Mikrofone

Autor

Beitrag

pelmazo
Hat sich gelöscht

#1 erstellt: 27. Jun 2007, 15:54

Mikrofone sind zwar im Hifi-Bereich weniger wichtig, aber es gibt eine Menge Leute, die entweder selbst Aufnahmen machen wollen (zuhause oder "draußen"), die etwas vertonen wollen, die auf Karaoke stehen, oder die einen Raum einmessen wollen. Dafür lohnt es sich wenn man ein wenig technisches Wissen über Mikrofone hat.

Ich will hier gar nicht erst den Eindruck erwecken, eine halbwegs vollständige Übersicht zu geben, dazu ist das Thema etwas zu umfangreich. Es soll hier um die grundlegenden Dinge gehen, von denen aus jeder selbst nach eventuell nötigen weitergehenden Informationen suchen kann.

Grundsätzliches

Mikrofone wandeln Schall in elektrischen Strom. Schall, das sind Druckwellen, die sich in der Luft fortpflanzen (oder in anderen Stoffen, z.B. Wasser).

Siehe auch

hier.

Für diese Umwandlung kommen mehrere verschiedene technische Prinzipien in Frage. In der Praxis findet man vor allem zwei verschiedene Prinzipien vor:

Dynamische Mikrofone, in denen der Schall dazu benutzt wird, einen elektrischen Leiter in einem Magnetfeld zu bewegen, was über den Induktionseffekt zu einem elektrischen Strom führt. Das umgekehrte Prinzip findet bei den meisten Lautsprechern Verwendung. In manchen Fällen (z.B. bei Gegensprechanlagen) kann man das gleiche Bauteil für beide Zwecke benutzen. Bändchenmikrofone sind eine spezielle Unterart der dynamischen Mikrofone.

Elektrostatische Mikrofone (Kondensatormikrofone), bei denen der Schall eine Platte eines elektrisch geladenen Kondensators bewegt, wodurch sich an ihm die Spannung ändert. Das umgekehrte Prinzip findet bei elektrostatischen Lautsprechern Verwendung, welche aber nur selten zu finden sind. Elektretmikrofone sind eine billige, sehr weit verbreitete Variante dieses Prinzips.

Weitere Prinzipien kommen in Frage und wurden/werden auch verwendet, spielen aber in der Musikelektronik praktisch keine Rolle.

Unabhängig vom internen Funktionsprinzip zu sehen ist die Art des Anschlusses, und - falls nötig - die Art der Stromversorgung (bzw. Speisung) des Mikrofons. Zudem haben Mikrofone verschiedene Richtwirkungen und verschiedene Bauformen und -größen. Weitere Unterschiede ergeben sich bezüglich klanglicher Eigenschaften wie Frequenzgang, Verzerrungen, Empfindlichkeit, maximalem Schalldruck, etc.

Diese Parameter führen zu einer großen Variationsbreite und zu einem dementsprechend breiten Angebot, aus dem man nur sinnvoll auswählen kann, wenn man die Anforderungen klar benennen kann.

Anschlußarten

Hier geht es darum, ob ein Mikrofon zu einem bestimmten Anschluß paßt, den man an einem elektronischen Gerät vorfindet. Das betrifft zum Einen den verwendeten Stecker, zum anderen die Art der elektronischen Signale. Leider ist es so daß es auch bei passendem Steckerformat noch nicht unbedingt funktionieren muß. Umgekehrt ist es manchmal möglich daß bei unterschiedlichem Steckerformat trotzdem ein einfacher Adapter ausreicht. Man kommt also nicht darum herum, sich mit der Materie etwas näher zu befassen.

Grundsätzlich gilt: Mikrofone brauchen einen speziellen Anschluß; es funktioniert nicht, sie einfach an einen beliebigen Hochpegelanschluß zu stecken (der z.B. mit "Line", "Aux", o.ä. beschriftet sein kann). Insofern ist es ähnlich wie beim Plattenspieler, der trotz gleichem Stecker (Cinch) ja auch einen speziellen Eingang braucht ("Phono"), bei dem man sogar noch zwischen MC und MM unterscheiden muß (das ist der Typ des Tonabnehmers). Mikrofone passen aber auch nicht an einen Phono-Anschluß. Sie brauchen ihren eigenen Eingang, der zu ihnen paßt.

