2020.05.27

SO LIEST DU TECHNISCHE DATEN VON MIKROFONEN

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Die technischen Spezifikationen geben Dir Informationen über ein Mikrofon, anhand derer Du grundlegende Eigenschaften ablesen kannst.
Beim Lesen von Mikrofonspezifikationen ist es wichtig zu verstehen, wie diese interpretiert werden müssen. In den meisten Fällen können die Angaben auf verschiedene Arten gemessen oder berechnet werden, obwohl der Standard IEC 60.268-4 die allgemeine Grundlage dafür bildet. Beim Vergleich von Spezifikationen wird darüber hinaus derselbe technische Begriff von verschiedenen Herstellern unterschiedlich interpretiert.

Mit Fokus auf das Mikrofondatenblatt von DPA soll dieser Artikel dabei helfen, technische Angaben sinnvoll zu bewerten.
 



Die Dezibel-Skala (dB)

Die Dezibel-Skala bildet die Grundlage für die meisten Mikrofonspezifikationen. Sie ist logarithmisch aufgebaut und wird angewendet, da die meisten menschlichen Sinne - einschließlich des Hörens - nahezu logarithmisch sind. Die Verwendung einer logarithmischen Skala bedeutet, dass zwischen jeder Einheit der Skala ein festes Verhältnis besteht (z. B. Verhältnis 10, die Einheiten sind 1 - 10 - 100 - 1000 usw. oder Verhältnis 2, die Einheiten sind: 1 -2 - 4 - 8 - 16 usw.). Diese logarithmische Skalierung gilt für viele elektrische oder akustische Messungen, die bei Mikrofonen angegeben werden (z.B. Volt, Pascal, Watt, Ampere, usw.).

Der Vorteil dieser Skala ist, dass 1 dB in etwa die kleinste wahrnehmbare Lautstärkeänderung ist. 3 dB entsprechen einer deutlich hörbaren Änderung. Eine Änderung von 10 dB wird subjektiv als Verdopplung oder Halbierung der Lautstärke wahrgenommen. Im Großen und Ganzen wird jeder Schritt auf der Skala als gleich groß wahrgenommen. Die größte dB-Angabe, die Du dabei im echten Leben finden wirst, ist <200 dB. Wenn die Zahl dreistellig ist, ist die erste Ziffer folglich immer eine "1".

Die dB-Skala ist eine relative Skala. Somit kannst Du jede Änderung in dB ausdrücken. Eine Änderung von 0 dB ist überhaupt keine Änderung. Jede positive dB-Angabe steht für eine positive Wertänderung (der Wert ist jetzt größer als zuvor). Jede negative dB-Angabe zeigt eine negative Änderung an (der Wert ist jetzt niedriger als zuvor).

Die dB-Angabe kann zu einer absoluten Skala werden, indem eine Referenz angewendet wird beispielsweise der Schalldruckpegel (SPL), wobei die Referenz 20 μPa beträgt. Jetzt bedeutet 0 dB, dass ein Schalldruck vorhanden ist und dieser 20 μPa (etwa die Hörschwelle bei mittleren Frequenzen) beträgt. Die Beschreibung des Schalldruckpegels "dB re 20 μPa" kann auch als dB SPL geschrieben werden.

Für elektrische Messungen ist eine weitere Referenz 1 Volt, geschrieben als "0 dBV" oder "0 dB re 1 Volt". Dieser Absolutwert gilt beispielsweise für die Angabe der Empfindlichkeit von Mikrofonen.


Polardiagramm


Das Polardiagramm ist ein grafischer Ansatz, die winkelabhängige Empfindlichkeit eines Mikrofons aufzuzeigen.

Ein Merkmal von Mikrofone ist die Richtwirkung, die mit Hilfe eines Polardiagramms ausgedrückt werden kann. Die Polarkurve basiert auf einem Gitter aus konzentrischen Kreisen. Jeder Kreis stellt einen dB-Pegel dar, der normalerweise mit 0 dB am äußeren Kreis beginnt. Ein als 0° markierter Referenzpunkt wird am oberen Rand des äußeren Kreises markiert. Die 0° zeigen die Mikrofonachse an.

Alle gemessenen Daten sind auf 0° normalisiert. Dies bedeutet, dass selbst wenn die Empfindlichkeit des Mikrofons bei unterschiedlichen Frequenzen variiert (ungleichmäßiger Frequenzgang), sind sie bei 0° auf 0 dB ausgerichtet (der Pegel des Diagramms wird angehoben oder abgesenkt, um diese Ausrichtung der Kurven zu erhalten). Jede Stufe zwischen den hervorgehobenen Kreisen zeigt normalerweise einen 5-dB-Schritt an, sofern nicht anders angegebene. Auf diese Weise kannst Du erkennen, wie stark der eintreffende Schall aus einer Richtung außerhalb der Achse (Off-Axis) gedämpft wird.

