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Mikrofonarten: Richtcharakteristiken

Die wichtigste Eigenschaft eines Mikrofons, egal ob dynamisches Mikrofon, Bändchen, Kondensator oder Richtrohr, ist die sogenannte Richtcharakteristik. Sie beschreibt, wie das Mikrofon Schall aus unterschiedlichen Richtungen aufnimmt. Durch die Richtcharakteristik definiert sich der Einsatzbereich eines Mikrofones. Im folgenden Artikel sollen alle gängigen Richtcharakteristiken vorgestellt werden, anhand von sogenannten Polardiagrammen näher dargestellt werden und die jeweiligen Anwendungsgebiete mit Vor- und Nachteilen aufgezeigt werden.

Generelles Funktionsprinzip der Richtcharakteristik

Die Richtcharakteristik eines Mikrofons lässt sich konstruieren. Man definiert Schalleintrittswege in die Mikrofonkapsel und bestimmt somit, mit welcher Laufzeit der Schall aus verschiedenen Richtungen auf die Membran trifft. In Zusammenhang mit dem frontal eintreffenden Schall entstehen durch diese Laufzeitunterschiede sogenannte Phasenverschiebungen, durch die sich gezielt Schallwellenauslöschungen herbeiführen lassen. Somit lässt sich die Empfindlichkeit räumlich beeinflussen.

Das klingt kompliziert, wird aber deutlicher, wenn man sich das Ziel dieses Vorgangs vor Augen führt: Ein ausgewogenes und neutrales Klangbild aus der bevorzugten Richtung (beispielsweise Sänger*in vor dem Mikrofon) während man gezielt durch Schallwellenauslöschungen die unerwünschten Richtungen bestmöglich ausblendet (beispielsweise ein Bühnenmonitor hinter dem Mikrofon). Physikalisch lässt sich diese Beeinflussung leider nicht vollständig frequenzunabhängig gewährleisten. Je tiefer die Frequenz, umso ungerichteter reagiert das Mikrofon, behandelt also den Schall aus allen Richtungen zunehmend gleich.

Im Folgenden wollen wir noch einige, für das Thema Richtcharakteristik relevante Begriffe näher erklären.

Das Polardiagramm

Dargestellt werden Richtcharakteristiken üblicherweise in einem sogenannten Polardiagramm (engl. "polar pattern"). Ein 360°-Feld zeigt die verschiedenen Richtungen, aus denen Schall auf das Mikrofon treffen kann. 0° entspricht hier der Vorderseite des Mikrofons und dem Winkel, in dem das Mikrofon am empfindlichsten ist. Seitlich eintreffender Schall (engl. "off axis") entspricht demnach 90° und 270°, rückwärtig eintreffender Schall 180°. In der realen Anwendung muss man sich das zweidimensionale Polardiagramm allerdings dreidimensional vorstellen. Schall kann demnach natürlich auch von oben oder unten auf das Mikrofon treffen.

Richtcharakteristik: Hyperniere (Hypercardioid)
Richtcharakteristik: Hyperniere (Hypercardioid) [Bildquelle: Galak76, Polar pattern hypercardioid, CC BY-SA 3.0]

Nach innen verlaufend deuten konzentrische Kreise eine Abnahme der Empfindlichkeit um in der Regel jeweils fünf Dezibel (dB) an. Ein Dezibel ist eine logarithmische Einheit, mit deren Hilfe sich die Relation zweier Werte vergleichen lässt.

Ein Beispiel: Zeigt das Polardiagramm eine rückwärtige Dämpfung von 20 dB, setzt sich das in Relation zu den 0 dB des frontal auftreffenden Schalls. Physikalisch gesehen spricht man bei +6 dB von einer Signalverdopplung und bei +20 dB von einer Verzehnfachung des Signales. Eine Dämpfung von -20 dB bedeutet in diesem Beispiel also ein zehnfach schwächeres Signal im Vergleich zum frontal eintreffenden.

Der Nahbesprechungseffekt

Eine typische Eigenart von gerichteten Mikrofonen ist der sogenannte Nahbesprechungseffekt (engl. proximity effect). Dieser beschreibt eine Abhängigkeit des Frequenzganges von der Entfernung zur Schallquelle. Je näher sich diese an der Mikrofonkapsel befindet, umso stärker werden tiefe Frequenzen hervorgehoben. Dies kann unter anderem als Stilmittel eingesetzt werden. Im Live-Bereich ist der Nahbesprechungseffekt hilfreich, da dicht mikrofonierte Signale voll und ausgewogen klingen, Schall hingegen, der von weiter weg eintrifft, eher dünn und undefiniert.

Rückkopplung ("Feedback")

Bei der akustischen Rückkopplung trifft Schall, verstärkt von einem Lautsprecher, auf ein Mikrofon. Der bereits verstärkte Schall wird nochmals verstärkt und wieder vom Lautsprecher abgestrahlt, trifft dann erneut auf das Mikrofon und so weiter. Es entsteht eine sich wiederholende, selbst verstärkende Schleife. Man nennt diese Schleife auch Oszillation. In der Praxis zeigt sich die Rückkopplung als lautes, schrilles Pfeifen. Die Richtcharakteristik eines Mikrofons kann bei der Eindämmung von Rückkopplungen hilfreich sein.

