DE3041429C2

DE3041429C2 -

Info

Publication number: DE3041429C2
Application number: DE19803041429
Authority: DE
Inventors: Robert Weir Snohomish Wash. Us Carver
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1980-04-04
Publication date: 1992-03-12
Also published as: CA1147228A; GB2058524A; GB2058524B; EP0026224A1; DE3041429A1; EP0026224A4; JPS56500477A; WO1980002219A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, und auf eine unter Verwendung dieser Schaltungsanordnung hergestellte dimensionsgerechte stereophone Schallaufzeichnung.

Es ist bereits ein Stereo-Schallwiedergabesystem bekannt (US-PS 41 18 599), welches einen ersten Signalkonverter, der ein Audiosignal in ein stereophones Signal umsetzt, welches eine Information bezüglich der Lage der Ursprungsschallwelle an einer gewünschten Stelle im Hörbereich liefert, und einen zweiten Signalkonverter zur Umsetzung des stereophonen Signals in ein Signal umfaßt, welches keine akustischen Komponenten aufweist, die eine Nebensprechwirkung zwischen den Ohren eines Zuhörers hervorrufen würden, wenn das Signal im Hörbereich wiedergegeben wird. Ferner ist ein Schallfeld-Ausdehnungssystem vorgesehen, das mittels eines Konverters aus einem Eingangssignal ein akustisches Signal erzeugt, durch welches die Schallquellen derart lokalisiert werden, daß dem Zuhörer der Eindruck eines ausgedehnten Zuhörbereiches gegeben ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahmen nicht genügen, um einem Zuhörer das akustische Gefühl zu vermitteln, in einem Konzertsaal oder Konzertraum zu sein.

Es ist ferner eine Signalverarbeitungsschaltung bekannt (US-PS 41 39 728), bei der zwei Nebensprechschaltungen verwendet sind, die zumindest Verzögerungsschaltungen mit jeweils einer festgelegten Verzögerungszeit enthalten und die imstande sind, Nebensprechkomponenten zu Eingangssignalen hinzuaddieren oder in diesen auszulöschen, und zwar in Übereinstimmung mit Übertragungscharakteristiken zwischen Schallquellen und den beiden Ohren eines Zuhörers. Jede derartige Schaltung enthält im übrigen Dämpfungseinrichtungen zur Dämpfung bestimmter Frequenzkomponenten. Auch diese Maßnahmen genügen nicht, um einem Zuhörer das akustische Gefühl zu vermitteln, in einem Konzertsaal oder Konzertraum zu sein.

Es ist schließlich auch schon ein Schallquellenumsetzer bekannt (US-PS 32 36 949), der beliebige lokalisierte Klangbilder mit zwei Lautsprechern erzeugt. Dabei wird zwar eine Mehrzahl von Kompensationssignalen mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten verwendet, wobei auch die Kompensationssignale selbst jeweils wieder kompensiert werden, bis die Amplitudenwerte der erforderlichen Kompensations-Kompensationssignale bedeutungslos geworden sind. Diese Maßnahmen genügen jedoch ebenfalls nicht, um einem Zuhörer das akustische Gefühl zu vermitteln, in einem Konzertsaal oder Konzerttraum zu sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie einem Zuhörer ein besserer dimensionsgerechter Schalleffekt vermittelt werden kann als durch die bisher bekannten Systeme, so daß er das akustische Gefühl erhält, in einem Konzertsaal oder Konzertraum zu sein.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Maßnahme.

Die Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß auf relativ einfache Weise einem Zuhörer das akustische Gefühl vermittelt wird, in einem Konzertsaal oder Konzertraum zu sein. Der von einer Schallquelle ausgehende Schall wird zuerst über den direkten Signalweg wahrgenommen, und nach einer gewissen Zeit nimmt der Zuhörer Reflexionen von den Wänden wahr; die Struktur der von einem Zuhörer wahrgenommenen Reflexionen ist dabei von entscheidender Bedeutung für den räumlichen Höreindruck und die Klangfarbe.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schallaufzeichnung, die mittels einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die die Art und Weise wiedergibt, in der hochqualitative Stereoaufzeichnungen durchgeführt werden,

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Art und Weise, in der eine Person Schallwellen von den Lautsprechern eines typischen Audiosystems empfängt,

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Schall für einen Zuhörer erzeugt,

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Schalters bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ist eine tabellarische Darstellung der Größe der Kompensationssignal-Ausgangskomponenten des Kompensationssignals,

Fig. 6 ist eine Darstellung der Intensität der Haupt-Signalkomponente als Funktion der Frequenz, die von jedem der Frequenzausgleicher erzeugt wird, die die Haupt-Signalkomponente erzeugen,

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 zur Erläuterung der Betriebsmerkmale der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 ist eine Ansicht des Zuhörbereiches gemäß Fig. 6 zur Erläuterung weiterer Betriebsmerkmale der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 8 zur Darstellung weiterer Betriebsmerkmale der Erfindung,

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung bei der Erzeugung von Signalen für ein Stereo-Aufzeichnungsgerät.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Zur ausführlichen Erläuterung der vor liegenden Erfindung wird eine allgemeine Analyse der Schallmuster oder -verläufe vorangestellt, die bei einer Stereophonie-Aufzeichnung verwendet werden. Dazu wird zunächst analysiert, wie Stereophonie-Aufzeichnungen höherer Qualität hergestellt werden, wobei Bezug auf Fig. 1 genommen wird.

(a) Analyse von Stereophonie-Aufzeichnungen

In Fig. 1 sind zwei Mikrofone M1 und M2 dargestellt, die im Abstand voneinander angeordnet und vor einem Orchester positioniert sind, das allgemein mit 10 bezeichnet ist und mehrere Orchesterkomponenten, z. B. Musikinstrumente 12a bis 12g enthält. Es sei angenommen, daß die beiden Mikrofone M1 und M2 ziemlich nahe beim Orchester positioniert und in einem Abstand von etwas mehr als 10 Fuß (ca. 3 m) voneinander angeordnet sind.

Der Schall von dem Instrument 12f läuft auf einem ersten kürzeren Weg 14 zum Mikrofon M2 und auf einem zweiten längeren Weg 16 zum Mikrofon M1. Das Mikrofon M2 zeichnet den Schall vom Instrument 12f mit höherer Intensität als das Mikrofon M1 auf. Weiter gibt es eine Phasenverschiebung, weil das Mikrofon M1 den Schall wegen des größeren Schallweges in einer Größenordnung von etwa 1/100 einer Sekunde später aufnehmen kann als das Mikrofon M2.

In ähnlicher Weise erreicht der von dem Instrument 12b ausgehende Schall das Mikrofon M1 früher und mit höherer Intensität, als dies beim Mikrofon M2 der Fall ist. Von irgendeiner Stelle dazwischen, z. B. von dem Instrument 12d erreicht der Schall die beiden Mikrofone M1 und M2 zu annähernd der gleichen Zeit und mit der gleichen Intensität. Aus dem zum Mikrofon M1 übertragenen Schall wird ein erstes Signal erzeugt, das zum Stereo-Aufzeichnungsgerät übertragen und in der Aufzeichnung in der Weise wiedergegeben wird, daß beim Abspielen der Aufzeichnung dieses dem Schall am Mikrofon M1 entsprechende Signal, das in einem der Lautsprecher einen Schall wiedergibt, der eine wesentliche Wiedergabe des Schalls ist, der das Mikrofon M1 erreicht. In ähnlicher Weise wird der das Mikrofon M2 erreichende Schall in der Weise aufgezeichnet, daß beim Abspielen der Aufzeichnung das den anderen Lautsprecher ansteuernde Signal dem Schall entspricht, der zum Mikrofon M2 übertragen ist.

Es sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Situation diskutiert, bei der diese beiden bestimmten Schallsignale auf einer Aufzeichnung abgespielt und in einem Stereophonie-System wiedergegeben werden. Es sei angenommen, daß das am Mikrofon M2 erzeugte Signal zum Erzeugen von Schall in dem linken Lautsprecher LS und das am Mikrofon M1 erzeugte Signal in der Aufzeichnung zum Wiedergeben von Schall in dem rechten Lautsprecher RS verwendet wird.

