DE10034581A1 - Mehrkanal-Mikrofon - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen Aufnahme von akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen. Als Weiterentwicklung der Mitte/Seite-Technik verfügt die Mikrofonanordnung über ein vorderes Mikrofon (7), mit einer nierenförmigen Richtcharakteristik in Kombination mit einem horizontal ausgerichteten, seitlichen Mikrofon (8), das eine senkrecht dazu angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist. Hinzu kommt ein hinteres Mikrofon (10) mit einer ebenfalls einseitigen, insbesondere nierenförmigen hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcharakteristik. Durch die Mikrofonanordnung werden drei unabhängige Mikrofonsignale bereitgestellt, welche durch Mischung und Matrizierung für die mehrkanalige Wiedergabe gemäß einem 5.1-Standard geeignet sind. Für zukünftige Widergabenormen kann die Mikrofonanordnung durch ein weiteres vertikal ausgerichtetes Achtmikrofon ergänzt werden. Damit ist dann eine vollständige dreidimensionale Tonaufnahme- und -wiedergabe möglich. Die koinzidente Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung macht eine mehrkanalige Tonaufzeichnung erforderlich, bei der die Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten Aufzeichnungsspuren phasensynchron aufgezeichnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen Aufnahme von akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen mit un­ terschiedlichen Richtcharakteristiken, wobei ein vorderes Mikrofon eine einseiti­ ge, insbesondere nierenförmige, hypernierenförmige oder keulenförmige Richt­ charakteristik, und eine horizontal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon eine senk­ recht dazu angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist, sowie ein mehrkanaliges Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit einer derarti­ gen Mikrofonanordnung.

Allgemein bekannt ist die Stereophonie zur Erzeugung einer gewissen Räum­ lichkeit bei der Tonwiedergabe. In neuerer Zeit sind jedoch mehrkanalige Wie­ dergabeverfahren populär geworden, die eine realitätsnähere Raumklangwie­ dergabe ermöglichen. In diesem Bereich haben sich insbesondere im Zusam­ menhang mit der Vertonung von Kinofilmen seit den 70er Jahren einige interna­ tionale Standards etabliert. Diese spielen in jüngster Zeit auch im Bereich der Unterhaltungselektronik für den Heimbereich eine wichtige Rolle.

Eines der wichtigsten Verfahren ist unter der Bezeichnung "Dolby Surround" be­ kannt geworden. Das Tonsignal liegt dabei vierkanalig vor und wird auf drei Front- und einen Surroundkanal verteilt. Die drei Frontkanäle bestehen aus den beiden üblichen Stereokanälen links und rechts sowie aus einem zusätzlichen Mitten- oder Centerkanal. Die Wiedergabe der vier Kanäle erfolgt in Kinos oder im Heimbereich in der Regel über eine Vielzahl von Lautsprechern.

In den 90er Jahren kamen die Standards "Dolby Digital", "DTS" bzw. "SDDS" auf. Bei diesen Verfahren handelt es sich um sogenannte 5.1- bzw. 7.1-Verfahren. Die Tonsignale stehen dabei in unabhängigen Kanälen zur Ver­ fügung, die in drei bzw. fünf Front-, zwei Surround- und einen Tiefsttonkanal auf­ geteilt sind. Der wesentliche Unterschied gegenüber der älteren Dolby- Surround-Technik besteht jedoch in den nunmehr zwei Surroundkanälen, die ei­ ne seitliche Zuordnung nach links und rechts ermöglichen. Schließlich gibt es neuester Zeit das sogenannte Dolby EX Verfahren, welches einen zusätzlichen Surround-Mitte-Kanal aufweist.

Derartige Mehrkanalproduktionen sind überproportional komplizierter als die üb­ lichen Stereoaufzeichnungen. Geeignete Aufnahmetechnologien, das heißt Mi­ krofontechniken zur direkten Aufnahme von Tonsignalen zur klangtreuen Wie­ dergabe über drei oder mehr Lautsprecher bei gleichzeitig korrekter Richtungs­ verteilung, haben in der Praxis zu einer Reihe von Problemen geführt. Aus die­ sem Grund ist es heute immer noch üblich, bei Filmaufnahmen vor Ort mono- oder stereophone Tonaufzeichnungen durchzuführen. Bei Dreharbeiten fehlt es meist an der Zeit, angepaßt an die jeweilige Verteilung der Schallquellen eine Mehrzahl von Mikrofonen in geeigneter Weise zu positionieren. Je mehr Mikro­ fone verwendet werden, desto größer ist die Gefahr, daß ein Mikrofon oder der Schlagschatten eines Mikrofons im Bildausschnitt sichtbar wird. Der personelle Aufwand ist größer, da die verschiedenen Mikrofone jeweils von Assistenten geangelt werden müssen. Die Mikrofonpositionen müssen häufig während einer Aufnahme korrigiert werden, was zu unangenehmen Auslöschungs- oder Pha­ sing-Effekten führen kann.

