DE2639834C2 - Mehrkanal-Tonaufnahme und -Wiedergabesystem - Google Patents

Description

15

"jpl"	-TA'1	Ml
spl		Ml
jpN_	_MN_

umgesetzt werden, wobei spl, sp2 ... spNdie den Lautsprechern zugeführten umgesetzten Signale, T eine Verzögerungszeit, A-' die inverse Matrix A der akustischen Übertragungseigenschaften der akustischen Pfade zwischen den Lautsprechern und den Ohren des Zuhörers und Ml, M2 ... MN die Ausgangssignale der Mikrophone bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß die künstlichen Ohren (IR, IL, 2R, 2L) um eine gemeinsame vertikale Achse herum bezüglich der Schallquelle im Winkel zueinander versetzt sind, und daß unter Berücksichtigung wenigstens zweier Drehwinkel des Kopfes des Zuhörers das Element in der j-ten Zeile und der Xr-ten Spalte der Matrix A der Übertragungseigenschaft des akustischen Pfades vom Jt-ten Lautsprecher (SPl ... SPA) zu demjenigen Ohr (30L, 30R) des Zuhörers (30, 40) entspricht, dessen Winkelposition bezüglich des jt-ten Lautsprechers (SPl ... SP4) der Winkelposition des y-ten künstlichen Ohrs (IR, IL, 2R, 2L) bezüglich der Schallquelle entspricht, wobei j und k ganze Zahlen von 1 bis N sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Mikrophone ungerichtete Mikrophone sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß N gleich 3 ist, daß zwei der Mikrophone vorne an einem zylindrischen Körper (132) mit einem Winkelabstand von 90° zueinander angeordnet sind und das dritte Mikrophon hinten an dem Körper (132) mit gleichen Winkelabständen zu den zwei vorderen Mikrophonen angebracht ist (Fig. 13).

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunstkopf mit einem zylindrischen Körper (100) vorgesehen ist und daß die Mikrophone an ditrnetral gegenüberliegenden Positionen am Umfang dieses Körpers (100) angebracht sind (F i g. 1OA, 10B).

5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß N gleich 4 ist, und daß die Mikrophone mit Winkelabständen von 90° angeordnet sind.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersprech-Unterdrückungsschaltung (5) N Eingangsanschlüsse (U bis 14) aufweist, die an die Ausgänge der Mikrophone angeschlossen sind, sowie TV Ausgangsanschlüsse (21 bis 24), die über einzelne Kanäle jeweils mit den Lautsprechern (SP 1 ... SPN) verbunden sind, N Filterschaltungen (51 bis 54) mit einer jeweils speziellen Frequenzcharakteristik, TV-Addierer (71 bis 74) mit jeweils N Eingängen und einem mit einem der N Ausgangsanschlüsse (21 bis 24) verbundenen Ausgang, und N Gruppen von Verzögerungs- und Filterschaltungen (59 bis 70), die jeweils N—\ Verzögerungs- und Filterschaltungen umfassen, von denen jede eine besondere Frequenz- und Verzögerungscharakteristik besitzt, daß ferner jeder der N Eingangsanschlüsse (11 bis 14) der Übersprech-Unterdrückungsschaltung (5) jeweils übsr eine der Filterschaltungen (51 bis 54) mit einem Eingang der Addierer (71 bis 74) verbunden ist, und daß der Ausgang des jeweiligen Addierers über einen der Inverter (81 bis 84) und eine der Verzögerungs- und Filterschaltungen (59 bis 70) einer Gruppe mit einem anderen Eingang eines anderen Addierers verbunden ist

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von vertikal im Abstand angeordneten Kunstköpfen (1,2) vorgesehen ist, daß jeder dieser Kunstköpfe (1, 2) auf einer gemeinsamen vertikalen Achse (3) angebracht und horizontal in einer besonderen Richtung bezüglich der Schallquelle (31) derart ausgerichtet ist, daß jedes der künstlichen Ohren (IR, IL, 2R, 2L) eine bestimmte besondere Winkelposition bezüglich der Schallquelle (31) einnimmt

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß zwei Kunstköpfe (1,2) vorgesehen sind, die um 90° gegeneinander verdreht sind (F i g. 1).

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kunstköpfe (111,112,113) vorgesehen sind, die um jeweils 60° gegeneinander verdreht sind (Fig. 11).

