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Verfahren zur Erhöhung des Geräuschspannungsabstandes in polymikrophonen
Mehrkanalübertragungssystemen Die magnetische Schallaufnahmetechnik bedient sich
insbesondere bei Musikaufnahmen häufig mehrerer Mikrophonkanäle, die verschiedenen
Instrumentengruppen zugeordnet werden und die daher im wesentlichen nicht kohärente
Signale erhalten. Es ist bekannt, diese Modulationen in üblicher Technik auf getrennten
Spuren des gleichen Tonträgers zu speichern. Der Vorteil dieser Mehrkanalspeichertechnik
liegt darin, daß noch nach der Aufnahme die einzelnen Spuren nach künstlerischen
Gesichtspunkten gemischt werden können.
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In technischer Hinsicht hat das Mehrkanalverfahren in dieser Form
jedoch einige Mängel. Ein Nachteil ist, daß das Magnettongerät, welches ohnehin
meistens das Glied der Übertragungskette mit dem weitaus geringsten Geräuschspannungsabstand
(Abstand zwischen maximalem Nutzspiegel und Geräuschpegel) ist, den Geräuschspannungsabstand
des endgültigen Umschnittes mit steigender Zahl der Kanäle verringert.
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Im folgenden werden zum leichteren Verständnis die Betrachtungen zunächst
für die Übertragung zweier nicht kohärenter Signale in zwei Kanälen angestellt;
es lassen sich die Überlegungen jedoch unschwer auf Systeme mit mehr Kanälen übertragen.
Es ist zweckmäßig, verschiedene Aussteuerungsfälle streng zu unterscheiden, und
zwar die gleich starke sowie die ungleich starke Ausmodulation der Spuren. Daneben
sind noch bei beiden Fällen jeweils die Pegelverhältnisse bei der Mischung der beiden
Kanäle, die später aus künstlerischen Gesichtspunkten erfolgt, zu beachten, ob z.
B. die Pegel der beiden Spuren dabei verschoben werden, so daß die Grundgeräusche
der beiden Spuren in verschiedenem Maß zum Gesamtrauschen beitragen.
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Bei dem erwähnten herkömmlichen Verfahren der Mehrspurtechnik bleibt
der Geräuschspannungsabstand nach der Mischung bei beliebigen Mischungspegeln nur
dann erhalten, wenn vorher alle Einzelspuren gleich stark ausmoduliert worden sind
(Fall gleich starker Modulation). In allen Fällen ungleich starker Modulation der
Spuren und gleicher Mischungspegel trägt bei der Summation im wesentlichen nur der
voll ausgesteuerte Teil der Spuren zum Nutzpegel bei. Am Rauschen jedoch beteiligen
sich alle Kanäle gleich stark, so daß sich also bei zwei Kanälen des Rauschpegel
um j/2- erhöht und sich damit der Geräuschspannungsabstand um r2 verschlechtert.
Mischt man die ungleich stark ausgesteuerten Spuren so, daß die untersteuerte Spur
angehoben wird, verschlechtert sich der Geräuschspannungsabstand um mehr als j(2
. Die herkömmliche Technik bereitet bezüglich der Aussteuerung der Spuren wegen
der weitgehenden Inkohärenz der Modulation Schwierigkeiten. Die erstrebenswerte
gleich starke Modulation der Spuren läßt sich meistens nicht erreichen. Die gleichzeitige
Überwachung von z. B. vier Spuren ist einem Toningenieur praktisch unmöglich. Die
gelegentlich versuchte Abhilfe, zur übersteuerungskontrolle die Summe der Modulationen
der Einzelkanäle mit einem Aussteuerungsinstrument zu überwachen, ist sinnlos, da
ein Kanal schon längst übersteuert sein kann, ohne daß das Summeninstrument dieses
anzeigt. Darüber hinaus weiß man bei angezeigter Übersteuerung nicht, welcher Kanal
verzerrt ist.
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Aus diesem Grunde werden in der Praxis der heutigen Mehrkanaltecknik
die Einzelkanäle zwangläufig ungleich stark ausmoduliert, obwohl man dabei die erwähnte
Verschlechterung des Geräuschspannungsabstandes in Kauf nehmen muß.
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Es ist bekannt, die kohärenten Stereosignale A und B vor ihrer hochfrequenten
Übertragung in Summen- und Differenzsignale A+B und A-B umzuformen, um z. B. eine
günstigere Leistungsbilanz des hochfrequenten Hilfskanals zu erzielen.
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Außerdem ist es bekannt, durch Fortführung der Summen- und Differenzkanäle
bis kurz vor das Ende der Übertragungskette des Stereosystems die Glieder eines
Kanals in der Übertragung der tiefen Frequenzlagen zu überschneiden, was zu einer
Senkung der Anlagekosten führt.
