröfone bezeichnet). Die Richtcharakteristik und
die Entfernungen der Mikrofone (sowohl von der Schallquelle als voneinander) können
Unterschiede in der Laufzeit und/oder der Intensität erzeugen, die in starkem Maße
in ihrer Größe schwanken können. Für besondere Situationen kann einsdrittes Mikrofon
mit zwei Seitenmikrofonen kombiniert werden, das sein Schallmaterial in die Ausgänge
der letzteren einspeist. Bei der A/B-Technik, die mit zwei Kanälen arbeitet, liefert
diese Methode die Schallinformation in Form eines »A«-Signals und eines »B«-Signals.
-
Diese Methode ist nicht immer kompatibel. Eine stereofone Schalltechnik
kann als kompatibel bezeichnet werden, wenn eine perfekte und vollkommene monofone
Schallwiedergabe sowohl vom technischen als auch künstlerischen Standpunkt aus durch
elektrische Addition der Toninformationsanteile erhalten werden kann. Man verlangt,
daß die so erhaltene monofone Wiedergabe gleichwertig, auf jeden Fall nicht schlechter
ist als der Effekt, der bei optimalen Bedingungen mit monofoner Technik erreichbar
ist. Die A/B-Technik ist im allgemeinen nicht vollständig kompatibel, da Phasen-
und Laufzeitdifferenzen vorübergehende Schallauslöschungen hervorrufen, wenn die
»A«- und »B«-Signale kombiniert werden - ein Effekt, der bei monotoner Übertragung
niemals vor- _ handen ist.
-
Unter der Bezeichnung X/ Y-Technik ist andererseits eine stereofone
Methode mit Koinzidenzmikrofonen zu verstehen, deren Systeme gleiche Richtcharakteristiken
besitzen. Es können beispielsweise Richtmikrofone mit Kardioidcharakteristiken (zuweilen
als nierenförmig bezeichnet) oder Kosinusmikrofone (auch Achtermikrofone genannt)
verwendet werden; Kugel-oder sphärische Mikrofone sind dafür nicht geeignet. Unter
Koinzidenzmikrofonen versteht man ein Paar Mikrofone, die so eng zusammengebaut
sind, daß Wegdifferenzen von einer gegebenen Schallquelle praktisch vernachlässigbar
sind. Bei solchen Mikrofonarten sind nur Intensitätsdifferenzen entsprechend ihren
spezifischen Charakteristiken vorherrschend.
-
Die X/Y-Technik wird deshalb auch als Intensitätsstereofonie bezeichnet.
Die Signalanteile werden »X«-oder »Y«-Signale genannt, die mittels Differentialwandler
addiert oder subtrahiert werden. Auf diese Weise ergibt X -E- Y ein
»M«- oder Mittensignal, während X - Y ein »S«- oder Seitensignal ergibt.
-
Hieraus folgt, daß das »M«-Signal in technischer Hinsicht das Äquivalent
einer kompletten und fehlerlosen monotonen Toninformation ist.
Die
»X«- und »Y«-Tonanteile können. entsprechend der herkömmlichen. L/R- oder Links-Rechts-Technik
über zwei getrennte Lautsprecher wiedergegeben werden. Es ist jedoch auch möglich,
die NI/S-Toninformationen zur Speisung eines Kugellautsprechers oder eines nach
vorn strahlenden. Halbraumstrahlers (für das »M«-Sign.a1) in Kombination mit einem
Gradientlautsprecher mit achtförmiger Richtcharakteristik (für das »S«-Signal) zu
benutzen.
-
Der Ausdruck M/S-Technik bezeichnet eine stereofone Aufnahmemethode,
die ebenfalls mit Koinzidenzmikrofonen arbeitet; man kann sie auch als »Mitten-Seiten«-Technik
bezeichnen. In diesem Fall kann entweder ein Kugel-, ein Kardioid- oder ein Kosinusmikrofon
für das »M«-(Mitten-) Signal verwendet werden, während ein weiteres Kosinusmikrofon,
das im rechten Winkel zum ersteren angeordnet ist, den »S«-(Seiten-) Tonanteil aufnimmt.
Bei dieser Technik werden die »M«- und »S«-Signale ohne elektrische Umwandlung erhalten.
Das »M«-Signal entspricht einer kompletten monofonen Toninformation, folglich ist
die M/S-Technik als völlig kompatibel zu betrachten.
-
Das Tonmaterial kann hierbei ebenfalls mittels eines nach vorn wirksamen
Halbraumstrahlers (»M«) und eines zur Seite wirksamen Gradientlautsprechers (»S«)
wiedergegeben werden, oder wenn mittels Differentialwandler daraus X/Y-Informationen
gebildet werden, können diese in der Links-Rechts-Technik (AIR) über -zwei seitlich
angeordnete Lautsprecher abgestrahlt werden.
