DE2817777C2 - Signalverarbeitungsschaltung zur Umwandlung eines monauralen Eingangssignals in binaurale Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungsschaltung zur Umwandlung eines monauralen Eingangssignals in binaurale Signale, die eine Schallquelle simulieren, dernen Schall das eine bzw. das andere Ohr eines Zuhörers mit einer Übertragungscharakteristik hi/t; Θ, r) bzw. Hr(V, Θ, r) erreicht, wobei die Schallquelle mit einem auf den Kopf des Zuhörers bezogenen Abstand von r und mit einem auf die Blickrichtung des Zuhörers bezogenen Versetzungswinkel von Θ willkürlich lokalisiert ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die binauralen Signale sind zur Wiedergabe durch eine von einem Zuhörer getragene Schallwandler- |;,! vorrichtung gedacht.

ij. Ein allgemein bekanntes sogenanntes binaurales Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem macht bei der Si-

!?''>' 65 gnalaufzeichnung von einem Kunstkopf Gebrauch, der die Form eines menschlichen Kopfes hat. An denjenigen ^, Stellen des Kunstkopfes, wo sich die Ohren befinden, sind Mikrofone vorgesehen, die die dort auftretenden

|| Schallereignisse aufnehmen und in aufzuzeichnende elektrische Signale umsetzen. Die so aufgenommenen bzw.

;,.;! aufgezeichneten Schallereignisse werden über den betreffenden Ohren zugeordnete Hörer eines Kopfhörers

wiedergegeben. Bei diesem binauralen System kann daher der Zuhörer die SchalleieignisEe oder Klänge so hören, als ob die Lage oder Position des akustischen Bildes mit der Position der tatsächlichen Schallquelle übereinstimmen würde.

Zum Gewinnen dieser binauralen Signale muß man einen Kunstkopf verwenden. Man hat bereits eine Signaiverarbeitungsschaltung erdacht, mit der man ein übliches monaurales Signal in Signale umwandeln kann, die im wesentlichen den binauralen Signalen elektrisch äquivalent sind. Unter monauralen Signalen sollen Signale verstanden werden, die keine Lokalisationsinformatioii enthalten, einschließlich von Stereokanalsignalen. Die erwähnte Signaiverarbeitungsschaltung zum Gewinnen von im wesentlichen binauralen Signalen macht die Verwendung eines Kunstkopfes überflüssig.

Eine Signaiverarbeitungsschaltung zur Umwandlung eines monauralen Eingangssignals in binaurale Signale der eingangs beschriebenen Art ist aus der Druckschrift NTG-Fachberichte, Bd. 56,1977, Hörrundfunk 4, Seiten 184 bis 191, insbesondere Bild 3 auf der Seite 188, bekannt. Dort ist ein Richtungsmischpult beschrieben, das eine elektronische Realisierung eines Kunstkopfes für einige spezielle Beschallungsfälle in reflexionsfreier Umgebung darstellt Für jede Schalleinfallsrichtung sind zwei parallele Übertragungskanäle vorgesehen, von denen der eine dem linken und der andere dem rechten Ohr zugeordnet ist Die einzelnen Übertragungskanäle eines einer Schalleinfullsrichtung zugeordneten Kanalpaares enthalten Filterschaltungen zur Approximation des Betrages der verschiedenen Außenohrübertragungsfunktionen, und zur Realisierung der interauralen Gruppenlaufzeitstrukturen befindet sich in dem einen Übertragungskanal jedes Kanalpaares eine Verzögerungsschaltung. Bei Speisung mehrerer, verschiedener Einfallsrichtungen zugeordneter Übertragungskanalpaare mit einem identischen monauralen Signal und Lei Verwendung eines geeigneten Stufenschalters kann man die Schallquelle sprunghaft in Stufen um den Kopf herum wandern lassen. Der Abstand der simulierten Schallquelle vom Kopf kann nicht geändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signaiverarbeitungsschaltung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß man die Umwandlung eines einzigen monauralen Signals in binaurale Signale in einer solchen Weise vornehmen kann, daß eine mehr oder weniger kontinuierliche Änderung der Position des Klangbildes nach Richtung und Abstand in bezug auf den Zuhörer möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Signalverarbeitungschaltung durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Mit der Signaiverarbeitungsschaltung nach der Erfindung ist es nun möglich, den Abstand und die Richtung zwischen Schallquelle und Zuhörer nahezu beliebig einzustellen. Diese Einstellmöglichkeit wird darüber hinaus im Vergleich zum Aufbau des bekannten Richtungsmischpultes nach der oben erwähnten Druckschrift mit äußerst einfachen schaltungstechnischen Mitteln erreicht. In diesem Zusammenhang bietet die beanspruchte Anordnung der ersten und zweiten Übertragungseinrichtung mit Speisung der zweiten Übertragungseinrichtung durch das Ausgangssignal der ersten Übertragungseinrichtung besondere schaltungs- und steuerungstechnische Vorteile, die zu qualitativ hochwertigen binauralen Signalen führen.

Bevorzugte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden an Hand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Positions- oder Lagebeziehung zwischen einer einzelnen Schallquelle und einem Zuhörer,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Signaiverarbeitungsschaltung,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer nach der Erfindung ausgebildeten Signaiverarbeitungsschaltung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer nach der Erfindung ausgebildeten Signal-Verarbeitungsschaltung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer nach der Erfindung ausgebildeten Signaiverarbeitungsschaltung,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht von unten auf ein Beispiel einer Klangbildposition-Steuervorrichtung,

Fig.7 ein Blockschaltbild eines Teils einer Ausführungsform einer Steuersignalerzeugungschaltung zur Klangbildlokalisation,

F i g. 8 und 9 Blockschaltbilder von Schaltungen zum Gewinnen eines Steuersignals aus dem Ausgangssignal des in der F i g. 7 gezeigten Blockschaltbildes,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Steuersignalerzeugungsschaltung zur Klangbildlokalisation, F i g. 11 eine Schemadarstellung zur Erläuterung einer Winkeldetektion,

Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung geteilter Abschnitte zur Bereichsbewegung einer Klangbildposition-Steuervorrichtung,

Fig. 13 ein Schaltbild einer verbesserten Modifikation eines Spannungsvergleichers in einer Quadrantendetektionsschaltung,

Fig. 14A und 14B grafische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung eines Spannungsvergleichers,

Fig. 15 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Hystereseeigenschaft der Ausgangsspannung in bezug auf Quadranten, in denen ein Steuerknüppel beweglich ist,

F i g. 16 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltanordnung, _b5

Fig. 17 eine grafische Darstellung, die eine Änderung im Pegel des Ausgangssignals der in der Fig. 16 gezeigten Schallung dargestellt, und

Fig. 18 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltanordnung.

Zum besseren Verhältnis des Prinzips einer Signalverarbeitungsschaltung der betrachteten Art wird zunächst die Beziehung zwischen einer Schallquelle und einem Zuhörer erläutert.

