Das Interferenzrohr und seine Verwendung in Mikrofonen

Warum erhöhte Richtwirkung?

In manchem Audioumfeld ist es schwierig, Schallquellen ausreichend von der Umgebung zu isolieren. Im Rundfunk- und Filmsektor geht es darum, die Verständlichkeit von Reportern und Darstellern zu wahren und ihren Dialog von störenden Elementen wie vorbeifahrendem Verkehr oder anderen Umgebungsgeräuschen zu trennen. In solchen Situationen ist entweder eine sehr enge Richtcharakteristik oder ein am Körper getragenes Mikrofon erforderlich.

Der Beschallungs- und Live-Veranstaltungssektor steht vor der gleichen Herausforderung. Beim Mischen ist es wichtig, nur die angepeilte Quelle zu fahren. Ein weiteres Beispiel ist die Isolierung des Publikums vom Beschallungssystem während der Live-Aufnahme. Diese Herausforderungen löst man, indem das Mikrofon sehr nah an der Schallquelle platziert wird wie bei der Nahabnahme eines Instruments, oder durch Wahl eines hochgerichteten Mikrofons.

Hochgerichtete Mikrofone werden oft nach ihrer Anwendung als Shotgun-Mikrofone bezeichnet. Normalerweise sind sie an einer Tonangel befestigt und auf die Schallquelle ausgerichtet, beispielsweise eine Person. Shotgun-Mikrofone werden auf diese Weise auch im Überwachungs- und Sicherheitsbereich eingesetzt sowie in der Musikproduktion, etwa zur Abnahme von Opernsolisten auf der Bühne. 

Direktionale Mikrofone - Druckgradienten

Gewöhnliche Richtcharakteristika wie Niere, Breite Niere (Hypocardioid), Superniere oder Hyperniere profitieren vom Druckgradientenwandlerprinzip eines Mikrofons. Um die Richtcharakteristik weiter auszuprägen kann ein akustisches Interferenzrohr hinzugenommen werden. Sogar ein Druckempfänger (der von Natur aus omnidirektional ist) kann mit einem Interferenzrohr versehen werden. 

Im Allgemeinen erhalten Richtmikrofone ihre Charakteristik aufgrund ihres Druckgradienten-Arbeitsprinzips. Druckgradientenwandler arbeiten über den Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite der Membran. Ohne weitere Modifikation führt dieses Kapseldesign zu einer Achter-Charakteristik.

Interferenzrohr – was ist das?

„Interferenz“ ist ein seltsamer Begriff in Verbindung mit einem hochwertigen Audioprodukt. Bei den Interferenzrohren für Mikrofone bezieht es sich auf die tatsächliche Funktionsweise des Rohrs.

Ein kleines Röhrchen wird vor die Membran gesetzt. Dieses Rohr hat eine bestimmte Länge und seine Wand hat eine gewisse Dichte, die den eintreffenden Schall dämpft und Schall von allen Richtungen außerhalb der Achse verzögert. Es handelt sich hierbei nicht um eine Vakkumröhre; die Bearbeitung findet rein akustisch statt und es findet keine DSP-Bearbeitung und dergleichen statt. Das Rohr verursacht Pegelinterferenzen auf der Membran.

Das Interferenzrohr ist umgeben von einem Schutzgitter mit seitlichen Öffnungsschlitzen. Der Schall, der frontal auf das Rohr trifft, bleibt unbeeinträchtigt. Für jede andere Richtung eliminiert die Wellenauslöschung (aufgrund der unterschiedlichen Laufzeit) den größten Teil des außeraxialen Schalls.

Die größte Herausforderung besteht darin, dass die Schallaufnahme außerhalb der Achse oft sehr nichtlinear ist und schrecklich klingt, viele Seitenkeulen und Spitzen im Polardiagramm aufweist.

Im Idealfall sollte die Interferenz so groß sein, dass sich Schallwellen effizient auslöschen. In der realen Welt ist dies schwierig. Bei einigen Einfallswinkeln und Frequenzen wird der Schall fast vollständig ausgelöscht. Andere Winkel und andere Frequenzen werden nur um einen bestimmten Pegel gedämpft. Aufgrund dieses Phasenarbeitsprinzips (Interferenz genannt) waren Shotgun-Mikrofone (zu Recht) für ihre schlechte Audioqualität außerhalb der Achse bekannt. Darüber hinaus ist es häufig auch richtig, dass beim Schwenken eines Shotgun-Mikrofons die Klangfarbe des Umgebungsschall Schwankungen unterliegt

Die Forschungen und Verbesserungsansätze von DPA Microphones zielten darauf ab, diese Abweichungen in der Phasenauslöschung und die Spitzen und Einbrüche außerhalb der Achse zu minimieren. Mit der Entwicklung des 4017 Shotgun-Mikrofons wurde dieses Ziel erreicht.

