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HINTERGRUND
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Verbesserte
stereophone Audiosysteme verarbeiten im allgemeinen eine Summensignalkomponente
L+R und eine Differenzsignalkomponente L–R, die, wenn sie nicht anderweitig
verfügbar
sind, aus einem Paar eines linken Signals L und eines rechten Signals
R erzeugt werden können.
Das Differenzsignal kann dazu dienen, einen räumlich verbreiterten Stereoeindruck
zu bilden, wenn sie mit einem Paar aus einem linken und einem rechten
Lautsprecher oder durch ein sogenanntes Surroundsystem wiedergegeben
werden.
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Eine
Anhebung des Wertes des Differenzsignals gegenüber dem Summensignal kann einen
derart empfundenen Toneindruck erweitern. Eine derartige Verarbeitung
des Differenzsignals enthält
eine Entzerrung einer Anhebung von Bässen und Höhen. Jedoch kann eine Zunahme
in dem Wert des Differenzsignals auf die Wahrnehmung des Werts durch eine
Person unerwünschte
Wirkungen haben. Zum Beispiel kann die Anhebung des Differenzsignals
in den mittleren Bereich der Audiofrequenzen eine Tonwahrnehmung
bewirken, die in unerwünschter
Weise sehr empfindlich ist zu der körperlichen Lage des Zuhörers relativ
zu dem linken und dem rechten Lautsprecher. Außerdem ortet der räumlich erweiterte Stereoeindruck
den Ton nicht in geeigneter Weise, der normaler Weise von der Mitte
ausgehen würde, wie
eine Sprache von einer Person, die visuell bei der Mitte einer Wiedergabe
von Fernseh- oder Programmierung mit bewegtem Bild erfolgt. Dies
ist der Fall, wenn das Tonsystem einen oder keinen in der Mitte angeordneten
Lautsprecher oder nur einen linken und einen rechten Lautsprecher
enthält.
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Es
wurde herausgefunden, dass in einem System mit einer Zunahme in
dem Wert des Differenzsignals L–R
gegenüber
dem Summensignal L+R zur Erzeugung eines räumlich verbreiterten Stereoeindrucks
die Verringerung der Bass-Wiedergabe des
Summensignals L+R mit einer Zunahme der Höhen- Wiedergabe des Summensignals L+R für den Zuhörer hilfreich
ist, das Mitten-Audiomaterial
besser in Richtung des Mittelpunkts zu lokalisieren.
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Die
US 4 229 716 beschreibt
eine Amplitudenentzerrerschaltung mit aktiven Komponenten, in der
eine einseitig funktionierende Abstimmung der Amplitude, der Bandbreite
und der Mittenfrequenz jedes durch Änderung eines einzigen Widerstands
für jeden
Parameter erreicht werden kann. Die
US
4 866 744 zeigt ein Richtungs-Servo für die steuerbare Verstärkung eines
Stereodifferenzsignals abhängig
von der Amplitude eines Eingangssignals von der einen oder der anderen
Seite von einem oder dem anderen Kanal.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Konsumerprodukt muss kostengünstig sein.
Es sei hier bemerkt, dass die gewünschte Bassverringerung in
dem Summensignal L+R des Audiosystems, die für den Zuhörer dafür hilfreich ist, das Audiomaterial
mehr in Richtung zu der Mitte zu orten, erfolgen kann durch die
Anwendung eines Gyrators zur wirtschaftlichen Synthese einer Induktivität. Eine von
einem Gyrator erzeugte Induktivität, in Kombination mit einem
Widerstand in dem Weg des Summensignals L+R bewirkt in wirtschaftlicher
Weise eine derartige Abnahme der Bassfrequenzen, die bei Vermeidung
von Fehlern einer gewickelten Spule kostenintensiver, umfangreich
und Gegenstand des Anfangens von Brumm und anderen elektromagnetischen/elektrostatischen äußeren Störungen und
Signalen ist. Daher kann die von dem Gyrator gebildete Induktivität, außer, dass
sie wirtschaftlicher ist, in einem Teil mit einem niedrigeren Signalswert
des Audiosystems angewendet werden.