Der Lautsprecher LS erzeugt den vom Instrument 12f ersten erzeugten Schall zuerst und mit höherem Intensitätspegel. Dieser Schall erreicht mit einer Schallkomponente längs eines linken primären Weges Ll das linke Ohr Le und mit einer zweiten Schallkomponente längs eines linken sekundären Weges Lr das rechte Ohr Le. In diesem Augenblick erfassen die beiden Ohren Le und Re eine Differenz in der Intensität der längs der Wege Ll und Lr übertragenen beiden Schallkomponenten und auch eine Phasenverschiebung von möglicherweise 100 bis 300 µs, so daß ein sehr bestimmtes Richtungsgefühl von dem linken Lautsprecher Ls vorliegt. Jedoch wird etwa 1/100 Sekunde später im wesentlichen der gleiche ursprünglich von dem Instrument 12f erzeugte Schall von dem rechten Lautsprecher RS bei einem niedrigeren Intensitätspegel gemäß den beiden Schallkomponenten längs des rechten primären und sekundären Weges Rr bzw. Rl wiedergegeben. Wenn die Schallkomponenten von den beiden Lautsprechern LS und RS gleiche Intensität und Phase aufweisen, liegt keine Stereophonie-Wirkung vor. Da jedoch der Schall von dem linken Lautsprecher LS größere Intensität und unterschiedliche Phase besitzt, liegt etwa von der Stereophonie-Wirkung vor, wobei dies in gewissem Ausmaß durch einen sehr ähnlichen Schall verborgen bzw. unterdrückt wird, der von dem rechten Lautsprecher RS ausgeht.

Es werden nun die Schallkomponenten betrachtet, die von dem mittig angeordneten Instrument 12d ausgehen. Wie bereits ausgeführt sind die Zeitpunkte und die Intensität der Schallkomponenten an M1 und M2 im wesentlichen gleich, da die Abstände von dem Instrument 12d zu den beiden Mikrofonen M1 und M2 im wesentlichen gleich sind.

Daher erreichen bei Wiedergabe des Schalls von dem Instrument 12d in den beiden Lautsprechern LS und RS die längs des linken primären Weges Ll und längs des rechten primären Weges Rr sich ausbreitenden Schallkomponenten von den beiden Lautsprechern LS und RS das linke und das rechte Ohr Le und Re simultan. Die beiden längs des linken sekundären Weges Lr und des rechten sekundären Weges Rl sich ausbreitenden Schallkomponenten erreichen die beiden Ohren Le und Re simultan, jedoch möglicherweise um 100 bis 300 µs später als die längs der primären Wege Ll und Rr sich ausbreitenden Schallkomponenten.

Es sei nun angenommen, daß bezüglich des wiedergegebenen und dem von dem Instrument 12d erzeugten Schall entsprechenden Schalls beide Schallkomponenten längs der sekundären Wege Lr und Rl ausgelöscht oder unterdrückt sind, so daß das linke Ohr Le lediglich eine längs des linken primären Weges Ll sich ausbreitende Schallkomponente und das rechte Ohr Re lediglich die längs des rechten primären Weges Rr sich ausbreitende Schallkomponente hören. Wenn die beiden Ohren Le und Re im wesentlichen den gleichen Schall mit gleicher Intensität hören, liegt der Eindruck vor, daß der Schall von einer unmittelbar vor der Person P liegenden zentralen Stelle kommt.

(b) Theorie der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Theorie, daß zwei zueinander korrespondierende Schallkomponenten (d. h. Schallkomponenten, die von dem gleichen abgebenden Instrument bzw. Ursprungsinstrument beim Herstellen der ursprünglichen Aufzeichnung stammen), die sequentiell aufgezeichnet werden. Dies tritt auf, wenn das Instrument zu einem Aufzeichnungsmikrofon näher ist als zu dem anderen), zum Erzeugen einer viel breiteren dimensionsgerechten Wirkung verwendet werden können als der Bereich, der durch die Lautsprecher eingenommen wird. Diese Schallkomponenten können zum Erzeugen einer nahezu vollkommenen dimensionsgerechten Wirkung verwendet werden, bei der die Musik scheinbar gefühlsmäßig den Zuhörer "umgibt".

Wenn auch die weiter unten beschriebene Theorie als zutreffend für die Erscheinung der vorliegenden Erfindung angenommen wird, sei hervorgehoben, daß unabhängig von der Genauigkeit oder Gültigkeit dieser Theorie festgestellt worden ist, daß die vorliegende Erfindung in der Lage ist, diese nahezu vollkommene dimensionsgerechte Wirkung des Schalls zu erzeugen.

Zur Darlegung der Theorie der vorliegenden Erfindung sei unter Bezugnahme auf Fig. 2 angenommen, daß zwei Schallkomponenten, die den Schallkomponenten aus dem Instrument 12f entsprechen, in den beiden Lautsprechern LS und RS wiedergegeben werden. Wenn der von dem Mikrofon M2 aufgenommene Schall über den Lautsprecher LS wiedergegeben wird, wird der Schall des Instruments 12f zu einem früheren Zeitpunkt längs des linken primären und linken sekundären Weges Ll und Lr übertragen. Wie bereits erläutert, liegt im ersten Augenblick, in dem die beiden längs des linken primären und linken sekundären Weges Ll und Lr übertragenen Schallkomponenten die Ohren Le und Re erreichen, etwas von der dimensionsgerechten Wirkung vor, dadurch, daß der Zuhörer deutlich den Eindruck besitzt, daß der Schall von dem Lautsprecher LS stammt.

Es sei jedoch angenommen, daß die sich längs des linken sekundären Schallweges Lr ausbreitende Schallkomponente etwas beseitigt ist, derart, daß im ersten Augenblick lediglich das linke Ohr Le den Schall hört, der längs des linken primären Schallweges Ll läuft. Weil das rechte Ohr Re nichts von diesem Schall hört, hat die Person P den momentanen Eindruck, daß der Schall von einer Stelle links der Person P stammt.

Daher ist der unmittelbare Eindruck der, daß der Schall vollkommen außerhalb des Lautsprecherbereiches und irgendwo nahe der linken Seite der Person P ist.

Etwa eine hundertstel Sekunde später werde der dem des Instruments 12f entsprechende wiedergegebene Schall von dem rechten Lautsprecher RS abgegeben und die längs des rechten sekundären Schallweges sich ausbreitende Schallkomponente beseitigt, so daß nur das rechte Ohr Re den von dem Lautsprecher RS stammenden Schall hört. Der Eindruck ist, daß ein zweites Instrument 12f vorhanden ist, das in irgendeinem Bereich außerhalb des Lautsprecherbereiches seitlich rechts von der Person P positioniert ist.

Es sei nun der dem Schall aus dem Instrument 12d entsprechende wiedergegebene Schall betrachtet. Wenn die beiden sich längs der sekundären Schallwege Lr und Rl ausbreitenden Schallkomponenten vollkommen beseitigt sind und wenn der von den Lautsprechern LS und RS abgegebene Schall im wesentlichen zur gleichen Zeit und mit im wesentlichen der gleichen Intensität auftritt, besteht der sehr deutliche Eindruck, daß der dem Schall aus dem Instrument 12d entsprechende Schall von einer Quelle unmittelbar vor der Person P kommt. Bezüglich der Schallkomponenten aus den Instrumenten 12c und 12e sind die Zeitverzögerung und die Differenz der Intensität, mit der diese Schallkomponenten aufgezeichnet werden, etwas geringer als im Fall der Instrumente 12b und 12f, da die Abstandsdifferenz von diesen Instrumenten zu den Mikrofonen M1 und M2 etwas geringer ist. Folglich ist die Wiedergabe dieser Schallkomponenten in den beiden Lautsprechern LS und RS etwas enger zueinander zeitgesteuert, so daß das linke Ohr Le und das rechte Ohr Re diese beiden Schallkomponenten etwa mit der gleichen Intensität und etwas näher zueinander in einem Zeitrahmen hören. Daher kann die dimensionsgerechte Wirkung bezüglich der den Schallkomponenten aus den Instrumenten 12e und 12c entsprechenden Schallkomponenten als etwas geringer vorhergesagt werden als im Fall der Schallkomponenten von den Instrumenten 12b und 12f.

