Grundlagen Mikrofone Übersicht


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Sana16.08.2017
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Grundlagen Mikrofone


Übersicht

  • Elektroakustische Wandler:

    • Dynamische Mikrofone
    • Kondensatormikrofone
    • Elektret-Kondensatormikrofone
  • Allgemeine Begriffe:

    • Richtcharakteristiken, Nahbesprechungseffekt
    • Frequenzgänge
    • Interferenz- und Grenzflächenmikrofone
    • Stereoaufnahmeverfahren, Mikrofonspezifikationen


Elektroakustische Wandler

  • Elektroakustische Wandler können akustische Energie in elektrische, und auch elektrische in akustische Energie umwandeln.

  • Elektroakustische Wandler sind:

    • Lautsprecher
    • Dynamische Mikrofone


Akustische Geber

  • Kohlestaubmikrofone, Körperschallmikrofone, Beschleunigungsmesser …

    • Körperschallmikrofone setzen mechanische Energie in elektrische Energie um.


Elektroakustische Wandler

  • Funktionsprinzip eines elektroakustischen Wandlers

    • akustisches Signal  elektrisches Signal


Schnitt durch ein dynamisches Mikrofon

  • Hauptsächliche Bestandteile:

    • Membran, Tauchspule und Magnet


Schnitt durch ein dynamisches Mikrofon

  • Hauptsächliche Bestandteile:

    • Membran, Tauchspule und Magnet


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


Bestandteile eines dynamischen Mikrofons

  • SHURE Beta 58



Bestandteile einer dynamischen Kapsel

  • Explosivzeichnung einer Kapsel



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.



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.



Membran

  • Besteht aus „Mylar“ (PET)

    • PET Polyethylenterephthalat
  • Bei PET handelt es sich um die häufigste Thermoplast-Sorte; PET wird oft einfach Polyester genannt.



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.



Kondensatormikrofon

  • SHURE Beta87



Bestandteile eines Kondensatormikrofons



Kondensatormikrofon

  • Beschaltung einer Kondensatorkapsel

    • Versorgungsspannung an der Kapsel aus Phantomspannung


Auslenkung der Membran

  • Abstand Membran-Gegenelektrode:



Kapazität einer Kondensatorkapsel

  • Kapazität C(t) eines Kondensatormikrofons:

  • A = effektive Kondensatorfläche = dielektrische Konstante



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)


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


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



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.


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.



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


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


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


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


Phantomspeisung

  • Betrieb eines dynamischen symmetrischen Mikrofons mit Phantomspeisung:

  •  keine Beeinflussung

  • Betrieb eines unsymmetrischen Mikrofons mit Phantomspeisung:

  •  wahrscheinlich keine Beschädigung, jedoch Funktionsstörungen möglich



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



Bias-Spannung

  • Ein Kondensatorelement hat eine hohe Ausgangsimpedanz (>1,000,000 Ohm).

  • Der JFET-Eingang belastet den Ausgang des Kondensatorelements mit einer noch höheren Impedanz (>10,000,000 Ohm), um Verluste des Signalpegels zu minimieren.

  • Der JFET-Ausgang stellt eine niederohmige Quellimpedanz (<1,000 Ohms) dar, welche zur Speisung von Mikrofonvorverstärkern benötigt wird.



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.


Bias-Spannung bei drahtlosen Mikrofonen



Bias- / Phantom Spannung

  • Externer Vorverstärker

    • Beispielsweise bei drahtgebundenen Headsets und Anstecker


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



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)


Impulsantwort

  • Kondensator

  • Dynamisch



Richtcharakteristik

  • Richtcharakteristik ist dreidimensional

  • Demonstriert die Empfindlichkeit eines Mikrofons für Schallsignale aus unterschiedlichen Richtungen

  • Messung der Richtcharakteristik:

    • Drehen des Mikrofons vor einem Lautsprecher
    • Aufzeichung des Ausgangssignals im Verhältnis zum Einfallswinkel des Schalls


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.