Die Erfindung betrifft ein Mehrkanal-Tonaufnahme- und -Wiedergabesys*em mit aufnahmeseitig wenigstens zwei jeweils an einem künstlichen Ohr angebrachten kopfbezogenen Mikrophonen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte binaurale Tonaufnahmesysteme sind als geschlossener Kreis mit einem Tonwiedergabesystem ausgebildet, bei dem zwei Mikrophone zur Aufnahme des ursprünglichen Tons jeweils mit zwei unabhängigen Übertragungskanälen verbunden sind, die ihrerseits an zwei unabhängige Kopfhörermuscheln des Zuhörers angekoppelt sind. Die Aufnahmemikrophone sind an einer der Form und den Abmessungen des menschlichen Kopfs nachgebildeten Attrappe, einem Kunstkopf, an Stellen montiert, die den Ohren des menschlichen Kopfes entsprechen. Der Zuhörer wird mittels eines Zweikanal-Tonwiedergabesystems scheinbar an den Ort der Kopfattrappe versetzt Wegen der direkten Übertragung der Signale hat der Zuhörer einen räumlichen Schalleindruck, gerade als säße er am Ort des Kunstkopfes. Da vom Zuhörer das Tragen des Kopfhörers als unbequem empfunden wird, wurde bereits angeregt, daß eine Zweikanal-Lautsprecherwiedergabe unter Verwendung einer Kopfattrappe die

Vorteile des räumlichen Eindrucks des binauralen Systems ausnützen sollte. Dabei wird jedoch üblicherweise ein stereophones Signalpaar durch zwei Lautsprecher wiedergegeben, die rechts und links vor dem Zuhörer angeordnet sind. Dabei empfängt der Zuhörer an seinem Unken Ohr nicht nur das erwünschte linke Signal, sondern aufgrund einer Tonbeugung bzw. -streuung am Kopf auch unerwünschterweise das rechte Signal. Diese Erscheinung wird als akustisches Obersprechen bezeichnet Das akustische Obersprechen kann durch eine elektronische Schaltung beseitigt werden, wie sie von P. Damaske im Journal of the Acoustical Society of America, Band 50,1971, Nr. 4, Teil II, Seiten 1109 bis 11 i5, unter dem Titei »Zweikanal-Stereophonie mit Lautsprecherwiedergabe« beschrieben wurde. Eine Wiedergabe der binauralen Signale einer Kopfattrappe mit -zwei Lautsprechern ist jedoch auch dahingehend problematisch, daß virtuelle Tonquellen lediglich zwischen den beiden Lautsprechern erzeugt werden können, und daß daher schon eine geringfügige Kopfbewegung des Zuhörers beim Zuhörer den Eindruck entstehen läßt, als wurden sich die Tonquellen verschieben.

Ein System der eingangs genannten Art ist bereits in der DE-OS 26 27 437 als 4-Kanal-Tonaufnahme- und -Wiedergabesystem beschrieben, bei dem ein vorderes kopfbezogenes Mikrophonpaar über eine vordere Übersprech-Unterdrückungsschaltung und andererseits ein hinteres kopfbezogenes Mikrophonpaar mit einem hinteren Lautsprecherpaar über eine hintere Übersprech-Unterdrückungsschaltung gekoppelt sind. Der vordere und der hintere Kunstkopf sind in der gleichen Richtung ausgerichtet und hintereinander angeordnet Damit bei Drehung des Kopfes des Zuhörers der natürliche Klangeindruck bzw. eine scheinbare räumliehe Versetzung des erzeugten virtuellen Schallbildes vermieden wird, ist bei dieser bekannten Anordnung das vordere binaurale Signal den vorderen Lautsprechern und das hintere Signal den hinteren Lautsprechern über die entsprechenden Unterdrückungsschaltungen zügeführt Dadurch entsteht beim Zuhörer der Eindruck, daß der Schall von vorne kommt, wenn das vordere Schallbild wiedergegeben wird, und andererseits, daß der Schall von hinten kommt, wenn das hintere Schallbild erzeugt wird. Wenn jedoch der Zuhörer seinen Kopf übermäßig dreht, dann zeigt sich bei diesem bekannten System in der Praxis trotz der getroffenen Maßnahmen die sehr unerwünschte Erscheinung, daß scheinbar eine Versetzung des virtuellen Schallbildes erfolgt, da bei diesem System die Signalumsetzung für die hinteren und die vorderen Signale getrennt erfolgt.

In der DE-OS 23 44 259 ist ein Mehrkanalsystem zur Aufnahme und Wiedergabe stereophoner Darbietungen beschrieben, bei dem aufnahmeseitig wenigstens zwei kopfbezogene Mikrophonpaare vorgesehen sind, die einem entsprechenden Paar von Lautsprechern zugeordnet sind, welche ihrerseits wiedergabeseitig um einen Zuhörer herum angeordnet sind. Dabei werden die von den Mikrophonen erzeugten Signale kreuzweise einer entsprechend angeordneten Zahl von Lautspreehern zugeführt, es wird jedoch das Problem der akustischen Übersprech-Unterdrückung außer acht gelassen, denn es ist keine Schaltung zur Vermeidung dieser unerwünschten Erscheinung vorgesehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein System der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem die scheinbare Versetzung des virtuellen Schallbildes auch bei starker Drehung des Kopfes des Zuhörers vermieden wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist also vorgesehen, daß die Winkelpositionen der künstlichen Ohren in bezug auf die originale Tonquelle den Winkelpositionen der Ohren des Zuhörers in bezug auf die wiedergegebene virtuelle Tonque?le zugeordnet werden. Diese Zuordnung wird dadurch erreicht, daß der Kunstkopf mit den N künstlichen Ohren und N Mikrophonen an eine Ubersprech-Unterdrückungsschaltung angeschlossen ist, welche eine Umsetzung der von den Mikrophonen zugeführten Signale in solche Ausgangssignale gemäß der angegebenen Matrixgleichung durchführt daß das akustische Übersprechen trotz der erfindungsgemäß vorgesehenen Winkelausrichtung der künstlichen Ohren und der Wiedergabelautsprecher vermieden wird.

