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Die Erfindung betrifft ein Kugelflächenmikrofon
zur räumlichen
Aufzeichnung einer Schallquelle.
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Kugelflächenmikrofone sind bereits
seit vielen Jahren bekannt und im Einsatz und bestehen aus einem
im wesentlichen kugelförmigen
Gehäuse,
an dessen Oberfläche
in zwei diametral gegenüberliegenden
und auf einer horizontalen Ebene liegenden Positionen Mikrofone
angeordnet sind, die auch als Druckempfänger bezeichnet werden. Ein
Vorteil dieser Kugelflächenmikrofone
liegt darin, daß sie
nicht in unmittelbarer Nähe
eines aufzunehmenden Tonsignals plaziert werden müssen. Sie
bieten die Möglichkeit
des plastischen oder räumlichen
Hörens,
vergleichbar mit der Fähigkeit
des menschlichen Gehörs,
Richtungen feststellen und störende
Geräusche
unterdrücken
zu können.
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Der Aufstellungsort der bekannten
Kugelflächenmikrofone
kann jedoch bedingt durch das Umfeld und die räumlichen Gegebenheiten sehr
kritisch sein und zu unterschiedlichen Klangeindrücken führen. Beispielsweise
bei der Übertragung
von Veranstaltungen mit Bild und Ton aus Räumen, bei denen eine möglichst
exakte Übertragung
der akustischen Atmosphäre
aus dem Raum gewünscht
ist, spielt die Raumausstattung eine große und häufig Schwierigkeiten bereitende
Rolle. So finden sich Fenster mit und ohne Vorhänge, variierende Deckenhöhen, Verkleidungen
der Decken mit schalldämmenden
Platten oder auch harte Betondecken, unterschiedliche Anordnungen
von Bestuhlungen und dergleichen mehr. Die Veranstaltung selber
kann mit sehr dezenter Geräuschentwicklung
oder sehr lauter Geräuschentwicklung
verbunden sein und selbst die Kleidung der im Raum anwesenden Personen,
beispielsweise im Sommer oder Winter, beeinflußt das akustische Umfeld und
die möglichst
originalgetreue Übertragung
der Raumatmosphäre.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, die bekannten Kugelflächenmikrofone dahingehend weiterzuentwickeln,
daß auch
unter wechselnden oder erschwerten Bedingungen eine möglichst
originalgetreue Aufzeichnung der akustischen Atmosphäre eines
Raumes ermöglicht
wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe
wird erfindungsgemäß die Ausbildung
eines Kugelflächenmikrofons
gemäß den Merkmalen
des Schutzanspruches 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Kugelflächenmikrofon
mit zwei weiteren und auf der gleichen horizontalen Ebene liegenden
Mikrofonen auszustatten, die an diametral gegenüberliegenden Positionen an
der Oberfläche
des Gehäuses
angeordnet sind, wobei alle Mikrofone in der Ebene jeweils um 90° zueinander
versetzt angeordnet sind. Durch diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
mit insgesamt vier jeweils um 90° zueinander
versetzt in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordneten Mikrofonen wird
eine exakte Reproduktion der akustischen Gegebenheiten eines Raumes
möglich.
