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Aus der Funk-Technik Heft Nr. 19-1973
Die Technik der Quadrophonie - Teil 4 (letzter Teil)

Schluß von FUNK-TECHNIK Bd. 28 (1973) Nr. 18, S. 688 von U. SCHMIDT (Ing. Udo Schmidt ist Abteilungsleiter für den Bereich Technische Aufnahme - Betriebstechnik bei der EMI-Electrola GmbH, Köln.)

3. Das Cooper-Verfahren

Nippon Columbia Company - CBS aus Japan

Das von Prof. Duane H. Cooper von der Universität Illinois in Zusammenarbeit mit der japanischen Nippon Columbia Company (bei uns auch als DENON bekannt) entwickelte Verfahren nimmt insofern eine Sonderstellung ein, als es zunächst von einem rein symmetrischen Matrix-System ausgeht, das bis auf die Phasenbeziehungen dem QS-System von Sansui entspricht und das durch Hinzufügen weiterer Kanäle bis zu einem diskreten System ausgebaut werden kann.

Dabei ändert sich nicht die Lage einer Quelle, sondern lediglich die Schärfe der Schallquellenortung. Es ist das universellste aller Systeme und repräsentiert die beste Mono- und Stereo- Kompatibilität. Als diskretes Verfahren hat es jedoch eine geringere Bandbreite als das CD-4-Verfahren, obwohl es in vielen Aufzeichnungsparametern diesem gleicht. Die geringere Bandbreite ist zulässig, weil sich von einem bestimmten Frequenzbereich ab keine Verbesserung der Ortungsmöglichkeit durch das Hinzufügen weiterer Kanäle ergibt.
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BMX - Das "theoretisch ausgeklügeltste" Quadro-System

Bild 22. Schaltung eines Coders für das BMX-System

Der technische Aufbau dieses Systems ist recht interessant. Obgleich es als das theoretisch ausgeklügeltste System bezeichnet werden kann, hat es sich bisher nicht unter den Konkurrenzsystemen behaupten können. Vielleicht liegt die Ursache dafür in einer zu theoretischen Studie und in einer zu späten Publikation.

Elementare Untersuchungen an Matrix-Systemen - allgemein als UMX (universe of matrices) bezeichnet - bilden die Grundlage. Das Signal für eine Quelle wird nach Prof. Cooper dabei durch eine sehr spezielle komplizierte Fourier-Reihen Formel dargestellt. Die möchte ich hier nicht auch noch erläutern.

Die Schaltung eines Coders für das BMX-System zeigt Bild 22. Eine Winkel-(Ortungs-) Änderung einer Quelle kann dabei sowohl akustisch mit drei Mikrofonen als auch elektrisch mit einer Mikrofon-Ersatzquelle und einem Richtungsmischer in Form eines Sinus-Kosinus-Potentiometers erfolgen. Der 90°-Verstärker bewirkt eine Multiplikation der Sinus-Signale (bezogen auf die Kosinus-Signale) mit j, um am Ausgang bezüglich der Phase
mit dem Referenzsignal identische Signale zu erhalten.

Einstieg in die Details

Bei der Modulation einer Schallplatte entspricht dabei das T2-Signal der vorderen Mitte oder einer reinen Seitenschrift und das TA-Signal der hinteren Mitte oder einer reinen Tiefenschrift. Links und rechts stellen jeweils Flankenmodulationen dar. Bei der Modulation eines FM-Stereo-Senders kann der Grundkanal mit dem T2-Signal und der Hilfsträger mit dem TA-Signal moduliert werden.

Damit würde bei Eliminierung des Hilfsträgers (Empfang mittels Mono-Empfängers) nur das T2-Signal demoduliert werden, das einem vollwertigen Mono-Signal entspricht. Die Stereo-Kompatibilität des BMX-Systems ist im Bild 23 dargestellt. Dabei wurde die von Y. Makita aufgestellte Theorie über die Ortung von Schallquellen bei verschiedenen Pegel- und Phasendifferenzen zweier Kanäle berücksichtigt (Bild 24).

Bild 23. Stereo-Kompatibilität beim BMX-System (nach Makita)

Bild 24. Stereo-Ortung einer Schallquelle bei verschiedenen Pegel- und Phasendifferenzen (nach Makita)

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Bild 25. Vektorielle Darstellung des BMX-Systems




Aus der vektoriellen Darstellung des BMX-Systems
(Bild 25) erkennt man, daß in den Nachbarkanälen (± 90°) ein Übersprechen von 3 dB auftritt.

Dieser Wert entspricht den üblichen Werten anderer Matrix-Systeme.

Bild 26. Decodierung der Kanäle TL und TR zur Erzeugung verschiedener Lautsprechersignale beim BMX-System




Bild 26 zeigt die prinzipielle Schaltung eines Decoders
für das BMX-System. Dabei ist die Aufspaltung in verschiedene Lautsprecherkanäle möglich.



