Eine vollständige Anleitung zu Richtmikrofonen (mit Bildern)
Um das Beste aus unseren Mikrofonen herauszuholen, müssen wir ihre Richtwirkung kennen. Zu verstehen, wie Mikrofone aus verschiedenen Winkeln auf Schall reagieren und in welche Richtungen sie zeigen, wird für unsere Arbeit als Musiker und Toningenieure/Techniker von unschätzbarem Wert sein.
Was ist ein Richtmikrofon? Ein Richtmikrofon ist, wie der Name schon sagt, ein Mikrofon, das in einer(oder mehreren) Richtungen am empfindlichsten ist. Mit anderen Worten, ein Richtmikrofon hat eine beliebige Richtcharakteristik, ist aber omnidirektional. Richtmikrofone „zeigen“ effektiv in eine bestimmte Richtung und sind sehr beliebt bei Audioaufnahmen.
In diesem Artikel betrachten wir Richtmikrofone der Reihe nach sehr detailliert und behandeln die verschiedenen Richtcharakteristiken; die Theorie und Konstruktion von Richtmikrofonen und natürlich reale Beispiele für Richtmikrofone.
Was ist ein Richtmikrofon?
Ein Richtmikrofon hat eine offensichtliche Achse(Richtung), auf der es am empfindlichsten ist. Die meisten Richtmikrofone haben eine einzelne Hauptachse, die nur in eine Richtung zeigt. Bidirektionale Mikrofone, die ebenfalls gerichtet sind, haben eine einzige Achsenlinie, die in beide Richtungen zeigt.
Die Primärwelle verstehen: Top Steering Vs. Seitenrichtung
Um die Direktionalität eines Richtmikrofons zu verstehen, müssen wir die Hauptachse des Mikrofons verstehen.
Die Hauptachse kann man sich als unsichtbare Linie vorstellen, die sich aus dem Mikrofon heraus in die Richtung erstreckt, in die das Mikrofon zeigt. Diese Linie verläuft durch die Mitte der Mikrofonmembran und zeigt senkrecht zur Membran von der Mikrofonkapsel nach außen.
Die Primärachse ist auch als axiale Antwortlinie des Mikrofons bekannt und wird im Antwortdiagramm des Richtdiagramms eines Mikrofons als 0° angezeigt.
Es ist unbedingt zu beachten, dass sich alle Mikrofonangaben, die mit dem Wandlerelement der Mikrofone(Kapsel, Tonabnehmer etc.) zu tun haben, auf eine Schallquelle in der Hauptachse des Mikrofons beziehen. Richtmikrofone(und in geringerem Maße sogar omnidirektionale) nehmen Geräusche anders auf als angegeben, wenn die Geräusche aus einem Winkel auf das Mikrofon treffen.
Zu den Spezifikationen, die auf Geräuschen am Schaft basieren, gehören die folgenden(ich habe Links zu detaillierten Artikeln zu jeder dieser Spezifikationen hinzugefügt):
Die Richtcharakteristik eines Mikrofons gibt uns eine gute Vorstellung von der Richtcharakteristik und der winkelabhängigen Empfindlichkeit des Mikrofons. Wie erwähnt orientiert sich die Richtcharakteristik an der Primärachse des Mikrofons.
Daher wird die Bestimmung der Richtwirkung eines Mikrofons zu einer Übung, um die Richtung der Hauptachse des Mikrofons zu finden. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Mikrofonen, wenn es um die Richtung der Primärachse im Vergleich zum Körper des Mikrofons geht:
- Top-Adresse(auch bekannt als Top-Fire, End-Fire oder End-Adresse): Die Hauptachse zeigt zur Oberseite des Mikrofonkörpers.
- Side-Adresse(auch bekannt als Side-Fire): Die Hauptachse zeigt zur Seite des Mikrofonkörpers.
Top-Direction-Mikrofone
Top-Adress-Mikrofone lassen sich im Allgemeinen leicht in die richtige Richtung lenken. Ihre Körper sind normalerweise lang mit der Kapsel an einem Ende(dem „Oberen“) und dem Auslassanschluss am anderen Ende(dem „Unteren“).
Diese Mikrofone sind häufig Kleinmembran-Kondensatormikrofone, Handmikrofone und Tauchspulmikrofone.
Beispiele für erstklassige Adressmikrofone sind das Shure SM58 und das Neumann KM 184:
Mikrofone mit seitlicher Ansprache
Mikrofone mit Seitenadressierung sind etwas schwieriger richtig auszurichten, aber im Allgemeinen einfach zu handhaben. Die Hauptachse eines seitlich gerichteten Mikrofons zeigt zur Seite Ihres Körpers.
Seitenadressierungsmikrofone sind in der Regel Großmembran-Kondensatormikrofone oder Bändchenmikrofone.