Dabei ist also eine Kopfattrappe vorgesehen, die in bezug zur Schallquelle zur Simulierung eines menschlichen Kopfes nach Gestalt und Abmessungen ausgerichtet ist Diese Kopfattrappe ist mit JV künstlichen Ohren ausgestattet welche im Winkel voneinander um die vertikale Achse derart beabstandet sind, daß jedes der künstlichen Ohren eine ganz bestimmte Winkelposition bezüglich der Schallquelle annimmt, wenn die Kopfattrappe bezogen auf ihre vertikale Achse in einer bestimmten Richtung ausgerichtet ist

Dieser einen Kunstkopf darstellende Aufbau ist mit N Mikrophonen ausgestattet die an den entsprechenden Positionen der künstlichen Ohren angebracht sind und erste elektrische Signale abgeben, welche ihrerseits in N Tonübertragungskanälen verarbeit werden. In einer Übersprech-Unterdrückungsschaltung werden diese ersten Signale in zweite elektrische Signale umgeformt und zwar gemäß der angegebenen Matrixgleichung. Die umgeformten Signale werden dann direkt den Widergabelautsprechern zugeführt.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben-, in dieser zeigt

F i g. 1 in schematischer Form ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Kopfattrappe aus Fig. 1,

Fig.3A und 3B Draufsichten auf einen mit unterschiedlichen Ausrichtungen seines Kopfes hinsichtlich einer Tonquelle in einem Klangfeld sitzenden hypothetischen Hörer, die zur Illustration unterschiedlicher akustischer Übertragungscharakteristiken für verschiedene akustische Pfade zwischen der Tonquelle und den Ohren des Zuhörers dienen, sowie Draufsichten der Kunstköpfe der Fig. 1, die in der gleichen Stellung stehen wie der Zuhörer und in der gleichen Orientierungsrichtung zur gleichen Schallquelle, um die akustischen Übertragungscharakteristiken zu den Ohren des hypothetischen Zuhörers im originalen Schallfeld zu simulieren,

F i g. 4 und 5 Draufsichten zur Darstellung verschiedener Übertragungscharakteristiken bei der Tonwiedergabe,

Fig.6 eine Draufsicht, die die Übertragungscharakteristiken bei einer Tonwiedergabe darstellt, bei der der Hörer in gleichen Abständen von den Lautspre-

ehern sitzt,

F i g. 7 ein detailliertes Schaltungsdiagramm der Übersprech-Unterdrückungsschaltung der Ausführungsform in F ig. 1,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik von Filtern, wie sie in der Schaltung in F i g. 7 verwendet werden,

F i g. 9 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristiken von Verzögerungs- und Filterschaltungen, wie sie in der Schaltung von F i g. 7 verwendet werden,

Fig. 1OA und 1OB Modifikationen der KopfattrappenausFig. 1,

F i g. 11 eine Modifikation der in F i g. 1 wiedergegebenen Ausführungsform,

Fig. 12 Draufsichten, die die Orientierung der Kopfattrappen aus F i g. 11 wiedergeben,

Fig. 13 eine weitere Modifikation der Ausführungsform aus Fig. 1, und

Fig. 14 eine Schaltungsanordnung, bei der ein einzelnes Mikrophon Verwendung findet das in der Nähe einer Schallquelle angeordnet ist, um simulierte Tonsignale zu erzeugen, wie sie von einer Kopfattrappe erzeugt werden.

In der F i g. 1 ist ein stereophones Tonaufnahme- und -Wiedergabesystem dargestellt, das zwei Kopfattrappen 1 und 2 umfaßt von denen jede den menschlichen Kopf hinsichtlich Form und Abmessungen simuliert und vertikal auf einem Stativ 3 in einem Klangfeld angeordnet ist Jede der beiden Kopfattrappen ist in bezug auf die andere Kopfattrappe um einen Winkel von 90° verdreht und bildet einen Winkel von 45° mit einer gegebenen Bezugsrichtung, die durch den Pfeil A in F i g. 2 wiedergegeben wird. Diese Anordnung stellt eine weitgehende Annäherung an die in Fig.3A dargestellte Situation dar, in der der Hörer 30 unter einem Winkel von 45° bezüglich der Referenzrichtung A in einem von einer Schallquelle 31 erzeugten Schallfeld nach rechts blickt und in Fig.3B, wo der Hörer 30 unter einem Winkel von 45° zur Referenzrichtung A nach links blickt Die Schallwellen von der Schallquelle 31 werden von beiden Ohren 3OL und 30/7 wegen der unterschiedlichen Übertragungswege, die sie durchlaufen, und der Beugung von Schallwellen über dem Gesicht des Hörers mit unterschiedlichen Schallintensitäten und -phasen empfangen. Für eine quantitative Diskussion der Erfindung werden die Übertragungscha- _r

