DE2652101A1

DE2652101A1 - Ultrasonic transmission system for stereo headphones - has sound source replaced by transducers and receivers mounted on headset

Info

Publication number: DE2652101A1
Application number: DE19762652101
Authority: DE
Inventors: Siegfried Neumann; Peter Dipl Ing Dr Techn Russer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1978-05-18

Abstract

The ultrasonic, cable-less transmission system for monaural and stereophonic headphones comprises a single- or twin-channel modulator fed from the audio programme source and driven from an ultrasonic carrier signal generator. The modulated output signal drives one or two transducers representing the position (s) of one or two loudspeaker(s). The headset contains a receiving system comprising microphones having directional characteristics matched to those of the human auditory system, amplifier and demodulators, low-frequency mixer/compensation unit, output amplifiers with individual balanced controls and left and right ear-pieces. For stereo transmission, the transmitter uses two frequencies sufficiently separated to avoid cross-modulation. An infra-red system may be used in place of the ultrasonic one.

Description

Einrichtung mit drahtloser Übertragung eines TonsiinalesEstablishment with wireless transmission of a Tonsiinales

Bei der Wiedergabe von streophonen Aufnahmen won Schallereignissen kann sich der Zuhörer die Standorte der Schallquellen im Aufnahmeraum vorstellen. Im folgenden werden die Standorte "fiktive Standorte" genannt, weil sie bei der Wiedergabe nur in der Vorstellung bestehen. Während der Zuhörer bei der Wiedergabe über Lautsprecher eine einzelne Schallquelle "orten" kann, indem er in Richtung des fiktiven Standortes der Schallquelle blickt, ist dies bei der Wiedergabe über Kopfhörer nicht möolich.When playing back streophonic recordings, sound events won the listener can imagine the locations of the sound sources in the recording room. In the following, the locations are called "fictitious locations" because they are used in the Reproduction consists only in the imagination. While the listener is playing can "locate" a single sound source via loudspeakers by pointing in the direction of looks at the fictitious location of the sound source, this is over when playing Headphones not possible.

Der fiktive Standort dreht sich nämlich mit dem Kopf mit. Dies irritiert den Zuhörer. Außerdem widerstrebt diese Eigenschaft der Kopfhörerwiedergabe dem naturgegebenen Bedürfnis des Menschen, in Richtung derjenigen Schallquelle zu sehen, auf die er sich beim Hören konzentriert.The fictitious location turns with the head. This is irritating the listener. In addition, this property of headphone reproduction goes against it natural human need to look in the direction of the sound source which he focuses on while listening.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Nachteil der Kopfhörerwiedergabe zu beseitigen.The invention is based on the described disadvantage to eliminate headphone playback.

Im Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 26 04 384.5) ist eine mögliche Lösung für diese Aufgabe angegeben. Sie besteht in einer Einrichtung mit einem Kopfhörer aus zwei Systemen, bei der wenigstens ein Stellglied zur Balance der Tonspannungen der Systeme vorgesehen ist, so daß der fiktive Standort der im Kopfhörer wiedergegebenen Schallquelle veränderbar ist. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßeinrichtung enthält, die eine Verdrehung des den Kopf hörer tragenden Kopfes gegenüber einer festen IIör-Richtun mißt und eine entsprechende Steuerspannung erzeugt, und daß da's Stellglied durch die Steuerspannung derart gesteuert wird, daß sich der fiktive Standort der Schallquelle bei einer Verdrehung des Kopfes nicht oder nur unwesentlich verändert.In the main patent ... (patent application P 26 04 384.5) is a possible one Solution given for this task. It consists of a device with a headset of two systems, with at least one actuator for balancing the sound tensions of the systems is provided so that the fictitious location of the reproduced in the headphones Sound source is changeable. This device is characterized in that they a measuring device that contains a twist of the head listener wearing head against a fixed IIör-Richtun measures and a corresponding Control voltage generated, and that the actuator by the control voltage in such a way is controlled so that the fictitious location of the sound source is in the event of a rotation of the head not or only insignificantly changed.

