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Stereophonische Übertragung von Tonschwingungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stereophonischen Übertragung von
Tonschwingungen über getrennte Übertragungskanäle mit wenigstens zwei Mikrofonen
und zwei Lautsprechern. Ein wesentlicher Zweck einer solchen Übertragung besteht
darin, daß der Zuhörer die Lage der Schallquelle soll lokalisieren können. Im allgemeinen
genügt auch eine solche Anlage zur Lokalisierung der Schallquelle. Jedoch werden
Schallquellen, die sich im Hintergrund der Aufnahmeszene befinden, in deren Vordergrund
die beiden :Mikrofone in gewissem Abstand voneinander aufgestellt sind, näher der
Mitte der Bühne empfunden, als, sie tatsächlich liegen. Für den Zuhörer erscheinen
also 'die seitlichen Entfernungen des Hintergrundes der Bühne zusammengeschrumpft.
Um diese Erscheinung zu korrigieren, hat man bei der Aufnahme die Bühne nach hinten
hin erweitert; das bringt aber für die Schauspieler große Unanne;hm.l.ichkeiten
mit sich und ist in vielen Fällen überhaupt nicht anwendbar.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß der
in jeweils zwei Übertragungskanälen entstehende Unterschied der tonfrequenten Ströme,
der durch die,
infolge der Bewegung der Schallquelle bewirkte Änderung
der Lautstärkenunterschiede hervorgerufen wird, vergrößert wird. Dies geschieht
gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Änderung des Übertragungsmaßes
der einzelnen Kanäle durch den Unterschied der Größe der in den Übertragungskanälen
fließenden Ströme selbst bewirkt wird. Dies kann beispielsweise mittels eines mechanischen
Antriebes erfolgen, z. B. mittels eines Differentialgetriebes, auf welches zwei
Pegelschreiber einwirken, von denen jeder in einem Kanal gesteuert wird, und das
die Dämpfungsmittel für die Übertragungskanäle betätigt, oder auf rein elektrischemn
Wege, z. B. durch eine Brückenschaltung, auf welche die Differenz der in den beiden
Kanälen fließenden Ströme wirkt und welche das Übertragungsmaß der Kanäle mittels
Röhren steuert.
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Bekannt sind hierbei sowohl die grundsätzlichen stereophonischen Schaltungen,
bei denen mehrere Mikrofone mit mehreren Lautsprechern über ebenso viele getrennte
Kanäle verbunden sind, als auch derartige stereoplionische Anlagen, bei denen über
eints s prechlende Schaltmittel das Miklrofon des einen Kanals mit dem Lautsprecher
des anderen Kanals verbunden werden kann, wodurch der Eindruck erzeugt werden kann,
als ob die aufgenommene Schallquelle sich bewegt, obwohl sie sich gegenüber demn
Mikrofon in Ruhe befindet.
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Die Zeichnungen zeigen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. I zeigt eine Anordnung, hei der die Steuerung durch ein mechanisches
Getriebe erfolgt Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Steuerung rein elektrisch
erfolgt; All. 3 zneigt eine Anordnung unter Benutzung von Richtmikrofonen.
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In Ablb. I enthalten die Kanäle I und 2 Aufnahmemikrofone 3 und 4
die vorn auf der Aufnahmebühne 5 verteilt sind, sowie Verstärker 6, 7 und 8, c9
und Lautsprecher Io, II, die in bei stereophonischen Anlagen üblicher Weise üiber
die Wiedergabebühne I2 verteilt sind. Von Hand einstellbare Volumensteuereinrichtungen
I3 und I4 und Entzerrer I5, I6 sind vorgesehen, so daß eine zwischen den Kanälen
etwa bestehende Verstärkungs-oder Gütedifferenz beseitigt werden kann, bevor das
Systemn benutzt wird.
