DE2548596A1 - Mikrofonanlage - Google Patents

Description

IT 3381

Sony Corporation, Tokyo / Japan

Mikrofonanlage

Die Erfindung "betrifft eine Mikrofonanlage, insbesondere eine Mikrofonanlage für binaurale Schallaufnahme, wie sie beispielsweise bei Schallaufnahme unter Verwendung von Attrappenköpfen benutzt wird.

Bei der Wiedergabe von Schallinformationssignalen erfolgt nacheinander ein Übergang vom monauralen Wiedergabesystem zum Stereosystem, dann zum Vier-Kanalsystem und schließlich zum Vielkanalsystem, um eine immer getreuere akustische Wiedergabe des ursprünglichen Schallfeldes zu erreichen. Man ist ferner aus dem gleichen Grund auch zur Verwendung einer größeren Anzahl von Mikrofonen übergegangen, deren Signale in geeigneter Weise gemischt und über die gewünschte Zahl von Kanälen übertragen werden.

Bei diesen Systemen muß jedoch das ursprüngliche Schallfeld beispielsweise in dem Raum erzeugt werden, in dem sich der Zuhörer befindet; dieser Wiedergaberaum muß dazu eine gewisse Größe besitzen. Nun ist andererseits zu berücksichtigen, daß das menschliche Gehörsystem von Schallsignalen, die aus unterschiedlichen Richtungen (vorn, hinten, rechts, links, oben, unten) und Abständen ankommen, Informationen bezüglich der Richtung und des Abstandes der Schallquelle ableitet. Daraus entstand die Idee, daß es für eine einwandfreie Schallwiedergabe einerseits erforderlich, andererseits jedoch ausreichend ist, beiden Ohren eines im Wiedergaberaum befindlichen Zuhörers solche Schallinformationen zuzuführen, die auch

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ein Zuhörer im ursprünglichen Schallfeld tatsächlich erhält. Bei Anwendung dieses Grundprinzips benötigt man nur ein akustisches Signalübertragungssystem, das die in den Ohren eines sich um ursprünglichen Schallfeld befindlichen Zuhörers erzeugten akustischen Signale erneut in den Ohren eines sich im Wiedergaberaum befindlichen Zuhörers erzeugt. Es ist also in diesem Falle die Wiedergabe des Schallfeldes nicht erforderlich; der Wiedergaberaum kann infolgedessen völlig frei gewählt v/erden; mit anderen Worten, die Wiedergabe kann irgendwo erfolgen. Das Übertragungssystem benötigt ferner nur zwei Kanäle, ist demgemäß sehr preiswert, wobei die Wiedergabe akustischer Informationen mit gleicher Qualität wie bei üblichen Vielkanalsystemen erfolgt.

Mit einem auf diesem Grundprinzip beruhenden binauralen Stereosystem wurden um 1930 herum von Bell Laboratory Versuche durchgeführt. Die Resultate waren damals nicht durchweg zufriedenstellend, was zum Teil an den für die Schallaufnahme verwendeten Mikrofonen und den für die Wiedergabe benutzten Kopfhörern lag. Bei der in der Zwischenzeit erfolgten Weiterentwicklung akustischer Geräte wurden jedoch Mikrofone geschaffen, die äußerst kleine Abmessungen besitzen und trotzdem eine hohe Leistung sowie ausgezeichnete elektroakustische Eigenschaften aufweisen. Unter Verwendung derartiger Mikrofone kommt neuerdings eine praktische Wiederanwendung des geschilderten Prinzips in Betracht. Inzwischen wurden bereits eine große Anzahl theoretischer Untersuchungen sowie praktischer Experimente durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß die hinsichtlich Richtung und Abstand gewonnenen akustischen Informationen vor allem bestimmt werden durch die Differenz zwischen den Übertragungsfunktionen von einer Schallquelle zu den beiden Ohren eines Zuhörers, insbesondere durch die Zeitdifferenz (Phasendifferenz)mit der das

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Schallsignal die beiden Ohren erreicht (wobei durch Kopf, Ohrmuscheln usw. eine Ablenkung der Schallwellen erfolgt), ferner von der Differenz in der Frequenzcharakteristik der an beiden Ohren eintreffenden Signale.

