Warum klingt Wind auf Telefonen so laut? » Wissenschafts-ABC

Kostengünstige und flexible MEMS-Mikrofone, die in unseren Smartphones verwendet werden, neigen dazu, Windgeräusche im Hintergrund aufzunehmen. Niedrige Windfrequenzen und omnidirektionale Mikrofone sind die Hauptgründe, warum Wind auf Mobiltelefonen so laut klingt. Lassen Sie uns herausfinden, wie!

Hatten Sie jemals ein Problem mit kontinuierlichen Windgeräuschen im Hintergrund, während Sie mit Ihrem Telefon telefonierten? Manchmal ist dieses Windgeräusch viel lauter als die Stimme der Person am anderen Ende des Telefons, sodass es unmöglich ist, es zu hören. Wir müssen diese Person bitten, sich entweder an einen stillen Ort zu begeben oder aufzuhören, sich zu bewegen.

Als vorübergehenden Hack wird diese Person wahrscheinlich nur die Unterseite des Telefons mit ihren Händen bedecken, und wir bemerken einen plötzlichen Abfall der Windgeräusche im Hintergrund.

Wie ist es passiert? Und warum übertönen Hintergrundwindgeräusche die Stimme der anderen Person, obwohl sie so nah am Telefon waren? Lass es uns herausfinden!

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Mikrofone, die in Telefonen verwendet werden

Es gibt drei grundlegende Anforderungen an ein typisches Mobiltelefonmikrofon:

1. Bieten Sie eine gute (nicht unbedingt sehr hohe) Klangqualität
2. Passen in einen kleinen Raum, da Telefone mit der Zeit flacher und schlanker werden
3. Verbrauchen Sie minimale Energie, um zu funktionieren

Ein winziges elektrisches Kondensator- oder MEMS-Mikrofon (Micro Electrical Mechanical System) erledigt hier die Arbeit. Aufgrund ihrer Miniaturgröße, Kosteneffizienz und Fähigkeit, eine gute Kommunikation bereitzustellen, werden MEMS-Mikrofone für Smartphones bevorzugt.

Diese Mikrofone haben Membranen, die eine wichtige Rolle bei der Erfassung der eingehenden Schallfrequenz spielen. Diese werden schließlich in elektrische Signale umgewandelt. Diese Mikrofone können Ton über das gesamte Audiofrequenzband von 20 Hz bis 20 kHz erfassen.

Menschliche Stimmfrequenz vs. Windgeräuschfrequenz

Schallfrequenz (Bildnachweis: ivector/Shutterstock)

Typischerweise hat eine männliche Stimme einen Frequenzbereich von 100 Hz bis 8 kHz. (mit einer Grundfrequenz von 100 Hz bis 900 Hz und ihren Harmonischen von 900 Hz bis 8 kHz).

Ebenso hat eine weibliche Stimme einen Frequenzbereich von 350 Hz bis 17 kHz. (mit einer Grundfrequenz von 350 Hz bis 3 kHz und ihren Harmonischen von 3 kHz bis 17 kHz)

Andererseits liegt die Windgeräuschfrequenz überwiegend zwischen 20 Hz und 250 Hz.

Dies zeigt, dass es im unteren Frequenzbereich eine deutliche Überlappung für menschliche Stimmen und Windgeräusche gibt. Das MEMS-Mikrofon in unseren Telefonen erfasst diese Frequenzen problemlos. Da es eine Überlappung von Frequenzen gibt, ist es nicht einfach, Windgeräusche herauszufiltern und eine klare menschliche Stimme als Ausgabe zu geben.

Omnidirektionale vs. unidirektionale Mikrofone

Können wir mit der Platzierung der Mikrofone in Telefonen herumspielen, sodass wir nur menschliche Stimmen aufnehmen? Dies bezieht sich auf den Unterschied zwischen omnidirektionalen Mikrofonen und unidirektionalen Mikrofonen.

Wie der Name schon sagt, sind omnidirektionale Mikrofone in der Lage, Schall aus allen Richtungen gleichmäßig aufzunehmen. Der Vorteil dabei ist, dass wir beim Telefonieren einen gewissen Abstand zu unserem Stimmpunkt halten können und dennoch den Ton klar übertragen. Der Nachteil in diesem Fall ist jedoch, dass das Mikrofon unerwünschte Hintergrundgeräusche aus allen Richtungen aufnehmen kann, einschließlich Windgeräusche.

Andererseits nehmen unidirektionale Mikrofone Schall nur aus einer Richtung auf. Daher können wir unerwünschte Hintergrundgeräusche vermeiden und uns nur auf den erforderlichen Ton konzentrieren. Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass der Sprecher darauf achten muss, dass das Mikrofon in einer ganz bestimmten Richtung von der Stimmlage gehalten wird, sonst wird der Ton nicht richtig aufgenommen.

Sprechen im Freisprechmodus (Foto: Antonio Guillem/Shutterstock)

Stellen Sie sich den Fall vor, in dem eine Person, die über ein Mobiltelefon spricht, es im Freisprechmodus verwendet. Es wird erwartet, dass das Mikrofon Schall aus einer bestimmten Entfernung und einer bestimmten Richtung aufnimmt, die möglicherweise nicht festgelegt ist.

Hier spielen omnidirektionale Mikrofone eine Schlüsselrolle, um insbesondere im Freisprechmodus aus allen Richtungen einen optimalen Tonempfang zu ermöglichen.

Dies wird erreicht, ohne den Sprecher zu zwingen, das Telefon in eine bestimmte Richtung zu halten. Darüber hinaus sind omnidirektionale Mikrofone aufgrund der Kosteneffizienz und der Flexibilität, in winzige Räume zu passen, unidirektionalen Mikrofonen vorzuziehen.

Daher erhöht die Verwendung von omnidirektionalen Mikrofonen in Mobiltelefonen die Wahrscheinlichkeit, unerwünschte Windgeräusche aufzunehmen.

Warum klingt Wind auf Telefonen so laut?

Nachdem Sie nun verstanden haben, warum wir Windgeräusche nicht vollständig stoppen können, indem wir entweder niederfrequente Geräusche blockieren oder unidirektionale Mikrofone verwenden, versuchen wir zu verstehen, warum Windgeräusche auf Telefonen so laut sind.

Dafür sprechen im Wesentlichen zwei Gründe.

Bei schnell wehenden Winden addiert sich der Winddruck beim Auftreffen auf die Membran im Mikrofon zum Schalldruck. Dies führt zu einem höheren als dem erforderlichen Druck auf die Membran, der ihn schließlich in ein Signal mit höherer Amplitude umwandelt, wodurch das Windgeräusch auf der anderen Seite des Telefons lauter ist als in der Umgebung.

Zweitens neigen bestimmte Mikrofone dazu, Niederfrequenzschall aufzunehmen und das Signal zu verstärken, um es klarer zu machen. Da die Windfrequenz niedrig ist, neigt das Mikrofon dazu, sie aufzunehmen und entsprechend zu verstärken. Dies führt auch zu lauteren Windgeräuschen im Empfänger.

Wie lassen sich Windgeräusche beim Telefonieren reduzieren?

Mit fortschreitender Technologie werden mehr Optionen zur Überwindung von Windgeräuschen verfügbar. Beispielsweise gibt es mittlerweile Mikrofone mit guten Noise-Cancelling-Eigenschaften.

Außerdem verwenden einige Mobiltelefone mehrere unidirektionale Mikrofone, um unerwünschte Geräusche auszublenden.

Die meisten erschwinglichen Handyhersteller legen jedoch Wert auf andere Funktionen, anstatt ein besseres Mikrofon zu installieren, solange es in der Lage ist, ein akzeptables Kommunikationsniveau zu bieten.

Vorgeschlagene Literatur