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Die Einrichtungen I7 und I8 sind übliche Pegelschreiber für hohe Geschwindigkeiten.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung jedoch ist die Welle, die gewöhnlich einen
Aufzeichnungsstift entsprechend den Eingangsänderungen antreibt, dazu Benutzt, um
ein Differentialgetriebe I9 anzutreiben. Die Kegelräder 2o und 2I dieses Getriebes,
die durch die Pegelschreiber I7 und I8 angetrieben werden, sind auf dem Käfig 23
durch Planetenräder 22 miteinander verbunden. Der Käfig trägt Gleitkontakte 24 und
25 von Potentiometern 26 und 27, die in den Kanälen I bzW. 2 liegen. Da die Wellen
28, 29 der Pegelschreiber I7 und I8 sich entsprechend der Energiehöhe der Kanäle
bewegen, ist die algebraische Summe der Bewegungen der leiden Wellen proportional
der Differenz der Eingangshöhen der beiden Pegelschreiber lund ist daher unabhängig
von demn Absolutwert dieser Höhe.
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Die Kegelräder 2o und 2I sind auf den Wellen 28 und 29 der Pegelschreiber
so befestigt, daß, wenn kein Signal auf die Mikrofone trifft, die Potentiometerkontakte
24 und 25 die in AGG. I gezeigten Stellungen einnehmen, so daß in den beiden Kanälen
die gleichen Dämpfungen herrschen. Wenn Tonschwingungen gleicher Intensität die
beiden Mikrofone gleichzeitig erregen, wie es dann der Fall ist, wenn eine Tonquelle
von leiden Mikrofonen gleich weit entfernt ist, drehen sich die Kegelräder 20 und
2I um gleiche Winkel in entgegengesetzten Richtungen, so daß das Gehäuse 23 nicht
bewegt wird. Wenn die Ausgangsleistung des Mikrofons 4 größer wird als die Ausgangsleistung
des Mikrofons 3, wie es dann der Fall ist, wenn die Tonquelle sich von dem letzteren
weg und zu dem ersteren Mikrofon hin bewegt, bewegt sich das Rad 2I in der gleichen
Richtung wie vorher und das Rad 20 in der gleichen Richtung wie das Rad 2I, also
entgehngesetzt zu seiner früheren Bewegung. Daher folgt das Gehäuse 23 der Bewegung
der Räder 2o und 2I. Angenommen, daß sich für eine größere Eingangsleistung im Mikrofon
4 die Räder 20 und 21 beide im Uhrzeigersinn drehen, vom Kanal i aus gesehen, so
wird das Gehäuse im Uhrzeigersinn angetri,el>en, wie Abb. i zeigt. Der Deutlichkeit
halber ist das Gebäuise 23 als um 9o'° um seine vertikale Achse aus seiner tatsächlichen
Stellung, in der die Ebene des Gehäuses senkrecht auf der Achse der `'Felle 28 steht,
gedreht dargestellt. Durch die Bewegung des Gehäuses werden die Potentiometerkontakte
24 und 25 so bewegt, daß die Spannung im Kanal 2 zunimmt und die Spannung im Kanal
i abnimmt. Somit wird der Unterschied der Energien, der durch die Bewegung der Tonquelle
bewirkt wird, vergrößert.
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In gleicher Weise drehen sich, wenn die Tonquelle sieh von dem Mikrofon
q wegbewegt und auf das Mikrofon 3 hin bewegt, die Räder 20 und 21 und das Gehäuse
23 sich entgegen dem Uhrzeigersinn, so daß die E=nergie im Kanal 2 vermindert und
im
Kanal I vergrößert wird. Dadurch wird der Unterschied in der
Lautstärke, der durch die Bewegung der Tonquelle erzeugt wird, vergrößert. Die Windungen
der Potentiometer 26 und 27 sind vorzugsweise nach außen verkleinert, wie Abb. I
zeigt, so daß die Regelwirkung bei kleinen Differenzen der Lautstärke größer ist
als bei großen und somit die akustische Lokalisierung dort, wo eine Verbesserung
hauptsächlich nötig ist, namentlich in dem mittleren Teil der Bühne verbessert wird.