Die resultierende Gesamtwirkung ist der überraschende Eindruck, daß der Schall "vollkommen dimensionsgerecht" ist, indem der Hörer irgendwie innerhalb des Schallfeldes zu sein scheint oder in irgendeiner Weise von den verschiedenen Schallquellen umgeben zu sein scheint. Weiter wurde festgestellt, daß bei der Erfindung die Vorrichtung so angeordnet sein kann, daß sie nicht übermäßig empfindlich bezüglich der Lage oder des Winkels des Kopfes des Zuhörers ist. Beispielsweise sei angenommen, daß der Hörer mehr von dem Schall angezogen ist, der von links zu kommen scheint und der Hörer seinen Kopf in Richtung auf den diesen Schall erzeugenden Lautsprecher dreht. Die dimensionsgerechte Wirkung, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt wird, wird nicht wesentlich verringert. Weiter ist der Zuhörer in der Lage, seinen Kopf mäßig hin und her zu verschieben, ohne daß die dimensionsgerechte Wirkung wesentlich verringert wird. Wenn der Zuhörer seinen Kopf eine weitere Strecke zur Seite bewegt (d. h. etwa 1 Fuß (ca. 30 cm)), wird die dimensionsgerechte Wirkung verringert, jedoch nicht vollständig ausgelöscht. Daher kann die Person dies erfassen, ihren Kopf zurück in den idealen Hörbereich bewegen, weiterhin eine bequeme Winkelbewegung des Kopfes und eine mäßige Hin- und Herbewegung ausführen und sich weiterhin an der dimensionsgerechten Wirkung der Vorrichtungen erfreuen.

(c) Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung

Dieses erste Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Es gibt linke und rechte Stereosignale, die an Anschlüssen L (IN) bzw. R (IN) eintreten, wobei diese ihrerseits direkt zu einem linken bzw. einem rechten Frequenzausgleicher A (L) bzw. A (R) übertragen werden. Jeder dieser Frequenzausgleicher A (L) oder A (R) ist oder kann ein bekannter Frequenzausgleicher sein, wobei jeder Frequenzausgleicher zum Steuern bzw. Regeln der Leistung des Ausgangssignals als Funktion der Frequenz arbeitet. Das Ausgangssignal von dem Frequenzausgleicher A (L) wird einem Summierpunkt C (L) und dann über einen Verstärker (L) dem linken Lautsprecher S (L) zugeführt. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des rechten Frequenzausgleichers A (R) direkt über einen rechten Summierpunkt C (R) einem rechten Verstärker (R) zugeführt zum Ansteuern eines rechten Lautsprechers S (R).

Zusätzlich wird das linke Stereoeingangssignal von L (IN) einer Kompensationseinrichtung in Form einer Invertiereinrichtung B (LR) zugeführt, die die Phase des Signals an L (IN) um 180° phasenverschiebt. Das Ausgangssignal der Kompensationseinrichtung B (LR) wird wiederum über vier Kanäle zu vier Filterschaltungen b1 (LR), b2 (LR), b3 (LR) bzw. b4 (LR) mit jeweils einem Verzögerungsglied übertragen. Jede Filterschaltung b1 (LR) bis b4 (LR) mit Verzögerungsglied, hat zwei Funktionen, erstens die Größe des invertierten Signals abhängig von der Frequenz zu ändern und zweitens das Signal um ein vorgegebenes Zeitmaß zu verzögern.

Der gemeinsame Ausgang der vier Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) mit jeweils einem Verzögerungsglied erzeugt ein Kompensationssignal, das zu dem rechten Summierpunkt C (R) übertragen wird. Dieses Links-Rechts-Kompensationssignal wird dem von dem rechten Frequenzausgleicher A (R) abgegebenen rechten Haupt-Stereosignal überlagert, wobei das bei dieser Überlagerung entstehende Summensignal den rechten Lautsprecher S (R) ansteuert. Daher ist das Ausgangssignal von dem Lautsprecher S (R) ein dem Summensignal aus dem Summierpunkt C (R) entsprechendes Schallfeld.

In gleicher Weise wird das rechte Stereoeingangssignal bei R (IN) über eine Kompensationseinrichtung in Form einer Invertiereinrichtung B (RL) übertragen, die das Signal um 180° phasenverschiebt. Das Ausgangssignal von der Kompensationseinrichtung B (RL) wird über 4 Kanäle zu einem zweiten Satz aus vier Filterschaltungen b1 (RL), b2 (RL), b3 (RL) und b4 (RL) mit jeweils einem Verzögerungsglied übertragen. Wie bei den anderen Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) mit Verzögerungsglied ist es die Funktion des zweiten Satzes Filterschaltungen b1 (RL) bis b4 (RL) mit Verzögerungsglied ein Rechts-Links-Kompensationssignal zu erzeugen, das zum linken Summierpunkt C (L) übertragen wird. Das zum linken Summierpunkt C (L) übertragene Kompensationssignal wird dem von dem Frequenzausgleicher A (L) abgegebenen linken Haupt-Stereosignal überlagert, wobei das bei dieser Überlagerung entstehende Summensignal den linken Lautsprecher S(L) ansteuert.

Die Intensität jedes Kompensationssignals wird durch einen zugehörigen Schalter Sw (L) oder Sw (R), der zwischen dem Eingang L (IN) bzw. R (IN) und der zugehörigen Kompensationseinrichtung B (RL) bzw. B (LR) angeordnet ist, gesteuert. Dieser Schalter Sw (L) oder Sw (R) ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, in der drei Spannungsteilerwiderstände R1, R2 und R3 in Reihe angeordnet sind. Wenn das Schaltelement E geöffnet ist, wird das Signal zu der zugehörigen Kompensationseinrichtung B (RL) bzw. B (LR) mit niedriger Intensität, d. h. etwa 6 Dezibel unter dem Pegel des Signals an L (IN) oder R (IN) abgegeben. Wenn das Schaltelement E geschlossen ist, wird die Intensität des Kompensationssignals auf etwa 3 Dezibel unter dem Signal an L (IN) oder R (IN) angehoben. Daher wirken die Schalter Sw (R) und Sw (L) als "Injektionsschalter" zum entweder Erhöhen oder Verringern der Intensität des Kompensationssignals zwecks Erhöhung oder Verringerung der dimensionsgerechten Wirkung des erzeugten Schalls.

Zusätzlich wird das Ausgangssignal von dem linken Summierpunkt C (L) über ein linkes Verzögerungsglied D (L) zurück zum linken Eingangsanschluß L (IN) rückgeführt. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal von dem rechten Summierpunkt C (R) über ein rechtes Verzögerungsglied D (R) zum rechten Eingangsanschluß R (IN) rückgeführt. Jede der erwähnten Komponenten kann eine konventionelle Komponente sein, die auf dem Gebiet der Elektronik bekannt ist, wobei jede in irgendeiner von mehreren konventionellen Formen vorliegen kann. Beispielsweise werden in einem Buch mit dem Titel "Operational Amplifiers, Design and Applications", von Jerald G. Graeme, Gene E. Tobey and Lawrence P. Huelsman, erschienen bei McGraw-Hill Book Company, Copyright 1971, derartige Frequenzausgleicher im Kapitel 5 mit dem Titel "Phase Compensation" diskutiert. Auch sind solche Einrichtungen in einem Buch mit dem Titel "Linear Applications Handbook" beschrieben, das von Radio Shack verkauft wird, und durch die Katalognummer 62-1373, insbesondere auf Seite AN 64-9 identifiziert. Folglich ist eine ausführliche Erläuterung jeder dieser Komponenten hier nicht enthalten.

Wie weiter oben erwähnt, ist der erste Satz der Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) mit Verzögerungsglied zum Erzeugen eines verzögerten Ausgangssignals vorgesehen, dessen Intensität als Funktion der Frequenz geändert ist. Die Art und Weise, in der dies durchgeführt wird, ist in der Tafel gemäß Fig. 5 erläutert. Aus Fig. 5 geht hervor, daß das Ausgangssignal von b1 (LR) um eine Verzögerungszeit t1 von 110 µs verzögert ist. Weiter ist die Größe des Ausgangssignals bei t1 bis zum Erreichen einer Frequenz von 8 kHz gleich dem Eingangssignal zur Invertiereinrichtung B (LR), wobei nach 8 kHz das Ausgangssignal Null ist. Bezüglich der zweiten Filterschaltung b2 (LR) mit Verzögerungsglied beträgt die Verzögerungszeit t2 gleich 180 µs. Die Größe des Ausgangssignals ist ähnlich dem des Ausgleichers b1 (LR).

