DE2126480C3 - Schaltungsanordnung zur vierkanaligen Wiedergabe zweier Signalgemische - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Nachdem sich die zweikanalige Übertragung von Schallereignissen eingebürgert hat, sieht man nunmehr eine vierkanalige Wiedergabe zur Verbesserung des Raumeindrucks als wünschenswert an. Damit die zahlreichen derzeit in Betrieb befindlichen Geräte und Einrichtungen auch weiterhin benutzbar bleiben, besteht die Forderung nach Kompatibilität der Vierkanal-Übertragungstechnik mit den derzeitigen zweikanaügen Einrichtungen Man versucht daher, die Signale der vier Kanäle so zu codieren, daß sich die gesamte Information zweikanalig übertragen oder speichern läßt. Die Codierung der Signale erfolgt durch eine Matrizierung, bei welcher die einzelnen Signale in bestimmten Verhältnissen derart miteinander addiert bzw. subtrahiert werden, daß zwei Signalgemische entstehen, die sich durch eine entgegengesetzte Matrizierung wieder in vier Signale aufspalten lassen, welche den vier ursprünglichen Signalen möglichst gleichen sollen. Bei diesen Matrizierverfahren lassen sich die Signale jedoch nicht vollständig in der ursprünglichen Form zurückgewinnen, sondern es verbleiben in jedem K.inal noch mehr oder weniger große Reste von Signalen der anderen Kanäle, die jedoch wegen der Kohärenz der vier Signale bei den normalerweise zu übertragenden Schallereignissen meist tolerierbar sind.

Zur Verbesserung des Richtungseindrucks sieht ein Vorschlag gemäß der älteren DT-OS 20 14 856 vor, die Lautstärke der beiderseitigen Nachbarkanäle desjenigen Wiedergabekanals zu dämpfen, in dein das übertragene Schallereignis gerade vorherrschend ist. Auf diese Weise konzentriert sich die Wiedergabe mehr auf den betreffenden Kanal, so daß das Schall°reignis genauer in diese Richtung lokalisiert wird. Zur Konstanthaltung der insgesamt abgestrahlten Schalieistung kann die Regelung insbesondere so vorgenommen werden, daß die Verstärkungen in Kanälen, welche jeweils zu gegenüberliegenden Lautsprechern gehören, gegensinnig geändert werden: Wenn in der einen Diagonaler, die Lautstärke erhöht wird, wird sie in der anderen Diagonalen entsprechend vermindert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Schaltung, welche eine Verbesserung des Richtungseindrucks bei der vierkanaligen Wiedergabe von zweikanalig matrizierten Signalen ergibt, so daß eine wirklichkeitsgetreuere Richtungswiedergabe erzielt wird, bei welcher Verfälschungen durch Signale aus Nachbarkanälen weniger stören. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung ist verwendbar bei allen der zur Zeit gebräuchlichen Zweispursysteme für Aufzeichnung und/oder Übertragung, wobei zwei der vier getrennten Nachrichtenkanäle in der üblichen Weise eingegeben werden, während die anderen beiden Kanäle zu jeweils gleichen Teilen, einmal phasengleich und einmal phasenverschoben den beiden Spuren überlagert werden. Dies bedeutet z.B. für eine 45°/45°-Stereoschallplatte, daß zwei der Kanäle auf den beiden getrennten, durch die Rillenwände dargestellten Spuren aufgezeichnet werden, während ein dritter Kanal zu jeweils gleichen Teilen phasengleich dem »linken« und »rechten« Kanal des Stereo-Schneidkopfes zugeführt wird, um eine seitliche Rillenmodulation zu erzeugen, und daß der vierte Kanal zu jeweils gleichen Beträgen, jedoch phasenverschoben, dem »linken« und »rechten« Eingang des Schneidkopfes zugeführt wird, um eine senkrechte Modulation der Schallplattenrille zu erzeugen.

Die im Speichermedium enthaltene oder die gesendete Information wird über eine Decodiermatrix wiedergegeben, um zwei Signalgemische zu erzeugen, d. h. ein »linkes« Signal, welches zusätzlich zum Signal aus dem linken Kanal einen prozentualen Anteil aus dem driuen Kanal und einen gleichen prozentualen Anteil aus dem vierten Kanal enthält, und ein »rechtes« Signal, welches das Signal aus dem rechten Kanal und entsprechende Anteile aus dem dritten und — mit umgekehrten Vorzeichen — aus dem vierten Kanal enthält. Durch richtige Addition und Subtraktion seiner Komponenten werden aus den Signalgemischen vier unabhängige Signale gewonnen, in welchen jeweils eines der vier ursprünglichen Signale vorherrschend ist, wobei jedes Signal jedoch außerdem geringere Anteile von zwei anderen Kanälen enthält. Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Wiedergabeanordnung besteht darin, daß die Augenblicksamplituden der vier unabhängigen, von den vier Lautsprechern wiederzugebenden Signale automatisch geregelt werden in Abhängigkeit von den in eben diesen vier Kanälen voriiandencn Signalen, so daß dem Zuhörer vier talsächlich getrennte unabhängige Schallquellen vorgespiegelt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wiedergabeanordnung,

Fig.2 das Schaltbild eines in der Anordnung nach F i g. 1 verwendeten Filters,

Fig. 3 eine Kennlinie der in der Schaltung nach F i g. 1 verwendeten Verstärker,

Fig.4 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäUen Wiedergabeanordnung,

F i g. 5 zeigt eine Kennlinie der in der Schaltung nach F i g. 4 verwendeten Verstärker und

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Die im folgenden verwendeten Signalbezeichnungen I R CuxTi Dereeben sich aus den Definitionen:

L = linkes Signal, R = rechtes Signal, C = vorderes Signal, D= hinteres Signal.

