DE9101371U1 - Stereomikrofon - Google Patents

Description

DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT D-7250Leonberg

Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße

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15.1.1991

Firma beyerdynamic GmbH & Co., Theresienstr. 8, 7100 Heilbronn

Stereomikrofon

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stereomikrofon nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stereomikrofone sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt - Darstellungen verschiedener Stereomikrofonverfahren, des sich hierbei ergebenden Stereo-Aufnahmebereichs sowie der Richtcharakteristik des entsprechenden Monosignals lassen sich beispielsweise dem Bild 5/2 auf Seite 156 des "Handbuchs der Tonstudiotechnik", bearbeitet von Michael Dickreiter, 1979, K. G. Saur-Verlag KG München entnehmen. Auf diese Veröffentlichung wird hinsichtlich bekannter stereophonischer Aufnahmeverfahren allgemein verwiesen, auch mit Bezug auf weiter hinten noch angesprochene

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sogenannte Matrix-Systeme, die zur Umwandlung bestimmter Stereosignale üblich sind , so daß darauf nicht mehr in allen Einzelheiten eingegangen zu werden braucht. Für intensitätsstereophone Aufnahmen werden stets mindestens zwei Mikrofone mit richtungsabhängiger Empfindlichkeit verwendet, die dicht nebeneinander angeordnet bzw. montiert sind.

In diesem Zusammenhang unterscheidet man zwischen dem sogenannten MS-Stereophonieaufnahmeverfahren, welches sich als Abkürzung aus dem Begriff eines
Mitte/Seite-Aufnahmesystems ableitet, und dem sogenannten XY-Mikrofonaufnahmeverfahren, bei welchem für den rechten und den linken Kanal jeweils ein
Richtmikrofon bestimmter Charakteristik, wie beispielsweise Niere, Superniere u. dgl. benutzt wird.

Im Fall des XY-Mikrofonverfahrens entsprechen die Ausgangssignale der beiden verwendeten Mikrofone
direkt den Signalen für den linken und rechten Stereokanal.

Anders ist dies beim MS-Mikrofonverfahren, bei dem ein Mitte-Mikrofonsystem zusammen mit einem Seite-Mikrofonsystem verwendet werden, wobei das Seite-System immer eine Acht ist, während das Mitte-System ein gerichtetes oder ein ungerichtetes Mikrofon sein kann. Allerdings kann das MS-Signal nicht direkt
als Stereosignal benutzt werden, sondern muß erst über eine allgemein bekannte Matrix umgewandelt werden, wobei die Matrix aus dem MS-Signal ein Links/Rechts-Signal liefert, wie dies für stereophones Hören erfor-

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derlich ist. Dabei bildet die Matrix die Summe bzw. Differenz des M-Signals und des S-Signals. Für solche Matrix-Schaltungen werden bevorzugt Übertrager, aber auch Allzweckverstärker eingesetzt, und zwar bevorzugt sofort in Form von Summen-Differenzübertragern oder auch entsprechend an ihren Eingängen verschalteten Verstärkern, die dann jeweils paarweise verwendet werden, wobei am Ausgang solcher Summen-Differenz-Bildner bei Ansteuerung mit einem Links/Rechts-Signal (LR) Signal abgenommen werden kann, während am Ausgang ein LR-Signal zur Verfügung steht, wenn die Ansteuerung mit einem MS-Signal erfolgt. Solche Matrix-Schaltungen werden auch bei bestimmten Ausführungsformen vorliegender Erfindung eingesetzt; da diese jedoch für solche Signalumwandlungen in der Fachwelt hinreichend bekannt sind, braucht hierauf an dieser Stelle sowie in der folgenden Beschreibung nicht weiter eingegangen zu werden.

Grundsätzlich ist es immer erforderlich, aus einem MS-Signal ein Links/Rechts-Signal entsprechend dem XY-Signal zu erzeugen, wenn in Stereo abgehört werden soll, wobei es nur bei Monoaufnahmen genügt, das Seitensignal (S-Signal) wegzulassen, weil das Mitte-Signal (M-Signal) die Monoinformation allein liefert.

