MikrophoneArbeitsweise und Ausfhrungsbeispiele

Gerhart Bor / Stephan Peus

MikrophoneArbeitsweise und Ausfhrungsbeispiele

Gerhart Bor / Stephan Peus

Arbeitsweise und Ausfhrungsbeispiele

Mikrophone fr Studio- und Heimstudio-Anwendungen

von Dr.-Ing. Gerhart Bor und Dipl.-Ing. Stephan Peus

Mit freundlicher Empfehlung

44. Auflage 1999berarbeitete und erweiterte Fassung eines Beitrages aus dem

Taschenbuch der Unterhaltungs-Elektronik 1973Alle Rechte vorbehalten

Druck: Druck-Centrum Frst GmbH, BerlinPrinted in Germany

Fr die in diesem Buch enthaltenen Angaben wird keine Gewhr hinsicht-lich der Freiheit von gewerblichen Schutzrechten (Patente, Gebrauchsmu-ster, Warenzeichen) bernommen. Auch die in diesem Buch wiedergege-benen Gebrauchsnamen, Handelsnamen und Warenbezeichnungen drfennicht als frei zur allgemeinen Benutzung im Sinne der Warenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebung betrachtet werden. Die Verletzung dieserRechte ist im Rahmen der geltenden Gesetze strafbar und verpflichtet zuSchadenersatz.

5Vorwort zur vierten Auflage

Das Mikrophon stellt in jeder elektroakustischen bertragungskette das er-ste Glied dar. Mngel, die durch schlechte Eigenschaften oder einen ungn-stigen Einsatz der Mikrophone bedingt sind, lassen sich nur selten durch ent-sprechende Manahmen in einem der nachgeschalteten Gerte beheben.Daher ist es zweckmig, sich ber die Eigenschaften und die Qualittsmerk-male der verschiedenen Mikrophonarten einen berblick zu verschaffen.

Diese Arbeit wurde ursprnglich als Beitrag fr ein Taschenbuch der Un-terhaltungselektronik geschrieben. Sie will allen, die sich beruflich oderprivat mit dem Aufnehmen und bertragen von Schall beschftigen odersich dafr interessieren, Grundkenntnisse ber das Mikrophon und seineArbeitsweise vermitteln und ihnen damit helfen, ihre Mikrophone sinnvolleinzusetzen.

Spezielle Kenntnisse auf diesem Gebiet werden nicht vorausgesetzt.

Der Leser erfhrt, welche Mikrophonarten es gibt und durch welche Merk-male die wichtigsten Gattungen gekennzeichnet sind. Nach einigen fr alleMikrophontypen gltigen Gesichtspunkten werden das Kondensator- unddas dynamische Mikrophon etwas ausfhrlicher besprochen.

Die vierte Auflage wurde vor allem bezglich neuerer Mikrophonentwick-lungen und berarbeiteter Normen entsprechend aktualisiert. Insgesamt istaber bewut der Charakter dieses Bor-Bchleins beibehalten worden.Dieses kleine Kompendium hat bereits Generationen von Studenten derTontechnik und viele an der Aufnahmetechnik Interessierte begleitet undwichtige Grundlagen nahe gebracht. Wir hoffen, da es auch knftig beider Beschftigung und Arbeit mit Mikrophonen Hilfe und Anregung seinkann.

Fr wertvolle Hinweise und Ergnzungen dankt der Verfasser M. Schneider.

S. Peus

Dr.-Ing. Gerhart Bor studierte in Mnchen und Aachen Elektrotechnikund war von 1956 bis 1982 bei der Georg Neumann GmbH als Mikro-phonentwickler ttig.

Dipl.-Ing. Stephan Peus studierte an der TU Berlin Elektrotechnik und Aku-stik und ist seit 1971 bei der Georg Neumann GmbH in der Mikrophon-entwicklung ttig, die er seit vielen Jahren leitet.

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7Inhalt

Kapitel Seite

1. Begriffe zum Kennzeichnen der Mikrophoneigenschaften ................... 9

2. Einteilung der Mikrophone .................................................................. 9

3. Grundstzliches ber Mikrophone ..................................................... 11

3.1 Druck-Empfnger .................................................................... 11

3.2 Druckgradienten-Empfnger ................................................... 11

3.2.1 Verhalten der Druckgradienten-Empfngerim ebenen Schallfeld ............................................................... 12

3.2.2 Verhalten der Druckgradienten-Empfngerim Kugelschallfeld .................................................................... 14

3.2.3 Nierencharakteristik ................................................................ 16

3.2.4 Breite Niere, Hyper- und Supernieren-Charakteristik ............ 18

3.3 Einflu der Mikrophon-Abmessungen ..................................... 20

3.3.1 Druckmikrophone .................................................................... 20

3.3.2 Achter- oder Nierencharakteristik ........................................... 21

3.3.3 Freifeld- und Diffusfeld-Frequenzgang ................................... 22

4. Dynamische Mikrophone ................................................................... 26

4.1 Bndchenmikrophone mit Achtercharakteristik ...................... 28

4.2 Bndchenmikrophon als Druckempfnger(Kugelcharakteristik) ............................................................... 29

4.3 Bndchenmikrophone mit Nierencharakteristik ...................... 29

4.4 Tauchspulmikrophone als Druckempfnger ............................ 29

4.5 Tauchspulmikrophone mit Nierencharakteristik ..................... 30

5. Kondensatormikrophone .................................................................... 32

5.1 Kapazitive Druckmikrophone .................................................. 32

5.2 Kapazitive Druckgradienten-Mikrophone ................................ 33

5.3 Kondensatormikrophone mit Nierencharakteristik ................. 33

5.4 Kondensatormikrophone mit symmetrischaufgebauten Kapseln ................................................................ 34

5.5 Die Niederfrequenzschaltung .................................................. 36

8Kapitel Seite

5.5.1 Das Einstellen verschiedener Richtcharakteristiken ................ 37

5.6 Elektret-Mikrophonkapseln ..................................................... 38

5.7 Der Mikrophonverstrker ........................................................ 39

5.7.1 Transformatorlose Mikrophone ............................................... 42

5.8 Die Hochfrequenzschaltung .................................................... 43

5.9 Stromversorgung und Anschlutechnik ................................... 45

5.9.1 Die Tonaderspeisung ............................................................... 45

5.9.2 Die Phantomspeisung .............................................................. 46

6. In der Aufnahmepraxis verwendete Mikrophonarten ........................ 49

6.1 Klein-Mikrophone .................................................................... 49

6.2 Mikrophone mit etwas greren Abmessungen ....................... 49

6.3 Hand- und Solistenmikrophone ............................................... 49

6.4 Geruschkompensierte Mikrophone ........................................ 50

6.5 Feste oder flexible Kapselverlngerungen,Aktive Kapseln ......................................................................... 50

6.6 Mikrophone fr die raumbezgliche Stereophonie .................. 51

6.7 Mikrophone fr die kopfbezgliche Stereophonie ................... 54

6.8 Richtrohr-Mikrophone ............................................................. 56

6.9 Lavalier- und Ansteck-Mikrophone ......................................... 60

6.10 Drahtlose Mikrophone ............................................................. 61

6.11 Grenzflchen-Mikrophone ....................................................... 62

7. Einige Gesichtspunkte zur Beurteilung derbertragungs- und Betriebseigenschaften .......................................... 65

Anhang ................................................................................................. 68

91. Begriffe zum Kennzeichnen der Mikrophoneigenschaften

Begriffe zum Kennzeichnen der Mikrophon-Eigenschaften sind in DINIEC 268-4 festgelegt. Eine Auswahl dieser Begriffe, die man fr das Ver-stehen der Mikrophon-Datenbltter bentigt, wird im Anhang aufgefhrtund kurz erlutert.

2. Einteilung der Mikrophone

Eine Einteilung der Mikrophone kann nach verschiedenen Gesichtspunktenerfolgen:

Passive Wandler*) nehmen eine unmittelbare Umwandlung der akustischenin elektrische Energie (und umgekehrt) vor, ohne da eine elektrischeWirkleistung zugefhrt zu werden braucht. Zu dieser Gruppe gehren diedynamischen, magnetischen und piezoelektrischen Mikrophone sowie dieKondensatormikrophone in Niederfrequenzschaltung.

Aktive Wandler*) verndern eine zugefhrte elektrische Energie im Rhyth-mus der Schallschwingungen. Das Kohlemikrophon und das Kondensator-mikrophon in Hochfrequenzschaltung arbeiten nach diesem Prinzip.

Bei Mikrophonen, die als Elongationswandler arbeiten, ist die abgegebeneWechselspannung der Auslenkung der Membran proportional. Das trifft fralle kapazitiven und piezoelektrischen Mikrophone zu. Auch der ohmscheWiderstand der Kohlemikrophone ndert sich etwa proportional zurMembranauslenkung.

Als Geschwindigkeitswandler werden alle Magnetfeldwandler bezeichnet,deren Arbeitsweise auf dem Induktionsgesetz beruht. Ihre Ausgangsspan-nung ist nicht der Auslenkung, sondern der Geschwindigkeit der Membranproportional.

Nahezu alle Mikrophonarten werden je nach Verwendungszweck hergestellt1. als (vorwiegend) ungerichtete Druckempfnger, 2. als Druckgradien-tenempfnger mit speziellen Richteigenschaften.

*) Diese Definitionen entstammen der IEC-Publikation 50-08, Abschnitt 15. Sie erscheinenweniger sinnentsprechend als die frher bliche Aufteilung in Echte Wandler und Steuer-wandler, lehnen sich aber wohl an entsprechende Bezeichnungen der Studiotechnik an, woz.B. einem aktiven Entzerrer elektrische Leistung zugefhrt werden mu, whrend ein passi-ver Entzerrer ohne Stromquelle auskommt. Bei Megrenwandlern ist die Unterscheidungaktiv/passiv meist genau umgekehrt.

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Alle Mikrophone zeigen ein besonderes Verhalten, wenn ihre Abmessun-gen in die Grenordnung der Wellenlnge des Schalls kommen oder gr-er werden als diese. Im folgenden wird dieser Einflu zunchst vernach-lssigt. Er wird spter in einem besonderen Abschnitt behandelt.

Einen berblick ber die Einteilung und Einordnung der fr die Praxis wich-tigsten Mikrophonarten gibt Tabelle 1. Fr die Studio- und die Heimstu-diotechnik haben vorzugsweise die Kondensator- und die dynamischen Mi-krophone Bedeutung bekommen.

Tabelle 1 Einteilung der Mikrophone

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3. Grundstzliches ber Mikrophone

3.1 Druck-Empfnger

Beim Druckempfnger ist nur die Vorderseite der Membran dem Schall-feld ausgesetzt. Die Membran spricht auf alle an ihrer Oberflche auftre-tenden Schalldruckschwankungen an, gleichgltig, in welcher Richtung sichdie Schallwellen ausbreiten. Druckempfnger besitzen daher keine Richt-wirkung und haben Kugelcharakteristik.

3.2 Druckgradienten-Empfnger

Diese Mikrophone besitzen eine im Lngsschnitt achtfrmige Richtcharak-teristik. Sie sprechen auf den Unterschied der Schalldrcke an, die in je-dem Augenblick an zwei wenig voneinander entfernten Punkten A und Bim Schallfeld wirksam sind.

Fr die in Abb. 1 gewhlte Lage dieser Punkte ergeben unter 0 und unter180 eintreffende Schallwellen den grten Druckunterschied und werdenbevorzugt aufgenommen. Unter 90 einfallender Schall dagegen trifft gleich-zeitig und gleichstark in A und B ein und ruft daher keine Druckdifferenzhervor. Der Feldbertragungsfaktor BF solcher Mikrophone gehorcht demGesetz

BF = BFo cos BFo= Feldbertragungsfaktor bei senkrechtemSchalleinfall auf die Membran

= Winkel zwischen der Senkrechten auf dieMembran und der Schalleinfallsrichtung

Abb. 1 Achtercharakteristik

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Die an den Punkten A und B auftretenden Schalldrcke werden im Mikro-phon entweder elektrisch oder mechanisch miteinander verglichen.

Im ersten Fall schaltet man die Ausgangsspannungen zweier gleicher, engbenachbarter Mikrophone gegeneinander. Im zweiten Fall setzt man Vor-der- und Rckseite der Membran dem Schallfeld aus und erreicht damit,da nur der Unterschied, der in jedem Augenblick zwischen den vorn undden hinten angreifenden Krften besteht, eine Membranbewegung hervor-ruft. Dem Abstand der Punkte A und B entspricht dann der Weg, den un-ter 0 oder 180 einfallender Schall um die Membran und ihre Halterungherum bis zur anderen Membranseite zurcklegen mu.

Da jeder im Schallfeld hervorgerufene Druckunterschied sofort eine ent-sprechende Schallschnelle in der Richtung dieses Druckunterschiedes zurFolge hat, ist die von Druckgradienten-Mikrophonen abgegebene Spannungimmer auch der Schallschnelle proportional. Im Ausland werden dieseMikrophone daher auch als Schnelle-Empfnger (Velocity Microphones)bezeichnet. Vorzugsweise sollte diese Bezeichnung aber Mikrophonen vor-behalten bleiben, deren Membran schallweich ist (d.h. eine kleine akusti-sche Impedanz besitzt) und somit weitgehend die Bewegung der Luftteil-chen mitmacht.

