AT411123B

AT411123B - Vorrichtung zur aufnahme von schallwellen

Info

Publication number: AT411123B
Application number: AT0047800A
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Graf; Martin Dipl Ing Dr Pflueger
Original assignee: Joanneum Res Forschungsgmbh; Avl List Gmbh
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2003-09-25
Also published as: JP2001298789A; DE10113517B4; US20010043710A1; DE10113517A1; ATA4782000A; JP3496140B2; US6463158B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Schallwellen mit einem Trennkörper und mindestens zwei an dem Trennkörper angeordneten Mikrophonen. Die Mikrophone können dabei direkt am Trennkörper befestigt sein oder mit dem Trennkörper auf einer gemeinsamen Halterung angebracht sein.

In einer Vielzahl von Anwendungen ist es erforderlich, Schallsignale so aufzuzeichnen, wie sie das menschliche Gehör aufnimmt. Dies betrifft nicht nur die Aufnahme und Wiedergabe von Musik, sondern auch die Aufzeichnung von Geräuschen, um diese zu analysieren und zu bewerten. Dies bildet auch den Schwerpunkt des Anwendungsbereiches der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Eine bekannte Lösung, die eine möglichst naturgetreue Aufzeichnung von Schallsignalen er- möglicht, sind sogenannte Kunstkopfsysteme. Solche Lösungen sind beispielsweise in der US 5,666,425 A oder der US 4,741,035 A offenbart. Dabei wird der menschliche Kopf und teilweise auch der Oberkörper möglichst naturgetreu nachgebildet, wobei die Aufnahmemikrophone im Bereich der Ohren angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, eine einigermassen naturge- treue Aufnahme von Schall zu erreichen. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass es auch bei sorgfältiger Modellierung eines solchen Kunstkopfes nicht möglich ist, die Wahr- nehmung des Menschen naturgetreu nachzubilden.

Eine Ursache dafür liegt darin, dass es sich bei den konkreten Abmessungen eines Kunstkopfes um gemittelte Werte handelt, die mit den Abmes- sungen der abhörenden Versuchsperson nicht notwendigerweise korrelieren müssen. In diesem Zusammenhang hat es sich herausgestellt, dass es möglich ist, eine verbesserte Abbildung des Original-Geräusches durch die Verwendung von abstrahierten Modellen zu erreichen.

Eine grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden. Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine möglichst naturgetreue Aufnahme und Aufzeichnung von Schallwellen ermöglicht. Kriteri- um für die Güte der Abbildung soll dabei die subjektive Bewertung durch Versuchspersonen sein, die die Korrelation zwischen dem Originalgeräusch und dem aufgezeichneten und wiedergegebe- nen Geräusch feststellen.

In diesem Zusammenhang ist die sogenannte Trennkörperstereophonie bekannt, beispielswei- se unter Verwendung einer sogenannten Jecklin-Scheibe. Eine solche Vorrichtung besteht aus einer kreisförmigen Scheibe aus Holz oder Kunststoff mit etwa 30 cm Durchmesser. Auf den Sei- tenflächen ist ein absorbierender Dämmstoff in einer Stärke von etwa 10 mm bis 20 mm aufge- bracht. Auf beiden Seiten der Scheibe sind Mikrophone mit einer Kugelcharakteristik angebracht, deren Abstand voneinander etwa 16 cm beträgt. Bei der Aufzeichnung von Schallquellen, die ausserhalb der Scheibenebene liegen, treten Laufzeit- und Pegelunterschiede auf, die von der jeweiligen Schallfrequenz abhängig sind. Auf diese Weise wird eine Aufnahme erreicht, die bei der Wiedergabe eine räumliche Lokalisation der Schallquelle ermöglicht und die einigermassen natur- getreu ist.

Bei einer solchen Vorrichtung kommt es jedoch in einem Frequenzbereich oberhalb von etwa 1 kHz bei seitlich auftreffenden Schallwellen zu Reflexionen an der Scheibe, wobei die reflek- tierten Schallwellen mit den direkt von der Schallquelle eintreffenden Schallwellen interferieren.

