Verzerrung, THD <1%
Gibt den maximalen Schalldruck (RMS und Peak) an, unter dem die gesamte harmonische Verzerrung (THD = Total Harmonic Distortion) weniger als 1% beträgt.
Ein wesentlicher Bestandteil des Mikrofons ist die Membran. Wenn es sich bei dem Schallwandler um ein Kondensatormikrofon handelt, befindet sich die Membran vor einer Gegenelektrode. De Abstand zwischen diesen beiden liegt im Bereich 20 - 50 µm. Wird das Mikrofon einer Situation mit hohem Schalldruck ausgesetzt, ist die Membranauslenkung begrenzt – zumindest wenn sie in Richtung der Gegenelektrode gedrückt wird. In ähnlicher Weise bildet das Membranmaterial selbst eine Grenze dafür, wie "dehnbar" es in beide Richtungen ist. Diese Einschränkungen verursachen eine Nicht-Linearität der Amplitude, die auch als Verzerrung bezeichnet wird.
Neben der Membran und der Gegenelektrode benötigt ein Kondensatormikrofon eine elektronische Zwischenstufe, die die hohe Impedanz des Wandlers in eine relativ niedrige Impedanz umwandelt, um längere Kabelstrecken speisen zu können. Das elektronische Design kann eine Quelle für nicht-symmetrisches Verhalten sein, was auch Verzerrungen hervorrufen kann. (Die
CORE by DPA-Technologie ist jedoch ein erfolgreicher Ansatz, dies zu verbessern.)
Obwohl die Hersteller ständig versuchen, die Mikrofone zu verbessern, gibt es stets Grenzen für Mikrofonsysteme, die letztendlich zu Verzerrungen führen können.
Eine Form der Verzerrung ist das Clipping. Wenn die Wellenform ihren Verlauf vom reinen Sinus bis zu einem gewissen Grad einer Flachboden-Kurve ändert (Zeitverlauf), treten im Spektrum (Frequenzverlauf) Obertöne auf. Es ist der Anteil dieser unbeabsichtigten Frequenzanteile, der harmonischen Verzerrung, der prozentual zum Eingangssignal ausgedrückt wird.
Bei DPA geben wir den Schalldruck bis zu THD < 1% an. Dieser Wert ist wissenswert, da er die Grundlage für die Berechnung des Dynamikbereichs eines Mikrofons bildet. Der Dynamikbereich ist die Differenz zwischen dem Effektivwert, bei dem ein THD von 1% auftritt, und dem Grundrauschen (Eigenrauschen des Mikrofons, Effektivwert, A-bewertet). Darüber hinaus wird der zugehörige Spitzenwert ermittelt und in den Spezifikationen angegeben.
DPA misst den THD bei einer Frequenz. Die gewählte Frequenz ist abhängig vom Mikrofontyp (omnidirektional oder direktional). Die Gründe dafür sind praktischer Natur. Es ist schwierig, eine Schallquelle zu schaffen, die einen Schalldruck von (beispielsweise) 160 dB ohne Verzerrung generieren kann – insbesondere wenn diese Quelle den gesamten Frequenzbereich abdecken soll.
Bei DPA werden omnidirektionale Mikrofone mit einem B&K 4221 Hochdruck-Mikrofonkalibrator gemessen. Die Richtmikrofone werden mit einem einzigartigen Schallrohr gemessen, das von DPA entwickelt wurde.
Stelle beim Vergleich verschiedener Mikrofonmarken sicher, dass der gemessene THD das gesamte Mikrofon (Kapsel + Vorverstärker) berücksichtigt, da viele Hersteller nur den am Vorverstärker gemessenen THD angeben. Typischerweise verzerrt der Vorverstärker viel weniger als die Kapsel. Dadurch wird ein viel größerer Dynamikbereich angegeben als tatsächlich verfügbar ist.
Bei niedrigen Pegeln sollte die Verzerrung immer unter 1% liegen. Durch Anheben des Schalldruckpegels wird die Verzerrung erhöht. Daher wird der maximale Schalldruckpegel (RMS und Peak) angegeben, bei dem der THD den Wert von 1% nicht überschreitet.
