Das Mikrophon und der Körper (The Microphone and

Das Mikrophon und der Körper (The Microphone and
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Das Mikrophon und der Körper
(The Microphone and the Body)
Martin Schneider
Georg Neumann GmbH, schneidm@neumann.com
Kurzfassung
Mikrophone für Instrumentalaufnahme werden auf bestmögliche Richtcharakteristik hin optimiert. Sie stehen häufig frei, ohne nahe Objekte, die das Schallfeld
relevant stören. Sprach- und Gesangsmikrophone hingegen befinden sich in unmittelbarer Nähe von Kopf und Körper. Das Schallfeld wird durch Beugung und
Reflexionen am "Störobjekt" verändert. Frequenzgang und Richteigenschaften des
Mikrophons in diesem gestörten Schallfeld entsprechen nicht mehr den Eigenschaften des Mikrophons im freien Schallfeld. Entsprechend verändern sich das
Übersprechen anderer Instrumente sowie die Rückkopplungsgrenzen von Beschallungsanlagen oder Bühnenmonitoren. Die Auswirkung des "Störobjekts
Mensch" auf das Signal werden durch Messungen und Aufnahmen veranschaulicht.
Wie wählen wir Gesangsmikrofone für die Bühne aus? Wie beschreiben oder messen wir
deren Klang? Was sind die entscheidenden Kriterien für die Mikrophonauswahl?
Neben den mechanisch-konstruktiven Parametern (geringe Körperschallempfindlichkeit, hohe
Popfestigkeit, angenehme Gestaltung des Korpus) sind die entscheidenden akustischen
Parameter der Klang des Gesangs, hohe Aussteuerbarkeit und Rückkopplungsfestigkeit.
Hohe Aussteuerbarkeit, d.h. verzerrungsfreie Übertragung auch bei hohen Schalldrücken,
sollte heute bei Mikrophonen einer gewissen Güte als gegeben angenommen werden können.
Dynamische Mikrophone können auch Schalldrücke über 150 dB SPL ohne nennenswerte
Verzerrungen übertragen; Schaltungen von Kondensatormikrophonen für die Bühne erzeugen
erst ab 140…150 dB SPL beginnende Verzerrungen.
Der Klang eines Bühnenmikrophons kann nicht nur empirisch bestimmt werden, d.h. durch
Besingen und Abhören über eine gute Verstärkungsanlage. Er kann und sollte auch aus den
Meßdaten entsprechend der Mikrophonnorm IEC 60268-4 abgelesen werden; der übliche
Freifeld-Frequenzgang eignet sich dazu weniger, da er meist bei Meßabständen von ≥ 1m
oder mit ebenen Wellen in theoretisch unendlicher Entfernung von einer Schallquelle
bestimmt wird. Der Nahbesprechungs-Frequenzgang hingegen, gemessen mit einem
künstlichen Mund (Abb.1) als Signalquelle in wenigen Zentimetern Abstand, beschreibt in
guter Näherung die Verhältnisse bei einem realen Sänger. Zusätzliche Kurven über den
frontalen Bereich, z.B. bis 45° oder 90, geben Auskunft über die Gleichförmigkeit des Klangs
bei seitlicher Besprechung. Die letztendliche Entscheidung hängt dann noch davon ab, ob es
ein „persönliches“ Mikrophon sein soll, das auf einen einzelnen Sänger und dessen klangliche
Eigenheiten abgestimmt sein darf, oder ob ein „allgemeines“ Mikrophon benötigt wird, wie
z.B. Mikrophone im Verleih, die für eine größtmögliche Vielfalt von Stimmen befriedigende
Ergebnisse liefern müssen.
1
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Abb. 1: Künstlicher Mund
Abb.2 zeigt winkelabhängige Freifeld- und Nahbesprechungs-Frequenzgänge eines Bühnengesangsmikrophons mit weitgehend neutralem Klang. Der Nahbesprechungs-Frequenzgang
zeigt eine gewünschte Anhebung der Bässe; in den Höhen sorgt eine leichte Anhebung für
mehr „Präsenz“. Beides zusammen vermittelt eine höhere empfundene Lautheit des Signals.
