Grundlagen der Audiotechnik
Dieses Dokument ist im Zuge eines Audioseminares entstanden. Als Grundlage diente "Das Handbuch der Tonstudiotechnik" in 8. Auflage von Michael Dickreiter.
von Martin Enders und Clemens Barnikow
Schallschwingungen
Definition
Bezeichnet mechanische Schwingungen und Wellen in einem elastischen Medium. Schallschwingungen treten
also nicht nur in Luft, sondern auch in Wasser oder in Festkörper auf. Häufig wird Körperschall erzeugt und dem
Ohr oder Mikrofon durch das Medium Luft zugeführt.
Hörbereich
Das menschliche Gehör kann Schallwellen im Bereich 16Hz - 16kHz (entspricht 16.000Hz) wahrnehmen. Der
genaue Hörbereich ist allerdings von Mensch zu Mensch unterschiedlich. Vielerlei Faktoren, wie das Alter, die
Lautstärke am Arbeitsplatz, etc. spielen dabei eine Rolle.
Schwingung
Schwingungen sind Vorgänge, deren Verhalten nach einem bestimmten periodischen Zeitabschnitt stets wieder
den gleichen Zustand erreicht. Bei gegensätzlicher Phase (+/-180°) löschen sich zwei Schwingungen gleicher
Frequenz aus.
Überlagern sich zwei Frequenzen gleicher Amplitude, deren Frequenz sich nur gering unterscheidet, so entsteht
eine vollkommene Schwebung. Bei der solch einer Überlagerung treten Maxima und Minima auf. Diese werden
auch als positive bzw. negative Interferenzen beschrieben.
Jede noch so unregelmäßig verlaufende, aber periodische Schwingung lässt sich in einzelne sinusförmige
Teilschwingungen zerlegen. Mithilfe der Fourieranalyse, kann eine überlagerte Schwingung in ihre
Teilschwingungen zerlegt werden um das Frequenzspektrum eines Signals zu zeigen.
Ton
Akustik
Ein reiner Ton ist eine sinusförmige Schallschwingung. Eine perfekter Sinus ist in der Natur nicht zu finden und
auch technisch nicht zu realisieren. Näherungsweise lässt er sich durch Signalgeneratoren erzeugen.
Musik
In der Musik entspricht der Ton einer Note. Hierbei wird der Ton nicht auf eine Frequenz definiert sondern in
ganztonschritten einer Oktave untergeordnet. Eine Oktave besteht aus 8 ganzen Tönen oder 12 Halbtönen. Der
Kammerton ‘a’ entspricht 440 Hz bzw. 444 Hz.
Tongemisch
Ein Tongemisch ist Hörschall, der aus reinen Tönen unterschiedlicher beliebiger Frequenzen zusammengesetzt
ist.
Klang
Klang besteht aus Hörschall mit seinen jeweiligen Grund und Obertönen. Der Klang kann hierbei nicht nur auf die
gespielte Note angewandt werden, sondern auch den Charakter des auftretenden Frequenz Gemisches
beschreiben.
Rauschen
Das Rauschen ist ein statisches Schallereignis, bei dem ein kontinuierliches Frequenzspektrum erzeugt wird.
weißes Rauschen
Besteht aus theoretisch unendlich vielen sehr dicht beieinander liegende Sinusfrequenzen mit konstanter
Leistungsdichte über einem Frequenzbereich.
rosa Rauschen
Besteht aus theoretisch unendlich vielen sehr dicht beieinander liegende Sinusfrequenzen mit konstanter
Leistungsdichte über einem Frequenzbereich, bei denen die Amplitude der Teiltöne bei Frequenzverdopplung
um den Faktor 0,7 abnimmt (-3dB). Die Spektrale Verteilungsdichte verhält sich umgekehrt proportional zur
Frequenz. Das hat zur Folge, dass in jeder Oktave die gleiche Energie enthalten ist. Rosa Rauschen kann daher
genutzt werden, um Räume einzumessen und Frequenzanalysen vorzunehmen.
Schallausbreitung
Die Schallquelle bringt in ihrer unmittelbaren Umgebung die Teilchen des Übertragungsmediums (zum Beispiel
Luft) zum Schwingen. Dabei stoßen die Teilchen zusammen und Übertragen die Energie auf weitere benachbarte
Teilchen. Dieser Vorgang wiederholt sich stetig. Mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle nimmt auch
die Schallenergie ab. Die Schwingung der Schallquelle breitet sich als Schallwelle über dem Medium in alle
Richtungen aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist immer abhängig von Medium und Temperatur. In Luft
breitet sich Schall mit ca. 330 m/s aus.
Schalldruck
Der Schalldruck ist der durch die Schallschwingung hervorgerufene Wechseldruck. Die Schallschwingung
entsteht durch die Teilchenbewegung (sh. Schallausbreitung). Die Druckschwankungen der Schallwelle
überlagern sich dem atmosphärischen Gleichdruck. Der atmosphärische Druck liegt bei ca. 1000 Hektopascal
(entspricht 1 bar). Der geringster hörbare Schall wird mit 2*10^-5 Pa definiert, wobei die Schmerzgrenze mit
1,5*10^2 Pa angegeben wird.
Schalldruckpegel
In der Praxis wird meistens ein logarithmisches Pegelmaß zur besseren Erfassung des Schalldrucks verwendet,
da die Unterschiede des Schalldrucks sehr groß sind. Der Schalldruck wird zu einem festgelegten Bezugspunkt
p0, der dem aktuellen Luftdruck entspricht, in Relation gesetzt und 20-fach logarithmiert.
Schallfelder
Als Schallfeld beschreibt man den Bereich um eine Schallquelle in dem ein Medium zum Schwingen angeregt
wird. Im Vakuum gibt es daher kein Schallfeld, da kein elastisches Medium angeregt werden kann.
freies Schallfeld
Schall kann sich völlig ungehindert in alle Richtungen ausbreiten. Es gibt keine Hindernisse. Der Hörer bzw. das
Mikrofon erfasst den Direktschall.
diffuses Schallfeld
Der Schall wird vielfach an Wänden und Gegenständen reflektiert, gebeugt, zerstreut oder gebündelt. Es
Überlagern sich viele freie Schallfelder. Im Idealfall ist die Schallenergie im diffusen Schallfeld, im Gegensatz zum
freien Schallfeld, gleichmäßig über den ganzen Raum verteilt.