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 14.2: Total harmonic distortion
Max. SPL, THD 10%
Dieser Parameter wird auch als "Übersteuerungs-SPL" bezeichnet. In vielen Aufnahmesituationen ist es praktisch zu wissen, welchen maximalen Schalldruckpegel (SPL) ein Mikrofon verarbeiten kann und welche Ausgangsspannung in dieser Situation zu erwarten ist. Bitte beachte, dass bei den meisten Musikaufnahmen der maximale Spitzenschalldruck den Effektivwert leicht um mehr als 20 dB übersteigt. Der RMS-Wert gibt eine Art durchschnittlichen Schalldruck an, nicht den tatsächlichen Spitzenwert.
Für allgemeine Spezifikationen ist der Schalldruckpegel, bei dem ein THD von 0,5% oder 1% auftritt, nützlich, da ab diesem Wert eine hörbare Verzerrung wahrgenommen werden kann.
Im Allgemeinen verdoppelt sich die Verzerrung einer kreisförmigen Membran mit der Erhöhung des Eingangspegels um 6dB, sodass mithilfe dieses Faktors andere THD-Pegel berechnet werden können. DPA gibt allerdings den maximalen Spitzen-Schalldruckpegel der Mikrofone an. Der maximale Schalldruckpegel ist per Definition erreicht, wenn das Ausgangssignal einen THD von 10% erreicht. Die Messung wird bei einer einzigen Frequenz durchgeführt und berücksichtigt Kapsel und Vorverstärker. Diese Angabe zeigt, dass das Mikrofon auch einen erhöhten Pegel liefern kann, wenn eine Verzerrung von 1% THD bereits überschritten wurde. Darüber hinaus bietet diese Angabe einen nützlichen Maximalwert für die Eingangssektion eines Drahtlossystems.
Hinweis: In den Angaben einiger Hersteller gibt der maximale Schalldruckpegel den Wert an, bei dem das Mikrofon nicht kaputt geht. Diese Angabe ist nur dann von praktischem Nutzen, wenn Du im Raumfahrzeug-Business tätig bist.
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 15.2: Overload sound pressure
Nennimpedanz
Die Ausgangsimpedanz eines professionellen Mikrofons sollte im Vergleich zur Eingangsimpedanz des Vorverstärkers niedrig sein, normalerweise um den Faktor zehn.
Die Ausgangsimpedanz von Kondensatormikrofonen wird grundsätzlich über Widerstände festgelegt. Somit ist die Impedanz über die Frequenz konstant, im Gegensatz zu dynamischen Mikrofonen, bei denen die Spule / der Magnet / die Aufhängung einen Einfluss darauf hat und zu einer weniger konstanten Impedanz über die Frequenz führen kann. Die nichtlineare Impedanz kann sich in einigen Fällen auf den Frequenzgang des Mikrofons auswirken. Der Grund dafür, diese Angabe als "Nennimpedanz" zu bezeichnen, besteht darin, dass der Hersteller hier den für ihn am besten passenden Wert frei benennen darf, um die Gesamtimpedanz zu beschreiben.
Die Impedanz eines DPA-Mikrofons ist über die Frequenz konstant.
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 10.2: Rated impedance
Minimale Lastimpedanz
Ein vollständiges Kondensatormikrofon verfügt über eine Kapsel und einen internen Vorverstärker. Zur Anbindung an die Außenwelt wird ein externer Vorverstärker verwendet. Das Mikrofon sollte in der Lage sein, eine ausreichende Spannung am Eingang dieses externen Vorverstärkers bereit zu stellen. Wenn jedoch die Last zu hoch ist (zu niedrige Eingangsimpedanz) besteht die Gefahr einer Verringerung des Ausgangssignals des Mikrofons. Daher ist es nützlich, die minimal zulässige Lastimpedanz zu kennen, bei der kein Signalverlust auftritt.
(Man kann – natürlich nur im Notfall – über einen passiven Split das Mikrofon auf zwei Eingänge führen. In diesem Fall ist die Lastimpedanz geringer als die niedrigere der beiden Eingangsimpedanzen.)
