Kleine vage Mikrofon-Technik frage

Nikitas Meinung: Dynamische Mikrofone sind Druckempfänger aber Schnellewandler.
Kondensatormikrofone sind als Druckgrandienten-Empfänger eigentlich Schnelle-Empfänger aber Druck (Elongations-) wandler.
Als Druckempfänger eben Druckempfänger und Druckwandler.
Elektroakustisches Wandlungsprinzip des dynamischen Mikrofons:
Delta U ist proportional Delta v (proportional).
Hierbei gilt das Induktionsgesetz:
Delta U = B mal l mal Delta v
Delta U = erzeugte Modulationsspannung als Spannungsschwankung
Delta v = Änderung der mechanischen Schnelle als mechanische Auslenk-Geschwindigkeit des Leiters (Membran mit Schwingspule)
B = magnetische Flussdichte, die proportional zur Magnetfeldstärke H ist
l = Länge des elektrischen Leiters als Tauchspulendraht bzw. Bändchen
Damit wandelt das dynamische Mikrofon nach dem Induktionsgesetz die "Geschwindigkeit v der Membranbewegung" in Spannung um.
Ob das Mikrofon nun ein Druckempfänger oder Druckgradientenempfänger ist, hat mit dem Induktionsgesetz nichts zu tun. Vielmehr wird durch den Begriff Druckempfänger oder Druckgradientenempfänger ausgesagt, ob es ein Richtmikrofon (etwa Niere) oder ein ungerichtetes Mikrofon (Kugel) ist. Und das hängt vom Bauprinzip ab, ob geschlossene Kammer oder teilweise rückwärtige Öffnungen.
Ein Kondensatormikrofon wandelt vom Prinzip her dagegen die "Amplitudenbewegung der Membran" nach dem Elongationsgesetz in Spannung um.
Ob das Kondensatormikrofon nun ein Druckempfänger oder Druckgradientenempfänger ist, hat mit dem Elongationsgesetz nichts zu tun.
Vielmehr wird durch den Begriff Druckempfänger oder Druckgradientenempfänger ausgesagt, ob es ein Richtmikrofon (etwa Niere) oder ein ungerichtetes Mikrofon (Kugel) ist. Und das hängt vom Bauprinzip ab, ob geschlossene Kammer oder teilweise rückwärtige Öffnungen.

Ergänzung:
Es ist üblich geworden, die allein auf Schalldruck reagierenden Mikrofone mit Druckempfänger zu bezeichnen und die auch auf den Schalldruckgradienten reagierenden Mikrofone mit Gradientenempfänger. Das hängt von der "Bauart der Mikrofonkapsel" ab und nicht vom elektrischen Prinzip. Siehe Dickreiter.
Daneben gibt es Ausdrücke, die gerade das "elektrische Prinzip" bezeichnet und nicht die Bauart der Mikrofonkapsel:
Ein Elongationsempfänger, von lat. longus = weit, ist allgemein eine Gruppe von Mikrofonen, bei denen die erzeugte elektrische Größe (elektrische Spannung) der Auslenkung des mechanischen Systems, nämlich der Membran in der Mikrofonkapsel proportional ist. Zu den Elongationsempfängern gehören beispielsweise Mikrofone, die nach dem elektrostatischen (Kondensatormikrofone) oder dem piezoelektrischen (Tonabnehmer) Wandlerprinzip arbeiten.
Ist hingegen die erzeugte elektrische Größe der Momentangeschwindigkeit der Membran proportional, dann spricht man von einem Geschwindigkeitsempfänger.
Hiernach sind nach elektrischem Mikrofonprinzip alle Kondensatormikrofone eben "Elongationsempfänger" und alle dynamischen Mikrofone "Geschwindigkeitsempfänger".
Nicht zu verwechseln mit dem Bauartenprinzip, nachdem die allseitig geschlossenen Kapseln mit "Druckempfänger" und die rückseitig etwas geöffneten Kapseln mit "Druckgradientenempfänger" bezeichnet werden.
Es ist also auseinanderzuhalten:
1. Elongationsempfänger (z. B. Kondensatormikrofon)
2. Geschwindigkeitsempfänger (z. B. Dyn. Mikrofon)
3. Druckempfänger (Kugelcharakteristik - Skalar)
4. Druckgradientenempfänger (gerichtete Charakteristik - Vektor)
Dass Schnelle und Druckgradient nicht das gleiche bedeuten, können theoretisch Interessierte hier nachlesen:





Schallschnelle und Druckgradient sind nicht das Gleiche

Ergänzung zur Ergänzung:
Als "Schnelleempfänger" werden normalerweise Mikrofone bezeichnet, die weder auf Schalldruck noch auf Druckgradienten reagieren, sondern auf eben die Schallschnelle = Bewegung der Luft-"Moleküle". Diese hat ihr Maximum immer genau im Minimum des Schalldrucks.
Bändchenmikrofone sind normalerweise Schnelleempfänger.

Hallo pkautzsch,
Durchweg wird uns in Tontechnikbüchern erklärt, dass die leichten Bändchenmikrofon-Membranen sogenannte "Schnelleempfänger" seien. Dazu gibt es von Fachleuten deutlich differenziertere Meinungen.
Hier folgen wohldurchdachte Kernaussagen aus Mailwechseln mit Herrn Manfred Hibbing, Fa. Sennheiser:
Abschließend noch eine Bemerkung zur Bedeutung der Schallschnelle. Offensichtlich wird sie zur Erklärung des Verhaltens der Mikrofone nicht benötigt. Mikrofonmembranen werden durch Kräfte bewegt, die durch Drücke bzw. Druckdifferenzen verursacht werden. Dagegen ist die Schallschnelle bei der Schallerzeugung von elementarer Bedeutung. Lautsprecher erzeugen über die Membranbewegung zunächst eine gleich große Schallschnelle unmittelbar vor der Membran. Die Physik des Schallfeldes bedingt aber feste Beziehungen zwischen Schallschnelle und Schalldruck. Genau das ist die physikalische Wesenheit des Begriffs "Schallfeld". Das Schallmedium erzeugt gewissermaßen aus der Schnelle einen Druck, den wir dann unmittelbar mit unseren Ohren oder mittelbar über die Mikrofone wahrnehmen können.
Richtmikrofone reagieren auf Druckdifferenzen, nicht aber auf die Schallschnelle. Auch das Bändchenmikrofon nicht, obwohl es häufig als Schnellemikrophon bezeichnet wird. Das Bändchen galt früher als so leicht, dass man irrtümlich glaubte, es würde der Luftteilchenbewegung unmittelbar folgen. Das ist aber, wie ein rechnerischer Vergleich der Geschwindigkeiten zeigt, nicht der Fall.

Bisher gibt es nur ein Mikrofon, das völlig eindeutig auf die Schallschnelle reagiert, das "Hitzdraht-Mikrophon" von Microflown. Es besitzt keine Membran, sondern mikrofeine Drähte, die durch elektrische Ströme erhitzt und durch die Schnellebewegung der Luft mehr oder weniger gekühlt werden. Die dadurch bewirkten Widerstandsänderungen werden dann ausgewertet.
In diesen Sätzen steckt sehr viel drin. Für mich lautet der Kernsatz daraus: "Das Schallmedium erzeugt gewissermaßen aus der Schnelle einen Druck, den wir dann unmittelbar mit unseren Ohren oder mittelbar über die Mikrofone wahrnehmen können." Das ist wenig bekannt, wie ich bei Debatten mit Akustikern feststelle, welche die Schallenergiegrößen, wie z. B. die Schallintensität ständig bevorzugen. Mikrofone und Ohren sind aber unbestritten die Hauptarbeitmittel von uns Tontechnikern.

Viele Grüße
ebs

Vielen Dank für die sehr aufschluss- und lehrreichen Antworten
Ich hab genau die Dinge erfahren, die ich wissen wollte.
Einen recht schönen Tag allerseits

Vielen Dank. Da habe ich mich wohl mal wieder zu sehr auf Gelesenes verlassen.
Rein theoretisch sollte also die Messung der Bewegungsgeschwindigkeit eines (z.B. wie in der Medizin leicht radioaktiv) "markierten" Teilchens, welches als Bestandteil der Luft mitschwingt, einen Schnelleempfänger ergeben. Habe ich das, abgesehen mal von der doch wohl zu aufwendigen praktischen Umsetzung, richtig verstanden?