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Schließlich ist es nach Lauridsen bekannt, zur Erreichung der Kompatibilität
bei der Übertragung stereophoner Darbietungen Mitten- und Seitensignale
(M,
S) zu verwenden, die aus den üblicherweise vorliegenden A- und B-Signalen in einem
linearen Mischungsprozeß gewonnen werden. Die Entmischung dieser Mitten- und Seitensignale
zu den ursprünglichen A- und B-Signalen wird in einem gleichen linearen Prozeß vorgenommen.
Sowohl die Mischung als auch die Entmischung können in bekannter Weise mittels Widerstandsbrücken
ausgeführt werden.
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Bei Verfahren zur Erhöhung des Geräuschspannungsabstandes in polymikrophonen
Mehrkanal-Übertragungssystemen, -für vorzugsweise inkohärente Signale sowie mit
einem Übertragungsglied mit ungünstigem Geräuchspannungsabstand werden erfmdungsgemäß
die ursprünglich vorhandenen n verschiedenen Signale der Primärkanäle vor dem Glied
mit dem ungünstigen Geräuschspannungsabstand in einem linearen Prozeß so zusammengemischt,
daß sich n Sekundärsignale ergeben, in denen jeweils aus allen Primärkanälen Anteile
vorhanden sind, wobei die jeweils aus demselben Primärkanal stammenden Anteile in
allen Sekundärkanälen zwar gleiche Amplituden, jedoch teilweise um 180° verschobene
Phasen haben, und daß nach-Passieren des Gliedes mit dem ungünstigen Geräuschspannungsabstand
durch eine gleichartige Mischung der n Sekundärsignale eine Auftrennung in die ursprünglichen
n Primärsignale erfolgt.
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Bei dem neuen Verfahren werden aus den ursprünglichen n inkohärenten
Primärsignalen PI bis P, mittels einer der obenerwähnten Mischschaltung ähnlichen
Brückenschaltung n gleich starke Sekundärsignale gebildet. Diese Sekundärsignale
setzen sich aus Anteilen aller Primärsignale zusammen. Die Anteile eines Primärsignals
sind in allen Sekundärsignalen betragsmäßig gleich, sie unterscheiden sich nur durch
die verschiedenartige Kombination ihrer Vorzeichen. Durch geeignete Addition bzw.
Subtraktion liefern diese Sekundärsignale die ursprünglichen Primärsignale zurück.
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Bild 1 zeigt beispielsweise eine Brückenschaltung, die aus zwei Primärkanälen
P1 und P2 die Sekundärkanäle S1 und S2 nach folgender Gleichung mischt: P1 + P2
- S1 Pi-P2-S2 Durch abermalige Mischung mittels der gleichen Anordnung gewinnt
man aus den Sekundärsignalen S1 und S2 die Primärsignale zurück: S1 + S2
= 2P1 S1 - S2 = 2P2 Die Sekundärsignale entstehen aus den Anteilen der Primärsignale
in geometrischer Addition. Wie die Erfahrung lehrt, zeigen die allgemein verwendeten
Aussteuerungsmesser, die den Quasispitzenwert mit 10 ms Integrationszeit messen,
bei Addition von z. B. zwei gleich starken inkohärenten Anteilen natürlicher Modulation,
wie z. B: bei Sprache oder Musik, eine Pegelerhöhung von 3 db. Dieses erklärt sich
daraus, daß praktisch mindestens bei einem der Signale eine Integration über mehrere
Schwingungen erfolgt. Alle Sekundärsignale ergeben daher auf einem solchen Aussteuerungsmesser
ohne Rücksicht auf die Modulationsverhältnisse in - den Primärkanälen untereinander
auch stets gleiche Anzeigewerte. Im Falle gleich starker Ausmodulation der beiden
Primärkanäle müssen, wie oben dargelegt, ihre Anteile jeweils 3 db unter der Vollaussteuerung
einer Einzelspur gehalten werden. Bei der Rückmischung addieren sich die Primäranteile
wegen ihrer Kohärenz arithmetisch, d. h. um 6 db, so daß der Pegel des wiedergewonnenen
Primärsignals bei -f-3 db, bezogen auf die Aussteuerungsgrenze des Sekundärkanals,
liegt. Da das Rauschen der Spuren wegen seiner völligen Inkohärenz sich bei der
Entmischung um 3 db erhöht, haben also die wiedergewonnenen Primärsignale den gleichen
Geräuschspannungsabstand wie die Einzelspuren. Wenn man die wiedergewonnenen Primärsignale
zur Herstellung der endgültigen Aufnahme zusammenmischt, bleibt im Falle gleich
starker Modulation der Primärkanäle, ähnlich wie es beim klassischen Verfahren der
Fall ist, der Geräuschspannungsabstand der Einzelspur bei der endgültigen Aufnahme
bei allen Mischungspegeln erhalten.
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Im Falle ungleich starker Modulation der Primärkanäle, wenn also die
Modulation eines Primärkanals erheblich überwiegt, können die beiden Sekundärkanäle
fast vollständig mit den Anteilen dieses Kanals belegt werden. Auf diese Weise erzielt
man eine Verbesserung des resultierenden Geräuschspannungsabstandes der wiedergewonnenen
Primärsignale um 3 db gegenüber dem Geräuschspannungsabstand einer Spur, wenn -
wie das der künstlerischen Gestaltung entgegenkommt - die Modulation der Primärkanäle
schon bei der Aufnahme in annähernd richtigem Pegelverhältnis gespeichert wird.