Entsprechend der Darstellung nach der Fig. 1 vernimmt ein Zuhörer Mden Klang oder das Schallereignis, das eine Schallquelle S unter einem Versetzungswinkel θ gegenüber der Geradeaus- oder Vorwärtsrichtung des Zuhörers Mund in einem Abstand rvom Zuhörer Man einen Raum aussendet.

Unter der Annahme, daß die Übertragungscharakteristik von der Schallquelle 5 zum linken Ohr des Zuhörers

M mit hi/t: Θ, r) bezeichnet wird, die Übertragungscharakteristik von der Schallquelle S zum rechten Ohr des Zuhörers mit hrft; θ, r)vma das Schallquellensignal x(t) genannt wird, kann man die Signale ei/t) und en(t), die am Eingang des linken und rechten Ohres des Zuhörers M auftreten, durch die folgende Gleichung wiedergeben,

ίο und zwar unter Anwendung der mathematischen Technik der Faltungsintegration:

Mr; 9,1)1 _
M'; θ,ή]

Wenn man die Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung mit S^i_x) und S^t) bezeichnet, ist die durch die folgende Gleichung beschriebene Bedingung zu erfüllen:

L5 C)J "ti C)J- ⁽²⁾

Wenn man die Gleichung (2) in die Gleichung (1) einsetzt, erhält man die folgende Gleichung:

Uo.

Die Gleichung (3) kann wie folgt beschrieben werden:

^L !^/}1 - xU)* h_LU; Θ,ή *Γ ^l 1 (4)

A C)J LM'; θ, r)/h_L0i Θ, ή] ^{>

Dabei ist der Ausdruck (h_R(t; θ, r)lhi (V, θ, r)) eine charakteristische Differenz zwischen den beiden Ohren, die man durch eine akustische Druckdifferenz oder Zeitdifferenz ausdrücken kann.

Als Signalverarbeitungsschaltung zum Gewinnen der binauralen Signale Si/t) und S/i(t), wie sie durch die Gleichung (4) ausgedrückt sind, kann man eine in der F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung verwenden.

Ein einziges Schallquellensignal x(t), das keine Lokalisationsinformation hat, gelangt über einen Eingangsanschluß 11 zu einem Abschwächer oder Dämpfungsglied 12, das eine Dämpfung entsprechend einem Betrag vorsieht, der dem Abstand r entspricht. Das auf diese Weise gedämpfte Signal wird dann an ein Filter 13 gelegt, um eine vorgestimmte Frequenzcharakteristik vorzusehen. Das Ausgangssignal des Filters 13 wird als das binaurale Signal Si/1) mit der Charakteristik hi/t; θ, r) einem Ausgangsanschluß 17 zugeführt

Darüber hinaus wird das Ausgangssignal des Filters 13 aufeinanderfolgend einem Dämpfungsglied 14, einem Filter 15 und einer Verzögerungsschaltung 16 zum Bereitstellen einer bestimmten Verzögerungszeit zugeführt, so daß das Signal die Charakteristik (hg(t\ θ, r)/hi/t; θ, r)) annimmt Das resultierende Signal tritt als das binaurale Signal Sn(t)an einem Ausgangssignal 18 auf.

Da das Klangbild an einer Position lokalisiert ist, die durch einen Abstand r und einen Winkel θ nach der F i g. 1 bestimmt ist, muß das am rechten Ohr empfangene binaurale Signal eg(t) im Vergleich zu dem am linken Ohr empfangenen binauralen Signal ei/t)'m der Verzögerungsschaltung 16 verzögert werden. Wenn das Klangbild näher beim rechten Ohr des Zuhörers Mangeordnet wäre, müßte das vom linken Ohr empfangene binaurale Signal ei/t)'\m Vergleich zu dem am rechten Ohr empfangenen binauralen Signal e«(Y/mehr verzögert werden. Folglich würde dann das binaurale Signal et/t)'am Ausgangssignal 18 und das andere binaurale Signal eofij'am Ausgangssignal 17 abgenommen werden.

Wenn der Zuhörer die oben erläuterten binauralen Signale Si/t) und Sr(Q über einen Kopfhörer an seinem linken bzw. rechten Ohr wahrnimmt, hört er die Signale so, als ob das Klangbild an der Position lokalisiert wäre, die durch den Winkel 0und den Abstand mach der F i g. 1 bestimmt ist

Die Signalverarbeitungsschaltung nach F i g. 2 hat somit nicht die Fähigkeit die Position der Klangbildlokalisation zu einer gewünschten Position zu verschieben.

Nach der Erfindung wird diese Schwierigkeit überwunden, und im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Entsprechend der Darstellung nach der F i g. 3 wird ein Signal x(t) ohne irgendeine Lokalisationsinformation an einen Eingangsanschluß 21 gelegt und aufeinanderfolgend durch ein spannungsgesteuertes Dämpfungsglied (VCA) 22 in Form einer steuerbaren oder variablen Dämpfungsschaltung und durch ein steuerbares oder variables Filter 23, beispielsweise in Form eines spannungsgesteuerten Filters, geleitet, so daß dem Signal die Charakteristik hi/t; θ, r) verliehen wird. Das am Ausgang des variablen Filters 23 auftretende Signal wird zum einen einem Schalter 24 als das binaurale Signal Si/t) und zum anderen einem spannungsgesteuerten Dämpfungsglied 25 zugeführt wo es einer geeigneten Dämpfung unterzogen wird. Vom Ausgang des Dämpfungsglieds 25 gelangt dann das Signal aufeinanderfolgend zu einem variablen Filter 26 und einer variablen Verzögerungsschaltung 27, wobei dem Signal die Charakteristik h_R(t; θ, r) verliehen wird. Die variable oder steuerbare Verzögerungsschaltung 27 ist aus einer Verzögerungsanordnung mit Halbleiterbauelementen, wie einem Eimerkettenspeicher oder einem Ladungsverschiebeelements, aufgebaut, wobei die Verzögerungszeit in Abhängig-

keit von einer Taktfrequenz verändert wird. Das Ausgangssignal der varialen Verzögerungsschaltung 27 wird als das binaurale Signal Sr(O einem Schalter 28 zugeführt.

Die Schalter 24 und 28 können zwischen zwei Kontaktpunkten a und b umschalten, und zwar in Abhängigkeit von einem Quadrantendetektionssignal von einer noch zu beschreibenden Anordnung 29 zum Erzeugen eines Steuersignals für die Klangbildlokalisation. Wenn beispielsweise das Klangbild an einer Position orientiert sein soll, die gegenüber der Vorwärtsrichtung des Zuhörers nach links versetzt ist, werden die Schalter 24 und 28 so betätigt, daß der bewegliche Umschaltkontakt mit den Kontaktpunkten a verbunden ist. Die Signale Sl(O und Sk(I) treten folglich an Ausgangsanschlüssen 30 und 31 auf und werden dann den an den Ohren des Zuhörers M anliegenden Wandlern 32 und 33 eines Kopfhörers zugeführt. Wenn das Klangbild an einer Position lokalisiert sein soll, die gegenüber der Vorwärtsrichtung des Zuhörers nach rechts versetzt ist, werden die Schalter 24 und 28 so betätigt, daß der bewegliche Kontakt mit den Kontaktpunkten b in Berührung steht. Dies geschieht wieder in Abhängigkeit von dem Quadrantendetektionssignal. Das dem Schalter 24 zugeführte Signal gelangt jetzt zum Wandler 33, wohingegen das dem Schalter 28 zugeführte Signal zum Wandler 32 gelangt.

