Stereoperceptie en Menselijke Symmetrie

Tijdschrift van het

Nederlands Radiogenootschap

DEEL 24 No. 6 1959

Stereoperceptie en Menselijke Symmetrie

door J. F. Schouten *)

Inleidende voordracht, gehouden op de Stereofoniedag, voor het Nederlands Radiogenootschap en de Geluidstichting, op 5 februari 1959.

Bepaalde ruim tevaarders uit verre werelden zouden na een bezoek aan onze aarde een bijzonder m erkw aardige ontdekking kunnen rapporteren. Deze bestaat daarin, dat de op aarde levende wezens een duidelijk vlak van symmetrie vertonen. D it brengt met zich mede dat allerlei organen zoals de armen, benen, longen, nieren, oren en ogen in tweevoud voorkomen.

Geleerde

A

huldigt de theorie dat deze aardse wezens w elis­

w aar een tamelijk hoge graad van ontwikkeling hebben bereikt, doch blijkbaar nog niet betrouw baar functioneren. D aarom loopt ieder aards wezen als het w are met zijn eigen reserve-orga- nen rond.

H et is duidelijk dat wij onderstellen dat de ,,bepaalde ruim ­ tevaarders'' wezens zijn die zelf geen symmetrie in hun bouw vertonen en zich dus over de symmetrische bouw der aardse wezens ten zeerste, en overigens terecht, verwonderen.

Geleerde

B

ontkent w elisw aar de reservebetekenis der dub- belorganen niet, doch vraagt zich af of de symmetrische ver­

dubbeling van bij voorbeeld de ogen en de oren deze aardse wezens niet in staat zou kunnen stellen tot een directe perceptie van beeld- of geluidaspecten die met een enkel orgaan niet mogelijk is.

Kennelijk vindt theorie A een beter onthaal dan theorie

B.

H et is nu eenmaal aantrekkelijker te geloven dat andere wezens zich op een lagere dan dat zij zich op een hogere trap van ontwikkeling bevinden.

*) Instituut voor Perceptie Onderzoek, Eindhoven.

318 J. F, Schouten

W ij w eten dat de geleerde

B

iets zeer wezenlijks om trent onze w aarnem ingsw ereld heeft doorgrond, namelijk de mogelijk­

heid van het stereoscopisch zien en van het stereofonisch horen.

Hoewel in beide uitdrukkingen het w oord „stereo” (ruimte) is ingeburgerd is het wezenlijke voor de beide zintuigen totaal ver­

schillend.

Eén oog geeft ons reeds een „beeld” d.w.z. een horizontale coördinaat

X

en een verticale coördinaat

Y

, doch niet de diepte coördinaat Z. Indirect kunnen wij ook met één oog een inzicht in deze Z krijgen door het hoofd een weinig te bewegen (parallax).

D oor de sam enwerking van beide ogen w ordt de coördinaat Z echter direct w aarneem baar (stereoscopie of beter: dieptezien).

Eén oor daarentegen geeft ons geen enkele coördinaat, afge­

zien van een vage indicatie van

X

en

Y

door verschillen in de luidheidsgew aarw ording bij draaiing van het hoofd.

D oor de sam enwerking van beide oren w ordt de horizontale coördinaat

X

echter direct w aarneem baar (stereofonie of beter:

richtingshoren). Bovendien kunnen wij indirect (namelijk door minieme draaiingen van het hoofd) het teken van

X

(vóór of achter) en de elevatie

Y

waarnem en.

H et oog m aakt physisch gebruik van minieme verschillen in projectie op de beide netvliezen. D it doet overigens begrijpen, dat het dieptezien alleen geldt voor verticale objecten of alge­

mener voor objecten w aarvan de grenslijnen loodrecht staan op de verbindingsas der beide ogen.

H et oor m aakt physisch gebruik van minieme verschillen in sterkte en tijd van de prikkeling der beide oren. Bij draaiing van het hoofd zijn de veranderingen tegengesteld voor bronnen die zich vóór resp. dchter de w aarnem er bevinden en relatief geringer voor hogere elevatie

Y.

O ok hier is dit gedrag te be­

grijpen ten opzichte van de as door de beide zintuigorganen en bovendien ten opzichte van de draaiingsas van het hoofd.

Bij reproductie van beeld of geluid rijst de vraag naar de mogelijkheid van het opwekken van stereoillusies. In beginsel staan hiervoor tw ee methoden ter beschikking. Ten eerste kun­

nen wij aan elk orgaan een aparte indruk verschaffen overeen­

komstig de normale waarnem ingsom standigheden. Ten tw eede kunnen wij pogen zodanige kunstbronnen in w erking te brengen, dat bij ongewapende waarnem ing tóch een stereoillusie w ordt gewekt.

Volgens de eerste methode gebruiken wij voor het beeld de stereocam era en de stereobril en voor het geluid het kunsthoofd

Stereoperceptie en Menselijke Symmetrie 319

met kunstoren en de stereotelefoon. H oew el deze methode de beste illusie verschaft heeft zij het grote practische nadeel dat de w aarnem er zich met bril of telefoon moet wapenen.

Volgens de tw eede methode is ten aanzien van het beeld weinig te doen. D e enige uitzondering is die van tw ee volgens een bepaald raster over elkaar heen gereproduceerde beelden.

Bekijkt men deze met het hoofd in de goede stand dan kan een redelijke diepteillusie w orden verkregen w aarvan in reclame- vitrines wel eens gebruik w ordt gem aakt. Ten aanzien van het horen gaan de mogelijkheden, door gebruik van m eerdere micro­

foons en luidsprekers, aanm erkelijk verder, zodat ook voor het ongewapende oor een zeer sprekende richtingsillusie kan w orden verkregen.

M en hoeft zich niet altijd de ideale stereofonie ten doel te stellen en kan dit ook niet altijd. D an valt te bedenken, dat reeds een belangrijke stap voorw aarts w ordt gedaan door de indruk weg te nemen dat alle geluid uit een duidelijk aanw ijs­

baar gat komt (schijnstereofonie). D it geeft een zekere ruim te­

lijkheid zonder dat van enige richtingslocalisatie mag w orden ge­

sproken. W ellicht is het analogon hiervan bij de beeldreproductie te vinden bij het gebruik van m at en zelfs hobbelig fotografisch papier. D it geeft geen enkele feitelijke dieptelocalisatie. W el echter krijgen de beide ogen door de ietw at verschillend w aar­

genomen reflecties op de bobbeltjes een iets verschillende gezichts- gew aarw ordm g. H ierdoor lijkt het beeld minder precies van één plat vlak afkom stig te zijn.

D e operationele betekenis van het dieptezien en het richtings- horen is gelegen in het feit dat wij hierdoor licht- of geluidsbron­

nen als van elkaar verschillend kunnen w aarnem en. D aardoor kunnen wij de aandacht op de ene bron richten en ons van de andere abstraheren. H et geeft ons dus een extra mogelijkheid tot concentratie van de aandacht. Bekend is het ,,cocktailparty probleem ” dat bestaat uit de vraag: „H oe kunnen wij in een ruimte met opeengehoopte mensen die met luider stemme dw ars door elkaar heenpraten tóch een bepaalde zegsman verstaan?

H et richtingshoren speelt hier, zoals trouw ens bij alle verga­

deringen en bijeenkomsten, een belangrijke rol. M en hoeft in zulk een gezelschap slechts even één van de oren dicht te drukken om tot de verrassende ondervinding te komen dat er zoveel law aai is. D it law aai is objectief niet minder bij het luisteren met tw ee oren, m aar wel subjectief doordat wij er ons door het richtingshoren ten dele van kunnen abstraheren.

320 J. F. Schouten

Aan het slot van deze inleiding van de Stereofoniedag moge niet onvermeld blijven dat, ten aanzien van het inzicht in het menselijk richtingshoren en van het realiseren van stereofonische reproductie, baanbrekend w erk is verricht door een aantal N ederlandse onderzoekers^* tot 11*).

