Richtmikrofon

Die Erfindung betrifft eine Mikrofonschaltung zur Linearisierung des Proximity-Effekts bei einem dynamischen Richtmikrofon entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Sowohl bei Studioaufnahmen, als auch bei Live-Auftritten werden normalerweise dynamische Richtmikrofone verwendet. Diese Mikrofone haben die Eigenschaft, abhängig davon, ob sich die Schallquelle im Nah- oder im Femfeld befindet, unterschiedliche Frequenzantworten zu liefern. Im Nahfeld tritt bei tiefen Frequenzen ein höherer Schalldruck auf, ein Effekt, der als Proximity-Effekt oder auch Nahbesprechungseffekt bekannt ist. Dieser Proximity-Effekt ist häufig unerwünscht, da beispielsweise Universalmikrofone sowohl im Nah- als auch im Fernfeld gut einsetzbar sein sollen.

Mikrofonschaltungen werden im Stand der Technik für verschiedene Einsatzzwecke wie z.B. Griffgeräusch- oder Trittschall-Unterdrückung oder zum Zwecke anderer Aufnahmesignal-Anpassungen verwendet. In der Regel wird versucht das Mikrofonsignal frühest möglich zu beeinflussen, optimaler Weise direkt nach der Mikrofonkapsel, um die Gesamtenergie im System gering zu halten. Mögliche Mikrofon-Filter-Schaltungen sind als aktive, passive oder einer Kombination dieser Netzwerke in beliebiger Anordnung umgesetzt. Optional steht dem Anwender die manuelle Steuerung über Schalter am Mikrofon zur Verfügung.

Die US 2007079694 Al zeigt eine Schaltung zur Reduzierung der akustischen Rückkopplung eines Mikrofons. Dabei wird das vom Mikrofon emittierte Signal gespiegelt und über einen Widerstand in dem Maße kalibriert, dass ein Offset zum Grundsignal entsteht. Anschließend wird das neu gewonnene Signal mit dem Grundsignal über einen Mixer kombiniert (summiert). Zeitgleichheit vorausgesetzt erhält man ein linearisiertes Ausgangssignal als Ergebnis welches stabileres Rückkopplungsverhalten aufweisen soll. Darüber hinaus ist die ständige Signalanpassung über eine Rückkopplungsschleife potentiell fehleranfällig, da diese erst hinter dem eigentlichen Mikrofon im Verstärkerschaltkreis realisiert ist. Es fließen dadurch weitere störende Faktoren in das zu korrigierende Signal ein und verfälschen es. Solche Schaltungen eignen sich auch nicht für tiefe Frequenzen, wobei genau bei diesen der Proximity-Effekt auftritt.

Die US 20080019540 zeigt eine Schaltung für ein Elektretmikrofon, bei dem ein Widerstand parallel zu einem Feldeffekttransistor (FET) geschalten wird. Auf diese Weise soll bei Elektretmikrofonen, die ebenfalls zu den aktiven Mikrofonen gehören, die Spannung zwischen Drain und Source des FET reduziert werden. Dabei handelt es sich um eine Verstärkerschaltung, die nach der eigentlichen Mikrofonkapsel angeordnet ist. Die Linearisierung der Empfindlichkeit wird als positiver Effekt des Parallelwiderstandes erwähnt, entsprechend einer hergeleiteten Formel und darauf basierender Ergebnisse. Das Verhältnis von dVds/dVgs, welches der Empfindlichkeit des Elektret Mikrofons entspricht kann durch Linearisieren der Drain-Source Spannung durch den Widerstand verkleinert werden. Dadurch wird die Empfindlichkeit reduziert wodurch der Signal-Rausch Abstand verringert wird. Auch diese Erfindung gibt keinen Hinweis auf Möglichkeiten der Reduktion des Proximity-Effekts.

Die US 9 813 791 Bl zeigt eine Mikrofonschaltung, bei der durch die Zuschaltung eines klassischen Hochpass-Filters zwischen den zwei Betriebszuständen „Voice-Mode“ und „Music-Mode“ das elektrische Aufnahmesignal manipuliert wird, um dem Nahbesprechungs-Effekt entgegen zu wirken.

Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit ist die mechanische Dämpfung einer Mikrofonkapsel, etwa mittels Netzen oder Dämpfungsauflagen für die Mikrofonmembran. Da der Proximity-Effekt in einem Frequenzbereich von 50Hz bis 300Hz auftritt, ist diese Lösung grundsätzlich möglich. Nachteilig an dieser Umsetzung ist jedoch, dass aufgrund der rein mechanischen Natur das Verhalten starr ist und keine Adaptierungsmöglichkeiten an das Umfeld bietet. Erschwerend kommt hinzu, dass die Dämpfungskomponenten die Richtcharakteristik der Mikrofone verändern, was unerwünscht ist. Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu lösen, also eine Dämpfung von dynamischen Richtmikrofonen und eine damit einhergehende Linearisierung des Proximity-Effekts ohne mechanische Komponenten zu erreichen.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale; mit anderen Worten durch eine Mikrofonschaltung für das Richtmikrofon, die wenigstens ein Impedanzelement mit induktiven Eigenschaften aufweist. Das Impedanzelement kann dabei ein beliebiges passives elektronisches Bauelement sein, das der Mikrofonkapsel parallel geschalten ist und über einen Wirk- und einen induktiven Blindwiderstand verfügt. Der Wert der parallel geschalteten Impedanz beträgt dabei bevorzugt zwischen 20 und 1000 Ohm, noch bevorzugter zwischen 300 und 700 Ohm.

Im Gegensatz zu klassischen Filtern dämpft das in dieser Erfindung zugeschaltete Impedanzelement überproportional die Eigenresonanz bzw. Güte des schwingenden dynamischen Mikrofonsystems. Die Form des Amplitudengangs des Mikrofons kehrt beidseitig außerhalb seines Wirkungsbereiches wieder zu seinem ursprünglichen Verlauf zurück. Die Eigenresonanz-Bedämpfung des schwingenden dynamischen Systems in der hier beschriebenen Anwendung erfolgt auf elektrischer Ebene mithilfe bereits vorhandener Bauteile im System. Diese Komponenten können beispielweise einer Brummkompensationsspule, Rauschunterdrückungsspule oder EMV Bauteilen entsprechen und dadurch eine Doppelfunktion im System übernehmen. Der Wert der parallel geschalteten Impedanz beträgt auch dabei zwischen 20 und 1000 Ohm, wobei der Wirkwiderstand klein sein kann. Klein bedeutet in diesem Zusammenhang etwa der ohmsche Widerstand einer handelsüblichen Brummkompensationsspule für dynamsiche Mikrofone.

Die Erfindung wird im Folgenden Anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt: die Fig. 1 eine Standardausführung einer Schaltung eines dynamischen Mikrofons mit Brummkompensationsspule, die Fig. 2 eine weitere Standardausführung einer Schaltung eines dynamischen Mikrofons mit Brummkompensationsspule, die Fig. 3 eine erfmdungsgemäße Mikrofonschaltung mit einer Mikrofonkapsel und einer parallelgeschalteten Impedanz, die Fig. 4 eine andere erfmdungsgemäße Mikrofonschaltung mit einer Mikrofonkapsel und einer wahlweise in Serie oder parallel schaltbaren Brummkompensationsspule oder Rauschunterdrückungsspule, die Fig. 5 eine Ausführungsvariante einer Schaltung eines erfindungsgemäßen dynamischen Mikrofons gemäß Fig. 3 und Verstärker, die Fig. 6 eine Ausführungsvariante einer Schaltung eines erfindungsgemäßen dynamischen Mikrofons mit schaltbarer Brummkompensationsspule gemäß Fig. 4 und Verstärker, die Fig. 7 die erfindungsgemäß erreichbaren Unterschiede des Amplitudengangs eines Ausgangssignals normiert bei 1 kHz.

Entsprechend dem Fachjargon wird im Folgenden und in den Ansprüchen statt der Bezeichnung: „Impedanzelement“ oft einfach: „Impedanz“ verwendet.

