Richtcharakteristiken

Die Richtcharakteristik eines Mikrofons beschreibt die Abhängigkeit der Größe des abgegebenen elektrischen Signals vom Schalleinfallswinkel. Sie wird üblicherweise dargestellt in einem Polardiagramm. Dabei geht man davon aus, dass sich die Eigenschaften eines Mikrofons bei einer Drehung um die Achse der Haupteinspracherichtung nicht ändern und wählt eine zweidimensionale Darstellung.

Das gedachte Mikrofon befindet sich immer im Mittelpunkt des Diagramm-Kreises. Der Winkel 0° kennzeichnet die Haupteinspracherichtung. Hier wird immer die maximale Signalgröße erreicht: Die Kurve liegt auf dem äußeren Rand des Kreises. Für alle anderen Schalleinfallswinkel beschreibt der Abstand der Kurve vom Mittelpunkt die Größe des Signals. Liegt für einen Winkel die Kurve auf dem Mittelpunkt, so wird kein Signal abgegeben.

Im Folgenden werden die wichtigsten Richtcharakteristiken und ihre Polardiagramme vorgestellt.

Kugel

Kugel
Das Polardiagramm zeigt als Kurve einen Kreis; für alle Schalleinfallswinkel wird das maximal mögliche Signal abgegeben. Diese Richtcharakteristik wird im Englischen als "omni directional" bezeichnet.

Technisch realisiert wir ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik mit Hilfe eines Druckempfängers: Die Membran des Mikrofons kann nur von einer Seite mit einem Schalldruck beaufschlagt werden. Dabei spielt es keine Rolle, aus welcher Richtung der Schall eintrifft.

Acht

Acht
Ein Mikrofon lässt sich auch so konstruieren, dass die Membran von beiden Seiten dem Schalldruck ausgesetzt ist. Ein gutes Beispiel hierfür ist ein Bändchen-Mikrofon, dessen Aluminium-Streifen von vorn und von hinten zugänglich ist. Die Richtcharakteristik eines solchen Mikrofons nennt man Acht (entsprechend dem Verlauf der Kurve im Polardiagramm). Die englische Bezeichnung lautet "bi directional" oder "figure of eight".

Bei einem Schalleinfall in der Haupteinspracherichtung und genau gegenüber (Winkel 180°) wird das maximal mögliche Signal abgegeben. Je weiter sich der Schalleinfallswinkel von der Haupteinspracherichtung (Winkel 0°) bzw. dem Winkel 180° entfernt, desto kleiner wird das abgegebene Signal. Bei einem Winkel von 90° wird kein Signal mehr abgegeben. Das Mikrofon besitzt also eine extreme Richtwirkung, allerdings nach vorn und nach hinten.

Mikrofone, die eine Richtwirkung besitzen, werden mit Hilfe eines sogenannten Druckgradientenempfängers realisiert. Vereinfacht gesagt, reagiert das Mikrofon nicht mehr auf den absoluten Schalldruck, sondern auf den Unterschied zwischen den Schalldrücken vor und hinter der Membran.

Niere

Niere
Durch konstruktive Maßnahmen wie akustische Laufzeitelemente lässt sich bei einem Druckgradientenempfänger erreichen, dass bei einem in Haupteinspracherichtung auf das Mikrofon auftreffenden Schall durch die Phasenverschiebung eine Verstärkung der Membranauslenkung auftritt, während von hinten (Winkel 180°) einfallender Schall Vorder- und Rückseite der Membran zum selben Zeitpunkt erreicht und sich damit aufhebt. Wenn auf diese Weise der unter 180° einfallende Schall völlig unterdrückt wird, spricht man – entsprechend dem Bild der Kurve im Polardiagramm – von der Richtcharakteristik Niere.

Im englischsprachigen Raum wird stattdessen der Ausdruck „cardioid“ verwendet. Eine Kardioide oder Herzkurve wird durch einen Punkt auf einem Kreis beschrieben, der auf einem anderen Kreis mit demselben Radius abrollt.

Superniere

Superniere
Durch Modifizierung der konstruktiven Maßnahmen lässt sich auch eine Richtcharakteristik erzielen, bei der die Auslöschung des Schalls bei einem Einfallswinkel von etwa 125° auftritt. Sie wird als Superniere (supercardioid) bezeichnet. Die Bedämpfung von seitlich auftreffendem Schall ist größer als bei der Niere. Dabei muss man dann allerdings in Kauf nehmen, dass rückwärtig einfallender Schall nicht mehr völlig unterdrückt wird.

