Mikrofone

Was ist ein Mikrofon?

Ein Mikrofon ist ein Wandler, der Schallenergie in elektrische Energie umsetzt. Bei Schall handelt es sich um Schwingungen der Luft, die von einer Schallquelle angeregt werden. Der Schallwechseldruck (in der Elektroakustik Schalldruck) wird in Pascal gemessen. Die Mikrofondaten sind bei technischen Daten auf 1 Pa bezogen. Dieser Schalldruck entsteht bei normal lauter Sprechweise bei einem Sprecherabstand von ca. 0,30 m vom Mikrofon. Der Schalldruck von 1 Pa entspricht einem Schallpegel von 94 dB.

 

Mikrofonbauformen

Je nach Bauart und Hauptanwendungsgebiet werden Mikrofone als Handmikrofon, Stativmikrofon, Schwanenhalsmikrofon, Rednermikrofon, Musikermikrofon, Studiomikrofon usw. bezeichnet. Teilweise sind auch sehr spezielle Begriffe im Umlauf z.B. Lavaliermikrofone, Richtmikrofone, Parabolmikrofone, Grenzflächenmikrofone, Ansteckmikrofone, Headsets, Miniaturmikrofone, Kugelmikrofon… Diese Bezeichnungen sind nicht ganz einheitlich und werden von den Anwendern sehr unterschiedlich gehandhabt.

 

Mikrofoneigenschaften

Fast alle Mikrofoneigenschaften wirken sich auch auf andere Eigenschaften aus. So haben beispielsweise gerichtete Mikrofone häufig andere Klangeigenschaften als ungerichtete aus der gleichen Familie. Die Masse eines Mikrofons ist nicht nur entscheidend für die Belastung des Armes eines Sängers, sondern auch wesentlich verantwortlich für die Körperschallunempfindlichkeit des Mikrofons. Die folgende Klassifikation ist also nur der Versuch, wichtige Eigenschaften herauszuarbeiten.


Mechanische Eigenschaften:

  • Masse
    (Ansteckmikrofon – wenige Gramm / Studiomikrofone – bis ca. 1 kg)
  • Form
    (Rotationssymmetrisch – Universalhalterung oder prismatisch – Spezialhalterung erforderlich)
  • Befestigung
    Stativanschluss mit Gewinde 5/8“ und Wechseleinsatz 3/8“ – 1/2“ als Defacto-Standard, teilweise in Sonderausführungen für erhöhten Körperschallschutz;
    • Befestigung über Steckverbinder an einem biegsamen Hals (Mikrofon darf nicht zu schwer und Steckverbinder muss stabil sein, die im Studiobereich üblichen Verlängerungsrohre und Gelenke für Modulsysteme könnte man hier einordnen);
    • „Schwanenhalsmikrofon“, der biegsame Hals ist Bestandteil des Mikrofons, Anwendung bei Pulten oder in Fahrzeugen;
    • Sonderbefestigungen für Kleidung oder Musikinstrumente (Klammern, Halskordeln, Magnetplatten etc.)

 

Leitungsanschluss

Steckverbinder (gebräuchlich ist der XLR-Steckverbinder, der sich selbst verriegelt. Andere Steckverbinder sind entweder aus dem nicht professionellen Bereich oder sind für spezielle Mikrofone notwendig – fernsteuerbare Richtcharakteristik oder Röhrenvorverstärker) Freies Leitungsende (für Mikrofone, die in Geräte eingebaut werden oder die fest an Pulten oder Fahrzeugen installiert werden).

 

Mechanische Robustheit und klimatische Unempfindlichkeit

Hier sind eine ganze Menge von Eigenschaften zusammengefasst, die sehr häufig die Brauchbarkeit eines Mikrofons im konkreten Anwendungsfall bestimmen: in Fahrzeugen kann es durch die ständigen tieffrequenten Schwingungen bei Tauchspulmikrofonen zu Ermüdungserscheinungen an der Klebestelle der Schwingspule an der Membran kommen; in ungeheizten Kirchen kommt es in der kalten Jahreszeit durch die unkontinuierliche Nutzung hin und wieder zu Kondenserscheinungen an reinen Metallmembranen von bestimmten Kondensatormikrofonen, die eine zeitweise Funktionsuntüchtigkeit bewirken können.