Literatuur,

1. J. L. v a n S o e s t en P. D. G ro o t, Stereo-acoustische geluidsbeelden en kleinst waarneembare tijdsverschillen. Physica 9, 111, 1929.

2. J. L. v a n S o e s t, Richtingshoren bij sinus-vormiqe qeluidstrillinqen. Phv- sica 9, 271, 1929.

3. K. de B o e r en R. V e r m e u l e n , Een installatie voor een slechthorende. Philips Technisch Tijdschr. 4, 329, 1939.

4. K. d e B o e r, Stereofonische geluidsweergave. Philips Technisch Tijdschr. 5, 112, 1940.

5. K. de Boer , Stereofonische geluidsweergave, Academisch Proefschrift Delft, 1940.

6. K. d e B o e r, Proeven met stereofoonplaten. Philips Technisch Tijdschr. 5, 187, 1940.

7. K. d e B o e r, Stereofonische registratie op Philips-Miller-film. Philips Tech­nisch Tijdschr. 6, 88, 1941.

8. K. d e B o e r en A. Th. v a n H u r k , Enige bijzonderheden bij het rich­

tingshoren. Philips Technisch Tijdschr. 6, 363, 1941.

9. K. d e B o e r, Een merkwaardig verschijnsel bij het richtingshoren. Neder­lands Tijdschr. v. Natuurkunde 11, 75, 1944.

10. K. d e Boer , Stereofonische afbeelding. Philips Technisch Tijdschr. 8, 51, 1946.

11. K. de Boer , Een merkwaardig verschijnsel bij stereofonische geluidsweer­gave. Philips Technisch Tijdschr. 9, 8, 1947.

Manuscript ontvangen op 30 oktober 1959^.

Deel 24 - No. 6 - 1959 321

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming

door N. V . Franssen *)

Voordracht gehouden voor het Nederlands Radiogenootschap en de Geluidstichting op 5 februari 1959.

Summary

A survey is given of the theory of binaural and stereophonic hearing, o n the basis of an electrical model of the binaural hearing mechanism the phenomena occuring in stereophonic reproduction are explained. Fin­

ally some methods of compressing the stereo-information are discussed.

1. Inleiding*

H oewel wij ons in het algemeen betrekkelijk weinig bew ust zijn van ons vermogen om van geluiden de richting w aar te nemen, blijkt deze kunde van de mens toch van groot belang te zijn. H et nuttig effect van een fietsbel of een claxon immers zou aanzienlijk minder zijn, indien aan het w aarnem en van een w aarschuw ingssignaal, door een hunner gegeven, niet onmiddel­

lijk een richtingsindruk gekoppeld was. M aar ook bij geluiden, die ons brein niet correleert met gevaar, blijft de richtings­

waarnem ing een belangrijke factor; bij het luisteren naar muziek b.v. verkrijgen wij een extra param eter om de instrum enten van elkaar te onderscheiden; bovendien zal het gehoor m inder ver­

moeid w orden door de spreiding der geluidsbronnen. Somtijds zelfs w ordt het richtingseffect van geluidsbronnen bew ust in een compositie aangew end. Bij electronische muziek w ordt hiervan ruim gebruik gem aakt, m aar ook hier geldt, zoals zo vaak het geval is, dat er niets nieuws onder de zon is: in 1550 reeds paste de N ederlandse componist A driaan W illaert te V enetië tw ee koren toe, die aan weerszijden van de kerk w aren opge­

ste ld 1); Berlioz ging bij de uitvoering van zijn Requiemmis nog

*) Natuurkundig Laboratorium N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken Eind­

hoven Nederland.

322 N. V. Franssen

verder en plaatste in de vier hoeken van de ' Dóme des Inva­

lides' aparte orkesten2). Deze voorbeelden getuigen voldoende van de belangrijkheid van het richtingshoren bij muziek en het is dan ook niet verwonderlijk dat men reeds spoedig, nadat men er in geslaagd w as geluid op te nemen en op een andere

plaats w eer te geven, het ontbreken van de oorspronkelijke rich- tingsindruk als een ge­

mis gevoeld heeft en daarom getracht heeft deze te bew aren. U it­

gaande van de ver­

onderstelling dat het de sam enwerking van beide oren is, w el­

ke de richtingsindruk doet ontstaan, ligt het voor de hand bij de opname een kunst- hoofd te gebruiken, w aarin ter plaatse van de tw ee oren microfoons zijn aangebracht en deze microloons te verbinden met tw ee telefoons, welke ieder één oor van ge­

luid voorzien (fig. ¹).

Bij deze proef blijkt inderdaad een zeer goede overdracht van de richtingsindruk mogelijk te zijn. Indien echter meer per­

sonen willen luisteren, w ordt het gebruik van even zovele hoofdtelefoons erg onhandig en zal men trachten deze te ver­

vangen door luidsprekers. Om dit te verwezenlijken gaat F letcher8) uit van de 'gordijntheorie'. In de opnameruimte w ordt als het w are een gordijn bezet met talloze microfoons opgehangen. In een identieke w eergaveruim te daarentegen een gordijn met even zovele luidsprekers. Iedere luidspreker nu w ordt met de over­

eenkomstige microfoon verbonden en helpt mee om in de w eer­

gaveruim te een identiek geluidsveld op te bouwen als in de opnameruimte aanwezig was. In de praktijk is dit veel te inge­

w ikkeld en daarom heeft Fletcher dit systeem vereenvoudigd to t een combinatie van drie microfoons en drie luidsprekers.

D e op deze wijze verkregen w eergave bleek zo goed, dat men aan de juistheid van de theoretische grondslag moet twijfelen:

immers de benadering door middel van slechts drie microfoons

Fig. 1

H et bewaren van de richtingsindruk bij signaal­

overdracht met behulp van een kunsthoofd en hoofd telefoons.

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 323

en drie luidsprekers is zo grof dat men hoogstens een zeer po­

ver resultaat zou mogen verw achten ^{(fig. 2}).

De B oer4) verwezenlijkt de stereofonische geluidsoverdracht op een andere wijze. Hij gebruikt tw ee luidsprekers, w ier sig­

nalen afkom stig zijn van de tw ee microfoons van een kunsthoofd.

O ok volgens dit sy­

steem blijkt een goede overdracht van de richtingsindruk moge­

lijk (fig. 3).

O pm erkelijk is nu dat bij stereofonische opnamen zowel vol­

gens het systeem Flet- cher als met de metho­

de van De Boer een gelijkwaardige w eer­

gave bereikt kan wor- den, terw ijlde opname­

technieken in beide evallen volkomen ver-

(Fletcher).

ÖCT

schillend zijn. De overeenkom st tussen de tw ee systemen ligt hierin dat steeds beide oren van de toehoorder signaal van alle luidsprekers ontvangen. B lijkbaar is ons gehoor in staat de geluiden van deze luidsprekers te laten samensmelten tot één indruk met één richting. H ier ligt dan ook het onderscheid

tussen het natuurlijke richtingshoren en Ste­

reofonie; bij het eerste w ordt uit de geluids- indrukken aan beide oren de richting van het geluid herkend;

in het tw eede geval daarentegen w ordt hieruit een virtuele bron uit een fictieve richting gevormd. H et is dan ook wenselijk niet alleen kw alita­

tieve en kw antitatieve

(de Boer). m eetresultaten te ver-

324 N. V. Franssen

krijgen om trent richtingshoren en stereofonische w eergave, m aar ook te trachten deze verschijnselen te verklaren en het onder­

linge verband te vinden.

2. Het natuurlijke richtingshoren*

Een der eerste theorieën ter verklaring van de richtingsw aar- neming is de intensiteitstheorie gew eest5) 6). Bevindt het hoofd van een w aarnem er zich in een geluidsveld dan treden door de afschermende w erking van het hoofd intensiteitverschillen aan

beide oren op en door ervaring geleid, kun­

nen wij hieruit de rich­

ting van w aaruit het geluid afkom stig w as, bepalen.