Bezüglich der dritten Filterschaltung b3 (LR) mit Verzögerungsglied ist die Verzögerungszeit t3 gleich 370 µs. Die Verzögerungszeit t4 der vierten Filterschaltung b4 (LR) mit Verzögerungsglied ist 690 µs. Bezüglich der Größe des Ausgangssignals dieser beiden Komponenten hat die Filterschaltung b3 (LR) für Frequenzen bis 200 Hz ein Ausgangssignal mit 3,5 Dezibel über dem Eingangssignal zur Kompensationseinrichtung B (LR). Für die vierte Filterschaltung b4 (LR) ist für Frequenzen bis 400 Hz das Ausgangssignal um 3,5 Dezibel über dem Pegel des Eingangssignals zur Kompensationseinrichtung B (RL). Für jede Filterschaltung b3 (LR) und b4 (LR) kehrt nach dem anfänglichen um 3,5 Dezibel höheren Ausgangssignal das Ausgangssignal auf einen Pegel zurück, der bis zum Erreichen der Frequenz 8 kHz dem Eingangssignal zur Kompensationseinrichtung B (LR) gleich ist, wobei das Ausgangssignal nach Erreichen der 8 kHz auf Null abfällt. Die Wirkungsweise des zweiten Satzes Filterschaltungen b1 (RL) bis b4 (RL) ist identisch zum ersten Satz, so daß die Tafel gemäß Fig. 5 in gleicher Weise auf den zweiten Satz anwendbar ist.

Es wurde festgestellt, daß der Wirkungsgrad des Systems der vorliegenden Erfindung erhöht werden kann, indem die Intensität des linken Haupt-Signals und des rechten Haupt-Signals als eine Funktion der Frequenz gesteuert wird. Die Art und Weise, in der dies durchgeführt wird, wird durch die Darstellung gemäß Fig. 6 wiedergegeben, in der die Intensität des von jedem Frequenzausgleicher A (R) und A (L) abgegebenen Schalls über der Frequenz aufgetragen ist. Es zeigt sich, daß die Intensität des erzeugten Schalls bei 20 Hz maximal ist, bei welcher Frequenz sie 6 Dezibel über dem an L (IN) oder R (IN) ankommenden Signal ist. Dann fällt sie mit im wesentlichen konstantem Verhältnis auf einen Pegel bei 400 Hz ab, bei dem keine Verstärkung des Signals stattfindet. Diese Intensität bleibt konstant, bis sie sich an den 4 kHz-Bereich annähert, in dem die Intensität des Schalls auf -8 Dezibel unter den Pegel des ankommenden Signals abfällt, wonach der Schallpegel wieder auf den gewöhnlichen Pegel zurück ansteigt und auf diesem Pegel bleibt, bis er den 20-kHz-Bereich erreicht.

(d) Allgemeine Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung sei eine Person P an eine Stelle hinter und mit gleichem Abstand von den beiden Lautsprechern S (L) und S (R) angeordnet. Zum Erreichen eines geeigneten Bezugsrahmens sei angenommen, daß die beiden Lautsprecher S (R) und S (L) und die Person P in einem sogenannten "Spielbereich" angeordnet sind, wobei die Lautsprecher S (L) und S (R) in einer vorderen Stellung sind und die Person P in einer rückwärtigen Stellung ist. Die beiden Lautsprecher S (R) und S (L) sind auf einer Basisachse 20 in einem Abstand voneinander angeordnet. Es gibt eine Längsachse 22 senkrecht zur Basisachse 20 mit gleichem Abstand von den Lautsprechern S (R) und S (L). Die Person P ist in einem ihren Kopf unmittelbar umgebenden "Hörbereich" 24 angeordnet. Der Kopf der Person P ist in einer "Hörstellung" angeordnet, die eine Stellung auf der Längsachse 22 in einer idealen Hörlage für die Anordnung ist. Die Person P besitzt ein rechtes Ohr Re und ein linkes Ohr Le.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung sei zunächst ein sehr kurzes Zeitinkrement eines Audiosignals untersucht, das in den linken Stereo- Eingang L (IN) eintritt. Dieses Schallinkrement wird unmittelbar zum linken Frequenzausgleicher A (L) gerichtet, dessen Ausgangssignal als "linkes Hauptsignal" bezeichnet ist, das zum Summierpunkt C (L) geführt ist. Am Summierpunkt C (L) liegt auch ein Schallinkrement vor, das von dem rechten Eingang R (IN) abgegeben und durch die Kompensationseinrichtung B (RL) und durch die vier Filterschaltungen b1 (RL) bis b4 (RL) mit Verzögerungsglied zum Summierpunkt C (L) geführt ist. Dieses zusätzliche Schallinkrement kann als "Links-Rechts-Kompensationssignal" bezeichnet werden. Da die Verzögerungszeit für jede der vier Filterschaltungen b1 (RL) bis b4 (RL) mit Verzögerungsglied voneinander verschieden sind, ist die Gesamtsumme dieses Links-Rechts- Kompensationssignals aus getrennten Signalabschnitten gebildet, die sequentiell an dem Eingang R (IN) empfangen sind. Die Erfindung ist so ausgebildet, daß die Gesamt- oder Summenwirkung des Kompensationssignals, das dem Haupt-Signal vom Frequenzausgleicher A (L) überlagert ist, nicht ausreichend groß ist, um irgendeine merkliche Verschlechterung des Haupt-Signals von dem Frequenzausgleicher A (L) zu erreichen.

Wenn dieses Kombinationssignalinkrement, d. h. das linke Haupt-Signal mit dem überlagerten Rechts-Links-Kompensationssignal, von dem Summierpunkt C (L) zum linken Lautsprecher S (L) übergeht, kann zum Zweck der Analyse der von dem Lautsprecher abgegebene Schall als längs zweier Wege verlaufend angesehen werden, eines linken primären Weges Ll, der zum linken Ohr Le der Person P führt, und eines linken sekundären Weges Lr, der zum rechten Ohr Re führt. Der Schall auf dem linken primären Weg Ll erreicht das linke Ohr Le mit keiner wesentlichen Interferenz oder Störung, so daß das linke Ohr Le einen im wesentlichen ungeschwächten Schall hört, der sich aus dem Signalinkrement ergibt, das in den linken Stereophonie- Eingang L (IN) eintritt.

Dies ist jedoch nicht der Fall mit dem Schall auf dem rechten sekundären Weg Lr. Es zeigt sich, daß der Schall auf dem linken sekundären Weg Lr zum rechten Ohr Re etwas länger ist als der linke primäre Weg Ll. Der Schall auf dem linken sekundären Weg Lr wird teilweise ausgelöscht oder unterdrückt durch den Schall, der von einem Links-Rechts-Kompensationssignal aus dem linken Stereophonie-Eingang L (IN) stammt, und dem rechten Summierpunkt C (R) nach Hindurchtritt durch die Kompensationseinrichtung B (RL) und die Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) mit Verzögerungsglied zugeführt ist. Der Schall aufgrund des Links-Rechts-Kompensationssignals erzeugt einen Kompensationsschall am rechten Lautsprecher S (R), der dem auf dem rechten primären Weg Rr dem rechten Lautsprecher S (R) zugeführten Schall entsprechenden Schall überlagert ist. Der Schall von dem Lautsprecher S (R) hat eine über einen rechten primären Weg Rr laufende Schallkomponente und eine über einen sekundären Weg laufende Schallkomponente Rl. Weil der rechte primäre Weg Rr kürzer ist als der linke sekundäre Weg Lr, wird der Links- Rechts-Kompensationsschall in einem solchen Ausmaß verzögert, daß der Links-Rechts-Kompensationsschall das rechte Ohr Re zu annähernd der gleichen Zeit erreicht, wie die längs des linken sekundären Weges Lr laufende Schallkomponente. Da der Kompensationsschall aufgrund der Kompensationseinrichtung B (LR) um 180° phasenverschoben ist, löscht der Kompensationsschall zumindest teilweise die den linken sekundären Weg Lr durchlaufende Schallkomponente aus. Der Nutzeffekt ist, daß das linke Ohr Le die den linken primären Weg Ll durchlaufende Schallkomponente im wesentlichen ungeschwächt hört, während das rechte Ohr Re die Schallkomponente längs des linken sekundären Weges Lr sehr wenig oder mit einem wesentlich geschwächten Pegel hört.