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Vielfach findet man bei der Übertragung
von Ereignissen oder Veranstaltungen aus einem Raum eine Hauptschallquelle
vor, beispielsweise eine an einer bestimmten Stelle des Raumes angeordnete Bühne, ein
Rednerpult oder auch nur einen Bereich, in dem sich eine hauptsächlich aufzuzeichnende
Person üblicherweise
befindet. Soll beispielsweise einem erkrankten und von daher nicht
in einem Klassenzimmer anwesenden Schüler die Teilnahme am Unterricht
ermöglicht
werden, indem Bild- und Toninformationen möglichst realistischer Qualität aus dem Klassenzimmer über eine
Datenleitung zu dem beispielsweise in einem Krankenhaus befindlichen Schüler übertragen
werden, so liegt das Hauptaugenmerk und die hauptsächlich zu übertragende Schallquelle
in dem Teil des Raumes, in welchem sich die Lehrperson üblicherweise
aufhält,
so daß die Hauptschallrichtung,
die mit Hilfe des Kugelflächenmikrofons
aufzuzeichnen ist, festliegt. Gleiches gilt beispielsweise auch
bei der Übertragung
von Tagungen oder dergleichen, wo sich die Bühne oder ein Rednerpult ebenfalls
in einer festgelegten Position innerhalb des Raumes befindet.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
wird in einem solchen Falle mit einer festgelegten Hauptschallrichtung
ein Mikrofon des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
als Prioritätsmikrofon
mit einem dem gesamten hörbaren
Frequenzbereich entsprechenden Übertragungsbereich ausgebildet
und auf die Position der Hauptschallquelle ausgerichtet. Die übrigen Mikrofone
werden hingegen als Atmosphärenmikrofone
mit einem gegenüber dem
gesamten hörbaren
Frequenzbereich eingeschränkten Übertragungsbereich
ausgebildet. Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß durch diese
Unterscheidung der insgesamt vier im erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofon
angeordneten Mikrofone dahingehend, daß eines der vier Mikrofone
als Prioritätsmikrofon
mit einem großen Übertragungsbereich,
nämlich
entsprechend dem hörbaren Frequenzbereich
ausgestattet wird, während
die übrigen
Mikrofone lediglich als Atmosphärenmikrofone mit
eingeschränktem Übertragungsbereich
ausgebildet werden, eine besonders realistische Aufzeichnung und Übertragung
der akustischen Gegebenheiten und Atmosphäre eines Raumes ermöglicht wird. Mit
anderen Worten besitzt das nach vorne zur Hauptschallquelle gerichtete
Mikrofon, welches auch als Druckempfänger bezeichnet werden kann,
Priorität,
während
die übrigen
drei Mikrofone oder Druckempfänger,
die aus Sicht der Hauptschallquelle seitlich rechts und links sowie
nach hinten am erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofon
angeordnet sind, gleichwertig, jedoch mit eingeschränktem Übertragungsbereich
ausgebildet sind.
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Der eingeschränkte Übertragungsbereich der als
Atmosphärenmikrofone
vorgesehenen Mikrofone kann z. B. mittels in den Signalweg der Mikrofone
eingeschleiften Filtern oder Bandpässen erzielt werden.
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Aufgrund der geringen Abmessungen,
des äußerst geringen
Gewichts und des guten Frequenzganges werden im Rahmen der Erfindung
bevorzugt Kondensatormikrofone zur Ausbildung der in das erfindungsgemäße Kugelflächenmikrofon
eingesetzten Mikrofone verwendet, jedoch können auch andere Bautypen von
Mikrofonen zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt sind die Mikrofone bündig in
die Oberfläche
des Gehäuses
eingesetzt, um störende Reflexionen
an der Oberfläche
des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
zu vermeiden. Derartige Gehäusereflexionen
können
im übrigen
auch dadurch bekämpft
werden, daß die
Oberfläche
des Gehäuses
mit einer schallabsorbierenden Beschichtung ausgebildet ist.
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Eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
sieht vor, daß das
Gehäuse
aus zwei entlang einer horizontalen Trennfuge aneinanderfügbaren Gehäusehälften gebildet
ist, wobei in einer Gehäusehälfte ein
Komponententräger oder
eine Platine für
die Aufnahme elektrischer und elektronischer Baugruppen für die Mikrofone,
wie Vorverstärker,
Stromversorgung und dergleichen befestigbar ist. Die Trennfuge liegt
bevorzugt in der von den Mikrofonen aufgespannten Ebene.
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Das Gehäuse kann beispielsweise auf
Basis von geschäumtem
Polystyrol, insbesondere EPS gebildet sein.