3.2.1 Verhalten im ebenen Schallfeld

Im annhernd ebenen Schallfeld kommt eine Druckdifferenz zwischen denPunkten A und B nur dadurch zustande, da gleichstarker Schall beide Punk-te mit unterschiedlicher Phasenlage erreicht. Da der Abstand zwischen Aund B oft nur wenige Zentimeter betrgt, sind der Phasenwinkel und diedaraus resultierende Druckdifferenz p fr groe Wellenlngen sehr klein( = 1 ... 3 bei 40 Hz). Sie steigen bei konstantgehaltenem Schalldruckmit der Frequenz an, d.h. der Druckgradient stellt im Gegensatz zum Schall-druck eine zu hheren Frequenzen hin zunehmende Antriebskraft dar.

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Abb. 2 soll dies veranschaulichen:

Abb. 2 Zustandekommen von Schalldruckdifferenzen p1 ... p3 zwischen zwei Punkten, dieden Abstand AB voneinander haben, bei drei verschiedenen Frequenzen (in ebenenfortschreitenden Schallwellen)

Fr einen bestimmten Augenblick ist die Amplitudenverteilung dreier Schall-wellen dargestellt, die sich in x-Richtung ausbreiten. Sie sollen die gleicheAmplitude, aber verschiedene Frequenzen f1 ... f3 besitzen. An den Stellenx = A und x = B rufen die drei Wellenzge unterschiedliche Augenblicks-werte des Schalldrucks hervor: In Abb. 2 ergibt sich fr die doppelte Fre-quenz f2 auch etwa der doppelte p-Wert (und damit die doppelte Aus-lenkkraft auf die Membran) gegenber f1. Praktisch kann der Abstand ABnicht so klein gemacht werden, da er fr alle Frequenzen des bertra-gungsbereiches kleiner als die halbe Schallwellenlnge /2 bleibt. Oberhalbeiner ganz bestimmten, fr jeden Mikrophontyp charakteristischen Frequenzf, fr die die Strecke AB = /2 und damit = 180 ist, wird der fr die

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Membranbewegung magebende Schalldruckunterschied p wieder klei-ner (Abb. 2 c und Abb. 3).

Abb. 3 Frequenzgang des Druckgradienten bzw. der Druckdifferenz p zwischen zwei Punk-ten im ebenen Schallfeld. Abstand der Punkte 25 mm (f = bergangsfrequenz)

Mikrophone, die auch oberhalb der Frequenz f befriedigend arbeiten sollen,mssen daher in der Nhe der bergangsfrequenz f, die je nach Mikro-phongre zwischen 4 und 10 kHz liegt, auf ein anderes Prinzip bergehen:Sie mssen bei den hchsten Frequenzen als Druck- bzw. Interferenzemp-fnger arbeiten.

3.2.2 Verhalten im Kugelschallfeld

Bei Annherung an eine punktfrmige Schallquelle nimmt der Schalldruckproportional 1/r zu (r = Abstand). Im Kugelschallfeld herrscht daher anden beiden Abtastpunkten A und B eines Druckgradienten-Mikrophons zu-stzlich zu dem phasenbedingten noch ein entfernungsabhngiger Schall-druckunterschied (Abb. 4), der durch den unterschiedlichen Abstand r1 undr2 beider Punkte von der Schallquelle Q zustande kommt.

Diese entfernungsabhngige Schalldruck-Differenz ist fr alle Frequenzengleichgro und nicht, wie die phasenbedingte, frequenzabhngig.

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Abb. 4 Kugelschallfeld (Q = Schallquelle)

Daher macht sich ihr Einflu am strksten bei den tiefen Frequenzen be-merkbar, wo die aus der Phasenverschiebung resultierende Membrankraftam kleinsten ist (Abb. 3). Praktisch folgt daraus, da Druckgradienten-Mi-krophone bei Nahbesprechung die tieffrequenten Anteile verstrkt bertra-gen. Die Anhebung setzt ein, wenn der Abstand r von der Schallquelle etwagleich der Schallwellenlnge ist (Abb. 5).

Fr kleine Mikrophone folgt sie der Funktion

e8e0

1

cos

2 r

54,14

f r, wobei tan == =

e8 = Ausgangsspannung eines Druckgradienten-Mikrophons mit Achter-charakteristik,

e0 = Ausgangsspannung eines unter 0 gleichempfindlichen ungerichte-ten Mikrophons,

r = Mikrophonabstand von einer punktfrmigen Schallquelle in m,= Wellenlnge in m,

f = Frequenz in Hz.

Beispiel:

Bei einem Mikrophonabstand r = 10 cm und der Frequenz f = 40 Hz be-trgt der Anstieg mit

54,14

40 0,1tan = = 13,5; = 85,77; cos = 0,074

e8e0

1

0,074= 13,57 oder 20 log 13,57 = 22,65 dB =

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Abb. 5 Anstieg des Feld-bertragungsmaes von Druckgradienten-Mikrophonen bei geringemBesprechungsabstand

3.2.3 Nierencharakteristik

Besondere Bedeutung hat eine berlagerung von Kugel- und Achtercharak-teristik bekommen. Sie ergibt entsprechend Abb. 6 eine sogenannte Cardi-

Abb. 6 Nierencharakteristik als berlagerung von Kugel- und Achtercharakteristik

oide fr den Fall, da beide Anteile fr die Null-Grad-Richtung gleichgrosind. Die Darstellung in Polarkoordinaten gehorcht dem Gesetz

BF = BFo (1 + cos ) = Schalleinfallswinkel,BF = Feldbertragungsfaktor,BFo = Feldbertragungsfaktor fr = 0, d.h.

fr Schalleinfall von vorn.

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Ein solches Mikrophon zeichnet sich durch seine einseitige Schallaufnahmeber einen groen ffnungswinkel hin aus. Es gibt drei Ausfhrungsformen:

a) Die Ausgangsspannungen von zwei eng benachbarten Einzelsystemen, daseine mit Kugel-, das andere mit Achtercharakteristik, werden zusammen-geschaltet.

b)Ein Teil der Membran ist nur mit seiner Vorderseite, ein anderer Teil istbeidseitig dem Schallfeld ausgesetzt.

c) Ein Druckgradienten-Empfnger wird so aufgebaut, da der Schall berein akustisches Laufzeitglied zur Rckseite der Membran gelangt. NeuereCardioid-Mikrophone arbeiten vorzugsweise nach diesem Prinzip.

Hierzu werden die Schalldurchlsse der Gegenelektrode als akustisches Tief-pafilter ausgebildet, dessen Gruppenlaufzeit der gewnschten Schall-Lauf-zeit t1 durch die Gegenelektrode entspricht und dessen Grenzfrequenz ftsicherstellt, da die Gegenelektrode fr hohe Frequenzen gesperrt wird unddas Mikrophon in einen einseitig gerichteten Druckempfnger bergeht (vgl.Abschn. 3.2.1 und Abb. 3).

Abb. 7 soll die Wirkungsweise nach c) veranschaulichen. Die Membran seimit M bezeichnet. H sei eine geeignete Halterung, und L sei eine Anord-nung, zu deren Durchlaufen die Schallwellen eine bestimmte Zeit t1 ben-tigen.

Abb. 7 Zur Wirkungsweise des Nieren-Mikrophons mit akustischem Laufzeitglied

Sorgt man dafr, da die Zeit t1 ebensogro wird wie die Zeit ts, die derSchall zum Durchlaufen der Strecke s bentigt, so ergibt sich mit ts = t1fr Schalleinfall unter 180 Phasengleichheit der von vorn und der von hin-ten auf die Membran einwirkenden Krfte: Die Membran bleibt in Ruhe.Unter 0 einfallender Schall erfhrt auf seinem Wege zur Membran-Rck-seite eine Verzgerung um die Zeit ts + t1, unter 90 eintreffender Schallwird um t1, also nur um die Hlfte, verzgert. Insgesamt ergibt sich fr ein

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derartiges Mikrophon mit Laufzeitglied dieselbe Richtcharakteristik, wie siein Abb. 6 fr die berlagerung aus Kugel- und Achtercharakteristik darge-stellt ist.

Die Anhebung der tiefen Frequenzen bei Nahbesprechung setzt, verglichenmit den reinen Druckgradientenempfngern (Achtercharakteristik), eineOktave tiefer ein (Abb. 5). Sie errechnet sich fr von vorn einfallendenSchall zu

e

e0

2

16 2 r 21 += =

732

f 2 r 21 +

e = Ausgangsspannung des Nierenmikrophons,e0 = Ausgangsspannung eines unter 0 gleichempfindlichen ungerichteten

Mikrophons,r = Mikrophonabstand von einer punktfrmigen Schallquelle in m,

= Wellenlnge in m,f = Frequenz in Hz.

Beispiel:Bei einem Mikrophonabstand r = 10 cm und der Frequenz 40 Hz betrgtder Anstieg

e

e0

732

40 2 0,1 21 += = 6,84 20 log 6,84 = 16,7 dB

3.2.4 Breite Niere, Hyper- und Supernieren-Charakteristik

Mikrophone nach Abb. 6 oder 7 werden gelegentlich so dimensioniert, davon hinten einfallender Schall die Ausgangsspannung nicht vllig zu Nullwerden lt. Es ergeben sich unsymmetrische Achtercharakteristiken nachAbb. 8. Sie haben den Vorteil, da unter 90 einfallender Schall, also seit-lich vom Mikrophon postierte Schallquellen, strker als bei der Nierencha-rakteristik abgeschwcht werden.

Die Abschwchung betrgt fr

Schalleinfall Breite Niere Niere Superniere Hyperniere Achtunter

90 2,5 ... 3,5 dB 6 dB 8,7 dB 12 dB180 6 ... 10 dB 11,5 dB 6 dB 0 dB

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Abb. 8 Hypercardioide (links) und Supercardioide (rechts)

Die Nierencharakteristik ist am gnstigsten, wenn hinter dem Mikrophonpostierte Schallquellen ausgeblendet werden sollen. Die Hyperniere be-vorzugt noch etwas strker den unter 0, also genau von vorn einfallendenSchall gegenber dem etwa gleichstark aus allen Raumrichtungen eintref-fenden Schall, vermag also zum Beispiel den Direktschall von einem Spre-cher oder Solisten noch etwas mehr gegenber dem Nachhall-Schall her-vorzuheben: Niere und Acht nehmen im diffusen Schallfeld ein Drittel,die Hyperniere nur ein Viertel der Schall-Leistung auf, die ein ungerich-tetes Mikrophon bertragen wrde, das fr Schalleinfall unter 0 den glei-chen bertragungsfaktor besitzt.

Die Gren, durch die die Superniere gekennzeichnet ist, liegen dazwi-schen. Denkt man sich den Aufnahmeraum durch eine Flche, in die dieMikrophonmembran einbezogen ist, in einen vorderen und einen hinterenHalbraum geteilt, so stellt die Superniere denjenigen Sonderfall dar, beidem der Unterschied der aus beiden Halbrumen aufgenommenen Schall-anteile am grten ist.

Die breite Niere ist eine Charakteristik zwischen der Kugel und derNiere. Sie bietet sich an, wenn ber einen greren Winkel ausgedehnteSchallquellen aufgenommen werden sollen.

Wichtiger als diese Eigenschaft ist es oft fr den Anwender, da er mitdem Richtmikrophon einen greren Mikrophonabstand whlen darf, ohneda der Direktschall-Anteil und damit die Durchsichtigkeit und die Pr-

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senz leiden. Verglichen mit einem Mikrophon mit Kugelcharakteristik darfder Abstand fr die breite Niere das 1,3 ... 1,4fache, fr Niere undAcht das 1,7fache, fr die Superniere das 1,9fache und fr die Hyper-niere das 2fache betragen.

3.3 Einflu der Mikrophon-Abmessungen

Whrend der Frequenzumfang des sichtbaren Lichts in der Ausdrucks-weise der Akustik weniger als eine Oktave betrgt, erstreckt sich der Be-reich der hrbaren Schallwellen ber nahezu zehn Oktaven. Die Schallwel-lenlnge in Luft betrgt zum Beispiel

bei 16.000 Hz 2,1 cm

bei 3.200 Hz 10,5 cm

bei 320 Hz 105 cm = 1,05 m

bei 32 Hz 1.050 cm = 10,5 m

Mikrophone, deren Abmessungen von der gleichen Grenordnung wie dieWellenlngen der aufzunehmenden Schallwellen oder grer als diese sind,stellen fr die Schallwellen ein Hindernis dar: Auftreffender Schall wirdganz oder teilweise reflektiert. Dabei bt Schall, der senkrecht auf die Mem-bran trifft, je nach der Form des Mikrophons als Folge des Druckstaus eineum bis zu 10 dB grere Kraft auf die Membran aus.

