Die Mikrofonauswahl...
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...ist - neben der Aufstellung - ein entscheidender Faktor bei der Aufnahme. Ebenso wie ein Gitarrist sein Instrument gezielt für die jeweilige Stilrichtung auswählt, so muss auch der Tonmeister vor der Aufnahme das richtige “Instrument” - in diesem Fall also ein Mikrofon - aussuchen. Die Daten des Mikrofons richtig zu interpretieren und die Charakteristik des jeweiligen Mics richtig einzusetzen, ist Thema dieses Abschnitts.

Frequenzgang

Mikrofone sind nicht für alle Tonhöhen in gleichem Maße empfindlich. Der Frequenzgang beschreibt den Zusammenhang zwischen Empfindlichkeit und Tonhöhe. Zur Messung des Frequenzgangs wird das Mikrofon in einem schalltoten Raum in einem Abstand von 1 m so vor einem Lautsprecher aufgestellt, daß es exakt auf diesen ausgerichtet ist (on axis - 0°-Achse). Bei gleichbleibendem Schalldruck wird nun die Ausgangsspannung des Mikrofons bei Frequenzen von etwa 20 bis 20.000 Hz gemessen und in einem Koordinatensystem grafisch festgehalten. Auf der horizontalen Achse ist dabei die Frequenz aufgetragen (in logarithmischer Darstellung), auf der vertikalen Achse die Abweichung der Empfindlichkeit vom Bezugspunkt (gemessen in dB). Als Bezugspunkt dient dabei die Ausgangsspannung des Mikrofons bei einer Frequenz von 1 kHz. Die folgende Abbildung zeigt den Frequenzgang eines dynamischen Mikrofons:


Der Abstand des Mikrofons von der Schallquelle ist auf 1 m festgelegt, da Veränderungen des Abstands auch Veränderungen des Frequenzgangs im unteren Bereich (< 200 Hz) nach sich ziehen können. Weiterhin wird der Frequenzgang direkt in Einsprechrichtung des Mikrofons (on axis) gemessen, da eine Abweichung von dieser Achse ebenso Abweichungen im Frequenzgang nach sich ziehen kann. (Genauere Erläuterungen dazu später im Abschnitt „Richtcharakteristik”)

Der Frequenzgang gibt somit Auskunft darüber, wie gleichmäßig die verschiedenen Frequenzen übertragen werden, in welchen Bereichen Abweichungen vorhanden sind und wie stark diese ausgeprägt sind. Grafiken der Frequenzgänge werden heute in den meisten Informationen der Mikrofonhersteller abgedruckt, um einen Vergleich zu ermöglichen. Einem geübten Techniker ist es mit Hilfe des Frequenzgangs möglich, eine Vorauswahl an geeigneten Mikrofonen für eine bestimmte Aufnahme vorzunehmen. Dabei ist nicht immer eine möglichst naturgetreue Übertragung das Ziel dieser Auswahl. Betonungen bestimmter Frequenzbereiche können durchaus wünschenswert sein, um den Charakter einer Klangquelle in der gewünschten Weise zu beeinflussen (z. B. kann eine Anhebung im Bereich um 4-5 kHz dazu genutzt werden, einer Stimme mehr Glanz und Durchsetzungsvermögen zu verleihen, oder auch, um bei einer Bass Drum das Schlaggeräusch - den Kick - hervorzuheben). Die gezielte Auswahl eines Mikrofons mit einem besonders ausgeglichenen oder in bestimmter Weise gefärbten Frequenzgang wird so zum Mittel der Klanggestaltung und damit zum Teil der künstlerischen Gestaltung.

Impulsverhalten

Extrem schnelle und kurze Impulse treten vor allem bei perkussiven Instrumenten oder anderen Instrumenten mit einer sehr schnellen Attack-Phase auf. Das Maß der Fähigkeit, diese Impulse möglichst präzise in elektrische Energie umzuwandeln, wird als Impulsverhalten bezeichnet. Die Messung dieses Parameters gestaltet sich allerdings außerordentlich schwierig. Da keine genormten Meßmethoden vorhanden sind, sind die Ergebnisse solcher Messungen auch nicht vergleichbar, so daß die Hersteller keine Angaben zu diesem Parameter machen. Eine Bewertung kann deshalb meist nur durch Hörtests erfolgen. Allerdings ist die Fähigkeit des Mikrofons, Impulsen möglichst akkurat zu folgen, direkt mit der Masse der vom Schall bewegten Teile verknüpft. Die folgende Abbildung, die die Impulsübertragung verschiedener Mikrofone des Herstellers Bruel & Kjaer mit Membrandurchmessern von 1" (links), 1/2" (mitte) und 1/4" (rechts) bei verschieden kurzen Impulsen darstellt, läßt den Zusammenhang zwischen Membranmasse und Impulswiedergabe sehr deutlich erkennen:

Anhand dieser Tatsache läßt sich - ähnlich wie beim Frequenzgang - eine Voraussage treffen, welches Mikrofon wahrscheinlich ein schnelles Impulsverhalten gewährleisten kann und welches nicht. Daher lassen sich folgende grundsätzliche Aussagen machen:

- Kondensatormikrofone mit kleinem Membrandurchmesser haben ein außerordentlich gutes Impulsverhalten

- Kondensatormikrofone mit großem Membrandurchmesser haben ein sehr gutes Impulsverhalten

- Bändchenmikrofone haben ein sehr gutes Impulsverhalten

- Dynamische Mikrofone mit kleinem Membrandurchmesser haben ein gutes Impulsverhalten

- Dynamische Mikrofone mit großem Membrandurchmesser haben ein nur mäßiges Impulsverhalten

Bestätigt wird diese These auch durch die folgende Abbildung, in der die Impulswiedergabe eines Kondensatormikrofons (a), eines dynamischen Mikrofons (b) und eines Bändchenmikrofons (c) dargestellt wird


Richtcharakteristik

Die Richtcharakteristik ist die Bezeichnung für die Eigenschaft eines Mikrofons, Schall aus einer bestimmten Richtung stärker aufzunehmen als aus anderen Richtungen. Die Richtwirkung eines Mikrofons kann dazu genutzt werden, eine Klangquelle gezielt aus seiner Umgebung herauszulösen. Die idealisierten Grafiken der 4 verbreitetsten Richtcharakteristiken sehen folgendermaßen aus (Kugel, Niere, Hyperniere, Acht):


Diese Grafiken sind deshalb als idealisiert zu bezeichnen, weil sie die unterschiedliche Richtwirkung für verschiedene Frequenzen nicht berücksichtigen. Deutlich zu erkennen ist jedoch der jeweilige Winkel der größten Auslöschung (Niere 180°, Superniere 120°, Acht 90°). Die Polardiagramme - wie diese Grafiken auch genannt werden -, die in den Herstellerinformationen abgedruckt sind, differenzieren im Gegensatz dazu zwischen einigen Frequenzen (üblicherweise im Oktavabstand) und lassen so die Frequenzabhängigkeit der Richtwirkung erkennen.


Die Grafik zeigt, wie stark die verschiedenen Frequenzen in einem von der Einsprechachse (on axis) abweichenden Winkel (off axis) gedämpft werden. Sind die Kurven der einzelnen Frequenzen deckungsgleich, so nennt man die Richtcharakteristik frequenzlinear: Der Schall aus der jeweiligen Richtung wird zwar um ein bestimmtes Maß gedämpft, eine Verfärbung findet aber nicht statt. Meist decken sich diese Kurven in vielen Bereichen allerdings nicht, so daß eine entsprechende Verfärbung entsteht. Manche Hersteller geben zur besseren Übersicht zusätzlich komplette Frequenzgänge für einige von der Einsprechachse abweichende Winkel an (häufig für 120 oder 180 Grad), so daß eventuelle Verfärbungen noch besser deutlich werden (in der folgenden Grafik im Strich-Punkt-Muster eingetragen):




Eine frequenzlineare Richtcharakteristik besitzt einen hohen Stellenwert in der Aufnahmetechnik. Abweichungen erzeugen Verfärbungen des seitlich aufgenommenen Schalls - etwa Schall von anderen Klangquellen oder auch vom Raum reflektierter Schall - und können das Klangbild in unangenehmer Weise beeinflussen.

Richtcharakteristiken werden durch den besonderen Aufbau der Empfängerprinzipien ermöglicht. Diese sind für die eben beschriebenen wie auch noch für einige andere Unlinearitäten verantwortlich. Es ist wichtig, die Gründe für dieses Verhalten zu kennen, um die Mikrofone für den jeweiligen Zweck möglichst optimal auszusuchen und aufzustellen. Daher sollen die beiden in der Studiotechnik verwendeten Prinzipien im folgenden erläutert werden:

Die Empfängerprinzipien:

Der Druckempfänger

Bei diesem Empfängerprinzip ist die Membran in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse angebracht.
Der Druckempfänger reagiert deshalb - ähnlich einem Barometer - auf Druckunterschiede zwischen den auf die Membran treffenden Schallwellen und dem konstanten Innendruck. Auch von hinten einfallender Schall wird dabei aufgenommen, solange die Wellenlänge groß genug ist, um noch durch Beugung um das Gehäuse zur Membran gelangen zu können. Die Richtcharakteristik des Druckempfängers wird daher als Kugel bezeichnet. Mit zunehmender Frequenz (ab ca. 8-12 kHz) gelingt es den Schallwellen allerdings immer weniger sich um das Gehäuse herumzubeugen. Deshalb steigt die Richtwirkung für hohe Frequenzen auch bei Kugelmikrofonen stark an und ähnelt für sehr hohe Frequenzen eher einer Supernieren- oder sogar Keulen-Charakteristik
(siehe folgende Abbildung; Mikrofon mit 1"-Durchmesser).

Je größer der Durchmesser des Wandlers ist, desto stärker kommt dieser Effekt zum Tragen. Allerdings sind selbst bei relativ kleinen Membrandurchmessern noch Auswirkungen auf den obersten Hörbereich auszumachen.

Der Druckgradientenempfänger

Dieser Empfängertypus macht sich die Druckunterschiede zwischen Vorder- und Rückseite der Membran zunutze. Er wird deshalb auch als Druckdifferenzmikrofon bezeichnet. Er besitzt hinter der Membran weitere Öffnungen, durch welche der Schall auf Umwegen zur Rückseite der Membran geleitet wird. Diese Konstruktion bezeichnet man als Laufzeitverzögerungsglied. Eine Betrachtung des aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden Schalls soll die Funktionsweise kurz verdeutlichen:

Eine von hinten einfallende Schallwelle wird etwa die gleiche Zeit benötigen, um Vorder- wie Rückseite der Membran zu erreichen. Daher gibt es keinen Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite der Membran und somit auch keine Auslenkung derselben

Seitlich einfallender Schall erreicht die Vorderseite früher als die Rückseite und erzeugt so eine - wenn auch nicht sehr starke - Auslenkung der Membran.

Die stärkste Auslenkung wird durch von vorne einfallenden Schall erreicht, der nur sehr abgeschwächt zur Rückseite der Membran gelangt.


Die aus diesem Verhalten resultierende Richtcharakteristik wird als Niere bezeichnet. Bedingt durch die unterschiedlichen Wellenlängen wirkt das Laufzeitverzögerungsglied allerdings nicht für alle Frequenzen in gleicher Weise.
Die Richtcharakteristik ist damit frequenzabhängig. Bei tiefen Frequenzen wird die Richtwirkung geringer, während hohe Frequenzen noch stärker gerichtet empfangen werden (in diesem Bereich wirkt sich der Beugungseffekt aus). Werden die hinteren Öffnungen verdeckt, so arbeitet das Mikrofon als Druckempfänger und die Richtwirkung geht verloren.

Ein weiteres Phänomen, welches gerade dieses Empfängerprinzip entscheidend prägt, ist der sogenannte Nahbesprechungseffekt. Sängern ist dieser Effekt sicherlich bekannt, der sich durch eine entfernungsabhängige Baßanhebung bei der Nahbesprechung des Mikrofons äußert und von ihnen gerne zur Erzeugung von mehr "Wärme" im Klangbild eingesetzt wird. Der Nahbesprechungseffekt entsteht bei Druckgradientenempfängern u. a. durch die frequenzabhängigen Druckunterschiede vor und hinter der Membran. Mikrofone nach dem Druckprinzip weisen diesen Effekt daher nicht auf. Kugelmikrofone nach dem Druckprinzip haben somit keine entfernungsspezifischen Klangveränderungen zu verzeichnen. (Bei Mikrofonen mit umschaltbarer Richtcharakteristik gilt dies nicht (!), da die Kugelcharakteristik durch das variable Beschalten von zwei Nierenkapseln nach dem Druckgradientenprinzip erreicht wird.)

Im Bereich von Instrumentalaufnahmen ist es zur Wahrung eines natürlichen Klangbildes häufig nötig, den Effekt mit einem Filter zu kompensieren, bzw. für bestimmte Anwendungen das Mikrofon nicht im Nahbereich der Klangquelle zu positionieren. Speziell für den Nahbereich entwickelte Mikrofone gleichen diesen Effekt durch eine vom Hersteller planvoll eingesetzte Absenkung des Frequenzgangs im betreffenden Bereich aus. Andere Mikrofone besitzen eingebaute Hochpaßfilter zur Kompensation des Effekts.