Bei der vorliegenden, eine weiter Lösung für die obengenannte Aufgabe schaffenden Erfindung wird ausgegangen von einer Einrichtung mit drahtloser Ubertragung eines Tonsignals zu einem Kopfhörer mittels eines von einem Sender im iedergaberaum ausgestrahlten Trägers, dem das Tonsignal aufmoduliert ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.In the present case, another solution to the above problem The present invention is based on a device with wireless transmission a sound signal to headphones by means of a transmitter in the playback room broadcast carrier on which the audio signal is modulated. The invention is characterized by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Im Gegensatz zur Hauptanmeldung ist bei der Erfindung kein Stellglied zur Veränderung der Balance voraeseherl, sondern die Intensität der von dem Sender kommenden Welle an dem jeweiligen Empfangselement wirkt sich direkt auf das im Kopfhörersystem wiedergegebene Signal aus. Dies ist möglich, weil von den Empfangselementen zu den Kopfhörersystemen getrennte Signalwege bestehen.In contrast to the main application, there is no actuator in the invention to change the balance voraeseherl, but the intensity of the transmitter incoming wave at the respective receiving element has a direct effect on the headphone system reproduced signal. This is possible because of the receiving elements to the Headphone systems have separate signal paths.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die im Anspruch 2 angegeben ist, wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß das menschliche Gehör die Information über die Richtung, aus der eine Schallwelle kommt, u.a. auch aus der Phasendifferenz erhält, mit der die Schallwelle an beiden Ohren ankommt. Je nach der Differenz der Entfernungen von der Schallquelle zu den Ohren ergibt sich für die Fortpflanzung der Schallwelle eine unterschiedliche Laufzeit. Jeder Richtung ist eine bestimmte Laufzeitdifferenz zugeordnet, aus der sich für eine bestimmte Frequenz eine bestimmte Phasendifferenz ergibt. Das menschliche Gehirn ist in der Lage, diese Zuordnung von Phasendifferenz und Richtung in einem gewissen Frequenzbereich für die Richtungserkennung auszuwerten.In an advantageous embodiment of the invention in claim 2 is given, the knowledge is used that the human ear is the information about the direction from which a sound wave comes, including from the phase difference with which the sound wave arrives at both ears. Depending on the difference in Distances from the sound source to the ears result for reproduction the sound wave has a different transit time. Each direction is specific Assigned transit time difference, from which a certain frequency for a certain Phase difference results. The human brain is able to make this assignment of phase difference and direction in a certain frequency range for direction detection to evaluate.

Parallei dazu und in anderen Frequenzbereichen wird die Richtung durch Intensitätsunterschiede der von den Ohren aufgenommenen Schallwellen erkannt. The direction becomes parallel to this and in other frequency ranges recognized by differences in the intensity of the sound waves picked up by the ears.

Bei der Wiedergabe über Lautsprecher sind die beschriebenen Arten des Richtungshörens dafür verantwortlich, daß es feste fiktive Standorte gibt. Während bei der Kopfhörerwiedergabe üblicherweise das Tonsignal anstatt einem Lautsprecher einfach den Kopfhörersys temen zugeführt ist, ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung mit Ultraschallwellen als Träger der Lautsprecher durch einen Ultraschallsender ersetzt und vor jedes Ohr des Zuhörers ist sinngemäß ein Frequenzumsetzer (Empfangselemente, Demodulator, Kopfhörersystem) zur Anpassung des menschlichen Ohres an die Frequenz der Ultraschallwellen -die ja im nichthörbaren Bereich liegen - geschaltet. When playing through speakers are the types described of directional listening responsible for ensuring that there are fixed fictitious locations. While in the case of headphone playback, usually the audio signal instead of a loudspeaker is simply fed to the headphone systems, in this embodiment is the Invention with ultrasonic waves as a carrier of the loudspeaker by an ultrasonic transmitter replaced and in front of each ear of the listener is a frequency converter (receiving elements, Demodulator, headphone system) to adapt the human ear to the frequency the ultrasonic waves - which are in the inaudible range - switched.