Auf der abgewandten Seite treten Beugungs- und Abschattungseffekte auf.Schrg einfallende Schallwellen treffen nicht gleichzeitig auf alle Teile derMembran, und es ergeben sich von Einfallsrichtung und Frequenz abhngi-ge Interferenz-Auslschungen. Man nennt daher Mikrophone, die ihre Richt-eigenschaften vorzugsweise derartigen Effekten verdanken, Interferenz-Empfnger (siehe auch Abschnitt 6.8).

Alle durch die Abmessungen des Mikrophons bedingten Wirkungen, insbe-sondere auch die Richtcharakteristik, sind natrlich frequenzabhngig. Trotz-dem gehen die meisten Mikrophone am oberen Ende ihres bertragungs-bereichs in Interferenzempfnger ber.

Sie drften sonst fr eine Grenzfrequenz von 16 kHz in allen drei Raumko-ordinaten nicht grer als 6 mm sein.

3.3.1 Druckmikrophone

Bei den Druckmikrophonen wirkt sich dies am strksten aus: Bei hohenFrequenzen geht ihre Kugelcharakteristik allmhlich in eine einseitige Richt-charakteristik und fr grere Mikrophone sogar in eine immer schmaler

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werdende Keule ber (Abb. 9). Gleichzeitig tritt Druckstau fr den vonvorn kommenden Schall auf, und das bertragungsma des Mikrophonswird fr hhere Frequenzen grer.

Im Datenblatt fast aller Druckmikrophone findet sich daher ein Frequenz-gang, der bei hohen Frequenzen um einige Dezibel ansteigt.

Abb. 9 Richtdiagramm eines Druckmikrophons, das auf der Stirnseite eines zylindrischen Kr-pers mit 21 mm Durchmesser angeordnet ist.

3.3.2 Achter- oder Nierencharakteristik

Mikrophone mit Achter- oder Nierencharakteristik knnen so konstruiertwerden, da sie kaum merklich bei derjenigen Frequenz, bei der der Mem-branantrieb durch den Druckgradienten entsprechend Abb. 3 sein Maximumerreicht hat, auf die Arbeitsweise des Interferenzempfngers bergehen.Voraussetzung ist, da der Mikrophon-Durchmesser, die bergangsfrequenzund die Laufzeit des Schalls um das Mikrophon herum bis zur Membran-rckseite (Abb. 7) gut aufeinander abgestimmt sind: In diesem Fall gleichtder zunehmende Druckstau schon etwas unterhalb der bergangsfrequenzf (Abb. 3) die allmhliche Abnahme des Membranantriebs durch denDruckgradienten aus, und oberhalb der bergangsfrequenz bekommt dasMikrophon durch Interferenz- und Abschattungseffekte eine der Niere bzw.Acht hnliche ein- oder zweiseitige Richtcharakteristik.

Da die Mikrophone nur in einem verhltnismig schmalen Frequenzbandals Interferenzempfnger arbeiten, strt es nur wenig, da die Richtcharak-teristik in diesem Bereich frequenzabhngig wird.

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3.3.3 Freifeld- und Diffusfeld-Frequenzgang

Findet die Schallaufnahme in einem Raum statt, so ist schon fr einen ver-hltnismig kurzen Abstand des Mikrophons von der Schallquelle fr dasKlangbild kaum noch der im freien Schallfeld gemessene 0-Frequenzgangdes Mikrophons, sondern sein Diffusfeld-Frequenzgang magebend. Er giltfr den Schall, der annhernd gleichstark aus allen Raumrichtungen auf dasMikrophon trifft.

Man bezeichnet den Abstand von der Schallquelle, fr den der Direkt- undder Diffusschall-Anteil gerade gleichgro sind, als den Hallradius. Er istum so grer, je weniger hallig und je grer der betreffende Raum ist (gr-eres Volumen V und kleinere Nachhallzeit T) und betrgt

1,05 c

=rHV

T0,057 =

V

T

c = Schallgeschwindigkeit in Luft = 340 m/s.

Bei kleineren Abstnden als rH berwiegt der Direktschall: Ein hier aufge-stelltes Mikrophon sollte einen guten Freifeld-Frequenzgang und eine ge-eignete Richtcharakteristik haben. Jenseits des Abstandes rH berwiegt all-seitiger, diffuser Schalleinfall. Der Schalldruckpegel bleibt von hier an imganzen Raum etwa konstant, und fr die Aufnahme ist nur noch derDiffusfeld-Frequenzgang des Mikrophons magebend. Mit einem Richtmi-krophon vermag man nur noch den kleinen Direktschallanteil, der ja vorden diffusen Schallrckwrfen einen zeitlichen Vorsprung hat und der beiStereo-bertragungen fr die Richtungsbestimmung wichtig ist, mig her-vorzuheben.

Fr Schallverstrkungsanlagen gilt: Sobald der Mikrophon-Lautsprecher-Abstand grer als der Hallradius gemacht wird, kann man, was oft nichtbedacht wird, den Einsatzpunkt der akustischen Rckkopplung auch durchden Einsatz eines Richtmikrophons nicht heraufsetzen: Der Schall fllt hierja aus allen Richtungen etwa gleichstark ein.

Man kann den wirksamen Hallradius nur dadurch vergrern, da dieLautsprecher gerichtet abstrahlen und dabei Richtungen bevorzugen, ausdenen weniger Reflexionen zu erwarten sind, wie etwa die vom Publikumbesetzten Teile eines Saales.

bliche Werte fr den Hallradius liegen je nach Raumvolumen und Nach-hallzeit zwischen 0,5 und 2,5 m.

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Von guten Mikrophonen wird heute allgemein gefordert, da ihr Freifeld-und ihr Diffusfeld-Frequenzgang annhernd parallel verlaufen. Man kanndann durch Verndern des Mikrophonabstandes die sogenannte Hall-Balance,also das Verhltnis von Direktschall und Raum-Nachhall, verndern, ohneda sich zugleich auch der Frequenzgang ndert.

Diese Forderung wird nur von wenigen Druckgradienten-Mikrophonen wirk-lich gut erfllt. Das (im Hallraum mebare) Diffusfeld-bertragungsmaliegt fr Mikrophone mit einer exakten Achter- und Nierencharakteristikum 4,8 dB, fr Hypercardioid-Mikrophone um 6 dB unter dem Wert desFreifeld-bertragungsmaes. Diesen Unterschied bezeichnet man als dasBndelungsma des Mikrophons.

DIN 45 500, die sogenannte deutsche HiFi-Norm, schreibt im Blatt 5 fralle Richtmikrophone vor, da das Bndelungsma zwischen 250 und 8000 Hzwenigstens 3 dB betragen mu. Auerdem wird noch gefordert, da dieFrequenzgnge fr alle von 0 abweichenden Schalleinfallsrichtungen zwi-schen 250 und 8000 Hz einigermaen parallel (4 dB) zum Frequenzgangfr die 0-Richtung verlaufen, soweit nicht das jeweilige Feld-bertragungs-ma 12 dB oder mehr unter dem zugehrigen 0-Wert liegt. Damit soll er-reicht werden, da seitlich postierte Schallquellen zwar leiser, nicht abermit anderem Frequenzgang aufgenommen werden.

In Abb. 10 sind Richtdiagramm und Frequenzgnge eines Kondensatormi-krophons wiedergegeben, das diese Anforderungen in besonders vollkom-mener Weise erfllt.

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Abb. 10 Frequenzgnge und Richtdiagramme eines kleinen Druckgradienten-Mikrophons mitNierencharakteristik (KM 184, Neumann)

Bei den Druck-Mikrophonen der blichen Abmessungen stimmen Freifeld-und Diffusfeld-Frequenzgang niemals berein. Eine Ausnahme bilden hiernur die spter im Abschnitt 6.11 besprochenen Grenzflchen-Mikrophone,die wegen ihres (teilweise) extrem kleinen Membrandurchmessers seitlichund senkrecht auftreffenden Schall auch bei hheren Frequenzen etwagleichstark bertragen.

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Den Druckmikrophonen der blichen Abmessungen gibt man meist einenverhltnismig ebenen Diffusfeld-Frequenzgang und nimmt den Anstiegim Freifeld-Frequenzgang in Kauf (Abb. 11): Aufgrund des Richtdiagrammsmte der Diffusfeld-Frequenzgang zu hohen Frequenzen abfallen, weilweniger Schall von hinten aufgenommen wird. Die Abnahme wird aber da-durch kompensiert, da der von vorn kommende Schall strker auf-genommen wird.

Abb. 11 Frequenzgang eines kleinen Druck-Mikrophons im freien und im diffusen Schallfeld

DIN 45 500 Blatt 5 verlangt, da ungerichtete Mikrophone den seitlichunter 90 einfallenden Schall unterhalb 1 kHz um hchstens 2 dB und zwi-schen 1 und 6,3 kHz hchstens 8 dB schwcher als die genau von vorn kom-menden Schallanteile bertragen drfen.

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4. Dynamische Mikrophone

Dynamische Mikrophone sind Geschwindigkeits-Empfnger und beruhenihrer Arbeitsweise nach auf dem Induktionsgesetz: Ein Leiter bewegt sichunter dem Einflu der Schallwellen in einem Magnetfeld. Die in ihm indu-zierte EMK ist der Bewegungsgeschwindigkeit des Leiters proportional.

Eine dem Schalldruck proportionale Bewegungsgeschwindigkeit wird in Sy-stemen hervorgerufen, die der Bewegung der Luftteilchen ohne Frequenz-gang zu folgen vermgen, also im wesentlichen nur reibungsgehemmt sind.Die Membranresonanz der dynamischen Druckmikrophone wird daher indie Mitte des bertragungsbereichs gelegt und stark bedmpft.

Dynamische Richtmikrophone, die auf den Druckgradienten oder die Schall-schnelle ansprechen, also entsprechend Abb. 3 eine mit der Frequenz zuneh-mende Kraftwirkung erfahren, mssen, um einen ebenen Frequenzgang zubekommen, auf dem oberen abfallenden Ast ihrer Resonanzkurve, also ober-halb ihrer mechanischen Resonanzfrequenz betrieben werden. Das heit: Siemssen tiefabgestimmt sein und vorwiegend massengehemmt arbeiten.

Abb. 12 veranschaulicht diese Verhltnisse und ermglicht einen Vergleichmit dem im Abschnitt 5 besprochenen Kondensatormikrophon.

Fr den Anwender ist es wichtig zu wissen, da Mikrophone mit einemtiefabgestimmten Membransystem natrlich durch Wind und Krperschall(Trittschall, Griffgerusche usw.) leichter gestrt werden knnen als sol-che mit mitten- oder gar hochabgestimmten Membranen.

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Abb. 12 Gegenseitige Lage von Membranresonanz und bertragungsbereich bei dynamischenund Kondensatormikrophonen

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4.1 Bndchenmikrophone mit Achtercharakteristik

Beim Bndchenmikrophon wirkt das Schallfeld unmittelbar auf den Leiter,ein wenige m starkes, zwischen den Polen eines Dauermagneten schwin-gungsfhig aufgehngtes Aluminiumbndchen, das zum Beispiel 2 ... 4 mmbreit und einige Zentimeter lang sein kann. Die sehr kleine Bndchenimpe-danz wird durch einen Spezialbertrager, der in das Mikrophon eingebautist, auf bliche Werte wie 200 Ohm hinauftransformiert.

Werden beide Seiten des Bndchens dem Schallfeld ausgesetzt, so ergibtsich Achtercharakteristik, und das Mikrophon darf wegen der groen Nach-giebigkeit des Bndchens als Schnelle-Empfnger bezeichnet werden. Dieerforderliche Tiefabstimmung bereitet im allgemeinen keine Schwierigkeit,hat jedoch zur Folge, da diese Mikrophone gegen schnelles Bewegen sowiegegen Erschtterungen und Wind empfindlicher als andere Mikrophone sind,und zwar um so mehr, je weiter sich der bertragungsbereich zu tiefenFrequenzen hin erstreckt. Dafr besitzen Bndchenmikrophone im allge-meinen einen ebenen und von Resonanzen freien Frequenzgang. Lediglichdurch die Bauelemente des magnetischen Kreises, der sich ja, ausgehendvon den beiden Polschuhen des Bndchen-Luftspaltes, auen um das Bnd-chen herum schlieen mu, knnen im oberen Frequenzbereich Uneben-heiten im Frequenzgang hervorgerufen werden.

Das in Abb. 13 dargestellte Mikrophon vermeidet weitgehend auch diesenNachteil: Der Kraftlinienweg schliet sich hier durch die rings um Bndchen

Abb. 13 Ansicht und Aufbau (schematisch) eines Bndchenmikrophons mit Achtercharakteristiknach E. Beyer (M 130, beyerdynamic)

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und Polschuhe herumgefhrte Spirale aus weichmagnetischem Material, diedas Schallfeld nur wenig strt. Das System dieses Mikrophons ist so klein,da es in einem kugelfrmigen Schutzkorb von nur 39 mm Durchmesseruntergebracht werden kann.

4.2 Bndchenmikrophone als Druckempfnger

Soll das Bndchen als ungerichteter Druckempfnger arbeiten, so wird esrckseitig mit einem mit Schluckstoff ausgekleideten Rohr oder Hohlraumabgeschlossen, der zugleich als Reibungshemmung fr das Bndchen wirk-sam ist.