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Da die Pegelschreiber auf Töne verschiedener Art mit verschiedener
Trägheit ansprechen, empfiehlt es sich, die Gesamtträgheit des Systems verhältnismäßig
groß zu machen.
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Das System der Abb. 2 arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise,
jedoch unter Vermneidung bewegter Teile.
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Die Mikrofone 3 und 4 sind über Verstärker 6 und 7 mit Transformatoren
56 und 57 verbunden. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind mit den
Steuergittern 58 und 59 der Röhren 46 und 47 verbunden. Die Ausgangsleistung dieser
Röhren geht über Transformatoren 6o und 6I zu den Lautsprechern Io und I I.
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Quer zu dem Ausgang der Verstärker 6 und 7 sind gleichrichtende Verstärker
40 und 4I geschaltet. Die Ausgangsleistung dieser Gleichrichter 40 und 4I verändert
sich logarithmisch mit der Eingangsleistung und ist daher proportional der Volumenänderung
der Kanäle in Dezibel. Die Filter 42 und 43 sieben Wechselstromkomponenten der Tonfrequenzen
aus den Gleichrichterausgängen aus. Die sich ändernden Gleichspannungen werden gegeneinandergeschaltet
an Widerstände 45 und 44 des Brückenkreises 62 gelegt.
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Die Röhre 46 im Kanal I und die Röhre 47 im Kanal 2 ändern die Volumenhöhe
in dein beiden Kanälen entsprechend dem Verhältnis der Ausgangsleistungen der beiden
Gleichrichter 4o und 4I. Diese Volumensteuerstufen sind einander gleich.
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Wenn die Tonquelle gleiche Energien in den beiden Kanälen erzeugt,
ist in diesem System das Potential längs der Widerstände 44 und 45 gleich, und zwischen
den Punkten 48 und 49 besteht keine Potentialdifferenz. Unter dieser Bedingung sind
die Verstärkungen der Röhren 46 und 47 gleich und befinden sich auf einer normalen
Höhe, die durch die Batterien 50 und 5I in den Leitungen der Steuergitter 52 und
53 bestimmt ist.
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Wenn sich die Tonquelle in Richtung auf das Mikrofon 4 hin bewegt,
so daß die Amplituden im Kanal 2 größer werden als die im Kanal I, wird die Spannung
am Widerstand 45 größer als die Spannung am Widerstand 44. Es fließt ein Strom vom
Punkt 48 zu dem Punkt 49, zu den Widerständen. 54 und 55 und erzeugt einen positiven
Spannungszuwachs am Gitter 53 der Röhre 47 im Kanal 2 und eine negative Spannungszunahme
am Gitter 52 der Röhre 46 im Kanal i. Dies vergrößert die Verstärkung der Röhre'
47 und vermindert die Verstärkung der Röhre 46. Dadurch wird die ursprüngliche Differenz
der Energie der beiden Mikrofone vergrößert, und der stereophonische Effekt nimmt
zu.
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Da die Spannungen an den Widerständen 44 und 45 proportional den Logarithmen
der Mikrofonleistungen sind und diese Spannungen an dem Brückenteil 62 einander
entgegengesetzt gerichtet sind, so ist die Spannungserhöhung, die den Röhren 46
und 47 zugeführt wird, proportional der Differenz dieser Logarithmen oder dem Verhältnis
der Mikrofonleitstungen. Ein bestimmter Unterschied: in Dezibel zwischen den Leistungen
der beiden Mikrofone erzeugt daher unabhängig von der absoluten Volumenhöhe den
gleichen Betonungseffekt.
