Grundlagen Mikrofone

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Grundlagen Mikrofone
SHURE Europe GmbHHeadquarter Europe, Middle East
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Übersicht

• Elektroakustische Wandler
• Dynamische Mikrofone
• Kondensatormikrofone
• Elektret-Kondensatormikrofone
• Allgemeine Begriffe
• Richtcharakteristiken, Nahbesprechungseffekt
• Frequenzgänge
• Interferenz- und Grenzflächenmikrofone
• Stereoaufnahmeverfahren, Mikrofonspezifikationen

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Elektroakustische Wandler

• Elektroakustische Wandler können akustische
  Energie in elektrische, und auch elektrische in
  akustische Energie umwandeln.
• Elektroakustische Wandler sind
• Lautsprecher
• Dynamische Mikrofone

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Akustische Geber

• Kohlestaubmikrofone, Körperschallmikrofone,
  Beschleunigungsmesser
• Körperschallmikrofone setzen mechanische Energie
  in elektrische Energie um.

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Elektroakustische Wandler

• Funktionsprinzip eines elektroakustischen
  Wandlers
• akustisches Signal ?
  elektrisches Signal

V
t
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Schnitt durch ein dynamisches Mikrofon

• Hauptsächliche Bestandteile
• Membran, Tauchspule und Magnet

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Schnitt durch ein dynamisches Mikrofon

• Hauptsächliche Bestandteile
• Membran, Tauchspule und Magnet

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Dynamisches Mikrofon

• Funktionsprinzip
• Schall versetzt Membran in Schwingungen.
• Die Tauchspule, welche direkt mit der Membran
  verbunden ist, bewegt sich im Magnetfeld mit
  einer bestimmten Geschwindigkeit v.
• Eine Wechselspannung u(t) wird in der Tauchspule
  induziert
• B magnetischer Fluß l Länge des
  Leiters v Geschwindigkeit

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Bestandteile eines dynamischen Mikrofons

• SHURE Beta 58

Mikrofonkorb
Handgriff
Mikrofonelement
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Bestandteile einer dynamischen Kapsel

• Explosivzeichnung einer Kapsel

Membran
Widerstandsscheibe
Wider- standsring
Wind- schirm
Tauch- spule
Schock- absorber
Schaum- gummi- unterleg- scheibe
Magnet
Brumm- kompensations- spule
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Bändchen-Mikrofone

• Früher Typ eines dynamischen Mikrofons(zum
  Beispiel SHURE SM33)
• Zwischen den Polstücken eines Permanentmagneten
  wird ein dünnes Metallbändchen positioniert.
• Elektrischer Leiter und Bändchen (Membran)
  stellen ein Bauteil dar.

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Kondensatormikrofone

• Die elektrisch geladene Anordnung aus Membran und
  Gegenelektrode bildet einen schallempfindlichen
  Kondensator.
• Die Schallwellen setzen eine sehr dünne
  vergoldete Kunststoffmembran in Schwingungen.Die
  Membran ist direkt vor der Gegenelektrode
  befestigt.

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Membran

• Besteht aus Mylar (PET)
• PET Polyethylenterephthalat
• Bei PET handelt es sich um die häufigste
  Thermoplast-Sorte PET wird oft einfach Polyester
  genannt.

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Membran

• PET/Mylar ist hart, steif, fest und
  formbeständig.
• Diese Mylar-Film Arten finden Verwendung bei
  Kondensatoren, Graphiken, Tonträgern und
  Videobändern. PET wird häufig auch als Faser in
  der Industrie, bzw. Textilindustrie eingesetzt.
  (Dacron, Trevira, Terrylen) Auch für
  Plastikflaschen und Elektroteile wird dieses
  Polymer verwendet.