4.3 Bndchenmikrophone mit Nierencharakteristik

Eine Nierencharakteristik ergibt sich, wenn nur ein Teil des Bndchens die-sen rckseitigen Abschlu bekommt, whrend der andere beidseitig mit demSchallfeld in Verbindung steht.

Neuere Mikrophone bekommen ihre Nierencharakteristik auch dadurch, dahinter dem Bndchen ein akustisches Laufzeitglied angeordnet wird (vgl.Abschnitt 3.2.3).

4.4 Tauchspulmikrophone als Druckempfnger

Beim Tauchspulmikrophon ist eine kleine, freitragend gewickelte Spule aneiner leichten Kunststoffmembran befestigt und taucht, hnlich wie dieSpule eines dynamischen Lautsprechers, in den Luftspalt eines krftigenDauermagneten ein. Die Membranmasse ist aber zusammen mit der Spuleum ein Vielfaches grer als beim Kondensatormikrophon, und das Mikro-phon wrde zu unempfindlich werden, wollte man den Frequenzgang nurdurch Bedmpfen des schwingenden Systems begradigen.

Alle Tauchspul-Druckmikrophone haben daher etwa in der Mitte ihres ber-tragungsbereiches eine Resonanzberhhung. Im Frequenzgang des Mikro-phones ist diese Resonanz aber nicht oder nur wenig erkennbar, weil dieMembran durch davor und dahinter angeordnete, teilweise durch Schlitzeoder Bohrungen angekoppelte Luftrume zu weiteren gedmpften Resonan-zen gezwungen wird. Sie begradigen und erweitern den Frequenzgang nachunten und oben, wie das in Abb. 14 angedeutet ist. Es gibt heute Tauch-spulmikrophone, deren Frequenzgang, abgesehen von einem steileren Ab-fall bei der oberen und unteren Grenzfrequenz, demjenigen von Kondensa-tormikrophonen nahekommt.

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Abb. 14 Frequenzgang eines Tauchspul-Druckmikrophons (schematisiert). II= gedmpfte Reso-nanz des schwingenden Systems; I, III, IV = Resonanzen angekoppelter Luftvolumina

Magnetische Wechselfelder, wie sie zum Beispiel von Netztransformatorenoder von Motoren in Tonbandgerten hervorgerufen werden, knnen in derTauchspule Strspannungen induzieren. Diesem Streffekt wirkt eine ge-genlufig gewickelte Kompensationsspule, die im Mikrophongehuse naheder Tauchspule untergebracht und mit dieser in Reihe geschaltet wird, ent-gegen.

Das Angebot an ungerichteten dynamischen Mikrophonen in Studio- oderHiFi-Qualitt ist im Vergleich zu einseitig gerichteten Mikrophone sehr ge-ring, obwohl die Druckmikrophone robuster und gegen Wind und Krper-schall unempfindlicher sind als diese. Dieser Eigenschaften wegen werdendynamische Lavalier-Mikrophone, wie auch das in der Abb. 37 dargestellte,meist als Tauchspul-Druckmikrophone ausgefhrt.

4.5 Tauchspulmikrophone mit Nierencharakteristik

Die Konstruktion guter Tauchspul-Richtmikrophone ist im Laufe der Zeitmehr noch als die der anderen Mikrophonarten zu einer Spezialwissenschaftgeworden: Um die Eigenresonanz des Systems tief genug zu legen, mu dieTauchspule sehr weich aufgehngt werden. Das Mikrophon wird damitempfindlich gegen Erschtterungen und Wind. Auch wird die sichere Fh-rung der Spule im Luftspalt problematisch. Daher macht man die Mem-bran weniger nachgiebig, als es fr die geforderte Tiefabstimmung desSystems erforderlich wre, und sorgt dafr, da der Membranantrieb beiden tiefen Frequenzen entsprechend grer wird: Fr die tieffrequentenSchallanteile werden weiter hinten im Mikrophongehuse besondere Schall-einlsse vorgesehen, ber die der Schall mit grerer Phasenverschiebungzur Membranrckseite gelangt. Mit akustischen Mitteln mu dafr gesorgtwerden, da die verschieden langen Wege innerhalb des Mikrophons mg-lichst nur fr Schallanteile des betreffenden Frequenzbereichs passierbarsind. Dieses Verfahren wird als das Variable-Distance-Prinzip bezeichnet.

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Zu etwa demselben Ergebnis fhrt das sogenannte Zwei-Wege-Prinzip:Wie bei Lautsprechern werden zwei Mikrophonsysteme ber eine elektri-sche Weiche zusammengeschaltet. Ein Mikrophonsystem mit kleinem aku-stischem Umweg bertrgt die hohen Frequenzen. Dahinter ist ein zweitesTauchspulsystem mit einem groen akustischen Umweg angeordnet, dasdie tiefen Frequenzen bertrgt. Die Qualitt des Mikrophons hngt in ho-hem Mae von der Dimensionierung der elektrischen Weiche ab: Sie sollsicherstellen, da sich beide Frequenzgnge nahtlos aneinanderfgen undda an den Flanken keine Einschwingverzerrungen entstehen.

Bei allen Druckgradienten-Mikrophonen, die fr tieffrequenten Schall ei-nen greren akustischen Umweg zur Membranrckseite haben, steigt dasbertragungsma bei Nahbesprechung zu tiefen Frequenzen hin erheblichweniger an, als es in Abb. 5 fr Mikrophone mit kleinem Umweg angege-ben ist.

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5. Kondensatormikrophone

Den grundstzlichen Aufbau eines Kondensatormikrophons zeigt Abb. 15:Eine 1 ... 10 m starke Membran aus Metall oder metallisiertem Kunststoffist in geringem Abstand vor einer perforierten, elektrisch leitenden Gegen-elektrode angeordnet. Die auftreffenden Schallwellen bewegen die Mem-bran und verndern ihren Abstand von der Gegenelektrode und damit dieKapazitt des aus Membran und Gegenelektrode gebildeten Luftkonden-sators. Rckstellkraft und Dmpfung der Membran werden wegen ihres klei-nen Abstandes (5 ... 50 m) von der Gegenelektrode vorwiegend durch dasdahinterliegende Luftpolster bestimmt und knnen durch Wahl des Mem-branabstands und durch Bohrungen in der Gegenelektrode auf den erfor-derlichen Wert gebracht werden.

Abb. 15 Prinzipieller Aufbau des Kondensatormikrophons (Druckempfnger): M = Membran,I = Isolation, G = Gegenelektrode

Als Elongationswandler mu das Kondensatormikrophon so dimensioniertwerden, da die Membran fr konstanten Schalldruck bei allen Frequen-zen des bertragungsbereichs eine annhernd gleichgroe Auslenkung er-fhrt. Die Auslenkung der Luftteilchen im Schallfeld nimmt jedoch bei kon-stantem Schalldruck umgekehrt proportional zur Frequenz ab.

5.1 Kapazitive Druckmikrophone

werden daher mit einer hoch abgestimmten Membran versehen: Die Mem-branmasse (einschlielich der mitschwingenden Luftmasse) wird klein, dieRckstellkraft gro gemacht. Durch Bohrungen (Sacklcher) in der Gegen-elektrode und manchmal noch durch ein angekoppeltes Luftvolumen wird

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die Luftpolstersteife dann so weit verkleinert, da die Membranresonanz inder Nhe der oberen Grenzfrequenz des Mikrophons liegt. Im ansteigen-den Teil der Resonanzkurve (unterhalb der Resonanzfrequenz) nimmt danndie Schnelle der Membranbewegung mit der Frequenz zu und stellt dengeforderten konstanten Membran-Ausschlag sicher (vgl. Abb. 12).

5.2 Kapazitive Druckgradienten-Mikrophone

Bei Druckgradienten-Mikrophonen wird die Gegenelektrode mit durchge-henden Bohrungen versehen. Da der Druckgradient bereits eine proportio-nal zur Frequenz grer werdende Antriebskraft darstellt (Abb. 3), darf dieMembran nicht hoch abgestimmt sein, sondern soll im bertragungsbe-reich nur eine (frequenzunabhngige) Reibungshemmung besitzen. Praktischwird die Membranresonanz, die sich aus Membranmasse und -rckstellkraftergibt, in die Mitte des Frequenzbereichs gelegt, in dem das Mikrophon alsGradientenempfnger arbeiten soll, und durch Luftreibung im Spalt zwi-schen Membran und Gegenelektrode sowie innerhalb der Gegenelektrodeso stark bedmpft, da sie nicht mehr feststellbar ist.

Kapazitive Druckgradienten-Mikrophone mit Achtercharakteristik werdenvon nur wenigen Firmen angeboten. Meist stellt man die Achtercharakteri-stik her, indem man zwei eng benachbarte oder zusammengebaute Kapselnmit Nierencharakteristik, deren Hauptachsen in entgegengesetzte Richtun-gen zeigen, elektrisch gegeneinanderschaltet (sogenannte Doppelmembran-systeme).

5.3 Kondensatormikrophone mit Nierencharakteristik

Um eine Nierencharakteristik zu erzielen, werden zwei verschiedene Prin-zipien angewandt, die im Abschn. 3.2.3 mit b und c bezeichnet wer-den. Bei einigen Mikrophonen besitzt ein Teil der Gegenelektrode durch-gehende, ein anderer Teil nicht durchgehende Bohrungen, sog. Sacklcher.Die Kapsel arbeitet also teilweise als Druckgradienten- und teilweise alsDruckempfnger, was nach Abb. 6 eine Nierencharakteristik ergibt.

Bei anderen Mikrophonen wird die Gegenelektrode als Laufzeitglied ausge-bildet und mit Bohrungen, Schlitzen und Hohlrumen versehen, die teilsals Reibungswiderstnde und teils als Energiespeicher (akustische Indukti-vitten und Kapazitten) wirksam sind und der Gegenelektrode den Cha-rakter eines akustischen Tiefpasses geben. Im Sperrbereich dieses Tiefpassesoberhalb der bergangsfrequenz f (Abb. 3) wird die Membran nur nochvon vorn her beaufschlagt, und die Mikrophonkapsel wird zum Druck- bzw.Interferenzempfnger.

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Obwohl sich mit dieser Bauweise exaktere Polardiagramme erzielen lassen,erfreuen sich auch Mikrophone, die nach dem zuerst genannten Prinzip ar-beiten, einer besonderen Beliebtheit, mglicherweise, weil der in ihnenenthaltene (nur von vorn beaufschlagte) Druckempfnger-Teil die oft im-pulsartigen Anschwingvorgnge besonders exakt in elektrische Signale um-zusetzen vermag.

5.4 Kondensatormikrophone mit symmetrisch aufgebauten Kapseln

Die Einfhrung der Digitaltechnik in den Studios hatte zur Folge, da dienichtlinearen Verzerrungen und die Eigenstrspannung dieser Gertevernachlssigbar klein wurden und da beide Gren bei Schallaufnahmennur noch von den Daten der verwendeten Mikrophone abhngen. Beim Kon-densatormikrophon knnen beide Strgren noch durch die Verwendungsymmetrisch aufgebauter Mikrophonkapseln verkleinert werden, bei denenbeiden Seiten der Membran je eine feste, jedoch akustisch transparente Ge-genelektrode gegenberliegt.

Weil sich die elektrischen Anziehungskrfte dieser beiden, auf gleicher Span-nung liegenden Gegenelektroden auf die Membran gegenseitig aufheben,wird die Membran nicht einseitig vorgespannt, und die vorzugsweise durchdiese Vorspannung bewirkten (allerdings kleinen) quadratischen Verzerrun-gen der Membranbewegung werden herabgesetzt. Da die Bewegung der elek-trisch vorgespannten Membran in beiden Gegenelektroden elektrischeWechselspannungen hervorruft, wird die Ausgangsspannung des Mikrophonsbei entsprechender Beschaltung verdoppelt und entsprechend auch seinStrspannungsabstand verbessert.

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Abb. 16 zeigt den prinzipiellen Aufbau, Abb. 17 ein Kondensatormikrophonmit Cardioid-Charakteristik, das dieses Prinzip anwendet.

Abb. 16 Prinzipieller Aufbau einer symmetrischen Kondensatormikrophon-Kapsel mit Cardioid-Charakteristik

Abb. 17 Kondensatormikrophon mit symmetrisch aufgebauter Kapsel (MKH 40 P 48, Sennheiser)

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5.5 Die Niederfrequenzschaltung

In der Niederfrequenzschaltung wird die Kapsel des Kondensatormikrophonsentsprechend Abb. 18 ber einen groen Widerstand R auf eine feste Gleich-spannung U0 (40...200 V) aufgeladen. Fr die Ladung Q gilt

Q = C0 U0 C0 = Kapselkapazitt

Den Widerstand R macht man so gro, da bei Kapazittsnderungen, diedurch den auftreffenden Schall hervorgerufen werden, keine nenneswerteLadungsmenge ber diesen Widerstand zu- und abflieen kann.

