DE2129673C3 - Mehrrichtungs-Tonsystem, Dekodierer und Kodierer hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrnchtungs-Tonsvstem. in welchem wenigstens drei gerichtete Komponenten eines Eingangstonsignals in einem A und einem ß-Kanal kodiert und übertragen werden und die übertragenen Signale derart dekodiert werden, daß ein Ausgangstonsignal mit wenigstens vier gerichteten mit den Eingangssignalkomponenten verknüpften Komponenten aus den A- und ff Kanälen wiedergege ben wird, sowie auf einen Dekodierer und einen Kodierer für ein solches Mehrrichtungs Tonsystem

Seit vielen |ahren sind Stereo bzw zweidimensional Tonwiedergabesysteme realisiert worden. Derartige zweidimensionale Ton-Wiedergäbesysleme weisen jedoch schwerwiegende Unzulänglichkeiten bei der Wiedergabe von Musik oder anderen Hörfunkunlerhaltungspfogrammen auf, weil damit die Ofiginaldarbie· lung nicht annähernd erreicht werden kann.

Wenn jedoch zweidimensionale Tonsysteme bereits vorhanden sind, so ist der Wunsch nach Mehrrichtungs· Tonsystemen naheliegend, weil das zweidimensionale Tönsystem nur Schallquellen nachbilden kann, die

innerhalb eines begrenzten Winkels von wesentlich weniger als 180° liegen, während ein Mehrrichtungs-Tonsystem Töne nachbilden kann, die aus irgendeiner Richtung im Bereich von 360° stammen. Die bessere, wirklichkeitsgetreuere Wiedergabe von Mehrrichtungs-Tonsystemen im Vergleich zu zweidimensionalen Tonsystemen wird durclt die praktische Erfahrung vollständig bestätigt

In der Theorie bestehen keine Hinderungsgründe, Mehrrichtungs-Tonsysteme herzustellen. Ein Vierrichtungs-Tonsystem für Magnetbänder kann aus Stereo-Bandsystemen extrapoliert werden. Hierbei werden dann anstelle von zvai Magnetspulen auf dem Magnetband vier Spuren verwendet. Das Stereosystem, das sich durch eine Verdoppelung eines einkanaligen Systems ergeben hat, wird nochmals verdoppelt, um ein Vierrichiungssystem zu erhalten. Obwohl ein solches Vierspur-Tonsystem grundsätzlich ausführbar ist. stößt seine Ausführung in der Praxis jedoch auf Schwierigkeiten. Die wesentliche Schwierigkeit besteht darin, daß das gesamte Tonwiedergabesystem tatsächlich verdoppelt worden ist Wenn dann drahtlos gesendet werden soll, müßten zwei Stereo-FM-Radiostationen anstelle einer Stereo-FM-Station verwendet werden, wie sie zum Senden einer zweidimensionalen Tonwiedergabe erforderlich ist Für eine magnetische Aufzeichnung sind zweimal soviel Bandspuren bzw. zweimal soviel Bänder erforderlich. Die Schwierigkeiten im Fall von Plattenaufnahmen sind noch größer, weil zwei Rillen oder Spuren auf der Platte ein aufwendiger Ausweg wären. um eine gleichwertige Aufzeichnung zu erhalten; keiner dieser Wege hat sich daher als praktisch verwendbar herausgestellt

Durch die DE-PS 20 14 856 und die DE-PS 21 2b 480 sind Mehrrichtungs-Tonsysteme vorgeschlagen worden. bei welchen bestimmte Kodierer und Dekodiervorschriften eingehalten werden und eine Verstärkungssteuerung zur Verbesserung der Richtwirkung erfolgt. Die gesaiPte Richtungsinformation, die von vier Lautsprechern wiedergegeben und von einem Zuhörer wahrgenommen wird, kann im wesentlichen ohne Verdoppelung der Bauelemente und ohne wesentliche Vergrößerung des die Grundinformation enthaltenden Aufzeichnungsmediums von zwei üblichen Tonfrequenzkanslen (beispielsweise die eir°r Stereoaufnahme oder einer Stereo-FM-Rundfunksendung) wiedergegeben werden. Es zeigt sich jedoch, daß diese Vorschläge nur spezielle Lösungen einer allgemeinen Lösung darstellen, so daß eine.-seiis eine Optimierung nicht erreich; werden kann, andererseits die Anordnung der verschiedenen Lautsprecher genau vorgeschrieben werden muß.

Durch die US-PS 20 8" 561 ist es bekanntgeworden, die Signale zwe'ir Stereokanäle in einem Übertragungskanal zusammenzufassen, in den zusätzlich ein außerhalb des hörbaren Frequenzbereichs hegender getrennter Steuerton gegeben wird. Die Amplitude oder die Frequenz dieses Steuertons hängt ab vom Verhältnis der beiden Stereo Signalspannungen. Wiedergabeseitig dient der herausgefilterte Steuerton dazu, die Verstär- eo klingen zweier Verstärker, denen beiden die im Übertragüngskanal enthaltene Summe der Stereosignale zugeführt wird, gegenläufig derart zu verändern, daß bei der Wiedergabe die aufnahmeseitigen Lautstärkeverhältnisse wiederhergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine allgemeine Lösung für Mehrrichtungssysteme aufzuzeigen, demzufolge eine optimale Trennung der Ausgangskanäle möglich ist, so daß derartige Mehrrichtungssysteme bei beliebiger räumlicher Anordnung dar Lautsprecher optimal ausgelegt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Mehrrichtungs-Tonsystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch die Kodierung der Amplitude der Komponenten des Eingangstonsignals im /!-Kanal proportional dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem dem ,4-Kanal zugeordneten Winkel und im B- Kanal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem dem ß-Kana! zugeordneten Winkel und durch die entsprechende Dekodierung auf zugehörige Ausgangspositionswinkel.

Der Dekodierer für ein solches Mehrrichtungs-Tonsystem ist in Ausgestaltung der Erfindung derart aufgebaut, daß er einen A-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des /4-Kanals und einen ß-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale du.. ß- Kanals aufweist, daß erste, zweite, dritte und vierte Einrichtungen für die Ableitung von ersten, zweiten, dritten und vierten gerichteten Ausgangstonsignalkomponenten von den Ausgangssignalen der A- und ß-Kanäle vorgesehen sind, wobei jede Komponente einen entsprechenden Positionswinkel abhängig von der Richtung, aus welcher das Ausgangstonsignal ausgestrahlt werden soll, aufweist, daß wenigstens drei der Einrichtungen mit dem jeweiligen Eingangsanschluß verbunden sind, und daß die Ausgangssignale des Α-Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Sinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels und die Ausgangssignale des ß-Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Cosinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels erzeugt werden. Weiterbildungen dieses Dekodierers ergeoen sich aus den Ansprüchen 3 bis 5.

Der Kodierer für das erfindungsgemäße Mehrrichtungs-Tonsystem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung so aufgebaut, daß er wenigstens drei Eingangsanschlüsse für die Eingangstonsignalkomponenten mit entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln aufweist, daß eine erste .Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines 4-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei die erste Signalerzeugungseinrichtung die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkomponenten im A-Kanal verschieden von der Phase im S-kanal macht, und daß eine zweite Signalerzeugungseinnrhtung zur Erzeugung ei.ies B-Kanalsignals mit wenigs'en_ä drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist. wobei durch die zweite Signalerzeugungseinrichtung die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkor.iponenten im 4-Kanal die gleiche wird wie die Phase im ß-Kanal. Anspruch 7 enthält die Merkmale einer Weiterbildung dieses Kodierers

Im Rahmen der vorliegenden Frfindung wird die Richtungsinformation in den Amplituden· und Phasen-(oder PolaritätS')Beziehungen jedes Mehrrichtungs-Eingangssignals in einem der Stereokanäle im Vergleich zu dem anderen Kanal kodiert. In einem Mehrrichtungs* Tonsystem ist beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Lautsprechern vorhanden; Töne, die von anderen als von diesen genau vorgegebenen Stellen ausgehen, müssen an verschiedenen Stellen durch Erregen der Lautsprecher mit entsprechenden Amplituden angenä-

hert werden. Ein Ton, der direkt von vorne auf den Zuhörer zukommen soll, muß durch einen Ton sowohl aus dem linkefi, als auch aus dem rechten Lautsprecher angenähert werden.

Ein Tonsystem mit der Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders gut kompatibel mit bestehenden Stereo-FM-Rundfunküberlragungen und Stefeoplattenaufzeichnuhgen. Wenn mit dem Tönsystem beispielsweise eine Plattenaufnahme abgespielt wird und der Ton von einem einkanaligen Verstärker oder FM-Rundfunkempfänger, von einem Stereoverstärker oder einem Stereo-FM-Rundfunkempfänger wiedergegeben wird, wird entsprechend eine sehr gute einkanalige oder eine zweikanalige Tonwiedergabe erhalten. Die Wiedergabe in beiden Fällen schließt alle lä vier Toneingangssignale der Aufzeichnung ein, wobei allerdings das rückwärtige Toneingangssignal in der Amplitude vermindert, ist. wenn die Wiedergabe mit einer Einrichtung mit vier Lautsprechern erfolgt. Hierbei ist in die Mono- oder Stereowiedergabe keine Richtungsverzerrung in dem Sinn eingeführt, daß die rechten und linken Kanäle bei der einkanaligen und der Stereo-Wiedergabe gleich dargestellt sind, und tatsächlich die bestmögliche Annäherung bei der Wiedergabe mit vier Lautsprechern erbracht ist.

Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird das Mehrrichtungs-Tonsystem mit vier in den Ecken eines etwa quadratischen Raums angeordneten Lautsprechern beschrieben, bei dem die Wiedergabe mit vier, der Richtung zu den vier verwendeten Lautsprechern entsprechenden Eingangssignalen erfolgt. Die Anzahl der Eingänge der Kodiervorrichtung ist aber weder auf die Zahl vier noch auf bestimmte Richtungen beschränkt, welche den einzelnen Ausgängen zugeordnet sind. In Wirklichkeit wird die von einem Eingangssignal dargestellte Richtung durch die Werte bestimmter Widerstände bestimmt, wobei es möglich ist. verschiedene; Widerstandsnetzwerke vorzusehen, so daß die von einem Eingang dargestellte Richtung nach Belieben verändert oder für eine gewünschte Richtung eingestellt werden kann. In ähnlicher Weise kann die von den

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über der vorher beschriebenen 90°-Unterteilung in einige andere Werte geändert werden. Die zu einem Lautsprecherausgang gehörende Richtung kann dadurch geändert werden, daß der Lautsprecher an einer ungewöhnlichen Stelle angeordnet ist. Die von dem Lautsprecherausgang dargestellte Stelle braucht daher nicht mit seiner tatsächlichen Stelle übereinzustimmen, so daß interessante Effekte erzielt werden können. Der Winkel kann hierbei vergrößert oder verkleinert werden, so daß eine verteilte Schallquelle, beispielsweise ein Orchester, gegenüberliegend angeordnet scheint Das Signal zu den Lautsprechern kann so gesteuert werden, als ob eine Bewegung vom rückwärtigen Teil eines Saales, in welchem das Orchester unter einem relativ kleinen Winkel erscheint, zum vorderen Teil des Saales erfolgt in welchem das Orchester unter einem viel größeren Winkel erscheint

Die Zuordnung einer gewünschten Richtung zu einem Lautsprecherausgang kann für besondere Fälle, beispielsweise für in Autos installierte Systeme, erwünscht sein, in welchen die Lautsprecheranordnung zweckmäßigerweise anders instaJIiert wird, als dies in einem Wohnraum oder einem Studio üblich ist, wo die es Lautsprecher rechts vorne, links vorne, rechts und links hinten angeordnet sind.