Im Hinblick auf diese Erkenntnisse wurde bereits eine Mikrofonanlage zur Schallaufnahme vorgeschlagen. Eine bekannte Stereo-Mikrofonanlage dieser Art besitzt einen Attrappenkopf (üblicherweise aus Silikongummi oder dergleichen hergestellt) sowie zwei symmetrische Mikrofonsysteme, die am Eingang der Gehörkanäle dieses Attrappenkopfes bzw. an den Ohrmuscheln angebracht sind. Diese Mikrofonanlage ist so ausgebildet, daß die Schallwellen, die von einer Schallquelle zu den beiden Mikrofonsystemen am Attrappenkopf laufen, möglichst genau die selben Verhältnisse vorfinden, als wenn sich tatsächlich ein menschlicher Zuhörer an der betreffenden Stelle (des Attrappenkopfes) befände. Die Abmessungen der bekannten Mikrofonanlage sind jedoch unveränderlich. Besteht also ein Unterschied zwischen Form und Größe des Attrappenkopfes und Form und Größe des Kopfes eines Zuhörers, so wird nicht stets eine Schallwiedergabe besonders hoher Qualität erreicht. Nachteilig ist ferner der mit der bekannten Mikrofonanlage verbundene hohe Aufwand, ihre großen Abmessungen und ihr hohes Gewicht, woraus sich auch ein umständlicher Transport ergibt. Das einem menschlichen Kopf ähnliche Aussehen des Attrappenkopfes wird schließlich vielfach als störend empfunden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde ferner eine Mikrofonanlage vorgeschlagen, die ein bogenförmiges elastisches Rohr enthält, an dessen beiden Enden zwei Mikrofonsysteme angebracht sind, die von Halterungsteilen getragen werden. Jeder dieser Halterungsteile kann den Schalleinlaß des Mikrofones in eine Lage nahe der öffnung des Gehörkanales einstellen. Vom mittleren Bereich des elastischen Rohres führt eine Leitung nach

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außen, sodaß die Mikrofonanlage etwa das Aussehen eines Stethoskops besitzt.

Diese Mikrofonanlage wird üblicherweise direkt auf die Ohren eines menschlichen Zuhörers gesetzt oder an einem Attrappenkopf befestigt, der keine Mikrofone enthält. Eine solche Mikrofonanlage vermeidet bereits den größten Teil der oben aufgeführten Mangel, ist jedoch noch mit dem Nachteil behaftet, daß sie leicht Windgeräusche und Leitungskontaktgeräusche aufnimmt und bei Anbringung am menschlichen Ohr eine geringe Stabilität besitzt.

Der Erfindung liegt'daher die Aufgabe zugrunde, eine Mikrofonanlage zu schaffen, die die aufgezeigten Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet. Die neue Mikrofonanlage soll sich insbesondere leicht an einem Ohr befestigen lassen (und zwar in erster Linie an einem menschlichen Ohr, jedoch gegebenenfalls auch am Ohr einer Attrappe). Weiterhin soll die erfindungsgemäße Mikrofonanlage einen besonderen Schutz gegen das Aufnehmen von Windgeräuschen besitzen.

Die erfindungsgemäße Mikrofonanlage ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine mit einer Vielzahl von Öffnungen versehene Kapsel, einen Ansatz dieser Kapsel sowie ein in der Kapsel vorgesehenes Mikrofonsystem.

Mit dem Ansatz kann das Mikrofon in einen Gehörkanal eingesteckt werden, wobei es bei Anbringung einer Bohrung in diesem Ansatz zusätzlich möglich ist, den äußeren Schall mitzuhören.

