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Die Erfindung betrifft ein Grenzflächenmikrofon. Grenzflächenmikrofone sind seit längerem be- kannt. Hierbei sei beispielsweise auf das Mikrofon vom Typ MKE 212 P der Firma Sennheiser
Electronic GmbH & Co. KG verwiesen. Hierbei handelt es sich um ein dauerpolarisiertes Konden- satormikrofon, welches unauffällig in einer Wand, auf dem Boden oder auf dem Tisch einzusetzen ist. Im Stereoeinsatz werden mit einem solchen Grenzflächenmikrofon besonders transparente
Aufnahmen mit ungewöhnlich weitem Raumeindruck erzielt. Das bekannte Grenzflächenmikrofon
MKE 212 P weist eine Kugelcharakteristik auf sowie einen Übertragungsbereich von 20 bis
20. 000 Hz
Solche Grenzflächenmikrofone sind jedoch für jede Schalleinfallsrichtung gleich empfindlich.
Bei bestimmten Einsätzen, z. B. zur Sprach- oder Musikaufnahme, insbesondere aber auch in der
Konferenztechnik, ist eine Bündelung der Mikrofonempfindlichkeit in Richtung auf einen Sprecher oder Musiker wünschenswert. Nebengeräusche, Raumhall, andere Sprecher oder Musiker sollen ausgeblendet werden. Gleichzeitig sollen aber die bekannten Vorteile von Grenzflächenmikrofonen genutzt werden. Werden diese Mikrofone auf grosse Grenzflächen, wie Fussböden, Wände, Tische,
Pulte oder ähnliche Möbel oder Geräte mit grossen Flächen befestigt, so vermeidet man den uner- wünschten Kammfiltereffekt, welcher bei der üblichen Mikrofonaufstellung auf einem Stativ durch
Reflektionen an benachbarten, grossen Grenzflächen, wie dem Fussboden oder einem Tisch, ent- steht.
Dadurch wird der Frequenzgang extrem verzerrt, so dass ein starkwelliger und mit tiefen Ein- brüchen versehener Frequenzgang entsteht.
Grenzflächenmikrofone mit Richtwirkung, wie z. B. aus dem Beitrag "BOUNDARY-LAYER Ml-
CROPHONES WITH DIRECTIONAL CHARACTERISTICS", B. Beckmann, "AES 75th Convention
1984 March 27-30, Paris", bekannt sind, werden immer häufiger in der Konferenztechnik oder bei
Film und Fernsehen eingesetzt, weil sie sehr unauffällig angebracht werden können. Üblicherweise handelt es sich dabei um Elektretkondensatormikrofonkapseln mit Nieren- oder Supernierencha- rakteristik, die über oder in eine Platte eingebaut werden. Diese Kapseln haben meist eine sehr schwach ausgebildete Tiefenwiedergabe, starkes Eigenrauschen und eine sehr ungünstige Fre- quenzabhängigkeit der Richtwirkung. Sie nimmt oberhalb von ca. 2. 000 Hz stark ab, geht häufig ganz verloren oder das Mikrofon ist in manchen Frequenzbereichen sogar von hinten empfindlicher als von vorne.
Das liegt an der eben nicht ganz unproblematischen Anordnung vor oder in einer Grenzfläche. Es entstehen Reflektionen zwischen Mikrofon und Grenzfläche oder Resonanzen in den Hohlräumen, in denen der Schall zu der vorderen oder hinteren Schalleinlässen der Mikrofon- kapsel, in denen der Schall zu der vorderen oder hinteren Schalleinlässen der Mikrofonkapsel "umgelenkt" werden muss.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Richtwirkung über ein Grenzflächenmikrofon der vor- genannten Art zu erhöhen und die bestehenden Probleme zu verringern oder zu beseitigen.