Da sich aber aus dem MS-Mikrofonverfahren über die Matrix ein XY-Signal ableiten läßt, gelten beide Verfahren als gleichwertig, wobei man allerdings dem MS-Mikrofonverfahren deshalb den Vorteil gibt, weil sich durch eine Veränderung des S-Anteils in der Matrix der Aufnahmewinkel durch elektrische Beein-

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flussung verändern läßt. Dies ist auch der Grund, warum das MS-Mikrofonverfahren insbesondere bei Rundfunkstudios und Reportagen besonders beliebt ist, eben weil eine gewisse Nachbearbeitung möglich ist.

Grundsätzlich läßt sich eine MS-Anordnung mit einem bestimmten Aufnahmewinkel über die Matrix zu einer XY-Anordnung mit exakt dem gleichen Aufnahmewinkel überführen. Dabei ist der Aufnahmewinkel der Winkel, unter dem sich bei der MS-Anordnung die Richtcharakteristiken der beiden Systeme schneiden, also beide Mikrofone gleich empfindlich ist. Bei der XY-Anordnung ergibt sich der Aufnahmewinkel aus dem Winkel zwischen den Richtungen der minimalen Empfindlichkeit der Systeme.

Bei der Nachbearbeitung von mit dem MS-Mikrofonverfahren aufgenommenen Signalen ergibt sich allerdings deshalb ein nachteiliges Problem, weil mit der (gewünschten) Veränderung des Aufnahmewinkels auch die Richtcharakteristik des resultierenden Systems verändert wird. Werden also MS-Signale über eine Matrix auf XY-Signale umgewandelt, dann hat das resultierende XY-System eine andere Richtcharakteristik als das ursprüngliche Mitte-System. Die allgemeine Formel für die Richtcharakteristik lautet dabei

_ 1+k-cosot
^&kgr;(&agr;) "

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mit k = O Kugel

k = 1 Niere

k = 1,74 Superniere

k = 2,92 Hyperniere

k -*■ °° Acht.

Die erwähnte Veränderung der Richtcharakteristik geht dabei immer in Richtung größerer k-Werte, was anders ausgedrückt bedeutet, daß die Richtcharakteristik des resultierenden XY-Systems immer enger als die Richtcharakteristik des Mitte-Systems wird. Wird als Mitte-System z. B. eine Superniere benutzt, dann ergibt sich ohne Korrektur des S-Anteils nach der Matrix eine extreme Hyperniere mit einem Versatzwinkel von z. B. 58°.

Bei Vergrößerung des S-Anteils z, B. um 6 dB vergrößert sich der Versatzwinkel auf 73° (bei Verkleinerung des Aufnahmewinkels), wobei dann die Richtcharakteristik fast in eine Acht übergeht (mit Rückwärtsdämpfung von ca. 3 dB). Dabei ist der Versatzwinkel der Winkel zwischen der Hauptachse des X- oder Y-Mikrofons und der 0°-Richtung, während der Aufnahmewinkel der Winkel zwischen der 0°-Richtung und der Richtung geringster Empfindlichkeit ist, wie dies auch aus dem weiter vorn schon erwähnten "Handbuch der Tonstudiotechnik" entnommen werden kann. Man ist also mit der resultierenden Richtcharakteristik mehr oder weniger festgelegt und kann bei gegebenem Mitte-System bei der Umwandlung der Signale über die Matrix entweder den resultierenden Versatzwinkel oder die resultierende Richtcharakteristik innerhalb

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bestimmter Grenzen wählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus dieser Zwangslage bei der Nachbearbeitung der Signale herauszukommen und ein Stereomikrofonsystem zu schaffen, bei dem der resultierende Versatzwinkel unabhängig von der resultierenden Richtcharakteristik frei gewählt werden kann.

Lösung der Aufgabe

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß sowohl Versatzwinkel als auch Richtcharakteristik eines resultierenden XY-Systems in weiten Bereichen frei gewählt werden können, und zwar durch eine vorhergehende entsprechende Wahl der mechanischen Ausrichtung der beiden vorgesehenen Seitensysteme zu einem im gleichen Gehäuse angeordneten Mittensystem, wobei die Seitensysteme im Bereich zwischen der Hauptachse des Mittensystems bis rechtwinklig dazu verschwenkt werden können.

Auf diese Weise ist es durch geeignete Wahl von mechanischem Versatzwinkel und entsprechender Einstellung der Matrix möglich, durch eine nachfolgende (doppelte) Matrizierung beispielsweise bei einem resultierenden Versatzwinkel von 45° als resultierende Richtcharakteristik eine Niere oder auch eine Hyperniere zu erhalten.

