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28.02.2012

Wie funktioniert eigentlich ein Mikrofon?
Technisch gesehen gehört das Mikrofon zu den Schallwandlern, die mit dem Lautsprecher, dem Tonabnehmer, mit Kopfhörer oder Sensor einige weitere populäre Familienmitglieder vorweisen können. Dabei besteht die Aufgabe eines Mikrofons zuerst einmal darin, Schall aufzunehmen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ob es sich dabei um Stimmen, Instrumente, um Vogelgezwitscher oder Meeresrauschen handelt, spielt im Grund keine Rolle: normalerweise ist es eine hauchdünne Membran, deren Schwingungen auf verschiedene Art und Weise dafür sorgen, dass Schallwellen zu elektrischen Wellen werden. Wie das bei den verschiedenen Mikrofontypen genau passiert, davon später mehr.
Dieses elektrische Signal kann nun per Kabel oder Funk transportiert, bearbeitet, verstärkt und verändert, und schließlich auch wieder hörbar gemacht werden: das Gegenteil eines Mikrofons ist nämlich der Lautsprecher oder sein Kollege Kopfhörer, die das vom Mikrofon gelieferte elektrische Signal genau auf umgekehrtem Weg wieder in Schall umwandeln.

Ein Mikrofon wird also dann gebraucht, wenn Schallwellen aufgenommen, verstärkt, oder über eine Beschallungsanlage wiedergegeben werden sollen; Keyboards, Synthesizer und andere elektronische Geräte erzeugen selbst ein elektronisches Signal, das direkt weiterverarbeitet werden kann. 
Übrigens: Das elektrische Signal, das ein Mikrofon ausgibt, ist relativ schwach und muss deshalb zunächst durch einen Mikrofonvorverstärker. Diese gibt es als externe Geräte, aber sie sind auch Teil des Mikrofonkanals im Mischpult und bringen das schwache Signal auf einen verwertbaren Pegel - ein Mikrofon kann man also nicht direkt an eine Endstufe anschließen.

Die verschiedenen Mikrofontypen

Ob wir es mit einem dynamischen oder einem Kondensator-Mikrofon zu tun haben, hängt vom so genannten "Wandlerprinzip" ab. Das Wandlerprinzip gibt an, auf welche Art und Weise die Membranschwingungen in elektrische Schwingungen umgewandelt werden.

Das dynamische Mikrofon

Das dynamische Mikrofon hat seinen Namen von besagtem Wandler, der in ihm für die Umwandlung von akustischen in elektrische Wellen verantwortlich ist. Der so genannte elektrodynamische Wandler nämlich basiert auf dem Prinzip der Induktion, ein vielleicht vom Physikunterricht noch geläufiger Begriff: bewegt sich ein Magnet über einer Spule oder eine Spule über einem Magneten, dann wird Strom erzeugt. Ein Prinzip übrigens, das im täglichen Leben allgegenwärtig ist, sei es als Fahrraddynamo, sei es als Windkraftwerk, oder eben als dynamisches Mikrofon. Die gebräuchlichste Form dieses Mikrofontyps nennt sich "Tauchspulenmikrofon", auf englisch "Moving Coil Microphone", das wir uns jetzt näher anschauen werden. Seine relativ exotischen dynamischen Verwandten wie beispielsweise das Bändchen-Mikrofon lassen wir heute außen vor.Beim Tauchspulen-Mikrofon ist die Membran an einer Spule angebracht, die sich in einem Luftspalt zwischen dem Nord- und Südpol eines Magneten befindet. Treffen nun Schallwellen auf die Membran, wird diese bewegt, und mit ihr folglich auch die Spule, wodurch nach dem Prinzip der magnetischen Induktion eine Spannung entsteht, oder besser gesagt "induziert" wird. Unser akustisches Signal wird so also in eine elektrische Spannung gewandelt. Als Material für diesen so genannten Permanentmagneten - ein Stück Metall, das im Gegensatz zum Elektromagneten dauerhaft magnetisch ist - verwendet man vorwiegend Alnico oder Neodymium. Da dieser Magnet kein Elektromagnet ist, braucht man auch keine zusätzliche Energiezufuhr wie zum Beispiel eine Phantomspeisung für diese Art Mikrofon. Allerdings schadet es dem Mikrofon auch nicht, wenn eine Phantomspeisung zugeschaltet ist. Aber Vorsicht: wer ab und zu irgendwo zu tun hat, wo antiquarische Mischpulte oder ähnliches zum Einsatz kommen, der sollte sich vergewissern, dass keine so genannte "Tonaderspeisung" aktiviert ist. Sonst könnte es passieren, dass sich auch das robusteste Mikrofon mit einem letzten Rauchzeichen in die ewigen Jagdgründe zurückzieht.