Die Gitter und Kopfkörbe von Seitenmikrofonen ermöglichen es uns oft, die Membran und die Kapsel/das Element des Mikrofons zu sehen. In der Lage zu sein, die Kapsel/das Element zu sehen, hilft uns, die primäre Achse zu visualisieren, die senkrecht von der Mitte des Zwerchfells zeigt.
Manchmal verwechseln wir die Rückseite der Kapsel/des Elements mit der Vorderseite. Sobald das Mikrofon angeschlossen ist, sollten wir in der Lage sein, zuzuhören und zu testen/sicherzustellen, dass das Mikrofon nach vorne und nicht nach hinten positioniert ist(es sei denn, das Mikrofon ist bidirektional).
Die meisten Mikrofone mit seitlicher Ansprache haben ein Symbol auf dem Gehäuse des Mikrofons, das anzeigt, welche Seite die Vorderseite ist.
Beispiele für seitlich gerichtete Mikrofone sind das Neumann U 87 Ai und das Royer R-121:
Das Design von Richtmikrofonen verstehen: Druckgradient
Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, wie die Membran eines Mikrofons auf die Umgebung und die sie umgebenden Schallwellen reagiert.
Die zwei Arten von Mikrofonen sind bekannt als:
Druckmikrofone
Die Membranen von Druckmikrofonen sind nur einseitig der Umgebung ausgesetzt. Die andere Seite seiner Membran ist in einem «Behälter» eingeschlossen, der dafür ausgelegt ist, den Umgebungsdruck aufrechtzuerhalten.
Da bei Druckmikrofonen nur eine Seite der Membran für Schallwellen offen ist, wirken Schallwellen aus allen Richtungen auf die gleiche Weise auf die Membran. Zwischen den beiden Seiten der Membran sind keine Phasen- oder Amplitudenunterschiede zu berücksichtigen, da die Schallwellen nicht mit der Rückseite der Membran interagieren.
Daher weist das Druckmikrofon omnidirektionale Richtcharakteristiken auf. Omnidirektionale Richtcharakteristiken sind per Definition nicht gerichtet. Damit beenden wir unsere Diskussion über Druckmikrofone und gehen zu Druckgradientenmikrofonen über.
Druckgradientenmikrofone
Bei Druckgradientenmikrofonen sind beide Seiten der Membran offen für Schalldruckschwankungen.
Dies bedeutet, dass jede gegebene Schallwelle aus jeder Richtung auf beide Seiten der Mikrofonmembran mit unterschiedlicher Amplitude und Phase einwirkt. Es sind diese Phasen- und Amplitudenunterschiede, die das Mikrofon für Geräusche in einigen Richtungen empfindlicher machen als in anderen.
Alle unidirektionalen Druckgradientenmikrofone sind am empfindlichsten für Geräusche auf ihrer Primärachse in der «vorderen» Richtung ihrer Membran.
Bidirektionale Mikrofone, die einfachste Form von Druckgradientenmikrofonen, sind gleichermaßen empfindlich für Geräusche aus der vorderen und hinteren Richtung entlang ihrer Hauptachsenlinie.
Wie funktionieren Druckgradientenmikrofone?
Um besser zu verstehen, wie Druckgradientenmikrofone funktionieren, schauen wir uns ein einfaches Diagramm eines bidirektionalen Mikrofons an. Denken Sie daran, dass bidirektionale Mikrofonmembranen vorne und hinten gleichermaßen beschallt werden.
In diesem Sinne betrachten wir die Schallwellen, die direkt von vorne auf das Mikrofon treffen; direkt von hinten und direkt von den Seiten.
Ton von vorne: bidirektionales Mikrofon
Wenn Schall direkt von der Vorderseite eines bidirektionalen Mikrofons eintrifft, trifft er auf die Vorderseite der Membran und nach der Zeit t auf die Rückseite der Membran. Die Zeit verursacht Phasen- und Amplitudenunterschiede in der Schallwelle zwischen Vorder- und Rückseite. Diese Unterschiede bewirken, dass sich die Membran bewegt und das Mikrofon ein Signal mit ausgibt.
Ton von hinten: bidirektionales Mikrofon
Schallwellen direkt von der Rückseite des Mikrofons treffen auf die Rückseite der Membran und nach einiger Zeit auf die Vorderseite. Dies verursacht auch Phasen- und Amplitudenunterschiede zwischen den beiden Seiten der Membran, wodurch sich die Membran bewegt. Daher verursachen Geräusche von hinten, dass das Mikrofon ein Signal mit erzeugt.
Seitenton: Zwei-Wege-Mikrofon
Schallwellen direkt neben dem bidirektionalen Mikrofon treffen auf beiden Seiten der Membran gleichzeitig mit der gleichen Phase und Amplitude ein.