Erfindungsgemäss wird dies durch ein Grenzflächenmikrofon erreicht, welches eine Platte mit wenigstens einen unterhalb der Plattenoberfläche verlaufenden Schallkanal aufweist, wobei die Platte wenigstens eine in den Schallkanal mündende Öffnung aufweist, der Wandler innerhalb des Schallkanals angeordnet ist und die Schalleintrittsöffnung des Wandlers auf den Schallkanal aus- gerichtet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das bekannte Grenzflächenmikrofon MKE 212 weist einen Schallwandler auf, welcher inner- halb einer Platte angeordnet ist. Oberhalb des Schallwandlers ist eine domartige Gaze ausgebildet durch die Schall an die Schalleintrittsöffnung des Wandlers gelangen kann.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung eines Schallkanals in einer Platte unterhalb der Plat- tenoberfläche und durch die Anordnung des Wandlers innerhalb des Schallkanals wirkt der Schall- kanal wie ein Interferenzrohr (IR), in dem von jedem Schalleinlass Wellen ausgehen, die nicht kon- phas sind und in der Weise interferieren, dass die Mikrofonempfindlichkeit eine starke Bündelung erfährt. Normalerweise ist auch für mittlere und tiefe Frequenzen, z. B. typischerweise unterhalb von 1 KHz, eine Richtwirkung erwünscht. Dazu muss das Interferenzrohr mit einem Druckgradien- tenwandler, z. B. einer Nierenmikrofonkapsel, bestückt werden. Zusammen mit der Grenzfläche er- gibt sich jeweils eine halbe sogenannte Keulen- bzw.
Supernieren-Richtcharakteristik für den obe- ren bzw. unteren Frequenzbereich, für den Halbraum oberhalb der Grenzfläche wird eine Ausrich- tung von etwa 30-60 . Der Einfluss der Grenzfläche wird im Richtdiagramm durch den Rückgang der Mikrofonempfindlichkeit um ca. 6 dB für die 0 -Beschallung, d. h. sich streifender Schalleinfall, sichtbar. Diese 6 dB und weitere typischerweise erzielbare 6 dB durch das Interferenzrohr bedingt
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also insgesamt bis zu 12 dB und sind der Gewinn an Mikrofonempfindlichkeit in der Hauptschall- einfallsrichtung bei gleichbleibend Eigenrauschen gegenüber der nackten Mikrofonkapsel. Hinzu kommt noch der verstärkte Antrieb der Membran der Mikrofonkapsel für tiefe Frequenzen aufgrund des Interferenzrohres.
Dieser Effekt und das besonders wirkungsvolle Ausblenden der uner- wünschten Schallanteile ausserhalb der Schalleinfalls-Hauptrichtung nimmt mit der Länge des Inter- ferenzrohres zu.
Die Schalleinlässe des Interferenzrohres können nahezu bündig mit der Oberfläche der be- schriebenen Platte ausgeführt werden. Sie weisen damit den oberhalb von Ihr liegenden Halbraum.
Der Schall braucht also nicht, um zu allen Einlässen zu gelangen, um das Interferenzrohr herumzu- laufen, was bei herkömmlichen, nicht grenzflächengebundenen Mikrofonen bei hohen Frequenzen zu Abschattungsdefekten führt. Selbst hochfrequenter Schall erreicht ungehindert alle Schallein- lasse, da das Interferenzrohr ohnehin nur einseitig beschallt wird. Innerhalb des Interferenzrohres stellt die Schallführung keine nennenswerte Abweichung zu der in herkömmlichen Rohrrichtmikro- fonen dar. Somit ergeben sich keine störenden Nebeneffekte durch die Integration des Interferenz- rohres die Platte im Gegensatz zu Grenzflächenmikrofonen, die z. B. nur mit Nierenmikrofonen auf- gebaut werden. Im Gegenteil, eine flache Platte bietet noch die Möglichkeit, die Querschnittsfläche ausreichend gross zu halten. Sie könnte sich oval oder rechteckig in die Platte ausdehnen.
