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Mikrophonanordnung zur gleichzeitigen, aber getrennten Aufnahme von
aus vier annähernd aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einfallendem Schall
Bei stereophonen Schallübertragungen wird die Tatsache ausgenutzt, dass es der Mensch
gelernt hat, bestimmten Eintreffzeit- und Lautstärkeunterschieden des an seinen
beiden Ohren ankommenden Schalls bestimmte Richtungseindrücke zuzuordnen. Dabei
können fehlende oder zu kleine Eintreffzeitunterschiede auch durch entsprechend
grössere Lautstärkeunterschiede kompensiert werden.
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Diesen Umstand macht man sich seit Jahren bei der zweikanaligen sogenannten
"lntensitätsstereophonie" zunutze, vor allem, wenn die Übertragung auf der Wiedergabeseite
auch bei einkanaligem Abhören gut klingen soll. Etwaige Laufzeitunterschiede in
beiden Kanälen würden nämlich beim Zusammenschalten zur Einkanalwiedergabe zu Interferenzen
führen und einen stark zerklüfteten Frequenzgang des Summensignals zur Folge haben.
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Bei Aufnahmen nach dem Verfahren der Intensitätsstereophonie wird
daher der Richtungseindruck ausschliesslich durch Intensitötsunterschiede der beiden
Schal lantei le hervorgerufen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Aufnahmetechnik besteht darin, dass der
Hörer beim Abhören über zwei Lautsprecher oder Lautsprechergruppen auch noch an
Stellen seitab der Lautsprecher-Symmetrieachse einen guten Stereoeindruck bekommen
kann. Hier ergibt sich zwar für den Zuhörer auch eine Laufzeitdifferenz, die durch
seinen unterschiedlichen Abstand von beiden Lautsprechern zustande kommt; diese
Laufzeitdifferenz ist jedoch konstant und kann daher unterbewusst vom Hörer in gewissen
Grenzen eliminiert werden, da sie für die Richtungsbestimmung keinen Informationswert
besitzt.
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Die für die Intensitätsstereophonie vorzugsweise verwendeten Koinzidenz-
oder Stereomikrophone bestehen aus zwei dicht übereinander angeordneten, gegeneinander
verdrehten oder verdrehbaren Mikrophonen, deren jedes einem der beiden Kanäle zugeordnet
ist.
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Die richtungsabhängigen Intensitätsunterschiede kommen dadurch zustande,
dass Richtmikrophone verwendet werden, die vorzugsweise als Druckgradientenempfänger
arbeiten.
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Mit Einführung der Vierkanaltechnik, der sogenannten "Quadrophonie"
für Schallplatte, Tonband und gegebenenfalls auch für Rundfunkübertragungen,ergibt
sich der Wunsch, auch vierkanalige Stereoaufnahmen nach dem Prinzip der Intensitätsstereophonie
herstellen und damit auch für Übertragungen mit mehr als zwei Kanälen die obengenannten
Vorteile der Intensitätsstereophonie beibehalten zu können.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass mehrere, insbesondere
vier gegeneinander verdrehte oder verdrehbare Mikrophone mit vorzugsweise einseitiger
Richtcharakteristik dicht übereinander angeordnet und den vier Schalleinfallsrichtungen
vorn links, vorn rechts, hinten links und hinten rechts zugeordnet sind. Eine solche
Anoidnung ergibt für annähernd in einer Ebene angeordnete Schallquellen ausser einer
guten Vierkana!-Aufnahme auch die oben beschriebenen Vorteile der Intensitätsstereophonie:
Interferenzfreiheit beim Zusammenschalten der vier Kanäle zur drei-, zwei- oder
einkanaligen Wiedergabe und im Wiedergaberaum einen grösseren Bereich, innerhalb
dessen bei zweibis vierkanaliger Wiedertacbe ein befriedigender stereophoner Klangeindruck
zustande kommt.
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Sollen grössere Klangkörper aufgenommen werden, beispielsweise ein
Orchester oder ein Chor, dessen Einzelschallquellen z.B. auf einem nach hinten ansteigenden
Podium angeordnet sind und deren Direktschall daher zum Teil auch etwas schräg von
oben oder unten auf die Mikrophonkombination treffen kann, so ist es nachteilig,
wenn die Mikrophonanordnung (nachfolgend kurz als "Stereomikrophon" bezeichnet)
in senkrechter Richtung zu grosse Abmessungen besitzt. Hierdurch würden für einen
Teil der aufzunehmenden Schallquellen unerwünschte Laufzeitunterschiede zwischen
dem vom oberen und dem vom unteren Mikrophon aufgenommenen Schall zustande kommen.