Üblich ist es vielmehr, die mehrkanalige Abmischung gemäß den obigen Stan­ dards erst nach den eigentlichen Dreharbeiten ausgehend von den mono- oder stereophonen Aufzeichnungen im Tonstudio durchzuführen. Dieses Verfahren ist kompliziert und kostspielig und erfordert einen hohen technischen und perso­ nellen Aufwand. Zudem bleiben dabei die eigentlichen Vorteile der mehrkanali­ gen Tonwiedergabe, insbesondere die realitätsnahe Raumklangwiedergabe, oft auf der Strecke.

Unter der Bezeichnung "idealisierte Nierenmikrofonanordnung" ist ein fünfkana­ liges Mikrofonieverfahren bekannt geworden, bei dem fünf einzelne Mikrofone mit Nierenrichtcharakteristik in einer durch einen starren Rahmen vorgegebenen festen räumlichen Anordnung zum Einsatz kommen. Damit ist zwar eine mehr­ kanalige Tonaufzeichnung mit korrekter Wiedergabe der Richtungsverteilung der Schallquellen möglich, es hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Verfahren für den Einsatz bei Dreharbeiten wenig praktikabel ist. Dies resultiert einerseits aus dem komplizierten mechanischen Aufbau der Anordnung, was die Handhabung extrem erschwert. Andererseits sind die Nachbearbeitungs- und Manipulations­ möglichkeiten der so gewonnenen Tonaufzeichnungen stark eingeschränkt. Die fünfkanalige Tonaufzeichnung verursacht hohe Kosten und ist am Drehort mit einem unerwünscht hohen Aufwand verbunden.

Eine demgegenüber einfachere koinzidente Mikrofonanordnung ist aus der DE 32 41 893 bekannt geworden. Darin wird ein kompaktes Mikrofon zur ste­ reophonen Aufnahme vorgestellt. Bei diesem Mikrofon sind mehrere elektroaku­ stische Wandler mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken in einem gemein­ samen Gehäuse vereint. Die Anordnung setzt sich aus einem elektroakusti­ schen Wandler mit nierenförmiger Richtcharakteristik und einem Wandler mit achtförmiger Richtcharakteristik zusammen. Das Mikrofon mit der nierenförmi­ gen Richtcharakteristik weist nach vorne und erzeugt ein Mittensignal. Die Ach­ se des Mikrofons der achtförmigen Richtcharakteristik ist horizontal rechtwinklig dazu angeordnet und erzeugt ein Seitensignal. Aus diesen beiden Signalen können durch Matrizierung, das heißt Addition bzw. Differenzbildung, ein linkes und ein rechtes Stereosignal erzeugt werden. Durch unterschiedliche Wichtung des Mitten- bzw. des Seitensignals kann der Aufnahmewinkel der Stereoauf­ nahme beliebig variiert werden.

Dieses Mitte/Seite-Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zum einen ist mit dem Mittensignal ein Monosignal direkt verfügbar. Das Verfahren läßt sich in einer einfachen und robusten mechanischen Anordnung umsetzen. Es ergibt sich eine hohe Aufnahmetreue und gleichzeitig ist eine einfache Stereonachbe­ arbeitung auch noch nach der Aufnahme möglich.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine praktikable, universelle und gleichzeitig preis­ günstige Möglichkeit zu schaffen, mehrkanalige Tonaufzeichnungen mit hoher Klangtreue, und korrekter Richtungsverteilung unter Vermeidung der oben ge­ nannten Nachteile zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer koinzidenten Mikrofonanordnung der eingangs ge­ nannten Art durch ein hinteres Mikrofon mit einer ebenfalls einseitigen, insbe­ sondere nierenförmigen, hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcha­ rakteristik gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Mitte/Seite-Mikrofonanordnung durch ein zusätzli­ ches hinteres Mikrofon ergänzt. Eine derartige Mikrofonanordnung läßt sich pro­ blemlos in einem einzelnen, kompakten und robusten Gehäuse unterbringen, wodurch sich eine besondere Eignung für die Anwendung bei Filmaufnahmen ergibt. Die kompakte Bauform ist vergleichbar mit üblichen Mono- oder Stereo­ mikrofonen, so daß sich bei der Handhabung kein nennenswerter Unterschied gegenüber den üblichen Tonaufzeichnungsverfahren ergibt. Durch die Ergän­ zung eines Mikrofons mit einer nach hinten gerichteten Richtcharakteristik ste­ hen Tonsignale zur Verfügung, die eine naturgetreue Rekonstruktion der kor­ rekten Richtungsverteilung der Schallquellen ermöglichen. Die Mitte/Seite- Technik gestattet durch Hinzufügen nur eines weiteren Mikrofons eine Links/Rechtszuordnung auch im hinteren Aufnahmebereich.

