Vollständiger Leitfaden zum Mikrofonfrequenzgang (mit Beispielen)
Der Frequenzgang(zusammen mit dem Richtgang) ist die wichtigste Spezifikation eines jeden Mikrofons. Die Klangeigenschaften eines jeden Mikrofons werden weitgehend durch den Frequenzgang erklärt.
Was ist der Mikrofonfrequenzgang? Der Mikrofonfrequenzgang ist die frequenzspezifische Ausgangsempfindlichkeit eines Mikrofons. Beschreibt die relativen Ausgangspegel von Ton-/Audiofrequenzen, die ein Mikrofon reproduzieren kann. Frequenzgänge werden als Frequenzbereiche und als vollständige Graphen angegeben.
In diesem umfassenden Leitfaden tauchen wir tief in den Frequenzgang von Mikrofonen ein. Der Frequenzgang ist eine grundlegende Spezifikation, die es zu verstehen gilt, wenn wir Mikrofone vollständig verstehen wollen. Mein Ziel ist es hier, alle Fragen zu beantworten, die Sie möglicherweise zum Frequenzgang von Mikrofonen haben.
Was ist der Mikrofonfrequenzgang?
Wie der Name schon sagt, ist der Mikrofonfrequenzgang die Reaktion des Mikrofons auf Frequenzen. Genauer gesagt ist der Frequenzgang die spezifische Empfindlichkeit eines Mikrofons gegenüber Schallfrequenzen.
Mikrofone empfangen Schallwellen(mechanische Wellenenergie) an ihren Membranen und wandeln die Wellen in Audiosignale(elektrische Energie) um.
Schallwellen sind komplex und bestehen typischerweise aus einem Bereich von Frequenzen mit einem Bereich von Amplituden. Diese Schallwellen haben einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 20.000 Hz.
Der Frequenzgang eines Mikrofons stellt den Bereich dar, für den das Mikrofon innerhalb hörbarer Schallfrequenzen empfindlich ist. Das Mikrofon könnte effektiv den gesamten Bereich des hörbaren Tons von 20 Hz bis 20 kHz wiedergeben oder es könnte auf ein kleineres Band innerhalb des hörbaren Frequenzspektrums beschränkt sein.
Innerhalb dieses Aufnahmebereichs repräsentiert der Frequenzgang eines Mikrofons auch die Frequenzen, für die das Mikrofon am empfindlichsten ist, und die Frequenzen, für die es am wenigsten empfindlich ist.
Schauen wir uns zur Veranschaulichung ein Beispiel an.
In diesem Beispiel betrachten wir die Spezifikationen des Frequenzgangs des berühmten dynamischen Mikrofons Shure SM57.
Das Datenblatt für das Mikrofon Shure SM57 sagt uns, dass der Frequenzgang des Mikrofons 40 Hz – 15 kHz beträgt.
Das bedeutet, dass das SM57 effektiv Klänge im Bereich von 40 Hz bis 15.000 Hz nachbildet. Das Mikrofon kann diese Frequenzen in seinem Mikrofonsignal ausgeben.
Dies ist jedoch nicht die ganze Geschichte. Der SM57 beginnt nicht nur mit der Klangreproduktion bei 40 Hz und stoppt bei 15.000 Hz. Er reproduziert auch nicht alle Frequenzen innerhalb dieses Bereichs gleichermaßen.
Um die ganze Geschichte zu verstehen, müssen wir uns das Frequenzgangdiagramm des SM57 ansehen:
In der obigen Grafik sehen wir eine Frequenzganglinie, die die spezifische Frequenzempfindlichkeit des SM57 angibt.
Obwohl der Frequenzgangbereich des SM57 besagt, dass es Ton bis hinunter zu 40 Hz wiedergibt, sehen wir, dass das Mikrofon bei 40 Hz 12 dB weniger empfindlich ist als seine durchschnittliche Linie(gekennzeichnet durch 0 dB auf der Y-Achse).
Ebenso hat das SM57 im oberen Bereich eine verringerte Empfindlichkeit von etwa 8 dB bei 15.000 Hz.
Innerhalb des Bereichs von 40 Hz – 15 kHz sehen wir auch einen leichten Abfall des Frequenzgangs um 400 Hz und einen großen Anstieg des Frequenzgangs zwischen 2 kHz und 12 kHz.
Dies soll zeigen, dass der Frequenzgangbereich eine manchmal irreführende Angabe ist. Verlassen Sie sich am besten auf die Frequenzganggrafik, um den Frequenzgang eines Mikrofons wirklich zu verstehen.
Dezibel und Hertz: Die Bausteine der Frequenzgangmessung
Bevor wir uns zu tief in unsere Diskussion des Mikrofonfrequenzgangs vertiefen, ist es wichtig, dass wir die Einheiten der Frequenz und die relativen Pegel verstehen.
- Die Frequenz wird in Hertz oder Hz(Zyklen pro Sekunde) gemessen.
- Relative Mikrofonausgangspegel werden in Dezibel oder dB gemessen.
Frequenz und Hertz(Hz)
Die Frequenz einer Schallwelle oder eines Audiosignals gibt an, wie oft sich die Schallwellen pro Sekunde wiederholen.
Die Frequenz wird in Hertz(Hz) gemessen, was Zyklen/Sekunde bedeutet.
In Bezug auf die Tonhöhe führt die Verdoppelung der Frequenz einer Schallwelle zu einer Tonhöhe, die genau eine Oktave höher ist. Aus diesem Grund werden Häufigkeiten besser logarithmisch als linear dargestellt. Wir sehen dies auf der X-Achse der Frequenzgangdiagramme.
Relative Pegel und Dezibel(dB)
Wie bereits erwähnt, ist der Frequenzgang die frequenzabhängige Empfindlichkeit des Mikrofons über den Bereich hörbarer Frequenzen.
Um die Unterschiede im Ausgangspegel eines Mikrofons zwischen Frequenzen wiederzugeben, verwenden wir Dezibel(dB).
Dezibel sind wie die Frequenz ebenfalls logarithmisch und sind Standardmaßeinheiten für Schallwellen und Audiosignale.
Dezibel sind Einheiten, die die Schallintensität oder die Leistung eines elektrischen Signals mit einem bestimmten Pegel auf einer logarithmischen Skala vergleichen.
Im Zusammenhang mit einem Frequenzgangdiagramm wird die relative Stärke des Mikrofonsignals entlang der Y-Achse gemessen und in Dezibel ausgedrückt.
Das Frequenzgangdiagramm hat einen Referenzpunkt von 0 dB(horizontale Linie). Die Frequenzganglinie gibt uns den Ausgangspegel des Mikrofons bei Frequenzen über das hörbare Spektrum relativ zu diesem 0-dB-Referenzpunkt(horizontale Linie) an.
Beachten Sie die folgenden allgemeinen Grundsätze darüber, wie wir Änderungen in Dezibel hören:
- Die meisten Menschen bemerken kaum einen Unterschied von 1 dB.
- Eine Differenz von 6 dB wird als etwa das Doppelte(oder die Hälfte) der Amplitude(empfundene Lautstärke) angesehen.
- Eine Differenz von 12 dB wird als ungefähr das Vierfache(oder ein Viertel) der Amplitude(empfundene Lautstärke) angesehen.
So lesen Sie ein Frequenzgangdiagramm
Bisher haben wir die Definitionen des Mikrofonfrequenzgangs behandelt; Frequenz und Hertz; relative Pegel und Dezibel. Wir haben auch ein paar Frequenzgangdiagramme gesehen.
Lassen Sie uns mit diesem Wissen in das Lesen eines Frequenzgangdiagramms eintauchen.
Das Frequenzgangdiagramm eines Mikrofons hat zwei Achsen:
- X-Achse: Frequenzen(Hz)
- Y-Achse: relative Empfindlichkeit(dB)
Werfen wir noch einmal einen Blick auf die Frequenzgangkurve des oben erwähnten dynamischen Mikrofons Shure SM57. Ich habe ausdrücklich Pfeile hinzugefügt, um die X-Achse(Frequenzen) und die Y-Achse(relative Empfindlichkeit) darzustellen.
die x-achse
Die X-Achse eines Frequenzgangdiagramms zeigt Frequenzen in Hertz(Hz).
Meistens zeigt die X-Achse Frequenzen im hörbaren Schallbereich(20 Hz – 20.000 Hz), auch wenn das Mikrofon keine Vollbereichswiedergabe hat. Dies ist oben im SM57-Diagramm dargestellt.
In anderen Fällen können Hersteller ihre X-Achsen erweitern, um Frequenzen in den Bereichen Infraschall(unter 20 Hz) und Ultraschall(über 20 kHz) einzubeziehen.
