Akustik einer Grenzfläche

  • Dieser beitrag richtet sich speziell an die akustiker unter euch.


    Bei der erarbeitung eines skriptes für ein seminar, gerichtet an studenten einer musikalischen fachhochule, bin ich über folgende sache gestolpert.


    die funktionsweise eines grenzflächenmikros ist den meisten hinlaenglich bekannt. was mir in der literatur aber zu denken gab, ist der zusammenhang zwischen der größe der grenzfläche und ihrem übertragungsbereich.


    unterhalb der grenzfrequenz faellt die empfindlichkeit um 6dB ab. Die grenzfrequenz lässt sich nach unten korrigieren, in dem man die reflektionsflaeche erhöht.


    f=c/(2l) oder l=c/(2f) (f=grenzfrequenz;c=schallgeschw.;l=ausdehnungder grenzfl.)


    demnach benoetige ich fuer die gute uebertragung von beispielsweise 50hz eine grenzfläche von 3,40m


    soweit zur theorie. in der praxis habe auch ich gern das sm91 für die bassdrum verwendet. kaum eine kick enthaelt keine decke oder t-kissen. lege ich nun die grenzflaeche darauf, limitiere ich die grenzfläche auf die ausdehnung des mikrofones also 95 x 129 x 19 mm. die decke gibt nun nicht die beste reflektionsflaeche her .


    nach der physikalischen eigenschaft dieser mikrofon muesste damit die grenzfrequenz im tiefsten falle bezogen auf die 129mm bei 1330hz liegen. der vom hersteller angegebene frequenzgang ist so nicht erklaerbar.


    meine frage, die ich in den raum stellen moechte ist, wie kommt es trotzdem zu dieser nicht unbeachtlichen basswiedergabe und liesse sich diese nicht noch verbessern, wenn man das mikrofon an einer schallharten flaeche innerhalb der bassdrum befestigt?


    vielen dank, wenn ihr euch daran beteiligen wollt, meinen kopf zu zerbrechen.

  • Hi Dan!


    Danke, dass du die Frage gestellt hast, da wollte ich mich eh schon laenger mal weiterbilden. Ich denke, ich hab ein paar Loesungsansaetze fuer dein Problem.


    Als erstes lade dir doch bitte mal die Bedienungsanleitung fuer das beta91 herunter, die kann gefunden werden unter:


    http://www.shure.com/pdf/userg…ides_wiredmics/beta91.pdf


    Du hast zwar deine Erfahrungen mit dem SM91 erwaehnt, aber in der Bedienungsanleitung des beta91 auf Seite 1 kann man schoen den Nahbesprechungseffekt des Mikros sehen. Das ist die erste Erklaerung fuer deine Erfahrung mit dem Mic in der Bassdrum: ein sehr ausgepraegter Nahbesprechungseffekt (im Diagramm dargestellt fuer einen Abstand von der Schallquelle von 7,6cm - kommt ungefaehr hin, oder?


    ---------


    So, und jetzt zur Frage mit PZM Mikrophonen. Meines Wissens war Crown der erste Hersteller, der PZMs hergestellt hat (ich glaube, die haben auch das Copyright an dem Namen). Daher hab ich mich mal auf deren Homepage umgesehen, und bin auf folgendes Dokument gestossen:


    Crown Boundary Microphone Applications Guide:
    http://www.crownaudio.com/pdf/mics/127089.pdf


    Wie du ja sicher weisst, gilt die Bezeichnung "Grenzflaechenmikrophon" bzw. PZM laut deren Definition nur fuer Omni-Kapseln, die so montiert sind, dass sie in Richtung der Grenzflaeche zeigen. Das Shure Beta91 ist keine Omni- sondern eine Nierenkapsel, die parallel zur Grenzflaeche ausgerichtet ist. Crown nennt das PCC meint aber, dass die akustischen Eigenschaften weitgehend gleich sind.


    Jetzt zu deiner Frage mit dem Frequenzabfall (eigentlich ja nicht Abfall, sondern die untere Grenzfrequenz der Anhebung um +6dB pro rechtwinkeliger Grenzflaeche fuer Direktschall :roll: :(


    Auf Seite 11 (lt. Seitennummerierung) im Crown Dokument stehen folgende zwei Absaetze rund um die Figur 23:


    As Fig. 23 shows, the low-frequency shelf varies with
    the angle of the sound source around the boundary. At
    90 degrees incidence (sound wave motion parallel to the
    boundary), there is no low-frequency shelf.