Auf beide Seiten der Membran wird gleicher Druck ausgeübt und die Membran bewegt sich nicht. Das Mikrofon erzeugt kein Signal.
Dies sind die 3 kritischen Punkte, die es zu verstehen gilt. Zwischen diesen Punkten(bei jedem anderen Winkel als 0°, 90° oder 180°) erhält die Membran jedoch unterschiedliche Phasen- und Amplitudenunterschiede, wenn sie auf eine bestimmte Schallwelle reagiert.
Das Ergebnis ist in diesem perfekten Fall eine bidirektionale Richtcharakteristik.
Was ist also mit unidirektionalen Richtcharakteristiken? Wie werden sie mit dem Druckgradientenprinzip erreicht?
Unidirektionale Richtcharakteristiken von Einzelmembranen werden erreicht, indem der Weg geändert wird, den eine Schallwelle nehmen muss, um die Rückseite der Membran zu erreichen, wobei die Vorderseite der Membran so klar wie möglich bleibt.
Schauen wir uns zur Veranschaulichung ein weiteres vereinfachtes Diagramm an. Diesmal von einem Mikrofon mit Nierencharakteristik. In diesem Beispiel betrachten wir noch einmal die Schallwellen von der Vorder-, Rückseite und den Seiten des Mikrofons.
Ton von vorne: Mikrofon mit Nierencharakteristik
In diesem primitiven Diagramm sehen wir, dass Schallwellen, die von der Vorderseite des Zwerchfells kommen, zuerst auf die Vorderseite des Zwerchfells treffen. Dann, nach einer allgemeinen Zeit 2t, wird die Schallwelle an der Rückseite der Membran ankommen.
Diese zusätzliche Weglänge um die Membran herum und durch die hinteren Öffnungen und das akustische Labyrinth zur Rückseite der Kapsel ist für die unidirektionale Richtcharakteristik wesentlich. Wir werden sehen, warum, wenn wir uns den Sound von hinten ansehen.
Ton von hinten: Mikrofon mit Nierencharakteristik
Hier sehen wir, dass Schall, der direkt von der Rückseite des Mikrofons kommt, zuerst die hinteren Öffnungen der Membran erreicht. Diese Schallwellen brauchen Zeit, um das akustische Labyrinth hinter der hinteren Membran zu passieren. Tatsächlich ist die Rückseite der Kapsel so konstruiert, dass die Schallwellen die gleiche Zeit(t) brauchen, um die Vorder- und Rückseite der Membran zu erreichen(wenn die Schallwellen direkt von der Rückseite kommen).
Daher erzeugen die hinteren Schallwellen auf beiden Seiten der Membran den gleichen Druck und heben sich gegenseitig effektiv auf. Dadurch entsteht auf der Rückseite des Mikrofons eine Empfindlichkeitsnull(ein charakteristisches Merkmal der Nierencharakteristik).
Seitenton: Nierenmikrofon
Der Schall von der Seite der Nierencharakteristik kommt an der Vorder- und Rückseite der Membran zu unterschiedlichen Zeiten an(jeweils t1 und t2).
Dies führt zu einer gewissen Auslöschung und etwa -6 dB relativ zum Frequenzgang auf der Achse in einem perfekten Nierenmuster.
Um die besprochene Nierencharakteristik zu veranschaulichen, ist hier ein grundlegendes Diagramm der Richtcharakteristik der Nierencharakteristik:
Frequenz-, Nahbesprechungs- und Druckgradientenmikrofon
Bei Druckgradientenmikrofonen(Richtmikrofonen) müssen wir sie so einstellen, dass sie einen flachen Frequenzgang erreichen.
Wir müssen uns daran erinnern, dass sich ein Mikrofon entsprechend dem Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite seiner Membran bewegt.
Die Strecke, die die Schallwelle zwischen Vorder- und Rückseite der Membran zurücklegen muss, bedeutet eine Phasenänderung und damit einen lokalisierten Druck. Dadurch bewegt sich das Zwerchfell.
Höhere Frequenzen haben kürzere Wellenlängen. Diese kürzeren Wellenlängen ermöglichen eine anständige Phasenverschiebung im Schallwellenzyklus, wenn sich die Schallwelle von der Vorderseite der Membran nach hinten bewegt(oder umgekehrt).
Wenn die Frequenzen zu hoch sind, wird die Phase unregelmäßig und das Richtmuster verengt sich typischerweise. Im Allgemeinen behalten Druckgradientenmikrofone ihre Muster für alle Frequenzen bei, die Wellenlängen haben, die dem 4-fachen Abstand zwischen Vorder- und Rückseite der Membran entsprechen.