D e B oer7) heeft de optredende intensiteit­

verschillen bij gemid­

delde spraak berekend (fig- 4).

Bij lage tonen zal deze schaduww erking erg klein zijn en zullen de intensiteitverschil­

len te gering zijn om de localisatie te verklaren. D aarom publiceerde Lord Rayleigh dan ook een fasetheorie 8). H ierin w ordt aangenomen dat het fase-verschil tussen beide oren beslissend is voor de richtings- indruk.

H oew el sommige onderzoekers de waargenom en fasehoek in­

terpreteerden als de ervaren richtingshoek, lijkt het toch wel voor de hand liggend deze fasehoek als een tijdm aat te be­

schouwen. Zodoende kwam v. H o rn b o rstel9) dan ook tot de tijdverschillentheorie, w aarin het tijdverschil tussen beide oren beslissend voor de waargenom en richting is. D e optredende tijdverschillen zijn erg klein. D e maximale w aarde bedraagt ongeveer ^0,6 milliseconden (fig. 5).

Bij proefnemingen, w aarbij men kunstm atig tijd- of intensi­

teitverschillen aanbrengt in geluidsignalen, die aan beide oren w orden toegevoerd, blijkt nu dat men zowel door de intensiteit- als tijdverschillen richting kan bepalen, dat deze additief zijn en dat het zelfs mogelijk is een richtingsindruk, verkregen door

Intensiteitsverschil tussen beide oren als functie van de waarnemingshoek bij spraak.

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 325

m ar-mo-

de waarnemingshoek.

intensiteitverschillen, w eer te compenseren met tijdverschillen in de omgekeerde zin. H et begrip tijdverschillen heeft echter

een bijzonder aspect.

^V anneer tijdverschil­

len een rol spelen bij het richtingshoren, im­

pliceert dit dat wij deze tijdverschillen moeten kunnen w aar­

nemen. D it zal gelijk zijn bij

kante punten in de geluidscurve. Zulke m arkante punten zijn bijvoorbeeld inzetten en andere snelle over- gangen. D it leidt ons tot de hypothese dat de richting van een geluid in belangrijke m ate bepaald w ordt bij en door de transienten. D e juistheid van deze opvatting kan men controleren door een eenvoudige proefnem ing]ü).

Een toonpuls w ordt met behulp van een op de draaggolffre- quentie afgestem de kring gesplitst in enerzijds inzet en einde verder transienten genaamd, anderzijds de rest van de toon,

in het vervolg duur- toon genaamd (fig. ⁶).

D e transienten van deze toon nu w orden toegevoerd aan één luidspreker, de duur- toon aan een andere luidspreker. D e totale toon w aarvan de leng­

te enkele seconden mag bedragen, schijnt uit deze eerste luid­

spreker te komen en dit betekent dus dat inderdaad de richting bepaald w ordt door de richting van de inzet.

N a registratie van de transienten en duurtoon op een tw ee-

Fig. 6

Principeschema ter verkrijging van de transien­

ten’ en de duurtoon van een toonpuls.

326 N. V, Franssen

sporige magnetische drager zal bij het afspelen van zulk een magnetische band m odulatieruis hoorbaar w orden tijdens de duurtoon. H et is nu opmerkelijk dat de richting van deze mo­

dulatieruis onafhankelijk is van de inzet van de toon. D it duidt blijkbaar op een zekere frequentie-analyse, welke geschiedt vóór de richtingsbepaling.

H et is verder opmerkelijk dat het mogelijk is een tijdverschil aan te brengen tussen de inzet en de duurtoon. E erst bij een

tijdverschil van 40

k

50 mi Ui seconden is de inzet niet meer in staat de richting voor de duurtoon vast te lee--_O gen (fig. 7).

H ieruit blijkt dat de mens niet in staat is willekeurig snel nieuwe richtingen te bepalen. H et zoge­

naamde H aaseffect11) is hierop terug te voe­

ren. Een interessante bijkomstigheid hierbij is wellicht het feit dat deze waarnem ingsgrens van 40 a 50 milliseconden in grootte-orde overeenkom t met de zogenaamde kritische flikkerfrequentie van het oog.

3. Richtingswaarneming door een model*

De grootheden die het richtingshoren beïnvloeden en de d aar­

bij optredende verschijnselen maken het aannemelijk, dat het bepalen van de geluidsrichting voor een groot gedeelte een fysiologisch proces is. H iervan uitgaande, is het zinvol om een elektrisch analogon te ontw erpen dat op dezelfde wijze als ons eigen gehoor de richting van een geluid kan onderkennen. Bij de voorafgaande proeven nu hebben wTij ervaren dat het begin van een signaal voor de richtingsw aarnem ing veel belangrijker is dan de rest.

Een apparaat dat bij zijn richtingsbepaling eveneens hoofd­

zakelijk op de inzet reageert, is in principeschema gegeven in lig. ⁸. W elisw aar kan dit slechts onderscheid maken tussen links en rechts m aar een vergroten van het aantal onderscheidbare

Fig. 7

Tijdverschil tussen inzet en duurtoon.

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 327

richtingen zal geen principiële moeilijkheden veroorzaken. W a n ­ neer een geluid uit de richting

R

het kunsthoofd

K H

bereikt, zal eerst de microfoon

Mr

en even later pas de microfoon

Mi

door dit geluid getroffen worden. D e door de microfoon

M r

^afgege­

ven spanning w ordt versterkt door de regelversterker

Vr

en toegevoerd aan de diode

D

r . D e door deze diode afgegeven gelijkspanning w ordt als regelspanning toegevoerd aan de linker regelversterker

Vi

op zodanige wijze dat deze dichtgedrukt

w ordt. Zodoende w ordt alleen spanning afgegeven aan de uit­

gang

U

r • Deze schakeling be­

voordeelt het eerstkom ende sig­

naal en bij gelijke aankom st van signaal op beide microfoons die microfoon w aaraan de grootste intensiteit w erd toegevoerd. D oor de juiste keuze van de integre­

rende netw erken

Crr

—

R r

—

C.

²r

Fig. 8

Principeschema van een n

hoor-model. chtmgs-

en

Czi

—

R/ — C2i

is het mogelijk het verband tussen de invloed van intensiteitverschillen en tijd­

verschillen in overeenstemming te brengen met het overeen­

komstige verband hiertussen bij beide oren.

De proefneming w aarbij aan één luidspreker de transienten w erden gegeven en aan een andere de duurtoon is nu verklaarbaar: die richting w ordt aanvankelijk gekozen, van w aar de inzet komt; de duurtoon geelt daarna echter nog voldoende luidheid op de 'verkeerde’ microfoon, om de aanvankelijk gekozen richting vast te houden. E erst w anneer men de hoek w aaronder het kunsthoofd de luidsprekers ziet te groot kiest, zal de verzwakking door de afschermende werking van het kunsthoofd te groot zijn en zal voor de duurtoon op­

nieuw richting gekozen w orden. D it treedt trouw ens ook op indien wij zelf aan de proef deelnemen; ook dan mag de hoek w aaronder de luidsprekers t.o.v. de w aarnem er geplaatst zijn, niet meer bedragen dan circa 40 graden.

In hoofdstuk 2 is reeds gewezen op de frequentie-analyse die optreedt voordat de richtingsbepaling plaatsvindt. In een meer volledig model, dan welk hier besproken is, zou deze fre-

328 N. V, Franssen

quentieanalyse eveneens mogelijk moeten zijn en voor elke fre- quentieband zou een richtingszoeker beschikbaar moeten zijn.

M etingen door ons verricht om trent de breedte van deze fre- quentiebanden toonden aan dat deze breedte in grootte orde overeenkom t met de kritische bandbreedte.