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Um das erfindungsgemäße Kugelflächenmikrofon
innerhalb eines Raumes zu befestigen, ist bevorzugt ein das Gehäuse und
die Ebene senkrecht durchsetzender metallischer Hohlstab vorgesehen, durch
welchen ferner Anschluß-
und Signalleitungen für
die Mikrofone in das Gehäuse
führbar
sind. Der metallische Hohlstab wird durch entsprechend ausgebildete
Durchbrüche
in den Gehäusehälften des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
geführt, wobei
durch den metallischen Werkstoff eine zuverlässige Abschirmung der Anschluß- und Signalleitungen
gegen Störstrahlungen
bewirkt wird.
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An dem dem Gehäuse abgewandten Ende des Hohlstabes
ist bevorzugt eine Anschlußbox,
z B. aus einem Kunststoff vorgesehen, in welcher die Anschlüsse zur
Weiterführung
der Tonsignale sowie der Anschluß zur Zuführung der Stromversorgung für die Mikrofone
angeordnet werden können.
An der Oberseite der Anschlußbox
wird sodann das erfindungsgemäße Kugelflächenmikrofon
mittels elastischer Halteelemente, beispielsweise Gummiriemen an
einer Raumdecke befestigt, wobei durch die elastische Aufhängung mittels
der Halteelemente eine trittschallgeschützte Aufhängung des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
bewirkt wird.
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Zur Verstärkung der von den Mikrofonen
des erfindungemäßen Kugelflächenmikrofons
aufgenommenen Signale sind bevorzugt zwei in ihrer Verstärkerleistung
einstellbare Vorverstärker
für die
Mikrofone vorgesehen, wobei ein Vorverstärker mit dem als Prioritätsmikrofon
ausgebildeten Mikrofon sowie einem als Atmosphärenmikrofon ausgebildeten Mikrofon
verbunden ist und der andere Vorverstärker mit den übrigen als
Atmosphärenmikrofonen
ausgebildeten Mikrofonen verbunden ist. Es hat sich im Rahmen der
Erfindung gezeigt, daß Vorverstärker mit
einer zwischen 0 und 100-fach stufenlos einstellbaren Verstärkerleistung
besonders vorteilhaft eingesetzt werden können, wobei durch Variation
der Verstärkerleistung
eine schnelle und einfache Anpassung an akustische Gegebenheiten
des jeweiligen Raumes, in welchem das erfindungsgemäße Kugelflächenmikrofon
plaziert wird, vorgenommen werden kann.
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An die Qualität der Versorgungsspannung der
im Rahmen des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
eingesetzten Mikrofone und zugehörigen
Vorverstärker
werden besondere Anforderungen gestellt. Unmittelbar vor dem Stromanschluß der Vorverstärker ist
von daher bevorzugt ein kurzschlußfester, temperaturkompensierender
Festspannungsregler vorgesehen. Da die Stromversorgungsleitung zum
erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofon
je nach Raumgröße mehrere
Meter betragen kann, wird durch Plazierung des Festspannungsreglers
unmittelbar vor den Vorverstärkern
verhindert, daß durch lange
Zu leitungswege Störgeräusche eingefangen werden
können.
Darüber
hinaus wird hierdurch eine relative Unabhängigkeit zum verwendeten Netzteil erzielt.
Es können
ferner an den Anschlüssen
des Festspannungsreglers Kondensatoren z. B. von jeweils 100 of
angelötet
sein, um etwaige hochfrequente elektrische Störungen kurzzuschließen.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
der Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Kugelflächenmikrofon,
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2 das
Kugelflächenmikrofon
gemäß 1 in der Explosionsdarstellung,
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3 die
Aufsicht auf die untere Gehäusehälfte des
erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons
gemäß 1,
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4 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Kugelflächenmikrofons.