Die zweikanalig aufgezeichneten Signale werden beispielsweise von einem Stereo-Tonabnehmer abgetastet und der in F i g. 1 gezeigten Schaltungsanordnung direkt oder über zwei Verstärker 40 und 42 zugeführt Bei dem linken Signal, welches mit Lt bezeichnet ist, handelt es sich um ein Signalgemisch, welches zusätzlich zu dem L-Signal einen Anteil von 0,707 des C-Signals und einen Anteil von 0,707 des D-Signals enthält. In ähnlicher Weise enthält das rechte Signal /?jdas Signal R aus dem rechten Kanal, einen Anteil von 0,707 des Signals C und einen Anteil von 0,707 des Signals D, wobei letzteres in beiden Fällen phasenverschoben ist. Wenn an die Ausgänge der Verstärker 40 und 42 Lautsprecher angeschlossen wären, würde die Wiedergabe derjenigen einer herkömmlichen zweikanaligen Stereo-Anlage gleichwertig sein. Im vorliegenden Fall jedoch gelangen die Signale Lt und Rt außerdem zu zwei Signalkombinationsschaltungen 44 und 46, welche durch Addition und Subtraktion von Bruchteilen der Komponenten des Signalgemisches vier Signale L\ C '. D 'und R 'erzeugen, in denen jeweils eines der Signale LCD und R vorherrscht und deren jedes außerdem geringere Anteile aus zwei anderen Kanälen enthält. Daher bestehen die zu den in gleicher Weise bezeichneten Lautsprechern L, C, Rund Dgelangenden Signale nach Durchlauf von Leistungsvei stärkern 48, 50, 52 und 54 nicht aus der reinen Information der jeweiligen Kanäle, sondern sind jeweils überlagert von Teilen der Information aus den benachbarten Kanälen.

Die Augenblickswerte der den vier Lautsprechern zugeführten Signale werden nun mittels einer Richtungsbestimmungsschaltung derart geregelt, daß ein Zuhörer den Eindruck einer praktisch vollkommenen Kanaltrennung hat, als wären also vier getrennte, unabhängige Schallquellen vorhanden. Dies beruht auf einem Phänomen, das in der Akustik als Vorrangeffekt oder »Präzedenzeffekt« bekannt ist. Bei den meistgewählten Musikwerken spielen die einzelnen Musiker nicht stetig, sondern erzeugen eher ein sich ständig änderndes Klangbild aus an- und abklingenden Tönen, Schlaggeräuschen usw., die nicht gleichzeitig auftreten, sondern sich überschneiden. Beispielsweise kann als erstes das Geräusch einer Trommel au? dem Kanal L erscheinen, dann ein Becken auf dem Kanal R, gefolgt von der Stimme eines Solisten, der auf Kanal C singt usw. Wenn man die Lautsprecheranlage so umschalten kann, daß jedesmal, wenn ein besonders plötzlicher oder schlagartiger Ton in einem Kanal beginnt, der betreifende Lautsprecher eingeschaltet oder das Signal besonders verstärkt wird, während die übrigen Lautsprecher ausgeschaltet oder gedämpft werden, dann richtet der Hörer seine Aufmerksamkeit auf den speziellen, aus diesem Lautsprecher kommenden Ton, und selbst wenn der Ton auf einen anderen Lautsprecher übergeht, hat er den Eindruck, ah käme der Ton immer noch von dem ersien Lautsprecher, obwohl er dort langst verschwunden ist.

Dementsprechend hat der Regelspannungsgenerator 56 der Wiedergabeanordnung die Funktion, herauszu- ; finden, welcher Kanal in jedem Augenblick das stärkste Signal führt, um diesen Kanal einzuschalten oder seine Verstärkung besonders zu erhöhen, während die ihrigen Kanäle ausgeschaltet oder gedämpft werden.

Wenn der Ton in dem zuerst herausgefundenen Kanal leiser wird und ein anderer Ton auf einem anderen Kanal erscheint, dann ändert der Regelspannungsgenerator die Regelspannungen so, daß die Verstärkung im ersten Kanal schnell verringert und die Verstärkung in dem anderen Kanal erhöht wird. Es ist zweckmäßig, sich die Wirkungsweise dieser Schaltung anhand der nachstehenden Wahrheitstabelie vorzustellen. Falls in der Anlage Tonsignale vorhanden sind, dann gilt folgende Logik: ι ο

Bei L-Signal = 0 ist nur Ä-Signal vorhanden.
Bei /?-Signal = 0 ist nur L-Signal vorhanden.
Bei C-Signal = 0 ist nur />Signal vorhanden.
Bei D-Signal = 0 ist nur C-Signal vorhanden.