Schauen wir uns einige Beispiele an:
- Earthworks M50 Messmikrofon
- DPA 4006A omnidirektionales Mikrofon
Wie bereits erwähnt, werden Schallfrequenzen logarithmisch gehört. Mit anderen Worten, wir hören jede Verdopplung einer Frequenz um eine Oktave höher als das Original.
Ein Unterschied von 1 Hz führt zu einem größeren Tonhöhenunterschied bei niedrigen Frequenzen als bei höheren Frequenzen.
Daher ist die X-Achse als logarithmische Skala konfiguriert.
Jede Oktave(jede Frequenzverdopplung) nimmt entlang der X-Achse die gleiche Länge ein, was Sie in jedem der in diesem Artikel erwähnten Frequenzgangdiagramme sehen können.
Mit anderen Worten, der Abstand zwischen einem Frequenzwert und dem nächsten Frequenzwert wird immer kleiner, wenn Sie sich in der Grafik von links nach rechts bewegen.
Y-Achse
Die Y-Achse eines Frequenzgangdiagramms zeigt die relative Empfindlichkeit in Dezibel(dB).
Bei Frequenzgangdiagrammen sind die Y-Achsen normalerweise auf 1-, 5- oder 10-dB-Intervalle eingestellt. In unseren vorherigen Beispielen:
- Die Y-Achse des Frequenzgangs des Shure SM57 hat 5-dB-Intervalle auf dem Raster.
- Die Y-Achse des Frequenzgangs des DPA 4006A hat 5-dB-Intervalle auf dem Raster.
- Die y-Achse des Earthworks M50-Frequenzgangs hat 2-dB-Intervalle auf dem Gitter.
Es ist wichtig zu beachten, dass Dezibelwerte entlang der Y-Achse linear gemeldet werden. Wie wir jedoch besprochen haben, sind Dezibel selbst ein logarithmisches Verhältnis.
Lassen Sie uns die allgemeinen Dinge darüber zusammenfassen, wie wir Pegeländerungen in Dezibel hören:
- Die meisten Menschen bemerken einen Unterschied von 1 dB.
- Eine Differenz von 6 dB wird als etwa das Doppelte(oder die Hälfte) der Amplitude(empfundene Lautstärke) angesehen.
- Eine Differenz von 12 dB wird als ungefähr das Vierfache(oder ein Viertel) der Amplitude(empfundene Lautstärke) angesehen.
Die Frequenzgangdiagramme haben also einen 0-dB-Sollwert auf ihrer Y-Achse.Dies liefert eine 0-dB-Sollwert-Horizontalreferenzlinie über das Diagramm.
- Markierungen über dem 0-dB-Punkt stellen eine erhöhte Empfindlichkeit dar.
- Markierungen unter dem 0-dB-Punkt stellen eine verringerte Empfindlichkeit dar.
Denken Sie daran, dass die Y-Achse eine relative Empfindlichkeit darstellt. Die absolute Ausgangsleistung eines Mikrofons hängt von vielen anderen Faktoren ab, einschließlich der Amplitude und Frequenz der Schallwellen, denen es ausgesetzt ist.
Leitungsfrequenzgang
Wir kennen also die Messungen entlang der X- und Y-Achsen.Um das Diagramm zu vervollständigen, benötigen wir jedoch eine Linie, um den Frequenzgang eines Mikrofons tatsächlich darzustellen.
Die Frequenzganglinie passt Frequenzen an den relativen Ausgangspegel des Mikrofons an. Es gibt uns eine solide Vorstellung von der spezifischen Frequenzempfindlichkeit des Mikrofons oder mit anderen Worten vom Frequenzgang des Mikrofons!
Wir bringen das Frequenzgangdiagramm des Shure SM57 zurück, um einen Blick auf die Frequenzganglinie zu werfen. Denken Sie daran, dass der Frequenzbereich des SM57 40 Hz bis 15.000 Hz beträgt.
- Bei 40 Hz ist das SM57 nicht sehr empfindlich(-12 dB).
- Von 40 Hz bis knapp unter 200 Hz steigt die Empfindlichkeit des SM57 um etwa 6 dB pro Oktave.
- Es gibt einen leichten Abfall der Empfindlichkeit um 400 Hz(2 dB).
- Es gibt eine Aufwärtsrampe der Empfindlichkeit von 2 kHz bis etwa 6 kHz, wo das Mikrofon 7 dB empfindlicher wird.
- Nach 6 kHz hat das Mikrofon nichtlineare Spitzen und Täler der Empfindlichkeit bis etwa 12 kHz.
- Es gibt einen starken Höhenabfall von 12 kHz bis 15 kHz(das obere Ende des Frequenzgangbereichs des SM57).
Beachten Sie, dass manchmal mehrere Antwortlinien in das Diagramm gezeichnet werden. Typischerweise beziehen sich diese auf einen oder mehrere der folgenden Punkte:
- Optionen für Hochpassfilter.
- Off-Axis-Antwort.
Schauen wir uns zur Veranschaulichung die Frequenzgänge von 2 neuen Mikrofonen an:
- AKG C414XLII
- Electro-Voice RE20
Der AKG C 414 XLII verfügt über drei wählbare Hochpassfilteroptionen(bei 40 Hz, 80 Hz und 160 Hz). Das Frequenzgangdiagramm oben zeigt uns, dass die 40- und 80-Hz-Optionen bei -12 dB/Oktave steiler gefiltert werden, während die 160-Hz-Option bei einem weicheren Pegel von -6 dB/Oktave gefiltert wird.
Das obige RE20-Frequenzgangdiagramm zeigt uns den Frequenzgang des Mikrofons mit und ohne aktiviertem Hochpassfilter. Es zeigt uns auch die Reaktion direkt auf der Rückseite des Mikrofons(180 ° von der Achse entfernt).
Das RE20 ist ein Nierenmikrofon, hat also eine maximale Unterdrückung bei 180°. Die Grafik zeigt uns, dass es im gesamten Frequenzgang eine Dämpfung von etwa 16 dB auf der Rückseite des Mikrofons gibt.
Lesen eines Frequenzgangdiagramms
Lassen Sie uns rekapitulieren. Beim Lesen des Frequenzgangdiagramms eines Mikrofons sehen wir Folgendes:
- Der Low-End-Roll-Off des Mikrofons innerhalb hörbarer Frequenzen(falls zutreffend).
- Die High-End-Roll des Mikrofons innerhalb hörbarer Frequenzen(falls zutreffend).
- Die Frequenzen, bei denen das Mikrofon am empfindlichsten ist.
- Die Frequenzen, bei denen das Mikrofon am wenigsten empfindlich ist.
- Wie flach(oder gefärbt) der Frequenzgang des Mikrofons ist.
- Mehrere Zeilen zur Darstellung von Hochpassfiltern(falls zutreffend).
- Mehrere Linien zur Darstellung anderer EQ-Boosts oder -Cuts(falls zutreffend).
- Mehrere Linien zur Darstellung des Nahbesprechungseffekts in verschiedenen Abständen vom Mikrofon(einige Hersteller fügen dies ihren Richtmikrofonen hinzu).
- Verschiedene Linien zur Darstellung des hinteren Pickups von Richtmikrofonen(einige Hersteller fügen dies hinzu).
Mit einem geschulten Auge können wir uns eine Reihe von Frequenzgangdiagrammen von Mikrofonen ansehen und wissen, wie wir ihr Potenzial maximieren können.
Aber selbst mit einem geschulten Ohr ist es schwer zu sagen, ob Sie den Charakter und die Farbgebung eines Mikrofons in einer bestimmten Situation subjektiv genießen werden, bis Sie das Mikrofon in diese Situation bringen. Schließlich gibt es noch viele weitere Spezifikationen, die den Klang eines Mikrofons beeinflussen.
flach vs. Frequenzgänge von Farbmikrofonen
Um den Frequenzgang eines Mikrofons schnell zu beschreiben, können wir ein Mikrofon in eine von zwei Gruppen einteilen:
- Flat Frequency Response: Das Mikrofon ist für alle Frequenzen des hörbaren Frequenzspektrums gleich empfindlich. Es könnte auch bedeuten, dass das Mikrofon für alle Frequenzen innerhalb seines Bereichs gleich empfindlich ist(obwohl es niedrige und/oder hohe Dämpfungen geben wird). Das Mikrofon hat eine flache Frequenzganglinie in seinem Diagramm.
- Farbiger Frequenzgang: Das Mikrofon ist für einige Frequenzen empfindlicher und für andere weniger empfindlich. Ein Farbmikrofon hat oft einen Low-End-Roll-Off, einen High-End-Roll-Off oder beides. Das Mikrofon hat eine nicht flache Frequenzganglinie.