Ein genauerer Blick auf die Arbeitsweise:

Hier zeigen wir einige Grundlagen zum Thema Wellenlänge, ihre Beziehung zur Frequenz und Wellenauslöschung.

Die Wellenlänge λ steht zu ihrer Frequenz in Relation nach dem Ausdruck:
λ = c/f
wobei
c die Schallgeschwindigkeit (etwa 340 m/s)
f die spezifische Frequenz ist.

Ein 200 Hz Signal zum Beispiel hat eine Wellenlänge von 340/200 = 1,7 m (5.58 ft).

Wenn zwei Schallwellen zeitgleich auf den gleichen Punkt treffen, sagen wir, dass sie zusammentreffen oder keine Phasenunterschiede aufweisen. Ist dies nicht der Fall, gibt es einen Phasenversatz zwischen ihnen. Phase entspricht Entfernung und auch Zeit. 

Links:    Zwei phasengleiche Wellen führen zu einer Verdopplung der Amplitude.
Rechts:    Zwei um 180° phasenverschobene Wellen führen zu einer Amplitudenauslöschung.

Ein komplexes akustisches Phänomen tritt in einem Mikrofon mit einem Interferenzrohr auf. Die zugrundeliegende Theorie besagt, dass der Schlüssel zu nutzbringenden Interferenzen in den unterschiedlichen Abständen und damit Signalwegen liegt, die jedes Schallereignis zurücklegt. Das Erzeugen von Wellenauslöschungen für Signale außerhalb der Achse und dadurch eine erhöhte Richtwirkung ist der Hauptzweck.

Welche Parameter können beeinflusst werden?

Länge, Durchmesser, Material und Strömungswiderstand der Gaze sind einige der Parameter, die bei der Konstruktion eines Interferenzrohrs verändert werden können. Hier ist ein Beispiel dafür, wie Änderungen am Rohr mehr als einen Parameter und den Gesamtklang des Mikrofons beeinflussen können:

Eine größere Länge des Interferenzrohrs führt zu einer erhöhten Dämpfung bei niedrigen Frequenzen. Je länger das Rohr ist, umso größer sind jedoch der Schallflusswiderstand und die Verzögerungszeit für den Schall im Rohr. Dies erhöht das Risiko, nichtlineare Frequenzgänge außerhalb der Achse zu erhalten.

Den Einfluss der Interferenzrohrparameter zu optimieren und sie mit der angestrebten Klangqualität zu kombinieren ist eine Errungenschaft. DPA Microphones beherrscht den Umgang mit zahlreichen Richtcharakteristiken, Empfindlichkeiten und Frequenzgängen und kann gleichzeitig innerhalb enger Toleranzen produzieren.

DPA-Produkte mit fortschrittlicher Interferenzrohr-Technologie

4017 Shotgun Mikrofon

Das 4017 ist das Ergebnis intensiver Forschung und Optimierung der Interferenzrohrtechnologie.

Es ist ein kurzes und außergewöhnlich leichtes Shotgun-Mikrofon, das eine hochdirektionale Richtwirkung bietet und gleichzeitig den natürlichen DPA-Klang beibehält.

Aufgrund seiner bemerkenswerten Reinheit, seines großen Dynamikumfangs und seiner hervorragenden Unterdrückung von Nebengeräuschen ist das 4017 sowohl im Aufnahmestudio als auch für Tonverstärkung und bei Live-Beschallung gleichermaßen zu Hause.

Das 4017 hat eine der engsten Richtwirkungen verglichen mit der Länge seines Interferenzrohres.

4080 Miniatur-Lavaliermikrofon mit Nierencharakteristik

Das 4080 eignet sich gut für Rundfunk-, Konferenz- und andere Live-Situationen im Studio oder im Außeneinsatz.