U it experim enten volgt dat in elke frequentieband tegelijker­

tijd slechts één richting gekozen kan w orden onafhankelijk van het aantal bronnen dat in die frequentieband een bijdrage le­

vert. H ierdoor is het mogelijk met tw ee of meer luidsprekers een stereofonisch beeld te verkrijgen; het oor m erkt niet dat het aangeboden signaal van meer dan één bron afkom stig is.

D e hypothesen, volgens welke het hier beschreven model ge­

bouw d is, vinden een bevestiging in de w et van H aas. H ierin w ordt gezegd dat een reflectie eerst dan als gescheiden echo hoorbaar w ordt indien de vertragingstijd groter is dan 50 mil­

liseconden. M en kan dit verklaren door aan te nemen dat bij een tijdverschil van die w aarde de momentane frequentieband van de reflectie niet meer overeenkom t met die van het direkte signaal. Zodoende kan in die frequentieband een nieuwe onaf­

hankelijke richting gekozen w orden. Bij kleine tijdverschillen echter treedt dit niet op. D aardoor is het mogelijk dat in een zaal w aar nagalm optreedt de richtingsindruk van een signaal in zijn geheel overeenkom t met de richting van de oorspronke­

lijke bron.

D e frequentieanalyse, die plaats vindt vóór de richtingsbe­

paling, geschiedt niet onbeperkt snel. H iervoor is tijd nodig.

D it gecombineerd met de invloed van het begin van een signaal geeft ons in principe de mogelijkheid om in een stereofonisch signaal de bandbreedte te beperken.

H oewel bij de beschrijving van een richtingswaarnem ingsm o- del wij ons beperkt hebben to t slechts tw ee richtingen links en rechts is het duidelijk dat een groter oplossend vermogen geen principiële moeilijkheden oplevert. In hoofdstuk 4 zal na­

der ingegaan w orden op enkele metingen aan een model, dat behalve links en rechts ook nog het midden kan herkennen.

4. De stereofonische weergave*

In het vorige hoofdstuk hebben wij gezien, hoe een model ons de mogelijke werkingswijze van ons richtingshoren aantoont.

D e invloed van tijdverschillen en intensiteitverschillen op de richtingsbepaling kan hieruit op acceptabele wijze verklaard

worden. M etingen hierom trent zijn in 1939 reeds uitgevoerd door K. de B o er12). N aderhand zijn deze metingen uitgebreid door E. M eyer en G. Schodder18).

Een sam envatting hiervan is gegeven in fig. 9. D e lijn

M

geeft het verband tussen tijdverschil en luidheidverschil bij middenindruk. D e lijn

L

geeft de grensw aarden aan w aarbij het geluid schijnbaar nog geheel uit de linker luidspreker komt en de lijn

R

de grensw aarden w anneer dit bij de rechter luid­

spreker optreedt. De individuele verschillen tussen de proefper­

sonen bij deze experi­

menten zijn m eestal erg groot. O ok heeft de hoek w aaronder de w aarnem er de luid­

sprekers ziet invloed op de uitkomsten.

Bij het stereofonisch opnemen van geluid met behulp van tw ee microfoons kan men op diverse wijzen te w erk gaan. M en kan een kunsthoofd ge­

bruiken, of tw ee cardioiden nemen. In beide gevallen w ordt de richtingsinform atie hoofdzakelijk verkregen uit intensiteitver- schillen. H et

M.S.

systeem (een cardioide-microfoon recht voor­

uit en daarop dw ars een acht-m icrofoon) is een variatie op het tw ee-cardioiden systeem. In fig. 9 kunnen wij nu aangeven hoe de richtingsindruk voor de luisteraar tot stand kom t bij een bepaalde microfoonopstelling. Bij gebruik van een kunsthoofd zal de opname plaats vinden volgens de lijn

A

—

B:

de rich­

tingsindruk w ordt verkregen door een intensiteitverschil ge­

combineerd met een klein tijdverschil. Bij het toepassen van tw ee cardioiden boven elkaar is geen tijdverschil aanwezig.

Zodoende zal de opname geschieden langs de verticale as: alleen intensiteiten bepalen de richting.

Een geheel andere methode van stereofonisch opnemen is die w aarbij men gebruik m aakt van tw ee op grote afstand van elkaar geplaatste ongerichte microfoons. H et is duidelijk dat dan de tijdverschillen tussen de microfoons veel groter zullen

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 329

Invloed van tijdverschillen en intensiteitverschil- len tussen twee luidsprekers op de stereofonische

richtingsbepaling.

330 N. V. Franssen

zijn dan bij de hiervoor besproken systemen. De opname vindt bij deze methode plaats volgens een lijn in fig. 9 die een veel grotere hoek m aakt met de intensiteitsas dan de lijn

A — B .

Als voor­

beeld is hier de lijn

C —D

^gegeven.

Een bekend euvel van stereofonische opnamen is het zoge­

naamde 'gat in het midden'. M en bedoelt hiermede, dat bijna alle geluid uit de linker en de rechter luidspreker schijnt te komen en slechts zeer sporadisch uit de ruimte daartussen. Aan de hand van fig. ⁹ is nu in te zien hoe dit kan ontstaan. L aat ons nu een opname aannemen w aarbij tw ee losse microfoons gebruikt w erden. D e opname vindt w eer plaats volgens een lijn als

C—D

. W anneer de microfoons zo geplaatst w orden dat de maximaal optredende tijd- en intensiteitverschillen w eer te geven zijn door de punten

C

-

D',

dan zal bij de w eergave voor het grootste gedeelte van de te reproduceren ruimte de tijd- en intensiteitverschillen zodanig zijn dat ze liggen tussen

C '

en ⁶ of tussen

D '

en

D.

V oor slechts een klein gebied vallen ze tussen

C

en

D.

D it betekent: bijna alles kom t van rechts of van links en slechts voor een klein gebied van de opnameruimte w ordt het geluid verdeeld over de ruimte tussen de luidsprekers.

W anneer men bij het beluisteren van een stereo!onische op­

name niet precies plaats genomen heeft in het m iddelloodvlak van de verbindingslijn van de tw ee luidsprekers, zal de afstand tot beide luidsprekers niet gelijk zijn. D it betekent dat voor zulk een toehoorder een constant tijdverschil aanwezig zal zijn tussen de tw ee luidsprekers en dat dit tijdverschil groter is naarm ate men verder van dit m iddelloodvlak verw ijderd is en naarm ate men dichter bij de luidsprekers komt. D it extra tijd­

verschil heeft een verschuiving van het waargenom en beeld ten gevolge naar dezelfde zijde als w aar de toehoorder zich bevindt.

(H et beeld loopt mee met de w aarnem er). M en kan dit effect min of meer compenseren door gerichte luidsprekers te gebrui­

ken en wel zo dat naarm ate men zich evenwijdig aan de ver­

bindingslijn tussen beide luidsprekers dichter naar één luidspre­

ker begeeft de waargenom en intensiteit hiervan afneem t en bij de andere luidspreker toeneem t. Om bij gelijke signalen op beide luidsprekers m iddenindruk te verkrijgen onafhankelijk van de plaats van de toehoorder, tracht men door richtw erking van de luidsprekers en de daaruit voortvloeiende intensiteitverschil­

len op de lijn

M

in fig. 9 te blijven.

In hoofdstuk 3 w erd een model besproken ter verklaring van verschijnselen optredend bij binauraal horen. Zulk een

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 331

model moet in principe ook stereofonie kunnen w aarnem en;

m.a.w. het moet in staat zijn de signalen van tw ee bronnen samen te stellen tot een geluidsindruk van een denkbeeldige bron daartussen. Enkele onderzoekingen hierover zijn verricht aan een model dat midden, links en rechts kon onderscheiden.