In diesem Fall wird nämlich die Gesamtkapazität aller Spuren praktisch für die wichtigste,
d. h. lautstärkste Modulation ausgenutzt.
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Das Mehrkanalmischverfahren bietet gegenüber dem klassischen Verfahren
im wesentlichen drei Vorteile: Erstens erhöht sich in dem in der Praxis allein interessanten
Fall ungleich starker Modulation der Mikrophonkanäle der Gesamtgeräuschspannungsabstand,
bezogen auf den Geräuschspannungsabstand einer Spur, im Grenzfall mit Vn , wenn
n die Anzahl der Kanäle bedeutet, wohingegen beim klassischen Verfahren sich der
Geräuschspannungsabstand mit @ verringert. Zweitens genügt im Gegensatz zum klassischen
Verfahren zur Pegelkontrolle sämtlicher Sekundärkanäle ein Aussteuerungsmesser,
da die Sekundärkanäle ohne Rücksicht auf die Pegelverhältnisse der Primärkanäle
immer gleiche Pegel haben. Schließlich verringern sich bei zeitlich schwankender
Modulation der Primärkanäle mit wachsender Kanalzahl die Pegelschwankungen der Sekundärkanäle,
da ein statistischer Ausgleich erfolgt. Dadurch wird die Pegelkontrolle einfacher
und die Kapazität der Spuren besser ausgenutzt.
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Wesentliche Voraussetzungen für eine gute Übersprechdämpfung zwischen
den Primärkanälen nach der Rückmischung sind gleicher Amplituden- und Phasengang
der Sekundärkanäle. Diese lassen sich im Niederfrequenzgebiet immer erreichen. Wie
Versuche an normalen Studio-Vierspurmaschinen zeigen, erreicht man eine übersprechdämpfung
von etwa 35 db, die sich erst im Bereich von 10 bis 15 kHz auf etwa 20 db verschlechtert.
Diese übersprechdämpfung ist völlig ausreichend, da ja ohnehin das akustische Übersprechen
im allgemeinen viel größer ist.
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Abschließend sei in Bild 2 das Blockschaltbild einer Vierspuranlage
mit Mischeinrichtung gezeigt. Die Primärsignale P1, P2, P, und P4 gelangen zunächst
auf
die Eingänge 1, 2, 3 und 4 des Sendemischverstärkers SM, der die Sekundärsignale
S1, S2, S3 und S4 nach folgendem Schema bildet: (P1 + P2) + (P:3 + P4) = S1 (Pl
+ P2) - (P3 + P4) = S2 (P1 - P2) + (Po: - P4) = Ss (P1 - P2) - (P- - P4)
= S4 Jedes der Sekundärsignale wird auf einer Spur der Vierspurmaschine M gespeichert.
Bei der Wiedergabe gelangen die Sekundärsignale ohne Pegeländerungen auf die Eingänge
1, 2, 3 und 4 des Empfangsmischverstärkers EM, der an seinen Ausgängen 1', 2', 3'
und 4' die Primärsignale 4P1, 4P2, 4P3 und 4P4 liefert. Die Entmischung erfolgt
nach folgender Gleichung: (S, @- S2) + (S3 + S4) = 4 P1 (S1 -i- S2) - (S3
+ S4) = 4 P2 (S1 - S2) + (S3 - S4) = 4 P3 (S1
- S2) - (S3 - S4) = 4P4 Der Faktor 4 ist für die Praxis ohne Bedeutung, da
er durch Pegeländerung ausgeglichen werden kann. Der Empfangs- sowie Sendemischverstärker
sind völlig gleich aufgebaut. Ein Ausführungsbeispiel ist in Bild 3 gezeigt. Von
den Eingängen 1, 2, 3 und 4 gelangen die vier zu mischenden Signale A, B,
C und D über die Trennübertrager Trl, Tr2, Tr, und Tr4 auf je zwei Brücken
Brl und Br2, von denen Brl (A ±B)
und Br2 (C±D) bildet. Diese vier Mischsignale
gelangen über die beispielsweise asymmetrischen Trennverstärker TV" TV., TV,
und TV4 wiederum auf zwei Brücken Br,, und Br.", wo einerseits (A +B)
±
(C +D) und andererseits (A -B) ± (C -D) gebildet werden. Diese Sekundärsignale
werden hinter den Trenntransformatoren Trl,, Tr2,, Tr3, und Tr4, an den Ausgängen
1', 2', 3' und 4' abgenommen.
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Das Mehrkanalmischverfahren nach der Erfindung ist nicht auf die Mehrspurmagnettonspeichertechnik
beschränkt, sondern läßt sich allgemein da anwenden, wo derartige Mehrkanalübertragungen
über übertragungsglieder mit vermindertem Geräuschspannungsabstand erfolgen.