Dies verursacht einen sogenannten Kammfiltereffekt, das heisst, dass je nach den geometrischen Verhältnissen einige Frequenzen verstärkt werden, andere jedoch abgeschwächt werden. Daher ist die Klangfarbe von seitlichen Hörereignissen verfälscht, und es treten im Bereich der Höhen Verluste auf.

Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Systeme dieser Art so weiterzubil- den, dass solche nachteiligen Effekte vermieden werden.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Trennkörper aus einem schall- harten Material besteht und im Wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, mit zwei Trennflächen, die in einem spitzen Winkel zueinander geneigt sind, und dass die Mikrophone in geringem Abstand von den Trennflächen angeordnet sind. Als geringer Abstand wird ein solcher bezeichnet, der klein gegenüber den Wellenlängen des aufzunehmenden Schalls ist. Da die Wellenlängen an der obe- ren Grenze des Hörbereiches etwa 17 mm betragen, ist ein maximaler Abstand von etwa 10 mm unkritisch, so dass das Auftreten eines Kammfiltereffektes zuverlässig vermieden werden kann.

Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist, dass frontal einfallende Schallwellen praktisch nicht verzerrt werden. Bei seitlich auftreffenden Schallwellen kommt es nicht nur zu Laufzeit- und Pegel- unterschieden, sondern auch zu Staudruckeffekten, so dass insgesamt eine naturgetreue Abbil- dung des akustischen Umfeldes erreicht werden kann.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, dass die Trennflächen im Wesentlichen

eben ausgebildet sind. Auf diese Weise können unerwünschte Reflexionen vermieden werden, die zu einer Verfälschung des Klangbildes führen. Weiters ist es günstig, wenn der spitze Winkel, in dem die Trennflächen zueinander geneigt sind, zwischen 10 und 60 , vorzugsweise zwischen 25 und 40 beträgt. Auf diese Weise wird eine besonders naturgetreue Aufzeichnung erreicht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennflächen im Wesentlichen kreisrund ausgebildet sind. Dadurch kann eine besonders naturge- treue Aufnahme erreicht werden. Dabei ist es besonders günstig, wenn der Durchmesser der Trennflächen zwischen 18 cm und 35 cm beträgt. Dies entspricht etwa der Grössenordnung des menschlichen Kopfes. Eine akustisch besonders günstige Lösung ist gegeben, wenn der Abstand der Trennflächen an den Punkten grösster Annäherung zwischen 10% und 30% des Durchmessers der Trennflächen beträgt.

Beugungseffekte können insbesondere dadurch vermieden werden, dass die Trennflächen einstückig mit einem kreiszylindrischen Gehäuse ausgebildet sind, das im Übergangsbereich zu den Trennflächen abgerundet ist.

Es ist grundsätzlich möglich, den Trennkörper als Vollkörper auszubilden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich vorzusehen, dass die Vorrichtung als Schalenkörper ausgebildet ist, der im Inneren hohl ist. So kann ein geringes Gewicht erzielt werden.

Besondere akustische Vorteile ergeben sich weiters, wenn die Mikrophone ausserhalb der Mit- telpunkte der Trennflächen angeordnet sind. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang günstig, wenn die Mikrophone an Punkten der Trennflächen angebracht sind, die einen grösseren Abstand aufweisen, als die Mittelpunkte der Trennflächen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Trennflächen kreisrund ausgebildet sind, und dass die Mikrophone in einem Abstand vom Mittel- punkt der Trennflächen angeordnet sind, der zwischen 10% und 50%, vorzugsweise zwischen 20% und 40% des Durchmessers der Trennflächen beträgt.

Eine besonders naturgetreue Wiedergabe von Schallwellen, die frontal einfallen, kann erreicht werden, wenn die Mikrophone eine Kugelcharakteristik aufweisen.

In die Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsvarianten näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 eine seitliche Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung und die Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 11 11 in Fig. 1.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einem Trennkörper 1, der aus zwei Halbscha- len 2a, 2b zusammengesetzt ist, die symmetrisch zu einer Symmetrieebene 3 an geordnet sind.

