Leg het principe van mp3 codering uit. Op welke akoestische principes is dit gebaseerd? Hoe wordt de bitstroom zoveel kleiner gemaakt?

Transcriptie

1 Iédereen krijgt vragen over het schema van de CD-speler én de cassettedeck Cassettedeck: de verschillende blokken op het schema kunnen aanduiden. Schema s kunnen analyseren en metingen uit het labo kunnen uitleggen. De theorie kennen voor zover je die nodig hebt voor de bespreking van het schema. CD-speler. Theorie kennen + de verschillende blokken op het schema kunnen aanduiden. Het schema kunnen analyseren Leg het principe van mp3 codering uit. Op welke akoestische principes is dit gebaseerd? Hoe wordt de bitstroom zoveel kleiner gemaakt? Maskering: In het dagelijkse leven hebben we bijna altijd te maken met een waaier aan geluiden,afkomstig van verschillende bronnen. We kunnen niet alle aanwezige geluiden horen. Zwakke signalen worden overstemd door sterke signalen. Dit fenomeen noemt men maskering". Het geluid dat het andere overstemt noemt men het maskerende signaal; het geluid dat overstemd wordt noemt men het gemaskeerde signaal. De curven van constante luidheid: Geluid met een bepaalde intensiteit klinkt niet voor alle frequenties even luid. Zo kan men een 1 khz geluid van 0 db SPL nog net horen, terwijl een 20 Hz geluid van 60 db SPL niet hoorbaar is! Besluit: Ons menselijk oor kan niet alle frequenties waarnemen. Dmv de curven van constant geluid kunt je zien welke frequenties goed hoorbaar zijn en welke niet. Degene die niet goed hoorbaar zijn zullen gewoon weggelaten worden. Maskering is dan dat als er 2 frequenties zijn die zeer dicht bij elkaar liggen je enkel de luidste eruit gaat halen en de minder luide gewoon kunt laten vallen, vermits je die toch niet echt waarneemt. Audioversterker: wat betekent de aangeduide impedantie op de achterzijde van de versterker? Bespreek het vermogen van de audioversterker i.f.v. de voedingsspanning en zijn aangesloten impedantie. Dit voor een versterker met symmetrische voeding en voor een versterker met asymmetrische voeding. Principe schema van de eindversterker: bespreek de DC-instelling. Leg uit waarom de versterker op AC-gebied een power-opamp is. Doe dit aan de hand van stromen en spanningen die je aanduidt, samen met een cijfer en =, of. Bereken de totale versterking van de eindtrap. Algemeen: van basisbegrippen zoals overspraak, distortie, signaal/ruisverhouding etc. kunnen uitleggen hoe je die in het labo zou meten Signaal/ruis verhouding:meet eerst signaal bij nominaal niveau, meet dan de ruis, en deel S/N Distortie: Meet het signaal van een sinusgenerator en de uitgang van het te meten object, trek dit van elkaar af en je weet de THD+N (= total harmonic distortion plus noise)

2 Overspraak: Stuur één kanaal vol uit, meet het andere kanaal en deel de twee op elkaar. erg gevoelige apparatuur nodig die nauwkeurig ( breedbandig) meet tot in microvolt-bereik. Bespreek de bouw van de luidspreker; bespreek de drie belangrijkste Thiele-Small parameters (in welke eenheid worden die uitgedrukt?). Wat verandert er als je een luidspreker in een box stopt? * De konus trilt heen en terug, en doet dus de omgevende lucht trillen. Meestal vervaardigd uit hard geperst karton, een kunststof of licht metaal; en via de konusophanging soepel aan de rand van het luidsprekerchassis bevestigd. * Voor de konusophanging worden verschillende materialen, zoals PVC, rubber en doordrenkt weefsel, gebruikt. * Het luidsprekerchassis is vervaardigd uit staal of aluminium. Bij een lagetonenluidspreker (woofer) is het open, en bij een hogetoneluidspreker (tweeter) gesloten. * In het midden van de konus bevindt zich de luidsprekerspoel, die vrij in de magneet kan bewegen en de konus aandrijft. Wanneer een stroom door de spoel vloeit, ontstaat volgens de Bli-regel een kracht die de konus doet uitwijken. Hierdoor komt de lucht in beweging. * De uiteinden van de spoel zijn met de luidsprekerklemmen verbonden. * De stofkap bestaat uit een fijne geweven en doordrenkte stof. Ze verhindert dat er stof tussen de spoel en de magneet komt. * De centreerring laat toe dat de spoel heen en terug kan bewegen in de magneet zonder er kontakt mee te maken. Hij is opgebouwd uit een weefsel dat met kunststof doordrenkt is. * De drukkompensatie zorgt er voor dat de luchtdruk in de box gelijk is aan de atmosferische druk. 3belangrijkste Thiele-Small Parameters zijn: * m (in kg) : gewicht van de bewegende delen (konus, spoel) * Vas (equivalent volume - in liter) : drukt de veerkracht van de konusophanging uit. De lucht in een box met dit luchtvolume geeft eenzelfde veerkracht.