Für Mikrofone gibt es heutzutage im Wesentlichen zwei verschiedene Anschlußarten:

Symmetrische Anschlüsse mit XLR-Stecker. Das ist die im professionellen Bereich fast ausschließlich verwendete Art. Dynamische Mikrofone kommen dabei normalerweise ohne Speisung aus, Kondensatormikrofone benötigen oft Phantomspeisung, wenn sie nicht eine andere Energiequelle haben (z.B. Batterie). Die am weitesten verbreitete Art der Phantomspeisung ist 48V über jeweils 6,8kOhm auf beide Signalleiter. Bei Mikrofonanschlüssen in Geräten sollte man sich auch darüber informieren, ob das Gerät Phantomspeisung anbietet. Es gibt Geräte, die das nicht tun, was dazu führt daß daran keine Mikrofone funktionieren, die Phantomspeisung benötigen. Dynamische Mikrofone benötigen keine Speisung, die meisten haben aber kein Problem damit wenn Phantomspannung vorhanden ist - sie wird einfach ignoriert. Man sollte aber zur Sicherheit in der Beschreibung nachsehen ob das für das eigene Mikrofon auch gilt.

Unsymmetrische Anschlüsse mit 3,5mm Mini-Klinkenstecker. Hier finden fast ausschließlich Elektret-Mikrofone Verwendung, das ist eine billige Unterart des Kondensatormikrofons, bei dem der Kondensator auch ohne Energiequelle dauerhaft geladen ist, was durch das Elektret-Material bewerkstelligt wird. Man benötigt dennoch eine Energiequelle für einen kleinen Verstärker im Mikrofon, meist ist das ein einfacher Transistor. Diese Energie kann von einer Batterie im Mikrofon kommen, oder sie kann vom angeschlossenen Gerät kommen, was aber trotz der oberflächlichen Ähnlichkeit anders funktioniert als bei der oben erwähnten Phantomspeisung - es wird über einen Vorwiderstand (ca. 2kOhm) eine Gleichspannung von meist 2-12V gegen Masse angelegt, entweder auf einen separaten Anschluß oder auf das Ausgangssignal des Mikrofons. Das Nutzsignal wird über einen Kondensator ausgekoppelt, der die Speisespannung abtrennt.

Die beiden Anschlußarten sind so unterschiedlich, daß man nicht einfach zwischen ihnen per Adapter "vermitteln" kann. Die Wahl der richtigen Anschlußart ist also ein wichtiges Kriterium bei der Anschaffung eines Mikrofons oder eines Mikrofonverstärkers.

Außer dem XLR-Stecker und der Miniklinke findet man auch immer noch Mikrofone mit anderen Steckern, z.B. die 6,35mm Klinke, oder den DIN-Stecker. Hier ist es ratsam, sich genauer darüber zu informieren, wie die elektronischen Anschlußdaten sind, damit mann ggf. entscheiden kann ob ein Kabeladapter den gewünschten Erfolg bringt. Man wird damit ggf. auch einen "Spezialisten" fragen müssen.

Hat das Mikrofon XLR-Stecker oder Miniklinke, dann funktioniert es in aller Regel an einem Mikrofonverstärker, der den entsprechenden Anschluß hat. Ausnahmen bei XLR sind allenfalls die fehlende Phantomspeisung. Bei der Miniklinke kann ggf. die Art der Speisung falsch sein (eigener Speisungsanschluß, meist auf dem Ring der Klinke, oder aber Speisung auf dem Nutzsignal), aber oft sind die Mikrofonverstärker auf beide Varianten vorbereitet.

Also kurz: Paßt der Stecker, funktioniert's meist, vorausgesetzt es ist tatsächlich ein Anschluß für Mikrofone. Geht's dennoch nicht: Experten fragen, unter Angabe von möglichst vielen Details, die man zu den beteiligten Geräten auftreiben kann.