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Kondensatormikrofon

• SHURE Beta87

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Bestandteile eines Kondensatormikrofons
Ausgangs- transformator
Platine mit Vorverstärker
Gummi- Schock- absorber
Abschirmungsröhre
Kapsel
Membran
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Kondensatormikrofon

• Beschaltung einer Kondensatorkapsel
• Versorgungsspannung an der Kapsel aus
  Phantomspannung

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Auslenkung der Membran

• Abstand Membran-Gegenelektrode

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Kapazität einer Kondensatorkapsel

• Kapazität C(t) eines Kondensatormikrofons
• A effektive Kondensatorfläche
  dielektrische Konstante

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Ausgangsspannung der Kapsel

• Spannung zwischen Kondensatorplatten
• Q0 Ladung auf Kondensatorplatten
• U0 konstante Spannungsquelle (z.B. Batterie
  oder Phantomspeisung, oder hervorgerufen durch
  Elektrete auf einer Kondensatorplatte)

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Kondensatormikrofone

• Kondensatorelemente benötigen zusätzlich einen
  internen Vorverstärker, um das Ausgangssignal den
  nachfolgenden Stufen elektrisch anzupassen.
• Der interne Vorverstärker hat zwei Funktionen
• Impedanzwandlung von ca. 1 M? auf ca. 150 ?
• Ausgangssignal auf Mikrofonpegel verstärken

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Dauerpolarisierte Kondensator Mikrofone

• Auch Elektret-Kondensator-Mikrofon genannt
• SHURE stellt derzeit fast nur diesen Typus her
  (Ausnahme KSM44 KSM27).
• Beruht auf dem gleichen physikalischen Prinzip
  wie ein normales Kondensatormikrofon

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Dauerpolarisierte Kondensator Mikrofone

• Elektrete speichern elektrische Ladungen und
  versorgt die Kondensatorkapsel mit elektrischer
  Spannung
• Von außen zugeführte Gleichspannung wird
  lediglich für den Impedanzwandler benötigt.
• Von außen zugeführte Gleichspannung wird nicht
  dazu benötigt, die Kondensatorkapsel elektrisch
  zu laden.

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Herstellung von Elektreten

• Ein spezielles synthetisches Material wird in
  einem starken elektrischen Feld zum Schmelzen
  gebracht.
• Die sog. elektrischen Dipole werden in der
  Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet.
• Unter Einfluß des elektrischen Feldes wird das
  Maerial abgekühlt. Die Ausrichtung der
  elektrischen Dipole wird auf diese Weise
  eingefroren.Hierdurch wird ein permanentes
  elektrisches Feld erzielt.
• Das Elektretmaterial wird auf der rückwärtigen
  Platte (Gegenelektrode) der Kondensatorkapsel
  aufgebracht.

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Versorgung von Kondensatormikrofone

• Zur Speisung des Vorverstärkers werden benötigt
• Batterien oder Phantomspannung
• Die Vorspannung an der Kondensatorkapsel kann nur
  aus der Phantomspannung gezogen werden.
• Bei Mikrofonen die mit einer Batterie betrieben
  werden können handelt es sich immer um
  Elektret-Kondensatormikrofone

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Phantomspeisung und Bias-Vorspannung

• Die Phantomspannung wird über einen XLR-Stecker
  vom Mischpult geliefert
• Versorgt die Vorspannung an der Kapsel eines
  reinen Kondensatormikrofons und den Vorverstärker
• Ein externer Vorverstärker bzw. ein Taschensender
  liefert die BIAS-Vorspannung
• Taucht beispielsweise bei Ansteckmikrofonen und
  Headsets auf. Versorgt einen Transistor

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Phantomspeisung

• Phantomspeisung
• Spannungsversorgung (11-52 V) für den
  Vorverstärker und Kapsel eines Kondensatormikrofon
  
• Phantomspeisung erfolgt normalerweise durch
  professionelles Mischpult oder spezielle
  Speisegeräte.
• Symmetrischer Anschluss wird benötig

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Phantomspeisung

• Mixer mit Phantomspeisung haben interne
  Widerstände zur Strombegrenzung
• Bei falscher Kontaktierung des Mikrofons oder des
  Mikrofonkabels
• Widerstände begrenzen den Stromfluß zum Mikrofon
• Schutz für das Mischpult

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Phantomspeisung

• Betrieb eines dynamischen symmetrischen Mikrofons
  mit Phantomspeisung
• ? keine Beeinflussung
• Betrieb eines unsymmetrischen Mikrofons mit
  Phantomspeisung
• ? wahrscheinlich keine Beschädigung, jedoch
  Funktionsstörungen möglich

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Bias-Spannung

• Gleichspannung (1.5 - 9V typisch) zur
  Spannungsversorgung eines Junction Field Effect
  Transistors (JFET), welcher mit dem Ausgang des
  Kondensatorelements verbunden ist
• JFET arbeitet als Impedanzwandler/Vorverstärker
• Bias-Spannung wird im Gegensatz zur
  Phantomspannung über einen einzelnen Leiter
  übertragen ? keine symmetrischen
  Eingangsschaltungen nötig

