DE968805C - Mikrophonanordnung zur Erzeugung eines natuerlichen Klangeindruckes bei elektroakustischer Einkanal-UEbertragung von Musik und Sprache - Google Patents

Description

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Der elektroakustischen Übertragung von Musik und Sprache über einen einzigen Übertragungskanal haftet bekanntlich bei aller Vollkommenheit sämtlicher Übertragungsglieder immer ein grundsätzlicher Mangel an, welcher darin besteht, daß das wiedergegebene Klangbild den gleichen unbefriedigenden Charakter aufweist, wie das Klangbild, das bei einohrigem Hören im Konzertsaal selbst empfunden wird. Es ist hinlänglich bekannt, daß ein Zuhörer im Konzertsaal nur ein unvollkommenes und unschönes Klangbild empfindet, wenn er nur auf einem Ohr hört, und daß dieses einohrige Klangbild dem Klangbild über Mikrophon und Lautsprecher sehr ähnlich ist, vor allem dann, wenn der einohrige Hörer am Standort des Mikrophones hört. Die Mängel beim einohrigen Hören und beim Hören über Mikrophon und Lautsprecher lassen sich etwa folgendermaßen beschreiben: Das Klangbild aus etwas halligeren Räumen verliert bei einohrigem Hören in höherem Maße an Durchsichtigkeit als

beim zweiohrigen Hören. Dieses bedeutet, daß das Auflösungsvermögen des Ohres bei einohrigem Hören geringer ist. In jeder Art von Räumen findet bei einohrigem Hören eine stärkere Überdeckung der leiseren und meist höheren Instrumente, z. B. der Geige, durch lautere und meist tiefere Instrumente, z. B. durch die Blasinstrumente, statt, so daß sich dadurch ein etwas dumpfes und unplastisches Klangbild ergibt.

ίο Die genannten Erscheinungen sind ohrphysiologisch begründet. Das bekannte Verfahren der stereophonischen Übertragung, d. h. der Übertragung auf mindestens zwei getrennten Kanälen, hebt die beschriebenen Mangel weitgehend auf. Jedoch erfordert die stereophonisch^ Übertragung sowie alle bekannten Abarten einen erheblichen Aufwand, zumal bei der Übertragung über Sender und Empfänger und bei der Schallaufzeichnung. Die stereophonische Übertragung ermöglicht zwar das Richtungshören, d. h. die Ortung der einzelnen Schallquellen, dieses ist aber für das Auflösungsvermögen des Ohres nicht als unbedingt notwendig anzusehen. Geht es also allein um die Erzeugung eines plastischen und gut durchsichtigen Klangbildes, so stellt die stereophonische Übertragungsweise ein Verfahren mit zu hohem Aufwand dar.

Man kann annehmen, daß die beiden Hörkanäle des menschlichen Organismus letzten Endes in einem einzigen Gehirnzentrum enden und daß für das Auflösungsvermögen des Ohres und überhaupt für die natürliche Klangempfindung der stets vorhandene Zeitunterschied weitgehend mit entscheidend ist, mit dem die auf beiden Ohren auftreffenden Schalldrucke in dem für beide Ohren gemeinsamen Gehirnzentrum empfunden werden, ganz unabhängig davon, auf welchem Wege diese zeitlich verschiedenen zwei Schalleindrücke aufgenommen werden. Entsprechende Versuche an zahlreichen Versuchspersonen haben ergeben, daß tatsächlich eine weitgehende Annäherung an das natürliche zweiohrig gehörte Klangbild entsteht, wenn bei einer Einkanal-Übertragung dieser Zeitunterschied eingeführt wird.

