Richtcharakteristik

Aus Soundlexikon

Die Richtcharakteristik beschreibt die Winkelabhängigkeit der Stärke empfangener oder gesendeter Wellen.
Der Begriff ist geläufig in der Funktechnik (Sende- und Empfangsantennen) und in der Akustik (Mikrofone, Lautsprecher) und wird üblicherweise als Polardiagramm dargestellt

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Mikrofone

In der Mikrofonie beschreibt die Richtcharakteristik als Polardiagramm das Verhältnis der Empfindlichkeit eines Mikrofons in Abhängigkeit vom Schalleinfallswinkel. Man kann dabei zwischen den Verhältnissen im Direktfeld und im Diffusfeld differenzieren.

Der Richtcharakter hängt ab von der Bauform der Mikrofonkapsel und von äußeren Formelementen (z. B. Richtrohr). Die Stärke der Richtwirkung beschreibt man mit dem Bündelungsgrad bzw. dem Bündelungsfaktor.
Die Richtwirkung ist durch charakteristische Muster gekennzeichnet:

Kugel (Kugelcharakteristik = ungerichtet)
Acht (Achtercharakteristik = Dipol, vorne und hinten gegensätzliche Polarität)
Keule (Keulencharakteristik)

Mischformen sind:

Niere (Mischung aus Kugel und Acht)
Breite Niere (Breite Nierencharakteristik)
Superniere (Supernierencharakteristik)
Hyperniere (Hypernierencharakteristik)

Aufgrund von komplexeren Verhältnissen in der Praxis weicht der reale Richtcharakter, der zudem noch frequenzabhängig ist, fast immer von diesen theoretischen Mustern individuell ab. Hersteller geben die gemessenen Werte daher oft in einem Polardiagramm an.

In der Praxis benutzt man überwiegend Druckgradientenmikrofone, auch wenn es Schnellemikrofone und Interferenzmikrofone gibt.
Richtmikrofone haben von vorne, also aus der 0°-Schalleinfallsrichtung, einen Nahbesprechungseffekt, aber nicht von der 90°-Seite.

Die Richtcharakteristik von Mikrofonen wird in reflexionsarmen Räumen im Direktfeld D gemessen, selbst wenn die Keulen-Mikrofonrichtcharakteristik, wie bei einem Richtrohrmikrofon nur im Raumfeld R oder Diffusfeld angewendet wird. Dabei wird gern die Erkenntnis vergessen: "Im Diffusfeld verliert jedes Richtmikrofon seine bündelnde Richtcharakteristik". Das heißt: Die Wirksamkeit der schallbündelnden Richtcharakteristiken, so wie sie uns die Mikrofonhersteller zeigen, gilt nur innerhalb des Hallradius, außerhalb davon wird die Richtwirkung mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle immer geringer.

Bekannt ist auch die Herstellung der Richtcharakteristik "Breite Niere" als "Straus-Paket" aus der Verwendung von zwei Kleinmikrofonen ganz dicht beieinander. Verwendet wurde von Volker Straus ein KM 83 (Kugel) und ein KM 84 (Niere) der Firma Georg Neumann.

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Lautsprecher

Die Abstrahlcharakteristik von Lautsprechern ist wichtig für die Beschallung von Räumen, Bahnhöfen und Veranstaltungen.
Während Tieftonlautsprecher (geschlossene Boxen und auch sog. Subwoofer mit Bassreflex-Rohr) eine Rundstrahlcharakteristik aufweisen, verhalten sich Mittel- und Hochtöner sehr komplex und unterschiedlich:

Kalottenhochtöner habe eine breite Abstrahlung über einen weiten Frequenzbereich und sind daher gut für Wohnräume geeignet.
Hochtöner mit Trichter haben einen geringen Abstrahlungswinkel und werden - erhöht angebracht - zur Beschallung großer Flächen eingesetzt
Mitteltöner oder Breitbandlautsprecher mit kegeliger Membran weisen stark frequenzabhängige Abstrahlcharakteristiken auf
durch vertikale Stapelung lassen sich horizontal weite und vertikal begrenzte Abstrahlwinkel erreichen ("Fächer")

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Antennen

Die Richtcharakteristik von Antennen bestimmt (unabhängig, ob gesendet oder empfangen wird) deren Gewinn und das VRV (Vor-/Rück-Verhältnis).
Wie oben bei Mikrofonen beschrieben, gibt es Rundstrahl-, Nieren- oder Achtercharakteristiken sowie (bei stark bündelnden Antennen) Keulencharakteristiken mit mehreren oder wenigen sog. "Nebenzipfeln".
Die Richtcharakteristik von Antennen wird horizontal und vertikal in Polarkoordinaten in einem Richtdiagramm dargestellt. Sie ist neben der Gewinnsteigerung auch zur Vermeidung unerwünschter Empfangssignale von Bedeutung (z.B. Vermeidung von "Geisterbildern" beim analogen Fernsehempfang).
Durch vertikale Antennen-Arrays lassen sich horizontal ausgerichtete, fächerförmige Charakteristiken erzeugen, um möglichst große Flächen abzudecken.
Beispiele sind:

Funktelefon-Basisstationen
Rundfunksender (UKW und TV auf Fernsehtürmen und Umsetzern)

Ebenso lassen sich waagerechte Arrays zur Verringerung des waagerechten Abstrahlwinkels einsetzen, z.B. bei Schiffs-Radar-Antennen.
Ein- oder Zweidimensionale Antennenarrays können zur elektronischen Beeinflussung der Richtcharakteristik mit unterschiedlichen Phasenlagen der Signale für die einzelnen Antennen gespeist werden (Radar-Anlagen ohne bewegte Antenne).
Große Antennenarrays werden in der Radioastronomie verwendet, um unter Ausnutzung der Phasenlage der einzelnen Signale mit extrem hoher Winkelauflösung den Himmel oder sogar benachbarte Planetenoberflächen zu untersuchen.

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