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Mit anderen Worten, beginnt man entsprechend vorliegender Erfindung unter Zugrundelegung eines anfänglichen XY-Mikrofonverfahrens mit einer unter 45° nach links und rechts stehenden Niere, dann kann man über eine (übliche) Matrix ein stereophonisches MS-Signal herstellen, dieses dann entsprechend beispielsweise mittels einer Bandmaschine aufnehmen oder in gewünschter geeigneter Weise bearbeiten und anschließend
über eine Matrix wieder auf XY gehen, so daß sich
ein vernünftiges Links/Rechts-Signal ergibt. Auch
wenn man hier eine Variation des Winkels beispielsweise zwischen 30 und 60° vornimmt, ergibt sich dennoch eine sehr viel geringere entsprechende Veränderung
der Richtcharakteristik.

Sieht man also in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Grundkonzeption in einer Ausgestaltung der Erfindung der Mikrofonanordnung eine doppelte nachgeschaltete Matrix vor, dann wird man durch die beiden Matrices von der resultierenden Richtcharakteristik unabhängig.

Der Erfindung gelingt also eine Problemlösung dann, wenn man beispielsweise eine MS-Aufnahme hat und
bei dieser versucht, den Seitenanteil (= Matrixfaktor) zu variieren. Dies führt sonst normalerweise zu einer entsprechenden Veränderung des Aufnahmewinkels bzw. der Richtcharakteristik des resultierenden Systems
(resultierende Richtcharakteristik), so daß man auf eine bestimmte Richtung festgelegt wird.

Im Gegensatz dazu ermöglicht es die Erfindung, sowohl zu einem echten MS-Stereophoniesignal zu gelangen

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als auch unter Zugrundelegung der Doppelmatrix nachträglich den Aufnahmewinkel zu korrigieren.

In gleicher Weise ist es durch die mechanische Verstellung der Seitensysteme möglich, für Monoaufnahmen bzw. MS-Aufnahmen die Richtcharakteristik des M-Signals in einem weiten Bereich zu verändern.

Dabei können die vorgesehenen drei Einzelsysteme die gleiche Richtcharakteristik, beispielsweise als Niere besitzen. Es ist auch möglich, für das Mitte-System eine andere Richtcharakteristik als für die beiden Seitensysteme zu verwenden. Diese sollten allerdings vorzugsweise gleich sein.

Die doppelte Matrix kann als separate Baugruppe vom Mikrofongehäuse auch abgesetzt sein.

Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung eines Mehrfach-Umschalters, der in seiner einen Position (MS) die Seitensysteme bei Invertierung eines der Signale gegeneinander schaltet und einem nachgeschalteten Verstärker zuführt, während das Mittensignal auf einen anderen Verstärker gelangt und wobei der Umschalter in seiner anderen Position (XY) das Mitte-System abschaltet und die beiden Seitensysteme unabhängig voneinander auf die Eingänge der nachgeschalteten beiden Verstärker legt.

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines kombinierten MS-XY-Stereomikrofons,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform des mechanischen Aufbaus des erfindungsgemäßen Stereomikrofons mit drei Mikrofonsystemen in einem Gehäuse mit abschwenkbaren Seitensystemen und Fig. 3 in detaillierter Darstellung eine Ausführungsform eines Schaltbildes des erfindungsgemäßen Stereo-Kondensatormikrofons.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, in einem gemeinsamen Mikrofongehäuse drei unterschiedliche Mikrofonsysteme als Mitte-System mit zwei gegenüber diesem vorzugsweise um gemeinsame Winkel verschwenkbaren Seitensystemen zu bilden und die Ausgänge der drei Einzelsysteme über einen Umschalter zu führen, so daß wahlweise mit einem echten MS-Mikrofonverfahren oder einem echten XY-Mikrofonverfahren gearbeitet werden kann und hierbei gleichzeitig bei Zugrundelegung einer doppelten Matrix eine weitgehende Befreiung der resultierenden Richtcharakteristik von dem resultierenden Versatzwinkel möglich ist.

In Fig. 1 sind die vorgesehenen drei Mikrofonsysteme

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lediglich schematisch dargestellt und mit M für das Mitte-System, R für das rechte Seitenmikrofon und L für das linke Seitenmikrofon bezeichnet. Die Mikrofonsysteme sind in einem gemeinsamen Gehäuse so eingebaut, wie weiter unten noch anhand der Darstellung der Fig. 2 erläutert wird.