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Die Systeme der Abb. i und 2 sind prinzipiell von Wert für solche
Systeme, in denen zu gleicher Zeit nur eine Tonquelle ihre Stellung bezüglich der
Mikrofone ändert. In solchen Fällen, wo zwei oder mehr Quellen sich gleichzeitig
in verschiedenen Richtungen bewegen, wird die örtliche Bestimmung durch ein System
verbessert, wie es in. Abb.. 3 dar-gestellt ist.
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Es wurde festgestellt, daß in einem stereophonischen System die scheinbare
Stellung einer Tonquelle auf der Wiedergabebühne durch Änderung der relativen Qualität
der Töne in den Kanälen geändert werden kann. Im allgemeinen wird eine Tonquelle
in der Mitte der Aufnahmebühne als näher demjenigen Lautsprecher liegend empfunden,
der mit größerer Lautstärke hohe Frequenzen abstrahlt.
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Dieser Effekt wird in dem System der Ab#b. 3 zur Lokalisierung benutzt,
indem man die hohem Frequenzen im Kreise des Mikrofons, gegen welches sich die Schallquelle
bewegt, vergrößert und/oder die hohen Frequenzen im Kreise des Mikrofons, von dem
sich die Tonquelle entfernt, vermindert.
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Es ist bekannt, daß einig,- Milzrc5,fontypen besonders bei hohen Frequenzen
eine. Richtwirkung besitzen; es ist bekannt, däß diese Richtwirkung auf verschiedene
Weise vergrößert werden kann, beispielsweise durch Vergrößerung der Membran., Benutzung
geeigneter Schallwände, Anordnung eines kurzen Trichters, Anwendung eines in seiner
Größe veränderlichen parabolischen Reflektors oder durch Verstimmung.
In
Fig. 3 sind solche Richtmnikrofone 70 und 7I vorn auf der Aufnahmebühne 72 derart
aufgestellt, daß die Achsen ihrer größten Empfindlichkeit gegen die Mitte der Buhne
konvergieren, wie durch die Linie 73 und 74 angedeutet ist. Der Winkel, unter dem
diese Achsen konvergieren, ist notwendigerweise ein Kompromiß. Für beste Lokalisierung
für den Hintergrund soll bei einem einfachen Zweikanalsystem der Winkel klein sein
und für die beste Lokalisierung im Vordergrund soll er etwa 22° betragen. Wenn ein
Dreikanalsystem oder ein Dreilcanalsvstemn in Phantomschaltung derart, wie es in
der Zeichnuttng dargestellt ist, benutzt wird, um die Lokalisierung vorn in der
Mitte der Bühne zu verbessern, ist es gewöhnlich vorteilhaft, diesen Winkel auf
etwa Io oder I5° zu verringern, um die Lokalisierung imn Hintergrtund der Bühne
zu verbessern. Der dritte Phantonmkanal enthält ein zentral angeordnetes Mikrofon
75, das mit beiden Kanälen durch getrennte, einseitig wirkende Leitungseinrichtungen,
wie z. B. Verstärkern 76 tund 77, verbunden ist.
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Wenn beispielsweise ein Zweikanalsystemn benutzt wird mit einer Aufnahmebühne
von einer Größe von etwa 4l X 4m n, so werden die Mikrofone vorzugsweise etwa 3
In volleinander entfernt und etwa I,5o mn von der Bülhne entfernt aufgestellt. Wenn
ein Mikrofon in der Mitte mit entweder einem Phantom- oder unabhängigen dritten
Kanal benutzt wird, kann man alle Mikrofone näher an die Buhne heran- und die, seitlichen
Mikro fone etwas weiter auseinanderstellen. Die hauptsächliche Wirkung des Mikrofons
in der Mitte ist die Verbesserung der örtlichen Bestimmung vorn in der Mitte. Dieses
Mikrofon ist daher vorzugsweise sogar mehr ricltwirkend als die seitlichen Mikrofone,
so daß die Wirkung desselben plötzlich abnimmt, sobald sich die Tonquelle in Richtung
der Seite der Bühne bewegt.