D e dimensionering w as zodanig, dat dit midden een openings­

hoek van ongeveer 15° had. Als signaal w orden aan de luid­

sprekers toonpulsen toegevoerd. Bij een kunstm atig aangebracht tijdverschil tussen de luidsprekers w aarbij de middenindruk verstoord w ordt, corrigeert men deze afwijking met een extra- intensiteitverschil to td at het model w eer een m iddenindruk con­

stateert. D e bij deze tijdverschillen hiervoor benodigde intensi- teitverschillen zijn in lig. 9 aangegeven met de lijn

M '.

Een betere kw antitatieve overeenstemming met de lijn

M,

w aarm ee

M

eigenlijk moet overeenkomen is bereikbaar door een iets ge­

wijzigde dimensionering van de in het model gebruikte schakeling.

5. Informatiebeperking bij stereofonic^overdracht.

Tot voor enkele jaren was het gebruik van stereofonie be­

perkt tot het geven van geluidsdem onstraties. De kom st van de grootbeeldfilm-projectie bracht hierin verandering en de stereofonie kreeg een meer commerciële toekomst. Technische problemen traden hierbij niet op; de registratie van het signaal geschiedde zodanig dat voor elk luidsprekerkanaal een bij voor­

keur magnetisch spoor beschikbaar was. Geheel anders w ordt dit evenwel als men de stereolonie wil gaan toepassen in de huiskamer, hetzij via de gram ofoonplaat, een magnetische band o( de radio. M en kom t dan te staan tegenover tw ee problemen en wel de com patibiliteit enerzijds en anderzijds het onder­

brengen van twee signalen in een zo klein mogelijke registratie- ruimte. Gelukkigerwijze zijn deze beide eisen niet met elkaar in strijd. In het eerste geval verlangt men een goede eenkanaals- w eergave, een w eergave zonder richtingsinform atie. Bij het beperken van de registratieruim te gaat men uit van de gedachte dat de tw ee kanalen van een stereofonisch signaal niet zo heel veel van elkaar verschillen en een beperking dan ook verkregen moet w orden door het gemeenschappelijke in beide signalen slechts eenmaal te registreren of uit te zenden. M en brengt hier dus a.h.w. een scheiding aan tussen signaal en richting.

M en krijgt zodoende dezelfde verdeling als gew enst w ordt voor de com patibiliteit.

332 N. V. Franssen

G aat men uit van een stereofonisch signaal dan is een rede­

lijke com patibiliteit te verwezenlijken door de tw ee kanalen bij elkaar te voegen

(L

+

R).

V oor de richtingsbepaling van het signaal staan tw ee methodes ten dienste. Bij de eerste m aakt men gebruik van regelsignalen w aarm ee het com patibel geluids­

signaal over tw ee luidsprekers verdeeld w ordt. Deze regelsig­

nalen w orden afgeleid uit het verschil tussen linker- en rech- terkanaal van de oorspronkelijke stereofonie-opnam e14) lo) 16).

Bij de tw eede methode geeft men als richtingsinform atie het verschil tussen de beide stereofom ekanalen

(JL> R-)%

Zodoende heeft men de beschikking over tw ee signalen

L + R

en

L - R

die geregistreerd of uitgezonden w orden. D oor optellen en af­

trekken hiervan kan men de oorspronkelijke linker en rechter- signalen w eer verkrijgen. D e kw aliteit van het

L

+

R

kanaal kan men verbeteren door op de juiste wijze vertraagd signaal toe te voegen. D aardoor w ordt de richtingsindruk niet verstoord terw ijl men wel de klankbalans veranderen kan.

In het

L -R

signaal zullen in het algemeen geen zeer lage tonen meer aanwezig zijn. Een verschil tussen het linker en rechter signaal is immers praktisch niet aanwezig. V aak echter zal men meer beperking van het

L R

signaal verlangen en zal men dus trachten dit te besnoeien in frequentieband en/of amplitude. 'W il men zulks doen dan zal eenzelfde bew erking

moeten w orden toe­

gepast op het

L

^-b

R

signaal dat met het

L

—

R

signaal de rich­

tingsinform atie moet overbrengen. Om ver­

storing van het totale klankbeeld tegen te gaan door deze bew er­

kingen kan men w eer een vertraagd signaal aan het

L + R

signaal toevoegen eventueel zelfs in tegengestelde zin bew erkt. Bij een beperking van de be­

nodigde frequentieband komt men zodoende tot een schakeling als gegeven is in fig. ¹⁰.

Gunstige w aarden voor de tijdvertraging liggen tussen 10

stereofonie-overdracht.

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaarneming 333

en 30 milliseconden. Om na te gaan welke frequentieband men moet kiezen voor het

L

—

R

kanaal w erden enkele onderzoe­

kingen verricht.

H ieraan w erd deel genomen door 145 personen, die telkens tw ee stukjes muziek van circa ¹ minuut duur aangeboden kregen.

V an deze tw ee w as steeds één deel normale stereofonie, het andere w as in bandbreedte beperkt. G evraagd w erd telkens aan te geven welke van de tw ee delen zuiver stereofonisch was. De frequentiebandbeperking w erd verkregen met behulp van enkelvoudige

R — C

netw erken en wel tw eem aal uitgevoerd als laagdoorlatend filter met als kantelpunt respectievelijk 4 kH z en 2 kH z en tw eem aal als hoogdoorlatend filter met als kan- telpunten ¹ kH z en 2 kH z. D e resultaten van deze metingen zijn gegeven in tabel I.

Stereofonie Aantal fouten in % bij

normale luisteraars

Aantal fouten in % bij geroutineerde

luisteraars

Tot 4 kHz 38 19

Tot 2 kHz 40 11

Vanaf 1 kHz 51 36

V anaf 2 kHz 47

—

17 Tabel I

U it deze uitkom sten blijkt dat men op het ogenblik, nu de doorsneeluisteraar niet geoefend is in het w aarnem en van ste­

reofonie op aanzienlijke wijze de bandbreedte kan beperken in het L —

R

signaal. O p lange termijn gezien echter zal de normale luisteraar in het waarnem en van stereofonie meer kunde ver­

krijgen en ^op grond daarvan is het juister alleen met de tw eede kolom in tabel I rekening te houden. D an kom t voor band­

breedte beperking alleen die methode in aanmerking, w aarbij vanaf 1 kH z stereofonie gegeven w ordt. D e

L — R

component bevat dan geen lage frequenties meer w aardoor een aanzienlijke am plitudeverkleining verkregen w ordt. Een am plitudeverkleining kan men ook verkrijgen door het stereofonisch signaal zonder meer te verzw akken. Aangezien men echter toch de normale luidheid ter beschikking wil hebben kan men dan via het

L + R

334 N. V, Franssen

kanaal vertraagd signaal toevoegen. D it vertraagde signaal heeft nagenoeg geen invloed op de richtingsgew aarw ording.

Een beperking van de am plitude heeft echter alleen zin w an­

neer de am plitude groot is. Bij kleine am plitudes wil men bij voorkeur niet ver­

zw akken. H et heeft daarom zin deze ver­

zw akking via een com pressor te laten geschieden (fïg. ^{1 1}).

Om het stereofo­

nisch beeld niet te ver­

storen, moet de ver­

sterking in het

L

+

R

kanaal en het

L — R

kanaal gelijk blijven.

D aar ons de ampli- tudebeperking in het

L — R

kanaal interes­

seert, w ordt van de uitgangspanning van de com pressor in dat kanaal de spanning afgeleid om beide com pressoren gelijk te regelen. O p deze wijze kan men de versterking in beide kanalen gelijk houden. Hoewel wij enkele onderzoekingen verricht hebben met een dergelijke com pressor schakeling, is het moeilijk om hierover algemeen geldende gegevens te verschaffen. D e juiste keuze van inregel- tijd, uitregeltijd en m ate van compressie w orden te zeer be­

paald door de aard van de w eer te geven muziek dan dat men een eenduidig recept voor de toe te passen compressie zou kunnen geven.

stereofonie-overdracht.

Manuscript ontvangen op 5 juni 1959.