Die Erfindung führt zu einem Mehrrichtungs-Tonsystem, in welchem der Dekodierer vier gerichtete Ausgangstonsignäle aus wenigstens drei gerichteten Eingangstonsignalen erzeugt, die von einem Kodierer in A- und ß-tonfreqüenzkanäleri kodiert worden sind, wobei der Kodierer wenigstens drei Eingänge für die Eingangs-Tonsignale mit den entsprechenden; zugeordneten Positioriswinkcln, eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines mit mindestens dreien der Eingänge verbundenen /t-Kanalsignals derart, daß die Phase mindestens eines der Eihgangstonslgnale in dem λ-Kanal von der Phase in dem 0-Kanal verschieden ist, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines mit mindestens dreien der Eingänge verbundenen ß-Kanalsignals derart aufweist, daß die Phase mindestens eines der Eingangstonsignale in dem 4-SignaI dieselbe ist wie seine Phase in dem ß-Kanal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Lautsprecheranordnung bezüglich eines Zuhörers und eine bestimmte, erstrebenswerte Phasen- oder Polaritälsbeziehung für ein Mehrrichtungs-Tonsystem;

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Kodierers oder einer Kodiervorrichtung des Mehrrichtungs-Tonsystems;

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Kodiervorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der mit dem Mehrrichtungs-Tonsystem erzielbaren Richteffekte;

F i g. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der subjektiven Wiedergabewirkung von vier Richt-Tonsignalen bei einer herkömmlichen Stereo-Wiedergabeanordnung;

F i g. 6 eine Darstellung für die Wiedergabe von vier Richt-Tonsignalen mit einer einkanaligen Wiedergabeanordnung;

F i g. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der mit einer anderen Ausführungsform des Mehrrichtungs-Tonsystems erzielbaren Richtwirkung;

Fig.8 ein Diagramm, das die Richtwirkung eines weiteren Mehrrichtungs-Tonsystems darstellt;

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kungsregelungs-Anordnung für ein vierfach gerichtetes, an den Dekodierer oder die Dekodiervorrichtung gemäß der Erfindung anpaßbares System zur besseren Lageerkennung jedes einzelnen der vier Ausgangslautsprecher:

F i g. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Verstärkungsregelung für ein Vier-Richtungs-Tonsystem;

F i g. 11 eine schematische Darstellung eines Verstärkungsregelungs-Signalgenerators für ein niederfrequentes Verstärkungsregelungssignal in aufgezeichnetem öder gesendetem Material, um die Verstärkung in der in F i g. 12 dargestellten Einrichtung entsprechend zu steuern;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines in Verbindung mit dem Vier-Richtungs-Tonsystem verwendbaren Verstärkungsregelungs-System, in dem der Tonausgang für verschiedene Lautsprecher von einem niederfrequenten Signal gesteuert wird;

Fig. 13 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel-Bestimmung für den dreidimensionalen Raum, in dem die Richtungswinkel-Vektoren mit den Scheitelpunkten eines Tetraeders zusammenfallen:

Fi g. 14 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, bezogen auf eine unter einem Winkel von 45° geneigte Ebene;

Fig. 15 eine grafische Darstellung der Richtungswinkel im dreidimensionalen Raum, bezogen auf eine untöf einem Winkel von -45° geneigte Ebene;

Fig. 16 eine grafische Darstellung zur Belimmung der Riehtungswinkel im dreidimensionalen RaUnI, in dem die RichtungsWinke^Vektoren mit den Scheitel· punkten eines Tetraeders und ebenso mit vier von acht Ecker» tines Würfels im rechtwinkeligen Koordinatensystem übereinstimmen;

Fig. 17 ein schematisches Blockschaltbild einer Kodiervorrichtung zur dreidimensionalen Kodierung gemäß der Erfindung; und

Fig. 18 ein schematisches Blockschaltbild einer Dekodiervorrichtung zur dreidimensionalen Dekodierung gemäß der Erfindung.

Das System nimmt mit Hilfe der Kodiervorrichlung drei oder mehr gerichtete Ton-Eingangssignale auf und setzt sie zu zwei herkömmlichen Tonfrequenz-Informa· tiOnSi^änu

e sie üciäpiciswciäc uc

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Stereoaufzeichnung oder Rundfunkübertragung verwendet werden, um eine Mehrrichtungs-Toninformation zu übermitteln.

Bei der Verarbeitung von MehrrichUings-Tonsigna len sind vor allem zwei Parameter zu beachten, und zwar die Phase und Amplitude. Hierbei ist es üblich, die Phasenbeziehung auf nur 2 verschiedene, diskrete Phasenbeziehungen zu beschränken, nämlich 0° (in Phase) und 180° (außer Phase). Diese Phasenbeziehungen werden auch als einfache Umkehr in der Polarität oder dem Vorzeichen behandelt.

Bei der Betrachtung der Amplitudenbeziehung ist es wünschenswert, eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu haben, mit der ein spezielles Ton-Eingangssignal im Α-Kanal (dem linken Kanal) einem üblichen Stereo-Aufzeichnungs- oder Übertragungssystem zugeführt wird, und eine Formel zur Bestimmung der Amplitude zu haben, mit der ein derartiges Signal dem ß-Kanal (dem rechten Kanal) des Systems zugeführt wird.

Die geeignete Amplitudenbeziehung für die A- und ß-Kanäle kann als Funktion der dem speziellen Eingangssignal zugeteilten Richtung gesehen werden. In dieser Besprechung wird die dem Eingangssignal zugeteilte Richtung durch einen Winkel *i für das Signal Nr. 1 und durch einen Winkel x₂ für ein Signal Nr. 2 usw. identifiziert (F i g. 4).

Dem Winkel der unmittelbar rechts neben dem Zuhörer liegenden Stelle wird willkürlich der Wert 0° zugeordnet; die Winkelzunahme erfolgt im Gegen-Uhrzeigersinn. Die beispielsweise in F i g. 1 dargestellten Stellen rechts vorne, links vorne, rechts und links hinten besitzen dann die Winkelbezeichnungen 45°, 135°, 225° bzw. 315°; dies gilt auch für die F i g. 4.

Hiermit ist dann die Amplitude eines dem Λ-Kanal zugeführter. Eingangssignals gleich der Amplitude des Eingangssignals multipliziert mit dem Sinus des halben Winkels der jeweiligen Stelle. Die Gleichung für die y4-SignaIampIituden ist in Gleichung 1 des Anhangs wiedergegeben. Die Amplitude des dem 5-Kanal zugeführten Signals ist gleich der Amplitude des Eingangssignals multipliziert mit dem Kosinus des halben Winkels der jeweiligen Stelle. Die Gleichung für die ß-KanalsignalampIitude ist in Gleichung 2 des Anhangs wiedergegeben.

Es sollte beachtet werden, daß die Glieder in den Gleichungen 1 und 2 alle ein positives Vorzeichen besitzen; dies dient aber nicht dazu, um die Polarität oder Phase der Signale anzuzeigen. Die Polarität bestimmt sich aus dem Quadranten, in dem der Riehtungswinkel liegt, wie später noch erläutert wird. Es ist natürlich auch notwendig, den entsprechenden bekodierurigsvofgang zu erläutern, nachdem die

S ÄUsgangssignale bezüglich der drei oder mehr Ein' gangssignale mit einer gewünschten Richtcharakteristik erzeugt werden. Die Festsetzung der Winkellage ist bei der Dekodierung dieselbe wie bei der Kodierung, jedes Ausgangssignal g\, gi etc. besitzt eine Amplitude, die

gleich der /^K-änaiamplitude mal dem Sinus des halben Positionswinkels für das Ausgangssignal plus dei" Amplitude des ß-Kanals mal dem Kosinus des halben Positionswinkels für das Ausgangssignal ist. Die Dekodierungsgleichung ist als Gleichung 3 im Anhang

is wiedergegeben. So wie vorher wird auch hier die Polariät oder das Vorzeichen für die Signale durch den Quadranten bestimmt, in dem der Stellungswinkel liegt. Ein wichtiger Gesichtspunkt bei dem System ist die

Avit, in uci uic niesen* uuci ruicli Uiil3LfC£lciiuilgCfl IUi

verschiedene Winkel-Positiortsbezeichnungen des Ausgangs und F.ingangs auf die Polaritäten der A- und ß-Kanalsignale bezogen sind. Um die vorbeschriebenen Kodierungs- und Dekodierungs-Kriterien kennenzulernen, wird die Arbeitsweise des Systems für ein spezielles Eingangssignal beschrieben.

Es wird ein Eingangssignal betrachtet, das der Winkelstellung links vorne oder dem Winkel 135° zugeteilt ist. Gemäß den vorbeschriebenen Kodierungsünd Dekodierungskriterien und unter der Annahme, daß die Ausgangslautsprecher Winkelpositionen von 45°. 135", 225° und 315° aufweisen, wird das sich auf das hypothetische Eingangssignal beziehende Ausgangssignal des Lautsprechers links vorne oder bei 135° überwiegen.

An dem Lautsprecher rechts hinten ist kein Ausgangssignal vorhanden und an den Lautsprechern rechts vorne und links hinten ist ein gewisses Ausgangssignal vorhanden. An jedem der beiden zuletzt erwähnten Lautsprecher beträgt die Ausgangsleistung

die Hälfte des Leistungspegels des Lautsprechers links vorne (0,7 χ die Amplitude). Die Phase oder Polarität des Signals der Lautsprecher rechts vorne und links vorne sind dieselben wie die Polaritäten der Lautsprecher links vorne und links hinten. Dies ist in F i g. 1 durch die Bezeichnung »EIN« an den die Lautsprecher links hinten, links vorne, rechts vorne und rechts hinten verbindenden Linien angezeigt.

Durch die Verwendung von positiven und negativen Polaritäten in dem System müssen höchstens zwei benachbarte Lautsprecher eine entgegengesetzte Polarität besitzen oder außer Phase sein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen nur die zwei rückwärtigen Lautsprecher diesen Außerphase-Zustand auf; dies ist am besten mit dem vorherrschenden Umstand verträglich, daß der Hauptinhalt des wiedergegebenen Stoffes selten vorwiegend von den rückwärtigen Lautsprechern herrührt

Weiterhin gibt bei der normierten FM-Stereo-Rundfunkübertragung ein einkanaliger Empfänger ein Signal für den Zuhörer wieder, das der Summe des Λ-Kanals und des ß-Kanals mit gleicher Amplitude entspricht Dies bedeutet bezüglich der Dekodierungsbeziehung, daß die Positionswinkel, die die gleichen A- und .B-Amplituden ergeben, 90° und 270° sind. Der einkanalige Rundfunkempfänger soll hierbei einen Positionswinkel besitzen, der der vorderen Mittellinie oder 90° entspricht Der Α-Kanal und der ß-Kanal muß daher mit derselben Polarität oder in Phase mit der

Vorderen Mittellinie oder der 90°-Posilion zusammengesetzt werden. Dies bedeutet auch, daß eine in einem Stereo-FM-Empfänger empfangene Vief-Richtungs-Rundfunkübertragung links vorne und rechts vorne Töne aus de/ii linken bzw. rechten Lautsprecher erzeugen wird, die in Phase liegen. Dies ist offensichtlich der gewünschte Zustand. Mit anderen Worten, die Erfindung schafft eine Wiedergabe-Verträglichkeit für eine Richtung und für zwei Richtungen, bei der die Richtung vorne Mitte durch A gleich B und dieselbe Polarität dargestellt, d. h. der Positionswinkel χ ist gleich 90° und der 4-Kanal liegt auf dem linken und der ß-Kanal auf dem rechten Lautsprecher.

Bei der Wiedergabe des Tons in vier Richtungen ist offensichtlich die wichtigste Richtung vorne Mitte. Aufgrund der vorbestimmten Anordnung der Lautsprecher in den vier Ecken ist das Tonbild für die Richtung r.

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dem vorderen Lautsprecherpaar. Es ist für diesen Fall wichtig, daß die vorderen Lautsprecher gleiche Amplitude besitzen und in Phase liegen. Ein derartiger Zustand herrscht in F i g. 1 vor. Auch ist es wünschenswert, daß dieser Toneingang vorne Mitte in dem Maß, in dem er in den rückwärtigen Lautsprechern wiedergegeben wird, in derselben Polarität oder in Phase wiedergegeben wird. Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß auch dieser Zustand vorherrscht.

Die Situation bezüglich dieser Tonbilder, die zwischen einem vorderen Lautsprecher und einem entsprechenden rückwärtigen Lautsprecher bestehen, ist nicht so kritisch, aber es ist wünschenswert, daß eine Wiedergabe eines derartigen Signals in einem gegenüberliegenden rückwärtigen Lautsprecher außer Phase liegt oder die entgegengesetzte Polarität aufweist; auch dies ist in F i g. 1 dargestellt. Wie schon vorher erwähnt, will man ein zwischen den zwei Lautsprechern bestehendes Tonbild haben, das in Phase zu jedem der beiden flankierenden Lautsprecher liegt; diese Situation ist in dem möglichen Maximumbereich eingehalten, wie in F i g. 1 dargestellt ist (ausgenommen nur die zusammengesetzten T.vnbilder in dem rückwärtigen Quadranten).

Es muß demnach eine besondere Zuordnung der Polaritäts- oder Phasenbeziehung für die Kodierungsund Dekodierungsformeln beachtet werden, um die gewünschten, in F i g. 1 dargestellten Wiedergabeverhältnisse zu erzielen. In den Gleichungen 1, 2 und 3 können die richtigen Polaritäten wie folgt summiert werden. Für die Quadranten links vorne, rechts vorne und links hinten sollte allen Sinusgliedern ein positiver Wert zugeordnet werden und für den Quadranten rechts hinten ein negativer Wert. Für die Quadranten links vorne, rechts vorne und rechts hinten sollte allen Kosinusgliedern ein positiver Wert und für den Quadranten links hinten ein negativer Wert zugeordnet werden. Die vorerwähnten Polaritäten oder Vorzeichen sind anstelle des Vorzeichens für die trigonometrische Funktion des einzelnen Quadranten gewählt Hierbei ist interessant daß ein Unterschied zwischen dem zugeteilten Wert und den trigonometrischen Werten von 0 bis 360° nur in dem vierten Quadranten, d. h. rechts hinten auftritt

Eine Einrichtung zur Kodierung gemäß dem hier beschriebenen System ist in Fig.2 dargestellt Die spezielle AusführungsfomA dieser Einrichtung kann stark verändert werden. Wie aus den Gleichungen 1 bis 3 zu ersehen ist ist die auszuführende Arbeitsweise sehr einfach, da nur die entsprechenden Tonfrequenzeingangssignale mit vorbestimmten Konstanten iu multiplizieren und die so erhaltenen Produkte zu addieren oder zu subtrahieren sind, um ein kodiertes A-Kanalöder ein ß-Kanal-Signal abzuleiten. Zahlreiche Ausführungsformen herkömmlicher und bereits verfügbarer elektronischer Analogrechnefsehältungeii oder Bauteile sind zur Durchführung dieser Operation verwendet worden.