3 *fosc: Oscillatiefrequentie: resonantiefrequentie De oscillatiefrequentie is afhankelijk van de massa en de veerkracht: wanneer je de massa verkleint, dan is deze gemakkelijker in beweging te brengen en verhoogt de resonantiefrequentie. wanneer de veerkracht vergroot veert de massa sneller terug. Ook hier verhoogt de resonantiefrequentie. * Qms : de mechanische Q-faktor Deze drie parameters hebben te maken met de mechanische resonantie. De kastgrootte is zeer belangrijk wat betreft de resonantiefrekwentie van de luidspreker. Bij het naar achteren bewegen van de konus wordt de lucht in de box samengeperst. De lucht heeft dus een verende invloed op de konus. We kunnen besluiten dat het terugveren van de konus door twee zaken bepaald wordt : de verende werking van de konusophanging de verende werking werking van de lucht in de box Rekening houdend met de formule verhoogt de resonantiefrekwentie van de luidspreker dus door de behuizing. Zijn maximaal afgegeven vermogen wordt dus pas vanaf een hogere frekwentie fb bereikt. In welke mate de frekwentie verhoogt, is afhankelijk van het boxvolume Vb : zeer grote box lucht bijna geen extra veerkracht teweegbrengen resonantiefrekwentie bijna gewijzigd boxvolume ongeveer gelijk aan Vas veerkracht ophanging ongeveer verdubbelen. De resonantiefrekwentie wordt iets hoger zeer kleine box veerkracht van de lucht in de box zeer groot, waardoor de resonantiefrekwentie veel hoger wordt. Men toont aan dat : Samen met de veerkracht verandert de Q-faktor. Men spreekt in dit geval van de Qfaktor van de box : De drie meest gebruikte Q-faktoren zijn : Q = 0,577. Kleine Q-faktor, dus groot boxvolume. De box heeft een Besselkarakteristiek. Hij heeft een goed fasegedrag en hierdoor een goed pulsgedrag. Q = 1. Grote Q-faktor dus klein boxvolume. De box heeft een Chebyshevkarakteristiek. Hij heeft een slecht fasegedrag en hierdoor een slecht pulsgedrag.

4 Q = 0,707. De box heeft een Butherworth-karakteristiek. Het boxvolume is niet zeer groot, en het impulsgedrag is behoorlijk goed. (Ook hier zijn de grafieken van het tweede-orde systeem van toepassing) Door dempingsmateriaal in de box aan te brengen verkleint de veerkracht van de lucht in de box (de demping verzet zich tegen het samendrukken van de lucht) waardoor het lijkt alsof de box groter is. Het nadeel van de gesloten box is het lage rendement. Schets van een luidspreker de impedantie i.f.v. de frequentie en leg dit verloop uit; schets het afgegeven vermogen i.f.v. de frequentie. f<fs inductief f>fs capacitief daarna nagenog ohms tot fm dan inductief door luidsprekerspoel We merken op dat er een maximum optreedt bij de resonantiefrekwentie fs. Doordat de konus mechanisch in resonantie is, volstaat een minimale stroom op dezelfde frekwentie om de trilling te onderhouden. Het elektrisch vervangschema van een luidspreker ziet er als volgt uit : * Re (ohm) : gelijkstroomweerstand van de luidsprekerspoel * Le (Henry) : induktie van de luidsprekerspoel De parallelkring resoneert op een frekwentie fs. * Qes : de elektrische Q-faktor Merk op dat men in vele gevalen de mechanische en elektrische Q-faktor kombineert tot een totale Q- faktor : * Qts : de totale Q-faktor.