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Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung kann beispielsweise dieser
Nachteil dadurch vermieden werden, dass nur drei Mikrophone übereinander angeordnet
werden, und zwar ein z.B. unter 45° nach vorn links und ein zweites z.B. vier 0
ein z.B. unter 45 nach vorn links und ein zweites z.B. unter 45 nach vorn rechts
gerichtetes Nierenmikrophon, zwischen denen ein ungerichtetes Mikrophon mit Kugelcharakteristik
«>ruckempänger)
vorgesehen ist. Die fiktiven Richtdiagramme nach hinten links und hinten rechts
ergeben sich durch eine entsprechende elektrische Subtraktion der Ausgangsspannungen
beider Richtmikrophone von der Ausgangsspannung des ungerichteten Mikrophons. Durch
diese Subtraktion erhält man also zwei weitere Mikrophonausgange.
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Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass es bereits bekannt ist, ein
Mikrophon mit Kugelcharakteristik zwischen zwei Mikrophonen mit achtförmigen Richtcharakteristiken
anzuordnen, um durch den Einsatz von sin-cos-Rechenpotentiometern ein Richtmikrophon
mit auf elektrischem Wege drehbarer Richtcharakteristik mit konstanter Empfindlichkeit
zu erhalten (DBP 1 1 39 152) .
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Eine andere Möglichkeit, die erwähnten unerwünschten Laufzeitunterschiede
weitgehend zu vermeiden, besteht darin, zwei Doppelmikrophone mit nierenförmiger
Richtcharakteristik übereinander anzuordnen. Die Doppelmikrophone liegen jeweils
auf gleicher horizontaler Ebene. Ihre Rückseiten sind einander zugekehrt. Um stehende
Wellen im Zwischenraum zwischen beiden Rückseiten zu verhindern, kann ein z.B. als
Doppel-Kugelkalotte ausgebildeter Zerstreu ungskörper zwischen den beiden Mikrophonkapseln
vorgesehen sein.
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Zur Erzielung der gewünschten Wirkung werden die Mikrophonpaare, deren
jedes aus zwei annähernd einseitig gerichteten Mikrophonen besteht, die mit um 1800
+ 300 gegeneinander versetzter Achse grösster Empfindlichkeit zusammengesetzt sind,
gegeneinander um 900 + 300 verdreht oder verdrehbar angeordnet.
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Eine weitere Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung besteht darin,
zwei um 900 bt 300 gegeneinander verdrehte oder verdrehbare Kondensator-Mi krophon-Doppelmembran-Kapse
In, bestehend aus einer scheibenförmigen, gemeinsamen Festeektrode und beiderseits
dieser Elektrode vorgesehenen Membranen, wie sie an sich bekannt sind, dicht beieinander
anzuordnen. Im Gegensatz zu der bisher üblichen Betriebsweise wird jedoch jeder
der vier Membranen eine eigene Verstärker-, Impedanzwandler- oder Hochfrequenzschaltung
zugeordnet. Die beiden Gegenelektroden sind mit dem Bezugspotential verbunden Anhand
der Figuren soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke beispielsweise näher
erläutert werden.
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In der Fig. 1 sind vier zumindest annähernd einseitig gerichtete,
selbständige Mikrophone 1, 2, 3, 4 vorgesehen, die übereinander angeordnet und so
gegeneinander verdreht sind, dass sie den Schall aus den vier Schalleinfallsrichtungen
vorn links, vorn rechts, hinten links und hinten rechts aufnehmen. Das entsprechende
Diagramm der Richtcharakteristiken zeigt die Fig.5. Die den Mikrophonen 1, 2, 3,
4 zugeordneten Charakteristiken sind mit 1', 2', 3', 4' bezeichnet. Die Pfeile kennzeichnen
die Haupt-Schalleinfallsrichtungen. Diese Anordnung ergibt - wie erwähnt - ausser
einer guten Vierkanalaufnahme auch die Vorteile der Intensitätsstereophonie, insbesondere
die Freiheit von Interferenzen beim Zusammenschalten der einzelnen Kanäle.
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Bei der Anordnung nach der Fig. 2 ist zwischen den Mikrophonen mit
einseitiger Richtcharakteristik (Nierenmikrophone) 5 und 6 ein Druckempfänger 7
mit Kugelcharakteristik vorgesehen. Die Richtmikrophone 5 und 6 sind unter450 nach
vorn links und vorn rechts gerichtet. Die Richtcharakteristiken sind in der Fig.
6 dargestellt. Die einzelnen Charakteristiken sind mit 5', 6' und 7t bezeichnet.
Die sich durch elektrische Subtraktion der Ausgangsspannungen beider Richtmikrophone
5 und 6 von der des ungerichteten Mikrophons 7 ergebenden fiktiven Richtdiagramme
sind mit den Ziffern 5" und 6" versehen. Für die Zwecke der Erfindung werden die
Ausgänge der Richtmikrophone 5 und 6 und die durch die Subtraktion neu entstandenen
beiden Ausgänge benutzt.
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Eine besonders gedrängte erwünschte Bauart ergibt sich, wenn nach
Fig. 3 zwei aus je zwei einseitig gerichteten Kapseln zusammengesetzte Doppel mikrophone
8 und 9 verwendet werden, deren Rückseiten einander zugekehrt sind. Um stehende
Wellen zu vermeiden, sind Doppel-Kugelkalotten 10 zwischen beiden Mikrophonkapseln
der Doppelmikrophone 8 und 9 vorgesehen. Das Richtdiagramm entspricht bei üblicher
Schaltung dem nach Fig. 5.