In Fig.2 werden die Richtsignale /Ί, /j, /j und U aus

ίο einer Mehfsignalquelle 11 erhalten. Die Mehrsignalquelle besteht üblicherweise aus einer mehrspurigen Bandaufzeichnung, die mit verschiedenen Mikrophonen öder dergleichen hergestellt ist, die den den Winkelwerten zuzuteilenden Toneingangssignalen für eine Tonwiedergabe in mehreren Richtungen entsprechen. Her einem speziellen, aufgezeichneten Tonsignal zugeordnete Winkelwert entspricht der tatsächlichen Richtung νοίϊ einern Z'jhcrer^latz zu einer tatsächlichen A.'jfzeichnungsstelle. Der zugeordnete Winkel-Positionswert für ein spezielles Tonsignal kann aber genauso gut auch gerade willkürlich zugeordnet sein, um eine gewünschte Richttonwirkung zu erzeugen.

Ein schematisches Schaltbild für den Kodierer ist in dem durch eine gestrichelte Außenlinie gekennzeichneten Kästchen 12 dargestellt. Die Kodierschaltung ist mit vier Eingängen für einzelne Toneingangssignale dargestellt, sie kann aber genauso gut für mehrere Eingänge vorgesehen sein; die Anzahl der Eingänge ist nicht durch die Anzahl der Ausgangslautsprecher (deren Anzahl normalerweise vier beträgt) begrenzt. Sobald mehr als vier Eingänge vorhanden sind, werden zwei oder mehr Eingänge demselben Quadranten oder demselben Positionswinkel zugeteilt wodurch sich in dem Kodierer zusätzlich die Funktion einer Misch- und Toneffektsteuereinrichtung ergibt Für spezielle Wirkungen kann ein Tonsignal auch zwei Kodiereingängen zugeführt werden. Der in F i g. 2 dargestellte Kodierer verarbeitet die Signale /i, F₂. h und U gemäß den Gleichungen 1 und 2 zu den Ausgangssignalen A und B, welche einem Generator 15 für kodiertr Information zugeführt werden.

Zwei Signalerzeugungseinrichtungen oder Operationsverstärker 13 und 14 werden zusammen mit Eingangswiderständen, Rückkopplungswiderständen und anderen Widerständen dazu verwendet um die Ausgangssignale A und ßzu erzeugen.

Die Widerstände RX bis R 8 in F i g. 2 stellen Eingangswiderstände dar, deren Werte zur Bestimmung des Positionswinkels verwendet werden, der jedem der vier mehrfachgerichteten Eingangssignale zugeordnet ist Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ist absichtlich so gewählt daß sie nicht auf die vorbeschriebenen Positionswinkel für die entsprechenden Eingangssignale beschränkt ist Es ist vielmehr eine Formel abgeleitet mit der die Positionswinkel über einen großen Bereich auf verschiedene Werte einstellbar sind. Da bestimmte Positionswinkel zur negativen Polarität und andere Positionswinkel zur positiven Polarität für die Sinus- und Kosinus-Glieder der Gleichung 1 und 2 gehören, ist der Zuordnung der Positionswinkel zu den entsprechenden Eingängen in einem gewissen Bereich eine Grenze vorgegeben. Demgemäß können die Signale f\ und £ irgendwo in dem ersten oder zweiten Quadranten, das Signal h irgendwo in dem dritten Quadranten und das Signal U irgendwo in dem vierten Quadranten angeordnet sein.

In der Schaltung in F i g. 2 sind die Widerstände R 9 und R11 Gegenkopplungswiderstände, die Widerstän-

de R10 und R12 Erdungswiderstände und die Widerstände R 13 und R 14 Offset-Abgleichs-Widerstände. Die Widerstände R 15 und R 16 sifid Ausgangswiderstände. Die Widerstände Λ 9 bis R YL sind so ausgewählt, daß die Schaltungswerte in einen üblichen Bereich fallen und daß die Eingangsimpedanzen ausreichend hoch sind, um eine Belastung der Schaltungen zu vermeiden. Diese Werte liegen üblicherweise in dem Bereich zwischen tausend und einigen tausend Ohm.

Die Werte der Widerstände R 13 und R14 sind entsprechend den Anweisungen der Operationsverstärker-Hersteller so gewählt, daß der Gleichstrom-Offset 0 ist. Die Widerstände R15 und R16 sind kleinere Widerstände, die in der Größenordnung von 30 Ω liegen können. Die Werte der Widerstände R 1 bis R 8 hängen von der den entsprechenden Eingängen zugeordneten

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Anhang dargelegt ist. Als spezielles Beispiel einer kodierung.Jchaltung kann ein Grundaufbau der Eingangs-Positionswinkel verwendet werden, wie er in F i g. 4 dargestellt ist. Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, liegt der Eingang f\ bei 135°, der Eingang f% bei 45°, der Eingang /3 bei 225° und der Eingang /4 bei 315°. Die Gleichungen für die Amplituden der Α-Kanal- und der B- Kanal-Signale sind in den Gleichungen 12 und 13 wiedergegeben; die Werte für die Widerstände R 1 bis R 16 sind folgende:

R\ = 108,2 kH; R 2 = 261.3 <Ω;
R 3 = 108,2 kΩ; R 4 = 422,1 kΩ;
R 5 = 261,3 kΩ: R 6 = 108,2 kΩ;
Rl = 108,2 kΩ; R8 = 422,1 kΩ;
R 9 = 100,0 kΩ; R 10 = 50,0 kΩ;
«11 = 100^Ω;Λ12 = 50,0 kΩ;
R 13,/? 14 sind so gewählt,
daß der Offset beseitigt ist:
R 15, R 16 = 30 Ω.

Wenn alle (vier oder mehr) Eingänge zu jedem Operationsverstärker an dem negativen Anschluß anliegen und Inverter für die Eingänge vorgesehen sind, bei denen ein unterschiedliches Vorzeichen gewünscht ist, dann herrschen einfache Beziehungen (solche wie für R 1 und R 2) für alle Eingangswiderstände vor und die zwei zu jedem Eingang gehörenden Widerstände besitzen Werte, die nur von dem Eingangs-Positions-Winkel bestimmt werden. Es können dann veränderbare Widerstände verwendet werden, die geeicht sind, um einen gewünschten Stellungswinkel (wenigstens über einen Quadranten, 90°) für die entsprechenden Eingänge zu schaffen.

In Fig.3 ist ein schematisches Schaltbild für eine Dekodiereinrichtung als Teil des Wiedergabeteils des gesamten Systems dargestellt Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung stellt eine Möglichkeit zur Ausführung der Gleichung 3 dar.

In Fig.3 erzeugt eine Quelle 21 für kodierte Information zwei elektrische, einen Α-Kanal und einen ß-Kanal darstellende Ausgangssignale. Die Quelle könnte beispielswese ein üblicher Stereo-Plattenspieler sein, um eine Aufzeichnung der von der in Fig.2 dargestellten Einrichtung kodierten Information abzuspielen. Andererseits könnte die Quelle ein Stereo-FM-Rundfunkempfänger ein, der die kodierte Information von einem Sender empfängt, der entweder von aktuellen Sendungen, auf einem Zweikanalband oder einer Plattenaufzeichnung zur Wiedergabe über den FM-Stereosender kodiert worden ist In jedem Fall svxl die Tonfrequenz-Signalkanäle A und B normierte Stereo-Übertragungskanäle. Die A- und ß-Ausgangssignale der Kodierquelle stellen die einzigen Eiligangssignale der in dem gestrichelten Feld 22 in Fig.3 enthaltenen Dekodierschaltung dar. Es sind mehrere Operationsverstärker 23, 24, 25 und 26 vorgesehen, die jeweils vier gerichtete Ausgänge für vier Riclitungslautsprecher erzeugen. Die /4-Kanal- und die ß-Kanal-Eii
gangssignale werden den Operationsverstärkern mit einem bestimmten Amplituden-Verhältnis und einer Polaritätsbeziehung zugeführt, die durch den dem speziellen Operationsverstärker und den zugehörigen Lautsprechern zugeordneten Positionswinkel bestimmt sind.

Die Eingangswiderstände R2\ und R 22 bestimmen die Amplitudenverhältnisse des dem Operationsverstärker 23 zugeführten Kana!-/4-Signals und des Kanal-ß-Signals; dieselbe Funktion erfüllen die Widerstände R 23 und R 24 für den Verstärker 24, die Widerstände Λ 25 und R 26 für den Verstärker 25 und die Widerstände /?28 und R 27 für den Verstärker 26. Die Widerstände R 29, R 30, R 31 und R 33 sind Gegenkopplungswiderstände. Die Widerstände R 32 und R 34 sind Erduiigswiderstände und die Widerstände /?35, /?36, R 37 und R 38 sind Einstellwiderstände; alle Widerstände sind gemäß den bekannten elektronischen Analogrechnerveriahren ausgewählt und verwendet. Die Ausgänge g\, g2, gi und g>, der Operationsverstärker 23, 24,25 bzw. 26 werden jeweils einem der entsprechenden vier Leistungsverstärker 27,28,29und 30 zugeführt. Die Leistungsverstärker 27 bis 30 speisen die entsprechenden Lautsprecher 31 bis 34. Die Lautsprecher 31 bis 34 sind für Richteffekte, beispielsweise wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, angeordnet. Die Verstärker 27 bis 30 sowie Lautsprecher 31 bis 34 weisen die übliche Ausführungsform auf.

Die Eingangssignale des Verstärkers 23 von dem Kanal A und dem Kanal B besitzen dieselbe Polarifäi. wie es bei dem Verstärker 24 der Fall ist. Anderereeits weisen das ß-Eingangssignal des Verstärkers 25 und das /4-Eingangssignal des Verstärkers 26 die entgegengesetzte Polarität auf. Mit der speziellen, dargestellten Polaritätsanordnung weist der Verstärker 23 ein Ausgangssignal auf, welches einem Positionswinkel irgendwo in dem linken vorderen oder rechten vorderen Quadranten zugeordnet ist; dasselbe gilt für den Verstärker 24. Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 kann einem Positionswinkel irgendwo in dem linken hinteren Quadranten und das Ausgangssignal dieses Verstärkers 26 einem Positionswinkel irgendwo in dem rechten hinteren Quadranten zugeordnet sein. Wie bereits vorher erläutert, kann der Positionswinkel, der dem Operationsverstärkerausgang zugeordnet ist, der einen speziellen Lautsprecher speist, der tatsächlichen Lage des Lautsprechers in dem Zuhörerraum entsprechen oder nicht

Wenn es gewünscht wird, daß die Positionswinkel für die Lautsprecher 31, 32, 33 und 34 den in Fig. 1 dargestellten Positionswinkeln (und damit den in F i g. 4 dargestellten Eingangs-Positionswinkeln) entsprechen, werden die relativen Amplituden der Stereokanäle A und B in jedem der Operationsverstärker-Ausgangssignale g\, gi, g3 und gi aus der Gleichung 3 im Anhang berechnet; die Ergebnisse sind in den Gleichungen 14 bis Ϊ7 im Anhang wiedergegeben.

Um den Gleichungen 14 bis 17 für die in Fig. 3 dargestellte Dekodierschaltung zu genügen, sind folgende Widerstandswerte (in Ohm) passend:

«21 = 108.2 k; R 22 = 2613 k;
Λ 23 = 26Uk; R 24 = 108,2 k;
/?25 = 108,2 k; Λ 26 = 201Ak;
R 27 = 108.2 h R 28 = 201,4 k;
# 29, R 30. K 31 und R 33 = 100 k;
R 32 und R 34 = 50 k;

Die Widerstände R 35, /? 36, R 37 und Λ 38 dienen zur Offset-Kompensation. Die Widerstände Λ 30 bis Λ 34 sind so gewählt, daß die Schaltungswerte in den üblichen Bereich fallen.

Da das gesamte System in den Fig.2 und 3 dargestellt und beschrieben ist, in denen die Positionswinkel ebenso wie in den F i g. 1 und 4 dargestellt sind, kann die Arbeitsweise des Systems wesentlich einfacher beschrieben werden.

Ein Eingangssignal f\ erscheint in dem Ausgangssigna! g'. das dem Verstärker 27 und dem Lautsprecher 31 zugeführt wird, mit der größten Amplitude. Es erscheint auch mn einem kleineren Pegel in dem Ausgangssignai g: und dem Ausgangssignal g\. mit dem der Lautsprecher 32 bzw. 33 gespeist wird. Der Ausgangspegel in den Lautsprechern 32 und 33 ist auf die Hälfte der Leistung (3 dB) oder in der Amplitude auf einen Pegel von 0.707 verringert. In dem Signal gi erscheint kein Ausgangswertsignal, das einem Eingangssigna! /ι entspricht.

7ur Verallgemeinerung des Verhältnisses zwischen der vollen Leistung, der halben Leistung und der Leistung Null, wie es für die in den F ι g. 1 bis 4 dargestellten Einrichtungen vorher beschrieben ist. kann dargelegt werden, daß die Ausgangsleistung für ein gegebenes Eingangssignal ein Maximum ist. wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals derselbe ist wie der des Eingangssignals. Wenn der Positionswinkel des Ausgangssignals sich von dem Positionswinkel des Eingangssignals unterscheidet (um einen Winkel d*). dann wird das Ausgangssignal durch Multiplizieren der Amplitude um einen Faktor verkleinert, der gleich dem Kosinus des halben Differenzwinkels ist. Em Ausdruck für die Dämpfung in Dezibel Sdh für ein Eingangssignal eines vorgeschriebenen Positionswinkels in einem speziellen Ausgangssignal unterworfen ist. ist im Anhang durch die Gleichung 18 wiedergegeben. Es ist zugleich auch die Trennung des Signalpegels, der zwischen zwei Ausgangssignalen mit einer vorgeschriebenen Differenz im Positionswinkel (dx) erhalten wird.