Es ist zweckmäßig, das hintere Mikrofon antiparallel zum vorderen Mikrofon auszurichten. In dieser Anordnung ergibt sich eine korrekte Zuordnung der Richtungsverteilung der Schallquellen in der horizontalen Ebene.

Vorteilhafterweise kann dem Mikrofon gemäß der Erfindung ein weiteres vertikal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon mit einer achtförmigen Richtcharakteristik hinzugefügt werden. Ein derartiges Mikrofon wäre für zukünftige Wiedergabe­ standards geeignet, bei denen Lautsprecher auch oberhalb und unterhalb der Kopfhöhe des Zuhörers angeordnet sind. Durch nur ein zusätzliches Mikrofon kann eine Zuordnung der Schallquellen nach vorne, oben, unten und hinten er­ folgen. Gemäß der Erfindung steht damit ein Mikrofon zu Verfügung, welches die Möglichkeit eröffnet, mit nur vier Mikrofonsignalen eine vollständige dreidi­ mensionale Toninformation aufzuzeichnen.

Zweckmäßigerweise wird bei der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung die Achse des vorderen Mikrofons vertikal schwenkbar ausgeführt. Es ist denkbar, bei der Mikrofonanordnung die einzelnen Mikrofone in einem gemeinsamen Ge­ häuse anzuordnen, bei dem die vordere Mikrofonkapsel abwinkelbar ist. Dies erleichtert die Tonaufzeichnung bei Dreharbeiten, da hierbei zumeist das Mi­ krofon an einem Galgen oder an einer Angel oberhalb des Bildausschnittes ge­ führt wird.

Je nach Aufnahmesituation und nach dem Abstand der Mikrofonanordnung von den Schallquellen kann es zweckmäßig sein, das vordere und/oder das hintere Mikrofon als Rohrrichtmikrofone auszuführen. Durch ein zusätzliches Interfe­ renzrohr erhalten das vordere und/oder das hintere Mikrofon eine stärker nach vorne bzw. nach hinten gebündelte Richtcharakteristik, was von Vorteil sein kann, wenn bei Film- oder Fernsehproduktionen Totalen aufgenommen werden, bei denen die für die Tonaufzeichnung benutzten Mikrofone einen großen Ab­ stand zu den Schallquellen haben.

Zweckmäßigerweise können die seitlichen Mikrofone bei der Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung aus jeweils zwei elektroakustischen Wandlern zusam­ mengesetzt sein. Mikrofone mit einer achtförmigen Richtcharakteristik aus je­ weils zwei elektroakustischen Wandlern aufzubauen, ist gängige Praxis. Bei der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung ergibt sich dadurch der zusätzliche Vorteil, daß die Signale der einzelnen elektroakustischen Wandler getrennt ver­ arbeitet werden können, um eine direkte links/rechts bzw. oben/unten- Zuordnung auch ohne Berücksichtigung des vorderen bzw. hinteren Mikrofons vornehmen zu können. Das ist auch für zukünftige Beschallungssysteme mit Lautsprechern über und unter dem Publikum interessant.

Bei Filmproduktionen erfolgt üblicherweise eine Nachvertonung im Tonstudio. Dabei werden als Schallquellen beispielsweise Sprecher oder Geräuschema­ cher aufgenommen, deren räumliche Position bei einer Mehrkanaltonaufzeich­ nung den Filmaufnahmen entsprechend zugeordnet werden muß. Hierzu wird zweckmäßigerweise die erfindungsgemäße Mikrofonanordnung mit einer Schrittmotorsteuerung versehen, durch welche die gesamte Anordnung um eine horizontale und/oder vertikale Achse drehbar ist. Durch Drehung des Mikros kann so auf einfache und klanglich überzeugende Weise die Bewegung einer Schallquelle simuliert werden.