rakteristiken über die jeweiligen Schallpfade mit G\l E₂

und GiR für das linke Ohr 3OL und das rechte Ohr 3OR \_E₂

bezeichnet und die Schallintensitäten an den jeweiligen Ohren im Fall der Fig.3A durch Mu und Mir wiedergegeben. In ähnlicher Weise stellen in Fig.3B G₂L und G₂R die Übertragungscharakteristiken und M₂L und M₂A die Schallintensitäten dar. Wird die Schallquelle 31 mit einem im Vergleich zur Höhe zwischen den Kopfattrappen 1 und 2 großen Abstand von der Kopfattrappenanordnung aus F i g. i angeordnet, dann sind die Schallintensitäten an den rechten und linken Ohren 1R, 1L und 2R, 2L der Kopfattrappen 1 bzw. 2 im wesentlichen gleich den Schallintensitäten Mi _R, M_iL, M₂R bzw. M₂U die an den Ohren des Hörers 30 «) empfangen werden. Jede der Kopfattrappen besitzt zwei Mikrophone (nicht dargestellt), die an den den Ohren des menschlichen Kopfes entsprechenden Stellen befestigt sind. Die Tonsignale dieser Mikrophone werden mit den gleichen Bezugszeichen Mu, Mir, M₂L und M₂R bezeichnet, wie sie zur Darstellung der Schaltintensitäten der Fig.3A und 3B verwendet wurden, und werden einer Übersprech-Unterdrük kungsschaltung 5 über entsprechende Eingangsanschlüsse 11, 12,13 und 14 zugeführt. Die konvertierten Signale werden dann über Ausgangsanschlüsse 21, 22, 23 und 24 einem Vierkanal-Übertragungssystem 6 aufgekoppelt, das ein Verstärker, ein Radiosender und -empfänger oder ein Tonaufnahme- und -wiedergabegerät sein kann, und von dort über Anschlüsse 21', 22', 23' bzw.24' auf Lautsprecher SPi, SP₂, SP₃ und SP* gegeben. In F i g. 4 ist ein Hörer 40 mit gleichen Abständen von den Lautsprechern 5Pi, SP₂, SP3und SPt angeordnet und seine Blickrichtung bildet mit der links von ihm liegenden Bezugsrichtung A einen Winkel von 45°, so daß er in Richtung des Lautsprechers SPi blickt Die Tonsignale £u und £Ί« am linken bzw. rechten Ohr des Hörers 40 von dem Lautsprechern SPi bis SP4 werden durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

[^e'^l ι=Γ^α"
E\RJ \_a*\

"42 "43

sp 1 spl sp3 spA

wobei au, a\₂, au und a^ die Ton- bzw. Schallübertragungscharakteristiken über die akustischen Wege zwischen den Lautsprechern SPt, SP2, SP3 bzw. SP4 und dem linken Ohr des Hörers 40 und 341, a*₂, an und Sm die Schallübertragungscharakteristiken über akustische Wege zwischen den Lautsprechern SPi, SP2, SP3 bzw. SP4 und dem rechten Ohr des Hörers 40 sind und sp 1, sp2, sp3 und φ 4 die Signale, die den betreffenden Lautsprechern SPi bis SP4 zugeführt werden sollen.

In ähnlicher Weise befindet sich in F i g. 5 der Hörer 40 in gleichen Abständen von den Lautsprechern SPi bis SPi und seine Blickrichtung schließt mit der rechts von ihm liegenden Bezugsrichtung A einen Winkel von 45° ein, so daß er zum Lautsprecher SPi blickt Die Ton- bzw. Schallsignale E₂L und E₂R am linken bzw. rechten Ohr des Hörers 40 von den Lautsprechern SPi bis SP4 werden durch die folgende Gleichung gegeben:

O₁₁ <J₂3 Ο24 «32 Ö33 "34

spl sp3

wobei 321, ^22, ^23 und 324 die Ton- bzw. Schallübertragungscharakteristiken über die akustischen Wege zwischen den Lautsprechern SPi SP₂, SP₃ bzw. SP₄ und dem linken Ohr des Hörers 40 und an, 332,333 und 334 die Schallübertragungscharakteristiken über die akustischen Wege zwischen den Lautsprechern SPi, SP₂, SP₃ bzw. SPa und dem rechten Ohr des Hörers 40 bedeuten. Aus den Gleichungen (1) und (2) erhält man folgende Beziehimg:

E2L	= A ■	spl
E2R		sp3
E\R_		φ4

A =

O_n

fl|4

«21 «22 "2.1 Ο₂4 O.ii Oj 2 0.13 Oy 4 O₄I «42 Ο41 044

sp\	= A''	M, L
spl		M2L
sp3		M2R
so 4	Mir

(4)

40

45

wobei A-' die zu A inverse Matrix ist

Die Matrix A enthält in gewissem Maß einen Zeitverzögerungsfaktor, so daß die zur Matrix A inverse Matrix die Ausgangssignale den Eingangssignalen vorauseilen lassen würde. Das ist unrealistisch, und daher muß in gewissem Maß eine Zeitverzögerung T eingeführt werden, wenn man die inverse Matrix A-¹ realisiert Daher wird die Gleichung (4) in folgender Weise neu geschrieben:

spl	-T Α~λ	M\L
spl		M2L
sp3		M2R
spA	M1R

(5)

60

Die Obersprech-Unterdrückungsschaltung 5 wird so aufgebaut, daß sie der Gleichung (5) genügt

Setzt man Gleichung (5) in Gleichung (3) ein, so können die durch üiz. £1λ Ejtaaa Ent wiedergegebenen

Schallintensitäten in folgender Weise dargestellt werden:

bedeutet.