Abb. 18 Prinzipschaltbild des Kondensatormikrophons in Niederfrequenzschaltung

Fr die untere Grenzfrequenz fu, bis zu der diese Bedingung noch gilt, mu

1

2 fu C0R = . R in ohms, C0 in F, fu in Hz.

Da die Werte von C0 blicherweise zwischen 20 und 100 pF liegen, mu Rzum Beispiel fr eine untere Grenzfrequenz von 20 Hz einen Wert zwi-schen 400 und 80 Megohm bekommen.

Die Gre der Ausgangsspannung e(t) eines Kondensatormikrophons in Nie-derfrequenzschaltung ist der angelegten Gleichspannung U0 und fr klei-ne Membranamplituden der vom Schalldruck hervorgerufenen relativenKapazittsnderung

proportional:c(t)

C0

c(t)

C0U0 e(t) =

c(t)= vernderlicher Anteil der Kapselkapazittt = Zeit

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5.5.1 Das Einstellen verschiedener Richtcharakteristiken

Die Abhngigkeit der Ausgangsspannung e(t) von U0 wird in einigen Mi-krophontypen auch zum Einstellen verschiedener Richtcharakteristiken aus-genutzt. Hierzu werden zwei Kapseln mit Nierencharakteristik mit ihrenRckseiten aneinandergesetzt oder entsprechend Abb. 19 zu einer Einheitmit gemeinsamer Gegenelektrode zusammengefat. Die auf beiden Mem-branen entstehenden Wechselspannungen werden ber einen KondensatorC parallelgeschaltet. Das Verhltnis der von beiden Kapselhlften abgege-benen Wechselspannungen und ihre gegenseitige Phasenlage werden beein-flut, indem die an einer (hier der linken) Kapselhlfte anliegende Gleich-spannung mit einem Schalter oder stufenlos mit einem Potentiometerverndert wird. Die Richtcharakteristik des Mikrophons lt sich so auchber lngere Leitungen verndern.

Abb. 19 Prinzipschaltung des Kondensatormikrophons mit elektrisch umschaltbarer Richt-charakteristik

Wenn der Schalter in Abb. 19 in der Mitte steht (Kontakt c), liefert dielinke Kapselhlfte keinen Spannungsbeitrag: Das Mikrophon besitzt dieNierencharakteristik der rechten Kapselhlfte. In Schalterstellung a sindbeide Wechselspannungen parallel-, in Stellung e sind sie gegeneinanderge-schaltet, und es ergibt sich demzufolge eine Kugel- bzw. eine Achter-charakteristik.

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Abb. 20 Mit einem Mikrophon nach Abb. 19 durch berlagerung von 2 Cardioiden (oben) her-stellbare Richtcharakteristiken (unten)

Die in Abb. 19 durch die Buchstaben a ... e gekennzeichneten Schalterstel-lungen ergeben die in Abb. 20 durch die gleichen Buchstaben gekennzeich-neten Richtdiagramme.

Der groe Innenwiderstand der Kapsel des Kondensatormikrophons in Nie-derfrequenzschaltung zwingt dazu, die erste Verstrkerstufe in der Nheder Kapsel anzuordnen. Der erforderliche groe Eingangswiderstand desVerstrkers lt sich nur mit Feldeffekt-Transistoren oder mit Elektronen-rhren verwirklichen.

Als Kondensatormikrophon bezeichnet man die Kombination von Mikro-phonkapsel und Verstrkerstufe.

5.6 Elektret-Mikrophonkapseln

Die Transistorverstrker der Kondensatormikrophone in NF-Schaltung kn-nen mit niedrigen Gleichspannungen betrieben werden, man bentigt nurfr die Kapselvorspannung eine hhere Spannung (keine Leistung!). Umhierfr keinen besonderen Aufwand treiben zu mssen, versieht man Mi-krophone mit permanent-polarisierten Elektretfolien.

Die in Folien mit schlechter Leitfhigkeit ungeordnet vorhandenen Ladungs-trger werden durch Erwrmen aktiviert und durch Anlegen eines starkenelektrischen Feldes so ausgerichtet, da sich Dipole bilden. Beim Wieder-abkhlen werden diese gleichsam eingefroren und lassen an der Oberfl-che eine konstante Ladung bestehen. Die beste Lebensdauer ergeben jedochsolche Materialien, die nicht zur Dipolbildung neigen, jedoch Raumladun-gen aufnehmen und festhalten knnen. Ein solches Material ist Polytetra-fluorethylen, auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt.

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Zum Einbringen der (negativen) Ladungstrger werden die Folien entwe-der einer sog. Corona-Entladung oder im Vakuum einem Elektronen-Bombardement ausgesetzt.

Der Elektreteffekt ist zwar schon seit Jahrzehnten bekannt, doch brauchtees lange, bis Materialien gefunden waren, die die gleichsam eingefrorenePolarisationsspannung nicht nur bei hheren Temperaturen, sondern auchbei grerer Luftfeuchtigkeit stabil behalten.

Elektretfolien knnen, einseitig metallisiert, unmittelbar als Mikrophonmem-branen dienen. Da deren Eigenschaften aber akustisch nicht optimal sind,werden fr hochwertigere Mikrophone sogenannte Backelektrete verwen-det: Die Folie wird auf die Oberflche der Gegenelektrode aufgeschmol-zen und die Mikrophonmembran weiterhin aus den bisher bewhrten Werk-stoffen hergestellt. Hierdurch wird natrlich die Grundkapazitt C0 (Ab-schnitt 5.5) des Mikrophons etwas kleiner.

Allgemein arbeitet ein Elektret-Mikrophon nach dem gleichen Prinzip wiedas im vorigen Abschnitt beschriebene Kondensatormikrophon mit von au-en zugefhrter Polarisationsspannung, die jedoch nunmehr entbehrlich ist.

5.7 Der Mikrophonverstrker

Bei vielen Kondensatormikrophonen bestimmt nicht die Kapsel, sondernder zugehrige Mikrophonverstrker den Dynamikbereich, der nach untendurch das Eigenrauschen und nach oben durch die zunehmenden nichtline-aren Verzerrungen abgegrenzt wird.

Abb. 21 zeigt die Schaltung eines Mikrophonverstrkers mit Feldeffekt-Transistor. In seinem Rauschspektrum berwiegt bei tiefen Frequenzen derRauschbeitrag des groen am Gate liegenden Widerstandes, der zu hherenFrequenzen hin zunehmend durch die Kapselkapazitt geshuntet wird. Prak-tisch strt aber dieses tieffrequente Rauschen nicht, weil unser Gehr frdie Schallaufnahme tiefer Frequenzen unempfindlich ist.

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Abb. 21 Vereinfachte Schaltung eines Kondensatormikrophons mit zuschaltbarer Vordmpfungvon 10 dB (Schalter S1)

Oberhalb von 1 ... 2 kHz berwiegt das Rauschen, das im Feldeffekt-Transistor selbst entsteht. Fr Kondensatormikrophone werden daher nurFeldeffekt-Transistoren verwendet, die sich durch eine besonders kleinespezifische Rauschspannung im mittleren Frequenzbereich auszeichnen. Beiden hheren Frequenzen des bertragungsbereiches sind dann auch Antei-le, die von den akustischen Reibungswiderstnden der Mikrophonkapsel bei-gesteuert werden, nicht mehr vernachlssigbar.

Die bersteuerungsgrenze des Verstrkers mu fr Heimstudio-Mikrophonenach DIN 45 500 so hoch liegen, da noch ein Grenzschalldruck von 10 Pa(114 dB ber 20 Pa) mit einem Klirrfaktor unter 1% bertragen werdenkann. Der Grenzschalldruck lterer Studiomikrophone betrgt 20 ... 30 Pa(120 ... 124 dB) und kann bei einigen Typen noch durch eine zwischen Kap-sel und Verstrker schaltbare Vordmpfung um z.B. 10 dB vergrert wer-den.

Neuere Mikrophontypen werden durch Verwendung spezieller Schaltungs-techniken so weit aussteuerbar, da auch noch Schalldrcke von 160 Pa(138 dB) und mit Vordmpfung von 500 Pa (148 dB) verzerrungsfrei ber-tragen werden knnen. Bei diesen Schalldrcken machen sich allmhlichauch die nichtlinearen Verzerrungen der Mikrophonkapseln bemerkbar. Sohohe Schalldrcke kommen bei Musikdarbietungen nicht vor. Trotzdem

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wirkt sich die hohe bersteuerungsgrenze des Verstrkers in der Praxis be-sonders bei Mikrophonen, die aus kurzer Entfernung besprochen oder be-sungen werden oder die ein lautstarkes Instrument aufnehmen sollen, gn-stig aus.

Abb. 22 Kondensatormikrophon mit Operationsverstrker fr 48-Volt-Phantomspeisung (vgl. Ab-schn. 5.9.2). Die Kapsel arbeitet auf den mit einem Feldeffekttransistor bestckten in-vertierenden Eingang. Der Wert von C1 bestimmt die Spannungsverstrkung CK/C1.Von R2 hngt die untere Grenzfrequenz ab. T2 stabilisiert die Arbeitspunkte der Schal-tung: Die am Verstrkerausgang stehende Gleichspannung wird in T2 mit der durch R4und R5 gebildeten Mittenspannung verglichen, um 180 in der Phase gedreht, verstrktund dem nichtinvertierenden Eingang zur Gleichspannungsgegenkopplung zugefhrt. T1wirkt als Siebglied und elektronischer Widerstand (in Abb. 27 mit R3 bezeichnet).

Whrend ltere Kondensatormikrophone in Niederfrequenzschaltung beihoher Luftfeuchtigkeit gelegentlich zu Strungen neigen, sind hochwertigeTransistormikrophone trotz der hohen Eingangsimpedanz der Schaltungheute auch unter solchen Bedingungen auerordentlich betriebssicher. Sieverdanken diese Eigenschaft auer konstruktiven Manahmen vor allem derVerwendung spezieller Isolierstoffe, zu deren Eigenschaften es gehrt, dasie kein Wasser aufnehmen und sich auch nicht benetzen lassen.

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5.7.1. Transformatorlose Mikrophone

Die moderne raumsparende Halbleitertechnik hat es mglich gemacht, denMikrophon-Ausgangsbertrager durch eine Halbleiterschaltung zu ersetzen,ohne auf die wesentlichsten Vorteile der Trafo-Auskopplung zu verzichten:

Anpassung der Mikrophonschaltung an die Leitungsimpedanz und Symme-trie des Mikrophonausgangs in Bezug auf das Null-Volt-Potential und da-mit Sicherheit gegen Strungen, die ber das Anschlukabel eindringenknnten.

Insgesamt wurde in den letzten Jahren durch den Einsatz moderner Schal-tungskonzepte trotz niedriger Stromaufnahme der Dynamikumfang vonKondensatormikrophonen mehr und mehr erweitert. Dabei gelang es nichtnur, die Aussteuerungsgrenze nach oben zu verschieben, sondern vor allemdie Eigenstrpegel zu verringern.

Abb. 23 zeigt Beispiele derartiger Mikrophone mit einem Dynamikumfangvon 131 dB und einem A-bewerteten Eigenstrpegel von nur 7 dB im Falledes TLM 103.

Abb. 23 Transformatorlose Kondensatormikrophone in Niederfrequenzschaltung (TLM 170 R mtund TLM 103, Neumann)

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5.8 Die Hochfrequenzschaltung

Als rauscharme Feldeffekt-Transistoren noch nicht zur Verfgung standen,mute man, wollte man die Halbleitertechnik bei Kondensatormikropho-nen einfhren, auf die sogenannte Hochfrequenzschaltung zurckgreifen,fr die nur normale Transistoren erforderlich sind. In der HF-Schaltungarbeitet die Mikrophonkapsel als aktiver Wandler (siehe Abschn. 2): Siesteuert die Frequenz oder die Phase eines HF-Oszillators oder sie stellt eineim Takt der Niederfrequenz vernderliche Impedanz in einem hochfrequen-ten Stromkreis dar.

Hierfr steht eine groe Zahl verschiedenartiger Schaltungen zur Verf-gung. Allen gemeinsam ist, da das Mikrophon auer der Mikrophonkapselnoch einen HF-Oszillator und eine Demodulatorschaltung enthlt. Am Aus-gang des Mikrophons tritt nur die demodulierte Niederfrequenzspannungauf. Der Anwender kann daher von auen meist nicht feststellen, ob seinMikrophon in HF- oder in NF-Schaltung arbeitet.

Das wichtigste Merkmal der HF-Schaltung besteht darin, da die Kapsel-kapazitt fr die Hochfrequenz eine verhltnismig kleine Impedanz be-sitzt. Beispielsweise stellt eine Kapselkapazitt von 50 pF bei einer Frequenzvon 10 MHz eine Impedanz von nur etwa 300 Ohm dar. An die Isolations-widerstnde der Kapsel und der Schaltung werden daher geringere Anfor-derungen als bei der NF-Schaltung gestellt. Dafr mssen die Bauelementekleine HF-Verluste haben, und die frequenzbestimmenden Teile, zu denenauch die Kapsel gehrt, mssen in ihren elektrischen Daten konstant sein,weil sich die verschiedenen Kreise nicht gegeneinander verstimmen drfen.