Es ist versucht worden, dieses Ziel zu erreichen, indem man bekanntlich bei Tonträgern bei der Wiedergabe eine Wiederholung der Aufzeichnung durch einen zweiten versetzten Tonabnahmekopf erzeugt hat. Man hat auch bei Lautsprecheranlagen eine Wiederholung durchgeführt; in diesem Falle wurde ein Teil der Energie mittels Lautsprecher und Mikrophon über eine Luftstrecke geführt. Zu dem gleichen Zweck sind auch Anpassungsübertrager mit fortschreitender Verzögerung verwendet worden. Schließlich ist auch eine Lautsprecheranordnung mit zwei Lautsprechern bekanntgeworden, die so gerichtet werden können, daß sich für den Hörer ein Zeitunterschied in bezug auf die Wiedergabe des einen Lautsprechers zu dem anderen Lautsprecher ergibt. Diese bekannten Anordnungen bedingen alle entweder einen erheblichen technischen Aufwand, oder lassen eine Wiederholung erst nach einer Zeit zu, die nicht der sehr kurzen Zeitdifferenz bei zweiohrigem Hören entspricht.

Es muß in diesem Zusammenhang auch eine Mikrophonanordnung erwähnt werden, bei der mehrere von einer Schallquelle beaufschlagte Reflektormikrophone zur Erzielung einer gleichzeitigen und phasenrichtigen Beaufschlagung auf einer Kreisfläche angeordnet und dementsprechend mit parabolischen Reflektoren mit einem Durchmesser von etwa 40 bis 80 cm versehen sind. Die phasenrichtige Beaufschlagung ergibt sich dabei aus der Tatsache, daß die Schallwege von der Schallquelle zu den einzelnen Mikrophonen untereinander gleich sind. Die bekannte Mikrophonanordnung hat eine ausgesprochene Richtwirkung, die für einen natürlichen Klangeindruck gerade nicht erwünscht ist, wie vorstehend ausführlich dargelegt wurde.

Um auf einfache Weise einen natürlichen Klangeindruck bei der Einkanal-Übertragung zu erzielen, dienen bei einer Mikrophonanordnung, bestehend aus einem oder mehreren Mikrophonen mit dahinterliegendem Reflektor, erfindungsgemäß als Reflektoren ein oder mehrere im Abstand von 8 bis 16 cm vom Mikrophon angeordnete Scheiben mit ungefähr 50 cm Durchmesser.

Bei dieser Mikrophonanordnung erfolgt mindestens eine einmalige Wiederholung der Übertragung auf dem Wege von der Schallquelle zum Mikrophon mit einem Zeitabstand von etwa 0,3 bis 1,0 msec. Dieser Zeitunterschied entspricht etwa dem mittleren Zeitunterschied, mit dem je nach der Einfallsrichtung bei zweiohrigem Hören die Schalleindrücke beider menschlicher Ohren im Hörzentrum eintreffen. Die Wiederholung direkt vor dem.Mikrophon hat den Vorteil, daß sich leicht ein beim natürlichen zweiohrigen Hören auftretender Vorgang nachbilden läßt, der darin besteht, daß der Schall aus verschiedenen Einfallsrichtungen mit verschiedenen Zeitunterschieden in das Gehirnzentrum gelangt. Hierbei ändert sich mit der Einfallsrichtung infolge der Richtcharakteristik der Ohren auch das Verhältnis des Schalldruckes auf beiden Ohren. Eine so weitgehende Nachahmung der natürlichen Vorgänge beim zweiohrigeu Hören ist mit den bekannten Anordnungen nicht möglich.

An Hand der Abbildungen werden beispielsweise verschiedene Ausführungen der neuen Anordnung erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Verwirklichung dieses Gedankens. In einem Abstand a (ungefähr 12 cm) von der Mikrophonkapsel 1 entfernt ist eine schallharte reflektierende Scheibe 2 angebracht, deren Durchmesser d ungefähr 50 cm beträgt. Die Anordnung der Scheibe ist so getroffen, daß sie von der Schallquelle aus gesehen hinter dem Mikrophon liegt. Da für den gewünschten Effekt im wesentlichen nur die doppelte Wiedergabe der höheren und mittleren Frequenzen bestimmend ist, genügt ein Scheibendurchmesser in der angegebenen Größe. Wie Versuche ergeben haben, liegt das Op- iao timum des Scheibenabstandes vom Mikrophon zwischen 8 und 16 cm. Bei einem Scheibenabstand von 12 cm fällt der senkrecht zur Scheibenebene aufs Mikrophon treffende Schall einmal direkt und zum zweiten Male mit etwas geringerem Schalldruck von der Scheibe reflektiert mit einer Zeitdifferenz von