Es ist schwierig, einen perfekt flachen Mikrofonfrequenzgang zu erzeugen. «Flache Mikrofone» weisen im Allgemeinen einige Unterschiede in ihren spezifischen Frequenzempfindlichkeiten auf.
Solange das Mikrofon eine überwiegend horizontale Frequenzganglinie aufweist, können wir seinen Frequenzgang als „flach“ bezeichnen. Das ist natürlich subjektiv.
Schauen wir uns einige Beispiele an, um flache und farbige Frequenzgänge besser zu verstehen.
Beispiele für Mikrofone mit flachem Frequenzgang
Planare Mikrofone bieten eine konsistente Empfindlichkeit über das gesamte Frequenzspektrum.
Dies sind in der Regel Kondensatormikrofone(sowohl Klein- als auch Großmembran). Die Besonderheiten der Kondensatorkapsel und des Membrandesigns machen es relativ einfach, einen flachen Frequenzgang zu erreichen.
Mikrofone mit flachem Frequenzgang werden aufgrund ihrer genauen und detaillierten Klangwiedergabe ausgewählt.
Beispiele für Mikrofone mit flachem Frequenzgang:
- Neumann KM184.
- AKG C414XLII.
- DPA 4006A.
Neumann KM184
Das Neumann KM 184 ist ein Kleinmembran-Kondensatormikrofon mit Nierencharakteristik und flachem Frequenzgang.
Hier ist das Frequenzgangdiagramm des KM 184:
Beachten Sie, dass der Line-Frequenzgang des KM 184 nicht unbedingt flach ist, obwohl oft angenommen wird, dass das Mikrofon einen ebenen Frequenzgang hat.
Von etwa 100 Hz bis 20.000 Hz ist der Frequenzgang sehr flach, weicht nur um ±2 dB ab und weist nur einen leichten Anstieg im Helligkeitsbereich um 8.000 Hz auf.
Das KM 184 hat auch einen sanften Low-End-Roll-Off ab etwa 200 Hz, aber das färbt das Mikrofonsignal nicht zu sehr.
Dies soll zeigen, dass, obwohl die Grafik nicht perfekt ist, der KM 184 einen flachen Frequenzgang hat.
AKG C414XLII
Das AKG C 414 XLII ist ein Großmembran-Mehrfeldmikrofon.
Jedes seiner Richtdiagramme hat einen etwas anderen, aber flachen Frequenzgang. Unten ist das Frequenzgangdiagramm für die Cardioid-Option:
Wie das bereits erwähnte Neumann KM 184 ist auch das AKG C 414 XLII nicht ganz flach. Dass der C 414 einen flacheren Frequenzgang hat als der KM 184, darüber lässt sich allerdings streiten.
Ohne aktivierte Hochpassfilter sehen wir nur das geringste Abfallen des Basses. Darauf folgt ein nahezu vollkommen flacher Frequenzgang bis etwa 1000 Hz.
Oberhalb von 1 kHz gibt es leichte Schwankungen(nicht mehr als ±3 dB) in der Empfindlichkeit.
Das AKG C 414 XLII ist ein hervorragendes Beispiel für ein Planarmikrofon.
DPA 4006A
Das DPA 4006A ist ein Kleinmembranmikrofon mit Nierencharakteristik und einem extrem flachen Frequenzgang.
Beachten Sie, dass die Frequenzgangkurve des DPA 4006A auf der X-Achse bis zu 40 kHz reicht(statt der typischen 20 kHz).
Für 20 Hz bis etwa 5.000 Hz ist der Frequenzgang des 4006A völlig flach.
Der obere Frequenzgang hängt davon ab, ob die Schallquelle auf der Achse(wohin das Mikrofon zeigt) oder diffus(außerhalb der Achse oder um den akustischen Raum herum reflektierend) liegt.
On-Axis-Sounds werden im oberen Frequenzbereich sanft angehoben, während Fuzzy-Sounds sanft entfernt werden.
Beispiele für Mikrofone mit flachem/farbigem Frequenzgang
Einige Mikrofone liegen im Mittelweg zwischen „flach“ und „farbig“.
Bändchenmikrofone fallen oft in diese Grauzone. Sie klingen sehr präzise und natürlich, obwohl sie meist keine sehr flachen Frequenzgänge darstellen.
Diese Mikrofone erzeugen einen ziemlich natürlichen Klang, weisen jedoch einige Unregelmäßigkeiten in ihrem Line-Frequenzgang auf. Oft haben diese «flachen/farbigen» Mikrofone signifikante Höhen- und/oder Tiefendämpfungen.
Mikrofone mit flachen/farbigen Frequenzgängen werden oft aufgrund ihres Charakters ausgewählt, während sie den Ton präzise und natürlich erfassen.
Beispiele für Mikrofone mit flachen/farbigen Frequenzgängen:
- Electro-Voice RE20.
- SAA-R84.
Electro-Voice RE20
Das Electro-Voice RE20 ist ein dynamisches Mikrofon mit Schwingspule und Nierencharakteristik und einem relativ flachen Frequenzgang(im Vergleich zu anderen dynamischen Mikrofonen mit Schwingspule).
Der Frequenzgang des Electro-Voice RE20 ist alles andere als flach. Von etwa 70 Hz bis 14 kHz gibt es jedoch nur eine Schwankung von ±2 dB in der Mikrofonantwort.
Die Low-End- und High-End-Rolloffs beeinflussen sicherlich die Färbung des RE20 zusammen mit der Ungleichmäßigkeit der Reaktionslinie.
Daher könnte die Electro-Voice als flach und farbig angesehen werden. Im Vergleich zu vielen anderen Moving-Coil-Dynamics ist es sicherlich flach, aber im Vergleich zu früheren Kondensatormikrofonen ist es definitiv farblos.
SAA R84
Das AEA R84 ist ein bidirektionales Bändchenmikrofon mit einem für High-End-Bändchenmikrofone typischen Frequenzgang.
Bändchenmikrofone werden für ihren natürlichen Klang geschätzt, insbesondere bei der Aufnahme von digitalem Audio.
Die sanften High-End-Schwingungen von Bändchenmikrofonen(wie dem AEA R84) machen sie ungefähr so, wie wir Ton natürlich hören.
Der Line-Frequenzgang des AEA R84 ist alles andere als flach, aber das Mikrofon klingt unglaublich natürlich und nimmt den Ton genau auf.
Ich würde den Frequenzgang des R84 nicht als flach bezeichnen. Basierend auf den Definitionen von flachen und farbigen Mikrofonen kann es jedoch gut in den Graubereich passen.
Farbiger Frequenzgang
Das farbige Mikrofon weist Spitzen und Täler in seinen Frequenzgängen auf.
Aufgrund ihrer robusten und schweren Natur haben viele dynamische Tauchspulenmikrofone farbige Frequenzgänge, die durch Resonanzfrequenzen und Trägheit in ihren Membranen und Kapseln verursacht werden.
Farbige Mikrofone werden oft gewählt, um die wichtigen Frequenzen ihrer beabsichtigten Schallquellen zu betonen, während weniger wichtige oder konkurrierende Frequenzen unterdrückt werden.
Beispiele für Mikrofone mit farbigen Frequenzgängen:
- Shure Beta52A.
- Shure SM57.
Shure Beta52A
Das Shure Beta 52A ist ein dynamisches Tauchspulenmikrofon mit Supernierencharakteristik und extrem farbigem Frequenzgang.
Hier ist das Frequenzgangdiagramm des Shure Beta 52A:
Die Gipfel und Täler des Beta 52A sind riesig.
Das Mikrofon betont stark 4 kHz und ist sehr empfindlich für niedrige Frequenzen(insbesondere auf kurze Distanzen aufgrund des Nahbesprechungseffekts). Es gibt auch einen sehr ausgeprägten Abfall der Höhen zwischen der Spitze bei 4 kHz und der Spitze des Frequenzgangs des 52A bei 10 kHz.
Die extreme Farbgebung des Beta 52A macht es zu einem Spezialmikrofon, das als Kick-Drum-Mikrofon vermarktet wird.
Das Shure SM57 ist ein dynamisches Tauchspulenmikrofon mit Nierencharakteristik und farbigem Frequenzgang.
Shure-SM57
Wie wir sehen können, ist der SM57 definitiv farbig.
Der farbige Frequenzgang des SM57 macht es zu einer ausgezeichneten Wahl für Gesang und andere Instrumente, insbesondere in Live-Situationen.
- Low-End-Roll-Off verbessert die Rauschunterdrückung und Verstärkung vor Rückkopplung.