Die Fig. 1 zeigt eine Standardausführung einer Schaltung eines dynamischen Mikrofons 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einer Brummkompensationsspule 2, die einer Tauchspule 3 seriell vorgeschalten ist. Das Mikrofon 1 weist keinen integrierten Verstärker auf.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Standardausführung einer Schaltung eines dynamischen Mikrofons 1 mit einer Brummkompensationsspule 2, die einer Tauchspule 3 seriell nachgeschalten ist. Das Mikrofon 1 weist keinen integrierten Verstärker auf.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung eines Mikrofons 1, bei der eine Mikrofonkapsel 4 einer induktiven Impedanz 5 über einen Schalter S1 parallelschaltbar ist. Für das am Signalausgang 6 auftretende Signal und die sich aus den Schaltungszuständen ergebenden Unterschiede wird auf die Fig. 7 verwiesen, wobei die gezeigte Darstellung mit offenem Schalter S1 einem ungedämpften Verhalten entspricht. Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer erfmdungsgemäßen Schaltung eines Mikrofons 7, die eine Mikrofonkapsel 4 und eine induktive Impedanz 5 aufweist, welche beispielsweise eine Brummkompensationsspule, eine Rauschunterdrückungsspule, oder allgemeiner ein mechanisch schwingendes System, das mechanische Geräusche (Griffgeräusche, Trittschall, usw.) dämpft, sein kann. Dieses besteht auch aus einem Membran/Spulen- System ohne Schalleintritt. In der dargestellten Stellung befinden sich die Impedanz 5 und die Mikrofonkapsel 4 in Serienschaltung. Diese Stellung entspricht am Signalausgang 6 dem ungedämpften Verhalten aus Fig. 7. Wird der Schalter S2 geschlossen, so befindet befinden sich die Impedanz 3 und die Mikrofonkapsel 2 in Parallelschaltung, was am Signalausgang 4 dem gedämpften Verhalten aus Fig. 7 entspricht.

Die Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsvariante einer Schaltung eines erfmdungsgemäßen dynamischen Mikrofons 1 mit serieller Brummkompensationsspule 2 und nachgeschaltetem induktiven Impedanzelement 5 gemäß Fig. 3. Durch den Schalter S1 lässt sich dieses nach Bedarf zu- und abschalten. Der eigentlichen Mikrofonkapsel 4 nachgeschalten ist ein Verstärker 8 als Teil des dynamischen Mikrofons dargestellt. Das Mikrofon teilt sich in einen elektronischen Teil 9, der den Verstärker 8 und die Parallelimpedanz 5 enthält und einen rein passiven mechano- akustischen Teil 10, der die Mikrofonkapsel 4 mit der seperaten

Brummkompensationsspule 2 enthält.

Die Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsvariante einer Schaltung eines erfmdungsgemäßen dynamischen Mikrofons 7 mit einer Brummkompensationsspule als zuschaltbare Parallelimpedanz 5 gemäß Fig. 4. Dabei ist es durch den Schalter S2 möglich, von der standardmäßigen Serienschaltung der Brummkompensationsspule als Parallelimpedanz 5 und Tauchspule 3 auf eine Parallelschaltung zu wechseln.

Nachgeschalten ist ein Verstärker 8 als Teil des dynamischen Mikrofons dargestellt. Das Mikrofon teilt sich in einen elektronischen Teil 9, der den Verstärker 8 enthält und einen rein passiven mechano-akusti sehen Teil 10, der die Mikrofonkapsel 4 mit der darin verbauten Brummkompensationsspule 2 und die zuschaltbare Parallelimpedanz 5 enthält. Die Fig. 7 zeigt einen jeweils bei 1kHz normierten Amplitudengang für ein ungedämpftes (dem Stand der Technik entsprechendes) und ein gedämpftes, erfindungsgemäß erzielbares Ausgangssignal für den Frequenzbereich von 20Hz - 20.000Hz. Deutlich zu sehen ist der Amplitudenunterschied zwischen gedämpften und ungedämpften Zustand für den Frequenzbereich 50Hz - 300Hz.

