Seminar: Grundlagen Mikrofone Grundlagen Mikrofone Seminar Skript Helmut Wittek, 2010 H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 1
SCHOEPS Mikrofone Complete support: Special accessories for every Accessories, Solutions, Know-how, application Custom products, Support, Service, Studio, Live, Film, Reliability, Demo loans Instrument, Conference, Broadcast, Show, Stereo/Surround, etc. Vast variety of stereo and surround microphones Music, Sports, Show, Film, etc. Technical and aesthetical know-how and guidance Personal support: Tonmeister, Developer, Workshop, Sales, etc. H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 2
SCHOEPS Mikrofone Colette Modular Series Modular studio microphone 21 capsules All polar patterns and specific capsules >100 active and passive accessories All types of tubes, goosenecks, table stands, swivels, cables, suspensions, filters, pads, etc. 6 amplifiers Analog, HD analog, batterypowered, for radio transmitters, Digital H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 3
SCHOEPS Mikrofone CCM Compact Series Compact studio microphone full studio quality. 18 capsules All polar patterns and specific capsules >100 accessories All types of tubes, goosenecks, table stands, swivels, cables, suspensions, filters, pads, etc. H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 4
more information more information: SCHOEPS website (bald neu): www.schoeps.de ppt Slides Infos on the setups free Double M/S Plug-in Titelmasterformat (Win/MAC) durch Klicken bearbeiten Audio Samples www.hauptmikrofon.de Contact Wittek at schoeps.de Surround at schoeps.de H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 5
Inhalt Inhalt Informationen über Mikrofone 0 -Frequenzgang Off-axis Frequenzgang, Polardiagramm, Diffusfeld-Frequenzgang Rauschen, max. SPL Titelmasterformat Mikrofon-Spezifikationen durch Klicken bearbeiten Störungen von außen (Popp, Wind, Handling noise, EMC) Erwartungen, Psychologie weitere Eigenschaften eines guten Mikrofons stereofone Anwendung: Doppel-MS H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 6
Quellen für Informationen über Mikrofone Herstellerdaten, Kataloge 2. Marketing, Werbung: Titelmasterformat nie besonders durch aussagekräftig, Klicken bearbeiten manchmal irreführend 3. Internet: Foren, Blogs, etc. kann potentiell gut sein, aber sehr oft von schwankender Qualität Werbung, Marketing Internetforen eigene Erfahrung 1. Herstellerdaten, Kataloginformationen, www.microphone-data.com: meist richtig, aber wenig aussagekräftig und manchmal schwer zu lesen 4. Fachmagazine: Berichte, Interviews, Tests es gibt nicht nur glaubwürdige Hörensagen Quellen, Fachmagazine sind werbefinanziert! Fachmagazine 5. Hörensagen: Freunde, Bekannte, prominente Anwender Sehr gut, aber die Meinung anderer ist nicht immer die eigene! Ein Me, too -Verhalten führt nicht zu echtem Know-How. Achtung vor bezahlten Endorsements! 6. Selber probieren, eigene Erfahrung Sehr gut! Aber man kann selber nur wenige Mikrofon-Eigenschaften durch Probieren ermitteln. H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 7
Die Rolle des Mikrofons Die Glieder der Übertragungskette: Schallquelle Raum Mikrofon(e) weitere Stufen Lautsprecher H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 8
Frequenzgang Wie wird der Frequenzgang dargestellt? Sweep Was ist ein transparenter Frequenzgang? Wie schaut er aus? H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 9
Frequenzgang 0 - oder Freifeld-Frequenzgang 0 - Frequenzgänge verschiedener Mikrofontypen: www.microphonedata.com Dichtung und Wahrheit: der Unterschied zwischen Katalog- und Messdaten: Katalog*: Messung**: * dieses Beispiel zeigt ein billiges Mikrofon eines nicht näher genannten Herstellers LIT Christian Langen: Wie zuverlässig sind Mikrofondaten?, H.Wittek, 23. Tonmeistertagung Mikrofone und ihre 2004 Anwendung ** Messung im SCHOEPS-raR 12/08, Slide 10
Frequenzgang Wie sieht ein guter Frequenzgang aus? H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 11
Frequenzgang H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 12
Frequenzgang H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 13
Frequenzgang H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 14
Frequenzgang H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 15
Polardiagramm, Off-axis Frequenzgang Messung des Polardiagramms: Quelle: J. Wuttke EXP Ermittlung des Polardiagramms H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 16