- Peaking bei 6 kHz verbessert die Sprachverständlichkeit und akzentuiert viele Instrumente.
- High-End-Roll-Off reduziert die Härte und verbessert gleichzeitig die Verstärkung vor Rückkopplung.
Die Spezifikation des Frequenzgangmikrofons
Der Frequenzgang ist eine kritische Spezifikation, die Mikrofonhersteller in ihre Mikrofon-Spezifikationsblätter aufnehmen müssen.
Wie wir besprochen haben, gibt es zwei allgemeine Möglichkeiten, den Frequenzgang des Mikrofons auszudrücken:
- Der Frequenzbereich, den ein Mikrofon angemessen reproduzieren kann. Dies wird oft als Toleranzmaß ausgedrückt.
- Ein Diagramm, das die relative Empfindlichkeit eines Mikrofons gegenüber Frequenzen innerhalb seines «Bereichs» zeigt.
Der Frequenzgangbereich ist(selbst mit einem Maß an Toleranz) nicht sehr brauchbar.
Beispielsweise sagt uns ein Frequenzgangbereich von 20 Hz bis 20.000 Hz, dass ein Mikrofon effektiv Frequenzen über den gesamten hörbaren Bereich ausgibt, aber wir haben keine Ahnung, ob das Mikrofon bestimmte Frequenzen innerhalb dieses Bereichs anhebt oder absenkt.
20 Hz – 20.000 Hz ±3 dB sagt uns, dass der Frequenzgang des Mikrofons zumindest ziemlich konstant und flach ist. Allerdings raten wir noch zu den Frequenzen, bei denen das Mikrofon 3 dB empfindlicher und 3 dB weniger empfindlich ist.
Die bei weitem beste Art, den Frequenzgang eines Mikrofons zu vermitteln, ist ein Diagramm.
Beispiel für Frequenzgangspezifikation: Shure Beta 52A
Der Shure Beta 52A hat eine Frequenzgang-Spezifikation von 20 Hz bis 10.000 Hz. Shure bietet auch das folgende Frequenzgang-Diagramm.
Wie Sie sehen können, liefert die Grafik so viele Informationen, die „20 Hz – 10.000 Hz“ nicht vermitteln kann.
Auswahl des Mikrofons mit dem richtigen Frequenzgang
Es gibt viele verschiedene Mikrofone auf dem Markt mit vielen unterschiedlichen Frequenzgängen.
Wir haben über flache und farbige Frequenzgänge gesprochen und wie der Frequenzgang eines Mikrofons den charakteristischen Klang des Mikrofons formt.
Wie wählen wir also das richtige Mikrofon mit dem richtigen Frequenzgang für den richtigen Zweck aus?
Es gibt einige Dinge, die wir uns fragen sollten.
- Welche Schallquelle(n) nehmen wir mikrofoniert auf?
- In welcher akustischen Situation mikrofonieren wir die Schallquelle(n)?
- Wie mikrofonieren wir die Tonquelle(n)?
Mit anderen Worten, idealerweise sollten wir das Klang- und Frequenzprofil der Quelle und die Akustik des Raums verstehen. Als nächstes sollten wir optimalerweise ein Mikrofon mit einer Frequenz auswählen, die den Klang der Quelle verstärkt, unter Berücksichtigung der Technik(en), die wir verwenden werden, um das Mikrofon so zu positionieren, dass die Quelle erfasst wird.
Schauen wir uns einige Beispiele an:
Auswählen eines Mikrofonfrequenzgangs für Voiceover
Voiceovers werden idealerweise solo in schalldichten Isolierkabinen aufgenommen. Diese akustischen Räume haben so wenig Reflexionen und Umgebungsgeräusche wie möglich.
Dadurch können wir das Mikrofon für den Raum und den Sprecher optimal positionieren.
Wir haben eine ideale Aufnahmeumgebung und wir nehmen die menschliche Stimme auf. In dieser Situation wäre ein Mikrofon mit flachem Frequenzgang ideal.
Ein flacher Frequenzgang nimmt Voiceover mit so wenig Färbung wie möglich auf.
Ein Beispiel für ein beliebtes Voiceover-Mikrofon, das in professionellen Studios auf der ganzen Welt zu finden ist, ist das berühmte Neumann U87:
Das Neumann U 87 AI verfügt über 3 wählbare Richtcharakteristiken und einen Hochpassfilter.
Hier sind die Frequenzgangdiagramme für jede der Richtcharakteristiken(Kugel, Niere und bidirektional):
Obwohl jede der oben genannten Richtcharakteristiken gut für Isolationskabinensprache funktionieren würde, ist die Nierencharakteristik die beliebteste.
Wie wir in der obigen Grafik sehen, ist die Nierencharakteristik des U 87 wunderbar flach zwischen etwa 70 Hz und 5500 Hz. Das ist es, was wir von einem Voiceover-Mikrofon erwarten.
Die leichte Bassabsenkung hilft, Rauschen im Signal zu eliminieren.
Wenn wir wirklich zusätzlichen Bass brauchen, zeigt der Nierenmodus einen Nahbesprechungseffekt, sodass wir den Darsteller und das Mikrofon leicht näher zusammenbringen können. Im Gegenteil, wenn zu viel Bass oder der Nahbesprechungseffekt zu stark ist, gibt es einen Hochpassfilter.
Die Erhöhung der Empfindlichkeit um 2–3 dB zwischen 6 kHz und 12 kHz verleiht einem Voiceover ein wenig Glanz.
Die leichte Höhenabsenkung trägt dazu bei, die Härte oder Helligkeit des Voiceovers zu reduzieren. Dies ist besonders nützlich bei digitalem Audio, das manchmal zu sauber/hell ist.
Auswählen eines Mikrofonfrequenzgangs für Live-Gesang
In den meisten Situationen werden Live-Vocals auf relativ lauten Bühnen aufgeführt. Selbst in kleinen Ensembles und Veranstaltungsorten gibt es wahrscheinlich andere Instrumente, Publikumsgeräusche, Raumgeräusche und das PA-System, das auch in das für Gesang vorgesehene Mikrofon eingeht.
Aus diesem Grund werden Mikrofone für Live-Gesang so nah wie möglich an den Sängern platziert. Dies ermöglicht die bestmögliche Isolierung der Gesangsdarbietung.
Sie haben normalerweise auch eine Nierencharakteristik und zeigen von den Lautsprechern weg. Dies dient dazu, die Verstärkung vor Rückkopplung zu erhöhen und ein saubereres, klareres Stimmsignal zu erzeugen.
Die beiden vorherigen Punkte sagen uns, dass das typische Live-Gesangsmikrofon einen Nahbesprechungseffekt aufweist.
Da die Bühne wahrscheinlich laut sein wird und es aufgrund des Nahbesprechungseffekts zu einer deutlichen Erhöhung des Basses kommen wird, wird für Live-Gesang ein Mikrofon mit geringer Frequenzabsenkung bevorzugt.
Es ist auch schön, einen High-End-Roll-Off zu haben, um jegliche Härte im Signal aufgrund von Becken und hochfrequenten Schallquellen herauszufiltern.
Diese Dämpfungen tragen auch dazu bei, die Wahrscheinlichkeit von Mikrofonrückkopplungen zu verringern.
Da die Umgebung wahrscheinlich laut sein wird, ermöglicht eine Erhöhung des Sprachverständlichkeitsbereichs(ca. 2 kHz – 6 kHz), dass der Gesang etwas mehr durch den Mix schneidet, ohne dass nachträglich eine Entzerrung erforderlich ist.
Das beliebteste Live-Gesangsmikrofon der Welt ist das Shure SM58:
Das Shure SM58 ist ein dynamisches Tauchspulenmikrofon mit Nierencharakteristik.
Hier ist der Frequenzgang des Shure SM58:
Das Shure SM58 hat einen Frequenzgang, der sehr gut für Live-Gesang geeignet ist.
Low-End-Roll-Off filtert effektiv Low-End-Grollen aus Netzstrom und Bühnenvibrationen.
Da das Mikrofon jedoch gerichtet ist, glättet der Nahbesprechungseffekt den unteren Frequenzgang effektiv, vorausgesetzt, der Sänger befindet sich sehr nahe am Mikrofon.
Von etwa 100 Hz bis 2000 Hz ist der Frequenzgang des SM58 flach. Auf diese Weise können Sie die meisten Vocals sehr genau erfassen.
Der erhöhte Präsenzbereich(3 kHz – 10 kHz) ermöglicht es, die Verständlichkeit der Gesangsdarbietung durch den Mix zu schneiden.
