Was ist ein bidirektionales oder Achtermikrofon?
Die bidirektionale Mikrofon-Richtcharakteristik(auch bekannt als Abbildung 8) ist eine der drei Hauptarten von Richtcharakteristiken(neben Kugel und Niere). Das Verständnis der Besonderheiten des bidirektionalen Musters und wie es in Mikrofonen erreicht wird, hilft Ihnen, eine solide Grundlage für Ihr Verständnis der Richtcharakteristiken von Mikrofonen und Mikrofonen im Allgemeinen zu legen.
Was ist ein bidirektionales oder Achtermikrofon?
Ein bidirektionales Mikrofon hat eine Richtcharakteristik 8. Es reagiert gleichermaßen empfindlich auf Geräusche von vorne und hinten, während es Geräusche von den Seiten unterdrückt(Stillering). Der auf dem Tonabnehmer auf der Vorderseite erfasste Ton hat eine entgegengesetzte Polarität zu dem auf der Rückseite erfassten Ton.
In diesem ausführlichen Artikel werden wir die Richtcharakteristik von bidirektionalen Mikrofonen ausführlich besprechen, um alle Fragen zu beantworten, die Sie möglicherweise zu bidirektionalen oder Achtermikrofonen haben.
Die bidirektionale Richtcharakteristik
Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Beginnen wir mit einem Diagramm der Richtcharakteristik des bidirektionalen Mikrofons in Abbildung 8:
Die bidirektionale Richtcharakteristik(häufig als Abbildung 8 bezeichnet) ist symmetrisch empfindlich für Geräusche von vorne und hinten, während Geräusche von den Seiten zurückgewiesen werden. Wie wir oben sehen können, sieht der Graph des polaren Antwortmusters wie eine Abbildung 8 aus.
Die bidirektionale Richtcharakteristik basiert auf der reinsten Form des Druckgradientenprinzips. Das bedeutet im Grunde, dass beide Seiten der Mikrofonmembran gleichermaßen dem äußeren Schalldruck ausgesetzt sind.
Eine Schallwelle von der Vorderseite des Mikrofons würde also auf die Vorderseite und dann auf die Rückseite der Membran treffen, genauso wie eine gleiche Schallwelle von der Rückseite des Mikrofons auf die Rückseite und dann auf die Vorderseite der Membran treffen würde.
Der einzige Unterschied zwischen Vorder- und Rückseite der bidirektionalen Membran ist die Polarität des eventuellen Mikrofonsignals. Schall reagiert mit der Vorderseite der Membran in positiver Polarität, während sie mit der Rückseite der Membran in negativer Polarität reagiert.
Schall, der von den direkten Seiten eines bidirektionalen Mikrofons(90° und 270° in der Richtcharakteristik) kommt, trifft mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität auf beide Seiten der Membran und löscht sich gegenseitig aus. Dies erklärt die Nullpunkte und den «Ring of Silence» um die Seite eines bidirektionalen Mikrofons.
Das ideale bidirektionale Muster hat einen Akzeptanzwinkel von etwa 120° direkt auf der Achse vorne und hinten. Das bedeutet, dass der Schall idealerweise erst abklingt(um etwa 6 dB), wenn die Schallquelle um 60° außeraxial ist. Hier wird auch eine außeraxiale Färbung sichtbar und die Frequenzgangspezifikation des Mikrofons wird beeinträchtigt.
Allgemeines und Eigenschaften des bidirektionalen Mikrofons
Symmetrisch empfindlich auf Geräusche von vorne und hinten
Das bidirektionale Mikrofon ist so konzipiert, dass beide Seiten seiner Membran gleichmäßig dem Schalldruck ausgesetzt sind. Somit ist das bidirektionale Mikrofon je nach Position seiner Membran gleich(symmetrisch) empfindlich für Geräusche von vorne und hinten.
Die Vorderseite nimmt Schall mit positiver Polarität auf, während die Rückseite Schall mit negativer Polarität aufnimmt
Die positive Amplitude einer Schallwelle(ein Anstieg des Schalldrucks) vor der bidirektionalen Membran bewirkt eine positive Amplitude im Mikrofonsignal. Umgekehrt bewirkt die positive Amplitude einer Schallwelle(eine Erhöhung des Schalldrucks) und die Rückseite der bidirektionalen Membran eine negative Amplitude im Mikrofonsignal.