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 10.3: Rated minimum permitted load impedance
Kabelantriebsfähigkeit
Lange Kabelwege können ein Signal beeinträchtigen. Der Verlust setzt normalerweise zuerst bei höheren Frequenzen ein (das Kabel kann als Tiefpassfilter fungieren). Um diese Situation zu vermeiden, gibt DPA die maximale Kabellänge ohne nennenswerten Verlust an. Ein typischer Wert für ein DPA-Mikrofon liegt bei 100 m.
Diese Information ist in keinem Standard vorgesehen.
Prinzip der Ausgangssymmetrierung
Mikrofonsignale sind im Vergleich zu Line-Level-Signalen schwach, möglicherweise im Bereich von Faktor 100. Trotzdem verbinden wir Mikrofone über lange Kabelwege. Um Störgeräusche durch Einstreuungen im Kabel zu minimieren ist es daher wichtig, symmetrische Leitungen zu verwenden.
Bei den meisten Mikrofontypen (oder besser gesagt bei den meisten Mikrofonausgangsverstärkern) verwendet DPA ein Prinzip namens "Active Drive". Dieses nutzt eine symmetrische Impedanz (Pin 2 und Pin 3 haben die gleiche Impedanz gegenüber der Masse). Dadurch wird der Effekt es induzierten elektrischen Rauschens massiv reduziert (siehe CMRR).
Während die Impedanz symmetrisch ist, ist dies beim Signal nicht der Fall. Das Signal liegt ausschließlich an Pin 2 an. Pin 3 ist signalfrei. Der daraus resultierende Vorteil liegt in einer einfachen und sauberen Schaltung, die eine ausreichend hohe Ausgangsleistung liefert.
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 16.1: Balance of the microphone output
CMRR
CMRR steht für Common Mode Rejection Ratio (Gleichtaktunterdrückung, auch bekannt als Common Mode Range Rejection). Dieser Wert gibt den Wirkungsgrad des Impedanzausgleichs an. Er ist ein Maß für die Fähigkeit des Mikrofons, elektrisches Rauschen zu unterdrücken, das vorwiegend von den Kabeln eingefangen wird, die das Mikrofon mit dem Vorverstärker verbinden.
Der CMRR-Wert wird im Frequenzbereich von 50 Hz bis 20 kHz ermittelt.
Nicht aufgeführte Spezifikationen
Es gibt viel mehr Spezifikationen als die oben genannten. Bei DPA testen wir die Mikrofone mit vielen anderen Parametern: Wind- und Pop-Geräusche, Luftfeuchtigkeit oder EMV, um nur einige zu nennen. Sie sind an dieser Stelle nicht aufgeführt. In Zukunft findest Du möglicherweise mehr Angaben im Datenblatt (obwohl die meisten der Meinung sind, dass bereits mehr als genug Informationen vorhanden sind). Wir von DPA möchten unseren Anwendern so viele nützliche Informationen zur Verfügung stellen wie möglich.
Was Du nicht aus den Spezifikationen herauslesen kannst:
Während die Mikrofonspezifikationen die elektroakustische Leistung eines Mikrofons abbilden, können sie Dir nicht einen kompletten Eindruck über den Klang vermitteln. Die Spezifikationen können objektive Informationen aufzeigen, aber keinen subjektiven Klangeindruck ermöglichen. Eine Frequenzgangkurve kann Dir beispielsweise zeigen, wie genau das Mikrofon die eingehenden reinen Sinusfrequenzen abbildet, aber nicht, wie detailliert, gut aufgelöst oder transparent das Ergebnis sein wird.
Fazit
Die technischen Daten eines Mikrofons geben keinen vollständigen Aufschluss über dessen Qualität. Diese lässt sich abschließend nur beurteilen, wenn man den Klang mit eigenen Ohren hört. Obwohl technische Daten nicht bei allen Mikrofonherstellern nach identischen Kriterien erstellt werden, bieten sie bei korrekter Auswertung ausreichende Objektivität und helfen bei der Auswahl des optimalen Produkts.