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Noch gedrängter wird die Bauart, wenn zwei um 900 + 300 gegeneinander
verdrehte oder verdreh bare an sich bekannte Kondensator-Mikrophon-Doppelmembran-Kapseln
benutzt werden, wie dies die Fig. 4 veranschaulicht. Die Kapseln sind mit 11 und
12 bezeichnet.
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Im Gegensatz zur üblichen Betriebsweise wird jedoch jeder der vier
Membranen eine eigene Verstärker-, Impedanzwandler- oder Hochfrequenzschaltung zugeordnet.
Die beiden Gegenelektroden werden mit dem Bezugspotential verbunden. Das Richtdiagramm
entspricht wieder dem nach Fig. 5.
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Es ist auch möglich, je ein einseitig nach vom-Mitte und nach hinten-Mitte
ausgerichtetes Mikrophon zu verwenden und beiden Mikrophonen, die zweckmässig einzeln
übereinander oder auch - um 1800 gegeneinander verdreht - in der gleichen Horizontalebene
angeordnet sind, ein um 900 gegen die Hauptbeschallungsrichtung verdrehtes Mikrophon
mit achtförmiger Charakteristik zuzuordnen, wie dies in dem Eingangskreis der später
noch erläuterten Schaltung nach Fig. 8 beispielsweise angedeutet ist. Durch Addition
und Subtraktion der Ausgangsspannungen der einzelnen Mikrophone ergeben sich dann
die vier den unterschiedlichen Schalleinfallsrichtungen zugeordneten Ausgangsspannungen.
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Die Addition und Subtraktion kann mittels einer Brückenschaltung,
mittels zweier Differentialübertrager oder auch durch "Mischen" der gleichsinnig
bzw. gegensinnig gepolten Mikrophonspannungen über Trennverstärker durchgeführt
werden.
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Unter der Annahme, dass die Empfindlichkeit der drei Mikrophone für
den Schalleinfall unter Oo gleichgross ist, erhält man das Richtdiagramm nach Fig.
7. Hierin.sind die Charakteristiken der beiden Nierenmikrophone mit 13' und 14',
die des Achtermikrophons mit 15' bezeichnet.
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Wenn die vorerwähnte Annahme zutrifft bzw. die Empfindlichkeiten durch
elektrische Massnahmen gleichgross gemacht werden, ergibt die beschriebene Addition
und Subtraktion für die vier Ausgänge die scheinbaren in Fig. 9 dargestellten Richtdiagramme,
bei denen die für den Rechts-Links-Eindruck verantwortlichen Amplitudenunterschiede
grösser sind als diejenigen, die den Vorn-Hinten-Eindruck hervorrufen sollen. Dies
ist eine für die Praxis besonders günstige Einstellung, die einen "Öffnungswinkel"
O( von j530 ergibt; d.h. der Direktschall einer Schallquelle, die so angeordnet
ist, dass ihr Schall unter einem seitlichen Winkel von ca. 530 gegenüber der Hauptbeschallungsrichtung
(0°) des Mikrophons auf die Mikrophonanordnung trifft, erscheint bei der Wiedergabe
nur in den der betreffenden Seite zugeordneten Lautsprechern, also ganz links bzw.
ganz rechts, während die innerhalb des genannten Winkelbereichs angeordrseten Schallquellen
an entsprechenden Stellen zwischen den Lautsprechern geortet werden.
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Durch Verändern der vom Achtermikrophon abgegebenen Spannung kann
der Öffnungswinkel in weiten Grenzen verändert und unterschiedlichen Aufstellungen
und Aufnahmeverhältnissen angepasst werden.
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Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Additions- und Subtraktionsschaltung
unter Benutzung einer doppelten Brückenschaltung. Die einseitig gerichteten Nierenmikrophone
sind mit 13 und 14, das Achtermikrophon ist mit 15 bezeichnet. Die Ausgangsspannungen
der Mikrophone 13, 14 und 15 werden in den Brücken 16 und 17 addiert bzw. subtrahiert.
An den entstehenden vier Ausgängen 18, 19, 20 und 21 ergeben sich die Spannungen,
die den Quadrophonie-Lautsprechern zugeführt werden. Diese Spannungen entsprechen
dem fiktiven Richtdiagramm nach Fig. 9. Die Pfeile kennzeichnen die Richtung der
Spannungen in den Brückenkreisen in einem bestimmten Augenblick.
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Das Diagramm 22 entspricht der Summe der Spannungen der Mikrophone
13 und 15 (Ausgang 20), das Diagramm 23 der Differenz dieser Spannungen (Ausgang
19), das Divmm 24 der Summe der Spannungen der Mikrophone 14 und 15 (ausgang 21)
und das Diagramm 25 der Differenz dieser Spannungen (Ausgang 18).