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Die mit Öffnungen versehene Kapsel der erfindungsgemäßen Mikrofonanlage dient als Windschirm und verhindert damit die Aufnahme von Windgeräuschen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine ^Dchaltung vorgesehen, die die Ausgangscharakteristik des Mikrofonsystemes so kompensiert, daß Lageinformationen bezüglich einer Schallwiedergabeeinrichtung beseitigt werden; auf diese Weise kann man ein akustisches Signal erzeugen, das eine völlig natürliche Schallfeldwiedergabe im Lautsprecher oder im Kopfhörer ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Mikrofonanlage;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Anbringung der Mikrofonanlage gemäß Fig. 1;

Fig. 4- ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik

des in den beiden Ohren eines Zuhörers auftretenden Schalldruckes zeigt, hervorgerufen durch eine vor dem Zuhörer befindliche Schallquelle;

Fig. 5 das Schalbild einer Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung, die Teil der erfindurchsgemäßen Mikrofonanlage ist.

In den Fig. 1 und 2, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikrofons zeichnen, ist mit M das Mikrofon im Ganzen und mit 1 das Gehäuse bezeichnet. Das Gehäuse

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1 enthält eine zur Schallaufnahme dienende Kapsel 2 von großem Durchmesser sowie einen Ansatz 3, der einen kleinen Durchmesser aufweist, mit der einen Stirnwand 2c¹ der Kapsel 2 verbunden ist und zur Einführung in einen Gehörgang dient. Die Kapsel 2 besitzt eine zylindrische Form mit einer Umfangswand 2b, Stirnwänden 2c, 2c¹ sowie einen inneren Hohlraum 2a (vergl. Fig. 2). Die Umfangswand 2b sowie die Stirnwand 2c sind mit einer Anzahl von Bohrungen 2p versehen, durch die äußere Schallwellen in den Hohlraum 2a gelangen. Der zur Einführung in den Gehörkanal dienende Ansatz 3 besitzt gleichfalls eine zylindrische Gestalt und ist mit einer Durchgangsbohrung A-versehen, die mit dem Hohlraum 2a der Kapsel 2 in Verbindung steht und durch die der Benutzer die äußeren Schallwellen mithören kann. Der Ansatz 3 und die Kapsel 2 sind einstückig aus ^nst stoff hergestellt und bilden zusammen das Gehäuse 1.

Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Mikrofonsystem 5 fest in der Kapsel 2 untergebracht. Als Mikrofonaystem 5 wird vorzugsweise ein Allrichtungsmikrofon (d.h. ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik) verwendet. Eine Leitung 6 ist vom Mikrofonsystem 5 durch das Gehäuse 1 nach außen geführt.

Man kann die mit den Bohrungen 2p versehene Kapsel 2 ganz oder teilweise auch durch einen Windschirm, beispielsweise aus einem Metall- oder Kunststoffgitter, ersetzen. Es ist ferner nicht unbedingt nötig, stets die Bohrung '4-im Ansatz 3 vorzusehen.

In der Praxis werden zwei gleichartige Mikrofone M gleichzeitig verwendet. Hierbei werden ihre Ansätze 3 in die Gehörkanäle der beiden Ohren eines Benutzers eingeführt, sodeß dann die Mikrofone M fest an den Ohren sitzen. Gelangt nun ein äußeres Schallsignal durch die Bohrungen 2p

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in den Hohlraum 2a der Kapsel 2, so wird dieses Schallsignal durch das Mikrofonsystem 5 aufgenommen. Ist im Ansatz 3 die Bohrung 4 vorhanden, so gelangt das äußere Schallsignal zugleich durch die Bohrung 4- zum Gehörsystem des Benutzers, sodaß dieser das äußere Schallsignal gleichzeitig mithört.

Besteht die Gefahr, daß durch Berührung der Leitung 6 mit der Haut des Benutzers ein Kontaktgeräusch hervorgerufen wird, so wird beispielsweise am Hut 8 des Benutzers oder am Bügel seiner Brille eine Klemme 7 befestigt, durch deren Bohrung die Leitung 6 geführt wird (vergl. Fig. 3). Dadurch vermeidet man eine Berührung zwischen der Leitung 6 und der Haut des Benutzers, sodaß das Mikrofon M kein Kontaktgeräusch aufnehmen kann.

Wird ein Attrappenkopf verwendet, so erfolgt ebenso wie bei dem dargestellten Fall die Befestigung des Mikrofons M mittels des Ansatzes 3.