Abb. 2: Gesangsmikrophon (Superniere): Freifeld-Frequenzgang (Messabstand 1m) und
Nahbesprechungs-Frequenzgang (10cm)
Rückkopplungsfestigkeit hingegen ist kein Parameter, der auf einfache Art und Weise
bestimmt werden kann. Rückkopplungen entstehen, wenn in der Kette Mikrophon –
Verstärker – Beschallungs-/Monitor-Lautsprecher – Raum – Mikrophon eine Schleifenverstärkung v ≥ 0dB vorliegt, die dafür sorgt, daß ein Signal durch diese Schleife immer weiter
verstärkt wird, bis das charakteristische Pfeifen auftritt. Die Schleifenverstärkung hängt von
einer Vielzahl von Parametern ab, z.B. Verstärkung, Abstand und Positionierung Lautsprecher/Mikrophon, Frequenzgang und Richtcharakteristik von Lautsprecher und Mikrophon,
sowie den Eigenschaften des Raums mit seinen Reflexionsflächen. Das Mikrophon ist nur ein
Glied dieser Schleife und kann seine Aufgabe nur im Rahmen des physikalisch Möglichen
2
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
erfüllen, niemals aber ein Allheilmittel für stark rückkopplungsanfällige Beschallungsanlagen
sein. Für die Rückkopplungsfestigkeit ist der Freifeld-Frequenzgang relevant, da der
Abstand Lautsprecher/Mikrophon meist ≥1m sein wird.
Bühnenmikrophone für Beschallung sind fast immer gerichtete Typen, mit einer Richtcharakteristik im Bereich Niere/Superniere/Hyperniere. Bühnengesangsmikrophone sollten, um
weitgehend einsetzbar zu sein, über alle Schalleinfallswinkel gleichmäßige, parallele FreifeldFrequenzgänge aufzeigen, anders gesagt, möglichst frequenzunabhängige Richtcharakteristik
besitzen (Abb. 2 oben). Markante Überhöhungen führen zu verstärkter Rückkopplungsanfälligkeit in diesen Frequenzbereichen. Die Gleichmäßigkeit der Frequenzgänge läßt sich am
besten mittels einer Kurvenschar über diverse Beschallungswinkel darstellen. Polardiagramme, meist im Oktavabstand dargestellt, bieten oft keine genügende Frequenzauflösung. Der
gelegentlich dargestellte Diffusfeld-Frequenzgang, d.h. der Frequenzgang des Mikrophons
gemittelt über alle Einfallswinkel, gibt einen generellen Eindruck über die Gleichförmigkeit
der frequenzabhängigen Richtwirkung. Durch die Mittelung über alle Winkel können aber
lokale Frequenz- oder Winkelabhängigkeiten verwischt werden. Das gleiche gilt für
Bündelungsfaktor- und maß, die die Richtwirkung auf Ein-Zahl-Werte in Abhängigkeit von
der Frequenz zusammenfassen. Das Bündelungsmaß für ideale Richtcharakteristiken beträgt
ГNiere = 4,7dB, ГSuperniere = 5,7dB, ГHyperniere = 6dB.
Die selben Anforderungen an ein Bühnenmikrophon, d.h. möglichst gleichmäßige, parallele
Freifeld-Frequenzgänge, ergeben sich auch bei Betrachtung von Sekundär-Schallquellen,
d.h. anderen Schallquellen als dem eigentlichen Gesang, die durch das Mikrophon
aufgenommen werden. Dieser „Störschall“ kann z.B. von anderen Sängern, Instrumenten,
aber auch Monitor- und Beschallungsanlagen herrühren. Er sollte durch die Richtwirkung des
Mikrophons bestmöglich unterdrückt werden; das unvermeidliche verbleibende Übersprechen
(engl.: „spill“) möglichst frequenzunabhängig sein. Dies gilt insbesondere bei In-EarMonitoring, da hierbei die Signale der Sekundär-Schallquellen stärker wahrgenommen
werden als über Bühnenmonitore oder die Beschallungslautsprecher.