Ein ge- nügend grosser Querschnitt ist vor allem dann vortrefflich, wenn der Schallkanal wegen der vorge- nannten Vorteile lang ausgeführt und die Platte, um den Einfluss störender Reflektionen an ihrem Rand zu vermeiden, flach gehalten werden sollen. Ein Schallkanal mit zu geringem Querschnitt bietet den zur Mikrofonkapsel laufenden Schallwellen einen zu grossen Widerstand und behindert dann die oben erwähnte Interferenzwirkung.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Grenzflächenmikrofons wird eine sehr hohe Richtwirkung, insbesondere bei hohen Frequenzen, erzielt, der Frequenzgang im gesamten Über- tragungsbereich geglättet, eine gute Tiefenwiedergabe sowie ein geringerer Eigenrauschanteil erreicht und dennoch ein kleines, unauffälliges Mikrofon geschaffen, welches in vielen Anwen- dungszwecken benötigt wird. Je nachdem, welche Ausrichtung der Richtcharakteristik gewünscht wird, können auch mehrere Schallkanäle, die in einem vorbestimmten Winkel, z. B. 90 , zueinander angeordnet sind, oder einen bestimmten Abstand, z. B. 170 mm, zueinander aufweisen, ausgebil- det werden, wobei jedem Schallkanal ein eigener Schallwandler zugeordnet wird. Damit kann das Mikrofon für die gängigen Stereoaufnahmetechniken, z. B.
XY oder ORTF, oder für die typische Konferenz- oder Talkschowsituation optimiert werden.
Es ist auch möglich in einem Schallkanal an jedem Ende eine Mikrofonkapsel anzuordnen. In diesem Fall benutzen beide Mikrofonkapseln denselben Kanal in voller Länge. Dadurch wird ein Kanal gespart und trotzdem die volle Bündelung und Tiefenwiedergabe erwähnt, die wie erwähnt mit der Länge des Kanals zunimmt. Diese Anordnung ist z.B. für Konferenzen bestens geeignet, bei denen sich die Teilnehmer gegenüber sitzen.
Es ist selbstverständlich möglich, statt jedem Kanal ein getrenntes Ausgangssignal zuzuord- nen, die Signale der einzelnen Mikrofonkapseln zu addieren oder zu subtrahieren, oder mehrere Schallkanäle in oben genannten Anordnungen nur einer Mikrofonkapsel zuzuordnen, um eine einer bestimmten Aufnahmesituation besonders gut angepassten Richtwirkung zu erzielen. Der Aufnah- mewimke wird dadurch nach rechts und links entsprechend des Winkels, den die Schallkanäle insgesamt einschliessen, verbreitert. Die Störschallunterdrückung senkrecht zur Platte bleibt erhal- ten.
Anstelle der einzelnen Kanäle, die zu einem Wandler führen, kann ein Schallkanal bis zum ge- genüber der Mikrofonkapsel liegenden Ende kontinuierlich verbreitert werden. Die Schalleinfallsöff- nung in den Kanal können lange Reihen, die in der Nähe der Kapsel immer dichter zusammenlau- fen, oder ein Feld von Öffnungen mit dem einfachsten Fall gleichmässiger Lochverteilung sein. Es kann dadurch eine bevorzugte Aufnahmerichtung erzeugt werden, die wie ein ovaler Kegel unter einem Winkel von ca. 30 aus der Platte ragt. Dadurch ist es z.B. möglich, eine Sprecher- oder Musikergruppe mit nur einem Mikrofon vollständig zu erfassen oder einem einzelnen Akteur mehr Bewegungsfreiheit zu gestatten und trotzdem den Störschall wirkungsvoll auszublenden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert.