High-End-Dämpfung filtert übermäßige Helligkeit aus Ihrer Stimme oder Umgebung heraus.
Auswählen eines Mikrofon-Frequenzgangs für ein Snare-Drum-Kit
Das Mikrofonieren eines Schlagzeugs kann so einfach sein wie das Aufstellen eines Overhead- oder Raummikrofons, oder es kann so kompliziert sein wie das Mikrofonieren jedes Schlagzeugs. In den meisten Situationen(sofern es die Ausrüstung zulässt) werden Drum-Kits mit zwei Overhead-Mikrofonen, einem dedizierten Kick-Drum-Mikrofon und einem dedizierten Snare-Mikrofon abgenommen.
Trommeln haben typischerweise eine starke Grundfrequenz im unteren Mitteltonbereich(100 Hz – 250 Hz). Über den Grundlagen hinaus gibt es wirklich keinen Reim oder Grund für die Frequenzen. Schlagzeug hat jedoch typischerweise einen anderen Peak im oberen Mittenbereich zwischen 3-6 kHz.
Die Auswahl eines Mikrofons mit einem Frequenzgang, der um den Grundton und den oberen Mittenbereich der Snare herum ansteigt, trägt dazu bei, den Charakter der Snare zu betonen.
Die akustische Umgebung einer Trommel(oder jeder anderen Trommel innerhalb eines Schlagzeugs) ist, gelinde gesagt, laut. Die Falle zu isolieren ist unmöglich, aber wir bemühen uns trotzdem darum.
Wenn ich versuche, die Snare zu isolieren, nehme ich sie normalerweise sehr eng mit einem Richtmikrofon ab. Dies bedeutet, dass der Proximity-Effekt ein zu berücksichtigender Faktor sein wird.
Die Wahl eines Mikrofons mit einem Bass-Roll-Off im Frequenzgang hilft, Bassbrummen herauszufiltern; der Klang der Bassdrum; und den Proximity-Effekt bekämpfen.
Ein High-End-Roll-Off ist auch vorzuziehen, um die Helligkeit der Trommelbecken effektiv herauszufiltern.
Eine Option für mikrofonierte Drums wurde in diesem Artikel bereits mehrfach erwähnt. Es ist das berühmte Shure SM57:
Das Shure SM57 ist ein dynamisches Tauchspulenmikrofon mit Nierencharakteristik.
Hier ist das Frequenzgangdiagramm des Shure SM57:
Wir sehen aus der obigen Grafik, dass der SM57 einen Frequenzgang hat, der ziemlich gut zu einer typischen Box passt.
Sein Low-End-Roll-Off hilft, die anderen Drums im Kit herauszufiltern. Der Nahbesprechungseffekt ermöglicht es dem Mikrofon jedoch immer noch, den Bass von der Snare Drum aufzunehmen, vorausgesetzt, wir sprechen eng mit der Snare Drum.
Die Anhebung der oberen Mitten trägt dazu bei, das Snap und den Charakter der Snare zu betonen.
Der High-End-Roll-Off des SM57 hilft, den Klang von Trommelbecken herauszufiltern.
Auswahl eines Mikrofon-Frequenzgangs für einen Flügel
Der Flügel ist ein riesiges Instrument mit einem riesigen Tonumfang.
Um den besten Klang eines Flügels einzufangen, werden oft mehrere Mikrofone verwendet, die an verschiedenen Stellen um das Instrument herum und im akustischen Raum platziert sind.
Der flache, erweiterte Frequenzgang ist ideal, um den wahrhaftigsten Klang des wunderschönen Flügels einzufangen.
Eine übliche Umgebung für die Mikrofonierung eines Flügels wäre ein Konzertsaal. Publikumsgeräusche sind in diesen großen halligen Räumen normalerweise vernachlässigbar, aber die Mikrofone nehmen definitiv Schallreflexionen im akustischen Raum auf. Das ist völlig in Ordnung und wird allgemein gewünscht.
Mikrofone mit Kugelcharakteristik und flachem Frequenzgang klingen im Allgemeinen natürlicher. Und so werden Flügel typischerweise mit diesen Mikrofonen aufgenommen!
Ein empfohlenes Mikrofon für die Aufnahme von Flügelklängen ist das AKG C 414 XLS:
Das AKG C 414 XLS ist ein Großmembran-Multi-Pattern-Kondensatormikrofon.
Obwohl der AKG C 414 XLS über 9 wählbare Richtcharakteristiken verfügt, konzentrieren wir uns auf die Rundstrahlcharakteristik.
Hier ist der Frequenzgang des C 414 im omnidirektionalen Modus:
Die flache Natur des Frequenzgangs des AKG C 414 XLS ermöglicht es, den wahren Klang des Flügels und den Nachhall des akustischen Raums einzufangen.
Wenn das Mikrofonsignal zu viel Bassrauschen enthält, versuchen Sie, einen der 3 wählbaren Hochpassfilter zu aktivieren.
Die Wahl eines Mikrofons mit einem komplementären Frequenzgang geht mit der Praxis einher, verschiedene Instrumente aufzunehmen. Kurz gesagt, eine solide Strategie umfasst nur 3 Schritte:
- Den Frequenzbereich(Grundtöne und Obertöne) eines Instruments verstehen.
- Wählen Sie ein Mikrofon mit einem Frequenzgang, der die wichtigen Frequenzen dieses Instruments verstärkt.
- Beachten Sie die Position des Mikrofons; das seltsame Geräusch in der Nähe; und der Proximity-Effekt.
Wie nehmen Mikrofone unterschiedliche Frequenzen auf?
Unterschiedliche Schallfrequenzen lassen die Luft unterschiedlich schnell vibrieren. Die Frequenz wird, wie bereits erwähnt, in Hertz(Hz) gemessen, was Zyklen oder Schwingungen pro Sekunde sind.
Schallschwingungen in der Luft entstehen entlang von Longitudinalwellen(Schallwellen). Diese Wellen haben genau wie andere Wellen Spitzen(maximale Kompression) und Täler(maximale Verdünnung).
Die Wellenlänge dieser Longitudinalwellen ist umgekehrt proportional zur Frequenz(bei konstanter Schallgeschwindigkeit).
Niedrigere Frequenzen haben naturgemäß eine höhere Amplitude(eine Grundfrequenz eines Instruments beispielsweise hat eine höhere Amplitude als seine Harmonischen).
Diese «leiseren» Harmonischen tragen zur Gesamtschwingung der Luft bei, was zu allen möglichen interessanten Wellenformen führt. Wir haben also langsamere Wellen(niedrigere Frequenzen) und sich schneller bewegende Wellen(höhere Frequenzen), die effektiv zusammengefügt werden, um die Luft auf komplizierte Weise in Schwingung zu versetzen.
Unsere Ohren nehmen dies auf und senden ein elektrisches Signal an unser Gehirn.
Mikrofonmembranen sind sehr ähnlich!
Die Membran eines Mikrofons vibriert entsprechend den Schallwellen, denen sie ausgesetzt ist.
Mikrofonmembranen, Kapseln/Tonabnehmer und Körper im Allgemeinen haben natürliche Resonanzfrequenzen, die die Spitzen und Täler innerhalb ihres gesamten Frequenzgangs beeinflussen. Dies ist besonders relevant bei den relativ schweren Membranen dynamischer Tauchspulmikrofone.
Die Determinanten des Mikrofonfrequenzgangs
Der Frequenzgang ist die wichtigste Determinante für den charakteristischen Klang eines Mikrofons. Es ist eine Funktion vieler Variablen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Mikrofons selbst.
Der Frequenzgang eines Mikrofons wird durch folgende Faktoren beeinflusst:
- Membrangewicht.
- Membrangröße.
- Membranform.
- Membranspannung.
- Größe und Form von Kapsel/Schallwand/Kartusche.
- Kapselrichtung.
- Resonanzfrequenzen des Mikrofonkörpers.
- Abstand zwischen Schallquelle und Mikrofon.
- Ausgangsimpedanz versus Lastimpedanz zwischen Mikrofon und Vorverstärker.
Membrangewicht
Das Gewicht der Mikrofonmembran ist ein begrenzender Faktor im Hochfrequenzgang.
Die Trägheit einer schweren Membran macht sie weniger empfindlich gegenüber kleineren Schallwellenlängen(höheren Frequenzen). Aus diesem Grund haben relativ schwere Schwingspulen-Membranen eine schlechtere Hochfrequenzempfindlichkeit als ihre leichteren Bändchen- und Kondensator-Pendants.
Membrangröße
Der Durchmesser einer kreisförmigen Membran spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Hochfrequenzgangs Ihres Mikrofons.