Da die Kapsel 3 eine Anzahl von Bohrungen 2p aufweist und das Mikrofonsystem S im Innern der Kapsel 2 untergebracht ist, dient diese Kapsel 2 als Windschirm und verhindert damit, daß ein Windgeräusch an das Ohr des Benutzers gelangt. Ein äußeres Schallsignal kann ferner über die Bohrung 4 mitgehört werden. Da ferner das Gehäuse 1 einen Teil mit größerem Durchmesser aufweist, bereitet die Unterbringung des Mikrofonsystemes 5 in diesem Teil von größerem Durchmesser keine Schwierigkeiten.

Bei dem binauralen Mikrofon mit zwei Mikrofonsystemen, die nahe der Öffnung der Gehörkanäle der beiden menschlichen Ohren oder nahe der öffnung von Gehörkanälen von Attrappen-Ohrmuscheln (bei Verwendung eines Attrappenkopfes mit Attrappenohren bzw. Attrappen-Ohrmuscheln) angeordnet sind, ist die Frequenzcharakteristik eines von einem solchen Mikrofon gelieferten Schallsignales im allgemeinen

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nicht glatt bzw. flach. Zwei in der Nähe der Eingänge der Gehörkanäle beider menschlicher Ohre angeordnete Mikrofonsysteme nehmen von einer davor befindlichen Schallquelle ein Schallsignal mit einer Frequenzcharakteristik gemäß Fig. 4- auf; hierbei ist in der Ordinate der Lautstärkepegel in dBund in der Abszisse die Frequenz in Hz aufgetragen. Diese Frequenzcharakteristik zeigt bei Frequenzen in der Nähe von 3 KHz und 8 KHz zwei Spitzenwerte im Pegel, wobei jedoch die Frequenzcharakteristik individuelle Unterschiede besitzt. Die Frequenzcharakteristik liefert einen Beitrag zur Wahrnehmung der Richtung, aus der eine akustische Information kommt, und des Abstandes der akustischen Signalquelle. Anders ausgedrückt, entspricht die räumliche Lage der Schallquelle gegenüber den Ohren des Hörers der Änderung der Frequenzcharakteristik. Die entsprechende Beziehung muß daher genau wiedergegeben werden, damit eine richtige Wiedergabe des ursprünglichen Schallfeldes erfolgt. Erfolgt jedoch diese Wiedergabe durch eine Wiedergabeeinrichtung, so müssen durch Kompensation nicht nur die Frequenzcharakteristik der Wiedergabeeinrichtung, sondern auch ihre räumliche Lageinformation eliminiert werden, das heißt die Frequenzcharakteristik, die in den Ohren durch die räumliche Beziehung der Wiedergabeeinriehtung erzeugt wird. Bei Verwendung eines normalen Kopfhörers wird die in Fig. 4 dargestellte Frequenzcharakteristik positiv ausgenutzt, um bei Wiedergabe eines akustischen Ste-=- reosignales, das mit einem bekannten Stereo-Schallaufnahmesystem aufgenommen wurde, die Lokalisierung des wiedergegebenen Schalles .hinter dem Kopf zu vermeiden; diese Frequenzcharakteristik soll also durch Kompensation beseitigt werden. Wird ferner das binaurale Schallsignal, das wie oben angegeben aufgenommen wurde, über Lautsprecher wiedergegeben, so wird zweimal eine Information bezüglich der Lokalisation vorn gegeben; diese Information wird eliminiert, sodaß man den über Lautsprecher wiedergegebenen Schall unter den selben Bedingungen wie üblicherweise Ste-

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reoschall wahrnimmt.

Anhand von Fig. 5 sei nun ein Mikrofonsystem 5 sowie ein binauraler Mikrofonverstärker 14 erläutert, mit denen die obengenannte Kompensation durchgeführt werden kann.