Richtcharakteristiken

Im einfachsten Fall sind Mikrofone in alle Richtungen gleich empfindlich. Das ist die Kugelcharakteristik. Diese Charakteristik hat ihre Vorteile, besonders in Umgebungen mit wenig Störeinflüssen, z.B. im Studio. Auf der Bühne kriegt man damit aber normalerweise Schwierigkeiten. Daher gibt es auch Mikrofone mit den unterschiedlichsten Richtcharakteristiken, von Nieren, Hypernieren und Achter bis zu stark gerichteten Mikrofonen für Fernaufnahmen.

Die Richtwirkung kommt mit Nebeneffekten daher, die besonders auffallen, wenn man die Mikrofone aus der unmittelbaren Nähe beschallt, wie z.B. Betonung tiefer Frequenzen oder Anfälligkeit für Windgeräusche und Pop-Effekte. Die Auswahl der richtigen Charakteristik für eine bestimmte Anwendung ist daher nicht so einfach wie es auf den ersten Blick scheinen mag. Es läuft oft auf einen Kompromiß hinaus, für den man eine gewisse Menge an Erfahrung braucht. Es führt hier zu weit, dieses weite Feld zu diskutieren. Wer sich dafür interessiert sollte sich an die Fachliteratur halten.

Im Zusammenhang mit Richtcharakteristiken steht auch die Frage, wie man eine Stereo-Aufnahme macht, oder eine Surround-Aufnahme. Das ist ein überraschend komplexes Themenfeld, für das es eine Reihe verschiedener Ansätze gibt, die jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile gibt. Auch hier muß ich leider auf die Literatur verweisen. (Die Ausbildung zum Tonmeister ist nicht umsonst ziemlich umfangreich).

Daraus erkennt man schon daß es so etwas wie ein Universalmikrofon nicht gibt und nicht geben kann. Dazu sind einfach die Einsatzbedingungen zu unterschiedlich. Fragen wie: "Welches Mikrofon soll ich mir kaufen?" sind daher für sich gesehen ziemlich sinnlos.

Technische Daten

Mikrofone werden nicht bloß nach den technischen Daten gekauft, sondern wie vieles andere auch nach dem persönlichen Geschmack, dem Image des Herstellers, der Optik und Haptik (besonders wenn man damit vor dem Publikum oder der Kamera steht), oder natürlich dem Klang. Mancher Sänger hat ein Lieblingsmikro, das ihm sowohl vom Klang her als auch vom Handling "liegt". Darüber kann man dann kaum streiten, ohne daß es emotional wird.

Dennoch spielen natürlich die technischen Daten eine Rolle bei der Auswahl eines Mikrofons, und sei es bloß um zu beurteilen ob ein Mikrofon zu dem verwendeten Mikrofoneingang am anderen Ende des Kabels paßt, und zur vorgesehenen Einsatzsituation. Hier geht es z.B. um folgende Parameter:

Frequenzgang. Dieser bestimmt die Klangfarbe des Mikrofons, und man kann dadurch in gewissen Grenzen auf die Klangfarbe der Schallquelle eingehen und diese beeinflussen. Der Frequenzgang kann sich - besonders bei Richtmikrofonen - mit der Entfernung von der Schallquelle und/oder mit der Schallrichtung deutlich ändern. Das muß man bei der Aufstellung wissen und berücksichtigen. Ein Sänger, der das Mikro in der Hand hält, sollte auch ein Gefühl dafür entwickeln, wie sich der Klang ändert wenn er näher ran geht oder weiter weg, und wie die Richtung damit zusammenhängt in der er das Mikro besingt. Die "künstlerische" Freiheit, die man dadurch gewinnt, sollte man nicht unterschätzen.

Empfindlichkeit. Diese bestimmt wie sich die Stärke des Schalls in die Stärke des elektrischen Signals umsetzt. Ein unempfindliches Mikrofon braucht mehr Verstärkung. Mehr Verstärkung kann - je nach Qualität des Verstärkers - auch mehr Rauschen bedeuten. Bändchenmikrofone sind in der Regel ziemlich unempfindlich, daher sollte man sicherstellen daß der Mikrofonverstärker genug Verstärkung bei niedrigem Rauschen bietet.