In den Zeichnungen stellen dar:
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Fig. 1 eine Querschnitts-Darstellung durch ein erfindungsgemässes Grenzflachenmikrofon;
Fig. 2 eine alternative Ausführung eines erfindungsgemässen Grenzflächenmikrofons,
Fig. 3 eine Querschnitts-Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform;
Fig. 4 eine weitere alternative Ausführung mit sternförmig zueinander angeordneten Schall- kanalen,
Fig. 5 eine vergrösserte Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Grenzflächenmikrofons,
Fig. 6 eine Querschnitts-Abbildung des in Fig 5 dargestellten Grenzflächenmikrofons,
Fig. 7 eine weitere alternative Ausführung zu dem in Fig. 1 dargestellten Grenzflachenmik- rofon,
Fig. 8 acht verschiedene Richtungsdiagramme bezogen auf einen vorbestimmten Fre- quenzbereich,
Fig. 9a ein Pegel-Frequenzdiagramm bezogen auf verschiedene Schalleintrittsrichtungen bei einem erfindungsgemässen Grenzflächenmikrofon;
Fig. 9b ein Pegel-Frequenzdiagramm eines bekannten Grenzflächenmikrofons;
Fig. 9c zeigt die Zuordnung einzelner Schalleintrittsrichtungen zu dem in Fig. 9a gezeigten
Diagramm.
Fig. 10 zeigt ein Pegel-Frequenz-Diagramm eines bekannten Grenzflächenmikrofons, das mit einem Nierenmikrofon aufgebaut ist.
Fig. 11 zeigt eine Ansicht von oben eines erfindungsgemässen Grenzflachenmikrofons mit zwei Schallkanälen, die in einem Winkel von etwa 120 C zueinander angeordnet sind.
Fig. 12 zeigt eine Ansicht einer alternativen Ausbildung eines erfindungsgemässen Grenzflä- chenmikrofons.
Figuren
13 a-c zeigen Pegel-Frequenz-Diagramme des Grenzflachenmikrofons nach Figur 11 unter verschiedenen Beschallungsbedingungen.
Fig. 1 zeigt ein Grenzflächenmikrofon im Querschnitt, von oben gesehen. Das Grenzflächen- mikrofon besteht aus einer Platte 2 innerhalb derer eine Sacklochbohrung 3 unterhalb der Platten- oberfläche angeordnet ist. Innerhalb der Sacklochbohrung 3 ist ein Schallwandler 1 angeordnet, welcher eine erste Schalleintrittsöffnung 5 aufweist, welche in Richtung der Bohrung 3 weist. Eine weitere Schalleintnttsöffnung 7 weist in einem anderen Winkel, nämlich im Beispiel 90 zur ersten Schalleintrittsöffnung 5, also auf den Betrachter zu. Ferner weist die Bohrung 3, welche einen Schallkanal bildet, mehrere Öffnungen 4 auf, durch die der Schall in das Innere des Schallkanals und somit zum Schallwandler 1 gelangen können.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Grenzflächenmikrofons zu Fig. 1, wobei zwei Schallkanäle ausgebildet sind, die in einem Winkel a zueinander angeordnet sind. Der Winkel a kann beispielsweise 90 - wie in Fig. 2 gezeigt - oder auch 180 betragen
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemässen Grenzflachenmikrofons, wobei die Bohrung 3 als Durchgangsbohrung ausgeführt ist.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemässes Grenzflächenmikrofon mit sternförmig angeordneten Schallkanälen bzw. Bohrungen 3. Jedem der Schallkanäle ist eigens ein Schallwandler 1 zugeord- net.
Fig. 5 zeigt eine vergrösserte Darstellung des in Fig 1 dargestellten Grenzflächenmikrofons.
Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der im Schallkanal 3 angeordnete Schallwandler 1 eine erste Schalleintrittsöffnung 5 aufweist, welche in den Schallkanal weist und darüber hinaus in der Platte eine weitere Schalleintrittsöffnung 7 ausgebildet ist, welche zu den hinteren Schalleinlässe 8 des Schallwandlers 1 führt, welche im dargestellten Beispiel eine Richtmikrofonkapsel ist. Ferner sind die Schallkanalöffnungen 4 mit einem Dämpfungsmaterial 6 abgedeckt.