Schallquellen
Stimme
Die menschliche Stimme ist ein sehr vielfältiger Schallerzeuger und kann Klänge und Geräusche verschiedenster
akustischer Zusammensetzung erzeugen.
Klangerzeugung
Die Exspirationsluft, also die beim Ausatmen aus der Lunge strömende Luft, bringt um stimmhafte Laute zu
erzeugen die Stimmlippen im Kehlkopf zum schwingen. Durch das sogenannte Ansatzrohr, bestehend aus den
Resonatoren Mund, Nase, Nebenhöhlen und Rachen, werden die Schwingungen modifiziert.
Formant
Als Formant bezeichnet man die Konzentration der Schallenergie in einem Frequenzband. Dies bedeutet eine
Verstärkung an einer bestimmten Stelle des Frequenzbandes gegenüber dem restlichen Frequenzspektrum. Ein
Formant befindet sich unabhängig der Tonhöhe immer im gleichen Frequenzband. Dessen Lage im Spektrum ist
abhängig durch die Form des Klangkörpers (Instrumentenkorpus, Mund- und Nasenraum) und/oder
elektronischen Bandpässen und -sperren. Die Lage der Formanten und die Zusammensetzung der einzelnen
Formanten erzeugen Vokale und die Klangfarbe der Stimme bzw. des Instruments.
Dynamik
Im Vergleich zu Musik hat die menschliche Stimme einen viel größeren Dynamikumfang, also einen viel größeren
Bereich zwischen geringster und maximaler Lautstärke. Somit liegt der durchschnittliche Schallpegel der
menschlichen Stimme unter dem von Musik.
Sprachspektrum
Das durchschnittliche Frequenzspektrum der menschlichen Sprache ist Geschlechtsabhängig. Es beginnt für
Männern bei 100Hz und für Frauen bei 200Hz und endet bei 10kHz. Darüber hinaus gibt es nur noch
Spektralkomponenten von Zischlauten durch S, SCH, Z oder F. Da es sich nur um Richtwerte handelt, sind die
genauen Frequenzen von Mensch zu Mensch unterschiedlich, sowie auch vom Alter usw. abhängig.
Singstimme
Die Unterschiede von Sprech- und Singstimme sind nicht so gravierend wie man zuerst meinen möchte. Die
Singstimme ist an festgelegte Töne gebunden. Da nur Vokale eine Tonhöhe wiedergegeben werden können
werden diese bei der Singstimme betont und gedehnt wiedergegeben. Die Sprechstimme ist nicht an Töne
gebunden und kann kontinuierlich in der Tonhöhe frei variieren. Vokale werden normal wiedergegeben.
Richtcharakteristik
Die menschliche Stimme ist kein Punktstrahler und somit ist auch sie, ähnlich den meisten Instrumenten,
gerichtet. Geht man davon aus, dass die menschliche Stimme von vorn das komplette Frequenzband ideal
abgibt so verhält sich der Frequenzgang bei Abnahme von einer anderen Richtung wie folgt.
Sprachverständlichkeit
Zur Beurteilung der Hörsamkeit von Räumen für Sprachdarbietungen, ist die Sprachverständlichkeit ein
grundlegendes Kriterium. Sie wird Prozentual angegeben. Am wenigsten verständlich sind Silben, ihnen folgt die
Verständlichkeit einzelner Worte. Am besten versteht der Mensch, wenn er Sätze im Zusammenhang, da das
Gehirn nicht Verstandenes ergänzt. Anhand dieser Kriterien kann man festlegen ob eine gute oder schlechte
Sprachverständlichkeit in einem Raum gegeben ist.
Musikinstrumente
Bei der akustischen Untersuchung von Musikinstrumenten kommen eine vielzahl von Messdaten zusammen.
Daher ist es wichtig eine anschauliche Darstellungsform zu finden. Betrachtet werden Frequenzspektrum und
Amplitude über einen zeitlichen Verlauf. Die Darstellungsart der Frequenz (linear, logarithmisch) und der anderen
Größen ist je nach Zielstellung der Messung zu wählen.
Jeder Einzelton eines Instrumentes kann schon in mindestens drei zeitlich aufeinander folgende Abschnitte
geteilt werden.
Schallwahrnehmung
Das Ohr
Das Ohr ist das Sinnesorgan, welches einerseits für die Wahrnehmung von Schall verantwortlich ist, andererseits
aber auch als Gleichgewichtsorgan fungiert. Es teilt sich physiologisch in Außen-, Mittel- und Innenohr auf. Die
nervliche Verarbeitung der Sinneseindrücke findet aber im Gehirn statt.
Außenohr
Mit Ohrmuschel, dem äußeren Gehörgang und dem Ohrkanal, dient das Außenohr zur Schallankopplung des
Ohrs an das umgebende akustische Feld und wandelt die Luftschwingung in mechanische Schwingung um. Die
Erhebungen und Vertiefungen der Ohrmuschel bilden akustische Resonatoren. Dadurch wird es möglich Schall
aus verschiedenen Richtungen zu orten.
Mittelohr
Zum Mittelohr zählen Trommelfell, die Gehörknöchelchen mit Hammer, Amboss und Steigbügel, das ovale
Fenster und die Eustachische Röhre. Das Trommelfell schwingt und regt die Gehörknöchelchen an, die als
mechanischer Impedanzwandler/Drucktransformator fungieren. Das Ovale Fenster bildet die Verbindung
zwischen Mittel und Innenohr und wird von den Gehörknöchelchen angeregt.
Innenohr
In der cochlea, der Gehörschnecke, wird die Schwingung in Nervenimpulse umgesetzt. Des Weiteren gehört zum
Innenohr noch das Labyrinth, auch Bogengänge, die unser Gleichgewichtsorgan sind.