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Bias-Spannung

• Ein Kondensatorelement hat eine hohe
  Ausgangsimpedanz (gt1,000,000 Ohm).
• Der JFET-Eingang belastet den Ausgang des
  Kondensatorelements mit einer noch höheren
  Impedanz (gt10,000,000 Ohm), um Verluste des
  Signalpegels zu minimieren.
• Der JFET-Ausgang stellt eine niederohmige
  Quellimpedanz (lt1,000 Ohms) dar, welche zur
  Speisung von Mikrofonvorverstärkern benötigt wird.

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Bias-Spannung

• Übertragungsarten
• Bei manchen Kondensatormikrofonen wird die
  BIAS-Spannung auf demselben Leiter übertragen wie
  das Audiosignal
• Andere Modelle nutzen zwei getrennte Leiter für
  Bias und Audiosignal.

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Bias-Spannung bei drahtlosen Mikrofonen

• z.B. Sennheiser
• SHURE

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Bias- / Phantom Spannung

• Externer Vorverstärker
• Beispielsweise bei drahtgebundenen Headsets und
  Anstecker

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Bias-Spannung

• Ein dynamisches Mikrofon sollte nicht mit einem
  Eingang, der Bias-Vorspannung auf dem Audioleiter
  liefert (zum Beispiel Taschensender), verbunden
  werden
• Beeinträchtigung des Frequenzgangs? Verzerrung
  des Audiosignals
• Bei Anschluß eines dynamischen Mikrofons an SHURE
  Taschensender Verwendung des Adapterkabels WA310

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Kondensator ? Dynamische Mikrofone

• Hochqualitatives Kondensatormikrofon hat
  komplexeren Aufbau als ein dynamisches
• ? meistens teurer
• Empfindlichkeit im Hochtonbereich meist sehr gut
• Mit Kondensatormikrofonen leichter zu erzielen
  als mit dynamischen
• linearer Frequenzgang und große Bandbreite
• Kondensatormikrofone in sehr kleinen Dimensionen
  herstellbar (Lavalier-Mikrofon)

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Impulsantwort

• Kondensator
• Dynamisch

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Richtcharakteristik

• Richtcharakteristik ist dreidimensional
• Demonstriert die Empfindlichkeiteines Mikrofons
  für Schallsignaleaus unterschiedlichen
  Richtungen
• Messung der Richtcharakteristik
• Drehen des Mikrofons voreinem Lautsprecher
• Aufzeichung des Ausgangssignalsim Verhältnis zum
  Einfallswinkeldes Schalls

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Richtdiagramm

• Richtdiagramm ist zweidimensional.
• Richtdiagramm ist ein Schnitt durch die
  dreidimensionale Richtcharakteristik.
• Wird häufig in Datenblättern angegeben.
• Gibt Auskunft über die Empfindlichkeit des
  Mikrofons bezogen auf den Winkel zwischen
  Klangquelle und Mikrofonmembran.

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Typische Richtcharakteristiken

• Kugel
• Niere
• Superniere
• Hyperniere
• Achtcharakteristik / bidirektional ("Figure
  Eight")
• Keule

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Kugelcharakteristik / Druckempfänger

• Mikrofon ist gleichermaßen empfindlich für
  Klangquellen aus jeder Richtung.
• Druckempfänger
• Keine Vorzugsrichtung
• Kein Nahbesprecheffekt

42
Richtwirkung - Druckgradientenmikrofon

• Druckgradienten-Mikrofone haben Öffnungen auf der
  Rückseite des Mikrofonelements.
• Durch diese Öffnungen können Schallwellen von
  hinten in die Mikrofonkapsel eintreten.

43
Druckgradientenmikrofon

• Erzeugung der Richtcharakteristik durch
  akustische Laufzeitglieder.
• Durch rückwärtige Öffnungen eintretender Schall
  trifft aufgrund anderer Weglänge phasenverschoben
  auf Membran.