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Außerdem sind
Entzerrungen des Summensignals L+R zur Verringerung des Signals
bei Bassfrequenzen und zur Erhöhung
des Signals bei Höhenfrequenzen
einzeln oder in Kombination zwischen den Modi "EIN" und "AUS" schaltbar und/oder sind
einzeln oder in Kombination variabel einstellbar. Diese Umschaltmöglichkeit/Einstellbarkeit
ermöglicht eine
größere Flexibilität in der
Bemessung des Ansprechverhaltens des Systems an die Anforderung oder
Wünsche
des Zuhörers.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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In
der folgenden Beschreiung der Zeichnung bedeuten:
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1 ist eine Kurve des gewünschten
Frequenzansprechverhaltens des Summensignals L+R zur Bildung des
gewünschten
zentralisierenden Ortungseffekts für Audiomaterial in der Mitte.
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2 zeigt ein Blockschaltbild
der Verzerrung in dem Weg des Summensignals L+R und die Entzerrung
für die
räumliche
Bildverbreiterung in dem Weg des Differenzsignals L–R.
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3 zeigt ein Schaltbild des
Blocks von 2, der die
Entzerrung in dem Weg des Summensignals L+R bewirkt.
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4 zeigt die Umschaltung
der Schaltungen für
die Entzerrung der Bässe
und der Höhen
von 3.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform der
Umschaltung von 4.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
der Zeichnung, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen
sind, zeigt 1 eine Nennkurve
des gewünschten
Frequenzverhaltens 10 des Summensignals L+R zur Bildung
der gewünschten
Wirkung für
die Zentralisierung und die Ortung für ein Mitten-Audiomaterial.
Das Frequenzverhalten zeigt verschiedene Werte des verringerten
Bassverhaltens zwischen den gestrichelten Linien des minimalen Bass 12 und
des maximalen Bass 14, beginnend bei 580 Hz, mit einem
minimalen Ansprechverhalten zwischen 250 und 300 Hz und dann mit
einem zunehmenden Bassverhalten für eine Verstärkung von
1 dB bei 100 Hz. Das nominelle Höhenverhalten steigt,
beginnend bei 580 Hz, auf eine maximale Verstärkung von etwa 4 dB bei 2000
Hz und darüber
an, mit durch die gestrichelten Linien angedeuteten minimalen Höhen 16 und
maximalen Höhen 18.
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2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die
vorliegende Entzerrung 20 in dem Weg des Summensignals
L+R und die Entzerrung 22 für die räumliche Bildverbreiterung im
Weg des Differenzsignals L–R.
Die Entzerrung 22 für
die räumliche
Bildverbreiterung unter Anwendung des Differenzsignals L–R ist im
Stand der Technik bekannt.
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2 zeigt die Bildung der Signale
L+R und L–R
aus den Signalen L und R. Das muss aber nicht der Fall sein für ein FM-
oder stereophones Fernsehprogramm in den Vereinigten Staaten, wo
die detektierten Signale bereits im Format L+R und L–R vorliegen
und matrixdekodiert werden müssen,
um die getrennten Signale L und R zu bilden. Somit sind die matrixierenden
Coder/Decoder 24/26 für
den Fall dargestellt, wenn das Differenzsignal L–R und das Summensignal L+R
beide codiert und decodiert werden müssen.
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3 zeigt Blockschaltbilder
des Blocks 20 von 2,
der die Verzerrung in dem Weg des Summensignals L+R bildet, was
für den
Zuhörer
hilfreich ist, das Mitten-Audiomaterial mehr in Richtung zur Mitte
zu orten. Das LC-Netzwerk 30 ist ein Teiler mit einem Widerstand 32,
der das Ansprechverhalten der Bassfrequenz von 3 effektiv realisiert. Die simulierte
Gyratorinduktivität 34 hat
eine verringerte Impedance bei niedrigeren Frequenzen und verringert
somit das Bassverhalten mit dem Teilerwiderstand 32, bis
die Impedanz des Kondensators 36 in Reihe mit der Induktivität 34 das
Ansprechverhalten bei niedrigeren Frequenzen übernimmt und erhöht. Dieser
Teiler kann an dem Eingang einer Operationsverstärkerstufe 38 liegen,
die das Signal puffert und ein einfaches Reihen-RC-Netzwerk ermöglicht mit Anwendung
eines rückgekoppelten
Operationsverstärkers 40,
um die in 1 dargestellte
Zunahme der hohen Frequenzen zu bilden.
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Im
Einzelnen enthält
der Gyrator 34 einen üblichen
Transistor 42 mit einer über den Widerstand 44 geerdeten
Emitterelektrode und einer über
den Widerstand 46 vorgespannten Basiselektrode. Der an
die Basiselektrode angeschlossene Kondensator 48, in Kombination
mit dem Rückkoppelungswiderstand 50 in
dem Aufbau eines Emitterfolgeverstärkers mit der Verstärkung von
etwa eins bildet die vom Gyrator simulierte effektive Induktivität von ungefähr 1,5 Henry.