Enkele onderzoekingen omtrent richtingswaameming 335 Literatuur*

1) A. Smi j er s, Algemene Muziekgeschiedenis, 3.2. p. 142.

2) A. Smijers, Algemene Muziekgeschiedenis, 6.3. p. 361.

3) H. F l e t c h e r , Bell. Syst. Techn. J. 13, p. 239, 1934.

4) K. d e B o e r, Dissertatie 1940, p. 44-53.

5) L o r d R a y l e i g h , The theory of sound, Phil. Trans. Roy. Soc. 203A, p. 87, 1904.

6) E. M e y e r, Electrot. ZS. 36, p. 805, 1925.

7) K. d e B o e r, Dissertatie 1940, p. 43.

8) L o r d R a y l e i g h , Phil. Mag. 13, p. 214, 1907.

9) E. M. ^{V .} H o r n b o r s t e l & M. W e r t h e i m e r , Abhandl. d. Berl.

Akad. 20, p. 338, 1920.

10) N. V. F r a n s s e n, Bericht über die 4. Tonmeistertagung Detmold p.

10-12.

11) H. H a a s , Acustica 1, p. 49, 1951.

12) K. de Boer , Dissertatie 1940, p. 44-53.

13) E. M e y e r & G. R. S c h o d d e r , Nachr. Gött. Akad. Wiss. Math. Nat.

Kl. Abt. Ha, 6, 31.

14) W . H. O f f e n h a u s e r en J. J. I s r a ë l , J.S.M.P.T.E. 32, p. 139, T 15) F r. E n k e l , Electr. Rundschau 10, p. 347, 1958.

16) W . S. P e r c i v a l , E.M.I. Publicatie 1959.

Deel 24 - No. 6 - 1959 337

Stereo-omroeptechniek

door J. J. Geluk * )

Voordracht gehouden voor het Nederlands Radiogenootschap en de Geluidstichting op 5 februari 1959.

Summary

In this article methods are described to achieve compatible stereophony, using intensity-diflerences only.

Circuits are described to locate microphone-position in the loudspeaker reproduction-field. Also the addition of reverberation is mentioned, giving the principles of a stereo-controlroom-equipment.

The high-frequency transmission of stereo-signals is treated for the case of a double F.M .-system. Crosstalk-measurements, signal-to-noise figures and phase-characteristics are mentioned, while a discussion is given about the v.h.f. bandwidth of these systems.

Inleiding«

H oewel de meeste artikelen over stereofonie beginnen met een behandeling van de oorzaken, w aarom wij met tw ee oren of zelfs met één oor stereofonisch kunnen horen, w ordt het in dit artikel van een andere zijde benaderd.

Ofschoon het niet irrelevant is te w eten welke grootheden ons ruimtelijk doen horen, kan men voor de O m roep beter uitgaan van de huidige om roeptechniek en de m eest w aarschijn­

lijke m anier w aarop het program m a zal w orden beluisterd.

E r zijn daarom tw ee belangrijke uitgangspunten te noemen, te w eten:

le. volledige com patibiliteit,

2e. overdracht door hoogstens tw ee kanalen.

W a t betreft het eerste punt is het noodzakelijk, dat micro- foon-opstelling, mengingen, etc. volledig gehandhaafd blijven en

*) Nederlandsche Radio Unie, Hilversum.

338 J. J. Geluk

in het hoofdkanaal moeten w orden uitgezonden. D it houdt echter tevens in, dat men niet meer een stereofonisch program ­ ma kan overdragen met tw ee kanalen, w aarbij zowel het eerste als het tw eede kanaal afwijken van het 'norm ale' signaal: Im ­ mers er kan dan w elisw aar een linker- of rechtersignaal w orden ontvangen, m aar voor de normale luisteraar geeft dit geen volledig beeld.

V oor de compatibele stereofonie behoeft de gewone luisteraar juist niets te missen of ook m aar te wijzigen, terw ijl voor de geïnteresseerde in het ste- reo-klankbeeld een extra inspanning w ordt vereist.

D e tw eede voorw aarde is een technisch compromis, hoewel men zich zou kunnen voorstellen, dat nog m eerde­

re kanalen ter beschikking zouden kunnen komen; m aar zelfs met tw ee kanalen heeft men reeds moeite genoeg en zijn de effecten die men er­

mede kan bereiken, ook reeds zeer goed te noemen.

Intensiteitsverschillen A I voor een be paalde richtingswaarneming.

voor luidsprekers (_________ )

voor oren (---e n --- )

Het afluistersysteem*

In de meeste gevallen w ordt stereofonie met twee luidsprekers of hoogstens met tw ee luidspreker-com - binaties beluisterd. W a n ­ neer een toehoorder zich be­

vindt tussen deze luidspre­

kers, zoals geschetst in fig.¹, dan kan men richtingsin- drukken veroorzaken door óf wel sterkte-verschillen aan te brengen of looptijd-verschillen ‘).

H et blijkt, dat looptijden enkele milliseconden, intensiteitsver-

Vertragingstijd voor bepaalde richtings- waarneming.

voor luidsprekers (---) voor oren (---- . ---- . ---- . ) .

D N aar K. de Boer: Stereofonische geluidsweergave

Fedd ersen: Localisation of high-frequency Tones. JAS A 29 (1957).

Stereo-omroeptechniek 339

schillen ongeveer 15 dB moeten bedragen om grote richtings­

verschillen te geven. V ergelijkt men beide grootheden, looptijd- verschil en intensiteitsverschil betrokken op luidsprekers met dezelfde grootheden, die in de natuur bij de mensehjke oren optreden, dan zien wij, dat er vooral van de looptijd-verschillen weinig overblijft, m.a.w., dat men kunstm atig de tijdverschillen sterk zou moeten vergroten om enigszins richtingsafhankelijkheid te verkrijgen.

M et de intensiteitsverschillen is het minder fataal gesteld en dit is dan ook een van de redenen, w aarom de ïntensiteits- stereofonie technisch goed uitvoerbaar is.

De intensiteits^differentiatie*

Reeds bij de microfoon-opstelling kan getracht w orden om los van de gewone omroepmicrofoon een extra signaal te pro­

duceren, dat in staat is bij de afluistering de gew enste inten­

siteitsverschillen tussen beide luidsprekers te verkrijgen. D it extra signaal moet dan steeds een vast fase-verband hebben met de normale microfoonspanning en kan op de meest eenvou­

dige weg afgeleid w orden uit de microfoonspanning zelf langs elektronische (zo men w ik kunstm atige) weg. D aarenboven kan een extra microfoon w orden opgesteld, en wil men hiermede dus intensiteits-stereofonie verkrijgen, dan moet deze extra mi­

crofoon op praktisch dezelfde plaats w orden opgesteld als de eerstgenoemde.

E r zijn daartoe speciale stereo-m icrofoons ontwikkeld, die tw ee microfoon-elementen bevatten met verschillende hoofdrichtingen en richtkarakteristieken.

O verigens zijn er ook nog andere mogelijkheden om via een extra kanaal de intensiteitsverhoudingen bij de afluister-luid- sprekers te variëren, n.1. in

gecodeerde

vorm. O ver het hoofd­

kanaal w ordt eveneens het gewone signaal vervoerd (d/kanaal), dat w ordt verkregen van tw ee microfoongroepen, bedoeld om resp. naar links en rechts te w orden afgebeeld.

V an deze

L

en

R

signalen, welke dan

niet

w orden uitgezonden, w ordt de verhoudingsspanning van de omhullenden afgeleid, eventueel nog geaccentueerd door frequentie-correctie en van tijdsvertragingen voorzien.