Dies ist eine Form negativer Logik, d. h., das Fehlen eines Tones im Kanal L beispielsweise oder seine Verminderung dient zum Einschalten oder zur Erhöhung der Verstärkung des Λ-Kanals usw.

Es sei nun die Erzeugung der Regelspannungen erläutert. Die Ausgänge der Verstärker 40 und 42 liegen an Steuerverstärkern 58 und 60, deren Verstärkungsfaktoren im Gleichlauf gesteuert werden, wie es durch die dazwischenliegende Verbindung 62 angedeutet ist.

Aus noch zu erörternden Gründen ist es wünschenswert, die Signale L_Tund /?_rden Verstärkern 58 und 60 über spezielle Filter 59 und 61 zuzuführen, deren Durchlaßkennlinie der Kurve gleicher Lautstärke des menschlichen Ohres bei mittlerem Lautstärkepegel und im interessierenden Hörfrequenzbereich ähnlich ist. ιυ Eine Schar von Kurven gleicher Lautstärke ist in einem Aufsatz von Emil T ο r i c k und dem Erfinder Bauer mit dem Titel »Researches in Loudness Measurement« in »IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics«, Band AU-K₁Nr. 3,1966, S. 141 bis 151, beschrieben. Die 70-Phon-Kurve gleicher Lautstärke, die aufgrund dieser Untersuchungen entwickelt worden ist, ist in den Blöcken 59 und 61 in umgekehrter Form wie eine Empfindlichkeitskurve eingezeichnet. Die Durchlaßkennlinie hat bei höheren Frequenzen (bei etwa 4 kHz) einen Maximalwert, der etwa bei 8 db liegt, während sie im wesentlichen von etwa 2 kHz bis hinunter auf etwa 50 Hz konstant verläuft und dann eine Abnahme von annähernd 5 db darstellt. Die Filter 59 und 61 formen die den geregelten Verstärkern 58 und 60 zugeführten Signale so, daß die der Decodiermatrix 45 entnommenen Signale L'. C'. D 'und R 'aufgrund ihrer relativen Lautheit anstatt aufgrund ihres Energiegehaltes den richtigen Kanälen zugeführt werden. Beispielsweise verhindern es die Bewertungskurven der Filter 5? und so 61, daß die niederfrequenten, jedoch energiereichen von einer Trommel erzeugten Signale fälschlich die höherfrequenten, jedoch energieärmeren Signale, beispielsweise einer Pikkoloflöte, umschalten.

Eine in F i g. 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Filter enthält einen hochohmigen Widerstand R1, dem eine Reihenschaltung aus einem kleineren Widerstand R 2, einem Kondensator Ci und einer Induktivität L1 parallel geschaltet ist. und dem ein mit Erde verbundener kleiner Widerstand /?3 und ein mit dem Verstärker 58 (oder 60) verbundener Reihenwiderstand A4 nachgeschaltet ist Die Größen der Schaltelemente in der Reihenschaltung sind so gewählt, daß die Schaltung in Zusammenwirkung mit dem parallelen Widerstand R1 ein Maximum ihrer Durchlaßkennlinie (<s bei etwa 4 kHz aufweist. Typische Werte für die in der Schaltung nach F i g. 2 verwendeten Bauelemente sind folgende:

Λ 1 =5.1 \ίΩ

R2 = 1,6 kn
R3 = 91Ω
RA = 1,0 kn
Cl = 0,0IuF
Ll = 300 mH

Im Regelspannungsgenerator 56 werden die Ausgänge der Verstärker 58 und 60 mit Hilfe von Kombinationsschaltungen 64 und 66, welche eine Hilfsmatrix 65 bilden, in vier getrennte Ausgangssignale L", C ", D " und R "in der gleichen Weise aufgeteilt, wie die Signale L'. C. D 'und R 'von den Kombinationsschaltungen 44 und 46 der Matrix 45 erzeugt werden. Diese beiden Gruppen von jeweils vier Ausgangssignalen ähneln sich in ihrem Musikinhalt, jedoch wird die erste Gruppe durch die Wirkung der Verstärker 58 und 60 trotz Schwankungen der Lautstärke der Aufzeichnung (modifiziert durch die Filter 59 und 61) auf gleichmäßigem Pegel gehalten. Um diesen konstanten Ausgangspegel zu erhalten, werden die Signale L", C ", D "und R " in Gleichrichtern 68, 70, 72 und 74 gleichgerichtet und mittels einer Addierschaltung mit Widerständen 76, 78, 80 und 82 summiert, wobei an einem gemeinsamen Widerstand 84 ein Summensignal entsteht. Die am Widerstand 84 erscheinende Spannung wird über die Leitungen 86 und 62 den Verstärkern 58 und 60 zugeführt, die daraufhin den Mittelwert der Spannung am Widerstand 84 im wesentlichen konstant hält. Die Wirkung der Verstärkungsregelung wird vergrößert, wenn den Widerständen 76, 78, 80 und 82 jeweils ein Kondensator 88, 90, 92 und 94 zugeschaltet wird, wodurch die gleichgerichtete Spannung die Hüllkurve des Signals und nicht der Augenblickswert ist. Die Verstärkungsregelung hält auch die Summe der Spannungen an den Widerständen 76, 78, 80 und 82 konstant, da ja die Spannung am relativ kleinen Widerstand 84 die Summe der vier gleichgerichteten Spannungen ist.