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Druckgradientenmikrofon

• Schall von vorne

45
Druckgradientenmikrofon

• Schall von hinten

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Richtwirkung / Richtcharakteristik

• Die Differenz der Schalldrücke, welche von außen
  und von innen auf die Membran treffen, bestimmen
  das Ausgangssignal des Mikrofons.
• Je nach Richtung besitzen beide Komponenten
  unterschiedliche Phasenlagen und damit einen
  unterschiedlichen Antrieb der Membran.?
  additive und destruktive Interferenzen

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Niere / Cardioid

• Mikrofon ist am empfindlichsten für Signale vor
  der Kapsel
• Am unempfindlichsten für Schall, der unter 180
  zur Mikrofonachse einfällt.
• Weniger empfindlich für Umgebungslärm als
  Mikrofone mit Kugelcharakteristik.
• Zur gezielten Abnahme von Schallquellen
• Nahbesprechungseffekt

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Superniere / Supercardioid

• Mikrofon ist am empfindlichsten für Signale vor
  der Kapsel
• Am unempfindlichsten für Schall, welcher unter
  126 zur Mikrofonachse einfällt.
• Weniger empfindlich für Umgebungslärm als
  Mikrofone mit Kugelcharakteristik.
• Nahbesprechungseffekt

49
Superniere / Supercardioid

• Platzierung des Monitors in Anwendung von
  Supernieren

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Hyperniere / Hypercardioid

• Das Mikrofon ist am empfindlichsten für
  Signalevor der Kapsel (0).
• Am unempfindlichsten für Schall, welcher unter
  110zur Mikrofonachse einfällt.
• Weniger empfindlich für Umgebungslärm als
  Mikrofone mit Kugelcharakteristik.
• Starker Nahbesprechungseffekt

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Achtcharakteristik / bidirektional

• Das Mikrofon ist am empfindlichsten für Signale
  vor und hinter der Kapsel.
• Am unempfindlichsten für Schall, welcher unter
  90 zur Mikrofonachse einfällt.
• Weniger empfindlich für Umgebungslärm als
  Mikrofone mit Kugelcharakteristik.
• Sehr starker Nahbesprechungseffekt

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Übersicht
53
Distance Factor

• Kugel Niere Superniere Hyperniere
  Keule und Acht

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Keulencharakteristik

• Extrem gerichtetes, sogenanntes Richtmikrophon
• Sehr empfindlich für Schallquellen vor dem
  Mikrofon,extrem unempfindlich für Signalevon
  der Seite oder von hinten
• Häufig in Theatern und bei Fernseh- und
  Kinoproduk-tionen eingesetzt
• Reagiert sehr empfindlich auf Wind! ? für
  Außenproduktionen Windschutzfilter unerläßlich!

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Interferenz - Mikrofone "Rifle - Mikrofon
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Interferenz-Mikrofone

• Vor der Membran des Mikrofons Kammer und
  mehrere parallele Röhren
• Direkt auf das Mikrofon treffende Schallwellen
  erreichen die Membran in Phase.
• Seitlich auf das Mikrofon treffende Schallwellen
  werden durch die einzelnen Röhren vor der Membran
  in Teilwellen aufgespaltetTeilwellen haben
  aufgrund unterschiedlicher Rohrlängen
  unterschiedliche Laufzeiten zur Membran ?
  Teilwellen nicht in Phase ? gegenseitige
  Auslöschung

Kammer
Einfallende Schallwellen
Membran
Parallele Röhren
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Interferenz-Mikrofone

• Anstatt mehrerer Röhren vor der Membran, ist es
  auch möglich nur ein Rohr
• mit mehreren Öffnungen zu verwenden (SHURE SM89)
  oder
• mit einem Schlitz zu verwenden (Neumann)

Druckkammer
Schlitz
Rohr
Membran
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SHURE SM89

• Schallwellen welche vor dem Mikrofon erzeugt
  werden, kommen an der Membran in Phase an.
• Seitlich einfallender Schall wird durch die
  Löcher in Teilwellen aufgespaltet.
• Verschiedene Teilwellen haben unterschiedlich
  lange Wege zur Membran ? nicht in Phase
  zueinander
• Phasenverschiebung der Schallwellen wird bestimmt
  durch den Winkel zwischen Mikrofonachse und
  Schalleinfallsrichtung
• Phasenverschobene Teilwellen löschen sich vor der
  Membran teilweise aus.