Wenn eine Schallwelle eine Wellenlänge hat, die dem Durchmesser einer Membran entspricht, übt sie gleiche Mengen an positivem und negativem Druck aus und hebt sich effektiv auf.
Schallwellen, die kürzer als diese Wellenlänge sind, werden ziemlich „gestuft“, insbesondere wenn beide Seiten der Membran einem äußeren Schalldruck ausgesetzt sind. Dadurch wird die Klarheit des Hochfrequenzgangs weiter reduziert.
Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz, sodass kleinere Membranen physikalisch in der Lage sind, höhere Frequenzen wiederzugeben als große Membranen.
die Form des Zwerchfells
Die Form der Membran ist ein Faktor bei den Resonanzfrequenzen des Mikrofons.
Typische Schwingspulen- und Kondensatormembranen sind kreisförmig und daher anfällig für Resonanzfrequenzen(denken Sie an stehende Wellen).
Eine Wellenlänge, die genau doppelt so lang ist wie der Membrandurchmesser, verursacht eine Art stehende Welle an der Membran, wobei die Art der Membranform die Frequenz dieser Wellenlänge leicht betont. Ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge verhalten sich an der Membran interessant und verursachen selbstauslöschende oder resonante stehende Wellen.
Bändchenmikrofone sind anders. Ihre langen Wellbandmembranen haben aufgrund ihrer unregelmäßigen Form im Allgemeinen keine starken Resonanzfrequenzen!
Schwingspulenmembranen haben oft Schlitze in den Blättern und Kerben, wo die Schwingspule befestigt wird. Diese unregelmäßige Form beeinflusst auch den Frequenzgang des Mikrofons.
Membranspannung
Die Spannung einer Membran beeinflusst die Trägheit der Membran und den Frequenzgang des Mikrofons.
Denken Sie daran, eine Box zu tunen. Je mehr wir die Haut dehnen, desto höher wird die Resonanzfrequenz der Box. Je enger die Membran eines Mikrofons ist, desto höher ist seine Resonanzfrequenz aufgrund von Spannung. Schlagen Sie nicht mit Drumsticks auf die Mikrofonmembranen!
Bei Kleinmembran-Kondensatormikrofonen kann diese Spannung Resonanzen weit über den Hörbereich des menschlichen Ohrs hinaus verursachen.
Großmembrankondensatoren haben typischerweise eine Hochfrequenzanhebung aufgrund von Membranbelastung.
Bändchenmembranen sind oft so locker, dass ihre Resonanzfrequenz(aufgrund von Spannung) im Subbassbereich oder sogar unterhalb des hörbaren Bereichs des menschlichen Ohrs liegt.
Das Polstermaterial und der Raum um die Kapsel herum.
Mikrofone haben oft Schutzgitter um ihre Kapseln. Im Inneren des Gitters und um die Kapsel herum befindet sich oft feuchtigkeitsspendender Akustikschaum. Zwischen dem Gitter, dem Schaum und der Kapsel besteht eine Lücke.
Das Dämpfungsmaterial trägt dazu bei, die Kapsel vor Explosionen zu schützen und gleichzeitig höhere Frequenzen zu dämpfen.
Der Raum innerhalb des Mikrofons hat das Potenzial, kurze stehende Wellen zu fördern.
Obwohl diese scheinbar kleinen Faktoren unbedeutend und schrecklich kompliziert sind, sind sie wichtige Teile des Mikrofondesigns und des Frequenzgangs.
Im Allgemeinen werden Treiber mit -6 dB pro Oktave gedämpft, um einen natürlich klingenden Frequenzgang zu erzeugen.
Kapselrichtung
Ja, sogar die Direktionalität eines Mikrofons beeinflusst seinen Frequenzgang. Dies gilt insbesondere bei außeraxialen Bewegungen für Richtmikrofone.
Bei einem Richtmikrofon ist die Kapsel mit einem bestimmten „Pfad“ ausgestattet, den der Schall zurücklegen muss, um von der Vorderseite der Membran zur Rückseite der Membran zu gelangen. Dieser Abstand wirkt sich auf die Dämpfung hoher Frequenzen von den Mikrofonen aus.
Der Frequenzabfall beginnt an einer Spitze: bei einer Frequenz mit einer Wellenlänge, die doppelt so lang ist wie die Weglänge von der Vorderseite zur Rückseite der Membran. Bei dieser Frequenz besteht eine maximale Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran, was zu einer Spitze im Frequenzgang führt.
Oberhalb dieser Grenzfrequenz wird die Druckdifferenz immer kleiner. Der Amplitudenunterschied verringert sich auch mit höheren Frequenzen. Beides bewirkt eine Abnahme des Frequenzgangs.
Beachten Sie, dass Mikrofone bei hohen Frequenzen stärker gerichtet sind und bei niedrigen Frequenzen zunehmend omnidirektional werden .
Daher weist der Off-Axis-Frequenzgang eines Richtmikrofons im Vergleich zum On-Axis-Frequenzgang relativ weniger Höhen und mehr Tiefen auf. Wenn wir die Schallquelle weiter von der Achse wegbewegen, wird das Mikrofon bei der Wiedergabe hoher Frequenzen schlechter.
Resonanzfrequenzen des Mikrofonkörpers
Alle physischen Objekte haben Resonanzfrequenzen(denken Sie an Stimmgabeln). Mikrofone sind nicht anders.
Qualitätsmikrofonkörper werden unter diesem Gesichtspunkt entwickelt und es wird besondere Sorgfalt darauf verwendet, das Vorhandensein von Resonanzfrequenzen zu minimieren. Tatsache ist jedoch, dass diese Resonanzfrequenzen des Mikrofonkörpers den Frequenzgang beeinflussen.
Abstand zwischen Schallquelle und Mikrofon
Obwohl nicht Teil der Anatomie des Mikrofons, spielt die Entfernung von der Schallquelle eine Rolle im Frequenzgang von Richtmikrofonen. Vor allem im unteren Bereich. Das liegt am Proximity-Effekt, auf den wir später noch näher eingehen werden.
Je näher die Schallquelle an einem Mikrofon ist, desto mehr tiefe Frequenzen gibt das Mikrofon wieder.
Ausgangsimpedanz vs. Lastimpedanz
Die Spannungsübertragung zwischen dem Mikrofon und dem Vorverstärker nimmt zu, wenn die Lastimpedanz im Vergleich zur Ausgangsimpedanz des Mikrofons zunimmt. Eine Lastimpedanz, die mindestens fünfmal höher ist als die Ausgangsimpedanz, ist vorzuziehen.
Die Ausgangsimpedanz eines Mikrofons ist jedoch frequenzspezifisch und bei niedrigen Frequenzen oft viel höher. Daher können niedrige Lastimpedanzen zu einem Verlust des Niederfrequenzgangs führen.
In Impedanzwandlern(entweder Aufwärtstransformatoren oder Schaltungen) können hohe Frequenzen aufgrund der erhöhten Impedanz des Mikrofonsignals verloren gehen.
Der Frequenzgang des menschlichen Ohrs
Ja, unsere Ohren haben auch einen Frequenzgang!
Die äußeren Grenzen des menschlichen Gehörs liegen, wie wir besprochen haben, bei 20 Hz am unteren Ende und 20.000 Hz am oberen Ende.
Wir haben uns entwickelt, um eine Empfindlichkeit zwischen 2000 Hz und 5000 Hz zu haben. Dies ist der Bereich der Sprachverständlichkeit der menschlichen Stimme. Wie bereits erwähnt, profitieren Gesangsmikrofone von einer Anhebung in diesem Bereich.
Wenn wir das Spektrum hinuntergehen und uns 20 Hz nähern, werden wir immer weniger empfindlich gegenüber SPL-Pegeln.
Tatsächlich fühlen wir diese Subbass-Frequenzen(20 Hz – 60 Hz) öfter, als wir sie hören.
Am oberen Ende des Spektrums verlieren wir mit zunehmendem Alter langsam die Empfindlichkeit und schädigen wiederholt unser Gehör.
Da ich zum Beispiel so viel Zeit damit verbringe, Musik in lauten Bands zu spielen und laute Shows zu besuchen, fällt es mir persönlich schwer, etwas über 16.500 Hz zu hören … Schützen Sie Ihre Ohren!
Um den komplizierten Frequenzgang des menschlichen Gehörs besser zu verstehen, sehen Sie sich die Fletcher-Munson-Kurven an:
Die obigen Kurven zeigen uns allgemein ausgedrückt die spezifischen relativen Frequenzempfindlichkeiten des menschlichen Ohrs.
In der obigen Grafik finden Sie mehrere Linien, die sich auf verschiedene Werte von Phon beziehen.