Andere Parameter

Andere für die Auswahl eines bestimmten Mikrofons wichtige Parameter sind:

- Grenzschalldruckpegel

- Ersatzgeräuschpegel

Der Grenzschalldruckpegel beschreibt den maximalen Schalldruck bei einer bestimmten Frequenz (1 kHz), der vom Mikrofon verarbeitet werden kann, ohne einen bestimmten Klirrfaktor (meist 1%) zu überschreiten. Dieser Parameter betrifft die Kondensatormikrofone, die u. a. durch die eingebaute Elektronik nur begrenzte Schalldrücke verarbeiten können. Der Wert wird in Dezibel (dB) angegeben und ist vor allem für Situationen entscheidend, in denen besonders laute Klangquellen (z. B. Trompete) aufgenommen werden sollen. Dynamische Mikrofone sind demgegenüber wesentlich unempfindlicher. Die in allen bekannten Situationen auftretenden Schalldrücke können von ihnen problemlos verarbeitet werden.

Der Ersatzgeräuschpegel ist ein Maß für vom Mikrofon abgegebene Nebengeräusche (etwa Rauschen). Angegeben wird er bei Kondensatormikrofonen, die durch ihre Elektronik Nebengeräusche verursachen. Ein Wert von 20 dB bedeutet dabei z. B., daß das Mikrofon einen Nebengeräuschpegel abgibt, der dem Pegel eines vom Mikrofon aufgenommenen, 20 dB über der Hörschwelle liegenden Geräuschs entspricht. (Aus dem manchmal nur angegebenen Wert des Geräuschspannungsabstands kann durch die Bildung der Differenz zum 94 dB-Normwert der entsprechende Ersatzgeräuschpegel errechnet werden.) Bei dynamischen Mikrofonen wird dieser Wert nicht angegeben, da er allein vom Wärmerauschen des Spulenwiderstands begrenzt wird. Der Parameter ist vor allem für Situationen entscheidend, bei denen sehr leise Klangquellen abgenommen werden sollen. Besondere Beachtung müßten eigentlich auch noch die unterschiedlichen Meßbedingungen bei den Herstellerangaben finden, aber dies ginge hier sicherlich zu weit. Verwiesen sei nur darauf, dass durch Messfilter - erkenntlich etwa an der Angabe db(A) - die Messergebnisse verschönert werden können, während der Hinweis “unbewertet” sozusagen der ehrlichere Wert ist.

Werden beide Parameter in Zusammenhang gebracht, so ergibt sich der Wert der Dynamik aus der Differenz von Grenzschalldruckpegel und Ersatzgeräuschpegel. Ein Grenzschalldruckpegel von 140 dB und ein Ersatzgeräuschpegel von 20 dB ergeben z. B. eine Dynamik von 120 dB (der Wert entspricht den Möglichkeiten eines modernen Kondensatormikrofons).

Zusammenfassung

Um eine einfache Kontrolle über die notwendigen Entscheidungen bei der Auswahl eines bestimmten Mikrofons zu ermöglichen, werden hier kurz die wichtigsten Faktoren noch einmal zusammengefaßt:

  • Frequenzgang: Wird eine möglichst lineare Übertragung benötigt, oder sollen bestimmte Frequenzbereiche absichtlich betont werden? Entspricht das Mikrofon diesen Erwartungen?
  • Impulsverhalten: Stehen Klangquellen mit schneller Attack-Phase (perkussive Instrumente, Trompete etc.) im Zentrum der Aufnahme? Das Mikrofon sollte in der Lage sein, diesen Impulsen zu folgen. Im Zweifelsfall sollten Experimente mit verschiedenen Mikrofonen durchgeführt werden.
  • Richtcharakteristik: Welche Richtcharakteristik wird benötigt? Soll eine Klangquelle aus ihrer Umgebung herausgelöst werden, oder soll die gesamte Umgebung mit in die Aufnahme eingehen? Sind beim betreffenden Mikrofon Verfärbungen zu erwarten, oder verläuft die Richtcharakteristik weitgehend frequenzlinear?
  • Nahbesprechungseffekt: Ist die zu erwartende Verfärbung erwünscht? Wenn nicht, kann die Klangquelle aus unkritischer Entfernung aufgenommen werden, um den Effekt zu vermeiden, oder muß er mittels Filterung kompensiert werden? Ist es möglich, einen Druckempfänger einzusetzen und den Effekt damit völlig zu vermeiden?
  • Ist bei der Aufnahme besonderen Dynamikanforderungen - wie etwa besonders lauten oder besonders leisen Klangquellen - zu begegnen? Entspricht das Mikrofon diesen Anforderungen?