Die Wirkung der Verstärkungsregelschaltung wird am besten anhand einzelner Beispiele verständlich. Es sei angenommen, daß die Anlage eine Aufnahme abspielt, die nur ein einziges Signal, sagen wir das Signal L, enthält, dessen Amplitude willkürlich als Einheitswert festgesetzt sei. Die Spannungen e,, e_ft ea, e_r, die jeweils an den Widerständen 76, 78, 80 und 82 erscheinen, haben in diesem Fall die relativen Werte 1; 0,707; 0.707 und 0, wie sich anhand eines Vektordiagramms nachweisen läßt. Die Summe dieser Spannungen ist 2,414, und die Verstärker 58 und 60 sind so ausgelegt, daß die Spannung am Widerstand 84 ungeachtet des Signalpegels im Kanal L auf diesem Wert gehalten wird. Dies stellt eine der Bedingungen für den Betrieb der Schaltung dar, was später noch ausführlicher behandelt werden wird.

Es sei nun angenommen, daß nur das C-Signal vorhanden ist, wobei die Spannungen ei, e_o e_dund e_rdie Werte 0,707; 1; 0 bzw. 0,707 haben. Die Summe dieser Spannungen ist auch hier gleich 2,414. Wenn nun auf den Kanälen L und C gleichzeitig inkohärente Signale vorhanden sind (z.B. Signale ähnlich dem weißen Rauschen, d.h.. Signale aus zwei verschiedenen Quellen), dann ist die der Summe dieser Kanäle entsprechende Spannung gleich der Wurzel der Summe der Quadrate beider Spannungen. Daher ergibt die ungeregelte Summe der Signale L und C die in der nachstehenden Tabelle I angeführten Werte, nämlich ei = 1,223. e_c = 1,223, e_d = 0,707 und e_r = 0,707. Die

Summe dieser vier Spannungen ergibt den Wert 3,860 und die Verstärker stellen die Einzelspannungen sofort so ein, daß sich insgesamt der Wert 2,414 ergibt Somit wird jede dieser Einzelspannungen in proportionaler

Tabelle 1

Weise vermindert im Verhältnis 2,414/3,860, um die geregelten Werte ei = 0,760, e, = 0,760, e_d = 0,440 und e, — 0,440 zu liefern.

Signal

	(L +	C)	L	1.000	0,707	0,707	0
	(L +	O	C	0,707	1,000	0	0,707
			ungeregelt	1,223	1,223	0,707	0,707
	C +	R)	geregelt	0,760	0,760	0,440	0,440
	C +	R)	R	0	0,707	0,707	1,000
(L +			ungeregelt	1,223	1.414	1,223	1,223
(L +	R +	D)	geregelt	0.557	0,667	0,557	0,557
	R +	D)	D	0,707	0	1,000	0,707
(L+C +		ungeregelt	1,414	1,414	1,414	1,414
(L+C +		geregelt	0,600	0,600	0,600	0,600

Es sei nun das Vorhandensein eines Signals in einem dritten Kanal, dem Kanal R, betrachtet Die Spannungen beim alleinigen Betrieb dieses Kanals haben die Werte ei = 0, e_c = 0,707, ed = 0,707 und e_r = 1. Es sei wieder angenommen, daß alle drei Signale ähnlich dem weißen Rauschen inkohärente Signale sind. Die resultierenden ungeregelten Werte für e_t, e_o ed und e_r für die Bedingung (L+C+R) ergeben sich aus der Wurzel der Summe der Quadrate der einzelnen Spannungen für diese drei Kanäle und sind in der Tabelle 1 mit 1223, 1,414, 1,223 und 1,223 angeführt. Diese vier Spannungen addieren sich zu dem Gesamtwert 5,083, worauf die Verstärker derart regeln, daß diese Einzelspannungen sofort um den Faktor 2,414/ is 5.083 vermindert werden, so daß sich die in der Tabelle 1 angeführten geregelten Spannungen ergeben.

Wenn nun eine vierte, dem Kanal D entsprechende Spannung hinzugefügt wird, dann ergibt sich für jede der vier zu summierenden Spannungen ein Wert von 1.414. und nach dem Regeln der Verstärker ist die Summe dieser vier Spannungen auf den Wert 2,414 vermindert, wobei jede Einzelspannung den Wert 0,6 hat.