Die Basilarmembran
Die Basilarmembran ist etwa 33mm lang. Am ovalen Fenster hart und etwa 0,1mm breit für hohe Frequenzen
und am anderen Ende weich und 0,5mm breit für tiefe Frequenzen.
Das Cortische Organ
Das Cortische Organ liegt innerhalb der cochlea auf der Basilarmembran und ist ein Schlauch gefüllt mit
Endolymphe. Es ist die Schnittstelle zwischen mechanischen Schwingungen und den elektrischen
Nervensignalen. Durch Bewegung der Flüssigkeit, werden Haarzellen gebogen und lösen dabei Nervenimpulse
aus die an das Gehirn weitergeleitet werden.
Lautstärkepegel und Lautheit
Schalldruckpegel und empfundene Lautstärke stimmen nicht überein. Mit Hilfe von statistischen Messungen
wurden daher allgemeine Festlegungen getroffen. Diese weichen von Mensch zu Mensch ab, da die Angaben
lediglich ein Mittel aus der Statistik darstellen.
Hörfläche
Die Hörfläche, oder auch Hörbereich, ist die Angabe über den Bereich in dem, in Abhängigkeit von Frequenz und
Schalldruckpegel, ein Schallereignis ein Hörereignis auslöst. Das Hörfeld wird einerseits durch die Hörschwelle
und andererseits von der Schmerzgrenze begrenzt. Der Hörbereich beschränkt sich auf maximal 16Hz bis 20kHz.
Isophone mit Lästigkeits- und Schmerzgrenze
Isophone nennt man die Angabe über Kurven gleicher Lautstärke. Sie beschreiben das menschliche
Lautstärkeempfinden in Abhängigkeit der Frequenz. Referenzfrequenz ist jeweils 1000Hz. Dort stimmen
Schalldruckpegel und Lautstärkepegel überein. Anhand der Kennlinie kann man ablesen wie viel
Schalldruckpegel bei 100Hz benötigt wird um die gleiche Lautheit wie bei 1000Hz zu erhalten. Isophone werden in
Phon angegeben.
Anpassung und Maskierung
Das Gehör hat die Eigenschaft seine Empfindlichkeit dem gerade vorherrschenden mittleren Schalldruck
anzupassen. Diese Art Schutzfunktion ist sehr wichtig, denn so können dauerhafte Schallereignisse die für uns
nicht von Bedeutung sind ausgeblendet werden. Das Gehör konzentriert sich stattdessen auf das
vorherrschende Schallereignis. Gleichzeitig setzt aber ein auf das Gehör einwirkender Reiz die
Schallempfindlichkeit für andere Reize herab. Allgemein gilt, dass Schall höherer Frequenz nur dann Schall
tieferer Frequenz verdeckt, wenn der Frequenzabstand gering ist. Nur mit vergleichsweise großer Intensität kannSchall tieferer Frequenz auch Schall höherer Frequenz verdecken.
Lärmpegel an öffentlichen Orten
An öffentliche Orten, am Arbeitsplatz, im Wald oder ähnlichen herrscht ein Grundschallpegel. Dieser muss zum
Beispiel für eine Unterhaltung erstmal überboten werden damit das gewünschte Schallereignis ein
verständliches Hörereignis wird.
Richtcharakteristik des Gehörs
Das Gehör nimmt Frequenzen aus unterschiedlichen Richtungen mit verschiedener Intensität wahr. Das ist
wichtig um auch ohne räumliche Reflexionen ein Schallereignis einer bestimmten Richtung zuordnen zu können.
Das Außenohr mit der Ausrichtung und Form der Ohrmuschel spielt dabei eine große Rolle.
Raumakustik
Die Raumakustik beschäftigt sich mit akustischen Erscheinungen in geschlossenen Räumen. Der subjektive
Höreindruck kann neben allen möglichen Berechnungen nicht vernachlässigt werden.
Schallreflexion
Für die Schallreflexion gelten die die Gesetze der Optik. Das gilt nur solang der Durchmesser der reflektierenden
Fläche mindestens mehrere Wellenlängen der zu reflektierten Schallwelle misst. Ist das nicht gegeben würde die
Schallwelle nicht reflektiert sondern um das Hindernis gebeugt werden.
Zeitlicher Aufbau des Schallfelds
Wenn eine Schallquelle in einen Raum allseitig abstrahlt, wird dieser Schall von den Begrenzungsflächen und
Gegenständen des Raumes in Abhängigkeit von Form, Material und Größe reflektiert, absorbiert, gebeugt,
gestreut, gebündelt. Das bedeutet, dass im “schlimmsten” Fall das auftretende Hörereignis nicht mehr
zuordenbar sein wird.
Erste Reflexionen
Der Schall der nach dem Direktschall am Abhörpunkt auftritt wird erste Reflexion genannt. Sie fallen in
Abhängigkeit vom jeweiligen Raum stärker oder schwächer und mit unterschiedlicher Klangcharakteristik aus.
Dadurch haben sie einen großen Einfluss auf den Höreindruck und das räumliche Empfinden.
Nachhall
Tritt mit Verzögerung gegenüber dem Direktschall am Abhörpunkt ein. Dauer und Stärke sind verallgemeinert
überall im Raum gleich. Die Gesamtheit des reflektierten Schalls stellt das diffuse Schallfeld dar. Dabei werden
die ersten Reflexionen als Echo empfunden und sind demnach nicht im diffusen Schallfeld enthalten.
Nachhallzeit
Bei der Nachhallzeit (RT60), wird der Zeitabschnitt gemessen, in dem der Schall nach Abschalten einer
Schallquelle um 60dB abnimmt. Das entspricht einer Abnahme der Schallenergie auf einen millionsten Teil,
entspricht 1/1000 des Schalldrucks.