Das Element der zweiten Zeile und dritten Spalte der akustischen Transfermatrix A weist beispielsweise eine Transfercharakteristik a₂₃ auf, die die akustische Transferbeziehung zwischen dem Lautsprecher SPi und dem linken Ohr des Zuhörers 40, wie in der F i g. 5 dargestellt, angibt, wobei die Winkelposition des linken Ohrs des Zuhörers bezüglich des Lautsprechers SPZ der Winkelstellung des künstlichen Ohrs 2L bezüglich der Schallquelle 31 (vgl. Fig.3B) entspricht. Wenn N Lautsprecher vorgesehen sind, dann hat die Transfermatrix N Zeilen und N Spalten und das Element der 2« y-ten Zeile und k-ttn Spalte der Matrix stellt die akustische Transfercharakteristik zwischen dem Ar-ten Lautsprecher und demjenigen Ohr des Zuhörers dar, dessen Winkelposition bezüglich des Jt-ten Lautsprechers der Winkelposition des y-ten künstlichen Ohrs bezüglich der Schallquelle 31 entspricht, wobei j und k ganze Zahlen von 1 bis Nsind.

Der Zuhörer 40 in der Fig.4 würde den gleichen Eindruck haben, als säße er an dar gleichen Stelle wie der Kunstkopf 1 bezüglich der in Fig.3A gezeigten ju Schallquelle 31, wobei sein Kopf in eine Richtung gerichtet ist, die der Ausrichtung des Kunstkopfes 1 bezüglich der Schallquelle 31 entspricht. Auch der Zuhörer 40 in der F i g. 5 hätte den gleichen Eindruck, als säße er an der Stelle des Kunstkopfes 2 der F i g. 3B, wobei sein Kopf in eine der Schallquelle 31 entsprechende Richtung orientiert ist Daher sind die Signale E\l E₂L, E₂R und E] R gleich den Signalen M_n, M_2L, M₂R bzw. M\_R und es gilt die folgende Gleichung:

E₂1

= AT- A

"M1,"	— T .	Mu.
M2,.	— /	M21.
M2,,		M2,,
M1 „_

Gemäß der oben erwähnten Anordnung, in der der Hörer 40 in F i g. 4 seinen Kopf unter 45° nach rechts bezüglich der Referenzlinie A orientiert, empfängt er näherungsweise dieselben Signale, nämlich M\ l und Mi« mit einer Zeitverzögerung T, die der Hörer 30 in F i g. 3A empfangen würde, der seinen Kopf in derselben Richtung orientiert hat. In ähnlicher Weise empfängt er, wenn er seinen Kopf unter 45° nach links bezüglich der Referenzlinie A orientiert, wie in F i g. 5 dargestellt, näherungsweise die Signale M₂L und M₂R mit einer Zeitverzögerung T, die er empfangen würde, wenn er von der Schallquelle 31 in F i g. 3B sitzen würde und seinen Kopf in derselben Richtung orientiert hätte.

Da sich der Hörer 40 in gleichen Abständen von den Lautsprechern befindet, ergeben sich aus einer Analyse der F i g. 4 und 5 folgende Beziehungen:

AX - O₁J - O₄₃ = o_2i = O₃,

BX = d\ 1 = O₂₂ = O₃₃ = Ο44

CX = O]₂ =O₄₂ ⁼ O₂4 = O₃₄

DX = 0|₄ = α,, = o₃₂ = o₂3

Aus dem obigen ergibt sich, daß unter der Annahme, daß der Hörer 40 direkt einen der Lautsprecher SPi bis SPa ansieht, AX eine Übertragungscharakteristik über den Weg zwischen dem Frontlautsprecher (SP₃ im Fall der F i g. 4) und den Ohren des Hörers ist, während BX eine Charakteristik über dem Weg zwischen dem Seitenlautsprecher (SP\ oder SPa im Fall der F i g. 3) und dem nächstgelegenen Ohr, CX eine Charakteristik über dem Weg zwischen dem rückwärtigen Lautsprecher (SP₂ im Fall der F i g. 4) und beiden Ohren und DX eine Charakteristik über den Weg zwischen dem Seitenlautsprecher und dem am entferntesten gelegenen Ohr sind.