Hyperniere

Hyperniere
Liegt der Schalleinfallswinkel, bei dem kein Signal mehr abgegeben wird, bei etwa 110°, dann bezeichnet man die Richtcharakteristik als Hyperniere (hypercardioid). Der unter einem Winkel von 180° einfallende Schall verursacht aber schon wieder ein relativ großes Signal. Die Charakteristik ist dann nicht mehr weit von der Acht entfernt.

Mikrofone mit umschaltbarer Richtcharakteristik

Bei Mikrofonen mit umschaltbarer Richtcharakteristik werden die unterschiedlichen Eigenschaften generell nicht durch akustische Maßnahmen erzielt. Vielmehr besitzt ein solches Mikrofon zwei Kapseln mit Nierencharakteristik, die Rücken an Rücken stehend angeordnet werden. Bei einer Kapsel liegt die Haupteinspracherichtung bei 0°, bei der anderen bei 180°. Die elektrischen Signale beider Kapseln werden addiert. Durch Änderung der Größe und Polarität der Polarisationsspannung der beiden Kapseln lassen sich nun beliebige Richtcharakteristiken erzielen.

Aufstellung von Monitorboxen

Es gibt verschiedene Gründe dafür, ein Mikrofon mit Richtwirkung zu verwenden. Bei Tonaufnahmen oder Ansagen möchte man oft Störgeräusche ausblenden. Bei Live-Auftritten ist die Vermeidung der akustischen Rückkopplung ein besonders wichtiger Aspekt.

Steht eine größere Gruppe auf der Bühne, die über eine Verstärkeranlage singt und spielt, so muss gewährleistet werden, dass der Sänger sich und die für ihn wichtigen Instrumente hört. Im professionellen Bereich wird heute meistens mit „in ear monitoring“ gearbeitet, d. h. der Sänger hört sein Monitorsignal über Ohrhörer. Diese Variante ist im Hinblick auf die Vermeidung von akustischer Rückkopplung optimal.

Allerdings empfinden viele Sänger die Ohrhörer als sehr unangenehm – ich übrigens auch. In diesen Fällen werden nach wie vor klassische Monitorboxen benötigt, die auf der Bühne aufgestellt werden und den Sänger beschallen. Wie sollten diese Boxen angeordnet werden, damit möglichst keine Rückkopplung auftritt?

Da spielt jetzt die Richtcharakteristik des verwendeten Mikrofons eine entscheidende Rolle. Auf der Bühne werden meist Nieren-, Supernieren- oder Hypernieren-Mikrofone verwendet. Logisch ist, dass ich die Box unter dem Schalleinfallswinkel aufstelle, bei dem mein Mikrofon das kleinste elektrische Signal abgibt. Wenn mein Mikrofon eine Nieren-Charakteristik besitzt, stelle ich also die Box direkt vor mir auf (Schalleinfallswinkel 180°). Bei einer Superniere ordne ich die Box schräg vor mir an (Winkel 125°), und bei einer Hyperniere schräg seitlich von mir (Winkel 110°). Und als Tontechniker sollte ich diese Anordnung auch dann durchsetzen, wenn sie dem Sänger nicht gefällt...

Nahbesprechungseffekt

Bei Druckgradientenempfängern werden prinzipbedingt Töne mit niedrigen Frequenzen umso mehr in der Lautstärke angehoben, je näher sich die Schallquelle am Mikrofon befindet. Dieser sogenannte Nahbesprechungseffekt lässt sich zwar durch konstruktive Maßnahmen abschwächen. Gerade bei Gesangsmikrofonen ist er aber sogar erwünscht, denn er bietet dem Sänger die Möglichkeit, seine Stimme in leisen Passagen besonders warm klingen zu lassen. Das ist auch der Grund dafür, dass professionelle Sänger nicht mit einem Kopf- oder Ohrbügel-Mikrofon arbeiten, denn bei diesen Mikrofonen kann der Abstand des Mundes vom Mikrofon nicht verändert werden.

Bei der Übertragung von Sprache ist der Nahbesprechungseffekt allerdings i. d. R. nicht erwünscht, weil er die Verständlichkeit beeinträchtigt. Viele Mikrofone bieten daher die Möglichkeit, den Nahbesprechungseffekt mit Hilfe einer schaltbaren Tiefenabsenkung (Musik-/Sprache-Schalter) zu kompensieren.