Hallradius
Beschreibt den Abstand von einer Schallquelle, an dem Direktschall und Diffusschall den gleichen
Schalldruckpegel haben. An diesem Grenzradius, oder auch Äquivalententfernung, gibt es eine Erhöhung des
Schalldruckpegel um 3dB (Addition zweier gleicher Schallpegel). Innerhalb des Hallradius überwiegt der gerichtete Direktschall. Außerhalb des Hallradius überwiegt der Diffusschall ohne Richtungsinformation. Der Hallradius spielt daher bei der positionierung von Mikrofonen eine große Rolle.
Schallabsorption
Bei der Schallausbreitung, wird dem Schall stets Energie entzogen die rein in Wärme umgewandelt wird. Wenn
Schall auf Hindernisse trifft, wird er zumeist nicht nur reflektiert oder anderes sondern es geht auch Energie
verloren. Diesen Vorgang nennt man Absorption. Die Stärke der Absorption wird durch den Absoptionsgrad 𝒶
angegeben. Dieser liegt zwischen 1 für absolute Absorption und 0 für keine Absorption. Das
Absorptionsvermögen A ist proportional zu 𝒶 und S.
𝒶 = Absorptionsgrad - {dimensionslos}
A = Absorptionsvermögen - {m^2}
S = absorbierende Fläche - {m}
Höhenabsorber
Wie der Name schon sagt werden hauptsächlich hohe Frequenzen absorbiert. Es handelt sich dabei um poröse
Absorber, also Faserstoffe wie Teppiche, Polstermöbel, Vorhänge oder ähnliche. Durch die
Schwingungsbewegung der Luft strömt diese in den vielen Öffnungen des Materials hin und her. Die
Schallenergie wird in Wärme umgewandelt.
Mittenabsorber
Durch vergrößerten Wandabstand, größere Schichtdicke und perforierte Abdeckung des Absorbers, kann ein
Höhenabsorber auch im Bereich der Mittenfrequenzen zum Beispiel im Bereich um 500 Hz wirksam werden. Ein
Lochabsorber ist eine Lochplatte mit Hohlraumsystem. Seine Eigenfrequenz kann je nach Bauart verändert
werden.
Tiefenabsorber
Wie auch bei den Mittenabsorbern handelt es sich beim Tiefenabsorber um ein Hohlraumsystem. Meist werden
Platten die möglichst Luftdicht an einem Lattenrahmen vor eine Wand montiert. Der Zwischenraum von Wand
und Platte ist mit schalldämpfenden Fasern gefüllt.
Absorberplatzierung
Die Absoptionswirkung eines Materials steigt mit der Schallschnelle (die Geschwindigkeit, mit der die Luftteilchen
um ihre Ruhelage schwingen). Daher ist es sinnvoll einen Absorber nicht am Schnellenullpunkt, sondern im
Schnellemaximum einer Schallwelle zu platzieren. Direkt an der Wand befindet sich immer ein Schnellenullpunkt.
Diffusität
Mit der Diffusität wird beschrieben wie und mit welcher Stärke reflektierter Schall über die Zeit am Abhörpunkt
eintritt. Man unterscheidet räumliche bzw. örtliche und zeitliche Diffusität.
Elektroakustische Übertragungskette
Prinzipieller Aufbau
Die Elektroakustische Übertragungskette beschreibt die Verarbeitung und Verstärkung eines Schallereignisses.
Dabei trifft ein Schallereignis auf einen Eingangswandler und wird als elektrisches Signal in einen
Addierverstärker, also ein Mischpult gespeist. Nach der dortigen Verarbeitung, Signalspeicherung, etc. wird das
elektrische Signal verstärkt und an den Ausgangswandler, also einen Lautsprecher weitergegeben und wieder in
ein akustisches Schallereignis gewandelt.
Wandler
Wandler werden unterteilt in elektromagnetische, elektrodynamische, elektrostatische/dielektrische,
magnetostriktive und piezoelektrische Wandler.
Wandlerarten
In der Audiotechnik finden hauptsächlich drei Wandlerarten Anwendung.
Elektromagnetischer Wandler
Bei diesem Wandlertyp wird der Luftschall von einer Membran aufgenommen und in mechanische Schwingung
umgewandelt. An der Membran ist ein Anker gekoppelt. Dieser Bewegt sich nahe einem Permanentmagneten
der von einer Spule umwickelt ist bewegt. Durch diese Bewegung wird in der Spule eine Spannung induziert die
sich proportional zur Membranschwingung verhält. Der Wandler ist reversibel.
Elektrodynamischer Wandler
Auch hier ist ein Permanentmagnet fest verbaut. Im Unterschied zum elektromagnetischen Wandler ist beim
elektrodynamischen Wandler eine Schwingspule verbaut nicht fest mit dem Magnet sondern der Membran
verbunden ist und mechanisch geführt wird. Solang sich die Spule im homogenen Magnetfeld des
Permanentmagneten bewegt ist dieser Wandlertyp verzerrungsfreier als der Elektromagnetische Wandler. Die
meisten dynamischen Mikrofone, sowie dynamische Lautsprecher und Kopfhörer arbeiten nach diesem Prinzip.
Der Wandler ist ist also auch reversibel.
Elektrostatischer / Dielektrischer Wandler
Dieser Wandlertyp wird mit einer konstanten Ladung (Q) betrieben. Es gibt eine mit der Membran verbundene,
und eine feste Kondensatorplatte. Wird die Membran in Schwingung versetzt, ändert sich der
Elektrodenabstand. Das hat zur Folge, dass sich die Kapazität des Kondensators ändert. Es fließt ein
Ausgleichsstrom durch einen Widerstand, der zwischen Wandler und Spannungsquelle geschalten ist und an
dem eine zur Membran proportionale Wechselspannung abzugreifen ist. Der Wandler ist reversibel.
Magnetostriktiver Wandler
Der Wandler wird hauptsächlich für Sonarortung und im Ultraschallbereich genutzt. Man bedient sich der
Längenänderung ferromagnetischer Materialien, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Der Wandler ist
reversibel.
Piezoelektrischer Wandler
Der Piezoelektrische Effekt, bei dem an der Oberfläche bestimmter Kristalle oder polykristalliner Stoffe
elektrische Ladungen auftreten, wenn diese verformt werden. Diese Technik wird heutzutage in der Audiotechnik
nicht mehr genutzt.