-
Kurz zusammengefaßt ist also A/B = Technik der distanzierten Mikrofone,
X/ Y und M/S = Technik der Koinzidenzmikrofoneörtlich so eng wie möglich
vereinigte Mikrofone.
-
Die XI Y-Informationen lassen sich mittels Differentialübertrager
in M/S-Informationen umwandeln., und umgekehrt. Demgemäß sind beide Aufnahmetechniken
kompatibel, da die Summe X -i- Y immer eine technisch vollwertige Einkanalinformation
ergibt.
-
In vereinfachter Abwandlung davon werden Anordnungen mit pseudostereofoner
Wirkung verwendet, bei denen zusätzlich zu einem Mittenlautsprecher, der ein monofones
Signal ausstrahlt, zwei Seitenlautsprecher verwendet werden., die ein aus dem monofonen
Signal abgeleitetes zeitlich verzögertes Sekundärsignal konphas oder gegenphasig
abstrahlen.
-
Bekannt sind weiterhin Verfahren, bei denen zur Erzielung einer pseudostereofonen
Wirkung eine aus einem monofonen Signal abgeleitete, zeitlich verzögerte Sekundärinformation
dem gleichphasig über zwei Lautsprecher abgestrahlten Monosignal gegenphasig hinzugefügt
werden (Lauridsen-Effekt). Diese Maßnahme gibt eine primitive Räumlichkeitswirkung,
weil durch die einmalige zeitliche Wiederholung des primären Direktsignals willkürlich
nur eine einzige Raumreflexion künstlich nachgeahmt wird, die aber niemals die Eigenschaften
des abzubildenden Raumes zu charakterisieren gestattet.
-
Zur Nachahmung von Raumreflexionen ist das Verfahren des Stereonachhalls
nach Vermeulen bekannt, bei dem aus dem Primärsignal des direkten Schalles durch
künstliche Verzögerung desselben durch bekannte Einrichtungen, z. B. zeitlich gegenüber
dem Primärsignal verschieden verzögerte Zusatzinformationen abgeleitet und durch
verschiedenartig im Wiedergaberaum verteilte Zusatzlautsprecher mit verschiedenen
Laufzeiten und Pegelverhältnissen abgestrahlt werden. Hierdurch können im Wiedergaberaum
diffuse Schallfelder imitiert werden.. Dieses Verfahren wurde in jüngerer Zeit als
Ambiofonie bezeichnet.
-
Mitunter wird auch ein Wiedergabekopf auf den Aufnahmekopf rückgekoppelt,
wodurch im Wiedergaberaum ein künstlicher Nachhall simuliert wird. Dieses Verfahren
wird im allgemeinen angewendet, um eine eventuell unbefriedigende Hörsamkeit eines
Raumes, in dem ein Originalschallereignis oder auch eine Lautsprecherwiedergabe
stattfindet, in bezug auf Diffusität und Nachhall zu verbessern. Wahre Informationen
über den Aufnahmeraum, in dem das Originalereignis stattfindet bzw. stattgefunden
hat (im Falle einer Aufzeichnung), werden hierbei jedoch nicht vermittelt. Das Ergebnis
eines solchen Verfahrens ist im wesentlichen der Willkür des Operateurs anheimgestellt,
der mittels einer Magnettonapparatur aus den im weitgehend direkten Schallfeld gewonnenen
üblichen Mikrofonsignalen synthetisch in bezug auf Pegelverhältnisse und Laufzeitverzögerungen
zusätzliche Informationen erzeugt, die mit dem indirekten Schallfeld im Ursprungsraum
jedoch nichts gemeinsam haben.
-
Es sind auch Verfahren bekannt, derartige Informationen auf einem
Tonträger in richtiger Dosierung auf mehreren Spulen aufzuzeichnen, um sie in fertiger
Konfektionierung im Wiedergaberaum abzuspielen. Hierbei wird von der Variierung
der gegenseitigen Intensität, Verzögerung und Klangfarbe einzelner Übertragungskanäle
bzw. aufgezeichneter Spuren Gebrauch gemacht.
-
Gelegentlich werden auch zur Gestaltung der angestrebten Effekte im
Aufnahme- oder auch im Wiedergabevorgang zur Verhallung einzelner zu übertragender,
aufzuzeichnender bzw. aufgezeichneter Spuren zusätzlich mehrdimensionale Nachhalleinrichtungen
eingeschaltet, deren Informationen in bezug auf Intensität, Laufzeit und Klangfarbe
relativ zu den übrigen Übertragungskanälen bzw. Aufzeichnungsspuren ebenfalls variierbar
sind.