Niedrige Frequenzen haben jedoch lange Wellenlängen. Bei langen Wellenlängen sind die beiden Abtastpunkte(Vorder- und Rückseite der Membran) nur um einen kleinen Bruchteil der Wellenlänge getrennt. Dies bedeutet, dass zwischen ihnen nur ein geringer Druckunterschied besteht.
Druckgradientenmikrofone haben von Natur aus einen Frequenzgang, der bei 6 dB/Oktave abfällt, wenn die Frequenz abfällt. Diese Tiefenabsenkung gleicht aus, ob elektrisch oder akustisch.
Die meisten niederfrequenten Schallwellen erzeugen also nur sehr wenig Bewegung im Zwerchfell. Sie werden jedoch normalerweise durch das Mikrofon verstärkt(akustisch oder elektrisch), um korrekt im Mikrofonsignal dargestellt zu werden.
Der Proximity-Effekt
Dies verursacht jedoch ein Problem. Low-End-Boost funktioniert gut, wenn die Schallquelle weiter entfernt ist. Denn der Abstand zwischen Vorder- und Rückseite der Membran ist im Vergleich zum Abstand zwischen Mikrofon und Schallquelle relativ unbedeutend.
Die Dinge ändern sich jedoch, wenn sich das Mikrofon in der Nähe der Schallquelle befindet und der Abstand zwischen Vorder- und Rückseite der Membran vergleichbar mit dem Abstand zwischen Mikrofon und Schallquelle ist. In dieser Situation ist der Amplitudenunterschied zwischen Vorder- und Rückseite der Membran größer.
Dies ist auf das Abstandsquadratgesetz zurückzuführen, das besagt, dass der Schalldruckpegel bei jeder Verdopplung des Abstands von der Schallquelle um 6 dB abfällt.
Die Anhebung, die früher die tiefen Frequenzen auf ein respektables Niveau herunterbrachte, hebt nun die tiefen Frequenzen zu stark an, was zu einem matschigen, verzerrten Signal führt. Dies ist als Proximity-Effekt bekannt.
Frequenzabhängige Direktionalität
Mikrofone werden bei höheren Frequenzen natürlich gerichteter und bei niedrigeren Frequenzen weniger gerichtet.
Hohe Frequenzen haben kurze Wellenlängen. Wenn die Schallwellenlänge näher oder kürzer als der Abstand zwischen der Vorder- und Rückseite der Membran ist, wird das Richtdiagramm etwas unregelmäßig. Dies liegt daran, dass die Phasenverschiebung der Schallwelle nicht mehr innerhalb der gleichen Periode liegt wie die Welle selbst.
Diese unregelmäßige Natur führt normalerweise zu einer erhöhten Direktionalität.
Niedrige Frequenzen haben sehr lange Wellenlängen, daher ist die Phasenverschiebung zwischen Vorder- und Rückseite der Membran recht gering. Wie bereits erwähnt, wird die Tieftonwiedergabe von Druckgradientenmikrofonen im Allgemeinen aufgrund der -6 dB/Oktave-Dämpfung erhöht.
Das Problem ist, dass sich Schallwellen selten vollständig aufheben, wenn auf beide Seiten der Membran gleicher Druck ausgeübt wird. Diese reale Wahrheit in Kombination mit der Bassanhebung bewirkt, dass sich die polare Reaktion in den niedrigeren Frequenzen verbreitert.
Richtcharakteristiken
Jedes Mikrofon hat seine eigene Richtcharakteristik, die sich qualitativ und quantitativ beschreiben lässt.
Arten von qualitativen Richtcharakteristiken
Qualitativ gibt es eine Liste von Arten von Richtcharakteristiken. Sie beinhalten:
- Omnidirektional
- bidirektional
- Niere
- Superniere
- Hyperniere
- Subniere
- Halbkugel/Grenze *
- Schrotflinte/Lobar
Alle oben aufgeführten Richtcharakteristiktypen sind gerichtet außer omnidirektional.
* Beachten Sie, dass das halbkugelförmige/Grenzflächenmuster typischerweise ein omnidirektionales Muster innerhalb eines Grenzflächenmikrofons ist. Diese Mikrofone werden an einer flachen Grenze platziert und nehmen Schall in einem halbkugelförmigen Muster auf. In gewisser Weise sind diese Mikrofone direktional, aber in den meisten Fällen würden wir sie als ungerichtet betrachten.
Hier ist ein Beispiel für eine perfekte Nierencharakteristik, die auf einem Polar-Response-Plot gezeichnet ist:
Mehr zu den einzelnen Richtmikrofon-Richtcharakteristiken später in diesem Artikel.
Um jedes dieser Richtcharakteristiken zu erreichen, entwerfen Mikrofonhersteller ihre Mikrofonkapseln/Tonabnehmer/Elemente sorgfältig. Die Wandlerelemente haben verschiedene physische Versätze(akustische Labyrinthe und Schaum usw.), die um die Membranen herum gebaut sind, um die Phase und Amplitude der Schallwellen anzupassen, bevor sie die Rückseite(und manchmal die Vorderseite) der Membran erreichen.