Mikrofone
Die richtige Auswahl des Mikrofons für den entsprechenden Anwendungsbereich ist einer der größten Faktoren
um eine korrekte Übertragung zu Gewährleisten. Der komplexität dieses Wandlers geschuldet, gibt es nicht nur
eine riesige Auswahl an verschiedenen Mikrofonen, sondern auch eine beachtliche Menge an Parametern die es
bei der Wahl des Mikrofons zu berücksichtigen gilt. Einige wenige und wichtige sollen hier Erwähnung finden.
Übertragungsfaktor / Übertragungsmaß / Empfindlichkeit
Der Übertragungsfaktor gibt die Größe der abgegebenen Spannung eines Mikrofons in Bezug auf den
einwirkenden Schalldruck.
Übertragungsbereich
Der Übertragungsbereich gibt den für Tonaufnahmen nutzbaren Frequenzbereich eines Mikrofons an.
Üblicherweise liegt der zwischen 20 Hz und 20 kHz. Sollte ein Mikrofon auch tiefere Frequenzen aufnehmen so gilt
es diese mit einem Hochpassfilter zu minimieren. Auch Frequenzen oberhalb unseres Hörbereichs sollten gekürzt
werden, da verursacht durch Demodulationseffekte auch im Hörschall Störungen auftreten könnten.
Frequenzgang
Die Frequenzkurve ist die grafische Darstellung der Abhängigkeit des Übertragungsmaßes zur Frequenz.
Nahbesprechungseffekt
Beim Nahbesprechungseffekt handelt es sich um ein Phänomen, was zumeist bei dynamischen Mikrofonen zu
finden ist. Dabei gibt es eine starke Anhebung der Bässe bei der Besprechung im Nahfeld. Ab wo genau der
Effekt eintritt ist jeweils vom Mikrofontyp und Hersteller abhängig.
Störpegel
Der Störpegel ist einer der wichtigsten Qualitätsparameter eines Mikrofons. Durch kleinste Bewegungen von
Ladungsträgern in elektrischen Bauteilen, wie zum Beispiel Spulen, Widerständen und Halbleitern entsteht ein
Rauschen ohne, dass es eine Schalleinwirkung gibt. Dieses thermische Rauschen tritt besonders stark beim
Impedanzwandler eines Kondensatormikrofons auf und kommt einem weißen Rauschen gleich.
Grenzschalldruck und Aussteuerungsgrenze
Der Grenzschalldruck beschreibt eine Obergrenze unter welcher das Mikrofon einen Klirrfaktor von meist 0,5%
oder manchmal auch 1% nicht überschreitet. Dieser liegt bei dynamischen Mikrofonen in etwa zwischen 40 und
200 Pa, was einem Schalldruckpegel von 126-140 dB entspricht. Da dynamische Mikrofone meistens einen noch
größeren Schalldruck aufnehmen können, wird bei ihnen diese Angabe häufig weggelassen.
Impedanz und Nennabschlussimpedanz
Die Nennabschlussimpedanz ist der elektrische Wechelstrom-Abschluss-Widerstand mit dem es durch den es
von der Eingangsimpedanz des Mikrofonverstärkers belastet ist.
Bauformen von Richtmikrofonen
Dank gemeinsamer Empfängerprinzipien ergeben sich auch gemeinsame Konstruktionsmerkmale, die durch die
Akustik des Schallempfängers, nicht aber von der Konstruktion des Wandlerprinzips, abhängig sind.
Druckempfänger
Bei einem Druckempfänger ist das Innere der Kapsel durch eine Membran vom umliegenden Raum Schalldicht
getrennt. Damit innerhalb der Kapsel der gleiche Luftdruck wie außerhalb herrscht, gibt es eine kleine Öffnung.
Diese kann allerdings nicht die schnellen Druckschwankungen des Schalls ausgleichen. Die Membran des
Empfängers wird immer dann bewegt, wenn der Druck von außen auf die Membran vom Innendruck abweicht.
Auch von hinten oder von der Seite verursacht der Schall Änderungen vor der Membran, wenn die Schallwellen
um das Mikrofon gebeugt werden. Daher kommt der Druckempfänger einer kugelförmigen Charakteristik gleich
die nur im Bereich der von der Seite auftreffenden hohen Frequenzen einen Pegelabfall haben.
Druckradientenempfänger
Im Vergleich zum Druckempfänger gibt es beim Druckgradientenempfänger keine geschlossene
Kapselrückseite, somit wirkt der Schalldruck von beiden Seiten auf die Membran ein. Die Schalldruckdifferenz
wird auch Druckgradient genannt. Gibt es keinen Unterschied zwischen den Drücken auf beiden Seiten, wird die
Membran nicht ausgelenkt. Trifft Schall genau von der Seite auf wird die Membran also nicht bewegt. Durch
Laufzeitglieder zwischen Membranvorder- und Membranhinterseite, kann über die für den
Druckgradientenempfänger typische Achtcharakteristik hinaus, auch noch eine Nieren-, Super- und
Hypernierencharakteristik erzeugt werden. Möglich ist das auch durch eine Überlagerung von Achter- und
Kugelrichtcharakteristik.
Richtwirkung und Frequenzabhängigkeit
Für die verschiedenen Anwendungsbereiche in der Audiotechnik gibt es zu den unterschiedlichen
Wandlerprinzipien auch unterschiedliche Richtcharakteristiken für Mikrofone. Sie geben Auskunft über die
optimale Besprechungsrichtung des Mikrofons. Wichtig sind diese charakteristischen Richtungsmerkmale um
gezielt Schallereignisse aufnehmen zu können während unerwünschte Geräuschkulissen größtenteils aus
bleiben. Sie werden erzielt durch die mechanisch-akustische Konstruktion.
Richtungsfaktor
Der Richtungsfaktor ist ein dimensionsloser Wert, der das Verhältnis des Feld-Übertragungsfaktors für eine
ebene Schallwelle aus einer bestimmten Richtung definiert.