Obwohl die Eingangs-Positionswinkel bei 45\ 135'. 225^C und 315' gemäß Fig.4 als Grundlage für eine einfache Erklärung üblich sind, sollten zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Systems auch andere Eingangs-Positionswinkel betrachtet werden. Ein Eingangs-Positionswinkel von 90' oder vorne in der Mitte ist von besonderem Interesse. Bei einem Eingangssignal vorne Mitte wird den Lautsprechern 31 und 32 (links vorne und rechts vorne) ein Signal mit gleichgroßen Amplituden und mit einer geringen Dämpfung (von ungefähr 0.7 db) zugeführt. Ein Eingangssignal vorne Mitte erscheint auch in geringerem Umfang in den Ausgangssignalen gj und gs, (und in den Lautsprechern 33 und 34). Der Pegel dieses Ausgangssignals ist gering, da er um ungefähr 8 db gedämpft ist.

Es sollte beachtet werden, daß die speziellen Eingangs- und Ausgangs^Posilionswinkel, die in den Fig. 1 und 4 als ein spezielles Beispiel und als Grundlage für die Beschreibung Und Erläuterung dargestellt sind, weder die einzig möglichen Ausfühfungsformen noch notwendigerweise für alle Zwecke die beste Ausführungsform darstellen. Natürlich stellt

die in F i g. 1 wiedergegebene Ausführungsform mit den Lautsprechern in den vier Ecken eine besonders praktische dar.
Bei einer zweikanaligen stereophonen Wiedergabe muß der Stereokanal A einem linken Lautspecher und der Stereokanal B einem rechten Lautsprecher zugeführt werden.

Aus der Gleichung 3 im Anhang zur Dekodierung ist bereits zu ersehen, daß eine Wiedergabe des /4-Kanal-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag aus dem B- Kanal einem Positionswinkel 180° entspricht (der Kosinus der Hälfte von 180°, d.h. von 90° ist Null). In ähnlicher Weise entspricht die Wiedergabe des ß-Kanal-Signals allein ohne irgendeinen Beitrag von dem /4-KanaI einem Positionswinkel von 0" (der Sinus von 0° ist ebenfalls gleich Null). Aus der vorherigen Beschreibung der Betriebsweise des Systems ergibt sich dann ohne weiteres, daß bei einem herkömmlichen Stereosystem auf dem linken Lautsprecher der Inhalt

jo wiedergegeben würde, der bei einem Vier-Richtungssystem gemäß der Erfindung in einem Lautsprecher links vorne und in einem Lautsprecher links hinten wiedergegeben würde. Entsprechend würde der rechte Lautsprecher bei einem herkömmlichen Stereosystem die Information wiedergeben, die bei einem Vier·Richtungssystem in dem Lautsprecher rechts vorne und dem Lautsprecher recht' hinten wiedergegeben würde.

Wenn dieselbe Annäherung an die Wiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem durch ein einkanaliges Gerät, beispielsweise einen einkanaligen FM-Empfanger. der eine Sendung einer Stereo-FM-Rundfunkstation empfängt, verwendet wird, entsprechen die in einem solchen System wiedergegebenen, zusammengesetzten Signale des Stereo-A-Kanals und

ji des B-Kanals, die in Phase liegen und die gleiche Amplitude aufweisen, einem 90"-Positionswinkel oder einer Position vorne Mitte (der Sinus des halben 90 -Winkels ist dann gleich dem Cosinus des halben 90 -Winkels). Die Wirkung der Wiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem auf den Zuhörer in einem üblichen Stereo- oder einem üblichen einkanaligen Gerät ist schematisch in Fig. 5 und 6 dargestellt.

In Fig. 5 sind ein Paar Lautsprecher 51 und 52 zusammen mit den Bezeichnungen der typischen Tonbilder für Information eines Vier-Richtungssystems dargestellt, das von einem Zweikanal-Stereogerät empfangen wird. Das Bild der Tonfrequenzinformation für ein Vier-Richtungssystem für links vorne hegt auch bei einer Wiedergabe mit zwei Lautsprechern links vorne und das Bild für rechts vorne liegt rechts vorne. Die Informationen für links und rechts sind entsprechend ausgeglichen. Hierbei ist zu beachten, daß das Bild der Information für links vorne und für rechts vorne etwas gegenüber der Stelle der Lautsprecheranbringung nach innen verschoben ist. Hierdurch wird aber keine der Information entgegengesetzte Wirkung erzeugt; die äußerste Lautsprecherstellung, die in einem System mit zwei Lautsprechern nutzbar ist. muß den maximalen linken und rechten Positionswinkeln von 0° und 180° vorbehalten werden, Das rückwärtige Informationsbild des linken Lautsprechers 51 ist durch eine Reihe kleiner ^Buchstaben angezeigt Hierdurch ist schematisch die Tatsache wiedergegeben, daß die rückwärtige oder nachhallende Information von einer geringfügigen subjektiven Verschiebung nach außen und von einem Streueffekt beeinflußt wird, der darauf beruht, daß die Information für den rückwärtigen

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Positionswinkel außer Phase liegt oder eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Dieser Effekt wird durch die Verwendung der erwähnten Positionswinkel erreicht, um dadurch eine »Umgebung« zu schaffen. Die Information für die rückwärtigen Positionswinkel wird mit einer um etwa 3 db verminderten Leistung wiedergegeben. Es findet daher bei einer zweidhnensio-Tialen Wiedergabe (bei einer Stereo-Wiedergabe) der Information für ein Vier-Richtungssystem eine Hervorhebung der vorderen Richtung statt, wobei die rückwärtige Richtungsinformation noch nicht gänzlich verloren ist. Die Wiedergabe auf einem Stereogerät ist beinahe genauso, wie man sie gern hätte.

In F i g. 6 ist ein einzelner Lautsprecher 53 wiedergegeben, der ein einkanaliges Wiedergabesystem darstellt, beispielsweise einen einkanaligen FM-Empfänger, der auf einen Stereo-FM-Rundfunksender abgestimmt sein kann. In solchen Fällen kann das Tonbild offensichtlich nur in gerader Linie zum Lautsprecher liegen. Die relativen Leistungspegel für verschiedene Materialien sind folgende:

Die Information für links vorne und rechts vorne hat eine Dämpfung von Null db und ist ausgeglichen, die Information für links hinten und rechts hinten ist erheblich gedämpft (-7.6db), aber noch vorhanden. Nur die für die hintere Mitte (270°) kodierte Information ist bei einer einkanaligen Wiedergabe vollständig beseitigt. Für eine Mono-Wiedergabe ist. wenn irgend möglich, sehr wenig rückwärtige Information erwünscht. Eine Mono-Wiedergabe wird im allgemeinen in einer weniger geeigneten oder sogar oft geräuschvollen Umgebung vorgenommen: hierbei ist es dann wichtig, daB primär die nach vorne gerichtete Information hervorgehoben wird, die sich tatsächlich bei einer einkanaligen Wiedergabe von Material für ein Vier-Rich(ungssystem ergibt.

Für eine Mono- und Stereowiedergabe von Information für ein Vier-Richtungssystem wird eine beachtliche Kontrolle in der Weise ausgeübt, daß die Information jeder Kodiereinrichtung durch Auswahl von positiven Winkeln für die Eingänge in Stereo oder Mono wiedergegeben wird. Da genau bekannt ist. wie die Information bei einer Stereo- oder Mono-Wiedergabe beeinflußt ist. kann sie so angeordnet werden, daß die Mono- und Stereo-Wiedergabe dieselbe ausgezeichnete Qualität besii/t wie die Wiedergabe in einem Vier-Richtungssystem, was natürlich auch ein Hauptzweck der Erfindung ist.

In F1 g. 7 sind andere Eingangs-Positionswinkel dargestellt, die insbesondere für bestimmte, zu kodierende musikalische Information gemäß dem erfindungsgemäßen Mehr-Richtungssystem geeignet sind.

In Fällen, wie beispielsweise einer Konzerthnlle. wo die vorderen Kodiereingänge die kritischste, unmittel bare Programminformation enthalten, während die rückwärtigen Kodiereingänge die »Umgebung« oder den Nachhall liefern, will man bei geringerem Aufwand die Trennung zwischen den vorderen und den hinteren Kodiereingängen vergrößern. Dies kann beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, dadurch erreicht Werden, daß zwischert den vorderen fiingangspaaren eine größere Positionswitikeldiffereiiz (dx) Und zwischen dem rückwärtigen ßingangspaar eine geringere Positionswinkeldiffcrenz Vorgeschrieben ist.

Wie in F i g. 7 dargestellt ist, beträgt dann def Winkel X\ 150°, def Winkel X₂ 30°. der Winkel x₃ 240° und der Winkel x* 300°. Die sich ergebenden Kodierungsglel· chungen für den Kanal A und defl Kanal B sind im Anhang unter 19 und 20 wiedergegeben. Die Widerstandswerte der in Fig.2 dargestellten Kodiereinrichtung, um die in F i g. 7 dargestellten Eingangs-Positionswinkel zu erhaften, sind im folgenden (in Ohm) wiedergegeben.

R 1 = 103,5 k; R 2 = 386,4 k; R3 = 115,5 k;
R 4 = 259,1 k;R5 = 386,4 k; R 6 = 103,5 k;
Rl = 115,5 k;R8 = 259,1 k;/?9,/?11 = 100,0 k;
R 10, RU = 50,0 k; R 13, R 14 sind so gewählt,
daß der Offset kompensiert wird;
R 15, R 16 = 30 Ω.

Die in F i g. 7 dargestellten Positionswinkel für die Eingänge können die Ausgangspositionswinkel der Dekodiereinrichtung mit denselben Werten miiümfassen. Selbstverständlich können die Ausgangspositionswinkel für die Dekodiereinrichtung auch verändert werden, ohne die Eingangspositionswinkel zu verändern.

Um der F i g. 7 entsprechende Ausgangspositionswinkel zu erhalten, können die in F i g. 3 verwendeten Widerstände die folgenden Werte in Ohm aufweisen:

/?31 = 103.5 k:/? 32 = 386,4 k;
Λ 33 = 386.4 k;/? 34 = 103.5 k:
/?35 = 115.5 k:/? 36 = 136.6 k:
/?37 = 1153 k;/? 38 = 136.6 k:
/?39./?40./?41./?43 = 100.0 k;
R 42. R44 = 50.0 k:
R 15. R 16. R 17. R 18 sind so gewählt,
daß der Offset kompenwrt ist.

Die Möglichkeit der Aufspaltung der Positionswinkel entweder für den Eingang oder den Ausgang des Systems in einen Winkel größer als 90° für die vorderen Eingangs- oder Ausgangssignale ist natürlich nicht auf die speziellen, in F i g. 7 dargestellten Positionswinkel· Angaben beschränkt. Ein Grenzfall für eine derartige Trennung ist in Fig. 8 dargestellt, wo die vorderen Positionswinkel auf 180" gespreizt sind. Die rückwärtigen Positionswinkel sind hierbei auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert eingestellt. Die Positionswinkel in F i g. 8 betragen daher für ein Signal I 180°; ein Signal 2 0°: für ein Signal 3 269' und für ein Signal 4 271 °. Das Signal 3 liegt noch in dem dritten Quadranten und besitzt die Polaritätsbeziehungen. die für diesen Quadranten vorgesehen sind: das Signa, 4 liegt im vierten Quadranten und besitzt die für diesen Quadranten vorgesehene Polarisationsbeziehung. Wenn der m F i g. 8 dargestellte extreme Fall für die Positionswinkel-Bestimmungen eines Dekodiereinrichtungsausgangs verwendet wäre, wo die Laulsprecher in den vier Ecken eines Raumes angeordnet sind, dann würde der vordere linke Lautsprecher allein von dem 4-Kanal der rechte vordere Lautsprecher allein von dem ß-Kanal. der linke hintere Lautsprecher von dem 4-Kanal minus dem in der Amplitude verminderten B-Kanal und der rechte hintere Lautsprecher von dem frKannl minus dem in der Amplitude" verminderten /^Kahal gespeist Werden, Die beiden rückwärligen Lautsprecher würden dann denselben Inhalt besitzen, äußer daß sie außer Phase zueinander sind. Obwohl die in Fig,8 dargestellte Anordnung Wahrscheinlich genau in dieser extremen Version" Hoch (lieht angewendet Worden istj gibt sie gut die Art und Weise wieder, in der die Trennungen zwischen den linken Vorderen und rechten vorderen LaülSprccherkanälcn durch ßcslimnuing Von geeighe··

ίο

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ten Ausgangspositionswinkeln der Dekodiereinrichtung in einem gewünschten Bereich vergrößert werden können.

Für stark entstellte Positionswinkel-Bestimmungen, wie beispielsweise in Fig. vorzugsweise ist eine gewisse Anpassung der Signalpegel angezeigt Beispielsweise reproduzieren die zwei rückwärtigen Lautsprecher in Fig. 8 die Information in der rückwärtigen Mitte, so daß die Lautstärke demgemäß etwas herabzusetzen ist oder ein Lautsprecher weggelassen werden sollte.