Mikrofontypen: Richtcharakteristika, 1 st order a + (1-a) cos Φ 1.4. Abstand der Schallquelle Bündelungsmaß Supercardioid Mikrofonpara meter a 1 0,66 0,575 0,5 0,37 0,25 Polar pattern Omni Wide Cardioid Open Cardioid Cardioid Hypercardioid 0 Figure-8 Quelle: W. Schullein, AES paper H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 17
Polardiagramm, Off-axis Frequenzgang 0º The Polar diagram of an omni at 90º 270º 20 Hz - 2 khz 4 khz 8 khz 16 khz Quelle: J.Wuttke 180º H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 18
Polardiagramm, Off-axis Frequenzgang Omnidirectional pattern Open Cardioid pattern H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 19
Polardiagramm, Off-axis Frequenzgang 0º Design of a response curve for 90º(270 ) sound incidence 90º 270º normalized to 0 Quelle: J.Wuttke 180º below 2 khz at 8kHz at 16kHz at 4kHz 0º 90º H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 20
Polardiagramm, Off-axis Frequenzgang Richtcharakteristik: Kugel / Omni Niere / Cardioid breite Niere / Wide cardioid H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 21
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Direktfeld/ Diffusfeld Der effektive Hallradius ist vom Bündelungsmaß abhängig Hallradius / critical distance Schalldruck / db Direktschall Gesamtpegel Diffuser Schall Diffuser Schall distance factor EXP Hallradius kleines Zimmer/ großes Zimmer Hallradius = 0,057 * V/T 60 T 60 = 0,5sec - 5sec V = 100 m 3-10000 m 3 Hallradius = 0,2 10m H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 23
Diffusfeld-Frequenzgang Wichtig für die Klangfarbe eines Mikrofons: Diffusfeldfrequenzgang = F-Gang des Mikrofons im Hallraum (=diffuses Schallfeld), Summe aller Richtungen Prinzipielle Unterschiede zwischen den Mikrofontypen Polardiagramm: Omni MK 2 Cardioid MK 4 Supercardioid MK 41 0 db - 6 db Shotgun CMIT 5 EXP Erkennung des Mikrofontyps anhand des Diffusfeldfrequenzgangs: MK 4, MK 2, CMIT H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 24
Polardiagramm: Shotgun, Richtrohr Shotgun Superniere LIT www.schoeps.de: Microphone Showroom EXP Unterscheidung zwischen CMIT und CCM 41 H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 25
2.5. Stereo microphones, main microphones SCHOEPS Microphone Showroom: www.schoeps.de/showroom DEMO Sound Sample #4 Showroom bietet einen interaktiven Vergleich verschiedener Techniken und Mikrofone C:\Daten\Daten_sync\Presentationen\Showroom_140708\Showroom_CD_Jan09\Showroom.exe H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 26
Impulsantwort Die zeitlichen Eigenschaften stecken auch, aber nicht vollständig, im Frequenzgang Signifikante Unterschiede gibt es zwischen verschiedenen Mikrofontypen (Kondensator/dynamisches Mikrofon) sowie zwischen Einzel- und Doppelmembranmikrofonen SCHOEPS-Omni Funkenknall- Messung SCHOEPS-Omni Deconvolved IR Doppelmembranmikrofon Deconvolved IR Quelle und LIT C.Langen: Demystifying the Measurement of Impulse Response in Condenser Microphones - Part I, AES-Preprint, 2007. weitere Literatur von Neumann.Berlin (Funkenknall-Messungen) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 27
Eigenrauschen, max. Schalldruckpegel Der Hörbereich: Quelle: Wikipedia H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 28
Eigenrauschen Das Eigenrauschen eines Mikrofons wird angegeben als Äquivalenter Störschallpegel ( Equivalent Noise Level ENL ). Er wird relativ zu einem Normschalldruck vor dem Mikrofon gemessen. Die Einheit ist db(a) oder db(ccir, quasi-peak), also bewertet mit der Hörkurve. Das heißt: der angegebene Störschallpegel ist nicht von der Empfindlichkeit des Mikrofons abhängig! ENL: 0 db-a. Kein Störschall: immer dann der Fall, wenn das Mikrofon gar nicht funktioniert 6-10 db-a: gutes Großmembran-Kondensatormikrofon, Studioqualität 10-15 db-a: gutes Kleinmembran-Kondensatormikrofon, Studioqualität ~ 25 db-a: Subminiatur-Mikrofone H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 29
Eigenrauschen, max. Schalldruckpegel Dynamik = max.spl - Rauschgrenze db SPL Studiomikrofon ~120 db (15 135 db) Mic PreAmp max. ~100dB CD 16 bit > 96 db Digital recording 24 bit > 144 db 150 140 130 120 110 100 0 Quelle: Wikipedia H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 30 90 80 70 60 50 40 30 20 10