Richtungsmaß
Das Richtungsmaß ist die Angabe über den Richtungsfaktor in dB. Diese Angabe ist sehr wichtig um das
Mikrofon in die richtige Aufnahmeposition zu bringen.
Lautsprecher
Lautsprecher sind das Gegenstück zu den Mikrofonen und zählen zu den elektroakustischen Wandlern. Sie
wandeln das elektrische Signal in ein akustisches Schallsignal um. Ein Lautsprecher kann auch als System aus
mehreren Lautsprechern in einem gemeinsamen Gehäuse verstanden werden. Ein Lautsprecher an sich kann
kein befriedigendes Schallereignis erzeugen und ist daher immer in Verbindung mit einer akustischen
schallführung, wie zum Beispiel Schallwände, Boxen und Trichter. Auch bei Lautsprechern gibt es verschiedene
Wandlerprinzipe. Dabei spielen elektrodynamische, dynamische und elektrostatische Lautsprecher eine Rolle,
während piezoelektrische und magnetische Lautsprecher in der Audiotechnik keine vordergründige Anwendung
finden.
Dynamische Lautsprecher
Der dynamische Lautsprecher ist die am weitesten verbreitete Lautsprecherart. Mit ihm kann ein hoher
Schallpegel über ein breites Frequenzband erzeugt werden. Der Wirkungsgrad liegt dennoch bei meist unter
10%. Der dynamische Lautsprecher arbeitet wie das dynamische Mikrofon, nur in umgekehrter Richtung. Man
unterscheidet Konus-, Kalotten-, Druckkammerlautsprecher sowie Bändchenlautsprecher und
Flachmembranlautsprecher.
Konuslautsprecher
Konuslautsprecher sind gut geeignet als Tief- und Mitteltöner, bzw. als Breitbandlautsprecher. Durch eine sehr
weiche Einspannung der Membran wird eine niedrige Resonanzfrequenz erzeugt, welche das Frequenzband des Lautsprechers zu den tiefen Frequenzen hin begrenzt. Zu den höheren Frequenzen hin schwingt die Membran
nicht mehr als Gesamtes. Dadurch entstehen Auslöschungen und Überlagerungen, die sich negativ auf die
Richtcharakteristik und den Frequenzgang auswirken.
Kalottenlautsprecher
Der Kalottenlautsprecher ist ähnlich dem Konuslautsprecher aufgebaut. Allerdings ist er kleiner, schwingt im
gesamten Übertragungsbereich Kolbenförmig und strahlt in einem breiten Winkel gleichphasig ab. Er findet
häufig Anwendung als Hochtöner in einem Lautsprechersystem und ist auch bei Hornlautsprechern verbaut.
Hornlautsprecher
Hierbei wird ein Kalottenlautsprecher an einen genau definierten Schallraum angeschlossen. Dieser besteht aus
einem Schalltrichter und einer Druckkammer. Durch das Horn wird eine kleine Fläche die mit großer Amplitude schwingt zu einer großen Fläche die mit kleiner Amplitude schwingt transformiert. Wegen der enormen Horngröße die für tiefe Frequenzen benötigt wird, findet diese Lautsprecherform meist bei Hochtönern Anwendung.
Koaxiallautsprecher
Ein Koaxiallautsprecher besteht aus zwei auf einer Achse kombinierten Lautsprechern, die eine zeitrichtige,
punktförmige Abstrahlung ermöglichen sollen. Man setzt dazu einen Hochtöner vor einen Tief-/Mittentöner. Bei
einigen Systemen wird ein gemeinsamer Permanentmagnet aber einzelne Schwingspulen verwendet.
Angewandt wird die Technik häufig in der Automobilindustrie.
Biegewellenlautsprecher
Bei dieser Lautsprecherart ist die Membran nicht steif sondern elastisch. Dabei werden auf der Membran
Biegewellen erzeugt. Das System ist sehr breitbandig und am Rand wird durch einen Wellenwiderstand
verhindert, dass Reflexionen auftreten. Das System hat allerdings einen geringen Wirkungsgrad und bei hohen
Pegeln teils Verzerrungen. Es ist in der Praxis nicht so häufig zu finden.
Elektrostatische Lautsprecher
Der Lautsprecher Funktioniert mit zwei Kondensatorplatten und ist auch ein Biegewellenlautsprecher. Allerdings
fordert er eine sehr hohe (mehr als 100V) Vorspannung. Bei großen Amplituden entstehen Verzerrungen, weil die
Abstände der Membran zu den Elektroden deutlich ungleich wird. Er ist im Tieftonbereich ungeeignet und findet
in der Praxis nur bei Liebhabern Gehör.
Akustischer Kurzschluss bei Lautsprecherboxen
Wenn die Membran eines Lautsprechers ausgelenkt wird, entsteht auf einer Seite des Lautsprecher ein Überund
auf der anderen Seite ein Unterdruck. Ist der Membrandurchmesser im Vergleich zur Wellenlänge des
abgestrahlten Schalls klein, so gleichen sich Über- und Unterdruck über den Lautsprecherrand hinweg aus. Ein
akustischer Kurzschluss, also das auslöschen des akustischen Signals, ist die Folge. Von diesem sind dann die
tiefen Frequenzen durch ihre größere Wellenlänge betroffen.
Um einen solchen Kurzschluss zu vermeiden bedient man sich einer akustischen Schallführung. Dies kann
Beispielsweise durch eine Schallwand realisiert werden. Zumeist sind diese als nach hinten geöffnete Boxen, also
als abgeknickte Schallwände zu finden. Zur verbesserten Abstrahlung tiefer Frequenzen, werden bestimmte
geschlossene Boxen verwendet, die als Bassreflexsysteme oder Resonanzboxen bekannt sind.
Signalübertragung
Die Übertragung des Signals wird mit verschiedenen Kabeln und Symmetrierboxen realisiert.
unsymmetrisches Kabel
Das unsymmetrische Kabel besteht aus einem einzelnen Leiter, einer Ummantelung und einer Gummiisolierung
zum Schutz des Kabels. Meist handelt es sich dabei um sogenannte Klinkensteckerkabel.
symmetrisches Kabel
Das symmetrische Kabel besteht aus zwei Leitern, einer Ummantelung und eine Gummiisolierung zum Schutz
des Kabels.