Typische Richtcharakteristiken

  • Kugel

  • Niere

  • Superniere

  • Hyperniere

  • Achtcharakteristik / bidirektional ("Figure Eight")

  • Keule



Kugelcharakteristik / Druckempfänger

  • Mikrofon ist gleichermaßen empfindlich für Klangquellen aus jeder Richtung.

  • Druckempfänger

  • Keine Vorzugsrichtung

  • Kein Nahbesprecheffekt



Richtwirkung - Druckgradientenmikrofon

  • Druckgradienten-Mikrofone haben Öffnungen auf der Rückseite des Mikrofonelements.

  • Durch diese Öffnungen können Schallwellen von hinten in die Mikrofonkapsel eintreten.



Druckgradientenmikrofon

  • Erzeugung der Richtcharakteristik durch akustische Laufzeitglieder.

  • Durch rückwärtige Öffnungen eintretender Schall trifft aufgrund anderer Weglänge phasenverschoben auf Membran.



Druckgradientenmikrofon

  • Schall von vorne



Druckgradientenmikrofon



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



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



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



Superniere / Supercardioid

  • Platzierung des Monitors in Anwendung von Supernieren



Hyperniere / Hypercardioid

  • Das Mikrofon ist am empfindlichsten für Signale vor der Kapsel (0°).

  • Am unempfindlichsten für Schall, welcher unter 110° zur Mikrofonachse einfällt.

  • Weniger empfindlich für Umgebungslärm als Mikrofone mit Kugelcharakteristik.

  • Starker Nahbesprechungseffekt



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



Übersicht



Distance Factor

  • Kugel Niere Superniere Hyperniere Keule und Acht



Keulencharakteristik

  • Extrem gerichtetes, sogenanntes Richtmikrophon

  • Sehr empfindlich für Schallquellen vor dem Mikrofon, extrem unempfindlich für Signale von der Seite oder von hinten

  • Häufig in Theatern und bei Fernseh- und Kinoproduk- tionen eingesetzt

  • Reagiert sehr empfindlich auf Wind!  für Außenproduktionen Windschutzfilter unerläßlich!



Interferenz - Mikrofone: "Rifle” - Mikrofon



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 aufgespaltet: Teilwellen haben aufgrund unterschiedlicher Rohrlängen unterschiedliche Laufzeiten zur Membran  Teilwellen nicht in Phase  gegenseitige Auslöschung



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)


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.



Richtdiagramme eines “Interferenz” Mikrofons

  • Richtdiagramm des SM89



Mikrofone mit schaltbarer Richtcharakteristik

  • Zwei Kapseln in einem Mikrofon:

    • „Doppelmembran“
    • Doppel-Niere


Resultierende Charakteristik

  • Kugel = A+B = 1

    • Capsule A: =(1+cos)/2
    • Capsule B: =(1-cos)/2


Resultierende Charakteristik

  • Niere: nur Kapsel A



Resultierende Charakteristik

  • Hyperniere



Resultierende Charakteristik

  • Bi-direktional



Nahbesprechungseffekt

  • Gerichtete Mikrofone besitzen im Gegensatz zu ungerichteten einen sogenannten Nahbesprechungseffekt.

  • Verantwortlich für diese Erscheinung bei Druckgradientenmikrofonen ist das Nahfeld des Schalls.



Nah- und Fernfeld des Schalls

  • Nahfeld  Gekrümmte Wellenfronten

  • Fernfeld  parallele Wellenfronten



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“



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


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.



Druckgradientenmikrofon

  • Ebene Wellenfront (Fernfeld)



Druckgradientenmikrofon

  • Gekrümmte Wellenfront (Nahfeld)



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



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



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


Nahbesprechungseffekt

  • Typischer Frequenzgang (Beta 58A)

    • Anhebung der tiefen Frequenzen bei Nahbesprechung


Auswirkung auf die Praxis

  • Beispiel: Beta58A



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.



Frequenzgänge



Resonanzfrequenzen

  • Jeder physikalische Körper hat seine eigene Resonanzfrequenz (z. B.: gestimmte Saite).