Es ist akustisch vorentzerrt mit einer Präsenzanhebung von 4 dB, wodurch die Stimme mehr in den Vordergrund tritt und die Sprachverständlichkeit verbessert wird. Professionelle Anwender werden das leichte Gewicht und die exzellente Sprachreproduktion zu schätzen wissen.

4097 CORE Micro Shotgun Mikrofon mit Supernierencharakteristik

Mit seinem Supernieren-Polardiagramm bietet das 4097 eine hohe Richtwirkung sowie ein geringes Eigenrauschen und eine hohe Empfindlichkeit. Das Mikrofon kann hohe Schalldruckpegel verarbeiten, wodurch es einen verzerrungsfreien natürlichen Klang liefert, selbst wenn Anwender laut sprechen oder schreien. Mit einem linearen Frequenzgang, geringer Verzerrung und einem extrem großen Dynamikbereich eignet es sich gut für anspruchsvolle Umgebungen. Darüber hinaus bleiben seitlich auf das Mikrofon treffende Dialog- und Hintergrundsignale (außerhalb der Achse) qualitativ hoch, sie werden lediglich im Pegel reduziert.

4098 CORE Decken- und Tischmikrofon mit Supernierencharakteristik

Diese 4098-Variante wurde unter anderem für die hängende Anwendung in Kirchen, Orchestergräben, Theatern und Fernsehstudios entwickelt und liefert einen äußerst klaren und deutlichen, natürlichen Klang sowohl für die Aufnahme als auch die Verstärkung von Chören, Instrumental- oder Gesangsgruppen, Sprache und Live-Publikum.

Es bietet ein unauffälliges, elegantes und leichtes Design. Der integrierte Schwanenhals ermöglicht das einfache Ausrichten der Mikrofone und gewährleistet eine perfekte Positionierung bei minimaler visueller Erscheinung, da die optionalen Verlängerungskabel sehr dünn und nahezu unsichtbar sind.

4099 CORE Instrumentenmikrofon

Das 4099 ist ein einzigartiges Miniatur-Clipmikrofon, das ähnliche Klangeigenschaften wie die legendären DPA-Studiomikrofone aufweist. Das 4099-Mikrofon und das Haltesystem wurden sorgfältig speziell für Instrumente entwickelt und optimiert. Dies stellt sicher, dass bei Live-Auftritten die bestmögliche Montage und Audioverstärkung geboten wird. Das 4099 steht für jahrelange Forschung und Entwicklung und verfügt über eine Supernierencharakteristik für eine überragende Verstärkung vor einsetzender Rückkopplung.

5100 Mobiles Surround-Mikrofon

Das 5100 ist ein mobiles Surround-Mikrofon, dessen kompakte Größe und Benutzerfreundlichkeit die hohe Klangqualität nicht beeinträchtigen. Es ist eine Bereicherung für Surround-Ambiente-Recording und eignet sich ideal, um Sportveranstaltungen, Dokumentationen und andere Ambiente-Anwendungen aller Produktionsarten ein wirklich ansprechendes Surrounderlebnis zu verleihen. Es ist keine externe Signalverarbeitung erforderlich. Das 5100 kann an einem Kamera- oder Mikrofonstativ montiert, aufgehängt oder einfach über einen Handgriff in der Hand gehalten werden. Das Mikrofon ist extrem leicht, portabel und robust gebaut, sodass es auch schlechtem Wetter gegenüber sehr widerstandsfähig ist.

Das 5100 ist eine völlig eigenständige Plug-and-Play-Lösung für die 5.1-Aufnahme. Es verwendet fünf Miniatur-Druckempfänger, die eine extrem geringe Empfindlichkeit gegenüber Wind- und mechanischen Geräuschen aufweisen, dazu geringe Verzerrungen, einen äußerst gleichmäßigen LF-Frequenzgang und einen erweiterten Dynamikumfang. Eine geeignete Kanaltrennung und Richtwirkung wird durch eine Kombination der von DPA entwickelten DiPMic™-Technologie (Directional Pressure Microphone) erreicht, mit der Interferenzrohre an den L / C / R-Omni-Kapseln angebracht werden, und der Verwendung von akustischen Trennwänden, die die Feinabstimmung der Pegel zwischen den diskreten Analogausgängen vornehmen.

Quellen

Bigoni, Francisco; Agerkvist, Finn; Brixen, Eddy B.: A stepped acoustic transmission line model of interference tubes for microphones. AES Convention 145, NY, NY, USA. Preprint 10094 (2018).