Kann mir mal jemand in verständlichem Deutsch erklären, wie man auf die Sache mit dieser Richtcharakteristik von Mikrofonen kommt?

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3 Antworten

Es gibt zwei Prinzipien, wie ein Mikrofon funktionieren kann: Entweder als Druckempfänger oder als Druckgradientenempfänger.

Schauen wir uns zunächst mal den Druckempfänger an:

Hier haben wir eine Membran, die sich in einer Kapsel befindet, die von hinten abgedichtet ist. Die Membran bewegt sich also, sobald sich der äußere Luftdruck von dem Luftdruck in der Kapsel unterschiedet. (an dieser Stelle wichtig: Schall ist nichts anderes, als Luftdruckschwankungen.) 

Da diese Kapsel auf Luftdruck reagiert und druck nicht gerichtet ist (anschauliches Beispiel: Barometer: Völlig egal, wie herum du es hältst, das hat keine Auswirkung auf den gemessenen Luftdruck), nimmt so ein Druckempfänger den Schall von allen Seiten gleichermaßen auf. (und das nicht nur trotz, sondern obwohl eine Seite der Membran abgedichtet ist...)

Man spricht dabei von Kugelcharakteristik.

Das andere Extrem ist der sogenannte Druckgradientenempfänger: 

Hier hast du (idealer weise) eine frei aufgehängte Membran. Demnach gibt es keinen Druckunterschied zwischen der Vorder- und der Rückseite der Membran wie beim Druckempfänger. Die Membran wird also nicht durch Druckunterschiede bewegt sondern gewissermaßen durch die kinetische Energie der Luftteilchen.

Dieser Druckgradientenempfänger nimmt Schall von vorne und von hinten auf, jedoch nicht von der Seite. Man spricht dabei von Achtcharakteristik.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei diesem Druckgradientenempfänger ist, dass die Auslenkung der Membran in eine Richtung genau entgegengesetzt fließenden Strom im Vergleich zur Auslenkung der Membran in die andere Richtung erzeugt. Würde man zwei identische Signale genau gleichzeitig von vorne und hinten in ein Mikrofon mit Achtcharakteristik sprechen, würden die sich gegenseitig genau auslöschen. (im Gegensatz zu einem Druckempfänger: dort würden sie sich verdoppeln)

Nun ist der in der Praxis am häufigsten vorkommende Mikrofontyp eine Mischung aus beidem: Das Mikrofon mit Nierencharakteristik

Stell dir vor, ein Druckempfänger und ein Druckgradientenempfänger würde sich an ganz genau der selben Stelle befinden. In diesem Fall würde folgendes passieren:

Der Druckempfänger würde Signale aus allen Richtungen in der selben Phasenlage aufnehmen während der Druckgradientenempfänger Signale von vorne in der Selben Phasenlage wie der Druckempfänger aufnimmt und Signale von hinten gegenphasig.

Die Gegenphasigen Signale von hinten des Druckgradientenempfängers löschen sich demnach mit den Signalen in Phase von hinten des Druckempfängers aus. Die SIgnale des Druckgradientenempfängers von vorne haben jedoch die selbe Phasenlage wie die Signale des Druckempfängers von vorne und verstärken sich deshalb. Das Resultat ist ein Mikrofon, das nur von vorne aufnimmt. 

(In der Praxis kann man selbstverständlich nicht zwei Mikrofonkappseln an die exakt selbe Stelle bauen. Ein Nierenmikrofon ist in Wirklichkeit ein Mikrofon, bei dem der Schall teilweise und mit der richtigen Verzögerung auf die Rückseite der Membran treffen kann, um genau den beschriebenen Effekt zu erzielen.) 

Nun zu der eigentlichen Antwort auf deine Frage: Es gibt nun mehrere Mischformen, wie breite Niere, Superniere, Hyperniere, etc. 

Je enger die Niere nach vorne ist, desto mehr geht das Mikrofon Richtung Druckgradientenempfänger. und nimmt damit auch (und zwar gegenphasig) von hinten auf. 

um bei meiner Vereinfachten Erklärung zu bleiben: Das Signal von der Rückseite des Druckgradientenempfängers ist stärker als es nötig ist, das Signal von der Rückseite des Druckempfängers auszulöschen. Es bleibt also was "übrig" vom gegenphasigen Signal...

Daher nehmen stärker gerichtete Mikrofone auch von hinten auf.

(und das lässt sich durch "abdichten" eben nicht beheben, denn eine von einer Seite abgedichtete Membran ist ein ungerichteter Druckempfänger...)

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Kommentar von TheStone
24.01.2017, 15:20

Um es kurz zu machen: Je enger die Niere nach vorne wird, desto lauter das Signal, das man sich von hinten einfängt. Das ist nicht so gewollt, das ist eben eine technische Notwendigkeit.

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wenn ich mir so einen Lautsprecher bzw die Membrane betrachte wird dort Schall hauptsächlich im vorderen Bereich abgegeben sprich durch die Bewegung der Membrane wird Luft in Schwingungen versetzt (verrdichtet und verdünnt). Diese Luft wird aber ebenfalls hinter der Membrane zum Schwingen angeregt sprich hinter der Membrane hörste auch z.B. Musik.
Wenn dies also bei Lautsprechern so ist dass die in beide Richtungen Musik abgeben wird das bei Mikrofonen auch so sein mit dem unterschied dass hinter der Mikrofonkapsel solides Gehäuse ist sprich von hinten kann kein Ton eintreffen. Wenn man sich Mikrofone aber genauer betrachtet sind sie seitlich also ringsrum nach aussen offen. Entsprechend können sie Töne dort erfassen. Würde man dies schalldicht machen wäre weil kein Druckausgleich mehr vorhanden ist die vordere Empfindlichkeit stark bedämpft bzw der Frequenzgang verschoben.
Wenn du wirklich ein Richtmikrofon haben willst brauchste eines mit einer Richtschüssel die ca. 10 cm Durchmesser hat. Damit wird das seitliche Empfinden nach vorne reflektiert

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Kommentar von TheStone
24.01.2017, 17:52

Ist ein Mikrofon von hinten abgedichtet, hat man einen Druckempfänger. Also ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik, das aus jeder Richtung aufnimmt. (und tendenziell einen sehr linearen Frequenzgang ohne Nahbesprechungseffekt hat.)

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was???

natürlich wollen wir auch den raum haben.

z.b. Akkustische gitarren, da wir viel mit dem raum gearbeitet damit es schön warm und angenehm klingt.

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Kommentar von TheStone
24.01.2017, 15:07

Wenn man Raum haben will, nimmt man mit einer Raummikrofonierung auf. (Die übrigens im Falle einer Äquivalenzstereofonie aus zwei Mikrofonen mit Nierencharakteristik besteht, die von hinten gar nichts auf nimmt.)

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