rund 0,8 msec ein. Diese Zeitdifferenz ist nahezu der größten beim zweiohrigen Hören auftretenden Zeitdifferenz gleich. Bei allen anderen Einfallsrichtungen sind wie beim natürlichen Hörvorgang die Zeitunterschiede geringer und das Verhältnis der Schalldrücke ist ein anderes.

Besonders in größeren Räumen beeinflußt die an den Raumbegrenzungsflächen auftretende Reflexion des Schalles in hohem Maße das Klangbild. Damit

ίο auch möglichst viele dieser Reflexionen mit der gewünschten Zeitdifferenz auf das Mikrophon auftreffen, wird beispielsweise die Anordnung nach Fig. 2 benutzt. Die über dem Hängemikrophon ι angebrachte Reflexionsscheibe 3 ist mit einem Rand versehen, der einen schräg nach oben stehenden Kragen hat.

Beim Übergang von zweiohrigem zu einohrigem Hören tritt besonders im Bereich der mittleren und hohen Frequenzen auch eine Minderung der Laut-

ao stärke ein. Um diese Erscheinung zu beseitigen, wird die Scheibenanordnung nach der Erfindung gleichzeitig zur Korrektor der Frequenzkurve von Räumen benutzt, indem die Scheibe für diejenigen Frequenzen nicht oder nur wenig reflektierend aus-

s5 gebildet ist, die weniger laut empfunden werden sollen. Beispielsweise kann die Scheibe durch Perforation zugleich als Tiefpaß entsprechender Grenzfrequenz für die Luftschallwellen ausgebildet sein. Eine solche Anordnung gibt beispielsweise die Fig. 3 wieder. Mit wachsender Prozentzahl der Perforation verschiebt sich die Grenzfrequenz nach höheren Frequenzen hin. Für bestimmte Frequenzgebiete kann die Scheibe durch Einbau von Hohlraumresonatoren nicht reflektierend, d. h. schallschluckend wirken. Die Anordnung muß dann das Aussehen eines niedrigen aber breiten Zylinders erhalten und besteht vorteilhaft aus zwei Scheiben. Die dem Mikrophon ι abgewendete Scheibe 4 ist dann ungelocht, und die dem Mikrophon zugewendete Scheibe 5 soll perforiert sein. Der Abstand der beiden Flächen und die Prozentzahl der Perforation müssen nach der Resonatorformel gewählt werden.

Als weitere Anordnung zur Einführung der Zeitdifferenz können auch zwei Mikrophone benutzt werden, die im Abstand von etwa 20 cm voneinander angeordnet sind. Die Mikrophone sollen in diesem Fall jedoch im Bereich mittlerer und höherer Frequenzen keine Kugelcharakteristik besitzen, damit sich mit der Einfallsrichtung auch das Verhältnis der abgegebenen Spannungen ändert. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. 4 in einfacher Ausführung gezeigt. Diese ist geeignet, nahezu für alle Schalleinfallsrichtungen Zeitdifferenzen einzuführen. Hierbei ist von der Schallquelle aus gesehen im Abstand von etwa 12 cm vor der Scheibe 2 und in etwa 12 cm Abstand hinter der Scheibe 2 je ein Mikrophon 1 und 6 angeordnet, so daß die Verbindungslinie zwischen beiden Mikrophonen die Scheibenachse schneidet. Bei Anwendung in rechteckigen Räumen soll die Projektion dieser Verbindungslinie auf die Scheibe etwa parallel zu einer Raumdiagonalen liegen. Das Mikrophon hinter der Scheibe soll ein etwas geringeres Übertragungsmaß besitzen. Bei dieser Anordnung werden im Gegensatz.zu den vorher beschriebenen Anordnungen auch alle abwärts verlaufenden Reflexionen im Raum durch das zweite Mikrophon über der Scheibe mit Zeitdifferenz aufgenommen. Weiterhin werden zusätzlich die meisten '· waagerechten Schalleinfälle durch die gegen die Scheibenachse versetzten zwei Mikrophone mit Zeit- y₀ differenz aufgenommen.