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In der 1 ist
in einer schematisierten Seitenansicht ein Kugelflächenmikrofon
zur gleichzeitigen Aufzeichnung einer Hauptschallquelle, etwa einer
sprechenden Person sowie weiteren, von der Raumakustik abhängenden
Schallinformationen, wie Reflexionen und dergleichen, die die Klangatmosphäre eines
Raumes bestimmen, dargestellt.
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Das Kugelflächenmikrofon umfaßt ein im
wesentlichen kugelförmiges
Gehäuse 1,
welches aus zwei entlang einer horizontalen Trennfuge 10 aneinandergefügten Gehäusehälften 11, 12 von
kugelhalbschalenförmiger
Gestalt gebildet ist, wobei das Gehäuse 1 mit seinen beiden
Gehäusehälften 11, 12 z. B.
aus geschäumtem
Polystyrol, insbesondere EPS gebildet ist.
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Wie sich in näheren Einzelheiten auch aus der
schematisierten Aufsichtsdarstellung der unteren Gehäusehälfte 12 in
der 3 ergibt, sind im
Bereich der Trennfuge 10 insgesamt vier jeweils um 90° zueinander
versetzt ausgerichtete und in einer gemeinsamen horizontalen Ebene
E liegende Mikrofone M1, M2, M3, M4 angeordnet, wobei die Ebene
E mit der Trennfuge 10 des Gehäuses 1 zusammenfällt und von
daher die Mikrofone M1, M2, M3, M4 äquatorial auf dem kugelförmigen Gehäuse 1 angeordnet
sind.
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Zur Aufnahme der Mikrofone M1, M2,
M3, M4 weisen die beiden Gehäusehälften 11, 12 an
den jeweiligen Einbaupositionen der Mikrofone halbzylindrische Ausnehmungen 14 auf,
siehe hierzu 2, die
beim Zusammenfügen
der beiden Gehäusehälften 11, 12 zum
Gehäuse 1 zylindrische,
auf der Ebene E liegende Bohrungen ergeben, in welchen die Mikrofone
M1, M2, M3, M4 angeordnet werden können.
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Die Mikrofone M1, M2, M3, M4 sind
bevorzugt als Kondensatormikrofone ausgebildet und schließen bündig mit
der Oberfläche 100 des
Gehäuses 1 ab.
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Zur Befestigung des Kugelflächenmikrofons innerhalb
eines Raumes weisen die beiden Gehäusehälften 11, 12 ferner
jeweils eine senkrecht zur Ebene E und der Trennfuge 10 verlaufende
Ausnehmung 110, 120 auf, durch welche ein Hohlstab 5 aus einem
metallischen Werkstoff hindurchgesteckt wird. An dem unterseitig
aus der unteren Gehäusehälfte 12 aus
der Ausnehmung 120 austretenden Ende des metallischen Hohlstabes 5 wird
eine Endkappe 50 befestigt, während an dem aus der oberen
Gehäusehälfte 11 austretenden
Ende des metallischen Hohlstabes 5 eine Anschlußbox 6 beispielsweise
aus einem Kunststoffmaterial befestigt ist, die ihrerseits über die
Anschlußbox 6 durchdringende,
z. B. 3 mm starke Gummiriemen als elastische Halteelemente 7 an
einer Raumdecke 8 aufgehangen ist. Durch diese elastischen
Halteelemente 7 wird somit eine trittschalldämmende Aufhängung des
Kugelflächenmikrofons
an der Raumdecke 8 gewährleistet.
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Für
den elektrischen Anschluß der
Mikrofone M1, M2, M3, M4, d. h. für die Zuleitungen der benötigten Versorgungsspannung
sowie die Abführung der
Signalleitungen werden in nicht näher dargestellter Weise Anschlüsse innerhalb
der Anschlußbox 6 vorgesehen
und die entsprechenden Strom- und Signalleitungen innerhalb des
metallischen Hohlstabes 5 in das Gehäuse 1 geleitet, von
wo aus sie über
eine Durchbrechung im Hohlstab 5 zu den einzelnen Mikrofonen
M1, M2, M3, M4 innerhalb des Gehäuses 1 geführt werden.