5 Voor frekwenties kleiner dan fs is het afgegeven akoestisch vermogen klein. Vanaf fs is het ongeveer konstant tot een maximale frekwentie fm. Hierna neemt het akoestisch vermogen af. De reden hiervan is deels mechanisch en deels elektrisch : door de massa van het bewegend deel kan de luidspreker de snelle elektrische trillingen niet volgen door de induktie van de spoel vloeit er minder stroom, en wordt de aandrijfkracht op de konus kleiner. Waarom heb je minimum een woofer en een tweeter nodig om geluid op een deftige manier weer te geven? Leg uit a.d.h.v. luidsprekereigenschappen én verspreiding van geluid (kleine berekening!) Woofers (lagetonenluidsprekers) hebben meestal een groot konusoppervlak. Hierdoor is massa van de bewegende delen niet gering. Rekening houdend met het massaveer systeem kunnen ze ook lage frekwenties weergeven. De konus komt bij hogere frekwenties bijna niet in beweging door de grotere massa. Bij lage frekwenties is de diameter van de konus veel kleiner dan de golflengte, waardoor de uitstraling bolvormig is. Bij hoge frekwenties is de diameter van de konus groter dan de golflengte, waardoor de uitstraling gericht is. Dit is vanzelfsprekend niet de bedoeling. Tweeters (hogetonenluidsprekers) hebben een klein konusoppervlak. Door de geringe massa van de bewegende delen is de resonantiefrekwentie behoorlijk groot. Ze leveren hun maximale rendement slechts af vanaf hogere frekwenties (vb. 500 Hz). Door de geringe massa kunnen ook de zeer hoge frekwenties weergegeven worden. Men kan stellen dat bijna alle frekwenties bolvormig uitgestraald worden. Vanzelfsprekend ook tussensoorten die meer geschikt zijn om middentonen weer te geven. 340= λ * f woofer:32 cm als λ =32 cm 340 = 0,32 * f f~= 1KHz m.a.w in dit geval zorg je ervoor dat de frequentie altijd onder de 1KHz ligt zodat de golflengte altijd groter is dan 32 cm.

6 Hoe groot mag de diameter v.e. tweeter zijn om tot 20KHz uit te stralen? 340 = λ* f 340 = λ * 20Khz λ = 340/20KHz = 1,7cm Wanneer diameter van de bron groter is dan de golflengte dan zal het geluid gericht uitgestraald worden. Grote golflengtes zullen bol worden uitgestraald, terwijl de kleine golflengtes vlakke golven zullen zijn. Merk op dat het meestal de bedoeling is dat het geluid naar alle kanten even goed uitgestraald wordt dit heeft als gevolg dat je voor de hoge tonen een kleine speaker nodig hebt. Bespreek de bouw en werking van dynamische en condensatormicrofoons. Voordelen van de ene t.o.v. de andere? Dynamische microfoons Dynamische microfoons worden zeer veel gebruikt. Dit hebben ze te danken aan verscheidene factoren : * hun behoorlijk goede frequentierespons * hun relatief gunstige prijs (zeer goede exemplaren kosten tussen BEF en BEF) * hun stevigheid (een dynamische microfoon kan tegen een stootje) waardoor ze interessant zijn voor live-gebruik De principiële opbouw is hieronder afgebeeld : Op het membraan is een spoel bevestigd die beweegt in de smalle luchtspleet van een permanente magneet. De afgeleverde spanning is : U = B.l.v met B = inductie van de magneet l = lengte van de spoel v = de snelheid waarmee de spoel beweegt Hieruit volgt dat er bij hoge frequenties (grote luchtsnelheid) theoretisch meer spanning wordt afgegeven dan bij lage frequenties. Frequentiekurves bij dynamische microfoons Uitgaande van het voorgaande verwachten we dat een dynamische microfooncapsule een spanning afgeeft, die groter wordt bij toenemende frequentie. Deze theoretische benadering is slechts gedeeltelijk waar. Het membraan van een dynamische