Bei einem mehrkanaligen Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit ei­ ner erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung werden zweckmäßigerweise die Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten Aufzeichnungsspuren phasen­ synchron aufgezeichnet. Die Phasensynchronität ist Voraussetzung dafür, ge­ mäß dem Mitte/Seite-Verfahren eine korrekte Zuordnung nach links/rechts bzw. oben/unten vornehmen zu können. Durch separate Aufzeichnung der einzelnen Mikrofonsignale ist bis zur endgültigen Abmischung eine korrekte Richtungszu­ ordnung der aufgenommenen Schallquellen möglich. Weder durch die Anord­ nung der Mikrofone noch durch die Aufzeichnung entstehen irgendwelche irre­ versiblen Verfälschungen oder Verluste. Voraussetzung ist allerdings, daß, ge­ nau wie beim konventionellen Mitte/Seite-Verfahren, alle Signale im gleichen Lautstärkeverhältnis aufgezeichnet werden. Gemäß der Erfindung sind für die Aufzeichnung drei oder vier Aufzeichnungsspuren ausreichend. Hier zeigt sich ein besonderer Vorteil, da eine drei- oder vierspurige Aufzeichnung ohne ir­ gendwelche besonderen Anforderungen an die Abmischung der einzelnen Ton­ signale problemlos auch unter ungünstigen Bedingungen, wie etwa am Drehort bei Filmproduktionen, durchgeführt werden können. Die eigentliche Abmischung erfolgt erst im Nachgang an die Filmaufnahmen, wobei die drei oder vier Tonspuren miteinander kombiniert und den einzelnen Wiedergabekanälen zu­ geordnet werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, aus den verschiedenen Mikrofonsignalen durch Mischung und Matrizierung vordere und hintere Wiedergabesignale zu erzeugen. Dabei ist in Anlehnung an das be­ kannte Mitte/Seite-Verfahren eine direkte links/rechts bzw. oben/unten- Zuordnung der Mikrofonsignale zu den einzelnen Wiedergabekanälen möglich. Das Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut, eine Abmischung für die heute üblichen 5.1-Standards bzw. Dolby EX-Verfahren vorzunehmen. Die erfindungsgemäße koinzidente Mikro­ fonanordnung gestattet auch bei fünf oder mehr Wiedergabekanälen ausgehend von einer nur drei- bzw. vierkanaligen Tonaufzeichnung eine absolut korrekte Richtungswiedergabe der Schallquellen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen koinzidenten Mikrofonanordnung und des damit verbundenen mehrkanaligen Tonaufzeichnungs- und -wieder­ gabeverfahrens werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Richtcharakteristik einer Mikrofonanord­ nung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 erfindungsgemäßes Koinzidenzmikrofon im Querschnitt;

Fig. 3 Signalzuordnung für die Wiedergabe nach einem 5.1-Standard.

Die Fig. 1 zeigt ein Koordinatenkreuz 1, an dem die Richtungen vorne (V), hinten (H), links (L) und rechts (R) eingezeichnet sind. Die erfindungsgemäße Mikrofonanordnung befindet sich am Koordinatenursprung 2. Das nach vorne gerichtete Mikrofon weist eine nierenförmige Charakteristik 3 auf. Entlang der eingezeichneten Konturlinie werden gleich laute Schallquellen in Mikrofonsi­ gnale gleicher Intensität umgesetzt. Das seitliche horizontal ausgerichtete Mi­ krofon weist eine achtförmige Charakteristik 4 auf, wobei genau wie beim be­ kannten Mitte/Seite-Verfahren die Mikrofonsignale von links/rechtsseitigen Schallquellen eine um 180° verschiedene Phasenlage haben. Das erfindungs­ gemäße zusätzliche, nach hinten gerichtete Mikrofon weist wiederum eine nie­ renförmige Charakteristik 5 auf.

Das nach vorne gerichtete Mikrofon erzeugt ein vorderes mittleres Signal (VM), das nach hinten gerichtete Mikrofon ein hinteres mittleres Signal (HM). Das Si­ gnal des horizontal seitlichen Mikrofons wird als HS bezeichnet. Durch Kombi­ nation dieser drei Mikrofonsignale können Schallquellen in allen vier Quadranten des dargestellten Koordinatensystems zugeordnet werden. Schallquellen im lin­ ken vorderen Quadranten werden beispielsweise durch Summation der Mikro­ fonsignale VM und HS wiedergegeben. Für den hinteren rechten Quadranten wird von dem Signal HM das Signal HS subtrahiert.

