Mikrofontechnik: Wandler, Typen und Richtcharakteristiken

Grundlagen der Mikrofontechnik

Das Mikrofon (MIC)

Das Mikrofon ist ein Element zur Erfassung und Umwandlung von Schallwellen (Druckvariationen) in elektrische Energie. Dies geschieht über ein Diaphragma (Membran) mit spezifischen Eigenschaften, das die nachfolgende Welle über elektronische Mittel beeinflusst.

Der Wandler (Transducer)

Ein Wandler ist ein Gerät, das Energie einer Form aufnimmt und in eine andere Energieform umwandelt. Im Kontext des Mikrofons unterscheidet man folgende Typen:

• Mechanische Wandler
• Elektromechanische Wandler

Klassifikation nach akustisch-mechanischem Typ

Richtcharakteristiken

Die Klassifikation erfolgt basierend auf der akustisch-mechanischen Funktionsweise und der resultierenden Richtcharakteristik:

• Druckmikrofon: Omnidirektional (Kugel)
• Gradientenmikrofon: Bidirektional (Acht)
• Kombinationen von Druck und Gefälle: Unidirektional (Niere), Hyperniere
• Interferenz- oder Richtrohrmikrofon (Cañon/Shotgun)

Klassifikation nach Wandlerprinzip (Mechanik/Elektrik)

• Mikrofon mit variablem Widerstand (Kohlemikrofon)
• Piezomikrofon
• Elektrodynamisches Mikrofon (Tauchspule/Moving-Coil)
• Bändchenmikrofon (Cinta)
• Elektrostatisches Mikrofon (Kondensator, Elektret)

Wichtige Mikrofonparameter

Empfindlichkeit (Sensitivity)

Die Empfindlichkeit ist das Verhältnis zwischen dem Schalldruck auf dem Diaphragma des Mikrofons und der effektiven Wechselspannung (Amplitude), die am Ausgangsanschluss im Leerlauf bei einer Frequenz von 1 kHz erzeugt wird.

Empfindlichkeitspegel

Der Empfindlichkeitspegel ist das in Dezibel (dB) ausgedrückte Verhältnis zwischen der tatsächlichen Empfindlichkeit und einem festgelegten Referenzpegel.

Frequenzgang (Frequenzantwort)

Der Frequenzgang beschreibt die Empfindlichkeit des Mikrofons im hörbaren Frequenzbereich. Er ändert sich in Abhängigkeit von der Frequenz und dem akustischen Einfallswinkel.

Richtwirkung (Directivity)

Die Richtwirkung beschreibt die Variation des Ausgangspegels des Mikrofons in Abhängigkeit von den verschiedenen akustischen Einfallswinkeln.

Detaillierte Richtcharakteristiken

Omnidirektionales Druckmikrofon (Kugel)

Diese Mikrofone haben die gleiche Empfindlichkeit für Schallwellen, unabhängig von deren Einfallswinkel, und nehmen das akustische Signal aus allen Richtungen auf.

Bidirektionales Mikrofon (Acht)

Empfängt Schall von beiden Seiten des Diaphragmas (vorne und hinten), während Geräusche aus anderen Richtungen stark gedämpft werden.

Unidirektionales Mikrofon (Niere)

Fängt Klänge bevorzugt aus den Punkten vor dem Mikrofon ein. Die Intensität der Klänge, die von hinten auf das Diaphragma treffen, ist geringer.

Hyperniere

Die Hyperniere hat einen relativ kleinen hinteren Empfindlichkeitsbereich (Lappen). Ihre Charakteristik liegt auf halbem Weg zwischen der bidirektionalen und der unidirektionalen Charakteristik.

Interferenzmikrofon (Shotgun/Cañon)

Diese Mikrofone sind darauf ausgelegt, einen bestimmten Klang gezielt zu erfassen und alle anderen Umgebungsgeräusche zu eliminieren.

Elektrische Eigenschaften

Interne Impedanz

Die interne Impedanz ist eine ohmsche Eigenschaft eines Elements gegenüber dem Wechselstromfluss. Es existieren zwei Haupttypen: Hochimpedanz und Niederimpedanz.

Dynamikbereich (Dynamic Range)

Der Dynamikbereich beschreibt die Spanne zwischen dem lautesten und dem leisesten elektrischen Signal, das ein Mikrofon ohne nennenswerte Verzerrung (Distortion) liefern kann.

Verzerrung (Distortion)

Verzerrung ist eine Reihe von Signalen, die am Ausgang eines Systems erscheinen, aber nicht am Eingang vorhanden waren.

Linearität

Linearität ist die Eigenschaft eines Mikrofons, eine Ausgangsspannung zu liefern, die proportional zum Schalldruck ist, der auf das Diaphragma ausgeübt wird.

Spezifische Mikrofontypen und Funktionsweise

Mikrofon mit variablem Widerstand (Kohlemikrofon)

Die Funktion basiert auf Druckveränderungen innerhalb und außerhalb des Diaphragmas, die eine Variation des internen Widerstands der Kohlegranulate bewirken.

Piezomikrofon

Die Funktion basiert auf einem piezoelektrischen Element, das eine elektrische Ladung erzeugt, wenn es durch die Schallwelle einer Verformung unterzogen wird.

Elektrodynamisches Druckmikrofon (Moving Coil)

Basiert auf einem Wandler, bei dem ein elektrischer Leiter (eine Spule) innerhalb des Magnetfeldes eines Permanentmagneten liegt. Die Bewegung der Spule wird durch die Kraft der Schallwellen erzeugt (akustisch-mechanische Umwandlung).

Elektrostatisches Mikrofon (Kondensatormikrofon)

Dieses Mikrofon nutzt als Wandler das Prinzip der Kapazitätsdifferenzen zwischen den Platten eines Kondensators, die durch die Schallwelle beeinflusst werden.