-
Bekannt ist weiterhin das von Buttenberg angegebene Verfahren, neben
dem üblichen monofonen Primärsignal auf einem zweiten Kanal natürliche Rauminformationen
zu übertragen. Hierbei muß jedoch auf die Übertragung von Stereosignalen verzichtet
werden. Außerdem hat das Verfahren bei einem Abstand von maximal 12 m zwischen dem
die Toninformation übertragenden Primärmikrofon und dem Raummikrofon seine praktische
Grenze. Dieses Gebiet, das Laufzeitunterschieden bis zu etwa 35 Millisekunden entspricht,
enthält aber insbesondere in großen Räumen keine energiereichen Reflexionen (s.
F i g. 2), so daß die Verhältnisse an einem guten Platz im Saal mit diesem Verfahren
nicht abgebildet werden können. Im Gegensatz zu dem angegebenen Verfahren vermittelt
das ambiofone Verfahren entsprechend der Erfindung außer dem direkten Schall Komponenten,
welche von den natürlichen energiereichen Rückwürfen des Originalraumes herrühren.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine 2-Kanal-Tonaufnahme-,
übertragungs- und -wiedergabemethode, die gleichwohl für »stereo- und monofone«
sowie »ambiofone«, insbesondere »stereo-ambiofone« und »mono-ambiofone« Effekte
geeignet ist, zu schaffen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Methode
der oben beschriebenen Art zu liefern, die
xompatibel ist, d. h.
von welcher auch eine künstlerisch und akustisch fehlerlose »monofone« Wiedergabe
erhalten wird.
-
Diese Aufgabe löst ein Verfahren, nach dem erfindungsgemäß auf der
Aufnahmeseite dem monofonen »M«-Signal bzw. dem resultierenden Stereo-»M«- und -»S-«-Signalen
vorzugsweise aus dem indirekten Schallfeld des Ursprungsraumes gewonnene Stereoinformationen
M, und S, in Phase und Amplitude regelbar zugeführt werden bzw. den resultierenden
A/B- bzw. X/Y-Informationen in Phase und Amplitude regelbar entsprechende Stereorauminformationen
X, und Yr hinzugefügt werden. Die direkten Stereosignale werden in bestimmter
Weise zeitlich gegenüber den Raumsignalen nach bekannten Verzögerungsverfahren verzögert
in dem Maße, wie es der beabsichtigten Einbeziehung des Beobachters in den Ursprungsraum
in einem bestimmten Abstand zum Schallereignis entspricht.
-
Sind X und Y bzw. M und S die eigentlichen
Stereosignale, so entstehen die resultierenden Signale X = X -I-
X, und Y = Y -f- Y, bzw.
-
M=M+Mr und S=S+S, Es wird hierbei vora..xsgesetzt, daß die Informationen
in der X/Y-Technik jeweils in die entsprechenden Informationen in der M/S-Technik
durch die Verwendung von Differentialübertragern umgewandeltwerden können. _ _ _
_ Die beiden Informationen X und Y bzw. M und S können in der bekannten 2-Kanal-Technik
übertragen und mittels einer üblichen Links-Rechts-Lautsprecheranordnung bzw. mittels
eines nach vorn arbeitenden Halbraumstrahlers und eines dazu quergestellten Gradientenlautsprechers
wiedergegeben werden.
-
Verwendet man das primäre Stereomikrofon im weitgehend direkten Schallfeld
und das Stereoraummikrofon im weitgehend indirekten Schallfeld, so ist das Verfahren
gemäß der Erfindung im Prinzip kompatibel, da ein optimales monofones Signal auch
eine gewisse Rauminformation enthalten muß, was durch die Mischung M = M
+- Mr gewährleistet ist.