    The depth of the shelf also varies with the distance of the
    sound source to the panel. The shelf starts to disappear
    when the source is closer than a panel dimension away.
    If the source is very close to the PZM mounted on a
    panel, there is no low-frequency shelf; the frequency
    response is flat.


    Gemeint ist hier die Absenkung der tiefen Frequenzen in Bezug auf die Mid und Highs. Crown geht noch viel weiter auf die Berechnungen ein, aber grundsaetzlich verstehe ich das so, dass einerseits der Punkt, an dem der Beater das Schlagfell trifft die Schallquelle ist. Das heisst, wenn du die Bassdrum von allen Decken/Polstern/Jacken/usw. befreist, und das Mikrophon auf die untere Flaeche legst, dann hast du zwar eine harte Oberflaeche (den Kessel), die als Grenzflaeche dient, aber gleichzeitig auch einen groesseren Winkel zu der Schallquelle, und daher eine Anhebung der Mid/Highs in Bezug zu den Baessen - das willst du nicht unbedingt.


    Wenn allerdings das ganze Schlagfell als Schallquelle angenommen werden kann, dann waere das Szenario ja optimal, da das genau die 90 Grad mit linearem Frequenzverlauf bedeuten wuerde. Das waere dann die zweite moegliche Erklaerung dafuer, dass du viele Baesse aus dem Beta91 bekommst.


    Was meiner Meinung nach auch noch zu erwaehnen waere ist, dass das Resonanzfell - meiner Auffassung nach - noch einmal eine Grenzflaeche ist =>+6dB Direktschall (+3dB Diffusschall) und mehr Richtwirkung zum Schlagfell hin. Daher hast du um nun insgesamt schon 6dB (2x Grenzflaeche) weniger Einstreuungen von aussen, und kannst daher moeglicherweise den Bassdrumsound differenzierter hoeren und bearbeiten.


    Im Crown Dokument wird noch weiters auf Bauarten von Grenzflaechen und auf deren Einfluss auf Richtwirkung und Frequenzverlauf des Mikrophons eingegangen, leider jedoch nicht fuer Rohrenfoermige Grenzflaechen, wie einen Trommelkessel, da ist fuer uns also entweder raten oder messen angesagt.


    Ich hoffe, ich habe das Crown Dokument richtig verstanden und bin gespannt, was andere noch beizusteuern haben. Persoenlich hab ich ja mit Beta98 Kombis noch nicht viel Glueck gehabt. Kommt anscheinend immer auf die Bassdrum an.


    In deinem Fall wuerde ich darauf tippen, dass du durch den Nahbesprechungseffekt die Baesse bekommen hast, und nicht durch die Grenzflaeche. Aber schauen wir mal, was die Akustiker meinen.


    lg, Thomas

    "Klappe zu Gehirn! Sonst kriegst du eins mit dem Wattestäbchen."
    H. J. Simpson


    Thomas Albenberger
    Österreich

  • Hallo,


    ich gehöre selbst zu den Leuten, die die Kickdrum mit einer Grenzfläche abnehmen, allerdings nicht mit einem Shure, sondern mit dem Crown PCC 160 (http://www.crownaudio.com/pdf/mics/101062.pdf).
    Ich denke, die gute Baßwiedergabe liegt sowohl daran, daß das "Rohr" mehr wie eine unendliche Grenzfläche wirkt (das selbe Prinzip wie die Kompaktbox als unendliche Schallwand), als auch am Nahbesprechungseffekt, der beim Crown als halbe Superniere sehr deutlich ist.
    In der Tat kann man mit dem Teil auch ziemliche "Pappeimer" noch halbwegs zum klingen bringen, aber optimal ist das natürlich nicht. Wie schon oft diskutiert, ist ein guter Drummer mit einem guten Instrument die beste Lösung :mrgreen:


    Gruß Jörg

  • Es freut mich sehr, dass das thema interesse gefunden hat.


    und ich muss sagen, der hinweis mit der nahbesprechung scheint sehr einleuchtend zu sein. habe gestern abend mir nur den allgemeinen frequenzgang auf der seite angeschaut, und der war im bassbereich fast linear. aus dem dokument, welches ich mir anschauen sollte, kann man auch die effekte sehen, die laut physikalischen eigenschaften von grenzfl. auftauchen sollen. naemlich die daempfung der tiefen frequenzen ab 1000hz. aufgeholt wird diese tatsaechlich durch den nahbesprechnungseffekt. der ist recht erstaunlich.