Dies hilft, die Nullpunkte oder den „Ring of Silence“ an den Seiten des bidirektionalen Mikrofons zu erklären. Schallwellen von den Seiten des Mikrofons treffen mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität auf beide Seiten der Membran.
Nullpunkte an den Seiten(90° und 270°)
Wie gerade erwähnt, treffen Geräusche, die von den Seiten eines bidirektionalen Mikrofons kommen, gleichzeitig und mit der gleichen Phase/Amplitude auf die Vorder- und Rückseite der Membran.
Stellen Sie sich zwei gleiche, aber entgegengesetzte Kräfte vor, die auf das Zwerchfell drücken. Die Schallwellen löschen sich selbst aus und erzeugen effektiv einen «Nullpunkt» auf beiden Seiten des bidirektionalen Mikrofons.
Diese seitlichen Richtungen werden als 90° und 270° im 2D-Polarantwortdiagramm angezeigt.
Man kann sich das auch so vorstellen, dass die Vorderseite der Membran Mikrofonsignale mit positiver Polarität erzeugt, während die Rückseite der Membran ein Mikrofonsignal mit negativer Polarität erzeugt. Geräusche, die von einer Seite auf das Mikrofon treffen, haben die gleiche Amplitude, aber entgegengesetzte Polarität, was zu keinem Mikrofonsignal führt.
Ring der Stille um die Seiten der bidirektionalen Membran
Wenn wir die beiden obigen Punkte auf den 3D-Raum anwenden, stellen wir fest, dass es tatsächlich keine Null-«Punkte» oder -Achsen gibt. Vielmehr gibt es um das typische bidirektionale Mikrofon einen Sperrring eines „Ring of Silence“.
Töne, die von einem bidirektionalen Mikrofon ausgehen und von dem Stummring zu einem bidirektionalen Mikrofon gehen, treffen effektiv beide Seiten der Membran gleichzeitig und werden ausgelöscht.
Zeigt den größten Nahbesprechungseffekt aller Richtcharakteristiken
Im Allgemeinen weisen bidirektionale Mikrofone einen stärkeren Nahbesprechungseffekt auf als alle anderen Richtcharakteristiken von Mikrofonen.
Dies liegt daran, dass beide Seiten des Mikrofons gleichermaßen für externen Schalldruck offen sind und daher die Phasendifferenz einer Schallwelle zwischen jeder Seite der Membran relativ zu der Amplitudendifferenz der Schallwelle verringert wird.
Bei niedrigeren Frequenzen führt dies zu einem starken Anstieg der Basswiedergabe, wenn sich die Schallquelle näher an das Mikrofon bewegt.
Empfindlich für Vokalstopps
Das bidirektionale Mikrofon arbeitet nach dem Druckgradientenprinzip. Da beide Seiten der Membran für Schalldruck offen sind, kann die okklusive Energie der menschlichen Sprache das Mikrofon leicht überlasten und ein „Knallen“ verursachen.
Wenn explosive Energie aus dem Mund einer Person kommt, erzeugt sie einen großen Druck, gefolgt von einem starken Druckabfall(wie ein Windstoß). Wenn der Plosiv um das Mikrofon herumgeführt wird, steigt der Druckunterschied zwischen der Vorder- und Rückseite der Mikrofonmembran stark an, was zu Überlastung und „Knallen“ führt.
Klingt in einiger Entfernung von der Schallquelle ganz natürlich
In einiger Entfernung, wo der Nahbesprechungseffekt den Klang nicht zu sehr färbt, klingt das bidirektionale Mikrofon recht natürlich.
Sein hinterer Tonabnehmer fängt einen Großteil des Ambientes der akustischen Umgebung ein. Wenn das bidirektionale Mikrofon auf die beabsichtigte Schallquelle gerichtet ist, nimmt der hintere Tonabnehmer häufig wichtige frühe Reflexionen aus dem Raum auf. Dies trägt zur «Realität» des Klangs bei.