Es ist üblich, die Richtcharakteristik eines Mikrofons anhand des Musters zu benennen, das es im Polardiagramm aufweist:

Kugel: Die Antwortkurve folgt dem äußeren Kreis umlaufend. Das Mikrofon nimmt den Schall gleichmäßig aus allen Richtungen auf.
Niere: Das Mikrofon nimmt Schall von vorne und von den Seiten auf, jedoch nicht von hinten.
Superniere: Das Mikrofon nimmt Schall von vorne und ein wenig von hinten auf, ist jedoch bei etwa ±135° taub.
Acht: Das Mikrofon nimmt Schall gleichermaßen von vorne und von hinten auf, aber nicht von den Seiten.

Weitere Polardiagramme sind:





Oft wird nur eine Richtwirkung angegeben, die ein Mikrofon beschreibt. Die Richtwirkung kann sich jedoch mit der Frequenz ändern. Daher können Polardiagramme bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich aussehen, die üblicherweise durch Standardoktavbänder innerhalb des relevanten Frequenzbereichs des Mikrofons definiert sind (d. h. 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kH, 4 kHz, 8 kHz und 16 kHz).

Die Antwortkurven sollten glatt und symmetrisch sein, um einen ungefärbten Klang zu erzielen. Extreme Spitzen und Senken sind unerwünscht und die Antwortkurven sollten sich nicht überschneiden. Die dargestellten Kurven wurden jedoch möglicherweise geglättet. Dieser Effekt kann zu sehr glatten (manchmal zu glatten) Kurven führen. Schau Dir eine Kurve genau an, um abzuschätzen, ob sie einer realen Messung entspricht oder nicht.

In der Regel wird die Richtwirkung in einem größeren Abstand von 1 bis 2 Meter gemessen. Das gilt selbst für Handmikrofone, da die Stimme immer auf der Achse eingefangen wird, während die Umgebungsgeräusche (die gedämpft werden sollen) aus allen Winkeln eintreffen.

Am Polardiagramm kannst Du auch erkennen, wie omnidirektionale Mikrofone bei höheren Frequenzen eine Richtwirkung bekommen. Physikalisch größere Mikrofone bilden aufgrund des Druckaufbaus an der Vorderseite der Membran eine höhere Richtwirkung auf.

Das Polardiagramm zeigt im Prinzip nur eine "Schicht" der Richtwirkung. Im Allgemeinen weisen jedoch alle Stäbchenmikrofone aufgrund der Gehäuseform ein symmetrisches Verhalten um die Rotationsachse auf. Bei einigen Mikrofonen (mit unsymmetrischem Mikrofongehäuse) können horizontale und vertikale Muster voneinander abweichen.

Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 13.1: Directional pattern.

 

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip bezieht sich darauf, wie die Membran des Mikrofons mit dem Schallfeld gekoppelt ist.

Das Design eines Mikrofons folgt akustischen Prinzipien. Hauptsächlich beschreiben drei Prinzipien die Arbeitsweise der meisten Mikrofone, einschließlich DPA-Mikrofone. Diese Prinzipien sind Druck-, Druckgradienten- und Interferenzrohrmikrofone.

Bei Druckmikrofonen trifft nur von einer Seite Schall auf die Membran. Sie haben eine Kugelcharakteristik (omnidirektional). Diese Mikrofone nennen wir "Omnis".

Das Design der Druckgradientenmikrofone erlaubt den Schalleinlass zu beiden Seiten der Membran. Auf diese Weise erhalten sie eine Richtwirkung. Wir nennen diese Mikrofone "Nieren", "breite Nieren", "Supernieren" oder "Acht". Eigentlich sollte nur die Acht als Druckgradientenmikrofon bezeichnet werden. Die anderen (verschiedene Variationen der Niere) sind im Prinzip Kombinationen von Druck- und Druckgradientenmikrofonen. Im Allgemeinen werden sie jedoch alle als Druckgradient bezeichnet.



Das Interferenzrohr ist eine Konstruktion, bei der das Mikrofon den Schall auf der Achse bevorzugt und den Schall von der Seite unterdrückt. Oft werden Druckgradientenprinzip und Interferenzrohr kombiniert, um auch bei niedrigen Frequenzen die bestmögliche Richtwirkung zu erzielen.

Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 5.2: Type of microphone.


Kapseltyp

Der Kapseltyp bezieht sich auf die Art des Schallwandlers, den das Mikrofon verwendet. Die Mikrofone von DPA bauen überwiegend auf dem Elektretprinzip auf.

Die Kapsel ist das Element oder der Wandler, das / der Schalldruck in elektrische Signale umwandelt. Auf dem Pro-Audio-Markt sind die beiden Hauptvertreter der Wandler (elektro-)dynamische Mikrofone und Kondensatormikrofone.