Der Frequenzgang

Der Frequenzgang gibt an, wie empfindlich ein Mikrofon bei unterschiedlichen Frequenzen ist. Angestrebt ist ein möglichst linearer Frequenzgang, da dieser das aufgenommene Signal am natürlichsten wiedergibt. Diagramme für den Frequenzgang findet man in der Regel im Datenblatt des Mikrofones unweit des Polardiagramms. Dargestellt ist der Frequenzgang in einem Koordinatensystem mit dem Frequenzverlauf des menschlichen Hörbereiches in Hertz (Hz) auf der x-Achse. Der Frequenzverlauf ist logarithmisch dargestellt, da dies eher der menschlichen Hörwahrnehmung entspricht und der Verlauf bei tiefen Frequenzen visuell einfacher erkennbar ist. Auf der y-Achse findet man die Empfindlichkeit in Dezibel (dB). Die Empfindlichkeit wird in der Regel von -20 dB bis +10 dB dargestellt.

Die verschiedenen Richtcharakteristiken

Niere ("Cardioid")

Die Niere ist die wohl am häufigsten verwendete Form eines gerichteten Mikrofons. Sie nimmt Schall von vorne am stärksten auf, seitlichen Schall etwas weniger. Rückwärtiger Schall wird am stärksten gedämpft. Diese Richtcharakteristik bietet den Vorteil, dass man das Mikrofon gezielt auf eine Schallquelle ausrichten kann. Im Fall eines Gesangsmikrofons hilft die Niere rückwärtigen Schall eines einzelnen, direkt hinter dem Mikrofon stehenden Bühnenmonitors auszublenden. Damit verringert man die Rückkopplungsanfälligkeit. Mikrofone mit Nierencharakteristik werden generell für Instrumente verwendet, die "direkt", "nah" und "trocken" klingen sollen. Ein Nachteil ist allerdings, wie bei allen gerichteten Mikrofonen, der Nahbesprechungseffekt.

Einige der populärsten Mikrofone im (semi-)professionellen Bereich weisen eine Nierencharakteristik auf. Darunter das für nur knapp 100 Euro, das Neumann KMS 104, oder der Gesangs- und Podcast-Klassiker .

Richtcharakteristik: Niere und Hyperniere (v.l.n.r.)
Richtcharakteristik: Niere und Hyperniere (v.l.n.r.) [Bildquelle: Montage: Nicoguaro, Polar pattern cardioid, CC BY 4.0 | Galak76, Polar pattern hypercardioid, CC BY-SA 3.0]

Hyperniere ("Hypercardioid")

Die Hyperniere ist eine Sonderform der Niere mit einer etwas stärkeren Richtwirkung. Seitlich eintreffender Schall wird stärker gedämpft als bei einer herkömmlichen Niere, allerdings weist sie weniger rückwärtige Dämpfung auf. Durch die stärkere Richtwirkung sind Mikrofone mit Hypernierencharakteristik noch mehr auf frontal eintreffenden Schall fokussiert. Ähnlich wie bei einer einfachen Niere werden Hypernieren gezielt auf eine Schallquelle gerichtet. Durch die schmalere Nierenform wird die Schallquelle noch besser isoliert. Bei Gesangsmikrofonen resultiert daraus eine sehr hohe Rückkopplungssicherheit. Die Bühnenmonitore sollten allerdings nicht, wie bei der Niere, direkt hinter dem Mikrofon stehen, sondern eher seitlich, da die Hyperniere empfindlicher auf direkten rückwärtigen Schall reagiert. Die Hyperniere hat zudem einen noch deutlicheren Nahbesprechungseffekt als die Niere.

Typische Vertreter sind das oder Audix OM6.

Superniere ("Supercardioid")

Das Polardiagramm einer Superniere unterscheidet sich nur marginal von dem einer Hyperniere. Der Bereich des rückwärtig aufgenommen Signales ist allerdings noch etwas schmaler als bei der Hyperniere.

Typische Vertreter: Shure Beta58, Sennheiser e906 und das .

Breite Niere ("Subcardioid")

Die Breite Niere ist eine Mischung aus Nieren- und Kugelcharakteristik. Im Polardiagramm stellt sie sich als eine Art rückseitig abgeflachte Kugelcharakteristik dar. Am stärksten nimmt sie Schall von vorne auf, seitlicher und rückwärtiger Schall wird aber stärker aufgenommen als bei einer herkömmlichen Niere. Der bei der Nierencharakteristik stark ausgeprägte Nahbesprechungseffekt ist hier verringert. Man könnte sagen, die Breite Niere ist eine Art "gerichtete Kugelcharakteristik".