Es sei nun kurz die rechte Seite der F i g. 1 betrachtet. wo die vier Signale L'. C D' und R ' den Regelverstärkern 96,98,100 und 102 zugeführt werden. Von dort gelangen die Signale zu den vier Lautsprechern LCD und R. nachdem sie ggf. in den Verstärkern 48,50,52 und 54 verstärkt worden sind.

Wenn die vorerwähnten Signale inkohärent sind und dennoch eine gewisse Frequenzähnlichkeit aufweisen, dann nähert sich der addierte Spitzenwert eher der Summe der Signale als dem quadratischen Mittelwert. Hierdurch ändert sich jedoch die oben vorgenommene ss Auswertung nicht

Für die Regelung werden die Einzelspannungen ei, e„ e_d und e_r in der folgenden Weise angelegt: e₍ wird zur Steuerung des Signals R' dem Verstärker 102 zugeführt; e_r wird zur Steuerung des Signals L' dem fto Verstärker % zugeführt; e_c wird zur Steuerung des Signals D ' dem Verstärker 100 zugeführt und e_rf wird zur Steuerung des Signals C" dem Verstärker 98 zugeführt Um die oben behandelte Wahrheitstabelle besser zu erfüllen, sind die Gleichrichter 68, 70, 72 und <<s 74 als für negative Signale leitend geschaltet, ;<"» daß die Spannungen ei, e_a ed und e_r und ihre verschiedenen, in der Tabelle 1 aufgeführten Kombinationen negative Spannungen sind. Außerdem werden die Regelspannungen für die Verstärker 96, 98, 100 und 102 durch Batterien 104, 106, 108 und 110 um 0,6 V in positiver Richtung angehoben.

Die Verstärker haben Kennlinien gemäß F i g. 8 und beim Anlegen einer Spannung von + 0,6 V an den Steuereingang des Verstärkers ist dessen Verstärkungsfaktor maximal. Dieser Maximalwert sei im folgenden als Einheitswert angesehen. Wenn die angelegte Spannung auf Null zurückgeht, wird der Verstärkungsfaktor auf 0,707 des Maximalwertes vermindert, d. h., die Verstärkung ist 3 db niedriger. Die Kennlinie fällt dann rasch ab, so daß bei einer Steuerspannung von -0,67 V die Verstärkung zu 0 wird und der Verstärker abgeschaltet ist

Im folgenden sei die Regelung für die folgenden vier Bedingungen behandelt: alleiniges L-Signal, zwei Signale wie L+G drei Signale wie die Kombination L +C+R und vier statische inkohärente Signale L+C+R+ D. Aus der Tabelle \ ist zu entnehmen, daß beim alleinigen Vorhandensein des Signals L e_r = 0 ist, wobei die + 0,6 V Vorspannung den Verstärker 96 (der das L-Signal steuert) vollständig einschaltet während die negativen Spannungen mit dem Wert 1,0-, 0,707 und 0,707 an den entsprechenden anderen Verstärkern liegen, wo sie die Signale R ', D 'und C 'steuern. Somit werden die Verstärker 102,100 und 98 gesperrt so daß ihr Verstärkungsfaktor 0 ist und das L-Signal, welches ansonsten auch in den Lautsprechern C und D erscheinen würde, nur im Lautsprecher L erscheint. Aufgrund ähnlicher Überlegung kann gezeigt werden, daß irgendein Signal auf irgendeinem einzelnen Kanal nur den diesem Kanal zugeordneten verstärkungsregelnden Verstärker einschaltet

Betrachtet man nun den Fall, daß Signale L und C beide vorhanden sind, dann läßt sich aus der Tabelle 1 und aus den Eintragungen in F i g. 3 entnehmen, daß die den Verstärkern 100 und 102 zugeführten -0,76 V die +0,6 V-Vorspannung übersteigt und daher ein Ausschallen der Lautsprecher D und R bewirkt Die an den Verstärkern % und 98 liegende Spannung von -0,44 V jedoch schaltet diese Verstärker ein, wobei ihr Verstärkungsfaktor nur wenig unter dem Einheitswert liegt, so daß die Signale L und C in ihren zugeordneten Lautsprechern L und Cerscheinen.

Wenn L-. C- und R-Signale gleichzeitig vorhanden sind, dann kann in ähnlicher Weise aus der tabelle I und

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aus den liintragungen in der H i g. 3 entnommen weiden, daß e_r genügend negativ ist, um den Verstärker 100 (der das zum Lautsprecher D geführte Signal steuert) ausgeschaltet wird, wahrend die den anderen drei Verstärkern zugeführten 0.577 V diese Verstärker im eingeschalteten Zustand lassen, wobei jedoch ihre Verstärkungsfaktoren um etwa 2,5 db vermindert werden, so daß die Signale L'. C und D' in ihren zugeordneten Lautsprechern erscheinen.