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Richtdiagramme eines Interferenz Mikrofons

• Richtdiagramm des SM89

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Mikrofone mit schaltbarer Richtcharakteristik

• Zwei Kapseln in einem Mikrofon
• Doppelmembran
• Doppel-Niere

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Resultierende Charakteristik

• Kugel AB 1
• Capsule A ?(1cos?)/2
• Capsule B ?(1-cos?)/2

62
Resultierende Charakteristik

• Niere nur Kapsel A

63
Resultierende Charakteristik

• Hyperniere

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Resultierende Charakteristik

• Bi-direktional

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Nahbesprechungseffekt

• Gerichtete Mikrofone besitzen im Gegensatz zu
  ungerichteten einen sogenannten
  Nahbesprechungseffekt.
• Verantwortlich für diese Erscheinung bei
  Druckgradientenmikrofonen ist das Nahfeld des
  Schalls.

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Nah- und Fernfeld des Schalls

• Nahfeld ? Gekrümmte Wellenfronten
• Fernfeld ? parallele Wellenfronten

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Nah- und Fernfeld des Schalls

• Kugelförmige Ausbreitung des Schalls nahe bei
  einer Schallquelle (im sogenannten Nahfeld)
• Krümmung der Wellenfronten läßt mit zunehmendem
  Abstand nach.? Ausbildung von Ebenen
  Wellenfronten

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Nah- und Fernfeld des Schalls

• Die Größe des Nahfeldes hängt direkt von der
  Wellenlänge des Signals ab
• tiefe Frequenzen ? großes Nahfeld
• hohe Frequenzen ? kleines Nahfeld

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Ursache des Nahbesprechungseffekts

• Wenn Mikrofone sehr dicht an Schallquellen
  herangeführt werden,so gewinnt die Krümmung der
  Wellenfronten (Kugelwelle) im Vergleich zur
  Wellenlänge an Einfluß.
• Druckgradient steigt im Vergleich zum Schalldruck
  überproportional an.

70
Druckgradientenmikrofon

• Ebene Wellenfront (Fernfeld)

71
Druckgradientenmikrofon

• Gekrümmte Wellenfront (Nahfeld)

72
Ursache des Nahbesprechungseffekts

• Zu der Phasenverschiebung des rückwärtigen
  Schalls addiert sich die Phasenverschiebung,
  welche durch die Kugelform hervorgerufen wird.
• ? erhöhter Antrieb der Mikrofonmembran ?
  erhöhtes Ausgangssignal

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Mikrofon im Nahfeld

• Für hohe Frequenzen sehr kleines Nahfeld,
  kleiner als der Abstand zwischen Schallquelle und
  Mikrofonmembran
• Ein Mikrofon befindet sich daher beim sogenannten
  close talking nur für sehr tiefe Frequenzen im
  Nahfeld. ? nur eine Anhebung im Baßbereich
  durch den Nahbesprechungseffekt

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Auswirkung auf die Praxis

• Tiefe Frequenzen werden umso stärker
  wiedergegeben, je näher das Mikrofon an die
  Schallquelle herangeführt wird.
• gezielt nutzbar, um Stimmen und Instrumente
  voller klingen zu lassen
• Bei größerer Entfernung (1 m) klingt eine Stimme
  dünn, ohne Baßfundament.
• Hohe Disziplin von Sängern im Umgang mit ihren
  Mikrofonen nötig konstanter Abstand für
  gleichbleibenden Klang

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Nahbesprechungseffekt

• Typischer Frequenzgang (Beta 58A)
• Anhebung der tiefen Frequenzen bei Nahbesprechung

76
Auswirkung auf die Praxis

• Beispiel Beta58A

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Frequenzgang von Mikrofonen

• Der Frequenzgang eines Mikrofons wird bestimmt
• durch das Klangspektrum, welches es reproduzieren
  kann und
• durch die Schwankungen des Ausgangspegels
  innerhalb des Frequenzbereiches.
• Der Frequenzgang ist maßgeblich für die
  Klangqualität eines Mikrofons.

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Frequenzgänge
linearer Frequenzgang
konturierter Frequenzgang
79
Resonanzfrequenzen

• Jeder physikalische Körper hat seine eigene
  Resonanzfrequenz (z. B. gestimmte Saite).
• Erreichen des Schwingungsmaximums bei Anregung
  seiner Resonanzfrequenz
• Hervorrufen eines komplexen Frequenzgangsbei
  Verbindung verschiedener physikalischer Körper
  miteinander
• Entstehung von Spitzenwerten und Einbrüchen,
  welche durch unterschiedliche Resonanzen
  hervorgerufen werden.