Die Ausgänge der drei Mikrofonsysteme M, R und L sind über einen gemeinsamen Umschalter US mit den Eingängen E_ eines schematisiert angedeuteten Verstärkers V„ für den rechten Kanal sowie E₁. eines Verstärkers V_T für den linken Kanal geführt, an dessen Aus-

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gangen dann entweder, und zwar je nach Stellung der Einzelschalter des gemeinsamen Umschalters US entweder ein stereophonisches Rechts/Links-Signal oder ein MS-Signal auftritt.

Der Umschalter US umfaßt drei Einzelumschalter USl, US2 und US3, wobei die in Fig. 1 durchgezogenen Schaltpositionen dem XY-Mikrofonverfahren entsprechen, während in der anderen Schaltstellung von dem MS-Mikrofonverfahren Gebrauch gemacht wird.

Bei dem XY-Mikrofonverfahren in der dargestellten Schaltstellung der Einzelumschalter USl, US2 und US3 ist das rechte Seitenmikrofon R auf den Eingang &Egr;_&OHacgr; des rechten Kanalverstärkers V_n durchgeschaltet; das gleiche trifft sinngemäß für das linke Seitenmikrofon L zu, während das Mitte-System abgeschaltet ist.

Befinden sich die Umschalter USl, US2 und US3 in der anderen Schaltposition, dann liegt der Ausgang

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des Mitte-Systems über den Einzelumschalter USl am Eingang des oberen Verstärkers V , so daß an dessen

Ausgang das in Klammern gesetzte Signal M auftritt, während die beiden Seitenmikrofone über der Entkopplung dienende Widerstände R_n und R_T mit ihren Ausgangen verbunden und der Verbindungspunkt gleichzeitig auf den Eingang des unteren Verstärkers V_r gelegt ist, so daß sich an dessen Ausgang das Seitensignal S beim MS-Mikrofonverfahren ergibt. Man erkennt, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem linken Seitenmikrofon L noch ein Inverter zu 180° Phasendrehung nachgeschaltet ist, was zu Differenzbildung beim Gegeneinanderschalten der Mikrofonsignale erforderlich ist.

Dabei ist der mechanische Aufbau entsprechend Fig.2 so getroffen, daß in einem gemeinsamen Gehäuse G die drei Mikrofonsysteme M, R, L montiert sind, und zwar in einem mittleren Gehäuseteil Gl das Mitte-Mikrofonsystem und entsprechend in zwei am mittleren Gehäuseteil Gl schwenkbar befestigten Gehäuseseitenteilen G2 und G3 die beiden anderen Mikrofonsysteme L und R. Das Mitte-Mikrofonsystem M ist dabei fest in Richtung der Hauptachse des resultierenden Stereomikrofons montiert, während die beiden Seiten-Mikrofonsysteme so angeordnet sind, daß sie in einem vorgegebenen Bereich zwischen der Hauptachse (Aufnahmerichtung) des Stereomikrofons bis rechtwinklig dazu verschwenkt werden können. Mit anderen Worten die beiden Seitenmikrofonsysteme R und L können in ihren sie aufnehmenden Gehäusen G2 und G3 durch die Gehäuseverdrehung zum mittleren Teilgehäuse so verschwenkt

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werden, daß sie entweder mit diesem in einer Ebene liegen oder nach rückwärts bis in die gestrichelte Position abgeklappt sind.

Dabei können die beiden schwenkbaren Systeme aufgrund der weiter vorn schon angegebenen elektrischen Beschaltung entweder als XY-System benutzt werden oder sie können gegeneinandergeschaltet beispielsweise ein Achter-System ergeben, welches mit dem festen Mitte-System als MS-Anordnung arbeitet. Als Ausgangssignal einer solchen Stereomikrofonanordnung ergibt sich dann entweder ein MS-Signal oder XY-Signal und in Verbindung mit einer doppelten Matrix die weitgehende Unabhängigkeit der resultierenden Richtcharakteristik von dem resultierenden Versatzwinkel.

Der Detaildarstellung der Fig. 3 läßt sich entnehmen, daß den Mikrofonsystemen M, R und L zunächst ein erster Vorverstärker Vv nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge in der weiter vorn schon erläuterten Weise über die Einzelumschalter USl, US2 und US3 jeweils wahlweise mit den nachgeschalteten Verstärkern für rechten und linken Kanal verbunden werden können, die in Fig. 3 als integrierte Schaltungsblöcke mit einer größeren Anzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen dargestellt sind, so daß noch entsprechende, äußere Beschaltungen, wie gezeigt, realisiert werden können.