Ein Phon ist ein wahrgenommener Lautstärkepegel. Sie werden sehen, dass je niedriger die Telefonleitung ist, desto weniger Schalldruckpegel ist erforderlich, damit wir eine Frequenz hören können.
- 0 Phon ist die Hörschwelle.
- 120 Phon ist die Schmerzgrenze.
Am unteren Ende(20 Hz) sehen wir, dass ein großer Schalldruckpegel erforderlich wäre, damit wir einen Ton tatsächlich hören können. Bei einer Frequenz von 4 kHz reagieren wir jedoch sehr empfindlich auf Schalldruckschwankungen.
Was sind Frequenzbänder?
Bevor ich fortfahre, möchte ich noch etwas mehr Informationen über Frequenzbänder(Bereiche) und wie wir sie hören geben:
Bitte beachten Sie, dass diese Bereiche nur grobe Richtlinien sind. Hier gibt es keine Norm.
Die Frequenzbereiche sind:
- ≤ 60 Hz = Subwoofer.
- 60 Hz – 250 Hz = Bass.
- 250 Hz – 500 Hz = Tiefe Mitten.
- 500Hz – 2kHz = Mittenbereich.
- 2 kHz – 4 kHz = hohe Mitten.
- 4 kHz – 6 kHz = Präsenz.
- ≥ 6kHz = Helligkeit.
≤ 60 Hz = Subwoofer
Dieses Frequenzband ist mehr zu spüren als zu hören(siehe Fletcher-Munson-Kurven). Den meisten Instrumenten und Sounds fehlen Informationen in diesem Bereich.
Achten Sie bei Mikrofonen für Bassdrums, Bassverstärker und Tuba besonders auf den Subbass-Frequenzgang.
60 Hz – 250 Hz = niedrig
Hier finden sich die meisten „musikalischen“ Bassinformationen. Die Grundfrequenzen vieler Instrumente liegen in diesem Bereich, einschließlich der Grundfrequenz der meisten menschlichen Stimmen.
250 Hz – 500 Hz = tiefe Mitten
Dieser Bereich enthält die stärksten Obertöne von Bassinstrumenten und die Grundtöne einiger höher gestimmter Instrumente. Zu viel Feedback in diesem Band kann das Mikrofon „matschig“ klingen lassen. Eine unzureichende Reaktion in diesem Band kann dazu führen, dass das Mikrofon zu dünn klingt.
500Hz – 2kHz = Mittenbereich
Das menschliche Ohr beginnt in diesem Bereich empfindlicher zu werden. Dieser Bereich enthält schwächere Obertöne von Bassinstrumenten und stärkere Obertöne von höheren Instrumenten.
2 kHz – 4 kHz = hohe Mitten
Das menschliche Ohr ist in diesem Bereich am empfindlichsten. Ein Mikrofon mit einer erheblichen Anhebung oder Absenkung in diesem Band wird die Klangfarbe eines Klangs nicht sehr genau wiedergeben.
4kHz – 6kHz = Präsenz
Wenn ein Mikrofon in diesem Bereich empfindlich ist, kann es dem Klang mehr Präsenz verleihen oder es kann hart klingen. Es gibt eine sehr feine Linie.
Wenn der Frequenzgang eines Mikrofons in diesem Band einbricht, kann die Quelle transparent oder weiter entfernt klingen, als sie wirklich ist.
≥ 6kHz = Helligkeit
Viele dynamische Mikrofone fallen irgendwo in das „Helligkeits“-Frequenzband(obwohl sie möglicherweise für die Aufnahme von bis zu 20 kHz ausgelegt sind).
Diese Bandbreite ist mitverantwortlich dafür, dass Kondensatormikrofone im Allgemeinen „hi-fi“ klingen als ihre dynamischen Pendants. Kondensatormikrofone leisten normalerweise hervorragende Arbeit bei der Aufnahme von Frequenzen in diesem Bereich, der alle höheren Harmonischen von Klängen umfasst, sowie die „Luft“ und „Helligkeit“ eines Klangs(das sind meine Fachbegriffe).
Bändchenmikrofone neigen dazu, sanft in das helle Band zu gleiten, sodass sie einen „warmen“ Klang wiedergeben.
Wie wird der Frequenzgang bei Mikrofonen gemessen?
Der Prozess der korrekten Berechnung des Frequenzgangs eines Mikrofons ist einfach zu verstehen. Allerdings benötigen Mikrofonhersteller teures Equipment, um tatsächlich richtig messen zu können. Dieses Kit beinhaltet:
- ein schalltoter Raum.
- Ein perfekt kalibrierter Lautsprecher.
Ein schalltoter Raum ist absolut akustisch tot. In einem schalltoten Raum gibt es keine Umgebungsgeräusche und im Raum selbst gibt es keine reflektierenden Oberflächen. Negative dBA-Werte sind bei der Messung von Umgebungsgeräuschen aus einem schalltoten Raum keine Seltenheit. Das ist unglaublich!
Als nächstes wird ein perfekt kalibrierter Lautsprecher benötigt. Dieser Lautsprecher benötigt einen flachen Frequenzgang und sollte in der Lage sein, gleichmäßig von 20 Hz bis 20.000 Hz auszugeben. Wie der schalltote Raum muss dieser Lautsprecher eine wirklich unglaubliche Menge an Designdetails enthalten.
Das betreffende Mikrofon wird vor den Lautsprecher gestellt, per XLR an einen kalibrierten Spektrumanalysator angeschlossen und schon kann der Test losgehen.
Rosa Rauschen wird über diesen Lautsprecher wiedergegeben und vom Mikrofon erfasst.
Rosa Rauschen wird verwendet, weil es in allen Oktaven des menschlichen Hörbereichs die gleiche Energie hat. Wenn also die resultierende Frequenzgangkurve nicht flach ist, hat dies etwas mit der Reaktion des Mikrofons bei bestimmten Frequenzen zu tun.
Das Mikrofonsignal wird an einen Spektrumanalysator gesendet und dann ein Frequenzgangdiagramm erstellt.
Das klingt teuer und ist es auch!
Eine alternative Methode zur Messung des Frequenzgangs in Mikrofonen
Anstatt all diese teuren Geräte zu verwenden, um einen genauen Frequenzgang zu erzeugen, vergleichen sich Hersteller(und Audio-Enthusiasten gleichermaßen) mit einer bekannten Referenz.
Indem wir das betreffende Mikrofon mit einem anderen Mikrofon mit bekanntem Frequenzgang analysieren, berechnen wir die Unterschiede und leiten daraus einen Frequenzgang für das unbekannte Mikrofon ab.
Bei dieser Option müssen wir sicherstellen, dass alles außer den Mikrofonen in beiden Tests gleich ist:
- Vierte.
- Alles im Zimmer.
- Die Position der Mikrofone.
- Abstand zum Sprecher.
- Es wird dasselbe rosa Rauschen und dieselbe Lautstärke verwendet.
Dies ist eine günstigere Option. Der Raum muss nicht echofrei sein, da beide Mikrofone demselben Stimulus ausgesetzt werden. Obwohl akustisch tote Räume besser sind, da Schallreflexionen innerhalb des Raums ein verzerrtes Ergebnis liefern.
Außerdem muss der Lautsprecher nicht perfekt sein, aber er muss kalibriert werden, damit wir wissen, dass das rosa Rauschen so flach wie möglich ist.
Wir haben die Unterschiede im Frequenzgang zwischen den beiden Mikrofonen mit Frequenzanalysatoren gefunden. Von dort zeichnen wir einen neuen Frequenzgang-Plot basierend auf dem bekannten Plot.
Auch das klingt langweilig…
Und das ist es, aber es lohnt sich, ein Datenblatt zu haben, um den Kunden besser bedienen zu können.
Einige Hersteller lassen jedoch mehr «Raten» als andere, wenn es um ihre Frequenzgangdiagramme geht. Daher ist das Frequenzgangdiagramm manchmal nicht unbedingt genau.
Ein weiterer Mangel an Genauigkeit bei diesen Diagrammen liegt in der Skalierung des Diagramms. Oft ist die Reaktionslinie glatt und summiert sich zur durchschnittlichen Empfindlichkeit(anstatt sehr scharf und gezackt zu sein). Dies ist in Ordnung, um ein allgemeines Gefühl dafür zu vermitteln, wo das Mikrofon im Frequenzspektrum auf natürliche Weise anhebt und absenkt, aber es fehlt das wahre Detail des tatsächlichen Frequenzgangs.
Grundsätzlich gibt es also 3 Möglichkeiten, den Frequenzgang eines Mikrofons zu messen:
- Ein schalltoter Raum mit einem kalibrierten Lautsprecher.