Fig 6 zeigt das in Fig. 5 dargestellte Grenzflächenmikrofon im Querschnitt längs zur Ebene A-A dargestellt. Hier ist noch deutlicher als in Fig. 5 zu erkennen, dass die hinteren Schalleinlässe 8 des Schallwandlers 1 in verschiedene Richtungen senkrecht zur ersten Schalleintrittsöffnung 5 weisen Als Dämpfungsmaterial 6 kann jegliches aus der Elektroakustik bekanntes Dämpfungsma- terial verwendet werden. Im dargestellten Beispiel besteht das Dämpfungsmaterial aus einem längsgestrickten Band, welches die Schallöffnungen 4 abdeckt und mit der Platte 1 verklebt ist.
In Fig 7 ist ein Grenzflächenmikrofon mit einem als Durchgangsbohrung 12 ausgebildeten
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Schallkanal gezeigt, wobei an jedem Ende des Schallkanals ein Wandler 1 ausgebildet ist, dessen erste Schalleintrittsöffnungen 5 aufeinander ausgerichtet sind.
Fig. 8,9, 10 und 13 zeigen Messungen, bei denen das jeweilige Mikrofon auf eine quadratische Grenzfläche montiert ist, die eine Fläche von etwa 1 qm misst. Unterhalb von ca. 500 Hz macht sich die endliche Ausdehnung dieser Grenzfläche deutlich bemerkbar, so dass ihr Einfluss nachlässt und die Messkurven vom idealen Verlauf fur unendlich ausgedehnte Grenzflächen abweichen müssen.
Fig. 8 zeigt die Richtcharakteristik eines in Fig. 1 dargestellten Grenzflächenmikrofons bei acht ver- schiedenen Frequenzen. Fig. 9a zeigt im Pegel-Frequenzdiagramm Frequenzgange des erfin- dungsgemassen Grenzflächenmikrofons mit einem sehr kurzen Schallkanal von nur 66 mm Lange für verschiedene Winkel. Die Winkelangaben werden in Fig. 9c den verschiedenen Schalleinfalls- nchtungen zugeordnet. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass die Empfindlichkeit des Grenzflä- chenmikrofons bei einer 30 nach vorn Ausrichtung deutlich höher und auch gleichmässiger ver- läuft, als bei einer 120 Schalleintrittsrichtung. Die ausgezeichnete Tiefenwiedergabe wird erst durch den Vergleich mit dem Frequenzdiagramm für das MKE 212 deutlich, dessen Übertragungs- bereich unter idealen Messbedingungen (siehe oben) ohne Einbussen bis zu 20 Hz herab ausgewie- sen werden würde.
In Fig 9b ist im Pegel-Frequenz-Diagramm die Richtungsabhängigkeit des bekannten MKE 212 gezeigt.
Fig. 10 zeigt ein Pegel-Frequenz-Diagramm eines typischen Grenzflächenmikrofons, das mit einem Neonmikrofon aufgebaut ist. Seine Nachteile werden durch einen Vergleich mit Fig. 9a oder Fig. 12 deutlich sichtbar.
Fig. 11 zeigt in Aufsicht ein erfindungsgemässes Grenzflächenmikrofon mit zwei Schallkanalen, welche einen Winkel von etwa 120 C einschliessen. Die beiden Schallkanäle münden in einem gemeinsamen Bereich, in dem eine Mikrofonkapsel angeordnet ist.
Fig. 12 zeigt das erfindungsgemässe Grenzflächenmikrofon mit einem Schallkanal, dessen Querschnitt rechts und links in die Platte hinein vergrössert ist. Diese Ausgestaltung hat die bereits oben beschriebenen Vorteile, um die Interferenzwirkung in besonders langen Schallkanälen, die in dünne Platten eingebracht sind, zu gewährleisten.