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Ursprung des Frequenzgangs

• M1 Masse der Membran und Schwingspule
• M2 Masse der Luft innerhalb des Magnettopfes
• M3 Masse der Luft in Spalt
• F1 Federsteifigkeit der Membran
• F2 Federsteifigkeit der Luft unterhalb der
  Membranaufhängung
• F3 Federsteifigkeit der Luft innerhalb
  des Magnettopfes
• W1 Viskoser Widerstand der
  Membranaufhängung
• W2 Viskoser Widerstand der Luft innerhalb
  des Übertragers

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Elektromechanische Analogien

• Zwei unterschiedliche Ansätze
• Mobility Analogy definiert
• Spannung U ist analog zu Geschwindigkeit v
• Strom I ist analog zur Kraft F
• Impedance Analogy definiert
• Spannung U ist analog zur Kraft F
• Strom I ist analog zu Geschwindigkeit v
• Häufiger benützt, da leichter zu handhaben.

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Elektromechanische Analogien

• U Spannung F Kraft v Geschwindigkeit
• I Strom
• L Induktivität M mechanische Masse N
  mech. Nachgiebigkeit
• C Kapazität
• R el. Widerstand W mech. (viskoser)
  Widerstand

83
Impedance Analogy
84
Mechanisches Ersatzschaltbild

• Dynamische Mikrofonkapsel

M1
N3
M2
N1
W1
W2
M3
85
Elektrisches Ersatzschaltbild

• Elektrisches Ersatzschaltbild einer dynamischen
  Mikrofonkapsel

L f(M3)
C f(N1)
L f(M1)
R f(W1)
L f(M2)
R f(W2)
C f(N2)
C f(N3)
86
Resonanzen

• Dynamische Mikrofone nutzen oftmals Hohlräume zur
  Beeinflussung des Frequenzgangs.
• Solche sogenannten Resonatoren (Lochscheiben)
  befinden sich häufig vor der Membran.

87
Resonanzen

• Jeder Hohlraum besitzt eine spezifische
  Resonanzfrequenz, welche durch die äußeren
  Dimensionen bestimmt ist
• Großer Durchmesser ? tiefe Resonanzfrequenz
• Kleiner Durchmesser ? hohe Resonanzfrequenz
• Langer Hohlraum ? tiefe Resonanzfrequenz
• Kurzer Hohlraum ? hohe Resonanzfrequenz
• Harmonische der Resonanzfrequenz können ebenfalls
  vorkommen.

88
Bestandteile einer dynamischen Kapsel
Widerstands-scheibe
Membran
Wider- standsring
obere Pol- platte
Magnet
Wind- schirm
Tauch- spule
Magnet
89
Frequenzgang unter verschiedenen Winkeln
90
Grenzflächenmikrofone

• Je weiter ein Mikrofon von einer Schallquelle
  entfernt steht, umso "hohler" wird der
  Klangeindruck.
• Verfärbung des Klangbildes hervorgerufen durch
• verstärkten Raumhallanteil
• und Laufzeitunterschiede zwischen direkten und
  reflektierten Schallwellen

91
Grenzflächenmikrofone

• Wege der direkten und einer reflektierten
  Schallwelle

92
Kammfiltereffekt

• Direkter und reflektierter Schall

93
Kammfiltereffekt

• Zwei Mikrofone auf Monomischer

94
Kammfiltereffekt
95
Kammfiltereffekt

• Werden 2 Mikrofone in 15 cm Abstand platziert und
  auf einen Mono-Mischer gegeben, so werden die
  Frequenzen 1 kHz, 3 kHz, 5 kHz,
  .herausgefiltert ?
  Kammfiltereffekt

96
Grenzflächenmikrofone

• Unterschiedliche Phasenlage des reflektierten und
  des direkten Signals ? Interferenzeffekte
• Anhebungen oder
• Auslöschungen bestimmter Frequenzen

97
Grenzflächenmikrofone
98
Grenzflächenmikrofone

• Kein Wegunterschied zwischen wirklicher
  Schallquelle und virtueller Schallquelle bei
  Integration eines Mikrofons in eine bodenseitige
  Begrenzungsfläche ? keine Interferenzen ?
  "hohler" Klang verschwindet