U iteraard kan dit

stuursignaal

, dat niet breder dan enkele honderden H ertz behoeft te zijn, slechts op ieder moment één bepaalde intensiteitsverhouding aan de luidsprekers mededelen

340 J. J. Geluk

d.m.v. regelversterkers, doch men schijnt deze resulterende schijn­

bare richting zo snel te kunnen wijzigen, dat men m eent op ieder moment

gelijktijdig

uit alle mogelijke richtingen de ver­

schillende instrum enten te horen komen. O verigens zijn de in­

lichtingen over dit zgn. Percival-systeem uiterst summier en kan men betwijfelen of ons gehoor zo 'soepel' is, bepaalde concessies toe te laten, zoals dat bij het oog vaak verrassend goed mogelijk is gebleken.

Ken ander systeem dat echter de naam pseudo-systeem ver­

dient is ook gebaseerd op intensiteitsverschillen, n.¹.

freque?itie- ajhankelijke

. M et behulp van meer of minder brede filters kan men bepaalde frequentiegebieden sterker toevoeren aan een daartoe bestem de luidspreker en hopen, dat bepaalde muziek­

instrum enten zich hierin laten vangen. D e moeilijkheid hierbij is dat de ïnshnger-verschijnselen steeds een belangrijke richtings- gew aarw ording veroorzaken, en dat deze zich voor w elhaast alle instrum enten in het hoge frequentiegebied bevinden. H et systeem vereist echter geen extra kanaal, doch de richtingsaf- beelding is op geen enkele wijze gebonden aan het origineel.

Bewegingen van geluidsbronnen kunnen evenmin w orden over­

gebracht, welke juist bij hoorspelen, opera en operette zulke verrassende effecten kunnen geven.

In principe kunnen dus alleen stereom icrofoons de werkelijke onderlinge richtingen van geluidsbronnen overbrengen en hier­

van is de nagalm, die uit immers alle richtingen komt, stellig niet te verw aarlozen.

Schakelmogelijkheden met stereo-microfoons.

W an neer we bij de stereofonie niet alleen de genoemde dubbel-microfoons, doch tevens gewone enkelvoudige gebruiken, dan is het mogelijk met deze laatste microfoon reeds over tw ee kanalen een eenvoudige richtingsw eergave te bereiken. Bepaalde microfoons w orden dan aan kanaal / gekoppeld, anderen aan kanaal //, terw ijl nog w eer andere microfoons in een bepaalde verhouding w orden verdeeld over beide kanalen.

Deze manier geeft echter in geen van de kanalen een com­

patibel signaal; wel kan men dat door een eenvoudige additie- schakeling bereiken, doch dit is voor de radio-om roep niet mo­

gelijk, zonder reeds over de ontvangst van de tw ee kanalen te beschikken. Toch kan men ook voor de omroep van gewone microfoons gebruik maken, welke alle in de vereiste onderlinge

Stereo-omroeptechniek 341

RICHTINGSREG.

verhouding voor een goede muzikale balans in het compatibele kanaal (

M

) w orden gemengd. Per microfoon kan men namelijk elektronisch een signaal

S ’ — a M

afleiden, w aarin

a

een reëel getal is tussen - ^I en ^{t I.} Al deze

S ’

signalen van de opgestelde microfoons w orden tenslotte gezamenlijk via een vS kanaal overge­

dragen. D e ontvanger van het

M

kanaal geeft een volkomen com patibel geluid, terw ijl indien beide kanalen w or­

den ontvangen, additie en subtractie een linker (

L

) en rechter

(R)

signaal opleve­

ren. V oor een bepaalde mi­

crofoon ontstaan zodoende:

L — M

^-f

a M

^;

R

⁼

M — a M

^.

De intensiteitsverhouding I —

a

I + a

M ^S

KANAAL KANAAL w ordt hierdoor

Fig.

3

Schakeling van een richtingsregelaar. m.a.w. met een regelaar in de

schijnbare richting voor iedere microfoon afzonderlijk instelbaar.

De eenvoudigste schakeling voor de

richtingsregelaar r

is b.v.

zoals weergegeven in fig. 3.

D e groep van instrum enten voor iedere microfoon heeft hier­

mede een afbeeldingsrichting verkregen en een totale opbouw van een uitgebreid ensemble is mogelijk, zonder rekening te beh oeven houden met de totale orkestopstelling. Iedere groep daarentegen heeft op zichzelf

geen

spreiding of

breedte

, zij con­

vergeert met de nagalm als een scherpe lijn in het afbeeldings- vlak. M en zou dit kunnen ondervangen door m eerdere microfoons op te stellen, doch dan wijkt men w eer af van de com patibiliteit.

Een betere oplossing verkrijgt men door op deze plaats dan een dubbel-microfoon op te stellen. M en heeft tw ee soorten van dubbel-microfoons, n.1.

M -S

en

X -Y

microfoons, w aarvan de eerste de com patibiliteit wel duidelijk aangeeft. De

M-sectie

is in deze microfoon-combinatie nl. de normale microfoon met een grote gevoeligheid in de richting van de muziekinstrumenten, terw ijl de ^-sectie een microfoon is met ⁸-vormige richtkarak- teristiek, w aarvan de nulrichting sam envalt met de hoofdrichting van de

M

microfoon. D e andere combinatie (

X

-

Y)

bevat mi­

crofoons, welke hoofdrichtingen naar links en rechts bezitten, zoals aangegeven in hg. 4. W elk type te zijner tijd het meest

342 J. J. Geluk

toegepast zal w orden, is nog een open vraag. H et type

X -Y

heeft het grote voordeel, dat de richtw erkingen van beide sy­

stemen onderling gelijk zijn en dat over het gehele audio-fre- quente gebied kunnen blijven. O ok de frequentiekarakteristieken

behoeven onderling niet te verschillen, voorzover de serie-productie van één type microfoon dit toelaat.

D oor elektrische optelling en aftrekking van een

X- Y

microfoon verkrijgt men

M S

signalen, zoals gele­

verd door een

M-S

micro­

foon, zodat we voorlopig kunnen aannemen slechts met

M S

microfoons te doen te hebben.

V an het

M

signaal alleen kan ook nu een V signaal w orden afgeleid

(S*

=

aM ),

m aar bovendien kan het vS signaal van de .S-sectie zelf w orden toegevoegd. Deze superpositie 5 ’ + vS kan tenslotte aan het kanaal, tegelijk met dat van andere dubbel-microfoons, w orden toegevoerd. De sterkte van het .3' signaal van één mi- crofoonplaats geeft nu een zekere

breedte

aan de in­

strum entengroep en haar nagalm, terw ijl het

S ’

signaal de

ge­

middelde richting

aangeeft.

Een eenvoudige schakeling, die beide regel-mogelijkheden bevat is aangegeven in fig. 5.

Om een

X- Y

microfoon aan te sluiten aan een schakeling, die voor de radio-om roep, volgens een

M en S

systeem moet w orden opgebouwd, kan een brugschakeling w orden toegepast (fig. ⁶), w aarop de gewone breedte- en richtingsregelingen kun­

nen w orden toegepast.

O ok is het mogelijk in één brugschakeling van

X -Y

micro­

foons te komen tot

M

en gemodificeerde signalen (fig. 7).

Fig. 4

Stereo-microfoons.

RICHTINGSREG.

Fig. 5

Richting- en breedteregeling met een M-S microfoon.

Stereo-omroeptechniek 343

Hierbij beïnvloeden beide regelaars elkaar wel, doch auto­

m atisch voorkomt men overdreven' effecten, zoals volle breedte bij een geheel linkse of rechtse gemiddelde richting. M et de breedte-regelaar w ordt een afbeeldingshoek-bereik geforceerd,

terw ijl de gekoppelde richtingsregelaar be­

paalt w aar, binnen dit bereik, de gemid­

delde richting zich bevindt; de breedte kom t dan tevens niet buiten het gestelde bereik. Geheel linksom of rechtsom gedraaid w ordt de grens van het bereik verkregen, uiteraard zonder breedte. M en zou deze regeling dus een

perspectief

-regeling kunnen noemen, in tegenstelling tot de onafhan­

kelijke breedte- en richtingsregeling van het vorige schema dat met

panorama-

^rege­

ling zou kunnen w orden betiteld (fig. 5).