Das typische bidirektionale Mikrofon ist auch in seiner Polarantwort sehr konsistent. Dies bedeutet, dass ihm die Off-Axis-Färbung fehlt, was den Mikrofonklang letztendlich natürlicher macht.
Geringe Verstärkung vor Rückkopplung, wenn ein Monitor direkt davor oder dahinter steht
Bidirektionale Mikrofone haben symmetrische Empfindlichkeitskeulen an der Vorder- und Rückseite eines bidirektionalen Mikrofons. Aus diesem Grund sind diese Mikrofone für die klassische „Nieren-Stellung“ in der Live-Beschallung nicht gut geeignet.
Das Aufstellen eines Monitors hinter einem bidirektionalen Mikrofon ist ein sicherer Weg, um viel Feedback vom Mikrofon zu erhalten.
Hohe Verstärkung vor Rückkopplung, wenn Monitore seitlich stehen
Wenn Sie jedoch Monitore oder Lautsprecher direkt neben einem bidirektionalen Mikrofon platzieren, funktioniert dies überraschend gut für die Unterdrückung von Rückkopplungen, wodurch das Mikrofon eine große Verstärkung vor Rückkopplung erhält.
Die seitliche Platzierung von Monitoren ist jedoch keine sehr effektive Methode. Daher werden bidirektionale Mikrofone im Allgemeinen nicht für Live-Gesang verwendet.
Wird bei höheren Frequenzen gerichteter
Wie alle Mikrofone werden bidirektionale Mikrofone bei höheren Frequenzen gerichteter.
Allerdings ist dieses Mikrofonmuster normalerweise sehr konsistent. Beispiele dafür sehen wir uns in unserem Abschnitt Beispiele für bidirektionale Mikrofone an.
Standard-Richtcharakteristik von Bändchenmikrofonen
Die überwiegende Mehrheit der bidirektionalen und Bändchenmikrofone und die überwiegende Mehrheit der Bändchenmikrofone sind bidirektional.
Das typische Bändchenelement-Design weist eine echte Druckgradienten-Bändchenmembran auf, die vorne und hinten gleichermaßen dem Schalldruck ausgesetzt ist.
Kann nur bei Mikrofonen mit seitlicher Ansprache gefunden werden
Da beide Seiten der bidirektionalen Mikrofonmembran gleichmäßig belichtet werden müssen, muss das Mikrofondesign seitlich gerichtet sein.
Es gibt einfach keine Möglichkeit, eine perfekt symmetrische Blende mit einem Top-Drive-Design zu erstellen.
Die reinste Form des Druckgradientenprinzips bei Einmembranmikrofonen
Alle Richtmikrofone arbeiten nach dem Druckgradientenprinzip, bei dem beide Seiten der Mikrofonmembran für Schalldruck offen sind.
Die bidirektionale Richtcharakteristik ist jedoch die „wahre Form“, da beide Seiten der bidirektionalen Membran gleichermaßen offen für äußeren Schalldruck sind.
Wie wird die bidirektionale Richtcharakteristik erreicht?
Die bidirektionale Richtcharakteristik(Abbildung 8) wird im Allgemeinen mit der wahren Form des Druckgradientenprinzips erreicht.
Der Druckgradient ist ein akustisches Prinzip, bei dem beide Seiten der Mikrofonmembran einem äußeren Schalldruck ausgesetzt sind. Die Bewegung der Membran ist also das Ergebnis der Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite der Membran.
Mit anderen Worten, Amplitude, Phase und Einfallswinkel externer Schallwellen spielen alle eine Rolle bei der Richtwirkung des Druckgradientenmikrofons.
Die idealste bidirektionale Richtcharakteristik ist das Ergebnis der wahrsten Form des Druckgradientenprinzips, bei dem beide Seiten der Mikrofonmembran gleichermaßen dem äußeren Schalldruck ausgesetzt sind.
Das typische dynamische Bändchenmikrofon arbeitet nach dem echten Druckgradientenprinzip und hat daher eine echte bidirektionale Richtcharakteristik.
Wie wird bei Multi-Pattern-Mikrofonen eine bidirektionale Richtcharakteristik erreicht?