Trotzdem werden aber vorzugsweise die Lautsprecher in den vier Ecken eines Raums oder Studios angeordnet so daß sie bezüglich der Zuhörer links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten liegen; diese Anordnung wird vorzugsweise bei einem Vier-Richtungssystem mit Lautsprechern anwendbar, die in Positionen links, rechts, vorne und hinten oder in der Mitte dei ,jeweiligen Wand eines Tonraums oder Studios angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung entsprechen die Positionswinkel sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang der Lautsprecherstelle; die Positionswinkel betragen dann 0°, 90°, 180° und 270°. Die Kodierungsgleichungen für eine derartige Anordnung sind im Anhang in deii Gleichungen 21 und 22 wiedergegeben, während die Dekodierungsgleichungen in den Gleichungen 23 bis 26 wiedergegeben sind.

Die Trennung der Informationen benachbarter Lautsprecher in den Kodier- und Dekodierausführungsformen der F i g. 2 und 3 schafft allein das gewünschte Ergebnis, d. h. die Anordn jng ein r virtuellen Tonquelle an irgendeiner Stelle auf einem Kreis um einen Zuhörer herum. Um die Wirkung der gut lokalisierbaren Tonquellen weiter hervorzuheben, kann es wünschenswert sein, eine weilgehend unbegrenzte Trennung zwischen den Informationen benachbarter Lautsprecher für derartige gut lokalisierbare Töne zu schaffen. Dies kann auf verschiedenste Weise erreicht werden, wobei einige dieser Möglichkeiten in Verbindung mit der Erfindung besonders brauchbar sind und beispiel*- weise eine Verbesserung gegenüber der Grundausfünrung in den Fig. I bis 4 darstellen. Vier derartiger Verbesserungen sind in Verbindung mit den Fig. 9. 10. II und 12 beschrieben

In Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer vereinfachten Ausführungsform einer Verstärkungs-Regelungsschal· tung dargestellt, die die Verstärkung irgendeines Paares »diagonaler« Kanäle (d. h. links vorne und rechts hinten) bezüglich tier anderen Diagonalkanäle verändert. Hierbei wird unter Diagonalkanalen die Vereinigung der linken '.orderen und rechten hinteren Kanäle oder die Vereinigung der rechten vorderen und hinteren linken Kanäle verstanden, wie sie beispielsweise in F 1 p. I bestimmt sind.

Wenn ein vorgegebenes Eingangssignal in drei benachbarten Lautsprecherkanälen in maximaler Ver Stärkung in dem dem Fingangskanal entsprechenden Laiitsprecherkanal erscheint, kann die Richtungswirkung durch Verminderung der Verstärkung in den zwei Lautsprechern auf beiden Seiten des gewünschten Lautsprechers hervorgehoben werden. Bei der in F i g. I dargestellten Anordnung müssen diese zwei Lautsprecher immer die Lautsprecher eines diagonalen Kanal· paares sein. Es kann auch gezeigt werden, daß in Fällen, wo der absolute Wert des linken vorderen Signals gleich dem Absolutwert des rechten rückwärtigen Signals ist (d. h. die Wellenformen sind abgesehen von einer möglichen entgegengesetzten Polarität identisch), die Tonquelle entweder in dem rechten vorderen oder dem linken rückwärtigen Lautsprecher angeordnet sein sollte. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, sollte die Verstärkung für die rechten vorderen und die linken hinteren Signale ein Maximum bezüglich der Verstärkung für die linken vorderen oder rechten hinteren Signale betragen. Wenn entweder das rechte hintere oder das linke vordere Signal Null ist oder die Wellenformen rechts hinten und links vorne keine Beziehung zueinander haben, dann sollte die Tonquelle an dem linken vorderen oder rechten hinteren Lautsprecher angeordnet sein; in diesem Fall sollte die Verstärkung für die Signale rechts vorne und links hinten ein Minimum bezüglich der Verstärkung für die Signale links vorne und rechts hinten betragen.

Diese Erörterungen zeigen, daß die Trennung zwischen den Ausgängen der Fig. 1 (und damit die Richtcharakteristiken des Tonfrequenzausgangs) durch gleichzeitige Veränderung der Verstärkung in jedem Paar der beiden Diagonalausgänge alternativ zur Regelung der Verstärkung in jedem der einzelnen Kanäle unterstützt werden kann. Die Verstärkung in einem Diagonalkanalpaar kann auch durch eine entsprechende Abnahme der Verstärkung des anderen Diagonalpaars erreicht werden. Andererseits würde eine Verstärkungszunahme (beispielsweise), um die Richtcharakteristik eines Signals zu verbessern, in einem Raum eine Veränderung der gesamten Tonfrequenzausgungsleistung als Funktion der Richtung ergeben. Durch gleichzeitige Verringerung der Leistungsverstärkung in einem Diagonalkanalpaar (beispielsweise von 1 auf 0). während die Leistungsverstärkung in dem anderen Diagonalkanalpaar erhöht wird (beispielsweise von 1 auf 2), ist es möglich, die Gesamtleistung an den Lautsprechern konstant zu halten; die Trennung zwischen benachbarten Lautsprechern kann also ohne eine Änderung der gesamten Systemlautstärke vergrößert werden. Derartige Wirkungen werden mit der in Fig. 9 dargestellten Schaltung erreicht.

In Fig 9 ist der Ausgang der Dekodiereinrichtung links dargestellt. Die vier Signale LF. RR. RF und LR sind an die entsprechenden Regelverstärker WOLF. 110/?/?. 1 \0RF und WOLR angekoppelt, die die Signale zur Ansteuerung der vier Lautsprecher liefern. Die Kanäle links vorne und rechts hinten sind auch unmittelbar über Hochpaßfilter 1124 und 1125 an Absolutwertschaltungen 114Z-F und 114/?/? gekoppelt Die Absolutwertschaltungen 114 weisen Vollweggleichrichter auf. deren Ausgänge dieselbe Polarität besitzen. Diese Signale, die den Absolutwert der Signale links vorne und rechts hinten darstellen, werden entsprechen den logarithmischen Verstärkern 1164 und 116Ö zugeführt, deren Aufbau allgemein bekannt ist; die Ausgangsspannungen der Verstarker in dem verwende ten Signal Spannungsherde!! sind annähernd gleich dem Logarithmus der zugefühiten F.ingangsspannung Die Ausgänge dieser logarithmischen Verstärker 1164 und liöösinü an die negativen Ihw. pusitiven Eingänge eines Operationsverstärkers 118 gekoppelt, in dem die beiden Signale subfrahiert werdeil, wodurch das Ausgangssignal gleich

wird. Dieses Signal wird dann über eine weitere Absolutwertschaliuhg 120 und über ein einen Mittel·

wert bildendes Netzwerk 122 (sine Integrationsschaltung) einem Verstärkungs-Regelungsgenerator 123 zugeführt, der die Verstärkung der zwei Verstärkerpaare HOLF, UORR und IiORF, MOLR als Funktion des Ausgangssignals des Verstärkers 118 regelt

Wenn, wie bereits ausgeführt, die Absolutwerte der Signale links vorne und rechts hinten gleich sind, sollte die Verstärkung der Verstärker HOÄFund UOLR ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker 110LF und UORR ein Minimum betragen. Wenn diese Bedingung besteht, ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 118 Null und die Leistungsverstärkung der Verstärker UORF und UOLR ist ein Maximum (beispielsweise 2), während die Verstärkung der Verstärker I10LF und UORR ein Minimum ist (beispielsweise Null). Bei dem anderen Extrem, wo entweder das Signal rechts hinten oder links vorne gleich Null ist oder die Wellenformen rechts hinten und links vorne keine Beziehung zueinander haben, stellt das Ausgangssignal des Verstärkers 118 ein Maximum (theoretisch unendlich, aber in der Praxis auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 9 Volt, begrenzt) dar. Bei dieser Maximalspannung liefert der Verstärkungs-Regelungs-Generator 123 Ausgangsspannungen, die die Verstärkung der Verstärker HOZ-Fund UORR auf ein Maximum und die Verstärkung der Verstärker i\0RF und UOLR auf ein Minimum einstellen.

Für Zustände, die zwischen den vorbeschriebenen liegen, werden die Verstärkungen der entsprechenden Verstärkerpaare 110 von dem Generator 123 entsprechend geregelt. Es kann mathematisch gezeigt werden (beispielsweise bei einer in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform des Systems), daß die Kurve der geforderten Verstärkung als eine Funktion von log A - log B (dem Spannungsausgang des Verstärkers 118) sich einer Quadratwurzelkurve nähert, damit sich eine konstante akustische Gesamtausgangsleistung ergibt; die Verstärkungen in den entsprechenden Diagonalkanälen sind gleich, wenn das Amplitudenverhältnis der linken vorderen zu den rechten rückwärtigen (oder der rechten rückwärtigen zu den linke/t vorderen) Signalen ungefähr 2.4 ist und die Wellenformen dieselben sind. Die Gleichungen 27 und 28 im Anhang können zur Bestimmung der Amplitude der Verstärkungs-Regelungs-Spannungen des Generators 123 verwendet werden, wobei 7"die Zeitkonstante der einen Miuelwert bildenden Schaltung 122. K eine Konstante, t die Zeit. Vh die Z./--/?/?-RegeIungsspannung und V_?,die /?F/./?-Regelungsspannung ist.

Die Hochpaßfilter 1124 und 112ß sperren niederfrequente Signale, die sonst an den Eingängen tier Regel-Verstärker 110 erscheinen und möglicherweise die Verstärkercinjänge modulieren. Weiterhin hat es sich als zweckmäßig herausgestellt. Signale niedrigerer Frequenz im gesamten Frequenzband (6 db pro Oktave) zu unierdrücken. Die Filter 112,4 t.nd 112ßerfüllen auch diese Funktion

Die Filter 1174 und 117S besitzen Zeitkonstanten von 100 bis 1000 yszW, su daß ihre Ausgangssignale teilv/eise auf die Hüllkurve ihrer Eingangssignale und teilweise auf die Momentanwerte ansprechen, Jede Art des Ansprechens wird in verschiedenen Situationen bevorzugt, so daß die Filter 117Λ und 1175 einen Kompromiß darstellen. Die den Mittelwert bildende Schaltung 122 sollte auf Änderungen der Ausgangssignale des Verstärkers 118 ansprechen und zwar so schnell, daß das Öhr die Verzögerung nicht wahrnimmt, aber nicht so schnell, daß sie die wirkliche Wellenform zu dem Verstärker UO durchläßt. Für praktische Zwecke hat sich beispielsweise eine Verzögerung von 20 msek als ausreichend erwiesen.

Um die Wirkung der Verstärkungs-Regelungs-Schaltungen der Dekodiereinrichtungen zu stabilisieren, können auch die LF- und /?/?-SignaIe am Ausgang der Kodiereinrichtung (oder die linken und rechten Eingänge zu der Kodiereinrichtung) schwach gemischt werden, um Änderungen des LF/ßß-Signalverhältnisses auf ein Minimum herabzusetzen. Um umgekehrt zu verhindern, daß der Logarithmus dieses Verhältnisses auf Null zurückgeht, können konstante Phasendifferenzen zwischen den entsprechenden Signalen eingeführt werden, die den A- und fl-Kanälen an der Kodiereinrichtung zugeführt sind. Hierdurch wird die Wirkung der Verstärkungs-Regelung auf einen relativ schmalen Bereich begrenzt, so daß die Wirkung der Verstärkungs-Regelung an den Lautsprechern nicht hörbar ist. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, - ann eine derartige Mischung in Verhältnissen vorgenc Timen werden, durch die die Toncharakteristik nicht verändert wird. Wo eine extreme Kanaltrennung erforderlich ist, sollte dieses Verfahren nicht verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, gibt es viele verschiedene Wege, um die Verstärkung in den entsprechenden Kanälen zu regeln, um dadurch die gewünschte Richtungsverbesserung an den Lautsprechern zu schaffen. Die in Fig. 9 dargestellte und gerade beschriebene Ausführungsform stellt einen relativ preiswerten Weg zur Schaffung der gewünschten Verstärkung dar.

In Fig. 10 ist eine weitere Verstarkungs-Regelanordnung dargestellt, in der die >edem Lautsprecher zugeordnete Verstärkung durch eine Kombination einer auf den entsprechenden Lautsprechereingang geschalteten Verstärkungs-Regeleinheit und eines Regelspannungsgenerators bestimmt ist, dessen Ausgang an die Verstärkungs-Regeleinheit gekoppelt ist. Das Tonfrequenzsignal an jedem Dekodiererausgang geht durch die entsprechende Verstärkungs-Regeleinheit hindurch. Entsprechend dem Ausgangssignal an dem Regelspannungsgenerator wird dann das Signal in der Verstärkungs-Regeleinheit entweder verstärkt oder gedämpft. Wenn das Ausgangssignal des Regelspanriungsgenerators einen Maximalwert besitzt, dann stellt auch das Ausgangssignal der Spannungs-Regeleinheit ein Maximum dar und umgekehrt.

Die Verstärkungs-Regeleinheiten 203 und 204 werden dann von einer von dem Regelspannungsgenerator 210 erzeugten Ausgangsspannung V gesteuert. Die Verstarkungs-Regeleinheiten 208 und 216 werden von einer von dem Regelsp^nnungsgenerator 212 erzeugten ^U5,".ar gsspannung Vj gesteuert. Die einzelnen Regelspannungsgeneratoren können auch jeweils an jede Verstärkiings-Re^tleinheit gekoppelt sein

Die Ausdrücke entsprechend den Gleichungen für jede der Regel'.pannungen Vi und Vj sind durch die Ausbildung der verschiedenen Regelspannungsgenera toren. die diese Ausdrücke erzeugen, ebenso wie durch die spezifische Phase, Wellenform und die Pegelkommandos vorgeschrieben, die in den Originalsignalen A Und B vorhanden sind, welche die entsprechenden Lautsprecher aktivieren.

Beispielsweise muß für eine bestimmte akustische Wiedergabe die zu den Lautsprechern 31 und 34 gehörende Verstärkung zunehmen, wenn das Verhältnis der Intensitätspegel der Signale g\ und gt, von Lins abweichen oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen, Um dies zu erreichen, kann die den

Verstäfkungs-Regelungselementen 203 und 204 zugeführte Regelspannung V₁ durch eine der verschiedenen Ausdrücke dargestellt werden.

Die Spannung Vt kann dem Durchschnittsabsolutwert des Logarithmus des Quotienten der Absolutwerte von g\ und g4 proportional sein. Andererseits kann die Spannung V\ dem Durchschnittsabsolutwert des Logarithmus des Quotienten der Summe und Differenz aus den Absolutwerten von g\ und gt proportional sein. Drittens kann die Spannung Vi dem Durchschnittswert des Quotienten aus der Summe und Differenz der Absolutwerte von g, und g* proportional sein. Die Gleichungen 29 bis 31 im Anhang stellen solche Ausdrücke für V\ dar. Zusätzlich hierzu oder in Verbindung hiermit können ähnliche Ausdrücke verwendet werden, in die die Einhüllende von g\ und gt für die Momentansignale eingesetzt werden.

Die den Lautsprechern 32 und 33 zugeführte Leistung muß offensichtlich komplementär zu der den Lautsprechern 31 und 34 zugeführten Leistung verändert werden, so daß die Spannung Vi des Regelspannungsgenerators 212 proportional einer Konstanten minus dem Ausdruck für die Spannung Vi ist. Die Regelspannung V, nimmt zu, wenn der entweder zu den Signalen g\ oder zu den Signalen g_i gehörende Lautstärkepegel stärker bezüglich des anderen wird, oder wenn ihre Wellenformen ungleich zunehmen.

Andererseits nimmt die Leistung der Lautsprecher 32 und 33 zu. wenn das Verhältnis der Intensitätspegel jedes der Signale g\ und gA sich Eins nähert, und wenn ihre Wellenformen gleich werden.

Die Konstruktion der Regelspannungsgeneratoren 210 und 212 basiert auf bekannten elektronischen Analogrechner-Schaltungen für die Regelspannungen. Um beispielsweise die Lautstärke-Pegelunterschiede festzustellen, sind Schaltungseinrichtungen zur Aufrechterhaltung des logarithmischen Verhältnisses der Intensitätspegel der Signale A und B erforderlich.

In den Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Verstärkung- Regelungssystems dargestellt, in dem lnlrascnallregeiungstone den A- und ö-K.anäien zur Steuerung der Verstärkung der zwei Diagonal-Kanalpaare der Dekodiereinrichtung 20 eingeprägt sind. Die Mikrophone, Lautsprecher, die Kodier- und Dekodiereinrichtung erfüllen dieselbe Funktion wie vorher beschrieben und werden daher im Zusammenhang mit der Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform nicht mehr beschrieben.

Um das Verständnis dieser Ausführungsform zu erleichtern, ist es zweckmäßig, sich auf die Leistungsverhältnisse und nicht wie vorher auf die Spannungsverhältnisse zu beziehen. Die Leistung, die von einem gegebenen Signal ableitbar ist, ist direkt proportional dem Quadrat der Spannungsamplitude dieses Signals.

Die Signal-Aufnahmeeinrichtung ist in F i g. 11 dargestellt Die Ausgangsspannungen der Mikrophone IRF und 2LF rechts vorne und links hinten werden erfaßt und an eine Leistungs-Summierschaltung 130 gekoppelt, während eine ähnliche Leistungs-Summierschaltung 131 die Ausgangsspannungen der Mikrophone 2LFund IRR summiert Diese zwei Leistungs-Summierschaltungen sind Einrichtungen, die der Gesamtleistung, die von den zugeführten Eingangsspannungen ableitbar ist direkt proportionale Ausgangsspannungen erzeugen. Diese Ausgangsspannungen können dann in einer weiteren Summierschaltung 132 summiert werden, deren Ausgangsspannung dann proportional der Gesamtleistung in den vier Eingangskanälen ist.

Die Ausgänge der Summierschallungen 130 und 132 werden an eine Verhältnisschaltung 134 gekoppelt, die ihrerseits entsprechende A- und ß-Modulatoren 136 und 138 steuert, um einen 20-Hz-(oder einen anderen InfraschalI-)Ton des Oszillators 140 zu modulieren. Die Verhältnisschaltung 134 besteht aus einer Anzahl bekannter Schaltungen und kann beispielsweise eine Ausgangsgleichspannung mit einer Amplitude erzeugen. die dem Verhältnis der zugeführten Eingangsspannungen proportional ist.

Die Modulatoren 136 und 138 können den 20-Hz-Ton des Oszillators 140 mit einem vorbestimmten Pegel amplitudenmodulieren, der von der Größe der zugeführten Regelungsspannung der Verhältnisschaltung 134 abhängt. Wenn der 4-ModuIator 136 einen Ton zunehmender Amplitude liefert, dann sollte der ß-Modulator 138 einen Ton mit proportional dazu abnehmender Amplitude liefern. Diese modulierten

2ö Töne wer&en dann zu den A- und ß-Ausgängen der (Codiereinrichtung 18 zu Signalen addiert, die auf dem Zweikanal-Übertragungsweg übertragen und die in dem speziellen Ausführungsbeispiel mit A' und B' bezeichnet sind.

Der Wiedergabeteil des Systems ist in Fig. 12 dargestellt. Zwei Hochpaßfilter 142 und 144 sind zur Trennung der Tonfrequenz-Steuerungstöne aus den A- und Ö-Tonfrequenz-Signalen in den A'- und ß'-Kanälen verwendet. Diese A- und ß-Kanäle der Filter 142 und 144 sind an den Dekodierer 22 gekoppelt, um die vier vorbeschriebenen Ausgangskanäle zu schaffen.

Die Tonfrequenz-Steuerungstöne der Filter 142 und 144 sind an einen Verstärkungs-Regelungsgenerator 146 geschaltet, der die Verstärkung der Regel-Verstärker 148ΛΛ. USRF, 148LF und USLR regelt, um die Verstärkung eines Diagonal-Kanalpaars zu erhöhen, während die Verstärkung des anderen Diagonal-Kanalpaars entsprechend abnimmt. Aus der vorhergehenden Besprechung der Fig. 11 folgt,daß die Amplituden der Steuerungstöne jeweils gleich der gewünschten Leistung in den einsprechenden Diagunai-EingaiigaNaiiälen. geteilt durch die Gesamtleistung in dem System, sind. Jedes dieser Signale ändert sich von einem Wert Null auf Eins und ihre Summe soll immer gleich Eins sein. Da die gewünschten Leistungsverhältnisse (d. h. die Leistungsverhältnisse an den Mikrophonen) direkt in den Steuerungston-Signalen dargestellt werden, kann der Verstärkungs-Regelungsgenerator 146 auf einfache Weise diese bekannten Verhältnisse benutzen, uf die Verstärkung der Verstärker USRR, 148LFund 148ZJ?. USRFzu regeln und um dieselben Verhältnisse an den Ausgängen der Verstärker 148 wieder zu erzeugen. Hierdurch werden notwendigerweise die gewünschten Signale unterstützt, während die Signale, die nicht in den entspechenden Kanälen vorhanden sind, unterdrückt werden. Die Gesamtleistung verändert sich auch nicht aufgrund von Richtungsänderungen. Der Generator 146 dient auch als Normiereinrichtung, um die Gesamtverstärkung der yier Kanäle zu erhalten, so daß die Summe der Leistung in den entsprechenden Kanälen gleichmäßig auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Bei den beschriebenen Mehrrichtungs-Tonsystemep bleiben die Wiedergabegüte, das Frequenzverhalten oder andere Eigenschaften der Tonfrequenz-Informa-

tion voll erhalten. Auch ist eine Sendung, Übertragung oder Aufnahme auf nur zwei herkömmlichen Stereokanälen möglich. In der Praxis können wirtschaftliche Transistorschaltungen für die teuren Operationsverstär-

kcr-Bauleile eingesetzt werden; auch den Widerständen· kann mehr Toleranz in ihren Werten eingeräumt werden* als dies in der Beschreibung angegeben ist.

Sorgfältiger ausgearbeitete Verstärkuhgs-Regeluiigssysteme können Analyseschaltungen verwenden, die den ',/.«beschriebenen ähnlich sind, die aber zwei- oder dreimal vorhanden sind, so daß jede Analyseschaltung zur Analyse eines anderen Frequenzbarides innerhalb des gesamten Tonfreqliehzbdndes des Systems dienen könnte.

Es sind auch Verstärkungs-Regelungen zur Einstellung des vorderen zu dem rückwärtigen Leistungsverhältnisses (anstelle des Diagonalpaar-Leistungsverhällnisses) verwendbar. Eine derartige Einstellung kann auf der Grundlage durchgeführt werden, daß Ungleichmäßigkeilen zwischen der vorderen und rückwärtigen

a = arc lan y'y* 4- z²/.v

■" ' 6¹

Leistungsverhältnisse zu denen der Eingangssignale wieder herzustellen.

Bisher ist eingehend die Kodierung und Dekodierung der Tonrichtung in einer Ebene (360°) beschrieben worden. Dies wurde durch Festsetzen der Amplituden- und Phasenfunktionen für die Eingangs-Übertragungsünd Ausgangskanäle durchgeführt. Hierbei waren die Phasenbeziehungen auf zwei Werte 0" und 180° begrenzt, die manchmal als positive und negative Polaritäten ausgedrückt waren.

Gemäß der Erfindung brauchen die Phasenbeziehungen r -eht auf diese zwei Werte beschränkt zu sein und es können in der Praxis durchaus auch andere Phasenbeziehungen als 0° und 180° verwendet werden. Dies wird mit Hilfe von Phasenänderungseinrichtungen großer Bandbreite durchgeführt. Durch Ausnutzen von Phasenverschiebungen von 0° und 180° können die gemäß der Erfindung kodierten Richtungswinkel zu einem dreidimensionalen Raum ausgebaut werden. Zusätzlich zu den Richtungen links, rechts, vorne und hinten können noch die Richtungen oben und unten sowie Zusammensetzungen aus diesen Richtungen kodiert werden.

Da die vorbeschriebene Beziehung zur Trennung zwischen den Kanälen als Funktion der Differenz zwischen den Richtungswinkeln auch für die dreidimensionale Raumkodierung gültig ist, kann im allgemeinen eine größere Trennung durch Ausnutzen der dritten Dimension erreicht werden. Dies wird verständlich, wenn man bedenkt, daß die maximale gegenseitige Winkeltrennung von vier Punkten in einer Ebene 90^c beträgt, während die maximale gegenseitige Trennung von vier Punkten im dreidimensionalen (kugelförmigen) Raum 109.5° beträgt.

Der Systemausbau gemäß der Erfindung auf drei Dimensionen wird in Verbindung mit den F i g^ 13 bis 16 verständlich.

Eine sphärische Winkelposition kann durch einen Einheitsraumvektor (rechts, vorne, oben) mit Koordinaten (x,y, z) bestimmt werden, wobei

16c² + / + z² = a

konstant ist. Zur Kodierung und Dekodierung wird mit

α der Winkel für die Amplitudenbestimmung, und

mit
β der Winkel für die Phasenbestimmung

bezeichnet. In dem oben angeführten Koordinatensystem ist dann:

// = arc cos x/V'x² + y² + z¹
ft = arc tan zjy = aresin z/ Vy² + 2²

Die Gleichungen 32 und 33 des Anhangs geben die Beziehungen wieder, um ein Signal i„ mit der zugeordneten, sphärischen Winkelposition zu kodieren, wie durch Koordinaten (.X_n, y„, Z_n^oder durch die Winkel « und β definiert ist, wobei A und B die zwei Informationskanäle sind. Die Beziehungen, um ein »dekodiertes« Ausgangssignal g„ herzuleiten, sind durch Gleichung 34 wiedergegeben. Die Werte für β liegen in dem Bereich von 0° bis ±90°. Die Sinus- und

wie vorher in Verbindung mit den Gleichungen 1, 2 und 3 ausgeführt ist. Der Wert für « = 270° stellt wegen der

Vorzeichen-(Polaritäts)-Änderung von A und B einen Unstetigkeitspunkt dar.

Zur Verdeutlichung des Systems stellt man sich eine Ebene gleicher Phase vor, die durch die in F i g. 13 nicht eigens dargestellte X-Achse hindurchgeht (d.h.

α = Null-Achse oder A-B-Achse). Zu Beginn liegt die Ebene gleicher Phase in der Null-Phasenposition (die als Horizontale dargestellt ist) einschließlich der in Fi g. 13 nicht dargestellten Z-Achse.