Hallo pkautzsch,
"Rein theoretisch sollte also die Messung der Bewegungsgeschwindigkeit eines (z.B. wie in der Medizin leicht radioaktiv) "markierten" Teilchens, welches als Bestandteil der Luft mitschwingt, einen Schnelleempfänger ergeben. Habe ich das, abgesehen mal von der doch wohl zu aufwendigen praktischen Umsetzung, richtig verstanden?"
Ich denke ja, und zum Verstehen hilft uns die Luftpartikelgeschwindigkeits-Theorie (Schnelle-Theorie) zum Micoflown-Hitzdraht-Sensor.
Die Luftpartikelgeschwindigkeit v:
http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_velocity
die bei uns eher Schnelle genannt wird,
ist beim Lautsprecher sehr wichtig, aber beim Mikrofon eher nicht.
Das Ohmsche Gesetz (Gleichspannung) lautet U = R mal I und R = U/I.
Entsprechend ist die Formel in der Akustik (ebene Welle) mit p = Z mal v.
Z als Schallkennimpedanz ist bei Luft (20°C) etwa 413 Ns/m³ = p/v
Zum Hitzdraht (hot wire):
http://www-isl.mach.uni-karlsruhe.de/LABOR/experimentelle_1/node28.html
http://www.aero.tu-berlin.de/index.html?/forschung/stroemungsmesstechnik/hitzdraht/hitzdraht.html
Man kommt beim Suchen nur auf Englisch weiter: acoustical particle velocity sensor, hot wire,
wobei anstatt acoustical auch nur acoustic genommen werden sollte, da sind sich die Engländer nicht einig.
http://www.microflown.com/data/acoustica.pdf
http://www.microflown.com/data/mu-flown_1e_artikel.pdf
http://laum-vld.univ-lemans.fr/otherstechniques.htm
Als Mikrofon ist dieser Hitzdraht-Schnelle-Sensor nicht zu verwenden. Für die Mikrofonmembranbewegung brauche ich keine Partikelgeschwindigkeit; mir genügt die Schalldruckdifferenz zwischen Vorder-und Rückseite der Mikrofonmembran.
Ich wünsche mir auch kein Schallintensitätsmikrofon, dass man mir so gern um die "Ohren" haut :-) Die Bewegung meiner Trommelfellmembranen wird weder von der Partikelgeschwindigkeit v, noch von der Schallintensität I direkt betrieben.
Ich finde der Audruck Partikelgeschwindigkeit, wie ihn die Engländer kennen (particle velocity) hat mehr Aussagekraft als Schnelle. Schnelle wirkt etwas abstrakt und meine Studenten können sich darunter wenig vorstellen, wie meine Tests anschaulich zeigen. Das Wort Luftpartikelgeschwindigkeit gibt einen Aha-Effekt.
Jedenfalls lehre ich nicht mehr, dass die Luftteilchen das leichte Bändchen vom Bändchenmikrofon so einfach mitnehmen, und es darum ein "Schnellemikofon" sein soll, seit mich Manfred Hibbing so gut aufgeklärt hat.
Viele Grüße
ebs
http://www.sengpielaudio.com



Forum für Mikrofonaufnahme und Tonstudiotechnik

Nachtrag nur für pkautzsch,
da ich weder deinen Namen, noch deine E-Mailadresse kenne, findest du "Gehirnschmalz" von Herrn Hibbing auf meiner Webseite zum Thema "Schallschnelle, Druckgradient und Mikrofone" als MS-doc.
Zieh dir das mal runter, denn ich will die Seite alsbald wieder schließen. Gib vielleicht Antwort nach Vollzug.
Viele Grüße
ebs


Schallschnelle, Druckgradient und Mikrofone

Elektropost ist peter (ett) peter-kautzsch (dott) (komm) mit den für Bots nicht erschließbaren üblichen Änderungen, und daraus läßt sich der Name auch ableiten ;).
Ich habe mir die Datei runtergeladen. Werde das demnächst auch lesen... Heute nicht mehr, da intensiver Drehtag hinter mir.
Danke nochmal!