Bezüglich des Rechts-Links-Kompensationssignals, das seinen Ursprung am rechten Eingang R (IN) besitzt und das zum linken Lautsprecher S (L) übertragen wird, wurde bereits ausgeführt, daß dieses Signal dem linken Haupt-Signal L (IN) überlagert wird, das vom Frequenzausgleicher A (L) zum linken Lautsprecher S (L) übertragen wird. Wenn jedoch der überlagerte Teil des Kompensationsschalls von dem linken Lautsprecher S (L) längs des linken primären Weges Ll zum linken Ohr Le läuft, kurz bevor eine entsprechende Schallkomponente längs des rechten primären Weges Rr von dem rechten Lautsprecher S (R) abgegeben wird und längs des rechten sekundären Weges Rl zum linken Ohr Le läuft, löschen sich der vom linken Lautsprecher L (S) auf dem linken primären Weg Ll zum linken Ohr Le laufende Kompensationsschall und die von dem rechten Lautsprecher L(S) stammende und den rechten sekundären Weg Rl durchlaufende Schallkomponente einander im wesentlichen am linken Ohr Le aus.

Danach wird der von dem linken Lautsprecher S (L) stammende Schall im wesentlichen von dem linken Ohr Le allein gehört, während der von dem rechten Lautsprecher S (R) stammende Schall im wesentlichen nur vom rechten Ohr Re gehört wird. Ohne Unterstützung der die Erfindung begleitenden Analyse wird angenommen, daß die Anfangsreaktion einer Person, die zuerst die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung betrachtet zu dem Schluß kommen wird, daß die vorliegende Erfindung etwas von der Stereophonie- Wirkung zerstört, die durch die beiden Lautsprecher erhalten wird. Das heißt, es kann angenommen werden, daß, da ein von dem linken Lautsprecher S (L) stammender einziger Schall lediglich das linke Ohr Le und nicht das rechte Ohr Re erreicht, das linke und das rechte Ohr keine Differenzierung in der Intensität und der Phasenverschiebung des gleichen Schalls durchführen können, der unterschiedliche Wege zu den beiden Ohren Le und Re zurücklegt, wodurch eine wertvolle Wahrnehmung der Richtung der Quelle verloren geht, was Teil der Stereophonie-Wirkung ist. Die erste Reaktion enthält einige wahre Elemente, weil die vorliegende Erfindung in gewissem Sinn einige der traditionellen funktionellen Merkmale des Stereophonie-Schalls beseitigt oder zumindest abschwächt. Jedoch ist diese Analyse unvollständig, da sie nicht die Art der Schallkomponenten berücksichtigt, die bei einer Stereophonie-Aufzeichnung wiedergegeben werden.

Es wird noch einmal kurz auf die Diskussion im Abschnitt "Theorie der vorliegenden Erfindung" eingegangen, bei der eine Berücksichtigung der Wirkung des Beseitigens von Schall gegeben wurde, der längs der beiden sekundären Wegkomponenten Lr und Rl läuft. Dies wurde mit Bezug auf das Wiedergeben der Schallwelle diskutiert, die in einem Stereophonie-System wie dem gemäß Fig. 3 aufgezeichnet sind. Gemäß einer Zusammenfassung dieser Diskussion erzeugen die Schallkomponenten, die mit einer wesentlichen Zeitverzögerung aufgezeichnet sind (so wie diejenigen, die von dem Instrument 12f gemäß Fig. 1 stammen, einen deutlich unterschiedlichen Eindruck für den Zuhörer, wenn die Schallkomponenten längs der sekundären Wege Lr und Rl im wesentlichen beseitigt sind. Einige der Schallkomponenten scheinen sich aus dem Übertragungsbereich der beiden Lautsprecher herauszubewegen, um in gewisser Hinsicht den Zuhörer zu "umgeben". Andere Schallkomponenten scheinen von dem Übertragungsbereich zwischen den Lautsprechern zu stammen. Wieder andere Schallkomponenten geben einen dazwischenliegenden Eindruck derart, daß sie "irgendwo dazwischen" stammen. Da dies unter dem Abschnitt "Theorie der vorliegenden Erfindung" diskutiert worden wurde, werden diese Anmerkungen nicht mehr wiederholt.

Bezüglich der Anwendung dieser Theorie auf den tatsächlichen Betrieb der vorliegenden Erfindung liegt bei der vorliegenden Erfindung keine vollkommene Beseitigung der Schallkomponenten vor, die längs der sekundären Wege Rl und Lr laufen. Beispielsweise sei wieder das Signalinkrement betrachtet, das in den linken Eingangsanschluß L (IN) eintritt. Dieses linke Signalinkrement hat einen früheren linken Hauptschall zur Folge, der von dem linken Lautsprecher S (L) abgegeben wird, wobei ein verzögertes Kompensationssignal von dem rechten Lautsprecher S (R) abgegeben wird. Der Kompensationsschall, der den rechten primären Weg Rr durchläuft, hat eine Löschfunktion. Jedoch wird der Kompensationsschall, der den rechten sekundären Weg Rl zum linken Ohr Le durchläuft, nicht ausgelöscht. Jedoch erreicht, da der Kompensationsschall von dem rechten Lautsprecher S (R) nicht nur gegenüber dem entsprechenden Hauptschall von dem linken Lautsprecher S (L) verzögert ist, sondern auch einen längeren rechten sekundären Weg Rl durchläuft, der entsprechende Kompensationsschall vom Lautsprecher S (R) das linke Ohr Le im wesentlichen später als der Hauptschall, der den linken primären Weg Ll durchläuft. Es wurde festgestellt, daß dies keine wesentliche Verschlechterung der Haupt-Schallkomponente zur Folge hat.

(e) Arbeitsweise der Erfindung bezüglich der Stellung des Winkels des Kopfes

Es wurde weiter oben bereits ausgeführt, daß die vorliegende Erfindung wirkungsvoll selbst bei Umständen arbeiten kann, bei denen die Person ihren Kopf in die eine oder andere Richtung dreht oder den Kopf seitlich in mäßigem Ausmaß verschiebt. Zur Erläuterung dieser besonderen Seite der vorliegenden Erfindung wird auf Fig. 7 Bezug genommen. In Fig. 7 sind der rechte und der linke Lautsprecher S (L) und die Hörstellung schematisch dargestellt. Wie bereits erläutert, gibt es die Basisachse, auf der die beiden Lautsprecher S (L) und S (R) angeordnet sind, und die Längsachse, die senkrecht zur Basisachse ist und die Basisachse halbiert. Zusätzlich gibt es eine rechte und eine linke Hörachse, die sich von der Hörstellung zum rechten bzw. linken Lautsprecher S (R) bzw. S (L) erstrecken. Die rechte Hörachse bildet einen rechten Hörwinkel mit der Längsachse, und in gleicher Weise bildet die linke Hörachse einen linken Hörwinkel mit der Längsachse. Das linke und das rechte Ohr des Zuhörers sind mit Le bzw. Re bezeichnet, wobei auch der "Ohr-Abstand" bezeichnet ist. Zum Zweck dieser Analyse ist der Ohrabstand zu 7 inch, d. h. etwa 17,8 cm angenommen.

Es wird nun Bezug auf Fig. 8 genommen, die die Hörstellung und das rechte und das linke Ohr Re und Le in vergrößertem Maßstab zeigt. Zusätzlich zur Darstellung der Längsachse, der rechten und der linken Hörachse und des rechten und des linken Hörwinkels sind auch die rechten und linken primären und die sekundären Schallwege Rr und Rl, Lr, Ll dargestellt. Da die beiden Lautsprecher allgemein von der Hörstellung um einen großen Abstand bezüglich dem Abstand der beiden Ohren Re und Le beabstandet sind, können zum Zweck der vorliegenden Analyse der linken primären und linke sekundäre Weg Ll und Lr als parallel zueinander angenommen werden, ebenso wie der rechte primäre und rechte sekundäre Weg Rr und Rl.

In der folgenden Analyse wird der Begriff "Verzögerungsabstand" zur Bezeichnung einer räumlichen Distanz oder Strecke verwendet, die der Schall während einer vorgegebenen Verzögerungs- Zeit durchläuft. Daher ist mit einer von der Umgebungstemperatur abhängigen Schallausbreitung von etwa 1080 Fuß pro Sekunde oder etwa 333 m/s für eine Verzögerungszeit von 100 µs der Verzögerungsabstand etwa 1,3 inch oder etwa 3,3 cm.