    mit crown als entwickler liegst natuerlich richtig. das dokument welches du gefunden hast, ist auch extrem aufschlussreich. es bestaetigt die daempfung des bassbereiches in abhaengigkeit mit der groesse der grenzflaeche. koennte mir ebenfalls vorstellen, dass der winkel der schallquelle auf grund der richtcharakteristik des sm91 eine rolle spielt, denke aber nach dem lesen, dass die nahbesprechung einen wesentlich hoeheren einfluss hat.


    ich danke dir recht herzlich fuer die gelieferten denkanstoesse.


    ein experiment wuerde mich neugrierig machen. freigegeben zur diskussion: wie waere das ergebniss, wuerde man eine grenzflaechenkapsel direkt in den kessel der bassdrum bauen? die position auf der kreisbahn waere ja egal, der abstand zum fell sicher nicht. was meint ihr dazu?


    einen schoenen tag

  • Ich habe folgende Überlegung gemacht.
    Wenn wir ein 20" Kick haben, ist der Durchmesser ca. 50 cm.
    Dies entspricht einer Wellenlänge von 684 Hz.
    Wenn wir nun die Dimension von unten links nach oben rechts anschauen, wird die Frequenz noch etwas tiefer.
    Ich denke, dies ist dann die Resonanzfrequenz, die ich auch häufig stark absenken muss.
    Unterhalb dieser Frequenz kommt es doch gar nicht darauf an ob ich ein Grenzflächenmikrofon habe oder nicht.
    Habe ich da nicht mit jedem Mikrofon +6db???



    Gruss Elias

  • Guten Tag


    so sehr ich es befgrüße, dass hier so viel mutmaßend gefachsimpelt wird, möchte ich doch darauf hinweisen, dass viele Beiträge hier an der Realität weit vorbeigehen.


    Es ist richtig, dass der positive Effekt der Grenzfläche sich mit der GRöße zu tiefen Frequenzen hin ausdehnt. Deswegen sind sie am Boden oder an einer Wandfläche gut aufgehoben. Daraus folgt, das hat pes.dan schön gesehen, dass eine Grenzfläche, die frei aufgehängt wird, nicht als solche funktioniert. Nur eben für hohe Frequenzen, weil die eingebaute Grenzfläche so klein ist


    Eine Grenzfläche, die nicht an einer großen schallharten Fläche montiert ist, funktioniert nicht als solche!


    Außerdem: die ganze "akustische Theorie" der Grenzflächen-Mikrofone bezieht sich auf freie Schallfelder (und deren eine Grenzfläche). In der BassDrum liegen ganz andere Bedingungen vor. Da geht es turbulent zu und abhängig vom Vorhandensein und Ausführung des Resonanzfelles gilt dort eher das Druckkammermodell. Bei diesem existiert die Schallwelle als solche nicht mehr (schon gar nicht bei tiefen Frequenzen, dafür müsste die Bassdrum deutlich größere Durchmesser haben) Der Tiefe Ton der BassDrum existiert eher außerhalb der Bassdrum als darinnen!


    Selbst wenn es pes.dan gelingen sollte, eine Grenzfläche von mehr als drei Metern in eine 18" Bass Drum einzubauen, wird sich kaum die erwartete Steigerung einstellen. Weil das Grenzflächenmikrofon in der Bassdrum nicht als solches funktioniert. Es wird dort "zweckentfremdet". Das Bassdrumkissen ist außerdem bestimmt nicht schallhart, dafür liegt es ja da. Es wurde gebaut, um Schall zu schlucken, nicht zu reflektieren. Spätestens wenn das PZM da draufliegt, ist es mit dem Grenzflächeneffekt vorbei.


    Woher kommt die Erfolgsstory des Grenzflächenmikrofones in der BassDrum?


    1. Es ist ein Kondenser! (einfach mal irgend ein Kondenser reinwerfen! AhA! schon sehr ähnlich)
    2. In den ersten KultGrenzflächen für BD waren Kugelkapseln verbaut. Diese funktionieren (nach ähnlich zweifelhafter Theorie) als Druckempfänger und sind damit die einzigen, die mit den Schallverhältnissen in der BD überhaupt was anfangen können. Auch über den Wahrheitsgehalt der Theorie Kugel=Druckempfänger kann man lange philosophieren. Aber ich dachte mir , wenn schon Theorie, dann die richtige.


    Mikrofone werden immer noch nach dem Klangergebniss gebaut und optimiert. Theorien gelten dabei als Anregungen und später auch als Verkaufsargument. Wie in diesem Thread zu sehen, verselbstständigen sich die Theorien irgendwann. Also: bitte selbst ein bisschen forschen, statt die Realität in eine Theorie zwängen zu wollen, die dort (in der BassDrum) gar nicht anwendbar ist.