7 microfoon heeft immers een niet geringe massa, temeer omdat de spoel hiermee verbonden is. Invloed van de massa zelfs zo groot dat uitgangsspanning boven 1 tot 2 khz daalt i.p.v. stijgt. De frequentiekarakteristieken kunnen gewijzigd worden door holten en spleten in het microfoonhuis te voorzien. Waar de amplitude neiging heeft om te zakken, worden speciale akoestische resonantiekringen voorzien om dit te voorkomen. De constructie van microfoons is een wetenschap op zichzelf. Dynamische microfoons met een volledig vlakke karakteristiek gaan dan ook bijna niet voorkomen. Men kan echter ook van de nood een deugd maken. Veel dynamische microfoons "kleuren" door hun frequentiepieken en -dalen de opname, waardoor bepaalde instrumenten zelfs beter klinken! De AKG D112 heeft een piek bij 100 Hz en 3 khz. Bij het opnemen van een basdrum klinkt deze hierdoor diep en transparant. Het zwakker weergeven van de hoge tonen wordt bij deze toepassingen eerder als voordelig ervaren. Het is duidelijk dat een karakteristiek met pieken en dalen niet noodzakelijk wijst op een slechte kwaliteit. Het is wel interessant om te weten voor welke geluiden een microfoon ontworpen is. Hiervoor worden best de specificaties van de fabrikant geraadpleegd. Er bestaat geen enkele dynamische microfoon waarmee elk instrument even goed op te nemen is. Bij opname is het daarom interessant een aantal microfoons te hebben met verschillende karakteristieken. Per klank kies je dan microfoon die dat specifieke geluid het best opneemt. Condensatormicrofoons duurder dan dynamische (moeilijker te construeren),minder stevig en meeste modellen externe voeding nodig. Dat ze toch zeer veel gebruikt worden hebben ze vooral te danken aan hun transparante opname van hoge tonen. Met condensatormicrofoons kunnen zeer natuurgetrouwe opnamen gemaakt worden. Alvorens de bouw van zo'n microfoon te bespreken, gaan we naar de basisformule van de condensator : U = Q/C waarbij

8 C : capaciteit van de condensator Q : lading van de condensator U : spanning over de condensator Principieel kan een condensator bestaan uit twee elektroden die zich op een afstand r van elkaar bevinden. Dan weten we : C = cte/r met C : de capaciteit van de condensator r : afstand tussen de platen Combineren we beide formules, dan bekomen we : U = cte'.q.r We veronderstellen dat de lading over een condensator constant is. Worden de platen van de condensator dichter bij elkaar gebracht dan zakt de spanning die erover staat, en omgekeerd. Uit de formule blijkt dat we grote spanningsvariaties kunnen bekomen als de lading van de condensator groot is. Een condensatormicrofoon is als volgt opgebouwd : Bij een condensatormicrofoon is de ene elektrode het membraan. Het is vervaardigd uit metaal of gemetalliseerd kunststof en heeft een dikte van enkele μm. Het membraan staat op enkele tientallen μm geïsoleerd van de vaste elektrode. Tussen beide elektroden is dus een luchtlaag aanwezig. De vaste elektrode is op verscheidene plaatsen doorboord. Deze doorboringen wijzigen de frequentiekarakteristiek van de microfoon. Er is één kleine opening voorzien die het inwendige van de capsule in verbinding stelt met de atmosferische druk. Op die manier wordt bekomen dat het membraan zich steeds in dezelfde rusttoestand bevindt. Wanneer het membraan trilt verandert de afstand tussen de elektroden en dus ook de spanning over de condensator. Het is duidelijk dat we in bovenstaand geval te maken hebben met een omnidirektionele condensatormicrofoon. Een bidirektionele karakteristiek bekomt men met een microfooncapsule, bestaande uit één vaste elektrode en twee membranen :