Wenn der Kopf einer Person genau in der Hörstellung positioniert ist und wenn die Person parallel zur Längsachse blickt, sollte, um eine ideale Signalauslöschung bei der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ein Verzögerungsabstand vorliegen, der gleich einem Wert ist, der durch Multiplizieren des Sinus des Hörwinkels mit dem Ohrabstand erhalten wird. Dieser ideale Verzögerungsabstand ist graphisch in Fig. 8 dargestellt und mit x bezeichnet. Unter der Annahme, daß die beiden Lautsprecher so angeordnet sind, daß die beiden Hörwinkel zwischen 30° und 45° liegen, liegt der Sinuswert zwischen 0,5 und 0,707. Unter der Annahme, daß der Ohrabstand zwischen 6 und 8 inch oder etwa 15 bis 21 cm liegt, liegt der Bereich des idealen Verzögerungsabstandes x in einem Bereich der einer Verzögerungszeit zwischen 230 µs und 460 µs entspricht.

Es sei zunächst die Bewegung des Kopfes der Person nach vorwärts und nach rückwärts um die Längsachse betrachtet. Da die Lautsprecher S (L) und S (R) allgemein bezüglich des Ohrabstandes in beträchlicher Distanz von dem Zuhörer angeordnet sind, hat eine begrenzte Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Kopfes der Person bis zu einigen Fuß oder einigen Metern eine sehr kleine Änderung des Hörwinkels zur Folge. Folglich ergibt sich eine sehr kleine Änderung im Wert des idealen Verzögerungsabstandes x. Daher hat die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Kopfes der Person im wesentlichen wenig Einfluß bei der vorliegenden Erfindung.

Es sei nun angenommen, daß der Zuhörer seinen Kopf so dreht, daß er direkt längs der rechten Hörachse zum rechten Lautsprecher blickt. Die Stellungen des linken und des rechten Ohres Le und Re in dieser Lage sind mit Le′ und Re′ bezeichnet. Der genaue Punkt bezüglich der Ohren der Person, um den die Drehung stattfindet, schwankt leicht von Person zu Person, jedoch ist es allgemein vernünftig anzunehmen, daß dieser Drehpunkt an einem Punkt stattfindet, der direkt zwischen den Ohren Le und Re der Person liegt. Daher ergibt sich mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 8, daß das linke Ohr Le näher zum rechten Lautsprecher um einen räumlichen Abstand y bewegt worden ist, der gleich der Hälfte des idealen Verzögerungsabstandes x ist. Weiter hat sich auch das linke Ohr Le näher zum linken Lautsprecher S (L) um einen räumlichen Abstand z bewegt, der nur geringfügig kleiner als der räumliche Abstand y ist. Eine weitere Analyse zeigt, daß, wenn sich das Ohr Le von seiner Anfangsstellung zu der gedrehten Stellung Le′ bewegt, das linke Ohr Le sich im Effekt seitlich um einen räumlichen Abstand bewegt hat, der in Fig. 8 mit m bezeichnet ist. Bei dem in der Stellung Le′ befindlichen Ohr sollte, um ideale Auslöschung zu erreichen, die Änderung des idealen Verzögerungsabstandes gleich dem zweifachen des Wertes m multipliziert mit dem Sinus des Hörwinkels sein.

Aus der obigen Analyse ergibt sich, weshalb die Winkelbewegung des Kopfes der Person um die Hörstellung eine geringe schwächende Einwirkung auf die Betriebswelle bzw. Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung hat. Eine Winkelbewegung von beispielsweise bis zu 30° erreicht nämlich eine relativ große Vorwärtsbewegung und eine relativ kleine Seitwärtsbewegung. Wie bereits ausgeführt, ist das System der vorliegenden Erfindung ziemlich unempfindlich auf Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Kopfes der Person um die Hörstellung. Daher ist der einzige Effekt, der tatsächlich bezüglich der Winkelbewegung des Kopfes der Person zu berücksichtigen ist, die begrenzte seitliche Bewegung zu der oder weg von der Längsachse, die tatsächlich den Verzögerungsabstand ändert.

Es wird nun der Effekt betrachtet, den die seitliche Bewegung senkrecht zur Längsachse auf den Verzögerungsabstand besitzt. Es wird auf Fig. 9 Bezug genommen, die eine Darstellung ähnlich der gemäß Fig. 8 ist, wobei das rechte und das linke Ohr Re und Le der Person in der Hörstellung dargestellt sind. Es sei angenommen, daß die Person ihren Kopf nach rechts bewegt, ohne Vorwärtsbewegung und ohne Drehbewegung. Vier Stellungen sind für jedes Ohr dargestellt. Das linke Ohr ist als in seiner idealen Stellung dargestellt und wird dann nach rechts um drei Inkremente bewegt, wobei jedes Inkrement einem Viertel des Ohrabstandes gleich ist. In gleicher Weise ist das rechte Ohr in seiner ursprünglichen Stellung Re und rechts davon in drei beabstandeten Stellungen dargestellt, wobei jeder Abstand zwischen zwei Stellungen gleich einem Viertel des Ohrabstandes ist.

Wenn das linke und das rechte Ohr in der idealen Stellung Le und Re sind, bleibt der ideale Verzögerungsabstand auf dem Wert des Ohrabstandes multipliziert mit dem Sinus des Hörwinkels. Wenn sich das linke Ohr nach rechts um einen Abstand, der einem Viertel des Ohrabstandes entspricht, in die Stellung Le (a) bewegt hat, hat sich das linke Ohr simultan von dem linken Lautsprecher S (L) weiter weg und näher zu den rechten Lautsprecher S (R) hinbewegt. Jede Verzögerungsabstandsänderung ist gleich dem Abstandsinkrement der seitlichen Bewegung multipliziert mit dem Sinus des Hörwinkels. Die Wirkung dieser beiden Inkremente ist kumulativ, so daß die wirksame oder Nettoänderung in dem idealen Verzögerungsabstand bezüglich des linken Ohrs gleich dem Zweifachen der seitlichen Verschiebung des linken Ohres multipliziert mit dem Sinus des Hörwinkels ist. Falls das linke Ohr die Stellung der Längsachse bei Le (b) erreicht, ist dieses Ohr von beiden Lautsprechern gleich beabstandet. Daher ist der Verzögerungsabstand auf Null verringert und eine Schallauslöschung erreicht. Eine weitere Bewegung des linken Ohres zur Stellung Le (c) zeigt an, daß tatsächlich ein negativer Verzögerungsabstand zum Erreichen der Auslöschung vorliegt. Das heißt, der löschende oder unterdrückende Schall von dem rechten Lautsprecher S (R) muß vor dem linken Hauptsignal abgegeben werden, der von dem linken Lautsprecher S (L) stammt.

Bezüglich des rechten Ohres Re ergibt sich, daß für jede inkrementelle Bewegung nach rechts der ideale Verzögerungsabstand mit der gleichen Rate oder Geschwindigkeit zunimmt wie er für das linke Ohr abnimmt. Daher ist an den Stellungen Re (a), Re (b) und Re (c) der Verzögerungsabstand eineinviertel, eineinhalb bzw. eindreiviertel des idealen Verzögerungsabstandes.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Kompensationssignal mit mehreren verschiedenen Verzögerungszeiten übertragen. Die Auswahl dieser Verzögerungszeiten wurde zum Teil analytisch und zum Teil empirisch erreicht. Die Verzögerungsabstandswerte für die verschiedene Verzögerungszeit sind wie folgt:

Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 8 sei angenommen, daß der Ohrabstand 7 inch oder etwa 17,8 cm und daß jeder der Hörwinkel 45° beträgt. Daher ist der ideale Verzögerungsabstand annähernd 5 inch oder etwa 12,7 cm. Wenn der Kopf der Person zentral auf der Längsachse angeordnet ist, ergibt sich, daß der Kompensationsschall bei der Verzögerungszeit t3, die einem genauen Verzögerungsabstand von 4,81 inch oder etwa 12,2 cm entspricht, der primäre auslöschende Schall ist. Wenn die Person ihren Kopf seitlich nach rechts und das linke Ohr sich näher zur Längsachse bewegt und daher eine kürzere Verzögerungszeit erfordert, kommt der auslöschende Schall mit Verzögerungszeiten von zunächst t2 und dann t1 ins Spiel. Jedoch ist für das rechte Ohr die Wirkung des auslöschenden Schalls mit einer Verzögerungszeit von t3 weiter wirksam, weil sich das rechte Ohr weiter von der Längsachse entfernt, jedoch wird diese Wirkung etwas abgeschwächt. Daher ergibt sich unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 8, daß die Unterdrückungs- oder Auslöschungs-Erscheinung weiter wirksam ist, wenn die Person die mit Le (a) und Re (a) bezeichnete Stellung erreicht.