Bei Mikrofonen mit mehreren Mustern ist es im Allgemeinen nicht praktikabel, ein echtes Druckgradientenelement hinzuzufügen, nur um eine bidirektionale Option zu erreichen.
Die Wahrheit ist, dass die überwiegende Mehrheit der Multi-Pattern-Mikrofone eine Doppelmembrankapsel mit Rücken-an-Rücken-Membranen oder alternativ zwei Rücken-an-Rücken-Kapseln verwendet. Diese Membranen/Kapseln haben Nierencharakteristiken.
Um also eine bidirektionale Richtcharakteristik von zwei aufeinanderfolgenden Nierenelementen zu erfassen, wird das Multi-Pattern-Mikrofon so verdrahtet, dass es die Signale von zwei Mikrofonen mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität ausgibt.
Die Kombination der Mikrofonsignale auf diese Weise erzeugt eine bidirektionale oder Achter-Richtcharakteristik, indem Schall von den Seiten(90° und 270°) ausgelöscht und Schall symmetrisch nach vorne und hinten, jedoch mit umgekehrten Polaritäten, erfasst wird.
Wann sollten Sie ein bidirektionales Mikrofon verwenden?
Bidirektionale Mikrofone werden meiner Meinung nach zu wenig genutzt. Der Hauptgrund für die Verwendung von bidirektionalen Mikrofonen ist, dass Bändchenmikrofone verwendet werden und das bidirektionale Muster bei Bändchenmikrofonen Standard ist.
Egal, ob Sie nach Gründen suchen, dieses bidirektionale Bändchenmikrofon anzuschließen(zusätzlich zu den Vorteilen der Verwendung eines Bändchens) oder den bidirektionalen Schalter an Ihrem Mikrofon mit mehreren Mustern umzulegen, hier sind einige Anwendungen für das bidirektionale Mikrofon:
Beste Apps für bidirektionale Mikrofone
- Wenn maximale seitliche Ablehnung erforderlich ist.
- Bei der Aufzeichnung eines Gesprächs mit einem Mikrofon von Personen, die sich direkt gegenüber sitzen.
- Für maximalen Nahbesprechungseffekt.
- Um weniger Raum einzufangen, aber dennoch die anfänglichen Reflexionen von der Rückseite des Mikrofons aufzunehmen.
- Zum Aufnehmen von «Seiten»-Informationen, die vollständig aufgehoben werden, wenn die Stereomischung zu Mono hinzugefügt wird.
Es gibt auch Situationen, in denen bidirektionale Mikrofone nicht so gut funktionieren. Diese Anwendungen umfassen Folgendes:
Wann sollten Sie kein bidirektionales Mikrofon verwenden?
- Gegenüber klappbaren Monitoren in Live-Beschallungssituationen.
- Wenn der Nahbesprechungseffekt nicht erwünscht ist.
- Zum Verbinden oder Isolieren einzelner Schallquellen in lauten Umgebungen.
Beispiele für bidirektionale Mikrofone
Royer R-121
Das Royer R-121 ist das Flaggschiff-Mikrofon von Royer Labs und eines der bekanntesten Bändchenmikrofone auf dem heutigen Markt. Wie die meisten Bändchenmikrofone hat das R-121 eine bidirektionale Richtcharakteristik und wie alle bidirektionalen Mikrofone eine seitliche Ausrichtung. Der Royer R-121 ist in Studios auf der ganzen Welt wegen seines unglaublich natürlichen Klangs auf fast allen Instrumenten(und insbesondere E-Gitarrenboxen) sehr verbreitet.
Royer R-121 Polar Response Plot
Wie wir oben sehen können, hat der Royer R-121 einen typischen bidirektionalen polaren Frequenzgang. Beachten Sie, dass sein Sperrseitenring bei allen gegebenen Frequenzen mit den Nullpunkten bei 90° und 270° übereinstimmt.
Wie erwartet, wird der R-121 mit zunehmenden Frequenzen des Klangs etwas gerichteter. Insgesamt weist dieses Royer-Mikrofon jedoch eine sehr konsistente Polarantwort auf.