Wie wir im Abschnitt über Druckgradientenmikrofone erwähnt haben, eröffnen die Phasen- und Amplitudenunterschiede zwischen Vorder- und Rückseite der Membran die Möglichkeit für gerichtete Richtcharakteristiken.
Quantitative Diagramme von Polarmustern
Quantitativ werden Polarmuster in einem Polardiagramm dargestellt. Die meisten Hersteller stellen Polarantwortdiagramme zur Verfügung, um die Feinheiten der Richtcharakteristik ihrer Mikrofone zu zeigen.
Ein polares Antwortdiagramm repräsentiert eine zweidimensionale Ebene um das Mikrofon herum. Die Mikrofonkapsel/das Mikrofonelement befindet sich in der Mitte des Kreises auf dem Polarantwortdiagramm.
Die Hauptachse des Mikrofons wird in der Grafik bei 0° angezeigt. Der Polargraph wandert dann um 360° im Uhrzeigersinn.
Der äußere Kreis ist mit 0 dB angegeben. Die On-Axis-Response eines Richtmikrofons erreicht immer diesen äußeren Kreis bei 0 dB. Auch bidirektionale Mikrofone erreichen diesen Außenkreis bei 180°.
Die kleineren konzentrischen Kreise stehen für niedrigere Mikrofonempfindlichkeitsstufen.
Über dieses Polarsystem wird dann eine polare Antwortlinie gezogen, um die winkelabhängige Empfindlichkeit des Mikrofons darzustellen.
In Fortsetzung unseres Beispiels für ein unidirektionales Mikrofon mit Nierencharakteristik ist hier die Richtcharakteristik des Electro-Voice RE20(ein dynamisches Mikrofon mit Nierencharakteristik):
Im obigen Beispiel sehen wir den vollständigen Polarantwortgraphen. Die Einweg-Richtcharakteristik wird auf zwei Linien gezeichnet:
- Eine durchgezogene Linie repräsentiert die typische Polarantwort über 700 Hz.
- Eine gestrichelte Linie repräsentiert die typische Polarantwort unterhalb von 700 Hz.
Da die Richtcharakteristiken von Mikrofonen stark frequenzabhängig sind(denken Sie daran, dass Mikrofone bei höheren Frequenzen gerichteter werden), ist es üblich, mehrere Musterlinien in einem einzigen Richtcharakteristikdiagramm zu sehen.
Jede dieser Linien erreicht 0 dB bei 0°(wo die unidirektionale Nierencharakteristik am empfindlichsten ist). An den hinteren Winkeln des Mikrofons sehen wir, dass das RE20 empfindlicher auf niedrigere Frequenzen reagiert. Mit anderen Worten, das RE20 wird wie alle Mikrofone bei niedrigeren Frequenzen weniger richtungsgebunden.
Jeder konzentrische Kreis repräsentiert eine Änderung von 5 dB in der Gesamtempfindlichkeit des Mikrofons.
Hier ist ein Bild des Electro-Voice RE20:
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass dieser Graph einfach eine zweidimensionale Darstellung der Richtung ist. Die tatsächliche Richtcharakteristik eines Mikrofons ist dreidimensional, da Mikrofone im dreidimensionalen Raum arbeiten. Das bedeutet, dass die Empfindlichkeitskeulen dreidimensional sind. Es bedeutet auch, dass, wenn ein Polarantwortdiagramm zwei Nullpunkte zeigt, tatsächlich ein Ring(oder Kegel) der Stille um das Mikrofon herum ist.
Mikrofone werden bei höheren Frequenzen natürlich gerichteter(und bei niedrigeren Frequenzen omnidirektionaler). Kein Mikrofon weist über seinen gesamten Frequenzgang hinweg eine perfekt konsistente Richtcharakteristik auf, obwohl einige Kleinmembran-Kondensatormikrofone ziemlich konsistent sind.
Aus diesem Grund präsentieren Mikrofonhersteller ihre Richtkurven oft mit mehreren Richtkurven. Jede Linie stellt eine bestimmte Frequenz dar und zeigt, wie konsistent die Richtcharakteristik im gesamten Frequenzgang des Mikrofons ist.
Beispielsweise hat das Neumann KM 184 8 verschiedene Zeilen, um seinen Frequenzgang in allen Oktaven zwischen 125 Hz und 16 kHz anzuzeigen:
Beachten Sie, dass niedrigere Frequenzen auf der linken Seite aufgelistet und gezeichnet werden, während höhere Frequenzen auf der rechten Seite aufgelistet und gezeichnet werden.