Fig. 13a zeigt das zu dem in Figur 11 dargestellten Grenzmikrofon zugehörige Richtdiagramm als Pegel-Frequenz-Diagramm bei dem das Grenzflächenmikrofon aus einem Winkel von 30 C beschallt wurde und dann um die eigene Hauptachse gedreht wurde. Man erkennt deutlich in Figur 13a die gewünschte Unsymmetrie. In Figur 13b wurde die in Figur 11 dargestellte Ausfuhrung des Grenzflächenmikrofons ebenfalls unter 30 C beschallt, jedoch um die Lotrechte zur Grenzfläche gedreht Figur 13c zeigt die Empfindlichkeitsänderung bei unterschiedlichen vertikalen Schallem- fallsrichtungen. Die Figuren 13a bis c zeigen, dass die Hauptempfindlichkeit des erfindungsgema- #en Grenzflächenmikrofons unter 30 C aus der Grenzfläche heraus gerichtet und nach rechts und links verbreitet ist.
Es ist selbstverständlich möglich bei einer Ausführung eines Grenzflächenmikrofons mit mehre- ren Mikrofonkapseln und den somit gebildeten Schallkanälen jeweils ein getrenntes Ausgangssig- nal zuzuordnen. Gleichwohl ist es aber auch möglich, dass die Signale der einzelnen Mikrofonkap- seln addiert oder subtrahiert werden oder mehrere Schallkanäle in den oben beschriebenen An- ordnungen - z.B. Figur 11 - nur einer einzigen Mikrofonkapsel zuzuordnen, um eine eine bestimm- ten Aufnahmesituation besonders gut angepasste Richtwirkung zu erzielen. Der Aufnahmewinkel wird dadurch nach rechts oder links entsprechend des Winkels, die die Schallkanäle insgesamt einschliessen, verbreitert. Die Störschallunterdrückung senkrecht zur Platte bleibt erhalten.
Es kann dadurch eine bevorzugte Aufnahmerichtung erzeugt werden, die wie ein ovaler Kegel unter einem Winkel von ca. 30 C aus der Platte ragt. Dadurch ist es z.B. möglich eine Sprecher- oder Musik- gruppe mit nur einem Mikrofon vollstandig zu erfassen oder einem einzelnen Akteur mehr Bewe- gungsfreiheit zu gestatten und trotzdem den Störschall wirkungsvoll auszublenden. Die einzelnen Schallkanäle können zu ihrer Mikrofonkapsel gegenüberliegenden Enden kontinuierlich verbreitet werden Die Schalleinfallsöffnung in den Kanälen können in langen Reihen, die in der Nähe der Kapsel immer dichter zusammenlaufen, oder in einem Feld von Öffnungen mit im einfachsten Fall gleichmässiger Luftverteilung angeordnet werden. Dadurch wird das Volumen der Kanäle wie bei den oben beschriebenen ovalen Querschnittserweiterungen vergrössert.
Die dem MKE 212 anfallenden Probleme - ungenügende Richtwirkung mit ungunstiger
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Frequenzabhängigkeit, welliger Frequenzgang, ungenügende Tiefenwiedergabe sowie starkes Rauschen - können mit dem erfindungsgemässen Grenzflächenmikrofon - wie in Fig. 9a gezeigt - vermieden werden. Durch die Integration eines Rohrrichtmikrofons in eine Grenzfläche kann, wie in Fig 9a gezeigt, eine besonders hohe Richtwirkung bei besonders hohen Frequenzen erzielt wer- den, der Uberteagungsbereich wird hierbei geglättet, die Tiefenwiedergabe ist ansprechend, es stellt sich nur ein geringes Rauschen ein und vom Design her ist weiterhin ein unauffälliges und kleines Grenzflächenmikrofon möglich, welches bei einem Einsatz dem MKE 212 in keiner Weise nachsteht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Grenzflächenmikrofon mit einem eine erste Schalleintrittsöffnung aufweisenden Schall- wandler (1), weicher innerhalb einer Platte (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Platte (2) wenigstens einen unterhalb der Plattenoberflache verlaufenden Schallka- nal (3) aufweist; - die Platte (2) wenigstens eine in den Schallkanal mündende Öffnung (4) aufweist; - der Schallwandler (1) innerhalb des Schallkanals (3) angeordnet ist und - die erste Schalleintrittsöffnung des Wandlers auf den Schallkanal (3) ausgerichtet ist.