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Angenommen, es befinde sich eine Tonquelle auf der Mlittellinie 78
der Bühne. Für eine jede Stellung auf dieser Linie besitzt das Mikrofon 75 die Maximalempfindlichkeit
und die Mikrofone 7o und 7I besitzen eine geringere aber untereinander gleiche Empfindlichkeit,
so daß die Tonquelle auf der Mittellinie der Wiedergabebühne 79 lokalisiert wird.
Wenn sich die Tonquelle von der Mitte nach der linken Seite auf den Kanal I zu bewegt,
so treffen ihre Tonschwingungen das Mikrofon 70 in einem wirksameren Winkel und
das Mikrofon 7I in einem geringer wirksamen Winkel. Dadurch wird die Leistung des
Lautsprechers 8I vermindert und die Ausgangsleistung des Lautsprechers 8o vergrößert,
und zwar in einem größeren Maße als nur durch die Änderung der Entfernungen.
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Das Mikrofon 75 beeinflußt diese Wirkung nicht.
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Richtmikrofone sind deslalbl vorteilhaft, weil sie verhältnismäßig
wenig zurückgeworfene Energie aufnehmen; bei Benutzung von Richtmikrofonen erhält
man aber tatsächlich regemälßig bessere Stereowirkung, auch hei den üblichen stark
gedämpften Aufnahmeräumen.
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Die Mikrofone besitzen natürlich für niedrige Frequenzen keine Richtwirkung,
und die Richtwirkung nimmt mit der Frequenz zu. Für die vorliegende Erfindung jedoch
ist die Richtwirkung bei hohen Frequenzen sehr wichtig, da der Schatteneffekt des
Kopfes eines Zuhörers auf den beobaclhteten Unterschied der Lautstärke an seinen
beiden Ohren bei Änderung der Winkelstellung der Tonduelle bei hohen Frequenzen
am größten ist. Allerdings ist die genaue Richtcharakteristik von noch vielen anderen
Faktoren abhängig, so daß die besten Resultate nur auf Grund von Versuchen erzielt
werden können.
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In demn System der Abb. 3 ist ein in der Mitte angeordneter Lautsprecher
in Brücke zu den zwei Kanälen durch Verstärker 85 und 84 geschaltet, in einer Art,
die ähnlich den -Verbindungen der des Mikrofons 75 ist. Die Lautsprecherkreise sind
fnit getrennten Volumensteuereinrichtungen 86, 87 und 88 versehen, so daß der Ausgang
des Lautsprechers mit Rücksicht auf die anderen Lautsprecher so eingestellt werden
kann, daß er die, besten Resultate ergibt. Die Anordnung in einer doppelten Brücke
vermindert die scheinbare Weite der Bühne. Dieser Effekt wird gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt, indem man die seitlichen Lautsprecher 8o und 8I weiter auseinander
stellt, wie in der Zeichnung dargestellt, so daß der Ton über die gewünschte Bühnenbreite
mittels der seitlich der Bühne angeordneten Lautsprecher lokalisiert wird. Da. wie
bereits oben ausgeführt, die höheren Frequenzen in der örtlichen Bestimmung der
Tonquelle besonders wirksam sind, kann für den Lautsprecher 83 eine Type gewählt
werden, die nur holhe Frequenzen wiedergibt. Er kann daher wesentlich kleiner sein
als die seitlichen Lautsprecher und ist daher leichter vor den Zuschauern zu verlbergen
und weniger auffallend in solchen Fällen, wo .er nicht verborgen «-erden kann.
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SJllstv#-rständlich ist die Erfindung anwendllar auf solche Fälle.
in <feilen zwischen Aufnahme und `Viedergahe die Töne aufg:zeichnet werden. Dabei
können auch die Aufzeichnunen in gewöhnlicher Art "eniaclit «erden und' die Erfindung
auf die Wiedergab@vorrichtung angewandt «-erde 1.