Symmetrierung
Die Symmetrierung des Signals erfolgt, um Störsignale die trotz Abschirmung das Nutzsignal im Kabel
beeinflussen wieder auszulöschen. Dafür wird das Signal am Eingang in einem der beiden Leitern um 180°
Phasenverschoben. Nach dem Übertragungsweg wird aus den beiden Phasen die Differenz gebildet. Da sich
eine Störung auf dem Übertragungsweg auf beide Phasen auswirkt, wird das Störsignal dabei ausgelöscht.
Analoge Tonregieanlagen
Mischpulte, auch als Summierverstärker zu finden, ermöglichen eine Pegelanpassung und Klangbearbeitung der
verschiedenen Signale. Dadurch können diese zu einem Mix zusammengefügt werden. Das Signal, welches am
Eingang angelegt wird durchläuft immer genau einen Weg der auch Verstärkerkette genannt wird. Diese kann
aus einzelnen Komponenten bestehen, oder auch als komplette Funktionsgruppe vorliegen. Meist besteht eine
Tonregieanlage aus Eingangsmodulen je Kanal, einem Summenmodul und einem Abhörmodul.
Eingangsmodul
Die Hauptbestandteile des Eingangsmodul sind Vorverstärker (Preamp), Equalizer (EQ), Aux-Wege (Aux/Monitor),
Panoramaregler und Fader.
Eingangsbuchsen
An den meisten analogen Mischpulten finden sich sowohl Klinken- als auch XLR-Eingangsbuchsen. Für die
separate Einspeisung externer Effektgeräte findet sich außerdem noch eine Insertbuchse.
Mikrofonverstärker
Während Magnetbandgeräte, Plattenspieler und sonstige Ausspielgeräte einen Studiopegel von 0dB liefern,
müssen Mikrofoneingangssignale aufgrund ihres sehr niedrigen Pegels immer vorverstärkt werden.
+48V
Speist das angeschlossene Mikrofon mit einer Versorgungsgleichspannung von +48V. Baubedingt würden ohne
diese zusätzliche Spannung Kondensatormikrofone nicht funktionieren.
PAD
Senkt zu hohe Eingangspegel ab um einer Verzerrung in der weiteren Signalverarbeitung entgegen zu wirken.
Phase
Hier kann die Phase gedreht werden. Nimmt man ein Schallereignis mit zwei verschieden positionierten
Mikrofonen auf, kann es zur Phasenverschiebung und somit zur Auslösung im Summierverstärker kommen.
HPF
Der sogenannte Hochpassfilter senkt Frequenzen unterhalb einer bestimmten, zum Teil einstellbaren,
Grenzfrequenz ab.
Klangregelung
Die Klangregelung, oder auch Equalizer, ist die Mischpulteinheit, in der der Frequenzgang des eingehenden
Signals angepasst werden kann. Das passiert indem bestimmte Frequenzgruppen verstärkt oder gedämpft
werden. Häufig besteht die Einheit aus Regelbaren Höhen und Tiefen, sowie einem oder zwei parametrischen
Mittenreglern. Klangfehler in der Übertragungskette können somit ansatzweise ausgeglichen werden.
Aux-Wege
Als zusätzlicher Auspielweg für Monitoranwendungen oder zum Anschluss zusätzlicher Beschallungselemente können
Aux-Wege verwendet werden. Wegen ihrer vielseitigen Verwendung können sie sowohl vor, oder auch nach dem Fader
geschalten werden (Pre und Post). Dadurch werden sie an analogen Konsolen auch als Send-FX genutzt.
Panorama
Mit dem Panoramaregler wird die Stereoverteilung des Signals beeinflusst. Das Eingangssignal kann also nicht
nur Mono links und rechts abhörbar sein, sondern auch primär auf eine Seite gelegt werden.
Fader
Mit dem Fader wird die Lautstärkeregelung des Eingangssignals vorgenommen.
PFL
Mit dem so genannten Pre-Fade-Listening ist es möglich den Kanal einzeln über den Kopfhörerausgang
abzuhören, und die Pegelanzeige für eben diesen Kanal sichtbar zu machen.
Mute
Mit dieser Funktion kann der einzelne Kanalzug stumm geschalten werden.
Summenmodul
Im Summenmodul, oder auch Master Sektion genannt, werden die Signale der einzelnen Channel Strips
zusammengeführt und können in Summe über einen Master Regler der meistens Stereo ausgeführt wird
gefahren werden. Je nach Mischpult gibt es auch hier eine Mute- und oder PAFL-Taste.
Abhörmodul und Kontrollinstrumente
Für die visuelle Darstellung der Eingangssignale gibt es verschiedene, mit LED oder Zeigern realisierte,
Ausgabegeräte. Man unterscheidet dabei Peak-Program-Meter und VU-Meter
Peak-Program-Meter
Das Peak-Program-Meter zeigt den aktuellen Spitzenpegel des Eingangssignal oder Augangssignals an und
folgt dabei dem jeweils angemeldeten PFL.
VU-Meter
Das VU-Meter zeigt im vergleich zum PPM nicht den aktuellen Maximalpegel sondern den Dauerpegel, also ein
zeitlich anhängiges Mittel des Pegels.
Headroom
Headroom, auch Aussteuerungsreserve genannt, ist der Bereich zwischen Nenn- / Arbeitspegel und dem
technischen Maximalpegel. Er wird als Sicherheitszone gelassen.
Soundbearbeitung / Klanggestaltung
Um die Klangeigenschaften von Eingangssignalen anzupassen oder zu modifizieren kommen verschiedene
Geräte der Audiotechnik zum Einsatz. Sie können einzeln geschaltet, aber auch gemeinsam Einfluss auf das
Signal nehmen. Sie werden dann hintereinander geschaltet.