Maximaler Schalldruck. Die Platzierung des Mikrofons in einer Kickdrum oder direkt vor einem Gitarrenverstärker kann ziemlich heftige Schalldrücke erzeugen, und nicht jedes Mikro kann damit umgehen. Hier geht es also darum, die Möglichkeiten des Mikrofons an die tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen.

Quellimpedanz und empfohlene Lastimpedanz. Die Quellimpedanz ist eine Eigenschaft des Mikrofons, während die Lastimpedanz eine Anforderung an den verwendeten Mikrofonverstärker und in gewissem Ausmaß auch eine Anforderung an das verwendete Kabel darstellt. Mikrofone mit XLR-Anschluß haben in aller Regel Quellimpedanzen von ein paar hundert Ohm, oft so um 200 Ohm herum. Sie fordern eine Lastimpedanz von wenigen kOhm, gebräuchlich sind Werte von 1-5 kOhm. Lastkapazitäten dürfen oft bis an die 10nF sein, zu viel Lastkapazität hat Auswirkungen auf den Klang. Wenn die Daten eines Mikros signifikant von den genannten abweichen ist es ratsam, einen Fachmann zu fragen (oder den Hersteller), ob eine Kombination zusammenpaßt.

Empfindlichkeit für Störgeräusche. Die können über den Ständer kommen (Körperschall) oder über die Luft. Viele Mikros haben Maßnahmen dagegen eingebaut, und man muß beurteilen wie diese zur Situation passen, und ob man ggf. weitere Vorkehrungen treffen muß. Dazu kann z.B. gehören ein externer Windschutz, oder eine entsprechende Aufstellung oder Aufhängung.

Empfindlichkeit für Umwelteinflüsse. Das kann z.B. die Feuchtigkeit des Atems sein, oder ruppige Behandlung mit Stößen und Schlägen. Manche Mikrofone bieten hohe Tonqualität, wollen aber wie ein rohes Ei behandelt werden (manche sind auch so teuer daß man sie schon automatisch wie ein rohes Ei behandelt). Andere Modelle sind fast unkaputtbar, bieten aber vielleicht weniger Klangqualität.

Bei speziellen Bauformen kommen weitere Parameter hinzu. So muß z.B. ein Mikrofon, das am Körper befestigt ist, angenehm zu tragen sein, und darf ggf. nicht auffallen oder stören. Bei Funkmikrofonen kommt noch dazu, wieviele Funkkanäle und welche Frequenzen unterstützt werden, damit sich mehrere gleichzeitig verwendete Modelle nicht gegenseitig stören. Aber jemand der sich mit solchen Anwendungen beschäftigt weiß in der Regel was für ihn wichtig ist.

Auf der Bühne

Hier wird es vor allem auf Robustheit und geringe Anfälligkeit für Störungen ankommen. Eine Richtwirkung ist meist unverzichtbar, sonst kommt es allzu leicht zu Rückkoplungen und das damit verbundene charakteristische laute Pfeifen. Eine Richtwirkung alleine reicht allerdings oft nicht, um diese zu vermeiden. Es muß auch der Musiker mitspielen, und das Problem kennen. Wer z.B. ganz cool in gesangsfreien Momenten das Mikro vor seiner Monitorbox herumschlenkert braucht sich über eine Rückkopplung nicht wundern. Außerdem kommt es auch vor daß der Schall der Monitorbox an einer Hutkrempe o.ä. ins Mikrofon reflektiert wird, und so trotz Richtwirkung Rückkopplungen entstehen. Hier kann die "standesgemäße Optik" mit den Erfordernissen der Akustik in Konflikt geraten. Das kann zu Spannungen zwischen Künstler und Tontechniker führen.

Rückkopplungen und Störgeräusche können auch über den Mikrofonständer transportiert werden, wodurch sich z.B. das Getrampel auf der Bühne im Ton bemerkbar macht.