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Der Darstellung gemäß 2 ist darüber hinaus
entnehmbar, daß die
beiden Gehäusehälften 11, 12 jeweils
einen inneren Hohlraum 13a, 13b umgrenzen, so
daß genügend Freiraum
für die
Führung der
Anschluß-
und Signalleitungen vorhanden ist. Überdies kann beispielsweise
in den Hohlraum 13b der unteren Gehäusehälfte 12 ein Komponententräger 2 oder
eine Platine eingesetzt werden, auf welcher weitere benötigte elektrische
und elektronische Baugruppen, wie eine Spannungsversorgung 4 sowie
Vorverstärker 3a, 3b für die Mikrofone
M1, M2, M3, M4 angeordnet sein können.
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Wesentliches Merkmal des in den Figuren dargestellten
Kugelflächenmikrofons
ist es, daß eines
der vier in der gemeinsamen Ebene E angeordneten Mikrofone, beispielsweise
das Mikrofon M4 als sogenanntes Prioritätsmikrofon ausgebildet ist,
während
die verbleibenden Mikrofone M1, M2, M3 als sogenannte Atmosphärenmikrofone
ausgebildet sind. Das Prioritätsmikrofon
M4 unterscheidet sich von den Atmosphärenmikrofonen M1, M2, M3 hinsichtlich seines Übertragungsbereiches
für das
aufzuzeichnende Frequenzspektrum der Schallquelle. Während des
Prioritätsmikrofon
M4 nämlich
mit einem dem gesamten hörbaren
Frequenzbereich entsprechenden Übertragungsbereich
ausgestattet ist, weisen die als Atmosphärenmikrofone dienenden weiteren
Mikrofone M1, M2, M3 lediglich einen gegenüber dem gesamten hörbaren Frequenzbereich
eingeschränkten Übertragungsbereich
auf.
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Demzufolge wird das als Prioritätsmikrofon ausgebildete
Mikrofon M4 unmittelbar auf die aufzuzeichnende Hauptschallquelle,
beispielsweise eine sprechende Person ausgerichtet, d. h. es zeigt
in diese Hauptschallrichtung, während
in Hauptschallrichtung betrachtet die übrigen Atmosphärenmikrofone von
der Hauptschallquelle abgewandt sind, nämlich in der Darstellung gemäß 1 das Atmosphärenmikrofon
M1 seitlich nach links, das Atmosphärenmikrofon M2 seitlich nach
rechts und das lediglich aus der Darstellung gemäß 3 ersichtliche weitere Atmosphärenmikrofon
M3 nach hinten. Durch diese Charakteristik der vier im Kugelflächenmikrofon vorgesehenen
Mikrofone M1, M2, M3, M4 wird eine außergewöhnlich naturgetreue Reproduktion
der Schallquelle einschließlich
der akustischen Atmosphäre
des Raumes, in welchem sich das Kugelflächenmikrofon befindet, gewährleistet.
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Aus dem in der 4 wiedergegebenen Blockschaltbild des
Kugelflächenmikrofons
wird ersichtlich, wie die einzelnen Mikrofone M1, M2, M3, M4 geschaltet
sind und wie die Unterscheidung in ein Prioritätsmikrofon M4 sowie drei in
ihrem Übertragungsbereich
eingeschränkten
Atmosphärenmikrofone
M1, M2, M3 gewährleistet
wird.
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Mit Bezugszeichen 3a, 3b sind
zwei Vorverstärker
bezeichnet, die eine von 0 bis zu 100-fach einstellbare Verstärkerleistung
aufweisen. An den ersten Vorverstärker 3a ist das mit
einem dem gesamten hörbaren
Frequenzbereich entsprechenden Übertragungsbereich
ausgestattete Prioritätsmikrofon
M4 unmittelbar angeschlossen, ferner auch das als Atmosphärenmikrofon
mit einem eingeschränkten Übertragungsbereich
ausgebildete Mikrofon M3. Der eingeschränkte Übertragungsbereich wird durch einen
in den Signalweg des Atmosphärenmikrofons M3
eingeschleiften Filter 30 hergestellt, welcher den Übertragungsbereich
des Mikrofons M4 in der gewünschten
Weise beschneidet.