Weitere Besonderheiten sind:

Es wird keine Polarisationsgleichspannung bentigt. Es werden prinzipiellauch tieffrequente Schallanteile, soweit die Kapsel diese aufnimmt, bis zurFrequenz Null bertragen. Das kann zu bersteuerungen fhren. Erst amDemodulatorausgang knnen tieffrequente Stranteile elektrisch ausgefil-tert werden.

Frher arbeiteten die Mikrophone bevorzugt nach dem Phasenmodulations-verfahren:

Der HF-Oszillator schwingt quarzstabilisiert auf einer festen Frequenz(etwa 8 MHz).

Die Demodulatorschaltung entspricht etwa dem bekannten Ratiodetektor.Der Demodulatorkreis, in den die Kapsel einbezogen ist, wird genau aufdie Oszillatorfrequenz abgestimmt (Abb. 24).

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Wird die Kapsel beschallt, so dreht sie die Phasenlage des hochfrequentenStromes im Demodulatorkreis entsprechend den Druckschwankungen, diebeiden Dioden bekommen ungleiche HF-Spannungen, und am Ausgang ent-steht die Modulation. Rauschen, das durch Amplitudenschwankungen desOszillators entsteht, wird durch die begrenzende Wirkung des Ratio-Detek-tors unwirksam gemacht.

Das Rauschen, das durch Frequenzschwankungen des Oszillators zustandekommt, wird durch den Quarz kleingehalten.

Das Rauschen, das aus der Demodulatorschaltung und den akustischen Wirk-widerstnden der Kapsel stammt, ergibt fr das Mikrophon etwa den glei-chen Strabstand, wie ihn Mikrophone in Niederfrequenzschaltung mitFeldeffekt-Transistor besitzen.

Abb. 24 zeigt die Prinzipschaltung eines Kondensatormikrophons in HF-Schaltung.

Abb. 24 Prinzipschaltung eines Kondensatormikrophons in Hochfrequenzschaltung

Moderne HF-Kondensatormikrophone arbeiten mit Amplitudenmodulati-on nach dem Gegentakt-Brckenverfahren (Abb. 25). Die Kapsel enthlteine zustzliche Gegenelektrode vor der Membran, so da sich ein sym-metrischer Wandleraufbau ergibt. Die zwischen den Gegenelektrodenschwingende Membran bildet gewissermaen den Abgriff eines kapazitivenPotentiometers. Die abgegriffene HF-Spannung hngt linear von der Mem-branauslenkung ab und ergibt nach der Demodulation ein NF-Signal mitbesonders geringen Verzerrungen.

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Abb. 25 Prinzipschaltbild eines HF-Kondensatormikrophones mit Amplitudenmodulation nach demGegentakt-Brckenverfahren (Sennheiser)

5.9 Stromversorgung und Anschlutechnik

Whrend rhrenbestckte Kondensatormikrophone stets mehradrige Mikro-phonkabel mit besonderen Adern fr die Heiz- und Anodenspannung be-ntigten, werden transistorbestckte Mikrophone allgemein ber zweiadri-ge geschirmte Kabel betrieben.

Bei Mikrophonen fr Heim- und Heimstudio-Einsatz bertrgt eine Ader dieAusgangsspannung und eine zweite Ader den Speisegleichstrom. Der Schirmbildet die gemeinsame Rckleitung.

Im Studiobetrieb wird verlangt, da beide Tonadern gegenber dem Be-zugspotential (Gehuse, Kabelschirm, Erde) genau gleiche Potentialdiffe-renzen besitzen (symmetrische Leitungsfhrung). Zwei Speisungsarten sindgenormt:

5.9.1 Die Tonaderspeisung

Bei der Tonaderspeisung nach DIN EN 61938 (Abb. 26) wird ber zweigenau gleichgroe Widerstnde von je 180 Ohm eine Tonader mit dem Plus-pol, die andere mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle (12 1 V)

Abb. 26 Tonaderspeisung

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verbunden. Trennkondensatoren halten die Gleichspannung vom nachfol-genden Verstrker fern. Die Mikrophonschaltung braucht nicht symmetrischzu sein, darf jedoch nicht elektrisch mit dem Gehuse und dem Kabelschirmverbunden werden. Lediglich der Symmetriepunkt zwischen den beiden180-Ohm-Widerstnden, praktisch also einer der beiden Pole der Speise-spannung, wird mit dem Kabelschirm und dem Mikrophongehuse verbun-den, da beide sonst keine abschirmende Wirkung, vor allem fr Mikropho-ne in NF-Schaltung, besen.

Sollen andere Mikrophone angeschlossen werden, die keine Gleichstrom-speisung bentigen, so mssen beide Speiseleitungen unterbrochen werden.Das Abschalten nur der Gleichspannung gengt nicht, weil das andere Mi-krophon dann durch die beiden 180-Ohm-Widerstnde unzulssig belastetwrde. Wird das Abschalten vergessen, so geben aufgeschaltete dynamischeund alle mit bertragern bestckten Mikrophone eine verzerrte Spannungab, whrend Bndchenmikrophone beschdigt werden knnen.

5.9.2 Die Phantomspeisung

Bei der Phantomspeisung nach DIN EN 61938 fliet der Gleichstrom jezur Hlfte ber beide Tonadern zum Mikrophon und gelangt ber denKabelschirm zurck zur Gleichspannungsquelle. Da beide Tonadern auf glei-chem Potential liegen, knnen auf die Anschludosen fr phantomgespei-ste Mikrophone auch dynamische und andere Mikrophone mit symmetri-schem, erdfreien Ausgang geschaltet werden, ohne da die Speisespannungabgeschaltet werden mu. Aus demselben Grunde sind auch keine Trenn-kondensatoren erforderlich, wenn der nachfolgende Verstrker ebenfalls,wie in der Studiotechnik blich, einen symmetrischen, erdfreien Eingangbesitzt. Abb. 27 zeigt die Beschaltung eines fr die Phantomspeisung ausge-legten Kondensatormikrophons.

Abb. 27 Phantomspeisung. Der Gleichstrom kann anstatt ber die Widerstandspaare R1 und R2auch ber die Mittelanzapfungen von bertragern gefhrt werden. An die durch dieWiderstnde R2 gebildete elektrische Mitte wird die Speisespannung angeschlossen.

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Fr die Phantomspeisung von Mikrophonen sind in DIN EN 61938 die folgen-den Werte standardisiert:

Versorgungsspannung 12 1 V 24 4 V 48 4 V

Versorgungsstrom max. 15 mA max. 10 mA max. 10 mA

Widerstnde R2 680 Ohm 1200 Ohm 6800 Ohm

Um kenntlich zu machen, welches der drei Speisesysteme vorgesehen ist,werden die Bezeichnungen P12, P24 oder P48 empfohlen.

ber den Kabelschirm, der ja hier vom Speisegleichstrom durchflossen wird,knnen infolge von Erdschleifen oder Mehrfacherdung Strspannungen indie Schaltung gelangen. Um sie unwirksam zu machen, wird ein groerWechselstromwiderstand R3 in den Speisestromkreis eingefgt. Er bildetzusammen mit der Kapazitt C1 ein Siebglied fr etwaige der Speisespan-nung berlagerte Strspannungen. Auerdem sorgt der Widerstand R3 da-fr, da nur ein kleiner Bruchteil dieser Strspannungen an den phantom-bildenden Widerstandspaaren R1 und R2 abfllt und, falls diese nicht strengsymmetrisch sind, in den Ausgangsstromkreis des Mikrophons gelangt.

Die Phantomspeisung mit 48 Volt (Kennzeichen P48) gestattet den Baubesonders einfacher und betriebssicherer Kondensatormikrophone in Nie-derfrequenzschaltung und hat daher in der professionellen Aufnahmetech-nik die grte Verbreitung gefunden: Die verhltnismig hohe Speisespan-nung kann unmittelbar als Kapselvorspannung benutzt werden und der obenmit R3 bezeichnete groe Wechselstromwiderstand kann ein ohmscher Wi-derstand sein, weil an ihm ein Teil der Speisespannung abfallen darf.

In Kondensatormikrophonen in NF-Schaltung wird die Kapselvorspannungaber auch hufig durch einen eingebauten Gleichspannungswandler erzeugt,der auf einer oberhalb des Hrbereichs liegenden Frequenz schwingt.

Auf den Wechselstromwiderstand R3 (Abb. 27), der die Stromversorgungber den Kabelschirm unkritisch macht, wird bei Mikrophonen fr12-Volt-Phantomspeisung vielfach verzichtet. Manche Mikrophonverstr-ker sind so ausgelegt, da sie an jeder zwischen 7,5 und 52 Volt liegendenSpannung in Phantomschaltung betrieben werden knnen, wenn ein oderzwei Widerstnde entsprechend bemessen werden.

Alle Kondensatormikrophone knnen auch aus Batteriegerten betriebenwerden. Manche Mikrophone besitzen eingebaute Batterien. Sie knnendann ohne Speisungsprobleme auf alle fr dynamische Mikrophone bestimm-te Eingnge geschaltet werden. Mikrophone mit Elektretkapseln verzichtenteilweise sogar auf einen Ausschalter fr die eingebaute Batterie, weil der

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geringe Stromverbrauch die Batterie erst nach einer Zeit von mehr als ei-nem Jahr erschpft. Einige Studiomikrophone knnen sowohl ferngespeistals auch aus eingebauten Batterien versorgt werden.

Wenn tonader- oder phantomgespeiste Studiomikrophone auf Gerte ge-schaltet werden sollen, die nicht fr den Einsatz im Studiobereich gedachtsind, mu stets geprft werden, ob der Mikrophoneingang symmetrisch underdfrei ist. Anderenfalls mu z.B. ein Trennbertrager zwischengeschal-tet werden.

Die grte Typenvielfalt findet sich bei den phantomgespeisten Mikropho-nen in Niederfrequenzschaltung. Die Tonaderspeisung nach DIN EN 61938mit ihren verhltnismig kleinen Speisewiderstnden lt abgesehen vonverschiedenen sonstigen Nachteilen dem Entwicklungsingenieur wenigerFreiheit beim Auslegen der Schaltung, und die Hochfrequenzschaltung bie-tet zum Beispiel keine Mglichkeit, die Richtcharakteristik in einfacherWeise elektrisch umzuschalten.

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6. In der Aufnahmepraxis verwendete Mikrophonarten

Aus der Vielzahl der in der Praxis eingesetzten Mikrophone sollen hier kei-ne Ausfhrungsbeispiele gebracht werden: Mikrophonkataloge der einschl-gigen Firmen sind jedermann leicht zugnglich. Dagegen soll nach dem Auf-fhren einiger Gesichtspunkte, die fr normale Mikrophone gelten, nochetwas nher auf verschiedene Spezialmikrophone eingegangen werden, diein der Praxis eine Rolle spielen.

6.1 Klein-Mikrophone

mit Durchmessern von 18...22 mm werden bevorzugt eingesetzt, wenn dieMikrophone optisch nur wenig in Erscheinung treten sollen, etwa beim Filmoder Fernsehen.

6.2 Mikrophone mit etwas greren Abmessungen

gestatten es, das schallaufnehmende System wirksamer gegen Krperschallund Wind zu schtzen und im Mikrophon Umschalter vorzusehen, etwafr die Wahl verschiedener Richtcharakteristiken, fr eine evtl. mehrstufi-ge Tiefenbeschneidung (Trittschallfilter) oder fr eine zuschaltbare Vor-dmpfung, durch die der Mikrophonverstrker bei sehr groen Schall-druckamplituden vor einer bersteuerung geschtzt werden kann.

6.3 Hand- und Solistenmikrophone

sind vorwiegend fr Nahbesprechung bestimmt und daher hoch aussteuer-bar und mit einem Pop-Schutz aus feinmaschiger Drahtgaze oder offenpo-rigem Schaumstoff versehen, der vorzugsweise bei Kondensatormikropho-nen bersteuerungen durch Explosivlaute usw. verhindern soll. DieseMikrophone werden sowohl als Kondensator- als auch als dynamische Mi-krophone ausgefhrt.

Obwohl sich fr diese Anwendungen zunchst Druck-Empfnger wegen ihrergeringeren Krperschallempfindlichkeit und wegen des fehlenden Nah-Effekts (Abschn. 3.2.2) zu empfehlen scheinen, werden vielfach spezielleDruckgradienten-Empfnger bevorzugt: Ihre Membranen werden im Fallevon Kondensatormikrophonen mechanisch strker vorgespannt und im Fal-le von dynamischen Mikrophonen weniger nachgiebig gemacht und zeigendaher bei der Messung im ebenen Schallfeld zu tiefen Frequenzen hin ei-nen Empfindlichkeitsabfall von 6 dB/Oktave. Tieffrequente Strungen wer-den daher nur schwach bertragen. Beim Besprechen aus kleinem Abstandergibt sich jedoch ein ebener Frequenzgang, weil der fr Gradien-ten-Mikrophone typische Nah-Effekt (Abb. 5) jenen Abfall kompensiert.