Unempfindlichkeit gegen Rückkopplungen verlangt oft daß der Sänger das Mikrofon sehr nahe besingt (fast reinkriecht), und das löst den Nahbesprechungseffekt aus, der zu Klangverfälschungen führt. Mikrofone kompensieren das durch einen entsprechend umgedrehten Frequenzgang, aber das hat dann zur Folge daß sie aus der Entfernung "falsch" klingen.

Mit diesen Schwierigkeiten umzugehen erfordert eine gewisse Menge an Erfahrung, damit man zwischen den sich widersprechenden Anforderungen einen passablen Mittelweg findet. Live-Beschallung ist ein schwieriges Feld, und optimaler Klang oft nicht zu erreichen. Man kann nicht zurückspulen und den Take nochmal einspielen, wie das im Studio möglich wäre. Falsch ist falsch, draußen gehört, und vorbei. Auch die Künstler sind in der Regel aufgeregter und unverträglicher als im Studio, es sei denn sie sind durch viel Erfahrung abgebrüht. Es braucht daher vom Toningenieur nicht bloß technische Kompetenz, sondern auch eine gewisse Fähigkeit zur Konfliktbewältigung in Streßsituationen. Für die Mikrofonauswahl bedeutet das oft, daß man auf der konservativen Seite bleibt und sich nicht auch noch hier durch Experimentierfreude zusätzliche Probleme schafft. Man nimmt was bewährt ist, dann hat man auch keine Diskussionen.

In der Regel sind die hier verwendeten Mikrofone daher dynamische Mikrofone, die für diesen Einsatz spezialisiert sind. Wenn Kondensatormikros verwendet werden sind es in aller Regel Kleinmembranmikrofone, die robuster sind.

Im (Heim-)Studio

Hier hat man normalerweise "harmlosere" Randbedingungen, angefangen bei der Akustik, bis hin zu angenehmer aufgelegten Leuten, so daß hier die bessere Situation für Experimente und unkonventionelle Ideen ist. Wenn etwas mißlingt ist es auch meist kein Beinbruch, es sei denn man geht damit einem 50-köpfigen Orchester auf die Nerven wenn man die Symphonie nochmal spielen läßt weil man ein Mikrofon falsch aufgestellt hat.

Hier werden daher Mikrofone hoher Klangqualität eingesetzt, die auf der Bühne einfach zu "heikel" wären. Das gilt für einen Großteil der Kondensatormikrofone, besonders die Großmembranmikrofone, oder für die Bändchenmikrofone. Man gibt sie auch nicht dem Sänger in die Hand, sondern stellt oder hängt sie vor ihm auf, ggf. mit Pop-Schutz dazwischen.

Es gibt hier z.T. umschaltbare Richtcharakteristiken, die den Einsatz flexibler machen. Auch geht man meist nicht so nahe an den Sänger oder das Instrument heran, was durch den geringeren Störgeräuschpegel möglich wird, und was auch mehr "Atmosphäre" mit aufnimmt. Das führt zu einem insgesamt natürlicheren Klang. Die akustische Umgebung gewinnt natürlich hierdurch an Bedeutung, so daß man sich auch mit der Raumakustik auseinandersetzen muß.

Am Computer

Soundkarten sind in aller Regel für Elektret-Mikrofone eingerichtet, und bieten eine eher bescheidene Qualität. Zweck ist nicht primär die Aufnahme von Musik, sondern z.B. der Einsatz bei der Telefonie (z.B. Skype) oder bei gesprochenen Nachrichten über email.

Wer vorhat, über den Computer in hoher Qualität aufzunehmen, der braucht dafür geeignete Ausrüstung, also eine spezielle Soundkarte mit einem anständigen Mikrofonverstärker, am besten mit der Möglichkeit der Phantomspeisung. Daran kann man dann "amtliche" Mikrofone betreiben. Solche Ware wird typischerweise nicht beim Computerversandhandel, sondern beim Musikerbedarf angeboten. Die geringere Produktionsstückzahl hat leider einen höheren Preis zur Folge gegenüber Standard-Soundkarten. Aber auch ein gutes Mikrofon hat seinen Preis.

Welches Mikrofon kaufen?