Es gibt andere Schaltungsaufbauten zur Bildung einer Gyratorschaltung,
von denen mehrere hier benutzt werden können. Die dargestellte Konfiguration
des Gyrators 34 ist nur beispielhaft und gewählt, um
den geforderten Betrieb mit einem minimalen Kostenaufwand für die Teile
zu bilden.
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Der
Kondensator 36 verbindet den Gyrator 34 mit dem
Widerstand 32 und bildet die zunehmende Impedanz bei niedrigen
Bassfrequenzen, um die Zunahme der Verstärkung bei niedrigeren Bassfrequenzen
zu bilden, wie oben beschrieben, mit einer Verstärkung von eins bei 100 Hz.
Die über
den Widerstand 46 gelieferte Vorspannung hält den Transistor 42 in
einem linearen Arbeitsbereich.
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Das
Hochpassfilter 38 enthält
einen Operationsverstärker 40 mit
einem an die negative Klemme angeschlossenen Rückkoppelungswiderstand 52 und
ein Reihen-RC-Netzwerk aus einem Kondensator 54 und einem
Widerstand 56 zwischen der negativen Klemme zu einer Vorspannungsquelle,
die ebenfalls eine Erdung für
Wechselspannung bildet. Für
zunehmende Frequenzen geht die Impedanz des Kondensators 54 zurück, und
die Rückkoppelung wird
verringert, wodurch die Verstärkung
des Operationsverstärkers 40 zunimmt.
Die Vorspannung ist so eingestellt, dass der Operationsverstärker 40 in
einem linearen Arbeitsbereich liegt.
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4 zeigt die Umschaltung
der Bass- und Höhen-Entzerrung(en)
und Entzerrungsschaltungen von 3.
Die Entzerrungsteile können
in einen Modus "EIN" oder einen Modus "AUS", einzeln oder in Kombination,
geschaltet werden. Das ermöglicht eine
größere Flexibilität in der
Bemessung des Ansprechverhaltens des Systems an die Wünsche des Zuhörers.
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Diese
Umschaltung kann durch jeweilige Steuersignale erfolgen, die durch
einen (nicht dargestellten) Mikroprozessor geliefert werden und
dabei erfolgt die Umschaltung durch allgemein verfügbare Einheiten,
z.B. ein Relais, einen bipolaren Transistor, ein MOS/CMOS FET oder
dergleichen, die diskrete Bauteile oder gegebenenfalls in einer
monolithisch integrierten Schaltung sein können. Die Steuersignale werden
den jeweiligen Transistoren zugeführt, zur Sättigung oder zur Sperrung der
Transistoren 60, 62 des jeweiligen Gyrators und
der Schaltungen zur Höhenanhebung.
Zusätzlich
können
die den Transistoren 60, 62 zugeführten Steuersignale
und die durch den Transistor 58 gebildete Vorspannung beide
einstellbar sein, und die Transistoren 60, 62 können innerhalb
der Grenzen der Steuersignale einstellbar sein, die benötigt werden,
um die Transistoren zwischen "EIN" und "AUS" umzuschalten.
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5 zeigt eine alternative
Ausführungsform
der Umschaltanordnungen von 4,
wobei der Schalter für
den Gyrator 34 und das LC-Netzwerk 30 von Erde
getrennt und als ein generischer Schalter 64 dargestellt
ist, der durch ein jeweiliges Steuersignal gesteuert wird, und die
Hochpass-Filterschaltung 38 ist so dargestellt, dass sie
durch einen generischen Schalter 66 umgeschaltet wird,
der durch sein jeweiliges Steuersignal gesteuert wird.
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Die
beispielhaften Werte der in den verschiedenen Figuren dargestellten
Bauteile sind:
Widerstand 32 = 3,3 KΩ, Kondensator 36 =
0,22 μF, Widerstand 46 =
68 KΩ,
Widerstand 44 = 1 KΩ,
Widerstand 50 = 2,2 KΩ,
Widerstände 52/56 =
15 KΩ und
Kondensator 54 = 0,01 μF.
Die Transistoren 42, 58, 60 und 62 können nicht
kritische Signaltypen sein, z. B: 2N2222, und der Operationsverstärker 40 ist
ein üblicher,
nicht kritischer Operationsverstärker MC3404.