Wenn schließlich alle Signale L C, R und D in gleichen Beträgen vorhanden sind, betragen die Regelspannungen ei, e_t> eu und e_ralle 0,6 V, wodurch alle vier Verstärker 96,98, ί00 und 102 eingeschaltet werden und Signale an die ihnen jeweils zugeordneten Lautsprecher abgeben. Anhand der Kennlinie läßt sich jedoch sehen, daß der Verstärkungsfaktor der Verstärker um annähernd 3 db vermindert wird, wenn alle vier Signale vorhanden sind. Somit bleibt die gesamte von den Lautsprechern ausgestrahlte Schalleistung im wesentlichen konstant, ohne Rücksicht auf die Anzahl der vorhandenen Signale.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Schaltung solche Lautsprecher bevorzugt, die den im Augenblick in der Anlage vorherrschenden Tönen zugeordnet sind. In Wirklichkeit erscheinen alle Signale selten gleichzeitig, vielmehr besteht ein ständiges Wechselspiel der verschiedenen Instrumente, wodurch die Lautsprecher in einer Weise ein- und ausgeschaltet werden, die eine völlig naturgetreue Vorspiegelung vier getrennter Schallquellen ergibt, die über vier Lautsprecher wiedergegeben werden. Sehr gute Ergebnisse erhält man, wenn die Zeitkonstanten der Gleichrichter-Schaltungen 68 bis 74 eine sehr kurze Einschwingzeit von etwa 0,1 msec und eine relativ lange Ausschwingzeit von etwa 10 Millisekunden ergeben. In ähnlicher Weise sollte die Einschwingzeit der verstärkungsregelnden Verstärker 96 bis 102 extrem kurz in der Größenordnung von 0,1 Millisekunden sein, während eine Ausschwingzeit von etwa 0,4 Sekunden als

35 ausreichend befunden wurde. Diese Werte sind jedoch nichtsehr kritisch.

Die prinzipielle Schaltung nach Fig. 1 erfordert jedoch, daß die Verstärker 58 und 60 die an den Widerständen 76 bis 82 abfallenden Spannungen extrem genau regeln müssen, weil der Unterscheidungsbereich /wijchen den Bedingungen für die Einschaltung und die Ausschaltung sehr schmal ist, wie man an der Steuerkennlinie der F i g. 3 erkennen kann. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, eine Schaltung zu verwenden, wie sie in Fig.4 dargestellt ist. Der rechte Teil dieser Schaltung ist mit dem entsprechenden Teil der Fig. 1 gleich, und gleiche Teile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Regelspannungsgenerator 56' unterscheidet sich darin, daß die Gleichrichter 68, 70, 72 und 74 umgekehrt gepolt sind, so daß die Spannungen ei, e_o e</und e_ran den Widerständen 76,78, 80 und 82 positiv sind. Außerdem werden diese Spannungen den Verstärkern nicht direkt zugeführt, sondern sie werden jeweils unterschiedlich in Signalbewertungsschaltungen 112, 114, 116 und 118 addiert, die so ausgelegt sind, daß sie die vorherrschende Spannung negativ mit dem Faktor 3 bewerten, während die übrigen drei Spannungen positiv, mit dem Faktor 1 bewertet, addiert werden. Beispielsweise wird der Schaltung 112 das überwiegende am Widerstand 82 abfallende Signal e_r zugeführt, welches negativ und mit einem Faktor 3 den jeweils mit dem Faktor +1 bewerteten Spannungen e,, e_fund tv hinzuaddiert wird. Die den Schaltungen 114, 116, 118 zugeführten überwiegenden Signale sind jeweils die Spannungen e<< e_c und ei. Die Schaltungen erzeugen auf diese Weise jeweils Ausgangsspannungen er, e_c-, e* und e_r-, deren Werte für die verschiedenen, an früherer Stelle behandelten Signalkombinationen in der nachstehenden Tabelle Ii aufgeführt sind. Natürlich erhält man diese Werte, wenn man den in der Tabelle I angeführten relativen Sppnnungswerten die obengenannten Bewertungsfaktoren hinzufügt.

Tabelle II	+ 2,414 + 0,640 0 0	<■;	-0,414 -0,640 -0,414 0	e'r
Signal		-0,414 + 0,640 + 0,414 0		- 1,586 -0,640 0 0
L (L+C) (L+C+ R) (L+C + R + D)

Aus der Tabelle H kann leicht entnommen werden, daß der Unterscheidungsbereich durch die verschiedenen Signalbewertungsschaltungen stark vergrößert worden ist wodurch es möglich wird, die in F i g. 5 dargestellte Verstärkerkennlinie heranzuziehen. In diesem Fall haben die Verstärker eine Verstärkung vom Einheitswert wenn die Regelspannung einen Wert von + 2,4 V aufweist, und eine Verstärkung von 0,707 (3 db weniger), wenn die Regelspannung gleich 0 ist Die Kennlinie fällt dann steil ab, so daß die Verstärker abgeschaltet werden, wenn die Regelspannung einen Wert von —0,414 V hat Die gleiche Analyse wie bei der Kennlinie gemäß Fig.3 zeigt, daß die richtigen Verstärker jeweils auf die zu beliebiger Zeit im System 6s erscheinenden vorherrschenden Töne hin eingeschaltet werden. Die Verstärkerkennlinie gemäß Fig.5 ist hinsichtlich der Sperrung beträchtlich weniger kritisch als die Kennlinie gemäß Fig.3, und die in Fig.A wiedergegebene Schaltung ist wesentlich stabiler. Da die Spannungen e,·, e_c-, e^-und e^ außerdem Differenzspannungen sind, sind leichte Abweichungen von der idealen Kennlinien der Verstärker 58 und 60 wenigei kritisch für die Leistungsfähigkeit der Anlage als es bei der Schaltung nach F i g. 1 der Fall ist