Der Innenraum 4 des Trennkörpers 1 ist hohl, kann jedoch auch mit einem geeigneten Dämp- fungsmaterial ausgefüllt sein. Der Trennkörper 1 besitzt zwei Trennflächen 5a, 5b, die in einem Winkel a von etwa 35 zueinander geneigt sind, und die im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sind. An den Trennflächen 5a, 5b sind Mikrophone 6a, 6b angebracht, die eine im Wesentlichen kugelförmige Aufnahmecharakteristik aufweisen. Der Abstand d der Mikrophone 6a, 6b von den Trennflächen 5a, 5b ist klein gegenüber den Wellenlängen des Schalls, beispielsweise 3 mm. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die
Mikrophone 6a, 6b ausserhalb der Mittelpunkte Ma, Mb der Trennflächen 5a, 5b angeordnet, und zwar in einem Bereich zum breiteren Ende des Trennkörpers hin.

Dies bedeutet, dass die Mikro- phone 6a, 6b an Punkten der Trennflächen 5a, 5b angebracht sind, deren Abstand f grösser ist als der Abstand g der Mittelpunkte Ma, Mb der Trennflächen 5a, 5b. Vorzugsweise beträgt der Abstand h der Mikrophone 6a, 6b vom Mittelpunkt Ma, Mb der Trennflächen 5a, 5b etwa 20% des Durch- messers e der Trennflächen 5a, 5b. Es ist günstig, den Anbringungsort der Mikrophone 6a, 6b auch ausserhalb einer Horizontalebene 7 anzunehmen, die gleichzeitig eine Symmetrieebene der Vorrichtung ist. In der Praxis wird der Durchmesser e etwa mit 25 cm angenommen.

Die beiden Trennflächen 5a, 5b sind durch eine Zylinderfläche 8 verbunden, deren Dicke von der Vorderseite mit 6 cm auf 20 cm an der Rückseite zunimmt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Aufnahme von Schallwellen mit einem Trennkörper (1) und mindestens zwei an dem Trennkörper (1) angeordneten Mikrophonen (6a, 6b), dadurch gekenn- <Desc/Clms Page number 3> zeichnet, dass der Trennkorper (1) aus einem schallharten Material besteht und im We- sentlichen keilförmig ausgebildet ist, mit zwei Trennflächen (5a, 5b), die in einem spitzen Winkel zueinander geneigt sind, und dass die Mikrophone (6a, 6b) in geringem Abstand von den Trennflächen (5a, 5b) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen (5a, 5b) im Wesentlichen eben ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spit- ze Winkel, in dem die Trennflächen (5a, 5b) zueinander geneigt sind, zwischen 10 und 50 , vorzugsweise zwischen 25 und 40 beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen (5a, 5b) im Wesentlichen kreisrund ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Trennflächen (5a, 5b) zwischen 20 cm und 35 cm beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Trennflächen (5a, 5b) an den Punkten grösster Annäherung zwischen 10% und 30% des Durchmessers der Trennflächen (5a, 5b) beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen (5a, 5b) einstückig mit einem kreiszylindrischen Gehäuse ausgebildet sind, das im Übergangsbereich zu den Trennflächen (5a, 5b) abgerundet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- richtung als Schalenkörper ausgebildet ist, der im Inneren hohl ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro- phone (6a, 6b) ausserhalb der Mittelpunkte (Ma, Mb) der Trennflächen (5a, 5b) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrophone (6a, 6b) an Punkten der Trennflächen (5a, 5b) angebracht sind, die einen grösseren Abstand aufwei- sen, als die Mittelpunkte (Ma, Mb) der Trennflächen (5a, 5b).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennflächen (5a, 5b) kreisrund ausgebildet sind, und dass die Mikrophone (6a, 6b) in einem Abstand vom Mittelpunkt der Trennflächen angeordnet sind, der zwischen 10% und 50%, vorzugs- weise zwischen 20% und 40% des Durchmessers der Trennflächen (5a, 5b) beträgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrophone (6a, 6b) eine Kugelcharakteristik aufweisen.