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6.4 Geruschkompensierte Mikrophone

Bei Mikrophonen, die speziell fr Sprachbertragung aus einer gerusch-vollen Umgebung bestimmt sind, ist die Membran so stark vorgespannt,da dieser Empfindlichkeits-Abfall fr alle weiter entfernten Schallquellenschon bei etwa 1000 Hz einsetzt und nur eine Nahbesprechung aus 2 ... 4 cmEntfernung einen brauchbaren Sprach-Frequenzgang zur Folge hat. DieseMikrophone ermglichen eine gute Sprachbertragung auch noch aus Ru-men mit sehr hohem Strpegel, wie etwa aus Fahrzeugen und Flugzeugen,die meist noch durch eine leichte Anhebung im Bereich 1 ... 3 kHz verbes-sert wird (sog. Sprach-Prsenz).

Abb. 28 Geruschkompensiertes dynamisches Nahbesprechungs-Mikrophon (MD 425, Sennheiser)

6.5 Feste oder flexible Kapselverlngerungen, Aktive Kapseln

Bei Kondensatormikrophonen, die optisch wenig in Erscheinung treten oderauch etwa an einer Mikrophonangel ein geringes Gewicht haben sollen,kann die Mikrophonkapsel vom Verstrkerteil rumlich getrennt werden.Frher wurde zwischen Kapsel und Verstrkereingang eine konzentrische

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kapazittsarme Leitung eingefgt, die gerade und gebogen ausgefhrt seinkonnte. Die Kapazitt dieser Leitung, die ja der Mikrophonkapsel-Kapazi-tt parallelgeschaltet ist, wurde dadurch kleingehalten, da der Innenleitereinen extrem kleinen Durchmesser hatte. Auerdem durfte er nicht nach-giebig sein, weil die durch eine Bewegung des Mikrophons entstehendenKapazittsnderungen ebenso wie Membranbewegungen in elektrische Span-nungen umgesetzt werden. Um das zu vermeiden, sollte im Kapselgehuseein als Impedanzwandler geschalteter Feldeffekt-Transistor untergebrachtwerden, der die groe Kapselimpedanz auf einen fr die Leitungsfhrungunkritischen Wert herabsetzt. Heutige Schaltungstechniken erlauben es zu-dem, die gesamte Mikrophonschaltung so zu miniaturisieren, da sie in dasKapselgehuse hineinpat und dieses dabei nur unwesentlich vergrert.

6.6 Mikrophone fr die raumbezgliche Stereophonie

Prinzipiell sind fr Stereo-Aufnahmen, die ber Lautsprecher abgehrt wer-den sollen, keine Spezialmikrophone erforderlich. Soll jedoch eine Zwei-kanal-Aufnahme auch bei einkanaliger Wiedergabe befriedigend klingen, sosollte nach dem Verfahren der Intensitts-Stereophonie aufgenommenwerden: Nicht Laufzeit-, sondern nur Intensittsunterschiede der in beidenKanlen bertragenen Signale mssen den Richtungseindruck vermitteln.Laufzeitdifferenzen wrden beim Zusammenschalten beider Signale zu In-terferenzen und damit zu einer unbefriedigenden Einkanal-Wiedergabe fh-ren. Sie sind lediglich zulssig, wenn einer der beiden Schallanteile um min-destens 6 dB schwcher ist als der andere.

Laufzeitdifferenzen werden am einfachsten durch den Einsatz sogenannterStereomikrophone vermieden: Zwei Richtmikrophone sind in unmittel-barer Nachbarschaft zueinander angeordnet und werden von den Schall-wellen praktisch zu gleicher Zeit erreicht. Eines der Mikrophone wird ge-genber dem anderen verdreht. Als Folge der Richtcharakteristiken derMikrophone ergeben sich die gewnschten Intensittsunterschiede.

Bei einigen dynamischen Stereomikrophonen sind zwei gleiche Cardioid-Mikrophone dicht neben- und im rechten Winkel zueinander auf einem ge-meinsamen Fu montiert. Bei einer anderen Version, sowie bei den mei-sten Kondensator-Stereomikrophonen sind beide Kapseln bereinander ineinem gemeinsamen Gehuse angeordnet. Die obere Mikrophonkapsel istdrehbar.

Kondensator-Stereomikrophone knnen auf unterschiedliche Richtcharak-teristiken geschaltet werden, auch lt sich ihre obere Kapsel gegenberder unteren (feststehenden) Kapsel nach links und rechts verdrehen. Da-mit kann, wie DIN 45 599 vorschreibt, sowohl beim stehenden als auch

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beim hngenden Mikrophon das feststehende System I auf den linken unddas drehbare System II auf den rechten Teil der Schallquelle ausgerichtetwerden (sogenannte XY-Technik). DIN 45 597 empfiehlt, die dem linkenKanal zugeordneten Anschlsse und Gerte gelb, die dem rechten Kanalzugeordneten rot zu kennzeichnen.

Abb. 29 zeigt ein Stereo-Kondensatormikrophon, dessen obere Kapsel ver-drehbar ist. Die Richtcharakteristiken lassen sich im Mikrophon umschal-ten. Bei verschiedenen anderen Typen sind sie fernumschaltbar.

Abb. 29 Stereomikrophon mit Charakteristik-Umschaltern (USM 69 i, Neumann)

Bei dem in Abb. 30 gezeigten Stereo-Mikrophon handelt es sich um eineKombination aus einem Richtrohr-Mikrophon (s. Kap. 6.8) zur Aufnahmeeines Mittensignals und einem zweiten Mikrophonsystem mit zur Mikro-phonachse querliegender Achtercharakteristik zur Aufnahme eines Seiten-signals (sogenannte MS-Technik). In einem Matrixverstrker knnen dieMikrophonsignale in eine Links- und eine Rechtsinformation gewandelt wer-den. Die Stereo-Basisbreite lt sich durch Verstrkungsnderung des Seiten-

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signals variieren. So werden Richtcharakteristik und Aufnahmewinkel trotzfeststehender Mikrophonsysteme fernumschaltbar.

Fr Stereoaufnahmen, die keine hochwertige Einkanal-Wiedergabe ermg-lichen mssen und bei denen auch Laufzeitdifferenzen zwischen beidenKanlen auftreten drfen, werden zwei Einzelmikrophone im Abstand von17 cm bis zu einigen Metern nebeneinander aufgestellt (sog. A-B-Technik),gelegentlich dazu noch ein auf beide Kanle geschaltetes Mitten-Mikrophon,oder es wird eine der folgenden Anordnungen gewhlt:

Beim ORTF-Verfahren werden zwei im Abstand von 17 cm von Membran-mitte zu Membranmitte angeordnete Nieren-Mikrophone um je 55 nachlinks und rechts verdreht.

Abb. 30 RSM 191-System, Neumann

Beim OSS-Verfahren nach Jecklin befindet sich zwischen zwei ungerichte-ten Druckempfngern eine mit absorbierendem Material belegte rundeScheibe mit 30 cm Durchmesser, die eine zu hohen Frequenzen zunehmendeKanaltrennung bewirkt.

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Jedem dieser Verfahren werden fr bestimmte Anwendungen gewisse Vor-teile nachgesagt. Allgemein werden Stereo-bertragungen, die sowohl In-tensitts- als auch Laufzeitdifferenzen ausnutzen, etwas besser beurteilt. Manmu aber bedenken, da Laufzeitdifferenzen nicht nur die Qualitt eineretwaigen Einkanal-Wiedergabe beeintrchtigen, sondern es auch erforderlichmachen, da der Hrer vom rechten und vom linken Lautsprecher genaugleichen Abstand hat. Bei der reinen Intensitts-Stereophonie ist diese For-derung weniger streng: Eine Laufzeitdifferenz ergibt sich hier nur durch diemeist etwas verschiedenen Abstnde des Hrers zu beiden Lautsprechern.Sie ist whrend der ganzen bertragung konstant und kann, da sie ja keineinteressante Information enthlt, bis zu einem gewissen Mae vom Zuh-rer eliminiert werden.

Abschlieend sei bemerkt, da auch bei Stereoaufnahmen meist zustzlichEinzelmikrophone als Sttzmikrophone eingesetzt werden, deren Ausgangs-spannungen elektrisch zu unterschiedlichen oder auch gleichen Teilen aufdie Kanle verteilt werden. Damit sie die durch das oder die etwas weiterentfernten Hauptmikrophone bertragene Lokalisation nicht beeinflussen,drfen sie allerdings nur mit verhltnismig kleinem Pegel oder ber einLaufzeitglied entsprechend verzgert zugemischt werden.

6.7 Mikrophone fr die kopfbezgliche Stereophonie

Aufnahmen nach dem Verfahren der kopfbezglichen Stereophonie wer-den zweikanalig mit einem Knstlichen Kopf durchgefhrt, der anstelleder Gehrorgane mit Mikrophonen ausgerstet ist.

Beim Abhren mit einem guten Stereo-Kopfhrer entsteht ein Klangein-druck, der fast vollstndig demjenigen gleicht, den der Hrer bei stillgehal-tenem Kopf am Ort des Kunstkopfes gewinnen wrde.

Kunstkpfe werden oft in grerer Entfernung von der Schallquelle einge-setzt. Es hat sich daher bewhrt, sie so zu entzerren, da ihr Frequenzgangnicht im freien, sondern im diffusen Schallfeld annhernd eben ist. Ent-sprechend befriedigt auch die Kopfhrer-Wiedergabe dann am meisten,wenn der Stereo-Kopfhrer ein ebenes Diffusfeld-bertragungsma, gemes-sen nach DIN IEC 268-4, hat.

Beim Abhren ber Lautsprecher entspricht der Klangeindruck weitgehenddemjenigen, den ein herkmmliches Stereomikrophon am Orte des Kunst-kopfes vermitteln wrde, jedoch mit differenzierterer Abbildung der Raum-tiefe.

Bei dem in Abb. 31 dargestellten Kunstkopf ist zwischen die nur 4 mmlangen Ohrkanle und das jedem Ohr zugeordnete Kondensatormikrophon

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zum bergang vom kleinen Ohrkanal- auf den greren Mikrophon-Durch-messer ein spezielles Anpastck eingefgt, das auch akustische Gliederfr die gewnschte Diffusfeld-Entzerrung enthlt und weitere Entzerrun-gen unntig macht.

Abb. 31 Kunstkopf (KU 100, Neumann)

Frher wurden auch Kopf-Stereomikrophone fr Amateure angeboten. Da-bei verwendete der Aufnehmende anstelle des knstlichen seinen eigenenKopf fr die Aufnahme. Es hatte sich gezeigt, da auch die Anordnung klei-ner Mikrophone einige Millimeter vor dem Eingang des Gehrganges beiKopfhrerwiedergabe zu einer brauchbaren bertragung der Richtungsin-formation fhrte. Das Kopfmikrophon (Abb. 32) bestand aus einem Kinn-bgel, der mit zwei Anstzen in die Ohren eingehngt wurde und an seinenEnden zwei kleine Elektret-Kondensatormikrophone trug, deren Membra-nen bei dieser Trageweise, nach oben zeigend, etwa 10 mm vor dem Ohr-kanal-Eingang gehalten wurden. Das zugehrige batteriebetriebene Strom-versorgungsgert wurde in der Tasche getragen.

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Abb. 32 Kopf-Stereomikrophon (MKE 2002, Sennheiser)

6.8 Mikrophone mit Richtrohr

Bei diesen Mikrophonen wird der Interferenzeffekt ber einen greren Fre-quenzbereich hin (je nach Rohrlnge bis zu Frequenzen unterhalb 500 Hz)ausgenutzt.

Vor der Membran eines Mikrophons befindet sich ein Rohr, in dessen Wandin axialer Richtung ein Schlitz oder zahlreiche ffnungen eingefgt sind.Schall, der schrg auf das Rohr trifft, ndert nach dem Eindringen durchden Spalt oder die ffnungen seine Fortpflanzungsrichtung. Er ist dahermit den weiterhin in das Rohr eindringenden Schallanteilen nicht in Phaseund wird abgeschwcht (Abb. 33): Die Wegabschnitte a und b sind ver-schieden lang. Nur fr Schall, der parallel zur Rohrachse einfllt, sind alleSchallanteile gleichphasig und werden nicht durch Interferenz geschwcht.Das Ergebnis ist eine keulenfrmige Richtcharakteristik.

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Abb. 33 Zur Wirkung des Richtrohr-Mikrophons (M = Membran)

Damit das Richtdiagramm fr alle Frequenzen des bertragungsbereicheseine hnliche Form bekommt, mu die wirksame Rohrlnge zu hohen Fre-quenzen hin kleiner werden. Hierzu wird der Schlitz mit feiner Gaze be-deckt. Sie bewirkt, da der Strmungswiderstand im Rohrinneren zu ho-hen Frequenzen hin zunimmt, das Rohr also scheinbar krzer wird, undverhindert zugleich, da sich im Rohr Resonanzen ausbilden knnen. ZumAusgleich der bei den hohen Frequenzen grer werdenden Rohrdmpfungwerden die betreffenden Schallanteile im Verstrker entsprechend angeho-ben. Im unteren Frequenzbereich ist die Rohrlnge nicht mehr gro gegendie Schallwellenlnge. Damit in diesem Bereich eine annhernd keulenfr-mige Richtcharakteristik beibehalten wird, werden die Mikrophonsystemeso gestaltet, da sie bei tiefen Frequenzen als Druckgradienten-Empfngermit Cardioid- oder Hypercardioid-Charakteristik arbeiten.