Die von den Bewertungsschaltungen 112 bis 1« erzeugten Signale werden jeweils in ihrer Kurvenform geändert, ehe sie den Regeleingängen der entsprechenden Verstärker 96 bis 102 zugeführt werden. Eine Schaltung mit der Verstärkerkennlinie nach der Fig.i kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Be einer Ausführung, die zufriedenstellend funktioniert hat besteht diese Schaltung aus einem Begrenzer 120 mil der dargestellten Kennlinie und einer Begrenzerwirkung bei -0,4 una +0,4V, einer nachfoleender

Zeitkonstaruenschakung 122, und einem nachgeschaltcten Wellenformer 124, der die gezeigte Durchlaßkennlinie autweist. Die Schaltung ist so eingerichtet, daß sie eine kurze Einscrr.vingzeit in der Größenordnung von 0,1 Millisekunden und eine längere Ausschwingzeit von etwa 0,4 Sekunden besitzt (typische Werte).

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß in den Schaltungen gemäß den F i g. 1 und 4 alle vier Kanäle unabhängig voneinander betrieben werden. Dies bedeutet, daß zu jedem beliebigen Zeitpunki nur ein Lautsprecher voll eingeschaltet ist, während die restlichen Lautsprecher abgeschaltet sind oder mit kleinerer Verstärkung betrieben werden. Bei einer vereinfachten Ausführungsform, die in F i g. 6 gezeigt ist, ist es möglich, zwei der Kanäle gemeinsam zu steuern, wenn in einem von ihnen ein Signal vorherrscht. In ähnlicher Weise können die übrigen beiden Kanäle im Gleichlauf gesteuert werden, wenn ebenfalls in einem von ihnen ein vorherrschendes Signal vorhanden ist. Beispielsweise können die Verstärker % und 102, die jeweils die Verstärkung der zu den Lautsprechern L und R gelangenden Signale verändern, dem gleichen Steuersignal unterworfen werden, und die Verstärker 98 und 100 zur Steuerung der Lautsprecher C und D können auf ähnliche Weise mit dem gleichen Signal angesteuert werden. Die Lautsprecher L und R können :n einander diagonal gegenüberliegenden Ecken eines Vorführraums angeordnet sein, und die Lautsprecher C und D können sich in den anderen gegenüberliegenden Eden des Raumes befinden, wobei die Lautsprecher in gegenüberliegenden Ecken gemeinsam ein- und ausgeschaltet werden.

Die Steuersignale werden in der gleichen Weise wie bei den Schaltungen nach den Fig. 1 und 4 gewonnen, abgesehen davon, daß nur eine Signalbewertungsschaltung 130 und eine Phasenumkehrschaltung 132 benötigt wird, um die Signale zur Ansteuerung der Verstärker 96 bis 100 zu erzeugen. Die den Gleichrichtern entnommenen Spannungen ei unJ e_r werden mit einem Bewertungsfaktor von -1 bewertet, und die Spannungen e, und ej erhalten den Bewertungsfaktor +1. Falls nur einer der Kanäle R oder L allein ein Signal führt, dann wird ein Steuersignal erzeugt, welches in einer geeigneten Zeitkonsiantenschaltung 143 modifiziert und den Verstärkern 96 und 102 zugeführt wird, um die beiden Lautsprecher l und R einzuschalten. Da jedoch nur einer der betreffenden Kanäle ein Signal führt, s kommt nur aus dem entsprechenden Lautsprecher ein Ton. Falls beide Kanäle L und R gleichzeitig Signale führen, dann werden in ähnlicher Weise beim Fehlen von Signalen in den Kanälen C und D wiederum die Lautsprecher L und R eingeschaltet, wobei jeder sein

ίο zugehöriges Signal wiedergibt und somit zwei unabhängige Kanäle simuliert werden.

In ähnlicher Weise erzeugt die Anwesenheit von Signalen auf einem der Kanäle Cund Dein Steuersignal, welches wegen seiner Bewertung mit + 1 umgekehrt

is werden muß, um die richtige Polarität zum Einschalten der Verstärker 98 und 100 zu besitzen. Gleichzeitig wird das nichtinvertierte Signal den Verstärkern 96 und 102 zugeführl, wodurch diese Verstärker ausgeschaltet oder ihre Verstärkungen wesentlich vermindert werden Hieraus folgt, daß im Fall des Vorhandenseins von Signalen in beiden Kanälen Cund Dciie beiden gleichen Lautsprecher, nämlich C und D eingeschaltet werden und die anderen beiden abgeschaltet werden. Da jeder der Lautsprecher Cund D nur sein zugeordnetes Signa wiedergibt, entstent eine gute Simulation zweiei zusätzlicher Kanäle.