99
Richtdiagramm eines Grenzflächenmikrofons
100
Stereophonie

• Menschliches räumliches Hören

101
Stereophonie - Laufzeitunterschied

• Seitlich eintreffender Schall gelangt zuerst zu
  einem Ohr und mit einer gewissen Laufzeit
  erreicht der Schall erst später das andere Ohr

102
Stereophonie - Intensitätsunterschied

• Durch die längere Wegstrecke zum entfernten Ohr
  verliert das Schallsignal an Intensität. Aufgrund
  der unterschiedlichen Wellenlänge
  (Beugungsfähigkeit) ist dies frequenzabhängig.

103
Stereophonische Aufnahmetechniken

• A/B Stereophonie
• X/Y- Koinzidenz Technik,Intensitäts-Stereophonie
  
• M/S-Stereophonie
• Kunstkopf-Stereophonie

104
A/B-Laufzeit-Stereophonie

• Zwei identische Mikrofone, einige Zentimeter bis
  Meter voneinander getrennt aufgestellt und auf
  das gleiche Ziel ausgerichtet.

105
A/B-Laufzeit-Stereophonie

• Das Schallsignal kommt früher beim rechten als
  beim linken Mikrofon an.

106
A/B-Laufzeit-Stereophonie

• Diese Zeitverschiebung zwischen den
  Mikrofonsignalen erzeugt das Stereobild.

107
A/B-Laufzeit-Stereophonie

• Liefert nur eine vage Abbildung von
  Schallquellen, welche nicht in der Stereomitte
  plaziert sind.
• Ergibt einen weichen Hintergrund-Klang
• Gibt bei der Aufnahme einer Rock-Band auf der
  Bühne den Klang wieder, wie ihn die Zuschauer
  empfinden
• Plazierung der Mikrofone näher an den
  Lautsprecher-Türmen erhöht die Lautstärke des
  Gesangs im Verhältnis zu den Instrumenten

108
A/B-Laufzeit-Stereophonie

• Liefert tendenziell übertriebene Kanaltrennung,
  wenn Mikrofone weiter als 1 m voneinander
  entfernt sind
• Jedoch verbessert sich die Abnahme eines großen
  Klangkörpers (z.B. eines Orchesters), wenn die
  Mikrofone ca. 3 m voneinander aufgestellt werden.
• Nicht Mono-kompatibel !

109
X/Y- oder Intensitäts-Stereophonie

• Zwei Mikrofone werden sehr nahe beieinander,
  übereinander angeordnet, in einem Winkel von etwa
  131 (X/Y) zueinander ausgerichtet (keine
  Laufzeitunterschiede).

110
X/Y- oder Intensitäts-Stereophonie

• Aufgrund der Nieren- Richtcharakteristik wird der
  Schhall aus unterschiedlichenRichtungen mit
  unterschied-licherIntensität wahr-genommen.

111
X/Y- oder Intensitäts-Stereophonie

• Dieser Intensitätsunterschied führt zum Begriff
  "Intensitäts-Stereophonie".
• Erzeugt ein enges Stereobild.
• Gute Abbildung der Schallquellen
• Mono-kompatibel

112
M/S-Stereophonie
vorne

• Zwei Wandlerelemente nötig
• Niere (für Mittensignal)
• Acht (für Seitensignal)
• M/S Mitte SeiteM rechtslinks, S
  links-rechts
• "Links" und "Rechts" werden nicht direkt erzeugt
• Stereosignal resultiert aus der Summe und der
  Differenz der M/S-Signale.

M Niere S Acht
hinten
links MS rechts M-S
113
M/S-Stereophonie

• Interne Potis zur Einstellung der Stereobasis
• Externe Potis für die Balance
• Arbeitsprinzip des Shure VP88
• Mono-kompatibel

Potis zur Einstellung der Breite des Stereobildes
intern extern
Potis für Balance zwischen links und rechts
114
M/S-Stereophonie

• Resultierende Richtdiagramme

115
Kunstkopf-Stereophonie

• Für realistische Abbildung des Stereobildes ist
  Nachbildung des menschlichen Kopfes nötig
• Mikrofone werden in den Ohrmuscheln plaziert ?
  Unterschiede bezüglich Laufzeit und Intensität an
  beiden Mikrofonen
• Kopfhörer zur Reproduktion dieses Stereobildes
  erforderlich !

