Kleine Mikrophonkunde

Wie sie schon gelesen haben, braucht man für Umwandlung von Schallschwingungen in elektrische Schwingungen Mikrophone, recht empfindliche und sorgfältig konstruierte Geräte, mit deren Funktion, Bauweise, Anwendung und Besonderheiten wir uns jetzt beschäftigen wollen.

Es gibt vier unterschiedliche Aufbauarten bei Mikrophonen: Kohle- und Kristallmikrophone, die elektrodynamischen und die Kondensatormikrophone. Die ersten beiden Gruppen brauchen wir nur ganz kurz zu betrachten, da sie nur geringe Bedeutung haben. Beim Kohlemikrophon, das eigentlich nur in Telephonapparaten eingebaut wurde, wird feingemahlene, elektrisch leitende Kohle einmal mehr, einmal weniger durch die Schallwellen zusammengedrückt, wodurch sich der elektrische Widerstand des Kohlegrieß  ändert. Kristallmikrophone nutzen den piezoelektrischen Effekt aus, der bei bestimmten Kristallen auftritt: wird ein Kristall gebogen, treten an seiner Oberfläche elektrische Spannungen auf. Diese Verbiegungen werden beim Kristallmikrophon durch die Schallwellen, die auf eine Membran wirken, beim ganz ähnlich arbeitenden Kristalltonabnehmer durch die Abspielnadel erzeugt.

Das elektrodynamische Tauchspulenmikrophon ist am weitesten verbreitet, Abbildung 01 zeigt den vereinfachten Aufbau. Die Membrane wird von den Schallwellen vor- und zurückbewegt, was eine Spule aus dünnem Draht zwingt, die gleichen Bewegungen im Kraftlinienfeld eines Dauermagneten auszuführen. Da die Kraftlinien des Magneten von der bewegten Spule geschnitten werden, entsteht nach einem Grundgesetz des Magnetismus in der Spule eine Wechselspannung, die ein genaues Abbild der Schallwellen darstellt. Beim ziemlich seltenen Bändchenmikrophon sind Membran und Spule eine Einheit: das dünne Bändchen aus gegriffelter Aluminiumfolie bewegt sich zwischen den Polen eines Magneten, dessen Form ähnlich der eines Tonkopfkernes ist. Das Bändchen stellt gewissermaßen eine Spule mit einer einzigen Windung dar, auch diese Spule schneidet magnetische Kraftlinien, und es entsteht wieder eine den Schallwellen entsprechende Spannung.

Abb. 01 Prinzipieller Aufbau eines elektrodynamischen Tauchspulenmikrophons

Leider konnte bisher eine bei „Auch-Könnern“ verbreitete Unsitte nicht ausgerottet werden, nämlich das Blasen auf das Mikrophon bei der Anschlusskontrolle. Diese Art, ein Mikrophon auszuprobieren, kann für ein Bändchenmikrophon tödlich sein: das dünne Aluminiumbändchen kann nämlich geradezu zerblasen werden. Bei anderen Mikrophonen besteht die Gefahr, dass beim Anblasen Feuchtigkeit die Membrane an den Haltevorrichtungen beschädigt. Schlichtes Zählen mit halblauter Stimme erfüllt den Zweck beim Ausprobieren viel besser, stört niemanden und schadet dem Mikrophon nicht.

Beim Kondensatormikrophon verändert der Schallwellendruck den Abstand einer dünnen, goldbedampften Kunststofffolie von einer festen Metallplatte. Goldschicht und Platte bilden einen Kondensator, dessen Kapazität groß ist, wenn die Membran nahe, und klein, wenn sie von der Platte entfernt ist. Je nach der Kapazität strömen Elektronen in den Kondensator oder fließen wieder ab, und da fließende Elektronen nichts anderes als elektrischer Strom sind, entsteht eine den Schallwellen entsprechende Spannung, wenn man den Strom durch einen Widerstand fließen lässt. Weil diese Spannung sehr niedrig und gegen Störungen empfindlich ist, muss sie noch im Mikrophon selbst verstärkt werden, was einen Verstärker und ein Versorgungsgerät (Netzgerät) erfordert, das die‘ notwendige Energie liefert. Kondensatormikrophone haben eine ausgezeichnete Qualität, weshalb sie in Tonstudios bevorzugt werden.