Hier ist ein Bild des Neumann KM 184:
Von richtungsgebundener zu weniger richtungsgebunden
Richtcharakteristiken von Mikrofonen werden oft als mehr oder weniger gerichtet als andere Richtcharakteristiken beschrieben. Gleiches gilt für die Mikrofone selbst.
Je schmaler die Mikrofonantwort entlang ihrer Hauptachse ist, desto gerichteter ist sie. Mit anderen Worten, je früher die Mikrofonempfindlichkeit abnimmt, wenn wir uns von der Achse wegbewegen, desto gerichteter wird das Mikrofon sein.
Schauen wir uns eine Liste von Mikrofon-Richtcharakteristiken von der stärksten Richtung bis zur geringsten Richtung an:
- Schrotflinte/Lobar
- Hyperniere
- Superniere
- Niere
- Subniere
- bidirektional
Zugegeben, diese Liste ist ungefähr. Das Platzieren der bidirektionalen Richtcharakteristik ist schwierig. Es ist sicherlich richtungsstärker als die Subniere in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Die Subniere ist jedoch gerichteter, da sie nur in einer Richtung empfindlicher ist.
Schauen wir uns dazu die Richtcharakteristiken gängiger qualitativer Richtmikrofone an:
Das Schrotflinten-/Keulen-Richtmuster
Shotgun-Mikrofone sind die Richtmikrofone auf dem Markt. Die allgemeine Richtcharakteristik der Schrotflinte ist unten dargestellt. Dies wird manchmal als Keulenmuster bezeichnet, wenn das Mikrofon empfindliche Nebenkeulen(einen Seitenring) hat.
Das Schrotflintenmuster ähnelt oft dem vorherigen Muster ohne die Seitenlappen.
Dieses Muster wird durch ein umfangreiches akustisches Labyrinthdesign um die Mikrofonkapsel herum erreicht. Apropos Kapseln, ich verspreche das Shotgun-Design, indem ich schreibe, dass fast alle Shotgun-Mikrofone Kleinmembran-Kondensatorkapseln haben.
Diese Kleinmembrankapseln weisen selbst eine Supernieren- oder Hypernierencharakteristik auf. Die Kapsel ist so konzipiert, dass ihre Membran vorne offen liegt, aber hinten ein gewundenes akustisches Labyrinth, um die Phase der hinteren Schallwellen zu ändern.
Die Rückverjüngung kommt von dem langen Interferenzrohr, das vor der Membran konstruiert ist. Dieses Rohr hat intermittierende Rillen entlang seiner Länge. Jeder Schlitz lässt unterschiedliche Mengen an Schallwellen aus jedem Winkel in die Röhre eintreten.
Schallwellen, die aus außeraxialen Winkeln in die Röhre eintreten, heben sich durch dekonstruktive Welleninterferenz weitgehend auf, bevor sie die Möglichkeit haben, die Mikrofonmembran zu erreichen und mit ihr zu reagieren.
Schallwellen, die oben in die Röhre eintreten oder leicht außeraxial sind, erfahren diese Auslöschung nicht oder erfahren höchstens eine geringfügige Auslöschung.
Das Ergebnis einer Interferenzröhre, die vor einer Kapsel platziert wird, die bereits stark gerichtet ist, erzeugt das supergerichtete Shotgun-Richtdiagramm.
Richtcharakteristik Hyperniere
Die Hyperniere ist möglicherweise die am stärksten gerichtete(wenn auch nicht die am stärksten unidirektionale) Mikrofon-Richtcharakteristik, die in einem praktischen Mikrofonkapselkörper erreicht werden kann.
Werfen wir einen Blick auf die typische Hypernierencharakteristik:
Die Richtcharakteristik Hyperniere ist mit einem Druckgradientenmikrofon möglich. Ein zutiefst komplexes akustisches Labyrinth ermöglicht diese Richtcharakteristik.
Richtcharakteristik Superniere
Die Supernierencharakteristik ist der Hypernierencharakteristik sehr ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Superniere eine breitere vordere und eine kleinere hintere Keule hat. Wir könnten argumentieren, dass diese Richtcharakteristik weniger gerichtet, aber auch weniger bidirektional und mehr unidirektional ist als die Hypernierencharakteristik.
Hier ist ein Diagramm der grundlegenden Supernierencharakteristik:
Die Supernierencharakteristik ist mit einem Druckgradientenmikrofon möglich. Wie bei den anderen unidirektionalen Mikrofonen ermöglicht ein zutiefst komplexes akustisches Labyrinth diese Richtcharakteristik.
Die Nierencharakteristik
Die Nierencharakteristik ist vielleicht die häufigste Richtcharakteristik in professionellen Mikrofonen. Es kann als eine Kombination aus Druck(omnidirektionales Muster) und Druckgradient(bidirektionales Muster) betrachtet werden. Bei unidirektionalen Einmembranmikrofonen wird dieses Muster jedoch durch ein komplexes akustisches Labyrinthsystem in der Kapsel auf der Rückseite der Membran erzeugt.