Weil die Ultraschallwellen die gleiche Fortpflanzungsgesch>sindigkeit wic hörbare Schallwellen besitzen, bleibt die beschriebene Richtungsorientierung durch Phasendifferenzen wie bei der Lautsprecherwiedergabe erhalten, wenn die Richteigenschaften der Empfangselemente denen des menschlichen Ohres wenigstens annähernd angepaßt sind. Because the ultrasonic waves have the same speed of reproduction wic have audible sound waves, the directional orientation described remains obtained by phase differences as in loudspeaker reproduction if the directional properties the receiving elements adapted to those of the human ear at least approximately are.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. The invention is explained below with reference to the drawing.

Es zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Ultraschallwellen als Träger, die von einem einzigen Sender zur Übertragung eines Monosignales abgestrahlt werden und Figur 2 eine entsprechende Einrichtung, bei der ein Stereosignal übertragen wird. FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention using ultrasonic waves as a carrier, used by a single transmitter for transmission a mono signal are emitted and Figure 2 shows a corresponding device, in which a stereo signal is transmitted.

In Figur 1 ist ein Kopfhörer dargestellt mit den Kopfhörersy-- stemen 15 und 16. An dem nicht dargestellten Bügel des Kopfhörers sind Ultraschall-Empfangselemente 6 und 7 angebracht. In Figure 1, headphones are shown with the headphone systems 15 and 16. Ultrasonic receiving elements are located on the headphone bracket (not shown) 6 and 7 attached.

Die Richtcharakteristik der Empfangs elemente und die Stellung der Empfangselemente zueinander ist so gewählt, daß die Richteigenschaften der Anordnung den Eigenschaften des menschlichen Gehörs bei mittleren und höheren Frequenzen des Hörbereiches möglichst gut entsprechen. Die Sc}sallwellen 5 eines im Wiedergaberaum aufgestellten Ultraschallsenders (Fig. 1 oben) können damit von den Empfangselementen 6,7 genauso aufgenommen werden, wie das menschliche Gehör Schallwellen im hörbaren Bereich aufnimmt. Die Empfangssignale der beiden Empfangselemente 6 und 7 werden mittels je einer Schaltung im Block 8 bzw. 9 verstärkt und von Störsignalen, deren Frequenzen außerhalb des zu übertragenden Frequenzbereiches liegen, befreit. Anschließend werden die Signale je in einem Demodulator 10 bzw. 11 demoduliert. The directional characteristics of the receiving elements and the position of the Receiving elements to each other is chosen so that the directional properties the Arrangement of the properties of the human hearing at medium and higher frequencies correspond to the listening area as well as possible. The sound waves 5 one in the playback room set up ultrasonic transmitter (Fig. 1 above) can thus from the receiving elements 6.7 can be recorded in exactly the same way as the human ear can hear sound waves Area. The received signals of the two receiving elements 6 and 7 are amplified by means of a circuit in each block 8 or 9 and of interference signals, their Frequencies outside the frequency range to be transmitted are exempt. Afterward the signals are demodulated in a demodulator 10 and 11, respectively.

In gewisssen Frequenzbereichen, z.B. im Bereich tiefer Frequenzen, ist es dem menschlichen Gehör nicht möglich, Richtungen zu unterscheiden. Dem wird dadurch Rechnung getragen, daß im Block 12 in diesen Frequenzbereichen eine Vermischung der Empfnsignale vorgenommen wird. Die Empfangssignale werden dann über Verstärker 13 und 14 den Kopfhörersystemen 15 und 16 zugeführt. Die Lautstärke und Balance der Wiedergabe sowie die tiöhen- und Tiefenaussteuerung kann durch manuell zu betätigende Einstellmittel in den Verstärkern 13 und 14 individuell eingestellt werden.In certain frequency ranges, e.g. in the lower frequency range, it is not possible for the human ear to distinguish directions. That will accounted for by mixing in these frequency ranges in block 12 the receiving signals is made. The received signals are then transmitted through amplifiers 13 and 14 are fed to the headphone systems 15 and 16. The volume and balance the playback as well as the tiöhen- and depth control can be manually operated Setting means in the amplifiers 13 and 14 can be set individually.

