Funktionsweise von Mikrofonen
Dynamische Mikrofone | Kondensatormikrofone | Phantomspeisung | Andere MikrofontypenMikrofone gehören ebenso wie Tonabnehmer, Kopfhörer und Lautsprecher zu den Wandlern, d. h. sie wandeln Energie um. Aufgenommene akustische Energie (Schall) wird von Mikrofonen in entsprechende elektrische Energie umgewandelt. Diese wird verstärkt und an einen Lautsprecher oder Kopfhörer weitergeleitet, so dass der vom Mikrofonwandler aufgenommene Ton ohne große Veränderungen vom Wandler des Lautsprechers wiedergegeben wird.
Zwar gibt es viele Möglichkeiten, wie ein Mikrofon Schall in elektrische Energie umwandeln kann, aber wir besprechen die beiden wichtigsten Verfahren: das dynamische und das Kondensatorverfahren. Diese Mikrofontypen sind am häufigsten in Aufnahmestudios, Rundfunk-, Video- und Filmproduktionen, Heimstudios und auf Bühnen mit Live-Beschallung vertreten.
Abbildung 1 - Dynamisches Mikrofonelement
Ein Vergleich von Mikrofontypen mit Lautsprechern verdeutlicht möglicherweise ihre Funktionsweise. Dynamische Mikrofone ähneln konventionellen Lautsprechern in vielerlei Hinsicht. Beide verfügen über eine Membran mit einer Schwingspule (einer langen Drahtspule), die in der Nähe des Gipfelpunkts angebracht ist. Beide arbeiten mit einem Magnetfeld, in dem eine Spule schwingt. Der Unterschied liegt in der Verwendung der Komponenten.
Bei einem Lautsprecher fließt der Strom vom Verstärker durch die Spule. Durch die Schwingspule fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem des Lautsprechermagneten zusammenwirkt und die Spule mitsamt der damit verbundenen Membran in Bewegung versetzt, wodurch Schall erzeugt wird.
Ein dynamisches Mikrofon funktioniert umgekehrt zum Prinzip eines Lautsprechers. Die Membran wird durch Änderungen des Schalldrucks in Bewegung versetzt. Dadurch wird die Spule bewegt, wodurch wiederum Strom fließt, weil die Flusslinien des Magneten geschnitten werden. Anstatt also elektrische Energie in die Spule zu leiten (wie bei einem Lautsprecher), wird Energie erzeugt. In vielen Gegensprechanlagen werden kleine Lautsprecher mit leichten Membranen als Lautsprecher und Mikrofon eingesetzt, indem einfach der gleiche Wandler von einem Ende des Verstärkers an das andere geschaltet wird. Ein Lautsprecher eignet sich zwar nicht besonders gut als Mikrofon, ist aber für diesen Zweck ausreichend.
Dynamische Mikrofone sind bekannt für ihre Robustheit und Zuverlässigkeit. Sie benötigen keine Batterie oder externe Stromversorgung. Außerdem weisen sie einen weichen, weiten Frequenzgang auf, der auch für bestimmte Spezialanwendungen angepasst sein kann. Der Ausgangspegel mit seinem ausgezeichneten Fremdspannungsabstand ist hoch genug, um die meisten Mikrofoneingänge direkt zu speisen. Dynamische Mikrofone erfordern kaum oder keine regelmäßige Wartung, und bei pfleglicher Behandlung liefern sie über viele Jahre gute Ergebnisse.
Abbildung 2 - Electret-Kondensatormikrofon
In Kondensator- (oder elektrostatischen) Mikrofonen werden eine leichte Membran und eine fixierte Platte eingesetzt, die als Gegenseiten des Kondensators fungieren. Auf diesen dünnen Polymer-Film wirkender Schalldruck regt diesen zur Bewegung an. Durch diese Bewegung ändert sich die Kapazität des Schaltkreises, wodurch ein sich veränderndes elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Ein Kondensatormikrofon funktioniert in vielerlei Hinsicht wie ein elektrostatischer Hochtonlautsprecher, allerdings bei sehr viel geringerer Größe und mit umgekehrtem Prinzip.
Kondensatormikrofone sind vor allem wegen ihres sehr gleichförmigen Frequenzgangs und der klaren Wiedergabe von Pegelsprüngen beliebt. Die geringe Masse ihrer Membran sorgt für einen erweiterten Höhenbereich, während gleichzeitig dank ihrer Konstruktion niederfrequente Töne hervorragend aufgenommen werden. Das Ergebnis ist ein natürlicher, sauberer und klarer Klang mit außergewöhnlicher Transparenz und Detailtreue.
Kondensatormikrofone sind gegenwärtig in zwei grundlegenden Ausführungen erhältlich. Bei der ersten liefert eine externe Stromversorgung die Polarisationsspannung für den kapazitiven Schaltkreis. Diese extern polarisierten Mikrofone werden vor allem in professionellen Studios oder anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf allerhöchste Präzision ankommt.
Eine neuere Entwicklung ist das Electret-Kondensatormikrofon (Abb. 2). Bei diesen Modellen wird die Polarisationsspannung während der Fertigung auf der Membran oder der Rückplatte aufgeprägt und verbleibt dort dauerhaft.