Hier ist noch einmal ein Bild der Nierencharakteristik:
Die Subnierencharakteristik
Die Richtcharakteristik Subniere lässt sich am besten als unidirektionale Richtcharakteristik mit omnidirektionaler Ausrichtung beschreiben. Wie wir unten sehen, hat dieses Muster keine zinsbullischen Punkte und ist immer noch relativ empfindlich gegenüber Rückwärtsrichtungen:
Auch hier erfordert die Subnieren-Richtcharakteristik, dass das Mikrofon ein komplexes hinteres Anschlusssystem hat und für diese spezifische Richtwirkung richtig abgestimmt ist.
Die bidirektionale Richtcharakteristik
Wie bereits erwähnt, ist die bidirektionale Richtcharakteristik(Abbildung 8) das realistischste Beispiel für einen Druckgradienten, bei dem beide Seiten der Membran gleichermaßen der Schalldruckänderung ausgesetzt sind.
Das bidirektionale Muster zur Überprüfung ist unten dargestellt:
Beispiele für Richtmikrofone
Um wirklich zu erfahren, was Richtmikrofone sind, gehen wir einige Beispiele durch. Jedes der folgenden Beispiele hat eine andere Richtcharakteristik, die wir bereits erwähnt haben:
Sennheiser MKH 416(Schrotflinte/Lobar)
Das Sennheiser MKH 416 ist unser Beispiel für Richtrohrmikrofone:
Wie Sie sehen können, hat dieses Mikrofon das charakteristische lange Interferenzrohr mit Schlitzen entlang seiner Länge. Werfen wir einen Blick auf die Richtcharakteristik des MKH 416:
Wie wir sehen können, ist der MKH 416 sehr gerichtet und hat eine kleine hintere Keule. Bei niedrigeren Frequenzen wird das Mikrofon weniger gerichtet, während es bei höheren Frequenzen gerichteter wird und beginnt, seltsame Empfindlichkeitskeulen an seinen Seiten zu zeigen.
Audix D4(Hyperniere)
Das Audix D4 ist ein Beispiel für ein Mikrofon mit Hypernierencharakteristik.
Das Mikrofon ist ein dynamisches Tauchspulenmikrofon, das für Low-End-Instrumente entwickelt wurde. Werfen wir einen Blick auf Ihre Polardiagramme:
Die hintere Keule des D4 ist tatsächlich kleiner und weniger ausgeprägt, als wir es von einem Hypernierenmikrofon erwarten würden. Allerdings ist dies ein stark gerichtetes Mikrofon, das bei höheren Frequenzen gerichteter wird.
Electro-Voice PL35(Superniere)
Das Electro-Voice PL35 ist unser Beispiel für ein Mikrofon mit Supernierencharakteristik.
Das PL35 ist ein weiteres dynamisches Moving-Coil-Mikrofon, das entwickelt wurde, um den Klang von Drums zu erfassen und einzufangen. Hier sind ihre polaren Antwortdiagramme:
Dieses Mikrofon ist mit seiner großen vorderen und kleinen hinteren Keule fast eine Lehrbuch-Superniere. Wie erwartet, wird der PL35 bei niedrigen Frequenzen weniger gerichtet und bei höheren Frequenzen gerichteter(er zeigt sogar Nebenkeulen bei 16.000 Hz).
Neumann KM 184(Niere)
Das Neumann KM 184 ist ein berühmtes Mikrofon mit Nierencharakteristik.
Dieses Kleinmembran-Kondensatormikrofon behält, wie die meisten hochwertigen SDCs, eine konsistente Richtcharakteristik im gesamten Frequenzgang bei:
Audio-Technica AT808G(Subniere)
Als Beispiel für ein Subnierenmikrofon ist das Audio-Technica AT808G aufgeführt.
Das AT808G ist ein dynamisches Mikrofon, das eher für Studio-Talkback-Situationen als für den Einsatz auf dem Podium entwickelt wurde. Seine Subnierencharakteristik hilft, den gesamten Kontrollraum zu erfassen, ohne zu viel von den Audiogeräten zu erfassen(bei richtiger Positionierung). Hier ist das Richtdiagramm des AT808G:
Royer R-121(Zweiwege)
Das Royer R-121 ist unser Beispiel für ein bidirektionales Mikrofon.
Das R-121 ist das Flaggschiff-Bändchenmikrofon von Royer Labs, einem wichtigen Akteur im Bändchenmikrofonspiel. Beide Antriebe der Bändchenmembran des R-121 sind gleichermaßen externen Schalldruckschwankungen ausgesetzt. Werfen wir einen Blick auf das polare Antwortdiagramm von R-121:
Wie wir sehen können, gibt es nicht viele Informationen, aber die 3 Frequenzlinien zeigen uns, dass die Antwort des Mikrofons ziemlich konsistent ist.