1.5. Eigenrauschen, Verzerrungen, max.spl Das Eigenrauschen eines Studio-Mikrofons macht sich nur bei extrem geringen Nutz- und Störpegeln bemerkbar. Bei Studiomikrofonen ist meist das Eigenrauschen des Mikrofonvorverstärkers höher. Mikrofonvorverstärker ~ 135 Pegel db SPL -A ~ 15 Clippen Kapsel ~ 135 db Clippen Vorverstärker Rauschen Vorverstärker Kapselrauschen ~ 15 db Erreichbare Gesamt-Dynamik 0 db Gain Vorverstärker H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 31
1.5. Eigenrauschen, Verzerrungen, max.spl Digitale Mikrofone bilden nahezu den gesamten Dynamikbereich der Kapsel ab. Eine Vorverstärkerstufe kann meist entfallen. Mikrofonvorverstärker Analoge Vorstufe AD-Wandler im digitalen Mikrofon ~ 135 Pegel db-spl (A) ~ 15 Clippen Kapsel ~ 135 db Clippen Vorverstärker Rauschen Vorverstärker Rauschen analoge Vorstufe Kapselrauschen ~ 15 db Erreichbare Gesamt-Dynamik Dynamik AD-Wandler 120 db Dynamik Spezial ADC 130 db 0 db Gain Vorverstärker H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 32
Digitale Mikrofone Ein digitales Mikrofon kann: SCHOEPS CMD 2 (2.v.l.) die Dynamik erhöhen Digitales Mikrofon AES42 Einstreuungen auf lange analoge Kabel vermeiden evtl. neue Features im Mikrofon verwirklichen Kosten vermeiden aber: der Standard AES42 ist noch jung, es gibt nicht viele Interfaces Stromverbrauch ist hoch es gibt jetzt bereits inkompatible AES42-Geräte Neuinvestition in digitale Mikrofonie ist nicht zwingend notwendig H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 33
1.6. Mikrofon-Spezifikationen Druckgradient = Druckunterschied vor und hinter der Membran:..\Druckgradient_Applet\Druckgradient.html Abstimmung der Membran beim Druckgradientenempfänger EXP Körperschallempfindlichkeit Niere/Kugel (MK 4/ MK 2) cannot be used H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 34
1.6. Mikrofon-Spezifikationen Frequency response + tolerance range (Diffuse field response) Polar diagram Octave bands up to 16 khz Frequency range : 20Hz 20kHz no norm, only in loudspeaker specifications this is no reliable figure Titelmasterformat Sensitivity: e.g. 17 mv/pa durch = - 35 Klicken dbv/1pa bearbeiten Equivalent Noise Level: for studio microphones < 15db(A) or < 24db(CCIR) not dependent on sensitivity! Microphone Dynamic (eq.enl) = 94 db ENL (94db SPL = 1 Pa) Maximum Sound Pressure Level: should be given at a THD of 0.5% Often: given at a THD of 1.0% or even before clip Different philosophies of different manufacturers Output impedance: studio microphones: < 200 Ω for all frequencies H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 35
Schutz vor äußeren Einflüssen Schutz vor äußeren Einflüssen Wind, Popp (Windschutze, etc.) Handling Noise (Entkopplung, Aufhängungen, etc.) EMC : Schutz vor (hochfrequenten) elektromagnetischen Einstreuungen (Mobilfunk, WLAN, etc.) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 36
Poppgeräusche Plosive Sounds cause high level air impulses Measure: Popp protection H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 37
Poppgeräusche Cardioid without protection Zeitachse Frequenzachse 1 10 100 1000 10000 Hz H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 38
Poppgeräusche The popp protection should not influence the sound (F-response) no use of thick fabrics (e.g. foam) and solid bodies (e.g. clamps) Quelle: Poppschutz-Test in tools4music EXP Kugel/Niere mit/ohne Poppschutz (MK 2/ MK 4) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 39
Wind The functional principles of different types of windshields on a pressure-gradient microphone Omni + Foam Cardioid + Foam Cardioid + Volume Quelle und LIT J.Wuttke: Mikrofonaufsätze, www.schoeps.de H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 40
Wind Wind spectrum: the maximum is < 100 Hz Disturbances depend on the type of transducer Measure: Wind screen, foam, Low Cut filter H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 41
Wind Supercardioid with foam popp screen B 5 at wind velocity 5 m/s 20 100 500 1000 Hz H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 42
Wind time domain frequency domain 20 100 500 1000 Hz MK 41 without wind screen MK 41 with wind screen W 5 D (plus 40 db) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 43
Wind B 1 Foam, thin B 5 - Foam, medium naked MK 41.. Wind machine noise W 5 - Foam, thick B Titelmasterformat 5 D - Hollow-foam, durch small Klicken bearbeiten W 5 D - Hollow-foam, large B 20 Basket Wind screen, small.. B 20 S - Basket Wind screen, small+gaze W 20 - Basket Wind screen, medium.. W 20 R1 - Basket Wind screen, medium with fur 20 100 500 1000 Hz H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 44