Bild 27. Richtcharakteristiken für die Systeme BMX, TMX und QMX

Dieses dritte Signal vergrößert die Übersprech- dämpfung von 3 dB auf etwa 10,5 dB für die benachbarten Kanäle. Eine optimale Vierkanal-Matrix (QMX oder quadromodal) erhält man durch Hinzufügen eines vierten Signals (TQ). Damit liegt man dann im Bereich eines diskreten Systems, da die Übersprechdämpfung für alle um 90° verschobenen Schallquellen bei unendlich liegt. Bild 27 veranschaulicht das für alle drei Systeme.

Das Maximum der Charakteristik
ist immer zum Standort der ursprünglichen Schallquelle gerichtet. Die Ableitung eines Tq-Signals ist allerdings mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, da man entweder ein „quadrupole"- Mikrofon oder ein Doppel-Sinus-Kosinus-Potentiometer für die Richtungsmischung benötigt.

Die QMX-Schallplatte

Bei der Produktion einer QMX-Schallplatte werden die Signale TT und TQ einem Hilfsträger in Form von Frequenzmodulation aufmoduliert. Diese Hilfsträgerinformationen werden mit CMX-Matrix (carrier-channel-matrix) bezeichnet. Dabei hat sich herausgestellt, daß es genügt, Frequenzen bis etwa 4 kHz in diesen Zusatzkanälen aufzuzeichnen (später ist jedoch an eine Ausweitung bis 10 kHz gedacht).

Damit kommt man zu einer Schmalband-FM (da ist Frequenzmodulation ähnlich dem UKW Radio), die zwar weniger Bandbreite als das CD-4-System beansprucht, sich jedoch bezüglich der Lokalisierungsschärfe nicht wesentlich von diesem unterscheidet.

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Bild 28. Theoretisch mögliche Frequenzen für FM-Multiplexübertragungen nach dem QMX-System

Eine erste Schallplatte dieser Art wurde im August 1972 geschnitten. In Tab. IV sind die heute und in der Zukunft möglichen Parameter zusammengestellt. Für den Rundfunk ergeben sich ähnliche Verhältnisse. Einen dritten Kanal (TT-Kanal) könnte man ohne Schwierigkeiten durch Quadraturmodulation des 38-kHz-Hilfsträgers unterbringen. Der vierte Kanal (TQ-Kanal) würde jedoch nur im amerikanischen System durch Modulation des 57-kHz-Hilfsträgers unterzubringen sein (Bild 28).


Anmerkung der Redaktion in 2011:

Jetzt erst werden Sie verstehen, warum sich in Europa fast niemand so richtig mit Engagement an dieses komplexe Thema (analoge) "Quadrophonie" heran gewagt hatte. Es musste auch von den Ingenieuren erst mal verstanden werden. Dann erst begann die schwierige Umsetzung in die Geräte hinein. Nach diesem Exkurs ist fast jedem Leser einsichtig, daß es eigentlich viel zu kompliziert war. Am Ende (etwa Ende 1977/78) wurde es ein gigantischer Flop, der sehr viel Geld verschlungen hatte, auch und überwiegend bei den Japanern. Heute werden diese Quadro-Geräte, so sie denn noch leben, an die wenigen Fans im ebay für teures Geld "vertickt".

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Schrifttum

  • Vier-Kanal-Schallplattenverfahren CD-4. FUNK-TECHNIK Bd. 26 (1971) Nr. 3, S. 93
  • Quadrophonie-Schallplatten radio mentor electronic Bd. 36 (1970) Nr. 12, S. 854
  • Hohmuth, G.: Das CD-4-Vierkanal-Schallplattensystem, radio, fernsehen, elektronik Bd. 22 (1973) Nr. 8, S. 247-250
  • Quadro 1-2-3-4- oder... Elektor Bd. 4 (1973) Nr. 4, S. 33-38
  • Bruch, W.: NF-Tonsignalspeichergerät und Wiedergabeschaltung sowie Aufzeichnungsträger hierfür. Auslegeschrift 2055080
  • QMX carrier-channel disc. Audio Engineering Society Preprint Nr. 908 (M-l)
  • A discret four-channel disc and its reproducing System (CD-4 System). Audio Engineering Society Preprint Nr. 770 (F-4)
  • Hafler, D.: A new quadrophonic System. Audio Bd. 54 (1970) Nr. 7, S. 24-26, 56-57
  • Scheiber, P.: Four Channels and compati-bility. J. Audio Engng. Soc. Bd. 19 (1971) Nr. 4, S. 267-279
  • Cooper, D. H., u. Shiga, T.: Discrete-matrix multichannel stereo. J. Audio Engng. Soc. Bd. 20 (1972) Nr. 5, S. 346-360

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Ende des Quadro-Artikels 4 von 4.

Es werden laufend weitere Quadro-Artikel aus Funkschau und Funk-Technik aus den Jahren 1971 bis 1978 gescannt und aufgearbeitet.

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