Da Amateure fast ausschließlich dynamische Tauchspulenmikrophone benutzen, wollen wir unsere weiteren Erklärungen auf diese Bauart beschränken. Es gibt nämlich außer der Bauart noch ein weiteres wichtiges, vom Arbeitsprinzip unabhängiges Unterscheidungsmerkmal: das ist die Richtwirkung, auch Richtcharakteristik eines Mikrophons. Strenggenommen versteht man darunter eine Zeichnung, die die Empfindlichkeit eines Mikrophons für Schallwellen aus allen möglichen Richtungen beschreibt. Die sogenannten Kugelmikrophone, also Mikrophone mit kugelförmiger Richtcharakteristik sind für Schallwellen aus jeder beliebigen Richtung gleich empfindlich, geben also unabhängig von der Einfallrichtung bei gleich starken Tönen gleiche Spannungen ab. Es ist also durchaus nicht so, dass ein Kugelmikrophon nur von der Seite aufnimmt, auf der das Ziergitter sitzt. Die Abbildung 01 zeigt die graphische Darstellung einer Kugelcharakteristik, das Mikrophon ist dabei von oben gesehen.

Abb. 02 Richtcharakteristiken der Kugel-, Nieren- und Achter-Mikrophone

Ganz anders sieht die Richtcharakteristik eines Nierenmikrophons Abb. 02 aus. Wir sehen, dass das Mikrophon am empfindlichsten für Schallwellen ist, die von vorn kommen, während es für Schallwellen von hinten nahezu unempfindlich ist. Seinen Namen hat dieser Typ von der herz- oder nierenartigen Form der Kurve bekommen. Die Richtcharakteristik wird durch eine besondere Konstruktion im Mikrophon selbst erreicht, die prinzipielle Funktionsweise bleibt dieselbe. Nierenmikrophone werden eingesetzt, wenn keine Schallwellen aufgenommen werden sollen, die von rückwärts auf das Mikrophon treffen, beispielsweise Publikumsgeräusche in einem unruhigen Saal, oder für ein Soloinstrument, das von der Begleitung abgehoben werden soll. Ganz allgemein kann man „Nieren“ universeller einsetzen als Kugelmikrophone, und obwohl diese etwas billiger sind, würden wir Ihnen empfehlen, als erstes Mikrophon ein Nierenmikrophon zu kaufen.

Mikrophone mit einer Richtcharakteristik in der Form einer 8 sind ziemlich selten. Diese Mikrophone sind sehr empfindlich nach vorn und hinten, nach der Seite dagegen so gut wie taub. Achtermikrophone werden verwendet, wenn zwei sich gegenübersitzende Sprecher oder Musiker aufgenommen werden sollen, außerdem bei einer bestimmten Studioaufnahmetechnik von Stereoaufnahmen, für Amateurzwecke werden sie selten benutzt.

Manche Mikrophone haben einen Umschalter für Sprache/Musik. In Stellung „Sprache“ werden die tiefen Frequenzen etwas abgeschwächt, was der Sprachverständlichkeit zugute kommt, in Stellung „Musik“ wird der volle Frequenzumfang übertragen.

Wenn sie selbst stereophone Aufnahmen eines Orchesters oder für ein Hörspiel machen wollen, brauchen Sie entweder ein Stereo-Doppelmikrophon oder zwei möglichst Obereinstimmende Mikrophone des gleichen Typs. Das Mikrophon, das nach links zeigt, muss so geschaltet sein, dass es schließlich auf der oberen Spur aufzeichnet, das rechte auf der unteren, sonst ist die scheinbare Sitzordnung beim Abspielen genau seitenverkehrt Abb. 03. Die Mikrophonachsen soIlen einen Winkel von etwa 900 einschließen.

Abb. 03 Stereo-Aufnahme und -Wiedergabe

Ein leider etwas schwieriges Kapitel ist die „Anpassung“ des Mikrophons an die Bandmaschine. Hier soll nicht sehr weit in die Theorie eindringen, sondern nur feststellen, dass es Mikrophone mit verschiedenem Innenwiderstand gibt, hoch-, mittel- und niederohmig. Der Innenwiderstand hat mit der Qualität des Mikrophons nichts zu tun, ist aber für die richtige Anpassung an Tonbandgerät oder Verstärker wichtig. Und was heisst „richtige Anpassung“? Nichts weiter, als das der Eingangswiderstand des Mikrophonverstärkers ungefähr zehnmal größer sein soll als der Innenwiderstand des Mikrophons, damit es nicht unzulässig belastet wird. Wird nämlich ein hochohmiges Mikrophon an einen niederohmigen Eingang angeschlossen, gibt es einen regelrechten Kurzschluss. Umgekehrt liefert ein niederohmiges Mikrophon (ohne Übertrager) an einen hochohmigen Eingang eine zu niedrige Spannung, für die die Verstärkung nicht ausreicht. Schäden am Mikrophon oder Tonbandgerat sind dadurch aber nicht zu befürchten.