Typische Vertreter: oder Neumann KM143

Richtcharakteristik: Acht und Keule (v.l.n.r.)
Richtcharakteristik: Acht und Keule (v.l.n.r.) [Bildquelle: Galak76, Polar pattern subcardioid, Polar pattern omnidirectional, Montage, CC BY-SA 3.0]

Kugel ("Omnidirectional")

Mikrofone mit der Charakteristik Kugel werden auch als ungerichtete Mikrofone bezeichnet. Schall wird hier von allen Seiten gleich stark aufgenommen. Die Abbildung des Frequenzganges ist im Vergleich zu Richtmikrofonen am gleichmäßigsten und neutralsten, ein Nahbesprechungseffekt tritt nicht auf. Da jede Richtung des eintreffenden Schalls gleichberechtigt ist, ist eine gezielte Ausrichtung auf nur eine Schallquelle nicht möglich.

Das macht Mikrofone mit Kugelcharakteristik besonders für Studio- oder Live-Aufnahmen interessant. Im Orchester lassen sich beispielsweise Instrumentengruppen gut mit einem Kugelmikrofon aufnehmen. In Beschallungssituationen steigt allerdings die Rückkopplungsanfälligkeit deutlich, weshalb Kugelmikrofone im Live-Bereich eher seltener zu finden sind. Ausgenommen sind Headset- und Lavaliermikrofone, die oft eine Kugelcharakteristik aufweisen. Einen Sonderfall stellen Grenzflächenmikrofone dar, die bauartbedingt eine Halbkugelcharakteristik darstellen.

Neben dem DPA 4066 und weist auch ein Großteil aller Lavalier-Mikrofone eine Kugelcharakteristik auf.

Acht ("Bi-Directional")

Mikrofone mit Achtercharakteristik nehmen Schall von vorne und hinten gleichberechtigt auf. Auf seitlich eintreffenden Schall reagieren sie am unempfindlichsten. Ein ausgeprägter Nahbesprechungseffekt ist vorhanden. Bauartbedingt haben Bändchenmikrofone  fast immer eine Achtercharakteristik. Bei vielen Kondensatormikrofonen mit umschaltbarer Richtcharakteristik lässt sich ebenfalls eine Acht wählen.

In der Stereomikrofonie wird oft auf die Achtercharakteristik zurückgegriffen. Auch im Studiobetrieb lassen sich damit gut klingende Ergebnisse erzielen, beispielsweise bei der Verwendung als Overheads am Schlagzeug. Im Live-Bereich sind Mikrofone mit Achtercharakteristik aufgrund ihrer erhöhten Rückkopplungsanfälligkeit eher seltener zu finden. Im hochpreisigen Segment sind unter anderem das und Beyerdynamic M130 anzutreffen.

Richtcharakteristik: Breite Niere und Kugel (v.l.n.r.)
Richtcharakteristik: Breite Niere und Kugel (v.l.n.r.) [Bildquelle: Galak76, Polar pattern directional, Polar pattern figure eight, Montage, CC BY-SA 3.0]

Keule ("Directional")

Mikrofone mit Keulen-Richtcharakteristik haben eine sehr stark ausgeprägte Richtwirkung. Sie ähneln einer sehr schmalen Niere, wobei jedoch die Empfindlichkeit für rückwärtig eintreffenden Schall fast genau so groß ist wie für von vorne auftreffenden. Auch die Aufnahme an den Seiten ist sehr schmal, Keulen blenden von allen Richtcharakteristiken seitliche Signale am stärksten aus. Durch die große Richtwirkung erzeugt die Keulen-Richtcharakteristik einen stark ausgeprägten Nahbesprechungseffekt. Ebenso reagieren sie bei der Verwendung im Freien sehr empfindlich auf Wind.

Richtmikrofone mit Keulencharakteristik findet man häufig auf Kameras oder in Tonangeln bei Filmproduktionen, wo man sich die starke Richtwirkung zunutze macht. Im Live-Bereich findet man Richtrohre gelegentlich als sogenannte Ambience-Mikrofone, mit denen man bei Konzerten (In-Ear-Mixe oder Live-Aufnahmen) sowie Aufzeichnungen vor Publikum selbiges abbildet (Fernsehsendung, Theater, etc.). Im semi-professionellen Markt hat sich das als Mikrofon für Systemkameras und Camcorder etabliert. Das Shure VP89 ist improfiessionellen Einsatz öfter anzutreffen.

Mikrofone mit mehr als einer Richtcharakteristik

Als Sonderfall sollen hier Mikrofone angeführt werden, die über mehr als eine Richtcharakteristik verfügen. Einige Modelle von Kondensatormikrofonen können per Taste oder Schieber die Richtcharakteristik ändern. Meist kann hier zwischen Kugel, Niere oder Acht gewechselt werden. Diese Modelle bieten eine hohe Flexibilität und sind für verschiedene Anwendungsgebiete nutzbar. Meistens findet man diese Besonderheit an Großmembrankondensatormikrofonen. Bei Kleinmembrankondensatormikrofonen oder manchen Funkmikrofonen wird eine solche flexible Richtcharakteristik durch austauschbare Kapseln erreicht.

Spannende Multitalente sind unter anderem das mit neun schaltbaren Charakteristiken, Shure Beta 181 (austauschbare Kapseln) und (Multi-Kapsel/digital).