Die Schaltungsanordnung zum Erzeugen des Steuersignals für die Klangbildlokalisation enthält eine Klangbildposition-Steuervorrichtung 34 und eine Steuersignal-Umsetzerschaltung 35. Ein Klangbildposition-Informationssignal tritt am Ausgang der Klangbildposition-Steuervorrichtung 34 auf und wird der Steuersignal-Umsetzerschaltung 35 zugeführt, wo es in Steuersignale Q bis C$ umgesetzt wird, deren Pegel oder deren Frequenz von der Klangbildpositionsinformation abhängt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Steuersignalen Q bis C₄ um Gleichspannungen, die dazu dienen, den Dämpfungsbetrag der spannungsgesteuerten Dämpfungsglieder 22 und 25 und die Frequenzcharakteristik der variablen Filter 23 und 26 einzustellen. Bei dem Steuersignal Cs handelt es sich um das Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators, das als Taktsignal der Verzögerungsschaltung 27 zugeführt wird, um dort die Verzögerungszeit einzustellen.

Die Übertragungscharakteristiken hi/t; Θ, r) und A«ff; Θ, r) werden somit in Abhängigkeit von den Steuersignalen Q bis Q, geändert. Folglich werden den Wandlern 32 und 33 binaurale Signale zugeführt, die in der Lage sind, die Position der Klangfeldlokalisation auf eine gewünschte Position in einem Klangfeidraum kontinuierlich zu verschieben.

In der Fig.4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnung dargestellt. Dabei sind Teile, die Teilen nach der F i g. 3 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen versehen. Eine Einzelbeschreibung dieser Teile kann entfallen.

Eine steuerbare oder variable Dämpfungsschaltung 22a enthält einen Analogschalter 41 und mehrere Dämpfungsglieder 42a, 42b,... 42n, die alle einen unterschiedlichen Dämpfungsgrad haben. Der Analogschalter 41 kann in Abhängigkeit vom Steuersignal C\ so geschaltet werden, daß das Eingangssignal x(t) einem ausgewählten Dämpfungsglied der Dämpfungsglieder 42a bis 42n zugeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Dämpfungsgrad der variablen Dämpfungsschaltung 22a zu ändern bzw. einzustellen. Eine steuerbare oder variable Filterschaltung 23a enthält einen Analogschalter 43, der in Abhängigkeit vom Steuersignal C2 so geschaltet werden kann, daß er das Ausgangssignal der variablen Dämpfungsschaltung 22a einem ausgewählten Filter einer Vielzahl von Filtern 44a, 446,... 44n zuführt, die unterschiedliche Filtercharakteristiken haben. Eine steuerbare oder variable Dämpfungsschaltung 25a enthält einen Analogschalter 45, der in Abhängigkeit vom Steuersignal C3 geschaltet wird, und Dämpfungsglieder 46a, 466, ... 46n, die alle einen unterschiedlichen Dämpfungsgrad haben und von dem Analogschalter 45 selektiv in den Signalpfad eingeschaltet werden können. Eine steuerbare oder variable Filterschaltung 26a enthält einen Analogschalter 47, der vom Steuersignal Ca, geschaltet wird, und eine Vielzahl von Filtern 48a, 486,... 48/j, die alle eine unterschiedliche Filtercharakteristik haben und von dem Analogschalter 47 selektiv in den Signalpfad eingeschaltet werden können. Eine steuerbare oder variable Verzögerungsschaltung 27a enthält eine Analogschalter 49, der in Abhängigkeit vom Steuersignal C5 geschaltet wird, und Verzögerungsschaitungen 50a, 50ό,... 5On, die alle eine unterschiedliche Verzögerungszeit haben und von dem Analogschalter 49 selektiv in den Signalpfad eingeschaltet werden können.

Das Ausgangssignal der variablen Filterschaltung 23a und das Ausgangssignal der variablen Verzögerungsschaltung 27a werden über Ausgangsanschlüsse 51 und 52 den Schaltern 24 und 28 zugeführt. Die Analogschalter 41,43,45,47 und 49 sind so ausgebildet, daß sie von binär codierten Steuersignalen C\ bis C5 betätigt werden können.

Anstelle der genannten Analogschalter kann man auch Drehschalter verwenden, die von Hand bedient werden können. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung 29 weggelassen werden.

In der Fi g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gezeigt, das als Vielkanalsignalsystem ausgebildet ist. Signalverarbeitungsschaltungen 61-1,61-2 und 61-3, die jeweils in ähnlicher Weise wie die den Schaltern 24 und 28 vorausgehende Schaltung nach der F i g. 3 ausgebildet sind, erhalten ein erstes, ein zweites und ein drittes Kanalsignal, und zwar jeweils an Eingangsanschlüssen 21-1,21-2 und 21-3. Die Signale, die an Ausgangsanschlüssen 51-1, 51-2 und 51-3 der Schaltungsanordnungen 61-1, 61-2 und 61-3 auftreten, werden in einem Mischer 62 gemischt und dann einem Ausgangsanschluß 64 zugeführt. Die anderen Signale, die an Ausgangsanschlüssen 52-1,52-2 und 52-3 der Schaltungsanordnungen 61-1,61-2 und 61-3 auftreten, werden in einem Mischer 63 gemischt und dann einem Ausgangsanschluß 65 zugeführt Die an den Ausgangsanschlüssen 64 und 65 auftretenden Ausgangssignale gelangen dann zu den Schaltern 24 und 28. Es sei bemerkt, daß die Anzahl der Signalkanäle auf drei nicht beschränkt ist

Wenn der Zuhörer Λ/die an den Ausgangsanschlüssen der Mischer 62 und 63 auftretenden binauralen Signale Sxi/t) und Sxn(t) über Kopfhörer hört, vernimmt er sie so, als ob drei Klangbilder als ein Hörereignis an Positionen lokalisiert wären, die innerhalb eines Klangfeldes verschoben werden können.