116
Elektrisches Ausgangssignal

• Ausgangspegel (Empfindlichkeit)
• wird gemessen in Millivolt (mV) oder Dezibel (dB)
• Impedanz
• niederohmig oder "low Z"
• hochohmig oder "high Z"
• Verkabelung
• unsymmetrisch (unbalanced)(eine geschirmte
  Leitung)
• symmetrisch (balanced)(zwei Leitungen mit Schirm)

117
Elektrisches Ausgangssignal Pegel

• 'Mic'-Pegel
• ungefähr 2 mV oder in dB -54 dBV
• Andere Pegel bei Audiogeräten
• 'Aux'- oder 'Tape'-Pegel ungefähr 100 mV oder in
  dB -20 dBV
• zu finden bei TV-Geräten, Videorekordern,
  Kassettenrekordern, CD-Spielern, MD-Spielern etc.
• 'Line'-Pegel
• ungefähr 1 V oder 0 dBV
• auch 1,55V oder 6 dBu an 600 ?

118
Elektrisches Ausgangssignal Impedanz

• Niederohmig
• 150 bis 600 ?
• gut für Kabellängen von 300 m und mehr
• Hochohmig
• 10 k? oder mehr
• gut für Kabellängen bis 6 m oder weniger

119
Unsymmetrische Mikrofonleitung
Audio Signal
Rauschen
Mikrofon-Kabel
Versärker
120
Symmetrische Mikrofonleitung
heißes Audio Signal
Rauschen
PIN 2
INPUT CIRCUIT
Symmetrisches Mikrofon-Kabel
PIN 3
PIN 2 - PIN 3 (Audio Rauschen) - (- Audio
Rauschen) 2 x AUDIO
kaltes Audio Signal
121
Was ist Mikrofonempfindlichkeit ?

• Die Mikrofonempfindlichkeit gibt an, wie hoch die
  elektrische Ausgangsspannung (in mV) ist, welche
  ein Mikrofon für einen bestimmten Schalldruck (in
  dB SPL Sound Pressure Level Schalldruckpegel)
  erzeugt.
• Wenn zwei Mikrofone dem gleichen Schalldruck
  ausgesetzt werden, so ist das Mikrofon
  empfindlicher, welches die höhere
  Ausgangsspannung liefert.
• Jedoch ist ein empfindlicheres Mikrofon nicht
  automatisch auch ein besseres Mikrofon.

122
Was ist Schalldruckpegel "dB SPL ?

• Schalldruckpegel L
• Zum Vergleichin 1m Abstand beträgt der
  Schalldruckpegel
• eines Sprechers etwa 60dB SPL
• eines Preßlufthammers etwa 120dB SPL

123
Was ist Schalldruckpegel "dB SPL ?

• "dB SPL" ist eine Messung des Schalldruckpegels.
• Schalldruck am höchsten direkt vor der
  Schallquelle nimmt mit wachsender Entfernung ab.
  
• Referenzpegel 0dB SPL leisestes Schallsignal,
  das der Mensch hört.
• Der Schalldruck an der Hörschwelle
• p0 2 10-5 N/m2 1N/m2 1 Pascal
• 1dB ist die kleinste Veränderung des
  Schalldruckpegels, welche das menschliche Gehör
  wahrnehmen kann.

124
Welcher dB SPL Eingangspegel ?

• Mikrofonhersteller spezifizieren normalerweise
  ein oder zwei dB SPL Eingangspegel bei ihrer
  Angabe der Mikrofonempfindlichkeit
• 74 dB SPL (typisch für einen Sprecher in einer
  Entfernung von etwa 25 cm)
• 94 dB SPL (typisch für einen Sprecher in einer
  Entfernung von etwa 2,5 cm)

125
Welcher dB SPL Eingangspegel ?

• Beispiele
• 94 dB SPL 1 Pascal 10 µbar 10 Dyn/cm2
• 74 dB SPL 0,1 Pascal 1 µbar 1 Dyn/cm2
• Unglücklicherweise geben unterschiedliche
  Hersteller unterschiedliche SPL-Werte an.
• ? bei Empfindlichkeitsvergleich Datenblätter zu
  Rate ziehen und nur gleich getestete Mikrofone
  vergleichen !

126
Fragen ?
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