Sollten Signale gleichzeitig in zwei beliebiger benachbarten Kanälen vorhanden sein, dann seht da; Steuersignal auf 0 zurück, und weil die Phasenumkehr ir

\o diesem Fall keine Wirkung hat, sind alle vier Verstärket eingeschaltet, jedoch mit kleinerer, d. h. 3 db niedrigerei Verstärkung.

Die Schaltungen gemäß den F i g. 1 und 4 bewirken daß jeder der Kanäle für die vier Lautsprecher abhängig von dem Vorherrschen des beireffenden Signals unc völlig unabhängig von den anderen drei Kanäler gesteuert wird. Es ist also möglich, jeweils nur einer Kanal einzuschalten. Bei der Ausgestaltung nach dei Fig. G ist das nicht der Fall: diese Ausführungsforrr ermöglicht keine so präzise Steuerung wie die anderer beiden Schaltungen, sie ist jedoch dafür sehr vie einfacher.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Ijl Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur vierkanaligen Wiedergabe zweier Signalgemische, deren erstes Signale aus einem ersten Tonkanal und deren zweites Signale aus einem zweiten Tonkanal enthält und die beide phasengleiche Signalanteiie aus einem dritten Tonkanal sowie phasenverschobene Signalanteile aus einem vierten Tonkanal enthalten, mit einer Decodiermatrix, der die beiden Signalgemische zugeführt werden und die an vier Wiedergabekanälen entsprechend vier Wiedergabesignale liefert, die jeweils hauptsächlich einen Signalanteil aus dem zugehörigen Tonkanal und mit modrigerem R^gel auch Signalanteile aus anderen Tonkanälen enthalten, mit in den vier Wiedergabekanälen vorgesehenen regelbaren Verstärkern zur Verbesserung des Richtungseindrucks der Wiedergabe und mit einem Regelspannungsgenerator, der aus den beiden Signalgemischen Regelspannungen für die Verstärker ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelspannungsgenerator (56) zur Bestimmung des jeweils vorherrschenden der vier Wiedergabesignale eine Richtungsbestimmungsschaltung aufweist, welche folgende Funktionsgruppen umfaßt:

a) eine Hilfsmatrix (65) zur Ableitung von vier Hilfssignalen L", C ", D ", R ") aus den beiden Signalgemischen (Lt, Rt),

b) eine Regelschaltung (58, 60, 76-86) zur Regelung der Summe der vier Hilfssignale auf einen konstanten Pegel und

c) eine Schaltung (68-82, 104-110) zur Ableitung der Regelspannung für die Verstärker (96-102) in den Wiedergabekanälen (Wiedergabeverstärker) aus den Hilfssignalen derart, daß die Verstärkung im Wiedergabekanal mit dem gerade vorherrschenden Wiedergabesignal gegenüber den anderen Wiedergabekanälen angehoben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung zwei regelbare Verstärker (58, 60) enthält, denen die beiden Signalgemische (Lt, Rt) zugeführt werden und denen die Hilfsmatrix (65) nachgeschaltet ist, und daß der Hilfsmatrix eine Addierschaltung (76-84) nachgeschaltet ist, deren der Summe der vier Hilfssignale entsprechendes Ausgangssignal den regelbaren Verstärkern (58, 60) als Regelspannung zugeführt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Regelspannung für die Verstärker (58, 60) der Regelschaltung zwischen die Hilfsmatrix (65) und die Addierschaltung (76 - 84) Gleichrichter (68 - 74) eingefügt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannungen für die Wiedergabeverstärker (96— 102) ai>s den Hilfssignalen (L", C", D", R") durch Gleichrichtung fto (Gleichrichter 68- 74) abgeleitet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmatrix (65) entsprechend der Decodiermatrix (45) aufgebaut ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, fts dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsbestirnmungsschaltung ferner vier Signalbewertungsschaltungen (112-118) enthält, deren jeder alle vier Hilfssignale (L", C ", D ". R ") zugeführt werden und deren jede ein anderes dieser Hilfssignale mit einem vorbestimmten Bewertungsfaktor (-3) bewertet und mit den drei anderen mit einem anderen Bewertungsfaktor (+1) bewerteten Hilfssignalen kombiniert (F ig. 4).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Signalbewertungsschaltungen (112,114,116,118) signalformende Schaltungen (120,122,124) nachgeschaltet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelspannungsgenerator (56) zwei, den Verstärkern (58, 60) der Regelschaltung vorgeschaltete Filter (59,61) mit der Gehörkurve entsprechender Kennlinie enthält.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannungen für die Wiedergabeverstärker (96-102) derart abgeleitet werden, daß die gesamte abgestrahlte Schalleistung konstant bleibt.