Wind F-responses of different Popp and Wind screens: Influences through: - Foam, Basket - Fur -Titelmasterformat Resonances, Modes durch Klicken bearbeiten - Pressure chamber H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 45
Handling noise The diaphragm is exposed to excitations, that have to be attenuated Principles: soft suspension (low, attenuated resonance) with springs, rubber bands or bending principles Titelmasterformat classical studio suspensiosn durch Klicken ( Circus bearbeiten tents ) are effective through their mass or even not at all H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 46
Handling noise different solutions (Rycote/Cinela): Excitation table @ 7,5 Hz Excitation table@ 11 Hz Chris Woolf, 2008 H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 47
Handling noise EXP Angel mit verschiedenen Aufhängungen (MK 41, B 5 D, OSIX, A 20) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 48
Erwartungen, Psychologie The eye and the hearing EXP Blindtest H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 49
Erwartungen, Psychologie H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 50
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche 0 60 c 300 Hz 600 Hz 1.5 khz 3 khz 6 khz Pressure in the center of the front of a reflecting obstacle (cylinder) in the sound field. a) frequency scale for Ø 34 mm diameter b) frequency scale for Ø 34 m surface (boundary-layer technique) c) frequency scale for Ø 1 m surface (on the table) full line: 0º perpendicular sound incidence, dashed line: 60º sound incidence L = diameter of the obstacle, λ = wavelength, see LIT: Olson H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 51
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche Vorteil: gleichmäßiger Druckstau für alle f! EXP Variation der Grenzfläche zwischen 2 cm und 5 m H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 52
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche Niere oder Superniere? EXP 1. Vergleich gerichtete Grenzfläche BLC + CCM 41 mit normaler CCM 41: Pegelverlauf 2. Richtwirkung in y-richtung durch Grenzfläche verhindern H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 53
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche Sound Halb Grenzfläche, halb Kammfilter t A t t EXP optimalen Abstand/Winkel in der Praxis ermitteln (CCM 41, CCM 4, STR/RG12) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 54
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche s in mm 0 14 Titelmasterformat 28 durch Klicken bearbeiten 43 57 71 142 213 H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 55
1.4. Mikrofontypen: Grenzfläche Was nehmen die beiden Mikrofone auf? Grenzfläche: Druckverdopplung und erhöhtes Bündelungsmaß nur über ~ 300 Hz, da kleiner Tisch. Superniere: unter 1 khz: Grenzfläche, da Abstand zur Tischplatte gering. Die Grenzfläche verhindert eine vertikale Bündelung! über 1 khz: Kammfilter H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 56
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper SCHOEPS CMV 50/2 (1948) Neumann M 50 (heute: TLM 50) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 57
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper SCHOEPS MK 2 H mit Kugelaufsatz KA 50 (50 mm) H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 58
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper 0 60 D/λ Ø 20 mm 3,4 khz 8,5 khz 17 khz 34 khz c y oben: Zylinder unten: Kugel D = 20 mm D = 40 mm 3400 Hz 6800 Hz 1700 Hz 3400 Hz D/λ Ø 40 mm 3,4 khz 8,5 khz 17 khz 34 khz Quelle: Olson H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 59
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper Frequency response of MK2 capsule for different angles of sound incidence H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 60
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper + KA 50 Frequency response of MK2 capsule for different angles of sound incidence + KA 50 H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 61
1.4. Mikrofontypen: Kugelkörper Neumann TLM 50: H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 62
weitere Punkte weitere Eigenschaften eines guten Mikrofons und seines Herstellers Gleichheit gleicher Typen, Paarung lange Lebensdauer funktionale Zuverlässigkeit langjährige Kompatibilität, Serientreue, Abwärtskompatibilität Titelmasterformat Service, Garantie durch und Klicken Reparatur bearbeiten Beratung H.Wittek, Mikrofone und ihre Anwendung 12/08, Slide 63