 

Elektrische Eigenschaften

Quellimpedanz (Nennwert 150 Ohm bei amerikanischen Produkten oder 200 Ohm bei europäischen, evtl. noch 600 Ohm bei asiatischen, alles andere nicht mehr Stand der Technik). Erdsymmetrie und Erdfreiheit (die Quellenschaltung des Mikrofons ist, wenn überhaupt, nur im Mittelpunkt und über einen hohen Widerstand geerdet; über den Schirm des Kabels werden keine Signalströme geführt; nur so und mit den entsprechend niedrigen Quellimpedanzen sind Leitungslängen bis zu 200 m möglich).

 

Versorgungsspannung

Phantomspeisung:
Die am weitesten verbreitete Möglichkeit zur Stromversorgung von Kondensatormikrofonen (aber auch von anderen elektroakustischen Geräten) über die ohnehin notwendige 2-adrige Tonsignalleitung. Im Verstärkereingang wird durch eine besondere Beschaltung eine Gleichspannung von 12, 24 oder 48 V gleichphasig auf die beiden symmetrischen Tonfrequenzadern der Mikrofonleitung eingespeist. Der Schirm der Mikrofonleitung wird mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Im Mikrofon wird diese Gleichspannung durch entsprechende Beschaltung ausgekoppelt und zur Speisung des Impedanzwandlers bzw. zur Erzeugung der Polarisationsspannung verwendet. Wichtig ist eine gute Symmetrie der Leitung und der Schaltung. Häufig anzutreffen sind auch Mikrofone, die mit Phantomspannungen im Bereich von 9 – 52 V arbeiten können.

Batteriespeisung:

Üblich bei Elektret-Kondensatormikrofonen und bei drahtlosen Mikrofonen; Batterie wird direkt in das Mikrofongehäuse oder in einen Speiseadapter eingelegt; Mikrofone mit derartigen Speisungen sollten Kontrollmöglichkeiten des Ladezustandes der Batterie enthalten;

Sonderspeisungen:

Es sind viele andere Arten der Spannungsversorgung von Kondensatormikrofonen bekannt geworden – Tonaderspeisung, eingebautes Netzgerät, Versorgung über separate Kabeladern -; sie sollten nur angewendet werden, wenn die übrigen Mikrofoneigenschaften ein so versorgtes Mikrofon für den vorgesehenen Anwendungsfall prädestinieren;

 

Ausgangsspannung

Als Funktion der Mikrofonempfindlichkeit (Leerlauf-Übertragungsfaktor in mV/Pa) und des zu verarbeitenden Schallpegels, je nach Einsatz und Programmmaterial, stehen die zu verarbeitenden Effektivwerte der Ausgangsspannungen in einem Verhältnis von 1 : 300 000, so dass die althergebrachten Angaben wie „dyn. Mikrofon ca. 0,5 bis 2 mV“ völlig unbrauchbar sind. Wichtig für den Anlagenplaner sind die Werte Mikrofonempfindlichkeit, maximale Ausgangsspannung des Mikrofons oder maximaler Schalldruckpegel. Daraus lassen sich Rückschlüsse für den Einsatz des Mikrofons und die notwendigen Eigenschaften der nachfolgenden Verstärkerstufen ziehen. Wichtige Anhaltswerte für die Leerlauf-Übertragungsfaktoren sind:

  • Tauchspulmikrofone 1 … 3 mV/Pa
  • Elektretkondensatormikrofone 2 … 8 mV/Pa
  • Kondensatormikrofone in NF-Schaltung 10…20 mV/Pa
  • Kondensatormikrofone in HF-Schaltung bis 40 mV/Pa

 

Unterdrückung von Einflüssen durch elektromagnetische Störfelder

Tauchspulmikrofone wandeln prinzipbedingt auch tieffrequente Magnetwechselfelder in tonfrequente Spannungen um, zur Unterdrückung werden Kompensationsspulen angeordnet; an den hochohmigen Eingangskreisen von Kondensatormikrofonen kann es zur Demodulation von elektrischen Wechselfeldern kommen, eine HF-dichte Abschirmung ist notwendig;

 

Eigenstörungen Mikrofone 

Jede elektrische Schaltung (auch passive) erzeugt Störsignale, z. B. Rauschen. Die am Ausgang eines Mikrofons messbare Ausgangsspannung kann auch als ein akustisches Ereignis interpretiert werden, das an der Mikrofonmembran einen bestimmten Schallpegel hervorruft. Dieser heißt Ersatz-Störschallpegel. Er kann nach verschiedenen Normen gemessen werden. Dabei liefern die unterschiedlichen Messverfahren an ein und demselben Mikrofon Messwerte, die bis zu 10 dB streuen. Die Ersatz-Störschallpegel liegen beim kritischsten Messverfahren (CCIR) im Bereich zwischen 20 und 30 dB bei Studiomikrofonen.

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