Gegenfragen: Was willst Du damit machen? Bühne oder Studio? Gesang oder Instrumente? Welche? Welches Budget? Welche Musikrichtung? Welche Erfahrung hast Du bisher gesammelt? Welche weiteren Bedingungen oder Vorstellungen hast Du? Wo willst Du's anschließen? Was hast Du sonst noch an Ausrüstung in diesem Zusammenhang?

Informationsquellen

Sengspiel

Kategorie Tontechnik bei Wikipedia

Forum bei ProsoundWeb

PA-Forum

Tontechniker-Forum

richi44
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 29. Jun 2007, 16:33

Danke für den informativen Beitrag!!

Etwas scheint mir noch erwähnenswert: Das Rauschen des Mikrofons oder des nachgeschalteten Mikrofonverstärkers.

Ein dynamisches Mikrofon rauscht von sich aus relativ schwach. Es ist das Rauschen, das jeder Widerstand bei normaler Temperatur zeigt. Das liegt bei etwa -130dBU. Und bei normalem Betrieb, also relativ nah normal laut besprochen liefert dieses Mik eine Spannung von etwa -58dBU.
Das bedeutet, dass man Ereignisse, die 72dB leiser sind als eben die genannte Sprache, nicht übertragen kann.
Das tönt natürlich im Moment technisch und abstrakt. Aber in einem absolut ruhigen Studio herrscht durch die Erschütterungen einer nahen Strasse oder durch einen Luftzug immer ein Umweltgeräusch von rund 20dB Schalldruck. Das Eigengeräusch des dynamischen Mikrofons entspricht aber mindestens 24dB Schalldruck. Es ist somit nicht möglich, unter diesem Schalldruckwert etwas zu übertragen. Und in Spannung angegeben ist dieses Minimum rund 316 Nanovolt.

Bei einem Elektret-Mikrofon ist das Eigenrauschen zwar meist höher, aber das Nutzsignal ist auch um etwa Faktor drei bis fünf höher als beim dynamischen Mik.

Ein Studio-Kondensatormikrofon hingegen kommt auf ein Eigenrauschen, das einem Schalldruck von rund 15dB entspricht. Und das bei einem Nutzpegel, der rund 20 mal höher ist als jener des dynamischen Mikrofons.

Der Nutzpegel ist in diesem Zusammenhang wichtig, weil der nachfolgende Verstärker ebenfalls rauscht. Je höher aber das Nutzsignal ist, desto weniger fällt das Verstärkerrauschen ins Gewicht.
Wenn ich also sage, dass beim dynamischen Mik die Grenze bei rund 24dB Ersatzschalldruck liegt, so bezieht sich das auf eine "Messung" mit einem theoretisch rauschfreien Verstärker. In der Praxis erreicht man einen Wert, der mindetens 2dB schlechter ist. Das ist dann aber absolute Spitzenklasse im Verstärkerbau. Das, was üblicherweise in Tonbandgeräten angeboten wird, ist nochmals um rund 10dB schlechter.

Wenn man also irgendwo ein Angebot liest von einem Mikrofon oder einem Mikrofonverstärker, der so empfindlich sein soll, dass man das Flüstern aus 100m hören könne oder ähnliches, so ist das schlicht Unsinn. Es ist technisch nicht machbar. Dazu müsste man das Mik und den Verstärker in flüssigen Stickstoff einlegen. Und dann geht die ganze Mechanik nicht mehr, da bewegt sich die Membran nicht.

Die besten Mikrofone verarbeitetn einen Schalldruckbereich von maximal etwa 130dB. Sowas lässt sich mit einem normalen Mikverstärker nicht ohne Umschaltung verarbeiten. Da braucht es schon absolute Spitzen-Elektronik, um damit zurecht zu kommen.
Je nach Einsatzzweck ist aber ein so breiter Lautstärkebereich sinnvoll.

kptools
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 21. Jul 2007, 13:03

Diese Nachricht wurde automatisch erstellt!

Das Thema wurde aufgeteilt und einige themenfremde Beiträge wurden verschoben. Das neue Thema lautet: "Raumeinmessung mittels Spectrum-Analyzer"