Wenn der Hörer 40 seinen Kopf dreht um sein Gesichi in der Richtung A (F i g. 6) auszurichten, dann sind die Übertragungscharakteristiken zwischen dem Lautsprecher SPj und dem linken Ohr und zwischen dem Lautsprecher SP3 und dem rechten Ohr näherungsweise (AX+ BX)Il und die Übertragungscharakteristiken zwischen dem Lautsprecher SPi und dem rechten Ohr und zwischen dem Lautsprecher SP3 und dem linken Ohr ungefähr (AX+DX)I2. In ähnlicher Weise sind die Übertragungscharakteristiken zwischen dem Lautsprecher SP₂ und dem linken Ohr und dem Lautsprecher SP4 und dem rechten Ohr ungefähr gleich (BX+CX)/2 und die zwischen dem Lautsprecher SP₂ und dem rechten Ohr und dem Lautsprecher SP4 und dem linken Ohr ungefähr gleich (CX+ DX)/2.

Die Schallintensitäten E₃L und E₃R am linken bzw. rechten Ohr des Hörers 40 ergeben sich dann aus der folgenden Gleichung:

AX + BX

BX + CX

DX + AX CX + DX

DX + AX CX + DX AX + BX BX + CX

Da E\ /, E₂ ;., E₂ κ und E_{t H} durch folgende Gleichung gegeben werden:

E₂L E₂R

BX CX AX DC

AX BX DX CX

AX DX BX CX

DX XC AX BX

sp 1
spl sp 3
sp4

(8)

ergibt sich für E_3L und

Eil -

(9)

(10)

25

Es ist klar, daß der Hörer 40, wenn er seinen Kopf in der Richtung A in Fig.6 ausgerichtet hat, Signale empfängt die näherungsweise gleich einem Mittelwert sind, der sich aus den empfangenen Signalen ergibt, wenn der Kopf des Hörers in den in den F i g. 4 und 5 dargestellten Richtungen orientiert ist, so daß der Hörer 40 näherungsweise dieselben Signale empfängt, als ob er vor der ursprünglichen Schallquelle 31 sitzen würde und seinen Kopf in der Richtung A orientiert hätte. Dieselbe Erklärung kann auf Situationen angewendet werden, in denen der Hörer 40 seinen Kopf in irgendeiner Richtung zwischen den Lautsprechern 5P₂ und SP₃ ausgerichtet, so daß der Hörer im wesentlichen dieselben Signale empfängt, die er auch empfangen würde, wenn er seinen Kopf im ursprünglichen Schallfeld in den entsprechenden Richtungen ausrichten würde.

Zur Realisierung der Übersprech-Unterdrückungsschaltung 5 wird die Gleichung (5) in folgender Weise neu geschrieben:

TM_2L=a₂\ spl+a₂₁

+042

Jp3+a₁₄ sp4 sp3+a_2t sp4 sp4 sp4

(H)

a_n

sp₂=J-M_2L-^ spl-^-sp3 -Si

O₂₂ O₂₂ O₂₂ O₂₂

X_M2e-M _vl _fe Sp₂ - ** sp4

O₃₃ O₃₃ O₃₃ O₃₃

_1x

044044

O(4

30

35

40

45

50

55

60

65 spl sp2 sp3 sp4

O)

Die Übersprech-Unterdrückungsschaltung 5 erzeugt eine Vielzahl von Binaural-Signalen spl bis sp4, die, wenn sie den Lautsprechern SPi bis SP4 zugeführt werden, für den im Schallfeld der Lautsprecher befindlichen Hörer 40 einen Binaural-Effekt dadurch ergeben, daß sämtliche akustischen Übersprechsignale ausgelöscht werden, wie z. B. die Signale über die Pfade mit den Transmissionscharakteristiken an und &u in F i g. 4 und die Signale über die Pfade bzw. Wege mit den Transistorcharakteristik a₂₃ und a₃2 in F i g. 5, so daß in Fig.6 die Übersprechsignale (AX+ DX)Il und (CX+ DX)Il ausgelöscht werden. Die Übersprechunterdrückung wird erzielt, wenn die Gleichung (12) befriedet wird.

Wie in F i g. 7 dargestellt, umfaßt die Übersprech-Unterdrückungsschaltung 5 Filter 51 bis 54 und verschiedene Verzögerungs- und -Filterschaltungen 59 bis 70. Die Filter 51,52,53 und 54 sind mit ihren Eingangsanschlüssen mit den Eingangsanschlüssen U bis 41 der Übersprech-Auslöschschaltung 5 verbunden und ihre Ausgangsanschlüsse sind jeweils mit einem der Eingangsanschlüsse der Addierer 71, 72, 73 bzw. 74 verbunden. Die Filter 51 bis 54 sind so ausgelegt, daß sie spezielle Frequenz-Ansprechcharakteristiken T/au, TZa₂₂, TZa₃₃ bzw. TZa^ besitzen. Da, wie oben beschrieben, ai 1 = a22 = S33 = aw, kann näherungsweise gesagt werden, daß jedes Filter so ausgelegt wird, daß es eine Ansprechcharakteristik TZBX besitzt, wie in Fig.8 dargestellt