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An den zweiten Vorverstärker 3b mit
ebenfalls bis zu 100-fach einstellbarer Verstärkerleistung sind die beiden übrigen als
Atmosphärenmikrofone dienende
Mikrofone M1, M2 angeschlossen, welche beide ebenso wie das Mikrofon
M3 über
einen in den Signalweg eingeschleiften Filter 30 verfügen, der
den Übertragungsbereich
der Mikrofone M1, M2 entsprechend dem Mikrofon M3 beschneidet.
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Von den beiden Vorverstärkern 3a, 3b gehen sodann
Signalleitungen 31a, 31b zur Übertragung der aufgezeichneten
Signale und zur Weiterverarbeitung ab.
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Anstelle von Filtern 30 können auch
Bandpässe
oder andere geeignete Schaltungen vorgesehen werden.
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Zur Stromversorgung der Vorverstärker ist ausgehend
von einer von einem externen Netzteil kommenden Stromzuführung 41 unmittelbar
am Stromanschluß der
beiden Vorverstärker 3a, 3b ein kurzschlußfester,
temperaturkompensierender Festspannungsregler 40 vorgesehen,
der die beiden Vorverstärker 3a, 3b mit
ihrer Betriebsspannung versorgt. Hier können auch nicht dargestellte
Kondensatoren eingeschaltet sein, um etwaige hochfrequente elektrische
Störungen
kurzzuschließen
und damit auszuschalten.
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Sämtliche
im Blockschaltbild gemäß 4 dargestellte elektrische
und elektronische Baugruppen, nämlich
Spannungsregler 40, Vorverstärker 3a, 3b,
Filter 30 und gegebenenfalls auch die Mikrofone M1, M2,
M3, M4 können
auf einer gemeinsamen Platine oder einem Komponententräger 2 angeordnet und
z. B. in der unteren Gehäusehälfte 12 des
Gehäuses 1 gemäß Darstellung
in der 2 befestigt werden.
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Das Kugelflächenmikrofon ermöglicht aufgrund
seiner Charakteristik mit insgesamt vier in einer gemeinsamen horizontalen
Ebene angeordneten und um 90° zueinander
versetzten Mikrofonen, von denen eines als Prioritätsmikrofon
mit einem dem hörbaren
Frequenzbereich entsprechenden Übertragungsbereich
und die drei übrigen
Mikrofone als Atmosphärenmikrofone
mit einem gegenüber
dem hörbaren
Frequenzbereich eingeschränkten Übertragungsbereich
ausgestattet sind, eine bis dahin unerreicht realistische Abbildung
einer Raumakustik, die in vielen Anwendungsfällen von besonderem Vorteil ist.
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Beispielsweise ermöglicht das
vorangehend erläuterte
Kugelflächenmikrofon
Kindern, die an Krebs erkrankt sind, von Zuhause oder vom Krankenzimmer
mit Bildübertragung
einer Kamera sowie Tonübertragung über das
vorangehend erläuterte
Kugelflächenmikrofon
live weiterhin an ihrem Unterricht teilzunehmen. Dabei wird die
gewohnte Atmosphäre aus
dem Klassenzimmer weitgehendst abgebildet, was durch die vorangehend
erläuterte
technische Besonderheit des Kugelflächenmikrofons gewährleistet
wird.
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Selbstverständlich eignet sich das vorangehend
erläuterte
Kugelflächenmikrofon
auch für
vielfältige
andere Aufgaben, beispielsweise bei der Aufzeichnung von Veranstaltungen,
Musikdarbietungen und dergleichen mehr.