Unter der Annahme, daß die Ausgangssignale der Signalverarbeitungsschaltung gleich Si/t; Θ, r) sind und daß in die Gleichung (3) ein Konzept der Standardisierung des Abstands r zwischen dem Zuhörer M und der Schallquelle unter Verwendung eines Standard- oder Normalabstands /0 eingeführt wird, kann man die

Gleichung (3) wie folgt schreiben:

S₁ (ζ; 0, r) = A(Z) * h, C; Θ, r_u) * ,

AiC; 0,/b) (5)

Wenn man weiterhin den Schaltungsaufbau in Betracht zieht, kann die Gleichung (5) wie folgt wiedergegeben werden:

SiC; Θ, ή = .v(z) * * Ai C; 0, r₀) (6-1)

A/ (z; 0, /b) A_Ä (z; (

In den Gleichungen (6-1) und (6-2) stellt der Term

Aj(Z; 0,/·) 25 h_L(t\ Θ, A₀)

eine sich in Abhängigkeit von der Änderung des Abstands ändernde Größe der Übertragungscharakteristik von der Schallquelle 5zum Eingang des der Schallquelle nächsten Ohres des Zuhörers dar. Signale, die diesem Term entsprechen, können durch das Dämpfungsglied und das Filter erhalten werden. Für den Fall, daß r größer als 2 m ist, erhält man eine sog. Charakteristik der quadratischen Abschwächung, bei der der Pegel umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands oder der Entfernung geschwächt wird. Aus diesem Grunde kann man die Schaltung zum Gewinnen des obigen Signals lediglich aus dem Dämpfungsglied aufbauen. Der Term

35 Α/, (ζ; 0, r)/AjC; θ, r)

A_Ä(z; 0, r_o)/h_L(r, 0,r_n)

der Gleichung (6-2) ist eine sich ändernde Größe der sog. Charakteristiken der Differenz zwischen den beiden Ohren infolge der Änderung des Abstands und kann durch die akustische Druckdifferenz und Zeitdifferenz dargestellt werden. Die Zeitdifferenz ändert sich allerdings im allgemeinen wenig, so daß das Signal der Übertragungscharakteristik, das diesem Term entspricht, durch das Dämpfungsglied und das Filter erhalten werden kann. Wenn der Abstand r größer als 2 m ist wird die durch diesen Term dargestellte Übertragungscharakteristik gleich 1, so daß dann dieser Term vernachlässigt werden kann.
Als nächstes soll ein konkretes Ausführungsbeispiel der Klangbildlokalisation-Steuersignalerzeugungsanordnung 29 erläutert werden. Die Klangbildposition-Steuervorrichtung 17 ist von einer Ausgestaltung, wie es beispielsweise in der F i g. 6 zu sehen ist Ein Gehäuse 92 ist mit einem Steuerknüppel 91 ausgerüstet, der um ein Halterungslager 93 in eine gewünschte Richtung geschwenkt oder geneigt werden kann. Der Knüppel 91 greift mit seinem unteren Ende in den Schnittstellenpunkt zweier Schlitze 94a und 95a ein, die in bogenförmigen Drehhebeln 94 und 95 ausgebildet sind. Die Hebel 94 und 95 sind drehbar an der Innenseite des Gehäuses 92 befestigt und schneiden sich unter einem rechten Winkel. Die Drehhebel 94 und 95 sind mit ihren einen Enden mit den Drehwellen von Potentiometern 96 und 97 verbunden, die auf der Außenseite des Gehäuses 92 befestigt sind. An die einen Enden der Potentiometer 96 und 97 ist ein positives Bezugspotential + B und an die anderen Enden der Potentiometer 96 und 97 eine negatives Bezugspotential — B gelegt wie es aus der F i g. 9 hervorgeht Wenn der Knüppel 91 geschwenkt wird, um sich in einer vorbestimmten Richtung zu neigen, führt das untere Knüppelende eine Verschiebung auf einer halbkugeligen Oberfläche aus. Als Folge dieser Verschiebung werden die Drehhebel 94 und 95 gedreht so daß sich die Potentiale der Potentiometer 96 und 94 ändern.

Die Potentiometer 96 und 97 sind auch in der F i g. 7 dargestellt und zwar in Beziehung zu einer Position des Knüppels 91 in einer horizontalen Fläche mit einer X-Achse (Abszisse) und einer K-Achse (Ordinate). In diesem zweidimensionalen, rechtwinkligen Koordinatensystem bedeutet der Ausgangspunkt (O, O) eine Stellung des Knüppels 91, bei der der Knüppel senkrecht auf der horizontalen Ebene steht Die Drehpotentiometer 96 und 97 sind so ausgebildet daß sich in diesem Zustand ihre Schleifer in der neutralen Stellung oder Nullstellung befinden. Wenn somit der Knüppel 91 eine Lage einnimmt bei der er senkrecht auf der horizontalen Ebene steht, sind die Werte der Ausgangsspannungen an Ausgangsanschlüssen 98 und 99 der Schleifer der Drehpotentiometer 96 und 97 gleich 0 V.

Wenn der Knüppel 91 geschwenkt wird, geben die Potentiometer 96 und 97 Signale ab, und zwar mit einem Pegel und einer Polarität die beide der Stellung des Stocks in dem zweidimensionalen, rechtwinkligen X-V-Koordinatensystem entsprechen. Mittels dieser Signale wird die Verschiebung des Knüppels 91 in Form einer Abbildung des Knüppels 91 in dem zweidimensionalen, rechtwinkligen Koordinatensystem erfaßt Das bedeutet

daß die Verschiebung des Knüppels in bezug auf einen Ursprungspunkt in einen Abstand r( = \/x² + y*) und in bezug auf eine vorbestimmte Referenzrichtung in einen Winkel θ(= tan-¹ —) umgesetzt wird.

Die an den Ausgangsanschlüssen 98 und 99 auftretenden Gleichspannungen haben somit Pegel und Polaritäten, die aufgrund der Veränderung der Widerstandswerte der Drehpotentiometer % und 97 infolge der Bedienung des Knüppels 91 der Abbildung des Knüppels 91 auf die X- und V-Koordinate entsprechen. Die erzeugten Gleichspannungen definieren somit einen Punkt (x, y) in dem X- Y-Koordinatensystem.

Die genannten Gleichspannungen werden einer Spannungs-Abstandssignal-Umsetzerschaltung 100 in der Steuersignal-Umsetzerschaltung 35 zugeführt, wo sie in Signale umgesetzt werden, die x² und y² entsprechen, und dann zu einem Signal matriziert werden, das x² + y² darstellt. Das resultierende Signal tritt an einem Ausgangsanschluß 102 als Analogsignal (r,j auf, das das Quadrat von r darstellt, als r².

Weiterhin werden die Gleichspannungen an den Ausgangsanschlüssen 98 und 99 einer Spannungs-Winkelsignal-Umsetzerschaltung 101 in der Steuersignal-Umsetzerschaltung 35 zugeführt. Die Schaltung 101 ist so

ausgebildet, daß sie mit Hilfe eines Dividierers die Eingangssignale in ein Signal umsetzt, das — entspricht, und

dann dieses Signal in ein Signal umgesetzt, das tan-' von — darstellt.

Auf diese Weise werden die Gleichspannungen in der Schaltung 1101 in ein analoges Signal {θ,\ umgesetzt, das des Versetzungswinkel θ gegenüber einer vorbestimmten Referenzrichtung angibt. Dieses Signal erscheint an einem Ausgangsanschluß 103.