Wird aufgrund der Rahmenbedingungen ein höheres Ausgangssignal im betreffenden Frequenzbereich gewünscht, so lässt sich die Impedanz 5 entweder über die in Fig. 3 bzw. Fig. 5 und Fig. 4 bzw. Fig. 6 dargestellten Schalter S1 und S2 deaktivieren, oder mittels eines, dem Ausgangssignal nachzuschaltenden, Verstärkers 8 verstärken.

Die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sowie deren detailliertere Darstellungen Fig. 5 und Fig. 6 sind beispielhaft zu verstehen. So ist es zwar in den meisten Fällen vorteilhaft wenn die Ausführungen über die in den Figuren dargestellten Schalter S1 bzw. S2 verfügen, für Fälle, in denen das aus bestimmten Gründen nicht gewünscht ist, ist aber selbstverständlich auch ein Mikrofonschaltung möglich, die ohne die Schalter S1 bzw. S2 auskommt. Diese Ausführung entspricht dann analog zu Fig. 3 und Fig. 4 dauerhaft geschlossenen Schaltern. Als induktives Impedanzelement 5 kommen beispielsweise Brummkompensationsspulen (wie in Fig. 6 dargestellt) in Betracht, aber etwa auch Rauschunterdrückungsspule oder EMV Bauteile. Der Vorteil liegt besonders darin, dass diese Bauteile häufig bereits in den Mikrofonen enthalten sind, aber ein in Serie geschalten wurden. Durch eine einfache Schaltung lassen sich diese bereits vorhandenen Bauteile, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, parallel schalten und so zur Bedämpfung der Eigenresonanz des Mikrofons verwenden. Die Bedämpfung der Eigenresonanz führt so zu einer einfachen und effizienten Linearisierung des Proximity- Effekts. Gemessene Beispiele für das Verhältnis von Wirk- zu Blindwiderstand der Impedanz sind:

Beispiel 1 : 600 Ohm Wirkwiderstand und 160hm Blindwiderstand, gemessen bei 1kHz

Beispiel 2: 260 Ohm Wirkwiderstand und 120hm Blindwiderstand, gemessen bei 1kHz

Beispiel 3 : 360 Ohm Wirkwiderstand und 70hm Blindwiderstand, gemessen bei 1kHz

Die Ausführungen sind jedoch nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt, sondern können grundsätzlich jedes Verhältnis von Blind- zu Wirkwiederstand annehmen, sofern es sich aufgrund nachfolgender Messungen als zielführend für die Reduzierung des Proximity-Effekts bei einem dynamischen Richtmikrofon erweist. Bevorzugt liegt der Bereich des Impedanzwiderstandes in einem Bereich von 20 bis 1000 Ohm, noch bevorzugter zwischen 300 und 700 Ohm.

Unter Parallelschaltung wird die Schaltung mehrerer Blind- und/oder Wirkwiderstände verstanden, die im eingeschwungenen Zustand die gleiche Spannungsrichtung besitzen (vgl. Deimel et al. „Grundlagen der Elektrotechnik 1“, 2000, R. Oldenbourg Verlag Wien, S. 82ff und Deimel et al., „Grundlagen der Elektrotechnik 2“, 2001, R. Oldenbourg Verlag, Wien, S. 86ff). Im Gegensatz dazu werden Strukturen mit einem gegenläufigen Glied als Gegen- oder Rückkopplung bezeichnet (vgl. Lutz & Wendt, „Taschenbuch der Regelungstechnik“, 2010, Wissenschaftlicher Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main, S. 34ff).

Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden. Liste der Bezugszeichen:

1 Mikrofonschaltung

2 Brummkompensationsspule

3 Tauchspule

4 Mikrofonkapsel

5 Parallelimpedanzelement

6 Signalausgang

7 Mikrofonschaltung

8 Verstärker

9 Elektronische Teil der Mikrofonschaltung

10 Mechano- Akustischer Teil der Mikrofonschaltung

51 Schalter

52 Schalter