Die meisten Richtrohrmikrophone besitzen auch an der Vorderseite desRohres Schall-Einlaffnungen. Dadurch wird das bertragungsma beson-ders fr von vorn einfallende Schallwellen bis zu verhltnismig tiefen Fre-quenzen durch Druckstau auf die Membran (vgl . Abschn. 3.3) um ca. 6 dBvergrert.

Richtrohr-Mikrophone werden fast ausschlielich als Kondensatormikropho-ne ausgefhrt.

Abb. 34 zeigt ein Richtrohr-Mikrophon, das bei einer Gesamtlnge von39,5 cm die in Abb. 35 angegebene Richtcharakteristik besitzt.

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Abb. 34 Richtrohrmikrophon (KMR 82 i, Neumann)

Abb. 35 Richtdiagramm des in Abb. 34 dargestellten Mikrophons

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Da das Mikrophon nur bei niederen Frequenzen (greren Wellenlngen)als Druckgradienten-Empfnger arbeiten mu, darf der Schall-Umweg zurMembranrckseite lnger sein als bei den anderen Druckgradienten-Mikrophonen (vgl. Abschnitt 3.2.1). Dadurch kommen strkere Druckdif-ferenzen und damit strkere Antriebskrfte fr die Membran zustande, unddie Membran braucht nicht mehr so extrem nachgiebig zu sein, wie sie esbei Mikrophonen sein mu, die auch noch bei hheren Frequenzen alsDruckgradienten-Empfnger arbeiten mssen. Das Mikrophon wird daherunempfindlicher gegen Erschtterungen, Griffgerusche usw.

Um diese Vorteile auch fr handlichere Mikrophone auszunutzen, wurdenMikrophone mit krzerem Richtrohr geschaffen, die sich besonders fr Auf-nahmen aus unruhiger Umgebung eignen, aber auch gern als Hand-, Tisch-oder Rednerpult-Mikrophone verwendet werden. Ihre Richtkeule ist etwasbreiter als diejenige der lngeren Richtrohrmikrophone, aber schmaler alsbei Niere und Hypercardioide und bietet bisweilen auch Vorteile, wenngleichzeitig eine Saal-Einspielung ntig ist.

Abb. 36 zeigt ein derartiges Mikrophon.

Abb. 36 Kondensatormikrophon mit kurzem Richtrohr (KMR 81 i, Neumann)

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6.9 Lavalier- und Ansteck-Mikrophone

Solisten und Sprecher, die sich whrend ihres Vortrages frei bewegen sol-len, werden hufig mit sogenannten Lavalier-Mikrophonen ausgestattet.Diese Mikrophone zumeist Druckempfnger werden mit einer um denHals gehenden Schnur vor der Brust getragen. Ihr Wandlersystem ist gegeneine Krperschall-bertragung ber das Gehuse geschtzt, damit zum Bei-spiel von der Kleidung verursachte Reib-Gerusche unhrbar bleiben. Dasbertragungsma steigt zu hohen Frequenzen hin um 8 ... 10 dB an, weilder Mund die hherfrequenten Schallanteile vorzugsweise in Sprechrich-tung und weniger stark zur Brust hin abstrahlt. Auerdem zeigt sich frmnnliche Sprecher bei 700 Hz, fr weibliche bei etwa 800 Hz eine Reso-nanz-berhhung im Frequenzgang, die durch vom Brustkorb abgestrahl-ten Schall zustande kommt und bei einigen Lavalier-Mikrophonen akustischoder elektrisch entzerrt wird. Abb. 37 zeigt ein dynamisches Lavalier-Mikrophon.

Abb. 37 Dynamisches Lavalier-Mikrophon (M 111 N, beyerdynamic)

Bei Fernseh-Darbietungen wird anstelle des umgehngten Mikrophons gernein kleines Ansteck-Mikrophon benutzt, das wie ein Abzeichen oder einSchmuckstck an der Kleidung (zum Beispiel am Rockaufschlag) getragenwird und im Bild kaum auffllt. Fr den Frequenzgang dieser Mikrophone

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gilt das oben gesagte; ein Anstieg bei 700 oder 800 Hz ist infolge der an-dersartigen Trageweise jedoch nur vereinzelt feststellbar.

Die Ausgangsspannung beider Mikrophonarten wird ber ein beweglichesKabel, hufig aber auch drahtlos mittels eines batteriebetriebenen Taschen-senders, weitergeleitet.

Abb. 38 zeigt ein kapazitives Ansteckmikrophon, das auer der Mikrophon-kapsel nur einen integrierten Feldeffekt-Transistor und Hchstohmwider-stand enthlt.

Abb. 38 Kapazitives Ansteckmikrophon (MKE 2, Sennheiser)

6.10 Drahtlose Mikrophone

Vllige Unabhngigkeit vom Mikrophonkabel geben Mikrophone, bei de-nen sich sowohl ein kleiner Sender als auch die zum Betrieb erforderlichenBatterien im Mikrophongehuse befinden oder doch mit dem Mikrophonzu einer Einheit verbunden sind. Lediglich fr die Sendeantenne ist nochein kurzes Drahtstck erforderlich. Bei neueren Typen, die im Bereich derZentimeterwellen arbeiten (500 ... 1000 MHz), ist fr die Antenne nurnoch ein kurzer Metallstab erforderlich, der auf der Rckseite des Mikro-phons angeordnet oder in das Mikrophongehuse integriert ist.

Bei der drahtlosen bertragung in geschlossenen Rumen bilden sich na-trlich gerade bei so kurzen Wellen oft ausgeprgte stehende Wellen aus:Bewegungen des Mikrophons lassen die Empfangsfeldstrke stark schwan-ken, und es ergeben sich auch zahlreiche Stellen, an denen sie zu Null wird.

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Zum Ausgleich dieser Schwankungen wird die bertragung mit Frequenz-modulation und einer starken Amplitudenbegrenzung durchgefhrt. Auer-dem ist Diversity-Empfang vorgesehen: Eine Automatik schaltet den Emp-fnger, fr den Hrer unmerklich, immer auf diejenige von mehrerenEmpfangsantennen, die gerade die hchste Spannung des gewnschtenHF-Signals abgibt.

Neuere derartige bertragungsanlagen besitzen noch zustzlich eine Kom-panderschaltung zum Verbessern des Rauschabstandes, und so lassen sichdrahtlose Mikrophone heute oft ohne eine merkbare Qualittsminderungauch fr anspruchsvollere bertragungsaufgaben anstelle drahtgebundenerMikrophone einsetzen.

Abb. 39 zeigt ein drahtloses Moderations- und Gesangsmikrophon; es kannmit Elektret- oder dynamischen Kapseln bestckt werden. Sein Sender ar-beitet auf einer Frequenz zwischen 450 und 960 MHz mit einer Sendelei-stung von 50 mW.

Abb. 39 Drahtloses Moderations- und Gesangsmikrophon mit integrierter Antenne (SKM 5000,Sennheiser)

6.11 Grenzflchen-Mikrophone

Diese auch als PZM (pressure zone microphones) bekannten Mikropho-ne sind kleine Kondensator-Druckempfnger, die bndig so in eine schall-harte Platte eingebaut sind, da ihre Membran (nahezu) in der Platten-Ebene

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liegt. Die zum Mikrophon gehrige Platte kann auf eine grere Flche, bei-spielsweise den Boden, aufgelegt oder an einer Wand oder dergleichen be-festigt werden. Man kann so die Verhltnisse der unendlichen Schallwandannhern, die bis zu den tiefsten Frequenzen als Reflektor wirksam ist.

Whrend sich im Schallfeld eines Raumes stets stehende Wellen und da-durch frequenz- und ortsabhngige Schalldruck-Maxima und -Minima aus-bilden, befindet sich ein in einer Begrenzungsflche angeordnetes Mikro-phon stets in einem Schalldruck-Maximum. Dadurch entfallen Schwankun-gen im Frequenzgang des auftreffenden Schalldrucks und die Nutzspannungwird verdoppelt. Bei schrgem Schalleinfall erfahren allerdings die hher-frequenten Anteile interferenzbedingte Abschwchungen, weil nicht alleTeile der Membran gleichzeitig erreicht werden. Ein ebener Frequenzgangauch fr den seitlich einfallenden Schall lt sich nur erreichen, wenn derMembrandurchmesser einen kleineren Durchmesser als etwa 5 mm besitzt.

Einige Grenzflchen-Mikrophone werden mit sehr kleinen Membrandurch-messern ausgefhrt und bertragen daher auch seitlich einfallende Schall-signale ohne Hhenverlust. Sie bertragen auch den ber Wand-, Boden-und Deckenrckwrfe zum Mikrophon gelangenden indirekten Schall ori-ginalgetreu, der dem Hrer vor allem Informationen ber die Gre undBeschaffenheit des Aufnahmeraums vermittelt. Einschwingvorgnge und im-pulshaltige Schallanteile behalten ihren ursprnglichen Klangcharakter. Frei-feld- und Diffusfeld-Frequenzgang des Mikrophons sind einander gleich.Der Hrer wird so mehr als durch die blichen Mikrophone in den Auf-nahmeraum versetzt und kann wie ein im Raum Anwesender auch entfernteSchallquellen noch gut wahrnehmen. Die Mikrophonaufstellung ist wesent-lich unkritischer. Wegen des Einbaus in eine Platte nehmen Grenzflchen-Mikrophone allerdings nur aus einem Halbraum Schall auf.

Allerdings scheiden hier die herkmmlichen Methoden, dem Mikrophoneine bestimmte Richtcharakteristik zu verleihen, aus: Sowohl das Druck-gradienten- als auch das Interferenz-Prinzip nutzen Laufzeit-Effekte aus,durch die die oben genannten Vorteile wieder verlorengehen wrden.

Es werden aber Mikrophone angeboten, bei denen Druckgradientenkapselnliegend dicht an einer Grundplatte angeordnet sind, um den hinteren Vier-telraum etwas auszublenden. Zudem verhindert die Nhe zur Grundplat-te Interferenzen infolge von unterschiedlichen Laufwegen zwischen direk-tem Schall und Reflexionen von der Grundplatte, wie sie bei Mikrophonenauftreten, die auf einen Tischstnder montiert sind.

Abb. 40 zeigt ein Grenzflchen-Mikrophon mit der zugehrigen Grundplatte.

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Seine Einsprechffnung hat einen Durchmesser von 12 mm. Ein aufsteck-barer Windschutz dient als Dmpfung fr Luftgerusche. Durch eine au-ermittige Kapselposition in einer Plattenkontur ohne Symmetrieachse blei-ben bei dieser Konstruktion Interferenzen zwischen direktem Schalleinfallauf die Membran und reflektierten Schallanteilen unhrbar. ReflektierteSchallanteile entstehen bei allen Grenzflchen an deren Kanten, auf die dieSchallwellen bei ihrer Ausbreitung lngs der Plattenoberflche treffen.

Da sich nach diesem Prinzip, wie schon gesagt, keine Richtmikrophone her-stellen lassen, sind Stereoaufnahmen nur nach dem Prinzip der auf Eintreff-zeitunterschieden basierenden sog. A-B-Stereophonie ausfhrbar.

Abb. 40 Grenzflchen-Mikrophon (GFM 132, Neumann)

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7. Einige Gesichtspunkte zur Beurteilung der bertragungs- undBetriebseigenschaften

DIN IEC 268 Teil 4 legt fest, welche Angaben das Datenblatt eines Mikro-phons enthalten soll. Fr einen Teil der Angaben sind Grenzwerte oderGrenzwertkurven angegeben, die alle Mikrophone einhalten mssen, die dieBezeichnung Heimstudio- oder HiFi-Mikrophon fhren und entspre-chend gekennzeichnet werden drfen.

Hierzu gehren: der Frequenzgang, die Richtcharakteristik und das Bn-delungsma, der Klirrfaktor bei einem Schalldruck von 10 Pa und der Un-terschied der bertragungsmae beider Kanle von Stereomikrophonen.

Fr Studio-Mikrophone gelten strengere Mastbe, die teils in den Pflich-tenheften der Rundfunkanstalten festgelegt sind, teils zwischen Anwenderund Hersteller besonders vereinbart werden. Dabei spielt fr die Beurtei-lung ihrer bertragungseigenschaften auer dem Frequenzgang, der Richt-charakteristik und dem Klirrfaktor, der bei Studiomikrophonen durch denGrenzschalldruck fr 0,5% Klirrfaktor ausgedrckt wird, noch der gehr-wertrichtig gemessene Eigenstrspannungsabstand bzw. der Geruschpegel-abstand des Mikrophons eine wichtige Rolle (Definition siehe Anhang).

Bei dynamischen Mikrophonen wird er p