9 Door de vaste elektrode deels van in- en deels van doorboringen te voorzien, krijgt ieder membraan een kardiode-karakteristiek. * De microfoon heeft een kardioïdekarakteristiek wanneer slechts één membraan gepolariseerd is. Het andere geeft de trillingen door naar het voorste membraan, waardoor een akoestische vertraging ontstaat. * Een omnidirektionele karakteristiek wordt gevormd door beide membranen met eenzelfde spanning te polariseren : * De karakteristiek van de volledige microfoon wordt bidirektioneel door beide membranen te polariseren en de afgeleverde spanningen van elkaar af te trekken. In de praktijk gebeurt dit door de twee membranen te polariseren met tegengestelde polarisatiespanning, en de bekomen wisselspanningen op te tellen : Aanpassen van de frequentiekarakteristiek Doordat het membraan zeer licht is, gaan ook hogere frequenties het membraan doen trillen. Met openingen en spleten in het microfoonhuis, gaat men ook hier de karakteristiek vlak maken. Verschil met dynamische microfoons is wel dat bepaalde condensatormicrofoons bijna volledig vlak zijn in het hoorbare gebied. Vandaar dat men met vele condensatormicrofoons op een zeer natuurgetrouwe manier geluid kan registreren. Condensatormicrofoons worden veel gebruikt bij opname van akoestische instrumenten zoals zang, bekkens, een orkestopname, maar hebben ook hun sporen reeds verdiend bij opname van elektrische instrumenten. Laat je bij aanschaf niet misleiden door de bandbreedte die de fabrikant opgeeft. Dit zegt immers niets over de vlakheid van de frequentiecurve. Wil je een vlakke microfoon, bekijk dan de frequentiecurven in de documentatie. Voor natuurgetrouwe weergave moet een microfoon perfect vlak zijn tot voorbij de 10 khz. Is er geen documentatie beschikbaar, laat je dan niets wijsmaken...

10 Ook hier worden microfoons gebouwd met gewijzigde karakteristieken, vb. voor opname van zang. Deze microfoons zijn echter eerder geschikt voor live-werk. De condensatormicrofoon elektronisch Een gelijkspanning laadt de condensatorcapsule op via een grote serieweerstand. De uitgangsspanning wordt afgetakt over de condensator. Wanneer de impedantie van R veel groter is dan deze van de condensator, gaat er geen spanning verloren. De grootste impedantie van de condensator komt voor bij de laagst hoorbare frequentie. Uitgaande van een condensator van 20 pf bekomen we 400 MΩ. Wanneer we R gelijk kiezen aan 1 GΩ, zal er weinig verzwakking optreden. De voorversterker in een condensatormicrofoon Door de zeer hoge impedantie van de condensatorcapsule is het uitgesloten om het signaal dat er over staat via een kabel naar de mengtafel te brengen. De capaciteit van de kabel zou immers samen met de ingang van de mengtafel een te grote verzwakking veroorzaken. Daarom zit in de microfoonbehuizing een FET-voorversterker met zeer hoge ingangsweerstand. De versterking wordt ondermeer bepaald door de terugkoppeling Ck/C1. Is de condensator van 15 pf ingeschakeld, dan wordt de versterking 10 db kleiner. Aan de uitgang van de versterker is een transfo die het signaal symmetrisch maakt. Het is meestal die voorversterker die de maximale geluidsdruk van de microfoon bepaalt. Sommige condensatormicrofoons (zoals de AKG 451) kunnen niet gebruikt worden voor de opname van grote geluidsdrukken omdat diens voorversterker hierbij overstuurd wordt. Bij andere types (vb. AKG 414) kan een verzwakking van -10 of -20 db ingeschakeld worden. Elektret-microfoons