Aus den bekannten Eigenschaften der verschiedenen Richtcharakteristiken und den obigen
Überlegungen kann man die häufig erwähnten Empfehlungen ableiten:
1. bei Einsatz eines Bühnenmonitors genau hinter dem Mikrophon (180° aus Mikrophonsicht) verwende man Mikrophone mit Nierencharakteristik, mit ihrer maximalen
Auslöschung bei 180°;
2. bei Positionierung hinten/seitlich verwende man eine Super- oder Hyperniere, mit
maximaler Auslöschung bei 120° bzw. 135°.
Berücksichtigt man zusätzlich, daß auch störende Schallquellen aus seitlichen Richtungen
auftreten, empfehlen sich Super- und Hyperniere, mit ihren relativen Dämpfungswerten von 8.6…-12dB.
Wird hingegen der gesamte Halbraum hinter dem Mikrophon als „störend“ betrachtet, bietet
die Superniere die größte Unterdrückung der Signale aus dem hinteren Halbraum im
Vergleich zum vorderen Halbraum.
Wird das Mikrophon nicht statisch montiert, sondern in der Hand gehalten und bewegt,
ändern sich relativer Abstand und Einfallsrichtung des Störschalls andauernd; auch hier
könnte eine statistische Betrachtung die Verwendung einer Superniere nahelegen.
All diese Betrachtungen beziehen aber einen relevanten akustischen Störfaktor nicht mit ein:
den Kopf und Körper des Sängers, wenn er vor dem Mikrophon steht. Diese stellen für Schall
3
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
mit mittleren bis hohen Frequenzen ein relevantes Hindernis dar. Reflexion und Beugung
führen zu Verformung der Frequenzgänge und Richtcharakteristiken des Mikrophons in
Bezug auf entfernte Schallquellen („Störschall“). Die relativen Druckveränderungen auf der
Oberfläche einer schallharten Kugel, als Näherung des Kopfes, sind in Abb. 3 dargestellt:
Druckverdopplung zu hohen Frequenzen auf der Vorderseite; Abschattung zur Seite; Anstieg
wiederum bei 180° [1]. Dieser Effekt wird seit den 1950ern auch als Gestaltungsmittel bei der
Konstruktion von Studiomikrophonen mit Kugelcharakteristik verwendet [2].
Abb. 3: Druckanstieg auf der Oberfläche einer Kugel
Ein Gesangsmikrophon wird allerdings selten Teil der Kugeloberfläche sein, sondern in
einem gewissen Abstand vom Mund besungen werden. Dies bedeutet, daß direkter und
reflektierter Schall sich überlagern. Das Schallfeld um eine reflektierende Kugel herum ist in
Abb. 4 dargestellt [3].
Abb. 4: Schallfeld um eine Kugel in Kopfgröße bei 600 Hz bzw. 1800Hz [3]
Die Komplexität der Schallfelder in Abb. 4 läßt schon erahnen, daß es keine einfache,
allgemeingültige Lösung gibt: die Schallfelder bei 600 und 1800 Hz unterscheiden sich
relevant; die Druckverhältnisse ändern sich abhängig von der Entfernung von der Kugel. Zur
weiteren Untersuchung dieses Effekts wurden Messungen im reflexionsarmen Raum
durchgeführt (Abb. 5).
4
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Abb. 5: Meßaufbau im reflexionsarmen Raum, mit Kunstkopf als Störkörper
Abb. 6a zeigt die Frequenzgänge eines Mikrophons mit Kugelcharakteristik, mit einem
menschlichen Körper als Störfaktor vor dem Mikrophon, Abb. 6b mit einem Kunstkopfmikrophon. Die Übereinstimmung ist ausreichend, um im weiteren nur den Kunstkopf als
Störfaktor zu verwenden.