-
Um sich eine Vorstellung vom zeitlichen Verlauf der Rauminformationen
in einem großen Raum zu machen, ist in F i g. 1 und 2 für einen Rechteckraum die
Schallenergie der einzelnen Reflexionen, bezogen auf die Energie des direkten Schalles,
als Funktion der Laufzeitdifferenz dargestellt, und zwar in F i g. 1 für einen Abstand
des Beobachters von 24 m von der Schallquelle, also z. B. im hinteren Parkett, und
in F i g. 2 für einen Abstand des Beobachters von 10 m von der Schallquelle, also
z. B. im vorderen Parkett. Will man den ersten Fall (Raumpunkt I in F i g. 3) im
Wiedergaberaum abbilden, so würde, da durch die elektrische Übertragung die Signale
des direkten und des Raumschalles nach ihrem Eintreffen an den jeweiligen Mikrofonorten
sofort im Wiedergaberaum zur Abstrahlung kommen, die Information des direkten Schalles
gegenüber den Verhältnissen im Ursprungsraum um eine dem Laufweg von 19 m entsprechende
Zeit im Wiedergaberaum zu früh ankommen. Man muß also, um einen dem im Raumpunkt
I herrschenden Schallfeldzustand entsprechenden subjektiven Eindruck auch im Wiedergaberaum
zu erhalten, erfindungsgemäß den direkten Schall um eine den 19 m ,entsprechende
Zeit von 55 Millisekunden verzögern. Will man den Zustand des vorderen Parketts
(Raumpunkt II, d = 10 m) übertragen, so würde der direkte Schall um eine einem Laufweg
von 5 m entsprechende Zeit zu früh ankommen. Der direkte Schall müßte also um 14,5
Millisekunden gegenüber einem im Raumpunkt 1I aufgenommenen Raumsignal verzögert
werden, wenn man entsprechend verfahren wollte. Bei dieser Maßnahme ergibt sich
jedoch der Nachteil, daß bei dem durch die Verzögerung eintretenden Zusammenfallen
der vom Mikrofon Mn und der vom Raummikrofon MR, aufgenommenen direkten Signale
sowie der etwa 5 Millisekunden später ebenfalls von vorn eintreffenden vom Fußboden
herrührenden ersten Reflexion eine verfälschende Verstärkung des direkten Eindrucks
gegenüber dem reflexionsdichten, erst 35 Millisekunden später erfolgenden indirekten
Schall eintreten würde. Das ist aber ein Zustand, wie er im Ursprungsraum nicht
vorliegt. Um dies zu vermeiden, besteht die beste Methode der Übertragung des Raumsignals
darin, daß man erfindungsgemäß grundsätzlich die Rauminformation an dem entfernter
liegenden Raumpunkt I, der eine gleichmäßigere Reflexionsdichte aufweist, aufnimmt
und diese bei gleichzeitiger Verzögerung des direkten Signals, z. B. um 55 Millisekunden,
überträgt, wem. man den Zustand in diesem Raumpunkt I darstellen will. Will man
die Verhältnisse des vorderen Parketts (Raumpunkt II) erhalten, so verzögert man
den direkten Schall in diesem Fall um etwa 20 Millisekunden und erniedrigt erfindungsgemäß
gleichzeitig den Pegel des Raumsignals aus dem entfernter liegenden Raumpunkt I
um etwa 8 db gegenüber dem direkten Schall, wie aus dem Vergleich der beiden
Figuren zu erkennen ist.
-
Durch diese Maßnahme tritt dann beim Hörer ein Zusammenfallen von
am Primärmikrofon und am Raummikrofon eintreffenden direkten Schallen nicht mehr
ein, und es können daher die obengenannten verfälschten subjektiven Wirkungen nicht
mehr ausgelöst werden. Der am Raumpunkt I eintreffende direkte Schall kann in diesem
Fall als in den unmittelbar darauffolgenden indirekten Schall mit einbezogen und
damit als Bestandteil desselben betrachtet werden.
-
Außer den beiden als Beispiele beschriebenenGrenzfällen können erfindungsgemäß
beliebige dazwischenliegende Raumzustände abgebildet werden, wobei der Zuordnung
zwischen den Pegeldifferenzen und den abzubildenden Laufzeitdifferenzen entsprechend
den Kurven in den F i g. 1 und 2 Rechnung getragen werden muß.
-
Beträgt in dem vorgegebenen Raumbeispiel die Entfernung des ausreichend
diffusen Schall empfangenden Raummikrofons MR, vom Primärmikrofon l [m]
und
will man einen zwischen den Raumpunkten des Primär- und des Raummikrofons herrschenden
Schallfeldzustand übertragen, was im vorliegenden Fall bedeutet, daß der Raumschall
im Wiedergaberaum um eine zwischen 0 und 35 Millisekunden liegende Zeit d
t später gegenüber der primären Information abgestrahlt werden muß, so ist
letztere um eine Zeit
[ms] gegenüber dem Raumschall zu verzögern, wobei der Pegel des Raumschalles (MR.,)
gegenüber dem Pegel der Primärinformation nach dem Kurvenverlauf in F i g. 2 um
einen der abzubildenden Laufzeitdifferenz d t entsprechenden Betrag verringert
werden muß.
-
Durch diese Maßnahmen kann nach der Erfindung der im Wiedergaberaum
empfundene scheinbare Abstand
des Hörers zum Schallgeschehen beliebigvariiert
werden.