In den F i g. 8 und 9 sind Blockschaltbilder von Ausführungsformen von Schaltungsteilen dargestellt, die zum Diskriminieren des Abstands oder des Winkels dienen.

Entsprechend der Darstellung nach der F i g. 8 wird das analoge Signal )/·,} oder {0,j über einen Eingangsanschluß 111 einem Spannungsvergleicher 112 zugeführt, in dem es mit einer Referenzspannung verglichen wird, die auf einen Pegel eingestellt ist, der einem bestimmten Abstand oder einem bestimmten Winkel in dem X- Y-Koordinatensystem entspricht und über einen Eingangsanschluß 113 zugeführt wird.

Wenn der Pegel des Eingangssignals {r,j oder {θ,\ kleiner oder größer als die Referenzspannung ist, erscheint er an einem Ausgangsanschluß 114 und stellt somit ein Signal dar, das einem Abstand roder einem Winkel θ entspricht. Der Spannungsvergleicher 112 benötigt im allgemeinen zwei Systeme, um den Abstand und den Winkel zu diskriminieren. Um die Diskriminationsgenauigkeit zu erhöhen, kann man eine Reihe von Spannungsvergleichern verwenden.

Entsprechend der Darstellung nach der F i g. 9 wird das dem erfaßten Abstand entsprechende analoge Signal {r,\ oder das dem erfaßten Winkel entsprechende analoge Signal {Θ,} über einen Eingangsanschluß 121 als Steuersignal einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 122 zugeführt. Auf diese Weise wird die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 122 gesteuert Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 122 wird einer an sich bekannten Impulszähl-Detektor 123 zugeführt, in der es erfaßt wird. Das auf diese Weise erfaßte Signal erscheint an einem Ausgangsanschluß 124 in Form eines Signals, bei dem der Abstand roder der Winkel θ diskriminiert worden ist.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, daß zwei Systeme zum Diskriminieren des Abstands und zum Diskriminieren des Winkels vorgesehen sind, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Anordnung nach der Fig.8. Die freilaufende Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 122 wird auf einen bestimmten Referenzabstand r oder einen bestimmten Referenzwinkel θ im .X-Y-Koordinatensystem eingestellt

Die Signale, die an den Ausgangsanschlüssen 114 und 124 auftreten, werden für die oben genannten Steuersignale C\ bis C5 verwendet.

Eine weitere Ausführungsform der Steuersignal-Umsetzerschaltung 35 ist in der Fig. 10 dargestellt Teile der Fig. 10, die nach der Fig.7 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Diese Teile werden im einzelnen nicht mehr erläutert

Die Gleichspannungen, die an den Ausgangsanschlüssen 98 und 99 auftreten, werden Quadrierschaltungen 131 und 132 zugeführt, so daß an den Eingang eines Addierers 133 Signale gelegt werden, die x² und y² entsprechen. Am Ausgang des Addierers 133 erscheint somit ein Signal, das (x² + y²) darstellt Dieses resultierende Ausgangssignal des Addierers 133 wird als analoges Signal, das dem Quadrat des Abstands r, also r², entspricht eine Anzahl von η Spannungsvergleichern 134a bis 134/j zugeführt. Dabei ist η irgendeine positive ganze Zahl.

Spannungen, die den Quadraten der Abstände vom Ursprungspunkt des oben erläuterten Koordinatensystems entsprechen und die zuvor gemessen worden sind, werden als Referenzspannungen an Anschlüsse 135a bis 135/j der Spannungsvergleicher 134a bis 134/j gelegt Als Ergebnis des Vergleichs der Pegel der oben genannten analogen Signale, die r² entsprechen, und der oben genannten Referenzspannungen liefern die Spannungsvergleicher 134a bis 134n Signale, die den Abständen entsprechen. Folglich treten an Ausgangsanschlüssen 136a bis 136/7 Ausgangssignale auf, die den Abständen ro bis r„- \ entsprechen.

Weiterhin werden die an den Ausgangsanschlüssen 98 und 99 auftretenden Gleichspannungen Absolutwertverstärkern 137 und 138 in der Spannungs-Winkelsignal-Umsetzerschaltung 101 zugeführt. Dort werden die zugeführten Signale in Signale umgesetzt, die die Absolutwerte |xj und \y\ darstellen. Die auftretenden Gleichspannungen, die stets positiv oder Null sind, erscheinen somit als ein |x|-Signal und als ein L^-Signal. Das Ix|-Signal und Ly|-Signal werden in bestimmten Verhältnissen mittels Widerstände 139 und 140 geteilt und dann m Spannungsvergleichern 141a bis 141m zugeführt Dabei ist m irgendeine positive ganze Zahl.

Ein Verfahren zum Erfassen des Winkels θ unter Verwendung der \x\- und !^-Signale wird jetzt beschrieben.

28 Yl 777

Es wird angenommen, daß ein Punkt xo, yt> entsprechend der Darstellung nach der F i g. 11 vorgegeben ist Es wird hier lediglich der Fall des ersten Quadranten in Betracht gezogen. Die folgende Gleichung erhält man für den Winkel θ zwischen ,der vom Ursprungspunkt zum Punkt (xo, yo) führenden Linie (Darstellung des Knüppels 91) und der Y- Achse

tan*-^j- (7)

Wenn θ = 30°, dann ist tan 30° = 0,5774, d. L xo/yo = 0,5774 bzw. X₀ = 0,5774 yo. Wenn man nun beispiels-

lö weise den Spannungsvergleicher 141;(wobei /eine positive ganze Zahl ist) so einstellt, daß er tätig wird, wenn der Zustand \x\ = \y\ χ 0,5774, kann man den Winkel θ — 30° mit dem Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 141/erfassen.

Wenn man somit die Beziehung zwischen den Absolutwerten \x\ udn\y\ entsprechend einem Winkel jeweils einem Spannungsvergleicher 141a bis 141m zuordnet, kann man mit den Ausgangssignalen der Spannungsvergleicher den Winkel θ bestimmen. Somit treten an den Ausgangsanschlüssen i42a bis 142m der Spannungsvergleicher Signale auf, die den Winkeln θ zwischen 0° und 90° entsprechen. Auf diese Weise kann man die Winkel ohne die Verwendung eines Teilers erfassen.

Da die Ausgangssignale der Absolutwertverstärker 137 und 138 stets Positionen innerhalb der Koordinaten des ersten Quadranten darstellen, kann man mit den Ausgangssignalen der Spannungsvergleicher 141a bis 141m

lediglich Winkel in dem Bereich von 0° bis 90° bestimmen. Folglich ist eine Überprüfung erforderlich, in welchem Quadranten der Koordinaten der Punkt (x, y) liegt, der der Position des Stocks 91 entspricht Es ist somit erforderlich, den gefundenen Winkel in bezug auf einen Winkelreferenzpunkt auf 0° bis 360° auszudehnen.

