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Die Funktionsprinzipien von Mikrofonen

Vereinfacht ausgedrückt kann man ein Mikrofon als ein Gerät beschreiben, welches akustische Energie (Schallwellen, übertragen durch die Bewegung der Luftmoleküle) in elektrische Energie (Wechselspannung, übertragen durch die Bewegung der Elektronen im Leiter) umwandelt. Diese Umwandlung kann nach den unterschiedlichsten Funktionsprinzipien erfolgen. Um die Fülle an Informationen auf das notwendige Maß zu begrenzen, soll im folgenden nur auf die in der Studiotechnik dominierenden Prinzipien eingegangen werden. Andere Arbeitsweisen (wie z. B. die von Kohlemikrofonen oder Piezowandlern) sind daher nicht Thema dieser Erläuterungen.

Zunächst zu den dynamischen Mikrofonen:

Dieser Mikrofontyp - der auch als Tauchspulen-Mikrofon bezeichnet wird - besitzt einen Aufbau, der dem eines kleinen Lautsprechers vergleichbar ist. Vom Prinzip her sind beide identisch (es wäre also durchaus möglich, einen Lautsprecher auch als Mikrofon einzusetzen). Wird beim Lautsprecher elektrische Energie in akustische Energie umgewandelt, so wird beim Mikrofon in umgekehrter Weise akustische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Dabei wird durch den auftreffenden Schall eine Membrane in Bewegung versetzt und in einer an dieser befestigten Spule, die sich im Spalt eines Magneten bewegt, ein den Bewegungen der Membran entsprechender Strom induziert. Die so erzeugte Spannung bewegt sich im Bereich von etwa 1,3 bis 3 mV/Pa. Tauchspulen-Mikrofone sind extrem übersteuerungsfest, besitzen jedoch auch den Nachteil, immer mit starken Verfärbungen behaftet zu sein, da das Wandlerelement durch seine große bewegte Masse schnellen Signalen nicht so leicht zu folgen in der Lage ist und weiterhin verschiedene Resonanzen der Materialien die Wandlung beeinflussen


Bändchenmikrofone haben einen “Sonderstatus” im Feld der dynamischen Mikrofone inne, so daß ich diesen kurz gesondert vorstellen möchte. Die Membran selbst besteht aus einem sehr dünnen und nur wenige Millimeter breiten Bändchen, welches durch den Schalldruck bewegt wird und die Funktionen von Membran und Schwingspule in sich vereinigt. Durch die Bewegung des nur etwa 0,2 mg leichten Bändchens zwischen den Polen eines Magneten wird ein Strom induziert. Da der Widerstand des Bändchens im mW-Bereich angesiedelt ist, ist es notwendig, diesen durch einen Übertrager auf etwa 200 W zu transformieren. Die schließlich abgegebene Spannung bewegt sich im Bereich von etwa 1 mV/Pa. Bändchenmikrofone haben einen sehr sauberen Klang, da das sehr leichte Bändchen selbst schnellen Impulsen zu folgen vermag, reagieren allerdings empfindlich auf Pop-Geräusche und Körperschall.


Nun zu den Kondensatormikrofonen:

Bei diesem Mikrofontyp stellt die extrem dünne und daher sehr leichte Membran die Elektrode eines Kondensators dar, die in geringem Abstand zur Gegenelektrode angebracht ist. Durch den auf die Membrane treffenden Schall wird diese bewegt und damit die Kapazität zwischen den beiden (durch eine Gleichspannung aufgeladenen) Elektroden verändert. Diese Kapazitätsänderung erzeugt an einem Widerstand eine entsprechende Spannungsänderung, die nach Verstärkung und Impendanzwandlung am Ausgang zur Verfügung gestellt wird. Die dabei erzeugte Spannung bewegt sich im Bereich von etwa 10 bis 40 mV/Pa. Bringt man ein Kondensatormikrofon an eine sehr laute Schallquelle heran, so liegen am Ausgang des Mikrofons daher Spannungen bis zu einigen Volt an!

Die zur Versorgung des im Mikrofon integrierten Vorverstärkers/ Impendanzwandlers wird meist durch die sogenannte Phantomspeisung über das symmetrische Mikrofonkabel zur Verfügung gestellt. Dabei wird ein Pol dieser Versorgungsspannung (in der Regel beträgt diese 48 V) auf die Abschirmung, der andere über zwei Entkopplungswiderstände auf die beiden Phasen gelegt. Das Kondensatormikrofon ist durch seine extrem leichte Membran in der Lage, auch schnellsten Impulsen relativ gut zu folgen. Außerdem läßt sich mit diesem Wandlerprinzip ein sehr lineares Frequenzübertragungsverhalten erzielen.