Abb. 6a: Mikrophon (Kugelcharakteristik) mit Mensch als Störkörper
Abb. 6b: Mikrophon (Kugelcharakteristik) mit Kunstkopfmikrophon als Störkörper
5
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Der Einfluß auf typische Gesangsmikrophone in seiner extremsten Auswirkung, d.h. mit
„Lippenkontakt“ zu dem Kunstkopf, ist in Abb. 7 dargestellt: die Frequenzgänge verformen
sich deutlich; die Nierencharakteristik des Mikrophons in Abb. 7a verformt sich zu einer
breiten Niere; die Superniere in Abb. 7b wird zu einer Niere, zumindest im tieffrequenten
Bereich; das Mikrophon in Abb. 7c mit seiner „gemischten“, frequenzabhängigen Charakteristik wird zu einer Niere.
Abb. 7a: Gesangsmikrophon (Niere) ohne / mit Kopf vor dem Mikrophon
Abb. 7b: Gesangsmikrophon (Superniere) ohne / mit Kopf vor dem Mikrophon
6
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Abb. 7c: Gesangsmikrophon (Niere/Hyperniere) ohne / mit Kopf vor dem Mikrophon
Der Einfluß von Kopf und Körper ist bisher nur selten in der Literatur betrachtet worden
[4,5,6]. Auch die obigen ersten Untersuchungen lassen noch keine abschließenden
Betrachtungen zu. Es bleiben weitere Variablen wie geöffneter/geschlossener Mund
unberücksichtigt. Einige Feststellungen können aber gemacht werden:
• Der Kopf und Körper der Sänger beeinflußen den Schalleinfall entfernter Schallquellen und damit auch das Rückkopplungsverhalten des Mikrophons.
• Der Einfluß nimmt mit geringerem Abstand zum Mund und mit höheren Frequenzen
zu.
• Im tief-/mittelfrequenten Bereich wird die Richtwirkung des Mikrophons reduziert.
• im mittel-/hochfrequenten Bereich wird die Empfindlichkeit für Störschall aus
bestimmten Richtungen erhöht; die Richtwirkung ändert sich um 180°.
Es lassen sich aber bisher empirische Betrachtungen quantifizieren, wie z.B. die Situation mit
einem Schlagzeug direkt hinter dem Sänger. Der Sänger schattet insbesondere die hochfrequenten Anteile (Becken) des Schlagzeugs ab. Tritt der Sänger vom Mikrophon weg, erhöht
sich der hochfrequente Anteil des Schlagzeugs im Gesangsmikrophon um ca. 14 dB.
Außerdem zeigt sich, daß im Zweifel insgesamt stärker richtende Gesangsmikrophone
(Super-/Hyperniere) zu bevorzugen sind, da sie in den verschiedensten Situationen, d.h.
mit/ohne Sänger, bei diversen Abständen zum Mikrophon, etc. eine stärkere Richtwirkung
beibehalten.
Zur messtechnischen Beschreibung eines Gesangsmikrophons für die Bühne sind somit
folgende Informationen hilfreich:
• Nahbesprechungs-Frequenzgang, für den Klang des Sängers / der Sängerin,
• Freifeld-Frequenzgang, für den Klang entfernter Schallquellen und das Rückkopplungsverhalten, in Abwesenheit des Sängers / der Sängerin,
• Freifeld-Frequenzgang mit Kopf/Körper, für den Klang entfernter Schallquellen und
das Rückkopplungsverhalten, in Anwesenheit des Sängers / der Sängerin.
7
24. TONMEISTERTAGUNG – VDT INTERNATIONAL CONVENTION, November 2006
Literatur
[1] Ballantine S (1932) Technique of microphone calibration, Acoust. Soc. Am. J. 3:319-360
[2] Schneider M (2001) Omnis & spheres - revisited, preprint no. 5338, 110th AES Conv.,
Amsterdam
[3] Stenzel H, Brosze O (1958) Leitfaden zur Berechnung von Schallvorgängen, Springer,
Berlin
[4] Brixen EB (1996) Spectral degradation of speech captured by miniature microphones
mounted on persons’ head and chest, preprint no. 4284, 100th AES Conv., Copenhagen
[5] Schulein RB (1970) Development of a versatile professional unidirectional microphone, J.
Audio Eng. Soc. 18:44-50
[6] Schneider M (2006) The effect of the singer’s head on vocalist microphones, preprint,
120th AES Conv., Paris
8
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertising