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Mikrofon – Lexikon

Mikrofon Fachbegriffe und LexikonEine grobe Vorstellung davon was ein Mikrofon ist, hat vermutlich jeder. Geht es aber um eine konkrete Anschaffung, wird schnell klar, dass Mikrofon nicht gleich Mikrofon ist. Bei der Suche nach einem geeigneten Modell verzweifelt der Laie schnell über viele Fachbegriffe. Diese klingen glücklicherweise oft komplizierter als sie sind. Um solcherlei Frustration vorzubeugen, haben wir hier einmal die wichtigsten Fachwörter zusammengetragen und kurz erläutert.

Schall

Als Schall verstehen wir die Ausbreitung von Schwingungen in einem Medium. Dabei ist im Zusammenhang mit Mikrofonen hauptsächlich die Ausbreitung in Luft von Interesse. Es sollte aber erwähnt werden, dass es auch Mikrofone gibt, die speziell für den Einsatz in Flüssigkeiten oder an Festkörpern ausgelegt sind. Der Einfachheit halber beschränken wir uns hier um die Ausbreitung in der Luft.

Bringt man ein beliebiges Objekt zum Schwingen, übertragen sich diese Schwingungen auf die umgebende Luft. Hier breiten sie sich wellenförmig in alle Richtungen aus. Durchqueren diese Wellen die Luft die ein Mikrofon umgibt, so wandelt dieses sie in eine, der Wellenform entsprechende, elektrische Wechselspannung um. Eine am Mikrofon vorbeiziehende Schallwelle kann aus der Position des Mikrofons als sich über die Zeit verändernde Luftdruckschwankung verstanden werden. Ist der Luftdruck zu einem gegebenen Zeitpunkt höher als der im Raum vorhandene Durchschnitt, so gibt das Mikrofon eine entsprechende positive Spannung aus. Ist er geringer, so ist die Spannung negativ. In einem absolut stillen Raum, in dem ein konstanter Luftdruck herrscht ist die Ausgangsspannung des Mikrofons gleich Null.

Membran / Bändchen

Um den umgebenden Schall wandeln zu können nutzen nahezu alle Mikrofone eine so genannte Membran. Diese steht in enger Verwandtschaft mit dem Trommelfell in unseren Ohren. Es handelt sich dabei um eine möglichst dünne, über einen Ring gespannte Folie, die wiederum von der umgebenden Luft in Schwingung versetzt wird. Die jeweilige Auslenkung der Membran (nach innen oder außen) wird genutzt um den eigentlichen Strom zu erzeugen.

Eine Alternative zur Membran bietet das Bändchen. Dieses besteht ebenfalls aus einer Folie die aber (anstatt auf einen Ring) zwischen zwei Halterungen gespannt ist. Die Bändchentechnik ist älter und  störungsanfälliger als die Membrantechnik und wurde von dieser zeitweise fast vollständig verdrängt. Da sie aber gewisse (vormals als störend empfundene) Klangcharakteristiken aufweist, sind Bändchenmikros aufgrund des Retro-Trends wieder auf dem Vormarsch.

Kapsel (Druckempfänger / Druckgradientenempfänger)

Der Teil eines Mikrofons in dem die Membran verbaut ist wird als Mikrofon-Kapsel bezeichnet. Diese ähnelt im Prinzip einer Trommel wie wir sie vom Schlagzeug kennen. Nur ist sie natürlich viel kleiner. Hier unterscheidet man zwei Bauweisen: Ist die Kapsel in sich Luftdicht verschlossen, spricht man von einem Druckempfänger. Ist die Kapsel hingegen geöffnet, so dass Luft ein- und aus-dringen kann, spricht man von einem Druckgradientenempfänger. Druckgradientenempfänger sind im Gegensatz zu Druckempfängern gerichtet. Schall der von vorne auf die Membran trifft, hat eine höhere Wirkung als rückwärtiger. Da dies gewöhnlich erwünscht ist, handelt es sich bei den meisten Mikrofonen um Druckgradientenempfänger. Druckempfänger finden eher in der Messtechnik Anwendung oder wenn besonders niedrige Frequenzen eingefangen werden sollen, bei denen Druckgradientenempfänger Probleme kriegen

Wandlerprinzip

Das Wandeln des das Mikrofon umgebenden Schalles in elektrische Schwingungen kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Zwar existieren hier diverse, teils abenteuerliche Methoden, wirklich wichtig sind aber in den meisten Fällen nur zwei: die Dynamische- und die Kondensator-Bautechnik.

Dynamische Mikrofone

Beim dynamischen Mikrofon handelt es sich fast immer um eine so genannte Tauchspulen-Konstruktion. Hier ist die Membran mit einer Spule verbunden. Man kann sich dies in etwa wie eine Kugelschreiberfeder vorstellen, die hochkant auf die Membran geklebt wurde. Allerdings ist die Spule aus weitaus leichterem Material, so dass sie die Schwingung der Membran (inklusive der Spule) so wenig wie möglich behindert. Umgeben ist die Spule von einem Magneten. Schwingt die Membran (und somit auch die Spule), wird eine Wechselspannung induziert, die das letztendliche Nutzsignal darstellt.

Eine abweichende Konstruktion stellt das Bändchen-Mikrofon dar. Hier nimmt das Bändchen selber die Funktion der Spule ein, in dem es freischwingend zwischen zwei Magneten angebracht ist.

Dynamische Mikrofone neigen aufgrund der schwereren, trägeren Membran dazu, bei der Wiedergabe des Schalls nicht so detailliert zu arbeiten, wie es bei den Kondensator-Mikros möglich ist. (Hochwertige dynamische Mikrofone kommen aber mitunter sehr nah an ihre Kondensator-Kollegen heran.) Dafür sind sie sehr viel weniger störanfällig, deutlich robuster, benötigen keine Phantomspeisung und sind nicht zuletzt deutlich günstiger als Kondensatormikrofone. Aufgrund dieser Eigenschaften sind sie besonders im Live-Bereich beliebt. Doch auch im Studio wird finden sie häufig Anwendung.

Kondensator-Mikrofone / Phantomspeisung

Die Funktionsweise von Kondensator-Mikrofonen ist etwas komplizierter. Hier besteht die Membran selber aus einem leitfähigen Material (meist metallbedampfter, sehr dünner Kunststoff). Der Membran gegenüber ist eine ebenfalls leitfähige Platte angebracht. Zusammen bilden die beiden Elemente die Elektroden eines Kondensators. Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, so  speichert dieser eine Ladung. Die Größe dieser Ladung (als elektrische Kapazität bezeichnet) ändert sich, wenn sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden ändert.

Ein Kondensator-Mikrofon benötigt also immer eine solche, als Phantomspeisung bezeichnete Spannung. Diese wird über das gewöhnliche Mikrofonkabel mit übertragen, muss aber am mit dem Mikrofon verbundenen Gerät vorhanden und aktiviert sein. Wird das Mikrofon mit Phantomspeisung versorgt, überträgt es die Schwankungen in der Kapazität als Nutzsignal.

Eine Sonderform stellt das Elektret-Mikrofon dar. Hier wird der Kondensator von einem vorgeladenen Elektret gespeist. Dies erübrigt die Verwendung von Phantomspeisung. Allerdings lässt die Ladung über die Jahre nach, was diesen Mikrofonen eine recht kurze Lebensdauer beschert.

Kondensator-Mikrofone gelten gegenüber ihren dynamischen Verwandten als höherwertig. Sie verfügen meist über eine sehr detailgetreue Wiedergabe des Schalls und finden oft bei der Mikrofonierung besonders komplexer Signale Anwendung. Beispiele wären die Mikrofonierung von Streichern, Gesangsstimmen oder Drum-Overheads. Da sie deutlich empfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen sind finden sie sich vorwiegend in sicheren Studio-Umgebungen. Dort werden sie (wenn verfügbar) aber oft den dynamischen Kollegen vorgezogen.

Bauformen

Für Mikrofone gibt es viele verschiedene Anwendungen. Entsprechend divers sind die möglichen Bauformen mit denen sie daher kommen. Verschaffen wir uns einen Überblick über die wichtigsten.

Handmikrofon

Das Handmikrofon ist wohl die bekannteste Mikrofon-Variante, da es die häufigste Wahl für Gesangsmikrofone auf Bühnen darstellt. Wie der Name schon sagt, lässt es sich bequem in der Hand halten. Meist ist die Kapsel durch einen so genannten Korb geschützt. Der Korb ist gewöhnlich außerdem mit einem Schaumstoffmaterial ausgepolstert, dem so genannten Popschutz. Dieser hilft Störgeräusche zu mildern, die auftreten wenn besonders starke Luftbewegungen das Mikro erreichen, wie zum Beispiel bei harten Sprachlauten wie „p“ „t“ und „k“. Meist sind Handmikrofone mit dem dynamischen Wanderprinzip ausgestattet. Es gibt aber auch solche mit Kondensator-Bauweise.

Bekannte Handmikrofone sind das Shure SM58, das Shure Beta 58 A sowie das Neumann KMS 105.

Kleinmembran-Mikrofon

Mikrofone mit einem Membran-Durchmesser von weniger als einem Zoll werden als Kleinmembran-Mikrofone bezeichnet. Je kleiner die Membran ist, desto präziser kann der tatsächliche Frequenzgang wiedergegeben werden. Die Kehrseite der Medaille ist, dass durch die geringere Größe eine niedrigere Ausgangsspannung erzeugt wird, was zu einem höheren Eigenrauschen führt. Um das Rauschen insgesamt niedriger zu halten müssen möglichst hochwertige Bauteile verwendet werden, was schlussendlich für meist recht gesalzene Preise sorgt.

Im Umkehrschluss kann man von günstigen Kleinmembran-Mikrofonen einen recht hohen Rauschpegel erwarten. Möchte man beispielsweise eine einzelne, zart gespielte Violine mikrofonischen, wird dies vermutlich zum Problem werden. Bei kräftigen Signalen wie zum Beispiel Drum-Overheads, kann aber auch ein günstigeres Kleinmembran-Mikrofon noch sehr gute Ergebnisse liefern.

Häufig genutzte Kleinmembran-Mikrofone sind Røde NT5, AKG C1000s und Neumann KM184.

Großmembran-Mikrofon

Ist der Membrandurchmesser einer Mikrofonkapsel größer als 1 Zoll spricht man von einem Großmembran-Mikrofon. Mit diesen verhält es sich genau umgekehrt zu den Kleinmembran-Mikrofonen. Sie verfügen über ein beachtlich geringes Eigenrauschen, haben aber dafür keinen sehr linearen Frequenzgang. Um dies zu korrigieren verfügen Großmembran-Mikrofone meist über zusätzliche Schaltungen und komplizierte akustische Laufzeitglieder, mit deren Hilfe der Frequenzgang beeinflusst wird. Meist ist es dabei nicht das Ziel einen besonders Linearen Frequenzgang zu erreichen, sondern einen solchen, der für eine bestimmte Anwendung besonders dienlich ist und möglicherweise eine zusätzliche Nachbearbeitung durch Effektgeräte unnötig macht.

Hauptanwendung für Großmembran-Mikrofone ist der Gesang, weshalb sie oft mit einer leichten Anhebung im Bereich der Sprachverständlichkeit bei 3-4 kHz ausgestattet sind. Aufgrund der komplizierten technischen Bauweise, sind Großmembran-Mikrofone meist recht teuer.

Beliebte Großmembran-Mikrofone sind das  Røde NT2-A, AKG C414 und Neumann U87.

Doppelmembran-Mikrofon

Bei Doppelmembran-Mikrofonen ist die Kapsel mit zwei statt nur einer Membran ausgestattet. Durch verschiedene Verschaltungen der Membranen kann hier die Richtwirkung des Mikros durch den Anwender gewählt werden.

Grenzflächen-Mikrofon

Grenzflächen-Mikrofone sind dafür vorgesehen, auf einer großen, harten Fläche wie einem Fußboden oder einer Tischplatte platziert zu werden. Die Membran befindet sich dabei so nah an der Fläche, dass sie die dort entstehenden Reflexionen nicht einfängt. Dies führt zu einem recht sauberen Frequenzgang in Kombination mit einem Nachhall-armen Raumeindruck.

Grenzflächen-Mikrofone findet man oft auf Konferenz-Tischen oder Theaterbühnen. Eine häufige (wenn auch etwas unsachgemäße) Anwendung finden sie außerdem im inneren einer Basedrum (einfach rein werfen), wo sie gute Arbeit bei der Wiedergabe des Anschlaggeräusches leisten.

Richtrohr-Mikrofon

Richtrohr-Mikrofone verfügen über eine besonders starke Richtwirkung. Das bedeutet, dass Schallereignisse die sich genau in der Flucht des langgezogenen Mikros befinden sehr deutlich übertragen werden, während der Rest nahezu untergeht. Richtrohr-Mikrofone sind häufig beim Film zu finden um Dialoge ohne störende Umgebungsgeräusche aufzuzeichnen.

Datenblatt

Interessiert man sich für ein Mikrofon, so ist es dienlich einen Blick in das dazugehörige Datenblatt zu werfen. Datenblätter enthalten alle wichtigen Informationen zum Produkt und sind für so ziemlich jedes Mikrofon durch einfaches Googeln aufzutreiben. Hier werden verschiedene Parameter des Gerätes aufgeführt. Die wichtigsten wollen wir hier noch einmal kurz beleuchten.

 

Frequenzbereich

Als Frequenzbereich bezeichnet man die Frequenzen die das Mikrofon wiedergeben kann. Dabei sollte man im Kopf haben, dass das menschliche Gehör den Bereich zwischen 20 Hz und 20 kHz wahrnehmen kann. Deckt das Mikrofon den gesamten Bereich ab, ist man auf jeden Fall auf der sicheren Seite. Viele Mikros haben aber oft besonders im oberen Frequenzbereich Einschränkungen. Dies ist aber je nach Anwendung kein großes Problem. Beispielsweise hat die menschliche Stimme kaum noch Informationen oberhalb von 12 kHz sowie unterhalb von 80 Hz. Ein mikrofonierter Gitarrenverstärker spuckt sogar bereits oberhalb von 4 kHz kaum noch etwas sinnvolles aus.

Frequenzgang

Der Frequenzgang gibt nicht nur den übertragenen Bereich, sondern auch dessen Intensität bei bestimmten Frequenzen an. Er wird als Diagramm in einem Koordinatensystem dargestellt. Auf der X-Achse befinden sich die Frequenzen, während auf der Y-Achse die jeweilige Lautstärke aufgezeichnet ist.  Bei einem ideal linearen Mikrofon würden wir hier eine horizontale Gerade finden, welche die Y-Achse genau bei 0 dB durchläuft. In der Realität überträgt aber kein Mikrofon alle Frequenzen gleich stark. Diese Abweichungen können hier leicht eingesehen werden. Das Frequenzgangs-Diagramm eignet sich nicht nur um zu überprüfen, ob das Mikrofon für einen bestimmten Zweck geeignet ist, es kann auch gut verwendet werden um verschiedene Mikros miteinander zu vergleichen.

Richtcharakteristik

Die meisten Mikrofone nehmen den Schall nicht gleichmäßig aus allen Richtungen auf, sondern sind gerichtet. In welcher Form diese Richtwirkung ausfällt wird mit der Richtcharakteristik angegeben. Hier gibt es verschiedene Standards, die sich leicht Anhand so genannter Polardiagramme veranschaulichen lassen. Die mit 0° bezeichnete Richtung stellt die Vorderseite des Mikrofons dar. Je weiter die eingezeichnete Linie vom Mittelpunkt weg ist, desto lauter werden Signale aus dieser Richtung aufgenommen. Die folgenden Diagramme stammen von Wikipedia:

KugelAchtKeuleBreite NiereNiereSuperniereHyperniere
 Kugel Acht keule breite Niere Niere superniere hyperniere

 

Features

Oft sind Mikrofone noch mit zusätzlichen Features ausgestattet. Meist handelt es sich dabei um kleine, am Mikrofonkörper angebrachte Schalter, mit denen der Sound beeinflusst werden kann. Die geläufigsten werden wir im Folgenden erläutern.

Low-Cut

Ein Low-Cut-Schalter macht genau das was er sagt. Er schneidet unter einem gewissen Wert alle Frequenzen ab (bzw. filtert diese heraus.) Dies kann sehr nützlich sein, da die wenigsten Schallquellen in diesem Bereich relevante Informationen haben. Stattdessen finden sich hier meist energiereiche Störgeräusche wie Trittschall, oder die Geräusche entfernt vorbeifahrender Autos. Meist wird im Datenblatt angegeben ab welcher Frequenz der Low-Cut greift.

Für den Low-Cut gibt es unverhältnismäßig viele Synonyme, die alle samt mehr oder weniger gebräuchlich sind. Wird irgendwo von einem Rumpelfilter, High-Pass oder Hochpass gesprochen, ist immer das Gleiche wie ein Low-Cut gemeint.

Pad

Bei einem Pad handelt es sich um einen zuschaltbaren Widerstand, der das Ausgangssignal des Mikrofons dämpft. Dies kann sehr praktisch sein, wenn man besonders laute Schallquellen aufnehmen möchte, die sonst die mit dem Mikrofon verbundenen Geräte übersteuern würden. Je nach Mikrofon findet man Pads verschiedener Stärke. Am häufigsten begegnet man dabei solchen, die entweder 10 oder 20dB Abschwächung bieten.


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