11 De voorversterker van een condensatormicrofoon kan gevoed worden met een vrij lage gelijkspanning, maar voor de polarisatie van de capsule heeft men hoe dan ook een hoge gelijkspanning nodig. Bij de constructie van elektret-microfoons gaat men de benodigde lading in het membraan inbakken, waardoor geen voorpola risatie meer nodig is. Hierdoor kunnen sommige elektrets zelfs op twee ingebouwde 1,5 V - batterijtjes werken. De kwaliteit van elektretmicrofoons kan deze van condensatormicrofoons evenaren. Fantoomvoeding Deze voeding is noodzakelijk om het membraan in condensatormicrofoons te polariseren en de voorversterker te voeden. De meeste condensatormicrofoons kunnen gevoed worden met een spanning vanaf ongeveer 15 V. Wanneer een hogere spanning gebruikt wordt, is de lading van de condensator groter. Hierdoor wordt de spanningsvariatie over de condensator groter en verbeteren de ruiseigenschappen van de microfoon. Men heeft de voedingsspanning gestandaardiseerd op 48 V. Ondanks de hoge spanning is de geleverde stroom naar een condensatormicrofoon klein. Een fantoomvoeding ziet er als volgt uit : In de schakeling worden 1 % metaalfilm-weerstanden gebruikt. De stroom vloeit via beide weerstanden naar de condensatormicrofoon. Wanneer een lagere voedingsspanning aangewend wordt, moeten de weerstanden zodanig aangepast worden, dat de kortsluitstroom (2 en 3 aan massa) aan elke klem ongeveer 7 ma is. Wanneer een dynamische microfoon wordt aangesloten, zal over diens uitgangstransfo geen spanningsverschil staan. Hij zal dus niet beschadigd worden indien de fantoomvoeding ingeschakeld is. Deel de microfoons in naar richtingskarakteristiek en bespreek hoe die karakteristiek bekomen wordt (bouw). Hoe wordt daar dankbaar gebruik van gemaakt bij het maken van geluidsopnames? Richtingskarakteristieken van microfoons In elke microfoon is een capsule met membraan ingebouwd. De bouw hiervan bepaalt de

12 richtingskarakteristiek van de microfoon. Omnidirektionele karakteristiek De principiële opbouw van de capsule is als volgt : De microfooncapsule wordt volledig afgesloten door middel van het membraan. Daardoor zal het membraan reageren op verschillen in luchtdruk tussen binnen- en buitenkant. Aangezien geluidsgolven omheen de microfooncapsule gebogen worden, zal ook een zijdelings of achterwaarts invallen geluid een drukverschil veroorzaken. Deze microfoon zal dus luchtdrukverschillen uit alle mogelijke richtingen in gelijke mate omzetten. In de capsule is er een kleine opening aangebracht om de trage luchtdrukverschillen van de atmosfeer te compenseren. Wanneer de atmosferische luchtdruk traag verandert, gaat de druk in de capsule traag mee veranderen. Het membraan blijft in dezelfde rusttoestand. Tweedimensioneel is de richtingskarakteristiek een cirkel, driedimensioneel is hij bolvormig : Bij hoge frequenties wordt de karakteristiek meer richtingsgevoelig. Een eerste reden hiervan is dat frequenties niet om een hindernis gebogen worden als hun golflengte kleiner is dan de microfoon. Een tweede reden heeft te maken met de afmetingen van het membraan. Wanneer geluid met een hoge frequentie schuin invalt op het membraan, dan is de fase op het membraan niet overal gelijk. Hierdoor verkleint de uitwijking van het membraan. Een praktische karakteristiek ziet er daarom lichtjes anders uit :

13 Bidirektionele microfoons Bij een bidirektionele microfooncapsule zijn beide zijden van het membraan blootgesteld aan de geluidsdruk : Daardoor zal het membraan reageren op het drukverschil tussen de voor- en achterzijde van het membraan. Dit drukverschil is het grootst voor geluidsgolven die onder een hoek van 0 of 180 invallen. Voor invalshoeken van 90 of 270, bereikt de geluidsgolf het membraan tezelfdertijd aan voor- en achterzijde. Er ontstaat dus geen drukverschil. Tweedimensioneel is de karakteristiek 8-vormig. Driedimensioneel bekomen we twee aaneensluitende bollen : Een bidirektionele microfoon heeft dus een totaal ongevoelig vlak, nl. het vlak. Dit kan bij geluidsopname zeer nuttig zijn om ongewenst geluid te discrimineren. De afstand rond de capsule tussen de A-zijde en de B-zijde is meestal een paar centimeter. Voor kleine frequenties, en dus grote golflengten, is de fasehoek en het daaruit resulterend drukverschil zeer klein. Bij stijgende frequentie verkleint de golflengte. Hierdoor vergroot het drukverschil. Eenmaal voorbij de maximale waarde, neemt het verschil af.