Bei der Weiterentwicklung dieser Anordnung gelangt man schließlich zu Anordnungen, bei denen der Schall aus sämtlichen auftretenden Einfallsrichtungen mit Zeitdifferenz aufgenommen wird. Eine solche Anordnung zeigt beispielsweise die Fig. 5. Hierbei werden durch drei kreuzweise senkrecht zueinander stehende Scheiben acht gleichmäßige Kugelausschnitte gebildet, in denen jeweils ein Mikrophon 7 in einem Abstand von 12 cm zu allen drei Scheiben angeordnet ist.

Die beschriebenen Anordnungen mit Reflexionsscheiben können mit Mikrophonen aller Richtcharakteristiken ausgeführt werden. Für Musikaufnahmen in größeren Räumen eignen sich dabei vornehmlich Mikrophone mit Kugelcharakteristik. Als Scheibenmaterial eignen sich alle Materialien mit unendlichem Strömungswiderstand, insbesondere Holz und holzähnliche Stoffe, Metall, der unter der Handelsbezeichnung »Plexiglas« bekannte und andere feste Kunststoffe. Poröse Stoffe können verwendet werden, wenn sie mit einem Überzug aus einer beliebigen Glasur, Wachstuch oder wachstuchähnlichen Kunststoffen überzogen sind, wobei dann die Scheibe wiederum als Tiefpaß wirkt. Die Grenzfrequenz hängt im wesentlichen von der Dicke des Überzuges ab.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Mikrophonanordnung, bestehend aus einem oder mehreren Mikrophonen mit dahinterliegendem Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektoren ein oder mehrere im Abstand von 8 bis 16 cm vom Mikrophon angeordnete Scheiben mit ungefähr 50 cm Durchmesser dienen.
2. 2. Mikrophonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit einem Kragen versehen ist, der schräg nach der vom Mikrophon abgekehrten Seite verläuft.
3. 3. Mikrophonanordnung nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe durch Perforierung zugleich als Tiefpaß entsprechender Grenzfrequenz für die Luftschallwellen ausgebildet ist.
4. 4. Mikrophonanordnung nach den Ansprüchen ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte Scheibe und eine weitere mit Abstand hinter ihr angeordnete nicht perforierte Scheibe zugleich als Hohlraumresonator für bestimmte Frequenzgebiete wirken.
5. 5. Mikrophonanordnung nach den Ansprüchen

   ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in ungefähr i«5 12 cm Abstand von der Scheibenachse und von

   der Scheibenfläche je ein Mikrophon vorzugsweise mit verschiedenem Übertragungsmaß derart angeordnet ist, daß die Verbindungslinie beider Mikrophone die Scheibenachse schneidet.
6. 6. Mikrophonanordnung nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei kreuzweise senkrecht aufeinander stehende Scheiben vorgesehen sind und in den acht, auf diese Weise gebildeten Kugelausschnitten je ein Mikrophon im Abstand von ungefähr 12 cm zu allen drei Scheiben angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschrif ten:

   Deutsche Patentschrift Nr. 836499;

   Prospekt »Die Telefunken-Mikrophon-Halb- 15 gruppe« EIa M 1455, Januar 1951;

   »Telefunken-Zeitung« Nr. 87/88, September 1950, S. 106.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 709 915/67 3.