Die besten Ausführungen von Electret-Kondensatormikrofonen bieten hochwertigen Klang und werden vielfach im Rundfunk, in Studios und für Beschallungen eingesetzt.
Auch aufgrund ihrer leichten Membran neigen Kondensatormikrofone weniger zu Körperschalleinflüssen und mechanischen Geräuschen als dynamische Mikrofone. Bei allen Electret-Kondensatormodellen von Audio-Technica wird die Polarisationsspannung (oder permanente Polarisierung) auf die Rückplatte und nicht die Membran aufgebracht. Dadurch kann ein leichteres Material für die Membran verwendet werden, was diese Modelle konventionellen Electret-Mikrofonen überlegen macht. Viele Audio-Technica Mikrofonmembranen haben z. B. eine Dicke von nur 2 Mikrometern!
Kondensatorelemente haben gegenüber dynamischen Wandlerelementen den Vorteil von geringerer Größe und geringerem Gewicht, was sie für viele Anwendungen prädestiniert. Aufgrund dieser Eigenschaften sind sie die logische Wahl für Richtrohrmikrofone, Lavalier- und Miniaturmikrofone aller Art.
Alle Versuche, dynamische Mikrofone in kleineren Ausführungen zu fertigen, führen zu stark verringertem Bassfrequenzgang, verschlechterter akustischer Empfindlichkeit und stärkeren mechanischen und Körperschalleinflüssen. Phantomspeisung für Kondensatormikrofone
Obwohl bei Electret-Kondensatormikrofonen für die Erzeugung ihrer Polarisationsspannung kein Netzteil erforderlich ist, benötigt eine FET-Impedanzanpassungsschaltung im Inneren des Mikrofons eine externe Stromversorgung. Dazu kann eine interne Niederspannungs-Batterie oder eine externe "Phantom"-Speisung verwendet werden.
Phantomspeisung ist ein Verfahren, bei dem Gleichspannung durch das gleiche abgeschirmte zweiadrige Kabel an das Mikrofon gesendet wird, das auch das Audiosignal transportiert. Die Phantomspeisung kann vom Mischpult oder einer externen Stromversorgung zur Verfügung gestellt werden, die zwischen Mikrofon und Mixereingang geschaltet wird. Für eine funktionierende Phantomspeisung muss die Leitung zwischen Netzteil und Mikrofon symmetrisch zur Masse sein und darf nicht durch Geräte wie Filter und Übertragern unterbrochen werden, die vielleicht nur das Audiosignal weiterleiten, aber keinen Gleichstrom.. Phantomspeisung erfordert auch eine permanente Erdungs-/Masseverbindung (Pin 1 bei einem XLR-Anschluss) vom Netzteil zum Mikrofon. Das Netzteil liefert positive Gleichspannung an beide signalführenden Leitungen und nutzt die Abschirmung als (Negativ-) Rückleitung. Dynamische Mikrofone mit symmetrischem Ausgang werden von der Phantomspeisung nicht beeinflusst, da zwischen der Abschirmung und beiden Signaladern keine Verbindung und daher kein Stromkreis für den Gleichstrom besteht.
Phantomspeisungsnetzteile sind für viele Ausgangsspannungen zwischen 9 und 48 Volt verfügbar. Sie können für AC-Netzspannung oder interne Batterien ausgelegt sein.
Extern polarisierte oder "diskrete" Kondensatormikrofone verfügen selten über interne Batterien. Stattdessen stellt eine Phantomspeisungsquelle die Polarisationsspannung für das Wandlerelement und die Spannung für den Impedanzwandler zur Verfügung. Dieser Typ wird auch als "reiner Kondensator" bezeichnet. Andere Mikrofontypen
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Schall in elektrische Energie umzuwandeln. In Telefonen und Kommunikationsmikrofonen werden als Wandlerelement Kohlekörner verwendet. Außerdem werden bei einigen Billigmikrofonen Kristall- oder Keramikelemente eingesetzt, die eine für Sprachanwendungen ausreichende Qualität bieten, sich aber nicht für Musik oder hochpräzise Klangwiedergabe eignen.
Ein anderer manchmal in Aufnahmestudios verwendeter Mikrofontyp ist das Bändchenmikrofon. Das ist eine Variante des dynamischen Mikrofons mit einem dünnen Metallbändchen (fungiert als Schwingspule und Membran), das zwischen den Polen eines magnetischen Schaltkreises aufgehängt ist. Obwohl es ausgezeichnete Ergebnisse liefert, muss das Bändchenelement aufgrund seiner Empfindlicheit vor hohem Schalldruck oder Wind geschützt werden. Daher werden Bändchenmikrofone selten für Beschallungsanwendungen bzw. außerhalb von Aufnahmestudios eingesetzt.
Bändchenmikrofone sind häufig für Tonaufnahme von vorn und hinten ausgelegt und werden daher eingesetzt, wenn eine zweiseitige Richtcharakteristik erforderlich ist - die eine weitere Einteilung von Mikrofontypen ist. Nächster Abschnitt (Was bedeutet Richtcharakteristik?)
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