Richtcharakteristik

Die Richtcharakteristik beschreibt die Winkelabhängigkeit der Stärke empfangener oder gesendeter Wellen.

Der Begriff ist geläufig in der Funktechnik (Sende- und Empfangsantennen), bei Lichtquellen (LEDs, Leuchten) und in der Akustik (Mikrofone, Lautsprecher) und wird üblicherweise als Polardiagramm dargestellt. Dessen radiale Skalierung ist entweder linear (z.B. in relativen Einheiten) oder auch logarithmisch (z.B. in Dezibel).

Mikrofone

In der Mikrofontechnik beschreibt die Richtcharakteristik als Polardiagramm die Empfindlichkeit eines Mikrofons als Ausgangsspannung 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. Siehe: Polardiagramme von Mikrofon-Richtcharakteristiken als Excel-Darstellung - linear und im dB-Maßstab..

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.

Kugel (engl. Omnidirectional)	Breite Niere (engl. Subcardioid)	Niere (engl. Cardioid)	Hyperniere (engl. Hypercardioid)	Acht (engl. Figure Eight, Bidirectional)	Keule (engl. Directional)

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

Eine große Bedeutung bei der Erzeugung der Richtcharakteristik hat auch die Membranabstimmung, die häufig mit Mikrofonabstimmung bezeichnet wird.

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) - bis auf wenige Ausnahmen - 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")

Antennen

Die Richtcharakteristik von Antennen wird auch als Antennendiagramm oder Richtdiagramm bzeichnet und bestimmt (unabhängig, ob gesendet oder empfangen wird) deren winkelabhängigen Gewinn sowie 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 in einem Richtdiagramm oder Antennendiagramm horizontal und vertikal in Polarkoordinaten dargestellt. Sie gibt den winkelabhängigen Antennengewinn relativ zum maximalen Gewinn an.

Die Richtcharakteristik ist 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, Phased-Array-Antenne).
Große Antennenarrays werden in der Radioastronomie verwendet, um unter Auswertung der Phasenlage der einzelnen Signale mit extrem hoher Winkelauflösung den Himmel oder sogar benachbarte Planetenoberflächen zu untersuchen.

Lichtquellen

Die Richtcharakteristik von Lichtquellen (Leuchtmittel und Leuchten) beschreibt deren winkelabhängige Lichtstärke.
Das ist wichtig zur Charakterisierung von Lichtquellen, zur möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung von Flächen oder dem Vermeiden einer Blendung.
Der Abstrahlwinkel beschreibt bei gerichteten Lichtquellen (z.B. bei Leuchtdioden oder Reflektorlampen, Kaltlichtspiegellampen) den Winkel, der von den seitlichen Punkten mit halber Maximal-Lichtstärke eingeschlossen wird. Er kann bei Leuchten in verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich sein.

Zur Ausleuchtung von Straßen oder bei Hintergrundbeleuchtungen (engl. „backlight“) von Displays werden oft schmetterlingsförmige Abstrahlcharakteristiken (zwei seitlich gerichtete Keulen) verwendet.

Siehe auch

Weblinks