Pegelregelung
Pegelsteller
Der Pegelsteller ist ein einstellbares Dämpfungsglied mit integriertem Aufholverstärker, welcher Stufenlos
verstellt werden kann. Arbeitspunkt ist der mit der Vorverstärkung eingestellte Studiopegel von 0 dB. Er bildet die
Trennung zwischen Dämfungs- und Verstärkungsbereich. Zusammen bilden die beiden den Arbeitsbereich,
welcher zwischen -15dB und +15dB liegt. Der Bereich unter dem Dämpfungsbereich nennt sich Ausblendbereich.
Der Pegelsteller ist logarithmisch aufgebaut, sodass man im Arbeitsbereich auch kleinste Lautstärkeänderungen
vornehmen kann.
VCA
VCA steht für „Voltage Controlled Amplifier“. Dieser ist eine Art Fernsteuerung für eine selbstbestimmte Auswahl
von Fadern und kann mit Hilfe einer Steuergleichspannung diese ähnlich einer Subgruppe herunter regeln.
DasTonsignal geht nicht über das Stellglied selbst sondern nur durch den vom Stellglied beeinflussten Verstärker.
Filter
Man unterteilt Filter grundsätzlich in Hochpass, Tiefpass und Bandpass. Sowohl an analogen als auch an
digitalen Konsolen finden sich Equalizer die alle diese Filterformen beinhalten und somit eine hohe Flexibilität
schaffen. Die Flankensteilheit ist der Dezibelwert, um den das Signal pro Oktave ansteigt oder Abfällt.
Frequenzweiche
Filter finden auch bei Frequenzweichen Anwendung, wenn Lautsprecher nur mit einem bestimmten
Frequenzband gefahren werden sollen. Es entstehen so genannte Übergangsfrequenzen die auf beiden
Lautsprechern, allerdings gedämpft, wiedergegeben werden.
Shelving-Filter
In der Praxis werden Hoch- und Tiefpassfilter in Form von Shelving Filtern, auch Kuhschwanzfilter genannt,
realisiert.
Parametrischer Equalizer
Beim parametrische EQ durchläuft das Signal mehrere in Serie geschaltete Filter. Dabei kann am Parameter
eingestellt werden bei welcher Frequenz der Filter arbeiten soll. Bei analogen Pulten sind die einzelnen Filter fest
auf verschiedene Bandbereiche verteilt. Bei digitalen Pulten bleibt diese Einschränkung aus. Hier können die in
Summe meist 4 Filter nach Belieben im Frequenzband verteilt werden. Des weiteren ist hier auch die Güte des
Filters einstellbar.
Graphischer Equalizer
Im Vergleich zum Parametrischen, hat der graphische Equalizer einen Schieberegler pro festgelegter Frequenz.
Die Regler bilden somit näherungsweise den Frequenzgang des Equalizers ab. Auch wenn die Arbeitspunkte und
Güten der Filter festgelegt sind, so ist der graphische EQ, durch die Masse an regelbaren Filtern je nach
Anwendungsbereich um einiges feiner als der parametrische Equalizer und wird daher bevorzugt im Studio, oder
live zur Anpassung von Summensignalen für Monitore oder PA genutzt.
Dynamik
Kompressor und Limiter
Kompressoren dienen in der Audiotechnik zur automatisierten Dynamikeinengung. Es sind Regelverstärker,
deren Verstärkung sich gegenläufig zum Pegel des Eingangssignals verändert. Wird eine bestimmte Schwelle
(Threshold) überschritten so regelt der Kompressor das Originalsignal um einen bestimmten Faktor (Ratio), z.B.
2:1, nach unten. Wie schnell der Kompressor auf den eingestellten Wert nach überschreiten der
Schwellspannung herunterregelt, kann mit der Attackzeit eingestellt werden. Mit Hold wird die Zeit eingestellt, die
der Kompressor auch nach unterschreiten der Schwellspannung noch im selben Zustand verharren soll, bevor
der Release einsetzt, welcher die zeit angibt die benötigt wird um die Kompression wieder Rückgängig zu machen.
Multibandkompressor
Der Multibandkompressor ist eine Serie von Kompressoren, die parallel in einem jeweils abgestimmten
Frequenzbereich arbeiten.
Deesser
Ist eine Art von Kompressor, welcher nur Einfluss auf die obersten hörbaren Frequenzen nimmt. Sein
Arbeitsbereich ist einstellbar und er dient dazu, z.B. bei Sprachübertragungen übertriebene Zischlaute aus dem
Signal zu dämpfen.
Ducking
Beim Ducking wird der Kompressor über ein Side-Gain Signal gespeist. Eine Anwendung für diese Art von
Kompressor wäre Sprache, die über einem beliebigen anderen Signal gut zu verstehen sein soll.
Limiter
Der Limiter ist die Extremform vom Kompressor, welcher mit einer maximalen Begrenzung reagiert sobald der
Eingangspegel den Schwellpegel überschreitet. Er ist meist zur Schutzfunktion in Lautsprechern verbaut. Da er
sehr radikal in den Dynamikbereich eingreift ist er als musikalisches Gestaltungsmittel mit Vorsicht zu genießen.
Expander und Noise Gate
Expander und Noise Gate stellen das Gegenstück zu allen Arten von Kompressoren dar, da sie die Dynamik nicht
einschränken sondern verstärken.
Expander
Der Expander arbeitet entgegengesetzt wie der Kompressor. Das Signal wird solang um einen einstellbaren
Faktor, die Expansion, heruntergeregelt bis ein bestimmter Schwellwert überschritten ist. Nach Überschreiten
von diesem Schwellwert wird das Signal unbeeinflusst Übertragen.
Noise Gate
Das Noise Gate ist das Extrem zum Limiter, bei dem vor einem eingestellten Schwellwert gar kein Signal
durchgelassen wird. Erst nach erreichen des Schwellwertes springt das Ausgangssignal von 0 auf den
eingestellten Schwellwert. In Verbindung mit den Zeitparametern Attack, Hold und Release findet diese Art von
Dynamikeffekt sehr häufig Anwendung bei der Abnahme von Schlagzeugen.