Bezüglich der Empfindlichkeit des Kompensationssignals hinsichtlich der Position des Hörers wird daran erinnert, daß Schall mit einer Grundfrequenz des "mittleren C", d. h. 264 Zyklen pro Sekunde, eine Grundwellenlänge von nahezu 4 Fuß oder etwa 1,22 m hat. Selbst für einen Ton mit 1000 Zyklen pro Sekunde beträgt die Wellenlänge etwa 1 Fuß oder etwa 0,3 m. Daher kann weiter eine wesentliche Schallauslöschung auftreten, selbst wenn die Abweichungen von dem idealen Verzögerungsabstand in der Größenordnung einiger inch oder cm oder mehr liegt.

Daher gibt es selbst dann, wenn die Person die Stellung der Ohren bei Le (b) und Re (b) erreicht, einen wesentlichen Auslöschungs-Effekt, da die auslöschenden Schallwellen ziemlich unempfindlich gegenüber mäßigen Phasenverschiebungen sind. Wenn der Kopf der Person noch weiter nach rechts bewegt wird, ergibt sich, daß die Auslöschungserscheinung am linken Ohr Le weiter abgeschwächt wird und es ergibt sich noch ein ziemliches Ausmaß der Auslöschungserscheinung am rechten Ohr aufgrund der Kompensationsschallkomponenten mit Verzögerungszeiten von t3 und t4. Beispielsweise ist der Auslöschungs-Schall mit der Verzögerungszeit t4 vollständig wirksam, wenn die Person ihren Kopf nahezu fünfeinhalb inch oder etwa 14 cm von der Längsachse seitlich nach rechts bewegt hat.

Wenn die Person ihren Kopf um einen wesentlichen Abstand zu einer Seite oder zur anderen Seite bewegt hat, erhält das Ohr, das weiter von der Längsachse entfernt ist, weiter etwas von der dimensionsgerechten Wirkung, jedoch mit einem verringerten Pegel. Es wird jedoch angenommen, daß das andere Ohr, das sich über die Längsachse bewegt hat, ein wesentlich größeres Ausmaß der dimensionsgerechten Wirkung verloren hat. Das psychologische Ergebnis davon ist, daß die Person dazu neigt, ihren Kopf zurück in Richtung des Ohres zu bewegen, das mehr an der dimensionsgerechten Wirkung verloren hat. Das heißt, die Person neigt dazu, ihren Kopf zurück in Richtung auf die Längsachse zu bewegen, so daß sich das der Längsachse näherliegende Ohr zurück über die Längsachse bewegt und mehr von der dimensionsgerechten Wirkung erhält.

Bezüglich der verschiedenen, die Intensität des Schalls als Funktion der Frequenz gemäß den Fig. 5 und 6 ändernden Filterschaltungen ergaben sich die Werte, die aus einer empirischen Analyse beim Ausprobieren verschiedener Kombinationen von Schallintensitäten schließlich ausgewählt worden sind. Die tatsächliche Wirkung, die auf den Zuhörer durch das hier dargelegte Frequenz-Intensitäts-Muster ausgeübt wird, wird vom Erfinder als vollkommen ausreichend angesehen. Jedoch können Änderungen durchgeführt werden, um die Wirkung zu erzielen, die dem einzelnen Zuhörer zusagt.

Der angenäherte Bereich für Verzögerungszeiten kann verändert werden und das Ausmaß der Änderung hängt in gewissem Maße von der relativen Intensität der Haupt- Signalkomponente und der Kompensationssignale ab. Im allgemeinen wird angenommen, daß die Bereiche annähernd wie folgt sind:

Verzögerungszeit
Verzögerungsabstandsbereich in inches (in cm)
t1\|1-3 (2,5-7,6)
t2	2-4 (5,1-10,2)
t3	3-7 (7,6-17,8)
t4	6-12 (15,2-30,5)

(f) Reflektierter Schall

Es ist bereits ausgeführt worden, daß eines der Probleme von Systemen gemäß dem Stand der Technik, die dem Anmelder bekannt sind, darin liegt, daß reflektierter Schall eine wesentliche Verschlechterung der dimensionsgerechten Wirkung hervorruft. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedes kombinierte Signal, das von den Summierpunkten C (L) und C (R) über ein Verzögerungsglied D (L) bzw. D (R) zurück zur Eingangsquelle L (IN) bzw. R (IN) zurückgeführt. Die Verzögerungszeit beträgt 800 µs und ist damit etwas länger als die längste Verzögerungszeit der Filterschaltungen b4 (RL) und b4 (LR). Die Wirkung davon ist eine Zurückführung des Gesamtsignals, bestehend aus Haupt-Signal zuzüglich dem Kompensationssignal, durch das System. Zusätzlich wird das Gesamtsignal nicht nur durch den gleichen Summierpunkt zurückgeführt, sondern auch durch die Überkreuzungsschaltung zum entgegengesetzten Summierpunkt gerichtet.

Einer der primären Gründe dafür ist, daß die reflektierten Schallkomponenten auch in gewissem Umfang kompensiert werden sollen. Unter zahlreichen Umständen sind die Stereo-Lautsprecher auf dem Boden, nahe dem Boden oder möglicherweise in einer Ecke angeordnet. Folglich ist zu erwarten, daß Schall von dem Boden und/oder den Wänden reflektiert wird und zum Hörer mit einer Zeitverzögerung in der Größenordnung von möglicherweise etwa 1 ms gerichtet wird. Es wird angenommen, daß dieser Rückkopplungsmechanismus D (L) und D (R), der durch das System rückgeführt und verzögert wird, zumindest teilweise bezüglich diesem reflektiertem Schall kompensiert.

Es wird erinnert, daß die vorstehende Analyse nicht als vollkommen erschöpfend angesehen wird. Wie bereits ausgeführt, wurde unabhängig von der Gültigkeit der Genauigkeit dieser Analyse festgestellt, daß die Schaltungsanordnung diese dimensionsgerechte Wirkung erzeugt und eine bemerkenswerte Toleranz bezüglich Winkel- und Lageabweichungen der Stellung des Kopfes der Person zeigt.

(g) Vorrichtung gemäß dem 2. Ausführungsbeispiel

Das Aufzeichnungsgerät der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 10 wiedergegeben. Es gibt einen linken und einen rechten Eingangsanschluß L(IN) und R(IN). Die Signaleingänge zu diesen Anschlüssen L (IN) und R (IN) sollten Stereosignale sein, wie sie durch die Mikrofone M1 und M2 gemäß Fig. 1 erzeugt werden. Es gibt mindestens zwei Wege, um dies zu erreichen, deren einer in Fig. 10 in durchgezogenen Linien und deren anderer in Fig. 10 strichliert dargestellt ist.

Ein Verfahren liegt darin, die Aufzeichnungs-Anlage wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zu verwenden und die beiden beabstandeten Mikrofone M1 und M2 mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen L (IN) bzw. R (IN) zu verbinden. Daher empfangen die beiden Anschlüsse L (IN) und R (IN) Stereosignale, wobei entsprechende Schallkomponenten in jedem Signal vorhanden sind mit Zeitverzögerungen und Intensitätsänderungen zwischen den entsprechenden Komponenten des Signals.

Eine alternative Methode zum Erreichen der Eingangssignale zu den Anschlüssen L (IN) und R (IN) liegt darin, einfach eine Stereoaufzeichnung zu verwenden, die gemäß dem System nach Fig. 1 hergestellt worden ist, und diese Aufzeichnung mit einem Stereo-Abspielgerät abzuspielen. Dann werden die durch das Abspielgerät erzeugten Signale nicht zu den Lautsprechern, sondern zu den Eingangsanschlüssen L (IN) und R (IN) geführt. Dieses Verfahren ist in Fig. 4 in Strichlinien dargestellt.