Ein Hinweis zur Richtcharakteristik von Mikrofonen mit mehreren Mustern
Ich kann diesen Artikel nicht beenden, ohne die Direktionalität von Mikrofonen mit mehreren Richtcharakteristiken zu berühren.
Multi-Pattern-Mikrofone mit Doppelmembrankapseln
Multi-Pattern-Mikrofone verwenden im Allgemeinen eine Doppelmembran-Kondensatorkapsel. Diese Rücken-an-Rücken-Membranen sind in geringem Abstand voneinander entfernt und haben im Allgemeinen gemeinsame hintere Labyrinthe und Öffnungen zwischen ihnen, wodurch sie nierenförmig werden.
Mehrere Muster werden durch Kombinieren der beiden Kapseln in unterschiedlichen Kombinationen von Phase und Amplitude erreicht. Zum Beispiel:
- Niere wird erreicht, indem die hintere Membran komplett abgeschaltet und nur die vordere Membran verwendet wird.
- Omnidirektionalität wird erreicht, indem die beiden Membranen mit gleichen Amplituden und positiver Polarität hinzugefügt werden.
- Bidirektionalität wird erreicht, indem die beiden Membranen mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität(die vordere Membran mit positiver Polarität und die Lesemembran mit negativer Polarität) hinzugefügt werden.
- Die Superniere und die Hyperniere werden durch Hinzufügen der vorderen Membran mit positiver Polarität und der hinteren Membran mit negativer Polarität und geringerer Amplitude erreicht.
Ein solches Mikrofon, das alle 5 oben genannten Richtcharakteristiken(plus 4 Richtcharakteristiken dazwischen) bietet, ist das AKG C 414 XLII.
Das Shure KSM9/SL ist ein Beispiel für einen Mikrofonhersteller, der in Sachen Multidirektionalität über den Tellerrand hinaus denkt. Dieses Mikrofon verfügt über umschaltbare Nieren- und Supernierencharakteristik-Optionen.
Beim KSM9 sind die beiden Membranen in einem einzigen Gehäuse untergebracht und zeigen beide nach vorne.
Die vordere Membran ist zwischen einer Nieren- und einer Supernierencharakteristik abgestimmt, wobei das hintere Element parallel zum vorderen Element geschaltet ist.
Der Richtcharakteristikschalter an diesem Mikrofon ändert die Polarität des Signals von der hinteren Membran. Wenn es in Phase ist, wird das Gesamtmuster nierenförmig. Bei Phasenverschiebung wird die Gesamtcharakteristik zur Superniere.
Multipattern-Mikrofone mit zwei Kapseln
Andere Multi-Pattern-Mikrofone, wie das Josephson C700A, haben zwei separate, aber zusammenpassende Kapseln, die in die gleiche Richtung zeigen. Eine dieser Kapseln ist omnidirektional(Druck), während die andere bidirektional ist(Druckgradient).
Diese Mikrofone geben zwei getrennte Signale aus, und die Richtwirkung des Mikrofons wird in der Mischstufe geändert.
Wenn wir nur das Signal von einer Kapsel verwenden würden, würden wir natürlich entweder omnidirektional oder bidirektional erhalten.
Durch die Kombination der omnidirektionalen und bidirektionalen Kapseln erreichen wir eine nierenförmige Richtcharakteristik.
Die Superniere ergibt sich aus der Addition der Richtcharakteristiken Kugel und Bidirektional mit einem Amplitudenverhältnis von 5:3.
Die Hyperniere ist möglich, indem die Kugel- und die bidirektionale Richtcharakteristik zusammen mit einem Amplitudenverhältnis von 3:1 summiert werden.
Verwandte Fragen
Wie funktioniert ein Mikrofon? Mikrofone fungieren als Wandler und wandeln Schallwellen(mechanische Wellenenergie) in Mikrofon-/Audiosignale(elektrische Energie) um. Obwohl es in verschiedenen Mikrofonen verschiedene Möglichkeiten zur Leistungsumwandlung gibt, verwenden sie alle eine Membran, die auf Schall reagiert und die Umwandlung in ein Mikrofonsignal ermöglicht.
Was ist ein dynamisches Mikrofon? Ein dynamischer Mikrofonwandler wandelt Energie mittels elektromagnetischer Induktion um. Eine leitfähige Membran bewegt sich in einem Magnetfeld, um ein Audiosignal zu erzeugen. Der Begriff „dynamisch“ bezieht sich typischerweise auf Tauchspulenmikrofone, obwohl Bändchenmikrofone auch dynamisch sind.