Die Fig. 2 zeigt eine Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung, die in einem gemeinsamen Mikrofonrohr 6 zusammengefaßt ist. Das Rohr 6 enthält eine vor­ dere Mikrofonkapsel 7 mit nierenförmiger Richtcharakteristik 3. In der Mitte des Mikrofonrohres 6 sind weitere vier Mikrofonkapseln 8 und 9 angeordnet, welche paarweise jeweils ein horizontales bzw. vertikales Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik 4 bilden. Erfindungsgemäß kommt eine hintere Mikrofonkap­ sel 10 hinzu, welche wiederum über eine nierenförmige Richtcharakteristik 5 verfügt. Falls es gewünscht wird, können die Mikrofonsignale der Mikrofonkap­ seln 8 und 9 getrennt zur Verfügung gestellt werden, so daß eine rechts/links- bzw. oben/unten-Zuordnung auch ohne Berücksichtigung des vorderen bzw. hinteren Mikrofonsignals möglich ist. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der vordere oder hintere Kanal unerwünschte Tonsignale wie etwa Umge­ bungsgeräusche enthält, oder wenn man für zukünftige Beschallungssysteme, die beispielsweise über Kanäle über und unter dem Publikum verfügen, vorbe­ reitet sein möchte.

Anhand der Fig. 3 wird gezeigt, wie die drei Mikrofonsignale VM, HS und HM, die mit einer Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung zur Verfügung stehen, den einzelnen Wiedergabekanälen bei einem 5.1-Standard zugeordnet werden können. Die Figur zeigt einen Zuhörer 11, der sich im Zentrum von sechs um ihn herum angeordneten Lautsprechern befindet. Dies sind ein vorderer linker Laut­ sprecher 12 (L), ein vorderer zentraler Lautsprecher 13 (C), ein vorderer rechter Lautsprecher 14 (R), ein hinten links angeordneter Lautsprecher 15 (HL), ein hinterer rechter Lautsprecher 16 (HR) sowie ein für die Tiefsttonwiedergabe be­ stimmter Subwoofer 17. Im folgenden ist angegeben, welche Kombinationen der drei Mikrofonsignale den einzelnen Wiedergabekanälen zugeordnet werden:

VM + HS = L

VM = C

VM - HS = R

HM + HS = HL

HM - HS = HR

VM + HM = T.

Beim Dolby EX-Verfahren ist HM = Mitte Surround.

Für die Wiedergabe durch den Subwoofer 17 wird das Summensignale aus VM und HM einer Tiefpassfilterung unterzogen. Durch eine geeignete Mischung der vorderen und seitlichen Mikrofonsignale kann die Wiedergabe auch problemlos über mehr als drei Frontkanäle erfolgen.

Claims (10)

1. Koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen Aufnahme von akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken, wobei ein vorderes Mikrofon (7) eine einseitige, insbeson­ dere nierenförmige hypernierenförmige oder keulenförmige Richtcharakteristik, und ein horizontal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon (8) eine senkrecht dazu angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist, gekennzeichnet durch ein hinteres Mikrofon (10) mit einer ebenfalls einseitigen, insbesondere nierenförmi­ gen, hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcharakteristik.

2. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Mikrofon (10) antiparallel zum vorderen Mikrofon ausgerichtet ist.

3. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zusätzlich vertikal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon (9) mit einer achtförmigen Richtcharakteristik.

4. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des vorderen Mikrofons vertikal schwenkbar ist.

5. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere und/oder das hintere Mikrofon Rohrrichtmikrofone sind.

6. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die seitlichen Mikrofone aus jeweils zwei elektroakustischen Wandlern zusammengesetzt sind.

7. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung mittels einer Schrittmotorsteuerung schwenkbar ist.

8. Mehrkanaliges Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit einer Mikrofonanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten Aufzeichnungsspuren phasensynchron aufgezeichnet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen des vorderen, des hinteren und des horizontal ausgerichteten seitli­ chen Mikrofons durch Mischung und Matrizierung vordere und hintere Wieder­ gabesignale erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen des vorderen, des hinteren und des vertikal ausgerichteten seitlichen Mikrofons durch Mischung und Matrizierung vordere und hintere Wiedergabesi­ gnale erzeugt werden.