Als erster Schritt wird zur Verdeutlichung der Kodierung die Ebene gleicher Phase gedreht, die den dem in Frage stehenden Signal f„ zugeordneten Richtungs- oder Raumvektor enthält. Dies wird durch Drehen der Ebene in dem Bereich von ± 90°, ausgehend von der ursprünglichen NulI-Phasen-(oder Horizontal)-Position erreicht. Die Drehung der Ebene gleicher Phase auf der Null-Phasensposition wird zur Bestimmung des Phasenwinkels β der oben angeführten Kodierungsgleichungen 32,33 und 34 durchgeführt.
Als zweiter Schritt wird die Bestimmung des Winkels α (die Amplitudenbestimmung) vorgenommen, wobei der Winkel in der Ebene gleicher Phase des Raumvektors liegt, der in Gegenuhrzeigerrichtung von der positiven A"-Achse aus (a = 0) gemessen wird. In der Ebene gleicher Phase werden die Amplitudenkoeffizienten (Sinus- und Cosinus-α) und die Vorzeichen genau wie für die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele bestimmt. Derselbe Winkel, der in den früheren Ausführungsbeispielen mit χ bezeichnet ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel mit α bezeichnet, um eine Verwechslung mit den rechtwinkeligen Koordinaten zu vermeiden.

Um die jedem einzelnen Signal f„ zugeordnete Winkelposition zu kodieren, wird das Signal über ein Dämpfungsglied (oder eine andere Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) dem Informationskanal A zugeführt, so daß die normierte Verstärkung des Dämpfungsgliedes dem numerischen Wert des Sinus des halben Winkels K_n proportional ist. Das Signal wird dem Informationskanal B über ein Dämpfungsglied zugeführt, so daß die normierte Verstärkung des (B)-Dämpfungsgliedes proportional dem numerischen Wert des Cosinus des halben Winkels α ist. Die Vorzeichen (Polaritäten) für beide Signale werden wie vorbeschrieben bestimmt- Die Komponenten der den beiden Informationskanälen A und ßüber die zwei Dämpfungsglieder zugeführten Signale f„ sind relativ zueinander um einen Betrag phasenverschoben, der gleich dem Wen β ist (siehe Anhang). In den Kodierungsgleichun-

gen 32, 33 wird der Wert +ß/2 dem Kanal Λ und der Wert -ß/2 dem Kanal B zugeführt. Um die Kodierung zu korrigieren, ist die Phasenverschiebung A minus die Phasenverschiebung B gleich ß. In ähnlicher Weise wird die Kodierung korrigiert, wenn das Verhältnis der Verstärkungen der zur Zuführung des Signals zu den kanälen A bzw. B verwendeten Dämpfungsglieder zahlenmäßig etwa gleich dem numerischen Wert des Tangens des halben Winkels α isu

F.ine Einrichtung zur Kodierung von η Signalen in zwei Informationskanälen ist in Fig. 17 dargestellt. Einrichtungen zur Erzeugung einer konstanten Phasen verschiebung (oder Phasendifferenz), unabhängig von der Frequenz über eine angemessene Bandbreite, sind bekannt (siehe Electronic Destgn, Band 18,1. September 1970, Seiten 62 bis 66).

Um die kodierte (Winkclpositions)-Information wiederzugewinnen (zu dekodieren), wird eine Anzahl dekodierter Ausgangskanäle (üblicherweise vier) durch Zuordnen eines ausgewählten Werts zu cc und β für jedes gewünschte Ausgangssignal g„ und durch Wiedervereinigen der »kodierten« Signale in den zwei Informationskanälen A und ßmit einer Phasendifferenz und einem Verstärkungsverhältnis eingestellt, das die vorgeschriebenen Werte von α und β für jedes dekodierte Ausgangssignal kennzeichnet.

Jedes dekodierte Ausgangssignal wird durch Vereinigen der »kodierten«, zusammengesetzten Signale in den zwei Informationskanälen abgeleitet, so daß die von dem Kanal A abgeleitete Komponente durch ein Dämpfungsglied (oder eine andere Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung) abgeleitet wird, so daß die normierte Dämpfung des Dämpfungsgliedes proportional zu dem Sinus des halben Winkels cc ist, der für den speziellen Ausgang vorgeschrieben ist, während die vom Kanal B abgeleitete Komponente durch ein weiteres Dämpfungsglied derart abgeleitet wird, daß die normierte Dämpfung des Dämpfungsgliedes oder die Einrichtung mit einstellbarer Verstärkung proportional dem Cosinus desselben halben Winkels α ist, der für den cno^iAllen Δ itcirontr \/rvrnre«.v*Kri(»K<in ICt .,,— -. . o—-o — ο

Für jedes spezielle, dekodierte Ausgangssignal wird eine relative Phasendifferenz, die gleich dem Wert von β für das spezielle Ausgangssignal ist, den Komponenten der »kodierten«, zusammengesetzten Signale A und B zugeordnet, die durch die Dämpfungsglieder abgeleitet sind, die zusammengefaßt sind, um das einzelne, dekodierte Ausgangssignal g„ zu erzeugen.

Jedes Eingangssignal f„ erscheint mit Maximalstärke wieder in dem Ausgangskanal, dessen vorbestimmte Werte von cc und β am nächsten dem einzelnen Eingangssignal kommen; mit abnehmender Stärke in **den Ausgangskanälen unterscheidet sich die sphärische Winkelposition zunehmend von der Stärke in dem einzelnen Eingangssignal; auch unterscheidet sich nicht in jedem Ausgangssignal die sphärische Winkelposition um 180°. Die Pegelverringerung für ein Eingangssignal, das bei einer sphärischen Winkelposition kodiert und bei einer anderen sphärischen Winkelposition dekodiert ist, stellt eine Möglichkeit der Trennung für das Kodierungs-Dekodierungs-System dar und besitzt die Form der Gleichung 18, in der dx der sphärische Winkel zwischen den Kodierungs- und Dekodierungsvektoren ist; dieser sphärische Winkel ist mittels der sphärischen Trigonometrie in Ausdrücken mit a. und β -nder die rechtwinkeligen Koordinaten durch Umrechnen in sphärische Koordinaten ausdrückbar.

Die Gleichung 34 im Anhang beschreibt den Öekodierungsvorgang. Wie bei der Kodierung ist auch hier das Verstärkungsverhältnis (lan ä/2) und die Phasendifferenz wesentlich für die Dekodierungskorreklur. Wird β gleich Null gesetzt, dann wird die Kodierung und die Dekodierung durch die früheren Gleichungen 1,2 und 3 bestimmt (wobei α anstelle von χ gesetzt ist).

Eine Einrichtung zur Dekodierung von η Signalen ist iri Fig. 18dargestellt.

ίο Wenn eine größere Kanal-Trennung zwischen einem bestimmten Paar von Ausgangssignalen erforderlich ist und eine geringere Kanal-Trennung zwischen einem anderen Paar von Ausgangssignalen zugelassen werden kann, dann können zur Kodierung und/oder Dekodierung Koordinaten verwendet werden (<x und β oder v, > und z), die auf einem ungleichen Abstand /wischen der Raumvektoren der Eingangs- oder Ausgangssignale Basieren. Die fCariai-Treiiiiung zwischen einem Paar vuii Signalen kann bei einem relativ großen Winkelabstand auf Kosten eines relativ kleinen Winkelabstandes (und geringerer Kanal-Trennung) für ein anderes Paar oder andere Paare auf ein Maximum eingestellt werden. Beispielsweise kann in Vier·Kanal-Tonsystemen die Kanal-Trennung an der Vorderseite (zwischen dem vorderen Paar) auf Kosten der Kanal-Trennung an der Rückseite, oder teilweise auf Kosten der Kanal-Trennung an der Rückseite und teilweise auf Kosten der Kanal-Trennung vorne und hinten vergrößert werden; oder es kann eine vordere Kanal-Trennung und eine Kanal-Trennung vorne-hinten an der linken und der rechten Seite insgesamt auf Kosten einer rückwärtigen Kanal-Trennung etc. vergrößert werden.

Ein Maximalabstand von 180° zwischen einem Paar von Signalen ergibt eine Kanal-Trennung Unendlich für dieses Paar (Gleichung 18). In einem Vier-Kanal-Kodierungs-Dekodierungssystem können zwei von sechs Ausgangssignalpaaren (1, 2; 1, 3; 1, 4; 2, 3; 2, 4; 3, 4;) diese 180°-Beziehung (eine Kanal-Trennung Unendlich) besitzen.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 13 ist pin Wiirfpl HarcpQtpllt Hpr nie Rp7iiacrnhmpn für pin

- ο- ο

rechtwinkliges Koordinatensystem dient. Der Würfel kann, wie üblich, als Annäherung an einen Raum betrachtet werden, in dem die Tonfrequenzinformation für einen oder mehrere Zuhörer abspielbar ist. Andererseits kann der Würfel als ein Raum oder eine Halle betrachtet werden, in dem eine Aufzeichnung durchgeführt wird. In diesem Fall sind die Horizontalpositionen links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten mit LF. RF. LR und RR bezeichnet. Die Null-Phasenebene ist bei 513 dargestellt und mit β gleich Null bezeichnet Ausgangskanäle (oder Eingangskanäle) können irgendeiner gewünschten Richtung in dem Koordinatensystem mit dem Mittelpunkt 512 zugeordnet werden.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Eingang /1 oder der Ausgang g\ der Gleichungen 35 bis 40 durch einen Pfeil 517 gekennzeichnet In ähnlicher Weise werden die Signale f₂ oder gi durch einen Pfeil 519 dargestellt Die Einheitsvektoren 517 und 519 enden auf einem Bezugskreis 515.

Eine zweite Phasenebene 521 stellt eine Phase von 54,75° dar; sie ist in einem Bezugskreis 523 einbeschrieben.

Eine dritte Phasenebene 525 bezeichnet eine Phase von —54,75°; sie ist in einem Bezugskreis 527 einbeschrieben.

Der Eingang /3 oder der Ausgang gi der Gleichungen

35 bis 40 wird durch einen Pfeil 529 dargestellt, während der Eingang t\ oder der Ausgang g\ durch einen Pfeil 531 dargestellt ist. Zu beachten ist, daß λ für beide Pfeile 529 und 531 nominell 270° beträgt, h beliebig in dem dritten Quadranten und /J beliebig in dem vierten Quadranten angeordnet ist.

Aus Fig. 13 ist zu entnehmen, daß die Spitzen der Pfeile 517,519,529 und 531 die Spitzen eines regulären (nicht dargestellten) Tetraeders darstellen. Jeder der Pfeile ist dann von jedem der anderen drei Pfeile räumlich gleich weil entfernt und die Abstände zwischen den in Fig. 13 dargestellten Kanälen sind gleich.

Auch liegt keiner der Kanäle genau gegenüber einem anderen Kanal, was zur Folge hat. daß, wenn nur einer der Kanäle aktiviert wird, die sich aus der Mischung in dem Gesamtsystem ergebende Störleistung gleichmäßig auf die drei nicht aktivierten Kanäle verteilt win! Die Signalamplitude in dem anderen Kanal als dem aktivierten ist dann gleich der Quadratwurzel eines Drittels der Amplitude in dem aktivierten Kanal.

Die Mikrophon- oder Lautsprecheranordnung braucht im allgemeinen nicht mit der in Fig. 13 dargestellten übereinzustimmen, sondern auch ohne eine derartige Übereinstimmung können, wie vorher erläutert ist, die Vorteile des Systems ausgenutzt werden. Es sollte jedoch beachtet werden, daß bei einer herkömmlichen Stereowiedergabe der linke oder Α-Kanal bei α= 180° und der rechte oder ß-Kanal bei ct = 0° in F i g. 13 und den folgenden Figuren angeordnet ist. In ähnlicher Weise sollte eine herkömmliche einkanalige Wiedergabe einer Richtung von « = 90°, /3 = 0° entsprechen (was in Fig. 13 durch den Buchstaben Fmarkiert ist).

In den Fig. 14 und 15 ist eine Abänderung des Systems dargestellt, wobei nur Phasen von +45° und -45° verwendet sind. Die Phasenebene 533 ist unter + 45° ausgerichtet und enthält einen Bezugskreis 535. Die Null-Phasenebene 513 und der Null-Phasen-Bezugskreis 515 sind zur Verdeutlichung der Neigung der 3e2'j"sebene 533 dargestellt. Ein Pf?i! 537 y>p?pirhnpt eine dem Signal f\ oder g\ in den Gleichungen 41 bis 46 entsprechende Position, während ein Pfeil 539 das Signal h oder gs kennzeichnet In Fig. 15 ist eine Phasenebene 545 und ein Bezugskreis 547 für eine Phase von —45" dargestellt Ein Pfeil 551 bezeichnet ein Signal h oder g2 der Gleichungen 41 bis 45, während ein Pfeil 549 ein Signal A oder gt, kennzeichnet.

Auch in Fig. 16 sind Pfeile 537, 539, 549 und 551 dargestellt, während die 45°-Phasenebenen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit weggelassen sind. Die Pfeilspitzen sind durch Linien miteinander verbunden, die hierdurch die Kanten eines regulären Tetraeders 553 bilden. Zu beachten ist, daß die Pfeile in Fig. 16 die Seitenkanten bzw. Ecken eines regulären Tetraeders darstellen, daß die in Fig. 16 nicht eigens dargestellte Z-Achse als Nullachse um 45° relativ gegenüber dem regulären Tetraeder gedreht ist, das durch die Pfeile in Fig. 13 bestimmt ist Was zu dem in Fig. 13 dargestellten System erläutert worden ist, gilt auch für das in F i g. 16 dargestellte System.