- Vergleich mit einem bekannten Mikrofon.
- Erraten.
Wow, die Genauigkeit sank wirklich schnell!
Der Nahbesprechungseffekt auf den Frequenzgang
Der Proximity-Effekt ist ein Mikrofonphänomen, bei dem die Annäherung eines Mikrofons an eine Schallquelle seine Empfindlichkeit gegenüber niedrigen Frequenzen erhöht.
Der Frequenzgang eines Mikrofons ändert sich daher in Abhängigkeit von seiner Nähe zur aufzunehmenden Quelle.
Hier ist eine grafische Darstellung des Nahbesprechungseffekts beim Mikrofon Shure Beta 57A:
Wie kann das sein?
Zunächst einmal gibt es zwei Arten von Mikrofonprinzipien: das Druckprinzip und das Druckgradientenprinzip.
Der Proximity-Effekt wirkt sich nur auf Druckgradientenmikrofone aus. Druckgradientenmikrofone sind Richtmikrofone(Nieren- und Achter-Richtcharakteristiken und alle Variationen davon).
Weil der Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückplatte das Signal verursacht und der Unterschied bei hohen Frequenzen physikalisch größer ist als bei niedrigen Frequenzen(aufgrund von Phasenunterschieden bei kürzeren Wellenlängen). Die Mikrofone dämpfen die Membran, um das Signal auszugleichen und einen „flacheren“ Frequenzgang zu erfassen.
Dies funktioniert sehr gut auf eine beträchtliche Entfernung.
Wenn sich die Schallquelle jedoch der Kapsel nähert, ändern sich die Dinge. Angenommen, es gibt einen Abstand D zwischen der Vorder- und Rückseite der Membran eines Mikrofons und die Schallquelle befindet sich in einem Abstand D von der Vorderseite der Membran.
Das bedeutet, dass die Quelle 2D von hinten ist und daher der SPL vorne viermal stärker ist als hinten.
Bei diesen Abständen ist die Druckdifferenz zwischen vorne und hinten kaum frequenzabhängig, sondern viel mehr amplitudenabhängig.
Und so hebt die Dämpfung die tiefen Frequenzen tatsächlich an, anstatt sie auszugleichen. Diese Anhebung führt zu einer Variation des Frequenzgangs am unteren Ende eines Mikrofons und wird als Nahbesprechungseffekt bezeichnet!
Methoden zum Ändern des Frequenzgangs eines Mikrofons
Wie ändere ich den Frequenzgang eines Mikrofons? Obwohl es sich um eine angeborene Eigenschaft eines Mikrofons handelt, kann der Frequenzgang auf folgende Weise verändert werden:
- Proximity-Effekt.
- Verschieben der Schallquelle aus der Achse.
- Schröpfen des Mikrofons.
- Gitter und Akustikschaum einsetzen oder entfernen.
- Versorgen Sie aktive Mikrofone mit variabler Phantomspeisung.
- Änderung der Lastimpedanz.
- mit Filtern.
- Änderung der Polarmuster.
Proximity-Effekt
Wie wir bereits erwähnt haben, besagt der Nahbesprechungseffekt, dass die Basswiedergabe des Mikrofons zunimmt, wenn sich ein Richtmikrofon einer Schallquelle nähert.
Bewegen Sie die Schallquelle aus der Achse
Mikrofone werden bei niedrigeren Frequenzen natürlich omnidirektionaler und bei höheren Frequenzen gerichteter. Daher reduziert das Bewegen einer Schallquelle außerhalb der Achse effektiv den Hochfrequenzgang des Mikrofons.
Schröpfen des Mikrofons
Indem wir das Mikrofon in einer Becherform platzieren, führen wir mehr stehende Wellen um die Membran des Mikrofons herum ein. Dies verursacht Änderungen im Frequenzgang des Mikrofons.
Einsetzen oder Entfernen von Gittern und Akustikschaum
Jedes Mal, wenn wir Material um die Membran eines Mikrofons herum hinzufügen oder entfernen, laufen wir Gefahr, die Art und Weise zu verändern, wie Schall die Membran beeinflusst. Dadurch verändern wir den Frequenzgang.
Versorgung mit unterschiedlicher Phantomspeisung
Einige aktive Mikrofone, die Phantomspeisung benötigen, können mit einer Vielzahl von Gleichspannungen und nicht nur mit den standardmäßigen +48 Volt betrieben werden.
Viele dieser Mikrofone haben jedoch eine eingeschränkte Funktionalität bei geringerer Spannung. Eine der Möglichkeiten, wie sich diese verringerte Funktionalität manifestiert, ist ein verringerter Hochfrequenzgang.
Änderung der Lastimpedanz
Das Variieren der Lastimpedanz eines Mikrofons wirkt sich auf den Signalfluss aus.
Es gibt Vorverstärker mit variabler Impedanz auf dem Markt, mit denen der Klang des Mikrofons verändert werden kann. Diese Vorverstärker sind die beliebtesten und werden mit Bändchenmikrofonen kombiniert.
attraktive Filter
Die Aktivierung von Hochpassfiltern und Frequenzanhebungen(Präsenzanhebungen usw.) wirkt sich direkt auf den Frequenzgang eines Mikrofons aus.
sich ändernde Polarmuster
Bei Mikrofonen mit mehreren Richtcharakteristiken ändert das Ändern der Richtcharakteristik oft den Frequenzgang leicht.
Verallgemeinerungen des Frequenzgangs der 4 Haupttypen von Mikrofonen
Lassen Sie uns über einige allgemeine Merkmale verschiedener Arten von Mikrofonen und deren Frequenzgangeigenschaften sprechen.
Es gibt 4 Haupttypen von professionellen Mikrofonen:
- Dynamische Tauchspulmikrofone.
- Dynamische Bändchenmikrofone.
- Kleinmembran-Kondensatormikrofone.
- Großmembran-Kondensatormikrofone.
Ich werde Links zu den Online-Händlern jedes Beispielmikrofons für weitere Informationen und Preispunkte hinzufügen.
Überblick über den Frequenzgang dynamischer Moving-Coil-Mikrofone
Mikrofonbeispiel: Shure SM58
Dynamische Tauchspulmikrofone haben oft die folgenden Frequenzgangcharakteristiken:
- farbige Antwort.
- Höhenabfall innerhalb des hörbaren Spektrums.
- Signifikante Resonanzfrequenzen.
Überblick über den Frequenzgang des dynamischen Bändchenmikrofons
Mikrofonbeispiel: Royer R-121
Dynamische Bändchenmikrofone weisen häufig die folgenden Frequenzgangmerkmale auf:
- Relativ flache Mittenwiedergabe.
- Sanfte Dämpfung hoher Frequenzen.
- Im hörbaren Bereich gibt es keine nennenswerten Resonanzfrequenzen.
Überblick über den Frequenzgang von Kleinmembran-Kondensatormikrofonen
Mikrofonbeispiel: DPA 4006A
Kleinmembran-Kondensatormikrofone weisen im Allgemeinen folgende Frequenzgänge auf:
- Flacher Frequenzgang über den gesamten hörbaren Frequenzbereich.
- Erweiterte High-End-Reaktion über dem hörbaren Bereich.
Überblick über den Frequenzgang von Großmembran-Kondensatormikrofonen
Mikrofonbeispiel: Neumann TLM 102
Großmembrankondensatoren bieten häufig folgende Frequenzgangqualitäten:
- Relativ flache Frequenzgänge im gesamten hörbaren Bereich.
- Ein sanfter Low-End-Roll-off.
- Erhöhte Empfindlichkeit bei mittleren bis hohen Frequenzen und/oder hohen Frequenzen mit einem leichten Abfall der hohen Frequenzen innerhalb des hörbaren Bereichs.
Verwandte Fragen
Haben die Lautsprecher und Kopfhörer einen Frequenzgang? Lautsprecher und Kopfhörer haben wie Mikrofone Frequenzgänge. Der Frequenzgang eines Audioausgabegeräts wird hauptsächlich durch die Größe der Lautsprecher, die Art des Wandlers, die Schaltung und die Resonanzfrequenzen bestimmt.
Was ist Mikrofonempfindlichkeit? Die Mikrofonempfindlichkeit ist definiert als die Stärke des Ausgangssignals eines Mikrofons(mV oder dBV) im Verhältnis zum Schalldruckpegel, den das Mikrofon erfährt(gemessen bei 94 dB SPL oder 1 Pascal Tonhöhe bei 1 Pascal. kHz). Die Empfindlichkeitsbewertung eines Mikrofons hat eher mit der Signalausgabe zu tun als mit der Reaktion auf Geräusche.