Das linke und das rechte Signal werden wiederum direkt von den Anschlüssen L (IN) und R (IN) zu einem linken bzw. einem rechten Frequenzausgleicher übertragen, die mit A (L) bzw. A (R) bezeichnet sind. Jeder dieser Frequenzausgleicher A (L) oder A (R) bezeichnet sind. Jeder dieser Frequenzausgleicher A (L) oder A (R) kann so ausgeführt sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist, und jeder bewirkt die Steuerung bzw. Regelung der Leistung am Ausgang als Funktion der Frequenz. Das Ausgangssignal aus dem Frequenzausgleicher A (L) wird zu einem Summierpunkt C (L) und dann zu einem Stereo-Aufzeichnungsgerät geführt. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal aus dem rechten Frequenzausgleicher A (R) über einen rechten Summierpunkt C (R) zu dem Stereo-Aufzeichnungsgerät geführt.

Zusätzlich wird das linke Stereoeingangssignal von L (IN) einer invertierenden Einrichtung B (LR) zugeführt, die die Phase des Signals an L (IN) um 180° phasenverschiebt. Das Ausgangssignal von der invertierenden Einrichtung B (LR) wird wiederum über vier Kanäle zu vier Filterschaltungen übertragen, die mit b1 (LR), b2 (LR), b3 (LR) bzw. b4 (LR) bezeichnet sind. Jede Filterschaltung b1 (LR) bis b4 (LR) hat zwei Funktionen, erstens die Größe des um 180° phasenverschobenen oder invertierten Signals als Funktion der Frequenz zu ändern und zweitens das Signal um ein vorgegebenes Zeitmaß zu verzögern.

Das kollektive oder Summenausgangssignal aus den vier Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) erreicht ein Kompensationssignal, das dem rechten Summierpunkt C (R) zugeführt wird. Dieses Links-Rechts-Stereosignal wird der rechten Hauptsignalkomponente, die von dem rechten Ausgleicher A(R) abgegeben wird, überlagert, wobei dieses kombinierte Signal wiederum zu dem Stereo-Aufzeichnungsgerät übertragen wird.

In gleicher Weise wird das rechte Stereo-Eingangssignal bei R (IN) über eine invertierende Einrichtung B (RL), die das Signal um 180° phasenverschiebt, übertragen. Das Ausgangssignal von der invertierenden Einrichtung B (RL) wird über vier Kanäle zu einem zweiten Satz aus vier Filterschaltungen übertragen, die mit b1 (RL), b2 (RL), b3 (RL) und b4 (RL) bezeichnet sind. Wie bei den anderen Filterschaltungen b1 (LR) bis b4 (LR) ist es Funktion des zweiten Satzes der Filterschaltungen b1 (RL) bis b4 (RL), ein Rechts- Links-Kompensationssignal zu erzeugen, das zum linken Summierpunkt C (L) übertragen wird. Das zu dem linken Summierpunkt C (L) übertragene Kompensationssignal wird der linken Hauptsignalkomponente von dem Frequenzausgleicher A (L) überlagert, um ein kombiniertes Signal zu erreichen, das ebenfalls zu dem Stereo-Aufzeichnungsgerät übertragen wird.

In anderer Hinsicht ist die Vorrichtung gemäß Fig. 10 im wesentlichen ähnlich der Vorrichtung gemäß Fig. 3, so daß eine Erläuterung der Vorrichtung gemäß Fig. 10 nicht mehr weitergeführt wird.

Zur Erläuterung des Betriebes der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf Fig. 2 genommen. Es sei angenommen, daß die Schall-Aufzeichnung, die in dem Stereo-Aufzeichnungsgerät mittels der Vorrichtung nach Fig. 10 durchgeführt worden ist, nun bei einem Stereo-Abspielgerät angeordnet wird, das seinerseits mit zwei Lautsprechern LS und RS verbunden ist. Das Stereo-Abspielgerät und die beiden Lautsprecher LS und RS können übliche Abspielgeräte und Lautsprecher sein, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Das Abspielgerät besitzt die Fähigkeit, eines der Signale auf der Schall-Aufzeichnung aufzunehmen und dieses einem Lautsprecher LS zuzuführen zum Wiedergeben einer zu dem ersten Signal in Beziehung stehenden Schallkomponente und das zweite Signal aufzunehmen und es zu dem anderen Lautsprecher RS zu führen zum Erzeugen einer zweiten Schallkomponente, die diesem zweiten Signal entspricht. Es ergibt sich ohne weiteres, daß die von den Lautsprechern gemäß Fig. 2 erzeugten Schallkomponenten in diesem Augenblick im wesentlichen die gleichen sind, wie die Schallkomponenten, die durch die Lautsprecher gemäß Fig. 3 wiedergegeben werden, so daß es hierzu keiner weiteren Erläuterung bedarf.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von stereophonen Lautsprechersignalen, die die Wiedergabe eines dimensionsgerechten akustischen Klangbildes mittels eines linken und rechten Lautsprechers gestatten, aus einem linken und einem rechten stereophonen Eingangssignal, worin zumindest einige Signalkomponenten mit nennenswerter gegenseitiger Phasenverschiebung enthalten sind, mit

a) einem linken Signalpfad zum Übertragen einer linken Hauptsignalkomponente für den linken Lautsprecher, die weitgehend dem linken Eingangssignal entspricht,
b) einem rechten Signalpfad zum Übertragen einer rechten Hauptsignalkomponente für die rechten Lautsprecher, die weitgehend dem rechten Eingangssignal entspricht,
c) einem Links/Rechts-Kompensationssignalpfad, in dem aus dem linken Eingangssignal ein Kompensationssignal für den rechten Lautsprecher abgeleitet wird, das eine akustische Auslöschung der vom linken Lautsprecher an das rechte Ohr eines Hörers gelangenden Schallwellen bewirkt,
d) einem Rechts/Links-Kompensationssignalpfad, in dem aus dem rechten Eingangssignal ein Kompensationssignal für den linken Lautsprecher abgeleitet wird, das eine akustische Auslöschung der vom rechten Lautsprecher an das linke Ohr des Hörers gelangenden Schallwellen bewirkt, und mit
e) Invertern, Verzögerungsgliedern und den Frequenzgang beeinflussenden Filterschaltungen in jedem der beiden Kompensationssignalpfade,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kompensationssignalpfad in eine Vielzahl paralleler Signalwege mit Verzögerungsgliedern und Filterschaltungen unterteilt ist, deren Verzögerungszeiten bzw. Frequenzgänge unterschiedlich sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der unterschiedlichen Verzögerungszeiten kleiner ist als die akustische Laufzeitdifferenz, die zu einer optimalen akustischen Auslöschung an der Stelle eines Hörerohres führt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der unterschiedlichen Verzögerungszeiten größer ist als die akustische Laufzeitdifferenz, die zu einer optimalen akustischen Auslöschung an der Stelle eines Hörerohres führt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltungen (b(1, 2, 3, 4) (LR); (b (1, 2, 3, 4) (R, L)) Hauptsignalkomponenten mit einem relativ hohen Pegel für niedrige Frequenzen und mit einem relativ niedrigen Pegel für höhere Frequenzen erzeugen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kompensationssignalpfaden vorgesehene Kompensationseinrichtungen (B (LR; RL), b(1, 2, 3, 4) (LR; RL)) jeweils eine Invertierungseinrichtung (B(LR; RL)) für die Invertierung der Signale des linken Kanals bzw. der Signale des rechten Kanals umfassen.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Verzögerungszeit ein Verzögerungsabstand (x) vorgesehen ist, der durch die räumliche Strecke gegeben ist, welche der Schall während dieser Verzögerungszeit durchläuft, daß ferner ein Verzögerungszeitbereich für die Kompensationssignale eine kleinere Verzögerungszeitgrenze mit einer entsprechend kleineren Verzögerungsabstandsgrenze und eine größere Verzögerungszeitgrenze mit einer entsprechenden größeren Verzögerungsabstandsgrenze aufweist, und daß die kleinere und größere Verzögerungsabstandsgrenze einen Bereich einschließen, der einen optimalen Verzögerungsabstand aufweist, welcher gleich einem Wert ist, der durch Multiplikation des Sinus des jeweiligen Hörwinkels mit dem Hörentfernungsabstand erhalten wird.

7. Dimensionsgerechte stereophone Schallaufzeichnung auf einem Informationsträger, hergestellt unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit einem Stereoaufnahmegerät, wie beispielsweise einem Tonbandaufnahmegerät oder einem Plattenschneidegerät.