Das Kondensator-Mikrofon

Die Wandler in Kondensator-Mikrofonen heißen mit Vornamen "Elektrostatisch". Bei ihnen besteht die Membran - übrigens nur ein paar tausendstel Millimeter dick - entweder aus Metall oder zumindest aus metallbedampftem Kunststoff, weil sie elektrisch leitfähig sein muss. Der Membran in gewissem Abstand gegenüber befindet sich eine Metallplatte, die so genannte Gegenelektrode. Die beiden zusammen bilden einen Kondensator - auch hier grüßt von ferne wieder der Physikunterricht mit dem guten alten Platten-Kondensator. Abhängig vom Abstand der beiden "Platten", also der Membran und der Gegenelektrode, kann dieser Kondensator eine bestimmte Ladung aufnehmen, Kapazität genannt. Diese Ladung wird ihm von außen per Gleichstrom zugeführt, er erhält seine "Kapselvorspannung". Zuständig dafür ist die berühmte Phantomspeisung, die entweder vom Mischpult oder einem anderen externen Gerät wie einem Mikrofon-Vorverstärker kommen kann. Trifft nun Schall auf die Membran, bewegt sie sich und verändert so ständig den Abstand der "Platten" zueinander und damit auch die aufgenommene Ladung. Bei einem Kondensator-Mikrofon ist es also nicht die Induktion, die letztendlich die elektrischen Signale liefert, sondern die Veränderungen der Kondensator-Kapazität.

Aber wie kommt die nun zum Mischpult?

Nun, ein kleiner Mikrofonverstärker - nicht zu verwechseln mit dem Mikrofon-Vorverstärker - der sich im Inneren des Mikrofons befindet, bereitet das Signal so auf, dass es zum Bestimmungsort geschickt werden kann. Dieser so genannte Impedanzwandler ist in der Regel auf Transistor- oder Röhrenbasis aufgebaut und wird ebenfalls über die Phantomspeisung mit der benötigten Energie versorgt. Womit auch geklärt ist, was Röhren in manchen Mikrofonen zu suchen haben.

Neben diesen "normalen" Kondensator-Mikrofonen begegnen uns von Zeit zu Zeit auch Elektretkondensator-Mikros. Bei dieser Spezies benötigt der Kondensator keine Phantomspeisung zum Aufladen, da die Spannung konstant vorhanden ist. Verantwortlich dafür ist eine so genannte Elektretfolie, die elektrostatische Ladung sehr gut halten kann. Dabei kann entweder die Membran oder die Gegenelektrode aus diesem Material bestehen. Die Phantomspeisung versorgt beim Elektretkondensator-Mikrofon übrigens nur noch den Mikrofon-Verstärker mit Spannung. Ein ähnliches physikalisches Verhalten wie beim Elektreten gibt es übrigens auch zu beobachten, wenn man sich mit einem Luftballon über den Kopf reibt und die Haare zu Berge stehen, oder man mit den billigen Tretern stundenlang über die PVC Beläge des Einkaufscenters geschlurft ist und dann seiner Traumfrau einen Kuss gibt. Nur dass beim Mikrofon alles geregelt abläuft und keine der beteiligten Komponenten Ohrfeigen verteilt.

Die Besonderheiten beim Kondensator-Mikrofon

Wer des Öfteren durch TV-Sendungen zappt, der hat sie bestimmt schon gesehen: winzige Mikrofone, die an Kragen oder Bluse geklemmt und erst beim näheren Hinschauen als solche zu identifizieren sind. Und wer einmal bei einer Produktion im Tonstudio oder beim Rundfunk dabei war, der kennt auch die unförmigen Geschwister der Winzlinge: Mikrofone in Brikettgröße, hinter denen sich Sänger perfekt verstecken können.Den Unterschied macht die Membran. Mikrofone mit einer Membrangröße von unter einem Zoll (2,54 cm) bezeichnet man als Kleinmembranmikrofone, alles was darüber ist, gehört demnach zu den Großmembranmikrofonen. Wenn man nun davon ausgeht, dass eine Membran genau wie das ganze Mikrofon ein Hindernis für jede Schallwelle darstellt, dann wird klar, dass es eigentlich heißen müsste: je größer, desto ungünstiger. Und tatsächlich kann eine große Membran naturgemäß hohe Frequenzen nicht so verfärbungsfrei übertragen wie eine kleine. Man kann sich also merken, dass hohe Frequenzen umso besser und neutraler übertragen werden, je kleiner die Mikrofonkapsel und damit auch die Membran ist. Ein guter Grund, beispielsweise beim Schlagzeug Overhead oder HiHat mit Kleinmembranmikrofonen abzunehmen. Ein weiterer und je nach Einsatz wichtiger Grund für ihren Einsatz ist die so genannte Rückwärtsdämpfung, also die Abschwächung des von hinten kommenden Signals.

Aber wozu werden dann Großmembranmikrofone überhaupt gebraucht?

Einer der Vorteile einer großen Membran ist ihre Empfindlichkeit. Bei gleichem Schalldruck generiert sie mehr elektrische Spannung, und je mehr davon vorhanden ist, desto mehr hebt sich das Signal vom Grundrauschen der nachfolgenden Verstärker ab. So lassen sich mit großen Membranen sehr rauscharme Mikrofone konstruieren.Der vielleicht wichtigste Grund für ein Großmembranmikrofon ist aber seine Charakteristik. Während Mikrofone mit kleiner Membran sehr oft als steril empfunden werden, hat jedes Großmembranmikrofon seinen ganz eigenen Charakter, der durch seine Färbung besonders den Gesang hervorhebt und lebendig und warm wirken lässt.

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