Ein Ultraschallsender, dessen Träger mit einem Mono-Tonsignal moduliert ist, kann mit dem beschriebenen Kopfhörer so "gehört" werden, als ob an der Stelle des Senders ein Lautsprecher aufgestellt wäre, der das zu übertragende Signal im hörbaren Schallbereich ausstrahlt.An ultrasonic transmitter whose carrier modulates with a mono sound signal can be "heard" with the headphones described as if at the point a loudspeaker would be set up of the transmitter, the the signal to be transmitted in the emits audible sound range.

Der in Figur 1 oben dargestellte Sender enthält einen Trägerfrequenzgenerator 4, einen Modulator 2 und ein Ultraschall-Wandlerelement 3. Am Eingang 1 des Modulators liegt das auf den Kopfhörer zu übertragende Niederfrequenzsignal. Mit Vorteil kann der Modulatoreingang so ausgelegt werden, daß die Ausgangsbuchse eines Niederfrequenzverstärkers direkt angeschlossen werden kann. Der Ausgang des Modulators 2 ist mit dem Ultraschallwandler 3 verbunden.The transmitter shown above in FIG. 1 contains a carrier frequency generator 4, a modulator 2 and an ultrasonic transducer element 3. At input 1 of the modulator is the low-frequency signal to be transmitted to the headphones. Can with advantage the modulator input can be designed so that the output socket of a low-frequency amplifier can be connected directly. The output of the modulator 2 is to the ultrasonic transducer 3 connected.

In Figur 2 sind im Wiedergaberaum zwecks Stereo-Tonübertgung zwei Sender aufgestellt, wobei die Wandlerelemente 17 und 18 der Sender voneinander einen solchen räumlichen Abstand 23 haben, wie er bei Lautsprechern im Falle der Stereo-Wiedergabe üblich ist. An den Eingängen 21 und 22 der Modulatoren 19 und 20 der Sender liegen die beideii Stereo-Tonsignale. Die Träger frequenzen der Sender sind gleich. Sie werden in einem gemeinsamen TrägerfreeIuenzcJenerator 4 erzeugt. Die Empfangsschaltung entspricht der Schaltung gemäß Figur 1. Sie ist deshalb nur als gestrichelt gezeichnetes Kästchen wiedergegeben.In FIG. 2 there are two in the playback room for the purpose of stereo sound transmission Transmitter set up, the transducer elements 17 and 18 of the transmitter from one another such a spatial distance 23 as it is in the case of loudspeakers in the case of stereo reproduction is common. At the inputs 21 and 22 of the modulators 19 and 20 of the transmitter the two stereo audio signals. The carrier frequencies of the transmitters are the same. she are generated in a common carrier-free generator 4. The receiving circuit corresponds to the circuit according to FIG. 1. It is therefore only shown as a dashed line Box reproduced.

Zur Vermeidung von störenden Überlagerungen der Ultraschallwellen im Raum können für die beiden Kanäle auch verschiedene Trägerfrequenzen verwendet werden, die im Prequenzbereich so lreit auseinander liegen, daß die Modulationsprodukte sich nicht überschneiden. Die Empfangsschaltung am Kopfhörer muß dann so ausgelegt sein, daß die Signale beider Sender in beiden Signalwegen verarbeitet werden können. Damit ein Richtungshören durch Phasendifferenzen möglich ist, muß nämlich jedes Ohr beide Sender wahrnehmen können.To avoid disruptive superimpositions of the ultrasonic waves Different carrier frequencies can also be used for the two channels in the room that are so lreit apart in the frequency range that the modulation products do not overlap. The receiving circuit on the headphones must then be designed in this way be that the signals from both transmitters can be processed in both signal paths. In order for directional hearing to be possible through phase differences, each must Ear can perceive both transmitters.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Setup with wireless transmission a sound signal to headphones by means of a transmitter in the playback room broadcast carrier on which the audio signal is modulated, characterized in that, that that on the headphones two receiving elements (6,7) with such a directional effect and are arranged in such a position to one another that they correspond to the human Hearing at least approximately matched non-characteristic, and that the Receiving elements (6,7) with the headphone systems (15, 16) via demodulators (10, 11) are connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that the carrier is an ultrasonic wave.

3. Device according to claim 1, characterized in that the carrier Is infrared light.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that with a stereo playback in the playback room two transmitters in such a mutual Spacing (23) are arranged as it is for loudspeakers in stereo playback is common.