    Der Gedankengang :"Grenzflächen in BDs funktionieren gut" geht von falschen Vorraussetzungen aus. Es muß heißen:


    Kleine, Kugel-Kondenser funktionieren gut in BDs. Man kann also auch ein MKE2 nehmen. Das ist aber teurer. Überhaupt werden Kugelmikrofone hauptsächlich bei den Klassik-Recordern eingesetzt und sind dementsprechend teuer und im R´n´R sonst für nix zu gebrauchen.


    Deswegen nimmt man ne Grenzfläche. Das ist die billigste Varaiante, wie man einen kleinen KugelKondenser kaufen kann.


    Grüße
    Opi

    abgebrühter Alt-Aktivist im Vorruhestandsjob
    -danke Billbo-

  • Hallo Opi


    In deinem Text hat es leider einige paradoxe Aussagen.


    1. Wir reden hier von Grenzflächenmikrofone SM/Beta 91 und PCC160.
    Keines der aufgeführten Mikrofone ist ein Kugelmikrofon!


    2. Du schreibst, dass der tiefe Ton, der BassDrum, erst ausserhalb der BassDrum existiert. Warum habe ich dann einen solchen Bass mit einem Beta91??
    Wenn ich eine BassDrum unverstärkt höre und dann das Mikrofon ohne EQ höre kann ich beim verstärkten Signal einen grösseren Bassanteil (proportional zu den Mitten) feststellen.
    Nach deiner Theorie ist das nicht möglich.


    Gruss Elias

  • Bin ein wenig ueberrascht, ueber die art dieser antwort.


    es ging mir bei meinen ueberlegungen nicht um pylosophische fachsimpelei. ich bin eben kein theoretiker, sondern eher praktisch veranlagt. leider gottes haengt mir die leidenschaft nach, praktische erfahrungen auch theoretisch erklaeren zu koennen.
    meine aufgabe besteht eben gerade, ein paar studenten die praxis beizubringen. moechte aber auch nicht in die verlegenheit geraten, etwas was ich seit jahren verwende, nicht erklaeren zu koennen. so stolperte ich eben ueber diese unstimmigkeit.


    ich danke dir trotz des etwas aergerlichen tons fuer einige deiner bemerkungen. wie ich am anfang schon schrieb, halte auch ich ein kissen nicht fuer schallhart. Und genau das war ja mein problem. wenn die grenzflaeche als solche nicht mehr funktioniert, warum klingt es trotzdem gut?
    Ich lese bei dir heraus, dass du den postiven erfolg allein in der kapsel siehst, sprich kondensator als druckempfaenger. Kondensatorkapseln sind für ihr linearitaet und sauberes impulsverhalten bekannt bei hoher empfindlichkeit. Eigenschaften, die nicht so entscheident fuer eine bassdrum sind. und von Linearitaet kann man bei dem beta 91 nicht sprechen.
    Fasse ich zusammen: entfaellt tatsaechlich die charakteristik einer grenzflaeche bei der herkoemmlichen anwendung. die nahbesprechung gleicht den verlusst im bassbereich aus. die richtcharakteristik koennte positiven einfluss auf die wiedergaben haben. meine idee mit dem einbau in den kessel, ist wohl unueberlegt. waere trotzdem interessant es mal zu hoeren.


    also nichts fuer ungut. lass dich durch solche diskussionen nicht nerven.


    gruss dan :D

  • tschuldigung
    mein Ton sollte nicht ärgerlich sein, sondern nur deutlich.


    Kondensermembranen sind grundsätzlich leichter als dynamische Wandler und haben es leichter, Frequenzen der Grenzbereiche (extrem tief und extrem hoch) zu wandeln.


    Elias
    Keine dieser Theorien ist von mir. Ich habe mich nur oft sehr praktisch mit ihnen auseinandergesetzt.


    Meine Aussage ist nicht paradox. Die einzelnen Theorien geben nur Teilaspekte der akustischen Vorgänge wieder. Es sind unperfekte Gedankenmodelle.
    Die Übergänge sind fließend. In der Praxis gibt es weder den reinen Druck- noch den reinen Druckgradientenempfänger. Genau das wollte ich mit meinem Posting herausstellen.