S taat de richtingsregelaar in fig. 7 geheel links of rechts en verandert men de breedte- regelaar, dan blijft het beeld zonder breedte doch verschuift overeenkom stig de linker of rechter rand van de ingestelde breedte. V andaar de dubbelzinnige benaming in het aangegeven schema.

Fig. 6

Conversie van X -Y microfoon in XI- S

signalen.

Andere bereikbare effecten*

H et is vanzelfsprekend, dat alle

Fig. 7

Breedte- en richtingsschakelaar van een X - Y microfoon.

effecten, zoals galm en fre- quentie-correctie, gehand­

haafd kunnen blijven voor het

M

kanaal, zoals dit steeds w ordt toegepast.

M et frequentie-correctie moet men voorzichtig zijn, om dat tevens ook de fase- karakteristiek w ordt ge­

wijzigd, zodat optelling en aftrekking met bijbehorende .S signalen foutief kan ge­

schieden.

Filters zullen dus in beide kanalen of in beide micro- foon-secties gelijktijdig moe­

ten w orden ingeschakeld.

Behalve de natuurlijke

344 J. J. Geluk

nagalm kan ook extra galm w orden toegevoegd. D it signaal kan op vele manieren w orden verkregen, zoals b.v. met een veraf in de zaal opgestelde gewone microfoon, een galmkamer, stalen galm plaat, magnetofoon, etc. Steeds is echter het galm- signaal w eer als een afzonderlijke

M

bron te beschouwen, om­

dat de fase-relatie met het originele signaal nagenoeg als cha­

otisch is te beschouwen. Zo draait de fase-karakteristiek in een ruimte per

Hz

gemiddeld — ^0,45

T

. radialen, w aarin 7 de nagalm tijd in sec. voorstelt. N eem t men

T

^ ³ sec. dan w ordt

i,35

O p deze gemiddelde rotatie zijn grote afwijkingen mogelijk, afhankelijk van de statistische eigenschappen van de ruimte.

H et is daarom mogelijk dit

M-galm

signaal w eer geheel te behandelen als een

M

microfoon, m.a.w. ap art w eer richting te geven en deze los te kiezen van de gekozen originele micro- foonrichting. N atuurlijk zou ook een dubbel-microfoon kunnen w orden opgesteld, voorzover met een galmruimte w ordt gew erkt, doch dit heeft minder zin, om dat langs andere weg wel zeer veel breedte kan w orden gegeven.

Een afzonderlijke galmmicrofoon, op enige afstand van de zojuist besprokene, geplaatst in dezelfde ruim te, levert n.¹. wederom een fase-vrij signaal op. Deze verkregen galm kan n.1.

in het kanaal w orden geïnjecteerd, hetgeen betekent, dat dit signaal in tegenfase w ordt uitgestraald door de tw ee luidspre­

kers; er is n.1. geen fase-gecorreleerd

M

signaal voorhanden, zodat voor alle frequenties tegelijkertijd de tegenfase van deze galm aanwezig is. Zou men deze tegenfase-signalen inderdaad aan de oren toevoeren, dan lokaliseert men dit in een richting, w aarvoor ook langs natuurlijke weg tegenfase zou bestaan. E r is m aar één richting' w aarvoor dit klopt, n.¹. in het hoofd zelf;

immers bij iedere andere richting is er alleen m aar één (of enkele verspreid liggende) frequentie(s) te vinden, w aarvoor de tegenfase-relatie bestaat, doch nimmer voor alle frequenties tegelijkertijd. Hoew el met luidspreker-w eergave in een toch steeds belangrijk reflecterende ruimte dit effect sterk verandert, blijft het niettemin duidelijk w aarneem baar; hiermede heeft men dus een mogelijkheid galm van alle zijden te simuleren, los van de eventueel toegevoegde

M

galm voor het normale en compa­

tibele kanaal.

Stereo-omroeptechniek 345

D e meest belangrijke effecten zijn hiermede aangeduid doch stellig zijn m eerdere mogelijk, zonder de normale procedure in het

M

kanaal aan te tasten.

Een wel zeer belangrijke stereo-program m abron is de gram ­ mofoonplaat, welke beschouwd kan w orden als een

X -Y

^mi­

crofoon. D e meeste pick-ups geven n.1. tw ee signalen, opgetekend in de respectievelijke groefwanden. M et een brugschakeling is de ze bron echter terug te brengen tot

M

en 5 signalen, w aarna zelfs nog effecten kunnen w orden toegevoegd, gemiddelde rich­

ting en/of breedte van het totale geluidsbeeld kan w orden gemodificeerd.

De transmissie van stereosignalen*

Zien we af van pseudo-stereo systemen, dan is voor compa- tibele-stereofonie overdracht, een extra audiofrequent kanaal nodig, dat w at am plitude- en fase-karakteristiek betreft, gelijk is aan het hoofdkanaal. H et extra kanaal kan op vele manieren w orden gevonden, m aar attractief is vooral een oplossing, die geen of nauwelijks meer h.f. bandbreedte vraagt dan het

M

kanaal reeds bezit. H ier zijn

gecodeerde

systemen berustende op de verschillen van de omhullenden van linker en rechter kanaal direct al in het voordeel. M en kan een hulp-draaggolf juist boven het hoorbare gebied

A M

moduleren, zodat met een 200

Hz

bandbreedte volstaan kan worden. D e consequenties voor regelversterkers etc. voor de ontvangst zijn echter niet te onderschatten. O ok het benutten van linker- en rechter zijband van een

AM

-zender is theoretisch te overwegen en zou zelfs com patibel kunnen zijn.

M eer perspectief bieden echter systemen bij de

FM-

^zenders:

men kan b.v. de h.f. draaggolf tegelijkertijd

AM

en

FM

modu­

leren; of ook op een 'sub-carrier' het signaal moduleren (zowel

A M

als

FM )

en de som norm aal

FM

moduleren. De eerste mogelijkheid geeft in het normale

FM

kanaal sterke overspreking van het *S kanaal, om dat de steilheid der nuldoor- gangen beïnvloed w ordt door de

A M

modulatie. M en kan deze invloed compenseren door eerst de am plitude-m odulatie te de­

tecteren en vervolgens het totale h.f. signaal nogmaals met het gedetecteerde signaal in tegenfase

A M

te moduleren. D aarna kan

FM

discriminatie volgen. D it systeem is echter niet com­

patibel en buiten discussie. (Zie fig. 8).

H et 'sub-carrier' systeem geeft verrew eg de beste vooruit-

346 J. J. Geluk

Fig. 8

Ontvangschakeling van een AM en 17M gemoduleerd signaal, met onder­

drukking van het overspreken.

zichten en hiervan zal alleen een z.g. dubbel-/Aff systeem be­

sproken worden.

D e principiële opbouw van zend- en ontvanggedeelte zijn hierbij zoals aangegeven door C rosby: (fig. 9).

De totale deviatie van 75 kH z moet nu verdeeld w orden over het

M

signaal en het gemoduleerde .S signaal, w aarbij het om tw ee redenen voordelig is, het gemoduleerde -S signaal zo klein mogelijk te kiezen. In de eerste plaats w ordt de dynamiek van het

M

signaal dan het minst aangetast, doch bovendien blijft het hoogfrequent-spectrum het beste binnen de toegelaten bandbreedte van 150 kH z. V oor de ongem oduleerde hulp-

A

cok

draaggolf w orden de sterkten van de v.h.f. zijbandenJ» ^

l^h

de

nde

Besselfunctie van het argum ent A

coh

l*h

^{( A}

coh =

deviatie door de hulp-draaggolf,

fJih —

cirkelfrequentie hulp-draaggolf).

Fig. 9

Principe van een zgn. dubbel 1*M systeem aan zend- en ontvangzijde.