SAA R84
Das AEA R84 ist das erste Mikrofon von Audio Engineering Associates und die beste Nachbildung des legendären RCA 44-BX. Es ist ein seitlich adressierbares Bändchenmikrofon mit bidirektionaler Richtcharakteristik. Mit dem Aufkommen sauberer oder heller digitaler Aufnahmen kam das Wiederaufleben warmer, natürlich klingender Bändchenmikrofone. Das AEA R84 bringt die Legende des ursprünglichen RCA 44-BX zurück zu einer Zeit, in der Bändchenmikrofone gefragter denn je sind.
Der AEA R84 Polar Response Graph
Der Polar Response Graph des AEA R84 ist ein wahres Kunstwerk. Dieses Mikrofon weist eine makellose Konsistenz von 200 Hz bis 10.000 Hz auf.
Wie bei allen echten bidirektionalen Richtcharakteristiken gibt es Nullpunkte bei 90° und 270° und die vorderen und hinteren Empfindlichkeiten sind perfekt symmetrisch.
Kohl 4038
Das Coles 4038 ist ein legendäres Bändchenmikrofon, das in den 1950er Jahren von der British Broadcasting Corporation entwickelt wurde und ein bidirektionales Bändchenmikrofon mit Seitenadressierung ist. Das 4038 wird immer noch von Coles Electroacoustics produziert und wird immer noch als Broadcast-Mikrofon und Arbeitspferd in der Studioumgebung geschätzt.
Coles 4038 Polar Response Plot
Das Coles 4038 ist ein Mikrofon mit obiger Richtcharakteristik. Da das bidirektionale Gesamtmuster so konsistent ist, wurde das Richtdiagramm des frühen Coles 4038 möglicherweise nie bei verschiedenen Frequenzen von der BBC oder von Coles Electroacoustics gemessen.
AGC411
Der AKG C 411 wird als Instrumenten-Tonabnehmer für akustische Gitarren, Geigen, Mandolinen und andere Saiteninstrumente vermarktet. Dieser „Instrumenten-Tonabnehmer“ ist ein seitlich gerichteter Elektret-Kondensator mit bidirektionaler Richtcharakteristik. Das C 411 ist eines der wenigen Bändchen-Mikrofone ohne Multi-Pattern, das eine bidirektionale Richtcharakteristik hat.
AKG C 411 Polarantwortdiagramm
Auf den ersten Blick ist diese polare Reaktion äußerst verwirrend. Es ist ein geteiltes Diagramm, das 125 Hz – 1 kHz auf der linken Seite und 2 kHz – 16 kHz auf der rechten Seite zeigt.
Der interessante Teil dieses Diagramms ist, dass es keine Vorder- oder Rückseitensymmetrie hat und es keine Legende für die gestrichelte Linie gibt. Warum ist das?
Nun, der Instrumenten-Tonabnehmer C 411 hat eine Kondensator-Membran, die im Gegensatz zu einer Standard-Bändchenmembran nicht im wahrsten Sinne des Druckgradientenprinzips arbeitet(beide Seiten sind nicht gleichmäßig dem äußeren Schalldruck ausgesetzt).
Obwohl C 411 eine bidirektionale Richtcharakteristik aufweist, ist sie daher nicht symmetrisch. Die gestrichelte Linie stellt die Rückseite des Tonabnehmers des Instruments dar, während die durchgezogene Linie die Vorderseite darstellt.
Sennheiser MKH30
Das Sennheiser MKH 30 ist eines der wenigen bidirektionalen Kondensatormikrofone auf dem Markt. Es ist ein seitlich adressierbares Mikrofon mit einer symmetrischen HF-Kapsel. Es vereint die besten Eigenschaften eines Kondensatormikrofons(erweiterter Frequenzgang und präzises Einschwingverhalten) mit einem echten bidirektionalen Druckgradientenmikrofon.
Sennheiser MKH 30 Polarantwortdiagramm
Die Polarantwort des Sennheiser MKH 30 ist ebenfalls in einem Split-Diagramm dargestellt. Wir sehen die niedrigeren Frequenzen links und die höheren Frequenzen rechts.
Das MKH 30 weist eine wunderbar konsistente bidirektionale Richtcharakteristik auf, obwohl es kein echtes Druckgradienten-Bändchenmikrofon ist.