    • Erreichen des Schwingungsmaximums bei Anregung seiner Resonanzfrequenz
    • Hervorrufen eines komplexen Frequenzgangs bei Verbindung verschiedener physikalischer Körper miteinander
      • Entstehung von Spitzenwerten und Einbrüchen, welche durch unterschiedliche Resonanzen hervorgerufen werden.


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



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.


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



Impedance Analogy



Mechanisches Ersatzschaltbild

  • Dynamische Mikrofonkapsel



Elektrisches Ersatzschaltbild

  • Elektrisches Ersatzschaltbild einer dynamischen Mikrofonkapsel



Resonanzen

  • Dynamische Mikrofone nutzen oftmals Hohlräume zur Beeinflussung des Frequenzgangs.

  • Solche sogenannten Resonatoren (Lochscheiben) befinden sich häufig vor der Membran.



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.



Bestandteile einer dynamischen Kapsel



Frequenzgang unter verschiedenen Winkeln



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


Grenzflächenmikrofone

  • Wege der direkten und einer reflektierten Schallwelle



Kammfiltereffekt

  • Direkter und reflektierter Schall



Kammfiltereffekt

  • Zwei Mikrofone auf Monomischer



Kammfiltereffekt



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



Grenzflächenmikrofone

  • Unterschiedliche Phasenlage des reflektierten und des direkten Signals:  Interferenzeffekte:

    • Anhebungen oder
    • Auslöschungen bestimmter Frequenzen


Grenzflächenmikrofone



Grenzflächenmikrofone

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



Richtdiagramm eines Grenzflächenmikrofons



Stereophonie

  • Menschliches räumliches Hören



Stereophonie - Laufzeitunterschied

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



Stereophonie - Intensitätsunterschied

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



Stereophonische Aufnahmetechniken

  • A/B Stereophonie

  • X/Y- Koinzidenz Technik, Intensitäts-Stereophonie

  • M/S-Stereophonie

  • Kunstkopf-Stereophonie



A/B-Laufzeit-Stereophonie

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



A/B-Laufzeit-Stereophonie

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



A/B-Laufzeit-Stereophonie

  • Diese Zeitverschiebung zwischen den Mikrofonsignalen erzeugt das Stereobild.



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



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 !



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).



X/Y- oder Intensitäts-Stereophonie

  • Aufgrund der Nieren- Richtcharakteristik wird der Schhall aus unterschiedlichen Richtungen mit unterschied- licher Intensität wahr- genommen.



X/Y- oder Intensitäts-Stereophonie

  • Dieser Intensitätsunterschied führt zum Begriff "Intensitäts-Stereophonie".

  • Erzeugt ein enges Stereobild.

  • Gute Abbildung der Schallquellen

  • Mono-kompatibel



M/S-Stereophonie

  • Zwei Wandlerelemente nötig:

    • Niere (für Mittensignal)
    • Acht (für Seitensignal)
  • M/S = Mitte & Seite; M = rechts+links, S = links-rechts

  • "Links" und "Rechts" werden nicht direkt erzeugt

  • Stereosignal resultiert aus der Summe und der Differenz der M/S-Signale.



M/S-Stereophonie

  • Interne Potis zur Einstellung der Stereobasis

  • Externe Potis für die Balance

  • Arbeitsprinzip des Shure VP88

  • Mono-kompatibel



M/S-Stereophonie

  • Resultierende Richtdiagramme



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 !



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)


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 Ω


Elektrisches Ausgangssignal: Impedanz

  • Niederohmig

    • 150 bis 600 Ω
    • gut für Kabellängen von 300 m und mehr
  • Hochohmig

    • 10 kΩ oder mehr
    • gut für Kabellängen bis 6 m oder weniger


Unsymmetrische Mikrofonleitung



Symmetrische Mikrofonleitung



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.



Was ist Schalldruckpegel "dB SPL“ ?

  • Schalldruckpegel L:

  • Zum Vergleich: in 1m Abstand beträgt der Schalldruckpegel

    • eines Sprechers etwa 60dB SPL
    • eines Preßlufthammers etwa 120dB SPL


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.


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)


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 !



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