    Zitat

    Wenn ich eine BassDrum unverstärkt höre


    Soso, du hältst also den Kopf in deine 20" BassDrum, schraubst das Resonanzfell zu und lässt dann ordentlich zutreten?
    Mach das mal in einer BD ohne Resonanzfell. Du wirst feststellen: Von Bass keine Spur! Der kommt erst in zwei Metern Entfernung (wenn überhaupt)


    pes.dan
    Wenn das Druckkammermodell gilt, gibt es keinen Nahbesprechungseffekt!


    also zusammengefasst: Theorien sind gut und schön. In der Praxis klingt dieses oder jenes Mikrofon so, weil es so gebaut wurde. Je genauer man die theoretischen Modelle in der Praxis überprüft, um so weniger lassen sie sich im Detail halten. Alle Mikrofone nutzen mehrere Effekte gleichzeitig ,um Klangeigenschaften auszugleichen, die dem Entwickler nicht zusagten.


    Ich wollte nur klarstellen, dass eure Ideen nicht nur vielleicht der Realität nicht entsprechen, sondern schon den Theorien widersprechen, über die ihr zu schreiben scheint.


    Viel Spaß beim weiteren simpeln
    Opi

    abgebrühter Alt-Aktivist im Vorruhestandsjob
    -danke Billbo-

  • Zitat von "Ton_Opa"

    Meine Aussage ist nicht paradox. Die einzelnen Theorien geben nur Teilaspekte der akustischen Vorgänge wieder. Es sind unperfekte Gedankenmodelle.


    Ich wollte nur klarstellen, dass eure Ideen nicht nur vielleicht der Realität nicht entsprechen, sondern schon den Theorien widersprechen, über die ihr zu schreiben scheint.


    @Opi
    Wenn ich zwei Meter vor der BassDrum stehe und keinen wirklichen Tief-Bass hören kann, dann muss es in der BassDrum nach deinen Aussagen noch weniger Bass habe.


    Warum kann ich dann auf der PA einen guten tiefen Bass hören wenn das Mikrofon in der Trommel liegt?



    Ich habe nur meine Praktischen Erfahrungen dargelegt. Wenn du keine Kritik ertragen kannst kann ich auch nichts dafür.
    Bitte schreibe nicht nur dass ich falsch liege und du richtig bist, sondern begründe deine Argumente. Und bis dahin glaube ich dir nichts!


    Elias

  • @ elias
    weil es rund ums Mikrofon und rund um Schallquellen ein chaotisches Kleinklima gibt, dem alle diese Theorien nicht gerecht werden.


    Zitat

    dann muss es in der BassDrum nach deinen Aussagen noch weniger Bass habe.


    genau so ist es. und wenn du dein Ohr dahin hältst, wirst du es auch so hören.


    das hier kommt ausm Manual vom 91er:



    den Satz, um den es geht, habe ich rot eingekreist.


    In der BD liegt keine sphärische Schallquelle vor, und von Freifeld kann auch keine Rede sein.


    Deswegen gilt dieser Frequenzschrieb nicht für den Betrieb in der BD. Er ist nur dazu da, um dein Bedürfnis nach Wissenschaft zu befriedigen.


    Aber wenn Wissenschaft, dann bitte richtig.


    Gruß
    Opi

    abgebrühter Alt-Aktivist im Vorruhestandsjob
    -danke Billbo-

  • Zitat von "Elias"

    Ich habe folgende Überlegung gemacht.
    Wenn wir ein 20" Kick haben, ist der Durchmesser ca. 50 cm.
    Dies entspricht einer Wellenlänge von 684 Hz.


    Die Berechnung nützt einem nix, da es weniger vom Felldurchmesser abhängt sondern mehr von der Fellspannung. Dazu noch Kesselkonstruktion (Holz, Lagen, Dicke...), Felltyp (Dicke) etc. Das ist ein kompliziertes Schwingungssystem das sich nicht so leicht vereinfachen lässt.
    Eine Troyan BD in Fassbauweise hat wesentlich mehr Tiefbass als ein "Standard"-7mm-Kessel.
    (OT: In DW Trommeln ist der Resonanztons des Kessels eingestempelt, falls da mal jemand was auprobieren will.)


    Ich hab letztens mit nem Freund ein Gretsch Jazz Set probegespielt, mit 18" Kick. Da hat es sich wieder gezeigt, dass BDs erst ab ca. 4 Meter Abstand gut klingen, bzw. so wie sie sollen.



    Zum Kleinklima: Bei nem Kopfhörer hab ich ja auch Bässe, obwohl der Weg Membran-Ohr nicht mal ansatzweise der Wellenlänge entspricht.



    Dan:


    Zum Thema Grenzflächen steht auch was hier unten:
    http://www.schoeps.de/D-2004/miscellaneous.html
    Kapitel 8 Ende und 9.


    Vielleicht hilfts was.


    MfG 00Schneider

    Lautsprecher verstärken die Stimme, aber nicht die Argumente.