Tauchspulen- und Bändchenmikrophone sind vom Aufbau her niederohmig. Zur Anpassung an die hochohmigen Mikrophoneingänge röhrenbestückter Tonbandgeräte ist ein Übertrager (Transformator) eingebaut. Im Zusammenhang damit steht ein unerwünschter Höhenverlust durch längere Leitungen, daher darf die Anschlul3schnur nicht wesentlich länger als 1,5 m sein.

Günstiger liegen die Verhältnisse bei der mittelohmigen Anpassung, die sich bei transistorisierten Geräten findet. Die Mikrophonzuleitungen können bis auf etwa 10 m verlängert werden, ohne dass Störungen auftreten. Längste Anschlussleitungen erlaubt die niederohmige (sogenannte 200 – Ohm .-) Anpassung. Sind Mikrophon und Tonbandgerät darauf vorbereitet, können auch größere Kabellängen verwendet werden. Für Verlängerungsleitungen brauchen Sie abgeschirmte Kabel, da die Leitungen leicht Brummeinstreuungen aus dem Lichtnetz einfangen können. Die Abschirmung, ein dichtes Geflecht aus feinen Kufperdrähten, hält Störungen von den Leitungen fern.

In der DIN-Norm 45 594 sind die Kontaktbelegungen an drei- und fünfpoligen Steckern und Buchsen für Mikrophonanschlüsse festgelegt worden. Bei hoch- und mittelohmigen Mikrophonen liegt der sogenannte „heiße“ Anschluss am Steckerstift  1 und der „kalte“ Anschluss an Steckerstift 2. Bei niederohmigen Mikrophonen liegt der heisse Anschluß an Stift 3 und der kalte Anschluss ebenfalls an Stift 2. Diese Kontaktverteilung macht es möglich, dass ein Mikrophon mit eingebautem Übertrager wahlweise an niederohmige (Stift 3) und an hochohmige Eingänge (Stift 1)- angeschlossen werden kann, in der Mikrophonbuchse wird natürlich nur der benötigte Anschluss zum Verstärker weitergeführt.

Welches Mikrophon zum jeweiligen Tonbandgerät passt, erfährt man am einfachsten aus einem alten Zubehörprospekten. Da aber das Angebot hier meist etwas beschränkt ist und es von anderen Herstellern eine Fülle von Mikrophonen gibt, wird Ihnen die Kenntnis der Begriffe Anpassung und Innenwiderstand die richtige Wahl sicher erleichtern.

Abb. 04 Windschutz für das Mikrofon

Wenn Aufnahmen im Freien gemachen werden sollen, sollte ein Windschutz für das Mikrophon Abb. 04 verwenden werden, sonst wird schon bei leichtem Wind die Aufnahme durch merkwürdig polternde und schlagende Geräusche gestört. Windgeräusche sind besonders tückisch, sie sind bei der Aufnahme nicht zu hören, weil sie an der Einsprechöffnung des Mikrophons entstehen. Windschutzkugeln aus faserigem Material lassen zwar die Schallwellen ungehindert durch, dämpfen aber die Windgeräusche bis zu einer Windstärke zwischen 5 und 6 etwa auf ein Zehntel der Intensität ohne den Schutz ab.

Für besondere Zwecke gibt es Spezialmikrophone und -zubehör. Wenn Sie aus großer Entfernung aufnehmen wollen, etwa Vogelstimmen aus einem Baumwipfel, haben Sie die Wahl zwischen vier Möglichkeiten: Sie können ein Richtmikrophon von etwa 70 cm Länge kaufen, das mit einem Visier auf die Schallquelle ausgerichtet werden muss, da die Richtcharakteristik nahezu stabförmig ist, Sie können einen Parabolspiegel von etwa 50-100 cm Durchmesser selbst bauen oder kaufen, der wie ein überdimensionales Ohr wirkt, das sei muss das Mikrophon im Brennpunkt des Spiegels angebracht werden, oder sie können zu einem beliebigen dynamischen Mikrophon einen Spezialsender und einen Konverter, ein Vorsatzgerät für einen Radioapparat, anschaffen. Das Mikrophon wird an den batteriegespeisten Sender angeschlossen und in der Nähe der Schallquelle aufgebaut, der Ausgang des Konverters mit dem Antenneneingang (!) des Rundfunkempfängers und, wie bekannt, die Diodenbuchse mit der Radiobuchse des Tonbandgeräts verbunden, auf dem dann die Sendung des Mikrophons aufgenommen wird. Die Reichweite des Senders beträgt etwa 300 m. Den vielleicht geringsten Aufwand erfordert ein Mikrophonverlängerungskabel. Wenn Sie ein niederohmiges Mikrophon verwenden, kann es über 50 Meter lang sein. Allerdings, so elegant und so bequem wie der kleine Sender ist eine große Kabeltrommel nicht.

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