Für diesen Zweck ist eine Quadrantendetektionsschaltung 152 vorgesehen. Die am Ausgangsanschluß 98

auftretende Gleichspannung wird Spannungsvergleichern 143 und 144 zugeführt, und die am Ausgangsanschluß 99 auftretende Gleichspannung wird Spannungsvergleichern 145 und 146: jgeführt Wenn die Gleichspannungen an den Anschlüssen 98 und 99 positiv oder Null sind, liefern die Spannungsvergleicher 143 und 145 Ausgangssignale. Wenn hingegen die genannten Gleichspannungen negativ sind, liefern die Spannungsvergleicher 144 und 146 Ausgangssignale.

Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 143 wird UND-Gliedern 147 und 150 mit zwei Eingängen zugeführt. Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 144 wird UND-Gliedern 148 und 149 mit zwei Eingängen zugeführt. Darüber hinaus ist das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 145 an die UND-Glieder 147 und 148 und das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 146 an die UND-Glieder 149 und 150 gelegt. Wenn sich der Knüppel 91 im ersten Quadranten der Koordinaten befindet, beispielsweise x£0 und yä0, tritt lediglich am Ausgang 151-1 des UND-Gliedes 147 ein Signal auf. In ähnlicher Weise erscheinen an den Ausgängen 151-2,151-3 und 151-4 der UND-Glieder 148,149 und 150 jeweils ein Ausgangssignal, wenn sich der Stock 91 im zweiten, dritten bzw. vierten Quadranten der Koordinaten befindet.

Somit ist es möglich, den erfaßten Winkel einem der vier Quadranten zuzuordnen, d. h. den Winkel in einem Bereich von 0° bis 360° zu bestimmen.
Wenn der Knüppel 91 von Hand bewegt wird, führt er, wenn man ihn genau beobachtet, eine schlängelnde Bewegung aus, was auf die naturgemäß leicht schwingende oder vibrierende Bewegung der Hand zurückzuführen ist. Für den Fall, daß der Drehbereich des Knüppels 91 so eingestellt ist, daß man positionsanzeigende Signale mit einer Unterteilung in η gleiche Teile bezüglich jedes Quadranten erhält, besteht aus dem obigen Grunde die Tendenz, daß der Knüppel 91 infolge der schlängelnden oder Schleifenbewegung auch in andere Quadrantengelangt, wenn er durch den Ursprungspunkt geschoben wird. Wenn es beispielsweise beabsichtigt ist, den Knüppel 91 vom zweiten Quadranten durch den Ursprungspunkt in den vierten Quadranten zu bewegen, besteht die Tendenz, daß der Knüppel im Bereich des Ursprungspunktes auch in den ersten oder dritten Quadranten gelangt. Dadurch wird sehr leicht eine Instabilität des Signals hervorgerufen, das die Positionsanzeigeinformation enthält.

Um dieses Problem zu lösen, ist der Abstand in gleiche Teile (n + 2) unterteilt, wie es in der F i g. 12 gezeigt ist,

so und beispielsweise drei dieser gleichen Unterteilungen sind rund um den Ursprungspunkt angeordnet. Wenn dann der Knüppel 91 durch den Ursprungspunkt bewegt wird, wird im Ergebnis stets die Information des Ursprungspunkts als Ausgangssignal abgegeben, selbst wenn eine schlängelnde Bewegung oder Hin- und Herbewegung innerhalb der drei innersten Unterteilungen mit dem Ursprungspunkt als Zentrum der (n + 2) Unterteilungen stattfindet. Diese drei inneren Unterteilungen sind schraffiert angedeutet.

Zur Realisierung dieses Umstands wird die Referenzspannung, die dem Anschluß 135a der Schaltungsanordung nach der Fig. 10 zugeführt wird, so gewählt, daß sie die drei ersten Unterteilungen oder Abschnitte der (n + 2) gleichen Unterteilungen abdeckt, und die Referenzspannungen für die Anschlüsse 1356 bis 135/7 werden so gewählt, daß sie jeweils der vierten bis (n + 2)ten Unterteilungen der (n + 2) gleichen Unterteilung entsprechen.

Wenn der Knüppel 91 von Hand so bewegt v/ird, daß er beispielsweise zur Abstandsänderung in die Nähe der Grenze zwischen zwei Quadranten kommt, kann es ebenfalls infolge der Zitterbewegung der Hand des Zuhörers zu einer schleifenförmigen Bewegung des Knüppels 91 kommen. Die Folge davon ist, daß das Quadranteninformationssignal mehrmals schnell zwischen benachbarten Quadranten wechselt. Diese Schwierigkeit wird dadurch überwunden, daß der Quadrantenerfassungsoperation der Quadrantenerfassungsschaltung 152, die in der F i g. 10 dargestellt ist, eine Hysterese auferlegt wird.

Der Spannungsvergleicher 143 (144 bis 146) in der Quadrantenerfassungsschaltung 152 ist zu diesem Zweck beispielsweise so ausgebildet, wie es in der F i g. 13 dargestellt ist. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 143 (144 bis 146) wird zum Teil zu einem nicht invertierenden Eingangsanschluß zurückgeführt, und zwar über einen

Widerstand 155. Der Spannungsvergleicher 143 (144 bis 146) wird somit »eingeschaltet«, wenn die Gleichspannung am EingangsanschluB 156 einen vorbestimmten Spannungswert Vl(O V) überschreitet, und »ausgeschaltet«, wenn die Gleichspannung unter einen vorbestimmten Spannungswert Vj(< Vi) abfällt, wie es in der F i g. 14A angedeutet ist Wenn nun die Spannung, die dem Eingangsanschluß 156 zugeführt wird, eine Änderung erfährt, wie es in einer Kurve I in der Fi g. 14A dargestellt ist, erhält man am Ausgangsanschluß 157 die in der Fig. 14B dargestellte Aiu.gangsspannung. Selbst wenn daher die Eingangsspannung geringfügig unter die Spannung Vi abfällt, bleibt das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 157 so lange fortwährend erhalten, bis die Eingangspannung unter eine Spannung V₂ abgefallen ist

Wenn ein bestimmter Punkt des Knüppels bei der Abbildung in der Horizontalebene auf einen Punkt P im ersten Quadianten fällt und dann eine Knüppelbewegung stattfindet, wie es durch einen Pfeil A in der F i g. 15 beispielsweise dargestellt ist, führen die Spannungsvergleicher 143 bis 146 die folgende Arbeitsweise aus.