Aus der regulären Tetraederform ergeben sich für die Systeme gemäß der Erfindung gewisse Vorteile; die Regelmäßigkeit des Tetraeders ist aber nicht wesentlich! Beispielsweise können in Fig. 14 die Winkel für et geändert werden, wie sie durch die Pfeile 541 und 543 angezeigt sind, die Signale f\ oder g\ bzw. h oder gi in den Gleichungen 47 bis 52 darstellen. Gegenüber den vorbeschriebenen Systemen nimmt hierdurch dann die Trennung zwischen den linken und rechten Kanälen zu, während sie für die vorderen und rückwärtigen Kanäle abnimmt. Selbstverständlich sollten dann auc^ die Pfeile in der —45°-Phasenebene entsprechend einander angenähert werden (dies ist zur Vereinfachung in Fig. 15 weggelassen).

In der Anzahl der Eingänge /"oder der Ausgänge g besteht keine Beschränkung, allerdings ist die Zahl 4

ic üblich, da dann die Ausgangslautsprecher ih den Ecken eines Raumes angeordnet werden können: ebenso entspricht es einer bei der Kodierung üblichen Kanalanzahl.

In F i g. 17 ist in schematischer Form eine als Kodierer gemäß einer der verschiedenen Ausführungsformen des dreidimensionalen, vorbeschriebenen Systems verwendbare Einrichtung dargestellt. In Fig. 17 werden Eirigangssigriaie /j und /j und weitere Signale in gewünschter Anzahl der Kodiereinrichtung zugeführt.

Das Eingangssignal f\ wird jedem der beiden Breitbandphasenschieber 561 und 563 zugeführt. Die Phasenschieber können entweder eine fest eingestellte Phasenver Schiebung oder eine einstellbare Phasenverschiebung aufweisen. Beispielsweise kann das in Fig. 16 dargestellte und den Gleichungen 41 bis 45 entsprechende System einen +22,5°-Phasenschieber 561 und einen -22,5°-Phasenschieber 563 für das Eingangssignal f, verwenden.

In dem dreidimensionalen System werden Dämpfungsglieder 565 und 567 verwendet, die den in Verbindung mit zweidimensionalen Systemen beschriebenen Dämpfungsgliedern ähnlich sind. Die Dämpfungsglieder enthalten gegebenenfalls einen Verstärker und ermöglichen eine Selektion der gewünschten Polarität für das Signal.

Eine ähnliche Einrichtung ist für das Eingangssignal /j und für weitere in gewünschter Anzahl mögliche Eingangssignale vorgesehen. Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 565 sind zusammengefaßt, um ein Λ-Ausgangssignal an der Kodiereinrichtung auszubilden,

währpnH Hip Δπςσαησρ Hpr nämnfiinorcoliprlpr 5fi7 - - ο ο · - - r ■ ο ο - - -

zusammengefaßt sind, um ein ß-Ausgangssigna! an der Kodiereinrichtung auszubilden.
In Fig. 18 ist in schematischer Form eine Dekodiereinrichtung für dreidimensionale, vorbeschriebene Systeme dargestellt. Die Kanäle A bzw. B werden den Phasenschiebern 569 und 571 in der Schaltung für das Ausgangssignal g\ zugeleitet. Die Phasenschieber sind den vorbeschriebenen ähnlich und können eine fest eingestellte oder eine einstellbare Phasenverschiebung besitzen, die einem der vorbeschriebenen Systeme entspricht Die Schaltung für das Ausgangssignal g\ weist ebenfalls Dämpfungsglieder 573 und 575 für den A- oder den ß-Kanal auf. Diese entsprechen in ihrer Funktion den vorbeschriebenen Dämpfungsgliedern in den zweidimensionalen Systemen.

Die Ausgänge der Dämpfungsglieder 573 und 575 sind zusammengefaßt, um ein dekodiertes Ausgangssignal g\ auszubilden. Die Dämpfungsglieder 573 und 575 enthalten Verstärker und ermöglichen die Auswahl der gewünschten Polarität des Ausgangssignals.

Die Schaltungen für die Ausgänge g-i und zusätzliche Ausgänge bis g„ sind den in Verbindung mit dem Ausgang g\ beschriebenen ähnlich.

A = /i sin x,/2 + /, sin x₂ß ... + /„ sin .v„/2 (1) B = J₁ cos Xj/2+ fzcosxiß... +f„cosx„ß (2)

Sn =	A sin .xv/2 + B cos .v„/2
R\ =	R9
Rl =	sin it
R3 =	R9
. Xi sin -γ
R9

(3) g\=A

(4) ^{g2 = B}

30

(5)

(6) g3 = 0,707 A + 0,707 B
g4 = 0,707 A - 0,707 B

10 log

t-T

LF RR

di

sin -^

,5 ^=K Λ

R4 = ^

Π -r sin ^- + sin ^ + sin γ - sin γ

log

LF RR

di

sin '-—

V₁ = K

log -^-

A¹L

,7, (8)

cos ^¹

i? 11

COS :r~

	G	j —	G4
G,	G	j ■+-	C4
G1	+	G4

(10)

25 Κ = X VJ₁ "Γ U₄

A = /j sin α,/2 ■$ A/2 + /₂ sin α_2
ä ■··+/„ sin _Λ Jl <C A/2

B =/ii

=lg,h G₄=Ig₄I (29)

+/,cos»,/2 ^: -A/2

R8 = ^ —

M + cosy + cosy+cosy-cos yji?12 J' _gn = .,[ _si_{n Λ|ΐ/}2 4 - /i/2 + ß cos«„/2 Jf. ß/2 (34)

/1 = 0,953/, Jfi 0° + 0,303/₂ ^: 0°

-COSy

(11)

40

/1 = 0.9239/, + 0.3827/₂ + 0,9239 f₃ + 0,3827 /₄

(12)

ß = 0.3827/, + 0.9239/₂ - 0,3827/₃ + 0,9239/₄

(13) gl = 0.9239/1 + 0.3827 B (14)

g2 = 0.3827 A + 0.9239 B (15)

g3 = 0.9239/4 - 0,3827 B (16)

+ 0,707 /, Jn 27V - 0,707/₄ * - 27³/₈'

(35) B = 0,303/, -* 0° + 0,953/₂ $ 0°

- 0,707/3 * -27V + 0,707/₄ * 27V

(36) g, = 0.953 /1 <* 0" + 0,303 B^O" (37)

g₂ = 0,303 /1 <i 0" + 0,953 B <£ 0° (38)

g₃ = 0,707 /1 * - 27% - 0.707 B ·* 27 V (39)

g4 = - 0,3827 A + 0.9239 B S_dB = 20 log,₀ cos -

(17) g4 = - 0,707 A * 27V + 0,707 ß £ - 27V (40)

" A= 0,888/, <* 22V₂" + 0,460 J₂ * -22V₂" ^- (18)

² + 0,888/₃ * 22¹Z₂" - 0,460/₄ $ -22V/

A = 0,9659/, + 0,2588/₂ + 0,8660/₃ - 0,5000/₄ (41)

(19) ⁶⁰ β = 0,460/, Jf. -11%° + 0,888/₂ £ 22'/₂°

B = 0,2588/, + 0,9659/₂ - 0,5000/₃ + 0,8660/₄ "* 0,460/₃ $ -22¹I₁" + 0,888 /₄ «

A =/, +0,707/, + 0,707 /₄ ß=/₂ + 0,707/,-0,707/4

(20) (2I]

(22)

65

= 0,888 A <fc -22^f/₂* + Ö.460Ö ■$;
= 0,460 A «j: 22'/i^e + 0,888 ö ^: -

31 32

g₃ = 0,888 A Jf -22V₂° - 0,460 B * 22'/₂° (45) g, = 0,9244 * -22>/₂° + 0,383 B * 22'/₂° (49)

g₊ = -0,4604 £22^l/,° + 0,888B $ -22¹A" (46)

g₂ = 0,383 4 <£ 22¹A" + 0,924 B ■$. -22'/-.° (50) 4 = 0,924/, 4: 22^l/₂° + 0,383/, ^: -22^l/₂° 5

+ 0,924/3 * 22V₂° - 0,383/₄ ^: -22V₂ ¹ _gi = 0,924 4 ^; -22^l/₂° - 0,383 B * 22^l/₂" (51)

(47)

B = 0,383/, * -22'/,° + 0,924/, ^: 22^l/₂° _I0 g, = - 0,3834 * 22^l/₂° + 0,924 B * -22'/₂ ^ΰ (52)

- 0,383 /, ^: -22^l/₂° + 0,924 /₊ ^ 22'/₂'

(48) S_dB = 20 log,₀ cos 54^J/₄° = 4,77 dB (53)

Hierzu ') Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mehrrichtungs-Tonsystem, in welchem wenigstens drei gerichtete Komponenten eines Eingangstonsignal in einem A- und einem Ö-Kanal kodiert und Obertragen werden und die übertragenen Signale derart dekodiert werden, daß ein Ausgangstonsignal mit wenigstens vier gerichteten, mit den Eingangssignalkomponenten verknüpften Komponenten aus den A- und B- Kanälen wiedergegeben wird, gekennzeichnet durch die Kodierung der Amplitude der Komponenten des Eingangstonsignals im Α-Kanal proportional dem Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem dem Λ-Kanal zugeordneten Winkel und im ß-Kanal proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem zugehörigen Eingangspositionswinkel und dem B- Kanal zugeordneten Winke! und durch die entsprechende Dekodierung auf zugehörige Ausgangspositionswinkel.

2. Dekodierer für ein Mehrrichtungs-Tonsystem nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Dekodierer (22) einen A- Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des Λ-Kanals und einen ß-Eingangsanschluß für die Ausgangssignale des S-Kanals aufweist, daß erste, zweite, dritte und vierte Einrichtungen (23, 24, 25, 26) für die Ableitung von ersten, zweien, dritten und vierten gerichteten Ausgangstonsignalkomponenten von den Ausgangssignalen der A- und ß-Kanä»ie vorgesehen sind, wobei jede Komponente einen entsprechenden Positionswinkel abhängig von Jer Richtung, aus welcher das Ausgangstonsignal ausgestrahlt werden soil, aufweist, daß wenigstens drei der Einrichtungen (23, 24, 25, 26) mit dem jeweiligen Eingangsanschluß verbunden sind, und daß die Ausgangssignale des A Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Sinus des halben. der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkels und die Ausgangssignale des B-Kanals in jeder Ausgangstonsignalkomponente mit einer Amplitude proportional dem Cosinus des halben, der Ausgangstonsignalkomponente zugeordneten Positionswinkeis erzeugt werden.

3. Dekodierer nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der dein A Kanal und dem ft-kana! zugeordneten Winkeln etwa l80^r beträgt

4 Dekodierer nach Anspruch 2 ode^r 3. dadurch gekennzeichnet, daß mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Einrichtungen (23, 24, 25, 26) wenigstens eine« der Ausgangssignale der V und /? Kanäle in einer der Ausgangstonsignalkomponenten in der Phase verschieden von der Phase in wenigstens einer der anderen Ausgangstonsignalkomponenten erzeugt wird und dieselbe Phase aufweist, wie die Phase in wenigsten·, einer anderen der Ausgangstonsignalkomponenten.

5. Dekodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einrichtungen (23, 24, 25, 26) bestimmte, von 180° verschiedene Breitband-Phasenverschiebungen erzeugt werden, so daß die Amplituden der Ausgangssignale ebenfalls eine Funktion eines 3ezugswinkels in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der den -4' und B- Eingängen zugeordneten Position sind, wobei der Bezugswinkel durch die relative Phasenbeziehung eines Signals bestimmt ist, das an den A- und ß-Eingangsanschlüssen auftritt.

6. Kodierer für ein Mehrrichtungs-Tonsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodierer (12) wenigstens drei Eingangsanschlüsse für die Eingangstonsignalkomponenten mit entsprechenden, zugeordneten Positionswinkeln aiJweist, daß eine erste Signalerzeugungseinrichtung (13) zur Erzeugung eines A-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei die erste Signalerzeugungseinrichtung (13) die Phase wenigstens einer der Eingangstonsignalkomponenten im Α-Kanal verschieden von der Phase im Ä-Kanal macht, und daß eine zweite Signalerzeugungseinrichtung (14) zur Erzeugung eines ß-Kanalsignals mit wenigstens drei der Eingangsanschlüsse verbunden ist, wobei durch die zweite Signalerzeugungseinrichtung (14) die Phase wenigstens einer der F.ingangstonsignalkomponenten im Α-Kanal die gleiche wird wie die Phase im B- Kanal.

7. Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der ersten Signalerzeugungseinrichtung (13) die Amplitude jeder Eingangstonsignalkomponente im Α-Kanal im wesentlichen proportional zu ti im Sinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem dem jeweiligen Eingangsanschluß zugeordneten Positionswinkel und dem dem Dekodiererausgangsanschluß zugeordneten Winkel ist. an welchem die Ausgangssignale des /4-Kanals maximale Amplitude besitzen, daß mittels der zweiten Signalerzeugungseinrichtung (14) die Amplitude jeder Eingangstonsignalkomponente im B- Kanal im wesentlichen proportional dem Cosinus der halben Winkeldifferenz zwischen dem dem jeweiligen Eingangsanschluß zugeordneten Positionswinkel und dem dem Dekodiererausgangsan Schluß zugeordneten Winkel is' an welchem die Ausgangssignale des B-Kanals maximale Amplitude besitzen, wobei die den Dekodiererausgangsan Schlüssen, an welchen die Kanäle A und B maximale Amplitude aufweisen, zugeordneten Winkel sich um etwa 180" unterscheiden.