-
Der wirksame Raumwinkel des Raummikrofons und damit die Basisbreite
des Raumstereosignals kann in bekannter Weise nach dem Prinzip des Basisreglers
verändert werden. Der zu übertragende Schwerpunkt der Rauminformationen kann. in
bekannter Weise nach dem Prinzip des Richtungsreglers auf einem Kreisbogen um das
Raummikrofon herum verändert werden.
-
Da nach aus der Literatur bekannten Untersuchungen der Hauptanteil
der Raumreflexionen aus der Umgebung der vorderen linken und rechten Raumkante kommt,
liegt es entsprechend der Erfindung nahe, zur Erfassung der wesentlichsten Anteile
zwei nach diesen Raumkanten ausgerichtete Nierentaq so puazqgm °apanm uautoals mnuU
uaiaqng uap ui mikrofone zu verwenden. Bildet man erfindungsgemäß aus den Informationen
Xr und Y, ein »SU-Signal S, = X, - Y, und verzichtet man auf die Übertragung
eventuell in der Raumlängsachse noch von vorn einfallender Komponenten, so folgt
M =Mund S = S + S, = S -I- (X, - Y') bzw.
Dieses Verfahren ist dann erfindungsgemäß mit dem Verfahren der bisher üblichen
monofonen Übertragungstechnik kompatibel insofern, als dann die elektrische Summe
von X und Y das übliche monofone Signal M = X + Y ergibt.
-
In vereinfachter Weise kann dann erfindungsgemäß für grobe Annäherungen
auch ein zu den Seitenwänden orientiertes Achtermikrofon verwendet werden, dessen
Information als Sr-Signal dem primären Stereo-»SU-Signal hinzugefügt wird. Das Verfahren
bleibt hierbei streng kompatibel mit der bisher üblichen monofonen Technik.
-
In vereinfachter Weise kann auch ein Kugelmikrofon verwendet werden,
dessen Information erfindungsgemäß gegenphasig den primären X/Y-Informationen hinzugefügt
wird. Das Verfahren bleibt hierbei ebenfalls streng kompatibel mit der bisher üblichen
monofonen Technik.
-
Beträgt die Phasenverschiebung zwischen den den Stereoinformationen
hinzugefügten Rauminformationen z, so empfindet man den Raumeindruck symmetrisch
von rechts und links. Beträgt die Phasenverschiebung
so ergibt sich ein Schwerpunkt des Raumschalls rechts bzw. links. Diese Erkenntnis
führt erfindungsgemäß dazu, diesen Effekt zur bewußten örtlichen Verschiebung des
Raumschallschwerpunktes zu benutzen, was z. B. bei der technischen Gestaltung von
Hörspielen von Nutzen sein kann. Es wird dafür zweckmäßig sein, die Verschiebung
kontinuierlich regelbar auszulegen. Da die beschriebene Erscheinung mit wachsendem
Verhältnis der Intensität des Raumschalles- zu der des Primärschalles zunimmt, wird
die subjektive Auswirkung der durch die Phasenregelung erzielbaren Schwerpunktverschiebung
am größten bei der Figur der vom Schallereignis entfernter liegenden Raumzustände
sein. Zur Erzielung bestimmter Effekte können auch durch künstliche Verhallung (mittels
Hallraum, Hauplatte, Magnettonmaschine usw.) gewonnene Raumsignale verwendet werden.
-
Will man nur monofon-ambiofon übertragen, so kann in bekannter Weise
ein Kanal die monofone Toninformation und der zweite Kanal die Rauminformation führen,
wobei es jedoch für die richtige Einbeziehung des Hörers in den Ursprungsraum in
entsprechendem Abstand zur Schallquelle ebenfalls erforderlich ist, erfindungsgemäß
die oben beschriebenen Anordnungs- und Verzögerungsmaßnahmen anzuwenden.
-
Für diesen Fall ist es auch erfindungsgemäß möglich, durch Summen-
und Differenzbildung aus dem monofonen Tonsignal M und dem Raumsignal R die Informationen
X=M+R Y=M-R zu gewinnen, diese auf zwei Kanälen zu übertragen und in. der bekannten
Links-Rechts-Technik zur Abstrahlung zu bringen. Diese Maßnahme hat den Vorteil,
daß bei monofon-ambiofoner Sendung die Abhörtechnik beim Hörer die gleiche bleiben
kann wie bei der Stereoempfangstechnik, was nicht ohne weiteres gewährleistet ist,
wenn, wie oben erläutert, ein Kanal das »M<- und der andere Kanal das »RV-Signal
führt.