Der Ausgangsanschluß des Addierers 72 ist über einen Inverter 82 und eine Verzögerungs- und -Filterschaltung 59 mit einem zweiten Eingangsanschluß des Addierers 71 verbunden und der Ausgangsanschluß des Addierers 73 ist über einen Inverter 83 und eine Schaltung 60 mit einem dritten Eingangsanschluß des Addierers 71 verbunden, während der Ausgangsanschluß des Addierers 74 über einen Inverter 84 und eine Schaltung 61 mit einem vierten Eingangsanschluß des Addierers 71 verbunden ist In ähnlicher Weise ist der Ausgang des Addierers 71 über einen Inverter 81 und eine Schaltung 62 mit einem zweiten Eingangsanschluß des Addierers 72 verbunden, dessen dritter und vierter Eingangsanschluß mit den Ausgängen der Schaltungen 63 und 64 verbunden sind, deren Eingänge jeweils mit

£F ιΠν€Γΐ€Γ ου ltZ

(12)

In ähnlicher Weise ist der Addierer 73 mit seinem zweiten, dritten und vierten Eingangsanschluß mit den Ausgängen der Schaltungen 65,66 bzw. 67 verbunden, deren Eingangsanschlüsse mit den Ausgängen der Inverter 81, 82 bzw. 84 verbunden sind, und ist der Addierer 74 mit seinem zweiten, dritten und vierten Eingangsanschhiß mit den Ausgängen der Schaltungen 68,69 bzw. 70 verbunden, deren Eingangsanschlüsse mit den Ausgängen der Inverter 81,82 bzw. 83 verbunden sind.

Die Verzögerungs- und -Filterschaltungen 59 bis 61 sind so ausgelegt, daß sie Frequenz- und Zeitverzöge rungscharakteristiken arrfaw, a\if*n bzw. au/an oder näherungsweise CXZBX, AXZBXbzw. ßXZBXbesitzen, deren Kurven in der Fig.9 dargestellt sind. Die

Il

Schaltungen 62 bis 64 sind so ausgelegt, daß sie Frequenz- und Verzögerungscharakteristiken a2i/a22, a₂}/a22 bzw. a₂4/a₂2 oder näherungsweise AX/BX, DX/BXbzw. CX/BXbesitzen. In ähnlicher Weise haben die Schaltungen 65 bis 67 Frequenz- und Verzögerungs- ; Charakteristiken a^laa oder AX/BX, 832/233 oder DX/BX bzw. au/a» oder CX/BX und besitzen die Schaltungen 68 bis 70 Frequenzansprech- und Verzögerungscharakteristiken *4i/a44 oder DX/BX, a^la^ oder CXVB-Ybzw. a«/344 oder AX/BX. Die Verzögerungszeiten für AX/BX, CX/BX und DX/BX sind näherungsweise 350 Mikrosekunden, 350 Mikrosekunden bzw. 700 Mikrosekunden über das Spektrum des gesamten Frequenzbereiches.

Daher erscheinen die Signale sp 1 bis sp4 an den η Ausgangsalischlüssen 21 bis 24 der Übersprechunterdrückungsschaitung 5 und werden über die Übertrager 6 den Lautsprechern SPi bis SR, jeweils zugeführt. Die Signale sp 1 bis sp 4 werden dann von den Lautsprechern SP\ bis SP4 über die betreffenden akustischen Wege dem linken und dem rechten Ohr des Hörers 40 zugeführt, der sie als Signalintensitäten Eil, E\r, Eil und £2« in Übereinstimmung mit Gleichung (3) empfängt.

Wenn der Hörer im Zentrum der Lautsprecher SPi bis SP4 sitzt, so wird er den Eindruck haben, als ob er den ursprünglichen Ton am Ort der Kopfattrappen 1 und 2 hören würde und ein Drehen seines Kopfe&wird keine Verschiebung der virtuellen Schallquellen zur Folge haben, wie sie bei der dem Stand der Technik entsprechenden binauralen Lautsprecherwiedergabe auftritt.

Bei einer Abwandlung der in F i g. 1 wiedergegebenen Ausführungsform, wie sie in den Fig. 1OA und 1OB dargestellt ist, werden die Kopfattrappen 1 und 2 durch einen zylindrischen Kopf 100 ersetzt, der mit einem ersten Paar von Ohrmuscheln 101 L und 101/? und einem zweiten Paar von Ohrmuscheln 102L und 102/? versehen ist Die Ohrmuscheln 101 L und 101 R sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Ohrmuscheln 102L und 102/? 40 einander diametral gegenüberliegend angeordnet und gegen die Ohrmuscheln 101 L und 101/? um 45° versetzt Mikrophone 103L und 103/? sind innerhalb des zylindrischen Kopfes in Stellungen angeordnet, die der linken und der rechten Ohrmuschel 101L und 101/? 45 entsprechen, um Signale Mil bzw. Mi« zu erzeugen, und es sind Mikrophone 104L und 104/? an Stellen befestigt, die der linken und rechten Ohrmuschel 102L und 102/? entsprechen, um Signale M₂L bzw. M₂R zu erzeugen.