Wenn sich der Knüppel beim Punkt P im ersten Quadranten befindet und dabei von der X- und y-Achse entfernt ist, liefern die Spannungsvergleicher 143 und 145 jeweils ein Ausgangssignal, so daß am Ausgangsanschluß 151-1 ein den ersten Quadranten erfassender Impuls erscheint Wenn nun der Knüppel in der Richtung des Pfeils A bewegt wird und dabei die y-Achse passiert, wird der Spannungsvergleicher 144 »eingeschaltet«, so daß jetzt die Spannungsvergleicher 144 und 145 Ausgangssignale liefern. Infolge des oben erläuterten Hystereseeffekts gibt zu dieser Zeit auch der Spannungsvergleicher 143 noch ein Ausgangssignal ab. Erst wenn der Knüppel eine Linie b im zweiten Quaranten überschritten hat, wird der Spannungsvergleicher 143 »ausgeschaltet«, so daß jetzt nur noch die Spannungsvergleicher 144 und 145 ein Ausgangssignal abgeben. Infolgedessen tritt dann lediglich am Ausgangsanschluß 151-2 ein den zweiten Quadranten erfassender Impuls auf.

Wenn bei der Projektion des Knüppels 91 in die Horizontalebene die Position Q bestimmt wird und dann eine Stockbewegung in Richtung des eingezeichneten Pfeils B stattfindet, treten an den Ausgangsanschlüssen der Quadrantenerfassungsschaltung die folgenden Signale auf. Solange die Projektion des Knüppels in den Bereich zwischen der V-Achse und einer Linie a fällt, sind die Spannungsvergleicher 143,144 und 145 »eingeschaltet«, so daß am Anschluß 151-1 der den ersten Quadranten anzeigenden Impuls und am Anschluß 151-2 der den zweiten Quadranten anzeigenden Impuls gleichzeitig auftreten. Erst wenn die Projektion des Knüppels die Linie a in Richtung des eingezeichneten Pfeils B überschreitet, wird der Spannungsvergleicher 144 als Folge des Hystereseeffekts »ausgeschaltet«, so daß jetzt nur noch der den ersten Quadranten anzeigende Impuls vorhanden ist. Ähnliche Ergebnisse erhält man, wenn der Knüppel zwischen anderen benachbarten Quadranten bewegt wird.

Als nächstes wird eine verbesserte Ausführungsform einer Schaltanordnung beschrieben, die zur Verwendung in den oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung geeignet ist.

Wenn die Pegel- oder Frequenzcharakteristiken des Signals einem Schalter in einer digitalen Weise unterzogen werden und dabei abrupte Änderungen auftreten, werden diese abrupten Änderungen im Signal vom Zuhörer als eine Art von Geräusch wahrgenommen, wenn das resultierende Signal einem Wandler zugeführt und als Schall ausgestrahlt wird. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist die zu beschreibende Ausführungsform so ausgebildet, daß bei der Änderung des Signalpegels von einem Wert auf einen anderen Wert der Pegel zunächst einen Zwischenwert zwischen den beiden genannten Werten annimmt.

Wenn unter Bezugnahme auf die in der F i g. 16 dargestellte Schaltungsanordnung Schaltelementen 165,167, 168 und 170 zunächst keine Steuersignale SA und SB zugeführt werden, befinden sich diese Schaltelemente im »Aus«-Zustand. Ein am Eingangsanschluß 161 anliegendes Eingangssignal tritt daher an einem Ausgangsan-Schluß 162 mit einem Pegel L auf, der dem Eingangssignal entspricht.

Wenn dann zu einem Zeitpunkt fi das Steuersignal SA angelegt wird, bringt dieses Steuersignal SA das Schaltelement 165 in den »Ein«-Zustand und nach einer durch eine Verzögerungsschaltung 166 vorbestimmten Verzögerungszeit auch das Schaltelement 167 in den »Ein«-Zustand. Es wird angenommen, daß das andere Steuersignal SB während dieser Zeit nicht erscheint.

Aufgrund des Einschaltens des Schaltelements 165 zum Zeitpunkt fi wird der Pegel des Ausgangssignals gleich L], und zwar entsprechend der folgenden Gleichung:

^R2a ' ^2R2

^U] * /?1 + R2a ^- R\ + 2R2 ^¹*²

Dabei gilt: R 2a = 2Ä 2.

Nachdem im Anschluß an den Zeitpunkt t\ eine bestimmte Zeit Fi abgelaufen ist, d. h. zu einem Zeitpunkt t₂ = ti + n, nimmt auch das Schaltelement 167 seinen Ein-Zustand an. Jetzt sind die Schaltungselemente 165 und 167 eingeschaltet, so daß das Ausgangssignal einen Pegel annimmt, der einem vorgegebenen Pegel L₂ entspricht.

Es wird jetzt angenommen, daß das Steuersignal SB zu einem Zeitpunkt h der Schaltung zugeführt wird, an der bereits das Steuersignal SA anliegt. Das Steuersignal SB bringt das Schaltelement 168 sofort in seinen »Ein«-Zustand. Weiterhin erscheint das Steuersignal SB um eine bestimmte Zeit T₂ durch eine Verzögerungsschaltung 169 verzögert am Schaltelement 170, das somit zu einem Zeitpunkt tu, — ti + T₂ in den »Ein«-Zustand gebracht wird.

Folglich sind zum Zeitpunkt h die Schaltelemente 165,167 und 168 eingeschaltet. Der Pegel des Signals am Ausgangsanschluß wird daher auf Lj geschwächt. Der Pegel L3 kann wie folgt dargestellt werden:

L₃ = (R 2a///? 2b//R 3a) L/(R 1 + (R 2a///? 2b//R 3a))< L₂

Dabei ist:

R2a//R2b//R3a = 1/(-^- + -z^rr + "^-J-
\R2a Rib RZa)

" ""■

Zum Zeitpunkt fc, = r₃ + F₂ sind alle vier Schaltelemente 165,167,168 und 170 eingeschaltet, so daß der Pegel des Ausgangssignals auf einen vorgegebenen Pegel L₄ geschwächt wird.

Der Pegel des Signals am Ausgangsanschluß 162 erfährt somit eine Änderung, wie sie in der F i g. 17 dargestellt ist Wie man sieht, wird beim Obergang vom Pegel L auf den Pegel L₂ bzw. beim Übergang vom Pegel L₂ ίο auf den Pegel L₄ zunächst stets ein Zwischenpegel L_x bzw. L₃ eingenommen. Auf diese Weise werden gegenüber dem Stand der Technik Störgeräusche vermindert.

Darüber hinaus ist der Wechsel von einem bestimmten Signalpegel zu einem neuen anderen Signalpcgcl nicht auf zwei Stufen begrenzt, wie es oben erläutert ist, sondern es können drei oder mehr Stufen angewendet werden. Auf diese Weise werden Störgeräusche noch stärker herabgesetzt

Eine weitere Ausführungsform einer Schaltanordnung ist in der Fig. 18 dargestellt Dabei sind Teile, die Teilen nach der F i g. 16 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen versehen.