Das Mikrofonsystem 5 enthält eine Mikrofonkapsel 9 (kapazitives Ferrodielektrikum) sowie einen Vorverstärker

10. Der Vorverstärker 10 enthält einen Feldeffekttransistor

11, einen parallel zur Mikrofonkapsel 9 geschalteten Widerstand 12 sowie einen mit der Source-Elektrode des Transistors 11 verbundenen Lastwiderstand 13. "Der Verstärker 14 ist über eine abgeschirmte zweiadrige Leitung 6 mit dem Mikrofonsystem 5 verbunden. Der Verstärker 14 enthält einen Verstärkertransistor 15, dessen Emitter über einen Lastwiderstand 16 mit einer Stromquelle +B verbunden ist. Diese Stromquelle +B ist ferner über die Leitung 6 mit der Drain-Elektrode des Transistors 11 im Vorverstärker 10 verbunden. Der Emitter des Transistors 15 ist ferner über einen Kondensator 17 an einen Ausgangsanschluß 18 angeschlossen, während die Basis des Transistors 15 über die Leitung 6 an die Source-Elektrode des Transistors 11 im Vorverstärker 10 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors liegt an Masse und ist ferner mit einem gemeinsamen Ausgangsanschluß 21 des Verstärkers 14 und des Vorverstärkers 10 vebunden.

Der Verstärker 14 enthält eine Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung 22, durch die die Frequenzcharakteristik eines vom binauralen Mikrofon M abgeleiteten Schallsignales so kompensiert wird, daß sich eine flache, glatte Charakteristik ergibt. Diese Kompensationsschaltung 22 enthält einen ersten Fangstellenkreis 19 mit einer Resonanzfrequenz von beispielsweise 3 KHz, sowie einen zweiten Fangstellenkreis 20 mit einer Resonanzfrequenz von 8 KHz; diese beiden Kreise sind zwischen die Basis des Tran-

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sistors 15 und Masse geschaltet. Der erste Kreis 19 enthält die Reihenresonanzschaltung einer Spule L^, ehes Kondensators C-, und eines Widerstandes R-, , während der zweite Kreis 20 die Reihenresonanzschaltung einer Spule Lp, eines Kondensators C~ und eines Widerstandes R^ aufweist.

Durch diese Schaltungen 19 und 20 wird die oben beschriebene Frequenzcharakteristik kompensiert, sodaß man eine zur Wiedergabe in einem Kopfhörer oder durch Lautsprecher geeignete Schallaufnahme erreicht.

Eine dem jeweiligen Einzelfall angepaßte, besonders getreue Schallwiedergabe kann man ferner durch leichte Veränderung der Resonanfrequenz der Resonanzschaltung erreichen.

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Claims (7)

- li - Patentansprüche

1. Mikrofonanlage, gekennzeichnet durch eine mit mehreren öffnungen versehene Kapsel, einen Ansatz dieser Kapsel sowie ein in der Kapsel vorgesehenes Mikrofonsystem.

2. Mikrofonanlage nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß die Kapsel als Windschirm ausgebildet ist.

3. Mikrofonanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz eine mit dem Innenraum der Kapsel in Verbindung stehende Bohrung aufweist.

4-. Mikrofonanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel und der Ansatz einstückig ausgebildet sind»

5. Mikrofonanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofonsystem einen Verstärker enthält, der ein aktives Element zur Verstärkung des Ausgangssignales jedes Mikrofonsystemes aufweist und ferner mit einer Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung versehen ist, die zur Glättung der Frequenzcharakteristik eines Ausgangssignales dieses Mikrofonsystemes dient.

6. Mikrofonanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung mit dem aktiven Element verbunden ist und wenigstens zwei Fangstellenkreise (Fallen) enthält.

7. Mikrofonanlage, gekennzeichnet durch

a) ein Gehäuse mit einem Teil von größerem Durchmesser sowie einem von diesem Teil ausgehenden Teil mit kleinerem Durchmesser,

b) einen in dem Gehäuseteil mit größerem Durchmesser vorgesehenen Hohlraum,

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c) eine Vielzahl von Öffnungen in dem Gehäuseteil von größerem Durchmesser,

d) ein Mikrofonsystem, das in dem Hohlraum des Gehäuses untergebracht ist sowie

e) eine Bohrung, die in dem Gehäuseteil von kleinerem Durchmesser vorgesehen ist und mit dem Hohlraum in Verbindung steht.

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