All die verschiedenen Mikrofon-Richtcharakteristiken
Hier ist eine Liste aller verschiedenen Richtcharakteristiken, denen Sie wahrscheinlich begegnen werden, wenn Sie Mikrofone verwenden:
- Omnidirektionales Polar-Response-Pattern – Nimmt Schall in alle Richtungen gleichmäßig auf.
- Bidirektionales oder polares Reaktionsmuster in Abbildung 8 – Nimmt Schall symmetrisch vorne(0°) und hinten(180°) mit gleicher Empfindlichkeit, aber entgegengesetzter Polarität auf. Bidirektionale Muster haben Nullpunkte an ihren Seiten(90° und 270°), was einen „Ring der Stille“ im 3D-Raum erzeugt. Seine Richtcharakteristik sieht aus wie eine 2D-Figur 8.
- Richtcharakteristik Niere: Richtcharakteristik mit Nullpunkt hinten(180°) und ca. 6 dB Empfindlichkeitsabfall an den Seiten(90° und 270°) im Vergleich zur Achse(0°).
- unidirektionale Richtcharakteristik mit einem schmaleren Frequenzgang auf der Achse als die «normale» Niere. Nullpunkte bei 127° und 233°, wodurch ein «Kegel der Stille» entsteht. An den Seiten(90° und 270°) nimmt die Empfindlichkeit um etwa 10 dB ab, und die hintere Keule weist eine um 10 dB geringere Empfindlichkeit(bei 180°) im Vergleich zur Achse(0°) auf.
- Richtcharakteristik Hyperniere: Unidirektionale Richtcharakteristik ähnlich der Superniere mit einem schmaleren Frequenzgang auf der Achse als „normale“ Niere. Nullpunkte bei 110° und 250°, wodurch ein «Kegel der Stille» entsteht. An den Seiten(90° und 270°) nimmt die Empfindlichkeit um etwa 12 dB ab und im hinteren Bereich der Empfindlichkeit(bei 180°) ist die Empfindlichkeit um 6 dB geringer als in der Achse(0°).
- Frequenzgangmuster Subniere oder breite Polarniere: Ein unidirektionales Muster mit einem breiteren Frequenzgang als die „normale“ Niere. Sie können sich die Subniere als Mittelweg zwischen Niere und Kugel vorstellen.
- Keulen- oder Shotgun-Reaktionsmuster: Erweiterung der Supernieren- und Hypernieren-Richtcharakteristiken. Die Verwendung eines Interferenzrohrs vor einer Patrone, die bereits stark gerichtet ist, erzeugt das extrem gerichtete Schrotflinten- / Keulenmuster. Diese Muster haben im Allgemeinen einen hinteren Empfindlichkeitslappen und manchmal sogar kleine seitliche Empfindlichkeitslappen.
- Die halbkugelförmige Richtcharakteristik von Grenzflächen- und Druckzonenmikrofonen. Diese Muster werden erreicht, indem die Mikrofonkapsel bündig mit einer flachen Oberfläche und dann das Mikrofon auf einer Oberfläche/Grenze innerhalb eines akustischen Raums platziert wird. Die Kapseln selbst können ein beliebiges Richtcharakteristikum haben, obwohl omnidirektionale Kapseln oft bevorzugt werden.
Verwandte Fragen
Was ist ein unidirektionales Mikrofon?
Ein unidirektionales Mikrofon reagiert am empfindlichsten auf Schall in nur einer Richtung, die als „Achse“ bezeichnet wird. Diese Mikrofone sind weniger empfindlich und können sogar außeraxiale Geräusche vollständig unterdrücken. Niere ist das beliebteste unidirektionale Muster, obwohl es viele andere gibt, darunter:
Was ist die Richtcharakteristik eines Richtrohrmikrofons?
Shotgun-Mikrofone sind die Richtmikrofone auf dem Markt. Ihre Kapseln sind typischerweise Superniere oder Hyperniere. Diese Kapselcharakteristiken werden jedoch durch Interferenzröhren verstärkt, die ihre Richtcharakteristiken auf sogenannte Shotgun-Richtcharakteristiken reduzieren.