14 De respons van dergelijke microfoon is theoretisch alles behalve vlak : In de praktijk komt de resonantiepiek voor bij een frequentie tussen de 4 en de 10 khz. Dit komt overeen met een afstand A/B van 10 tot 20 mm. Kardioïde microfoons Beschouwen we onderstaande microfooncapsule : Tussen de voor- en de achterzijde van de microfoon is een akoestische vertraging ingebouwd.

15 Wanneer het geluid invalt onder 0 komt het signaal aan de achterzijde later aan dan het signaal aan de voorzijde, en is er dus een drukverschil. Bij 90 is de akoestische vertraging gehalveerd, waardoor dit drukverschil kleiner wordt. Bij 180 komt het signaal bij voor- en achterzijde tezelfdertijd aan en is er dus geen drukverschil. Uit de richtingskarakteristieken blijkt dat kardioïde microfoons doeltreffend worden gebruikt wanneer men één bepaald geluid wil afzonderen van andere geluiden. Bij hogere frequenties gaan geluidsgolven die schuin op het kleine membraan invallen niet overal dezelfde fase hebben. De respons zwakt af. We merken op dat de bouw van deze microfoon erg gelijklopend is met deze van de bidirektionele microfoon. Ook hier gaat het drukverschil tussen het membraan aan voor- en achterzijde toenemen met de frequentie. Theoretisch gaat ook hier de amplitude veranderen in funktie van de frequentie. Hyper- en superkardioïde microfoons De richtingsgevoeligheid ziet er als volgt uit (links : hyperkardioïde; rechts : superkardioïde) : Deze microfoons zijn nog minder gevoelig voor zijdelings invallend geluid. Geluid dat aan de achterzijde invalt komt wel door. Met deze microfoons kan men een nog grotere scheiding bekomen tussen verschillende geluiden.wanneer deze microfoons op de juiste manier opgesteld zijn, kan akoestische "feedback"vermeden worden. Het proximity-effekt bij kardioïde microfoons Wanneer men een microfoon zeer dicht bij de bron plaatst gebeurt er iets heel speciaals. We weten dat lage frequenties bolvormig uitgestraald worden, en dat hun intensiteit naar een kwart herleid wordt bij verdubbeling van de afstand. Bij geringe afstand tussen bron en microfoon is bij lage frequenties het drukverschil tussen voor- en achterzijde groot. Hierdoor heeft de microfoon een grote uitgangsspanning.

16 Bij grote afstand tussen bron en microfoon kunnen we stellen dat de intensiteit aan de vooren achterzijde van de microfoon even groot is. Bij hogere frequenties zijn de golven gericht, waardoor de geluidsintensiteit aan voor- en achterzijde even groot is, onafhankelijk van de afstand tussen microfoon en bron. We kunnen besluiten dat de lage frequenties benadrukt worden wanneer de afstand tussen bron en microfoon klein is. Dit is het "proximity-effect". Lage tonen worden hierdoor gemakkelijk 10 db sterker weergegeven. Bij veel kardioïde-microfoons is een laag-af filter (-3dB frequentie is typisch rond de 100 Hz) ingebouwd om het nabij-effekt weg te filteren. Interferentie microfoons Bij film- en TV opnamen is de afstand tussen de geluidsbron en de microfoon in de meeste gevallen groot, omdat de microfoons niet in beeld mogen komen. Voor deze speciale toepassingen heeft men zéér gerichte microfoons nodig. Omwille van hun langwerpige vorm worden deze microfoons ook "shot-guns" genoemd. Geluidsgolven die onder een hoek van 0 invallen, komen rechtstreeks op het membraan. Wanneer ze onder een andere hoek invallen, komen ze binnen via de gleuven, en worden ze gedempt. Bovendien zijn de geluidsgolven die in de verschillende openingen invallen in fase verschoven, waardoor ze elkaar deels of zelfs volledig opheffen.