Der am Eingangsanschluß 161 anliegende Signalpegel L wird einem nicht invertierenden Eingangsanschluß

eines Operationsverstärkers 161 zugeführt Darin findet eine Verstärkung statt, und der Ausgangspegel tritt am

Ausgangsanschluß 162 auf. Solange am Anschluß 163 ein Steuersignal SA nicht anliegt, bleiben die Schaltele-

mente 165 und 167 im »Aus«-Zustand Am Ausgangsanschluß 162 tritt daher im wesentlichen ein Pegel auf, der dem Pegel L entspricht

Wenn nun das Steuersignal SA an den Anschluß 163 gelegt wird, wird das Schaltelement 165 in den »Ein«-Zustand gebracht Dabei wird der Pegel des Ausgangssignals auf

gebracht Nach Ablauf der Verzögerungszeit Fi, die von der Verzögerungsschaltung 161 bestimmt wird, wird auch das Schaltelement 167 in den »Ein«-Zustand gebracht Dadurch wird der Pegel des Ausgangssignals auf

erhöht. In diesem Ausdruck wird die folgende Beziehung aufrechterhalten: R 2a = R 2b = 2R 2.

Bei einer Erhöhung des Pegels wird somit die Erzeugung von Störgeräuschen in der oben erläuterten Weise unterdrückt oder vermindert.

Falls das von der erfindungsgemäßen Schaltung gewonnene Signal nicht einem Kopfhörer, sondern Lautsprechern zugeführt werden soll, die in einem Abstand vom Zuhörer angeordnet sind, wird zweckmäßigerweise das von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gewonnene Signal durch eine weitere Schaltung zur entsprechenden Signalumwandlung geleitet. Eins solche Schaltung ist beispielsweise in der DE-OS 27 16 039.0 von der Anmelderin vorgeschlagen worden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Signalverarbeitungsschaltung zur Umwandlung eines monauralen Eingangssignals in binaurale Signale, die eine Schallquelle simulieren, deren Schall das eine bzw. das andere Ohr eines Zuhöreres mit einer

Übertragungscharakteristik ηφ; Θ, r)bzw. Λ« (t; Θ, r^erreicht, wobei die Schallquelle mit einem auf den Kopf des Zuhörers bezogenen Abstand von r und mit einem auf die Blickrichtung des Zuhörers bezogenen Versetzungswinkel von θ willkürlich lokalisiert ist, enthaltend eine erste Übertragungseinrichtung, die dem Eingangssignal eine erste Übertragungscharakteristik verleiht, welche der Übertragungscharakteristik hift; Θ, r) von der Schallquelle zu dem der Schallquelle nahen einen Ohr des Zuhörers äquivalent ist, und eine

ίο zweite Übertragungseinrichtung, die eine zweite Übertragungscharakteristik bewirkt, welche der Übertragungcharakteristik hitft; Θ, r)\on der Schallquelle zu dem anderen Ohr des Zuhörers äquivalent ist, wobei die Ausgangssignale der Übertragungseinrichtungen die binauralen Signale darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Übertragungseinrichtung (22,23; 22a, 23a,) eine erste steuerbare Dämpfungseinrichtung (22; 22a,) aufweist, daß die zweite Übertragungseinrichtung (25,26, 27; 25a, 26a, 27a,) eine Reihenschaltung aus einer zweiten steuerbaren Dämpfungseinrichtung (25, 25a^ und aus einer ersten steuerbaren Filtereinrichtung (26; 26a,) aufweist und dem Ausgangssignal der ersten Übertragungseinrichtung eine dritte Übertragungscharakteristik

hü(t; Θ, rp'hi/t; Θ, r) verleiht, daö eine zur Einstellung einer willkürlichen Position der Schallquelle dienende Steuervorrichtung (34) vorgesehen ist, die zum Erzeugen von Signalen dient, welche den Koordinaten derjenigen Position entsprechen, bei der die Schallquelle lokalisiert werden soll, wobei sich die Position des Zuhörers im Koordinatenursprungspunkt befindet, und daß ferner eine Steuersignal-Umsetzerschaltung (35) zur Umsetzung der Ausgangssignale der Steuervorrichtung in Steuersignale (z. B. Q, C3, C4) für die steuerbaren Einrichtungen (z. B. 41,45,47) der Übertragungseinrichtungen vorgesehen ist.

2. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Übertragungseinrichtung eine zweite steuerbare Filtereinrichtung (23; 23a) aufweist, die mit der ersten steuerbaren

Dämpfungseinrichtung (22; 22a,) in Reihe geschaltet ist, und das die zweite Übertragungseinrichtung eine steuerbare Verzögerungseinrichtung (27; 27a,) aufweist, die zusammen mit der zweiten steuerbaren Dämpfungseinrichtung (25; 25a^ und der ersten steuerbaren FiltereinrichUing (26; 26a)eine Reihenschaltung bildet

3. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der steuerbaren Dämpfungseinrichtungen (22a, 25a,) eine Vielzahl von Dämpfungsschaltungen (42a, bis 42n, 46a bis 46n) mit unterschiedlichen Dämpfungswerten und eine steuerbare Schalteranordnung (41, 45) zum Umschalten der Dämpfung enthält, daß jede der steuerbaren Filtereinrichtungen (23a, 26a,) eine Vielzahl von Filterschaltungen (44a bis 44n, 48a bis 4Sn) mit unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken und eine steuerbare Schalteranordnung (43, 47) zum Umschalten der Filtercharakteristik enthält, daß die steuerbare Verzögerungseinrichtung (27a) eine Vielzahl von Verzögerungsschaltungen (50a bis 5On) mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten und eine steuerbare Schalteranordnung (49) zum Umschalten der Verzögerungszeit enthält und daß die Steuersignale (Q bis C5) den betreffenden Schalteranordnungen (41,43,45,47,49) zugeführt werden.

4. Signalverarbeitungsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einstellung der Position der Schallquelle dienende Steuervorrichtung (34) einen x/y-Koordinatenwähler aufweist, dessen manuell betätigbarer Steuerknüppel (91) in beliebiger Richtung geneigt werden kann, und eine Generatoreinrichtung (94,95,96,97) zum Erzeugen von zwei Signalspannungen enthält, die den jeweiligen Koordinaten ^,/^entsprechen, und daß die Steuersignal-Umsetzerschaltung (35) enthält: eine erste Einrichtung (100) zum Umsetzen der beiden Signalspannungen in ein Signal, dessen Informationsgehalt den Abstand inzwischen der Schallquelle und dem Zuhörer wiedergibt, eine zweite Einrichtung (101) zum Umsetzen der beiden Signalspannungen in ein Signal, dessen Informationsgehalt den Winkel (Θ) zwischen der Blickrichtung des Zuhörers und der Schallquelle wiedergibt, und eine Einrichtung zum Ableiten der Steuersignale aus den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Einrichtung (100,101).

5. Signalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersißnal-Umsetzerschaltung einen Quadrantendetektor (152) zum Erfassen desjenigen Quadranten in dem rechtwinkligen Koordinatensystem aufweist in dem die mit dem Steuerknüppel gewählten Koordinaten (x,y)der Schallquelle liegen, und daß der Einrichtung zum Ableiten der Steuersignale auch das Ausgangssignal des Quadrantendetektors zugeführt wird.