Werden mehr als 4 Kanäle, z. B. 6 Kanäle, gewünscht, so werden drei Kopfattrappen 111, 112 und 113 aufeinandergestapelt, wie es in F i g. 11 dargestellt ist, wobei die Köpfe in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind, so daß die obere Attrappe Ul unter einem Winkel von 60° bezüglich der mittleren Attrappe 112 nach links blickt und die untere Attrappe 113 unter einem Winkel von 60° bezüglich der mittleren Attrappe 112 nach rechts blickt, wie es in der Fig. 12 dargestellt ist Es werden Signale Mu. M₁R, Mu, M₂R und Mm, M₃r jeweils von den linken und rechten Mikrophonen (nicht dargestellt) erzeugt, die in den Kopfattrappen 111,112 und 113 montiert sind, und werden dem Konverter 500 zugeführt, der ähnlich dem in Fig.7 dargestellten aufgebaut ist Lautsprecher SPi bis SPt sind an den Scheiteln eines Sechsecks angeordnet, wie die Figur zeigt. Der Hörer befindet sich an einem Punkt M mit gleichen Abständen von den Lautsprechern SPi bis SP6. In der in Fig. !1 wiedergegebenen Ausführungsform empfängt der Hörer ein Ton- bzw. Schallsignal, das ihm einem Eindruck vermittelt, als ob er am Ort der Kopfattrappe 112 sitzen würde, wenn er in die Richtung A blickt, die den Winkel halbiert, der von den Linien gebildet wird, die SPi, Mund SP₆ verbinden, und wenn er bezüglich der Richtung A um bis zu 60° nach rechts oder nach links blickt, so empfängt er ein Signal, das ihm einen Eindruck vermittelt, als ob er am Ort der Kopfattrappe 113 bzw. 111 sitzen würde.

Die vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen können noch auf die verschiedenste Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann ein Dreikanal-Stereophoniesystem dadurch realisiert werden, daß ein Satz von drei Mikrophonen 131, 132 und 133 an einer Kopfattrappe oder einem zylindrischen Körper 130 angebracht wird, ähnlich dem, wie er in der Fig. 1OA dargestellt ist, so daß die Mikrophone 131 und 132 an der Vorderseite der Kopfattrappe 130 und das Mikrophon 133 an dessen Rückseite angeordnet sind, wie es in Fig. !3 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung ermöglichen die Frontmikrophone 131 und 132 eine Simulation der in der F i g. 3A wiedergegebenen Situation, während das rückwärtige Mikrophon 133 eine Annäherung der in der F i g. 3B dargestellten Situation ermöglicht, wobei lediglich ein Ohr zur Aufnahme der akustischen Energie verwendet wird. Ein Dreikanal-Konverter 134, der in ähnlicher Weise aufgebaut ist, wie der in F i g. 7 dargestellte, dient dazu, die von dem Mikrophonen 131 bis 133 kommenden Signale zu empfangen. Die \usgangssignale des Konverters 134 werden einem Satz von drei Lautsprechern SPi, SPi und SP3 zugeführten, wobei die Lautsprecher SPi und SP2 vor dem Hörer 135 und der Lautsprecher SPi hinter dem Hörer angeordnet sind.

Bei den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen werden die ursprünglichen Schallquellen unter der Verwendung einer Vielzahl von aufeinandergestapelten Kopfattrappen aufgenommen, von denen jede hinsichtlich Form und Abmessungen den menschlichen Kopf simuliert und bei denen sich an den den Trommelfellen entsprechenden Stellen Mikrophone befinden, oder unter Verwendung eines zylindrischen Körpers, der mit Mikrophonen ausgerüstet ist, die paarweise einander diametral gegenüber angeordnet sind und von denen jedes als Schallsammler eine die menschliche Ohrmuschel simulierende Ohrmuschel aufweist Es ist auch möglich, den menschlichen Kopf auf elektronische Weise zu simulieren, indem man ein Mikrophon 140 in der Nähe der Schallquelle 141 anordnet und das aufgenommene Tonsignal einer Vielzahl von Schaltungen 142,143,144 und 145 zufährt deren Eingangsanschlüsse miteinander mit dem Ausgang des Mikrophons (vgL Fig. 14) verbunden sind. Jede der Schaltungen 142 bis 145 kann einen Phasenschieber, Filter und Abschwächer umfassen, um eine der Frequenzcharakteristiken Gu. Gi r, Gil und G₂R zu ergeben and ein Ausgangssignal Mil, Mia M₂L. M₂R zu erzeugen, das jeweils ähnlich dem an den Konverter 5 der F i g. 1 angelegten Signal ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mehrkanal-Tonaufnahme- und -Wiedergabesystem mit aufnahmeseitig wenigstens zwei jeweils an einem künstlichen Ohr angebrachten kopfbezogenen Mikrophonen, bei dem jedes Mikrophon mit jeweils einem von wiedergabeseitig um den Zuhörer herum angeordneten Lautsprechern über eine Obersprech-Unterdrückungsschaltung verbunden ι ο ist, in der zur Kompensation des akustischen Obersprechens die Ausgangssignale der Mikrophone gemäß der Beziehung