17 We kunnen besluiten dat de microfoon bij hoge frequenties uiterst gericht is. Bij lage frequenties is er weinig demping en faseverschil. De karakteristiek is dan eerder kardioïde. Lavalier-microfoons Deze microfoons om de hals gehangen, of bevestigd op kraag of das. Aangezien het stemgeluid niet naar eigen das of borstkas gericht is, moeten deze microfoons omnidirektioneel zijn. Bovendien is het zo dat de borstkas een resonantie veroorzaakt rond 750 Hz. Dit verklaart waarom men bij de frequentiekarakteristiek de hoge tonen opgekrikt en de frequenties rond 750 Hz afzwakt.

18 Stereo-opnamen met microfoons. Welke drie elementen zorgen er voor dat je de richting (L R) van geluiden kunt lokaliseren? Geef de twee verschillende opnametechnieken mét hun voor- en nadelen. Intensiteitverschillen Onderstaande figuur geeft weer hoeveel de intensiteit tussen beide oren varieert als we naar spraak luisteren en het hoofd draaien : Uit de figuur kunnen we afleiden dat dat het maximaal niveauverschil tussen beide oren voorkomt bij een hoofdverdraaiing van 90 en ongeveer 7,5 db bedraagt. Komt het geluid bij stereobeluistering even sterk uit twee boxen, dan lijkt het vanuit één punt te komen. We nemen een virtuele bron waar. Wanneer men de intensiteit van één luidspreker verlaagt, dan krijgen we de indruk dat het geluid vanuit het midden wegschuift.

19 Klankverkleuring Het verschil in intensiteit tussen beide oren is niet voor elke frequentie even groot : Uit de grafiek blijkt duidelijk dat de klank verkleurt wanneer we het hoofd draaien. Deze verkleuring wordt groter met toenemende hoek en is maximaal 90. Voor lage frequenties is het hoofd klein in verhouding tot de golflengten. Hierdoor horen we met beide oren hetzelfde geluid. Lokaliseren van de bassen wordt dus zeer moeilijk. Voor hoge frequenties zijn de afmetingen van ons hoofd groot t.o.v. de frequenties. Ons hoofd vormt een hinderpaal waar de hoge tonen niet omheen kunnen. Bij hoofdverdraaiing horen we aan één kant minder hoge tonen dan aan de andere kant. Bovendien hebben we ook nog te maken met akoestische resonantieverschijnselen van het menselijk oor, wat ook klankverkleuring teweegbrengt. Luisteren we naar twee boxen, waarbij de ene box meer signaal geeft dan de andere, dan lijkt het signaal van het midden weg te gaan. Het signaal wordt echter niet om ons hoofd gebogen en er ontstaat geen klankverkleuring. Tijdsverschillen Geluid dat van voor ons komt zal op hetzelfde tijdstip aan beide oren toekomen. Draaien we het hoofd, dan komt het signaal aan het ene oor iets later dan aan het andere. De relatie tussen de waarnemingshoek en het tijdsverschil is hieronder afgebeeld :

20 Het tijdsverschil is het grootst voor geluiden die onder 90 komen. Wanneer de afstand tussen beide oren 20 cm is, impliceert dit een tijdsvertraging van 0,6 ms. Het kleinste tijdsverschil dat ons gehoor kan waarnemen is zeer klein : 0,03 ms! Bij stereo beluistering kan men twee boxen eenzelfde vermogen laten weergeven en hierbij het ene signaal vertragen t.o.v. het andere. Vooral het directe signaal blijkt belangrijk voor de plaatsbepaling van de bron : Wanneer het rechter signaal 2 ms later komt dan het linkse, lijkt het alsof het volledige geluid van links komt, m.a.w. men ervaart geen geluid van de rechtse box! Een interessante opmerking hieromtrent is de wet van het eerste golffront. Voor vertragingen tussen 5 en 30 ms mag het niveau van de vertraagde geluidsgolf tot 10 db sterker zijn dan dat van de eerste geluidsgolf. Ondanks dit lijkt het geluid van de directe bron te komen. In onderstaand voorbeeld heeft de luisteraar de indruk dat het geluid vanuit de richting van de spreker komt.

21 OPNAMETECHNIEKEN ER NOG BIJ (2)!!!