Bemerkenswert ist bei der Schaltung der Fig. 3 noch, daß ein weiterer, Polarisationsspannungen von beispielsweise +48 Volt bzw. -48 Volt den Mikrofonsyste-

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men zuführender Schaltungsblock Bp vorgesehen ist, dem ein weiterer Einzelumschalter US4 nachgeschaltet ist. Dieser Einzelumschalter US4 ist so ausgebildet, daß in der einen Schaltposition (XY) beiden Seitenmikrofonen die gleiche Polarisationsspannung von in diesem Falle +48 Volt zugeführt wird, während in der anderen Schaltposition, die in Fig. 3 lediglich gestrichelt dargestellt ist und die der Umschaltung auf das MS-Mikrofonverfahren dient, einem der Seitenmikrofone die invertierte Polarisationsspannung von -48 Volt zugeführt wird; dies ersetzt bei einem Realmikrofon die in Fig. 1 erwähnte Anordnung eines diesem nachgeschalteten Inverters zur Phasendrehung.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsversuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander als erfindungswesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen sowie den Hauptanspruch in seinem Merkmalsgehalt zu reduzieren.

Claims (7)

DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT D-7250Leonberg Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße 2417/ot/wi 15.1.1991 Firma beyerdynamic GmbH & Co., Theresienstr. 8, 7100 Heilbronn Schutzansprüche

1. Stereomikrofon, insbesondere Stereokondensatormikrofon, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zum wahlweisen Einsatz sowohl als echtes MS-als auch als echtes XY-Mikrofon drei Mikrofonsysteme (M, L, R) in einem gemeinsamen Gehäuse

(G) vorgesehen sind, daß

b) das Gehäuse (G) aus einem mittleren, ein erstes Mitte-Mikrofonsystem (M) aufnehmenden Gehäuseteil (Gl) und aus zwei seitlich an diesen angesetzten und gegenüber diesem verschwenkbaren, jeweils Seitenmikrofonsysteme (LR) aufnehmenden Gehäuseseitenteiüen (G2, G3) besteht und daß

c) die Ausgänge aller drei Mikrofonsysteme nu^ einem Umschalter (US) verbunden sind, der in seiner einen Position (XY-Mikrofonverfahren) die beiden Seitenmikrofone (R/L) mit nachgeschalteten Verstärkern (V_n, V_.für den rechten und linken Kanal bei Abschaltung des Mitte-Systems oder im MS-Mikrofonverfahren bei Gegeneinanderschaltung der beiden Seitenmikrofone deren Verbindungs·

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punkt mit dem einen und das Mitte-System mit dem anderen Verstärker (V_T, VR) verbindet.

L·

2. Stereomikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den wahlweise Rechts/Links-Signal oder MS-Signal führenden Ausgängen der beiden Verstärker (V , V) eine doppelte Matrix nachgeschaltet ist derart, daß ein mit einem vorgegebenen VerSchwenkwinkel der beiden Seitensysteme aufgenommenes XY-Signal in ein nachbearbeitbares MS-Signal und aus diesem bei weitgehender Unabhängigkeit der resultierenden Richtcharakteristik von dem Versatzwinkel in ein XY-Signal rückwandelbar ist.

3. Stereomikrofon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein Seitenmikrofonsystem (RL) aufnehmenden Gehäuseseitenteile (G2, G3) über Schwenklager am stationären mittleren Gehäuseteil (Gl) mit dem Mitte-System gelagert sind zur beliebigen Winkelverschwenkung gegenüber der Mikrofonhauptachse.

4. Stereomikrofon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Gehäuseseitenteilen durchgeführten Verschwenkbewegungen miteinander verkoppelt sind derart, daß von den Gehäuseseitenteilen nur gleiche Verschwenkwinkel gegenüber dem mittleren Gehäuseteil eingenommen werden können.

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5. Stereomikrofon nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Einzelmikrofonsysteme (M, R, L) die gleiche Richtcharakteristik (Niere, Superniere ...) aufweisen.

6. Stereomikrofon nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitensysteme gleich sind.

7. Stereomikrofon nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelte Matrix separat gegenüber dem Mikrofongehäuse (G) vorgesehen ist.