Bei DPA werden Kondensatormikrofone gefertigt. Die meisten Kondensatormikrofone benötigen zum Arbeiten eine Polarisationsspannung. Diese Polarisation kann extern oder intern generiert werden. DPA-Mikrofone sind intern polarisiert bzw. arbeiten mit vorpolarisierten Kapseln. Dennoch benötigen diese Mikrofone eine Spannungsversorgung – nicht für die Kapsel, sondern für den eingebauten Vorverstärker.

Daher sind die meisten DPA-Mikrofone vorpolarisierte Kondensatormikrofone.

Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 5.1: Type of the transducer.

 

Frequenzgang

Der Frequenzgang gibt den gesamten Frequenzbereich an, in dem das Mikrofon arbeitet.

Ein Frequenzgang drückt die Ausgabe eines Mikrofons als Funktion der Frequenz aus. Er wird üblicherweise gemessen, indem ein sinusförmiges akustisches Signal im Freifeld und auf der Achse angelegt wird. Wenn das Mikrofon für den Nahfeldeinsatz ausgelegt sein soll (bspw. Headset-Mikrofone), wird es in der jeweils kürzeren Entfernung gemessen, die dann angegeben wird.

Mit dieser Spezifikation beschreibt DPA den gesamten Frequenzgang des Mikrofons, der sich vom "effektiven Frequenzbereich" unterscheiden kann (siehe unten). Die Messung ist für die meisten Mikrofone im Datenblatt auf den Bereich von 20 Hz bis 20 kHz beschränkt, obwohl die meisten Mikrofone darüber hinaus arbeiten (siehe Diagramm unten). Der Frequenzverlauf oberhalb von 20 kHz ist ohne Toleranzangabe und wird daher nicht berücksichtigt.


Beispiel: 4006 Mikrofon mit Kugelcharakteristik. Frequenzbereich (auf der Achse): 10 Hz - 20 kHz. Die gepunktete Linie zeigt jedoch an, dass das Mikrofon auch außerhalb des angegebenen Bereichs arbeitet.

Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 12.1: Frequency response

Frequenzbereich ±2 dB

Der effektive Frequenzbereich ist der Frequenzbereich, in dem das Mikrofon nicht mehr als einen bestimmten Betrag von der idealen / maßgeschneiderten Antwortkurve abweicht.

Der perfekte Frequenzgang ist nicht unbedingt flach. Einige Mikrofone verfügen über einen angepassten Frequenzgang, um beispielsweise die Sprachverständlichkeit zu verbessern. Der effektive Frequenzbereich drückt diese bewusst angepasste Modifikation innerhalb einer engen Toleranz aus, bspw. ±2 dB. Die Spezifikationen können einen eingeschränkten Frequenzbereich zeigen, der innerhalb enger Toleranzen die so gewünschte Präzision aufzeigt.
 

Multiple Frequenzgangkurven

Hersteller professioneller Mikrofone können mehr als eine Frequenzgangkurve angeben. Auf diese Weise zeigen sie in unterschiedlichen akustischen Schallfeldern, wie das Mikrofon auf Schall reagiert, der aus verschiedenen Richtungen kommt.


On-Axis-Antwort

Die On-Axis-Antwort zeigt die Reaktion des Mikrofons auf Schall, der direkt entlang der Achse auf die Membran trifft. Der Einfallswinkel beträgt 0° und wird in einem freien, ungestörten Schallfeld gemessen. Der Messabstand kann den Frequenzgang von Richtmikrofonen aufgrund des Nahbesprechungseffekts beeinflussen. Daher sollte immer angegeben werden, aus welcher Entfernung Richtmikrofone (Gradientenmikrofone) gemessen wurden.
Omnidirektionale Mikrofone weisen keinen Nahbesprechungseffekt auf, weshalb der Messabstand von geringerer Bedeutung ist. 
 

Off-Axis-Antwort

Die Off-Axis-Antwort zeigt die Reaktion des Mikrofons auf Schall, der aus verschiedenen Winkeln auf das Mikrofon trifft. Das ist besonders interessant, wenn Du herausfinden möchtest, wie ein Mikrofon mit Richtwirkung (bspw. ein Nierenmikrofon) Schall aus Winkeln ungleich der Achse unterdrückt. Obwohl das Ansprechen des Mikrofons auf Schall außerhalb der Achse mit geringerem Pegel ausfällt, ist es entscheidend, dass diese Kurven auch einen gleichmäßigen Frequenzgang aufweisen. Anderenfalls kommt es zu außeraxialer Färbung (Vorhang-Effekt).


Beispiel: 4011 Mikrofon mit Nierencharakteristik, On- und Off-Axis-Frequenzgang. Die Reaktion auf der Achse (0°) wird in einem Abstand von 30 cm gemessen. Die Off-Axis-Kurven werden im Fernfeld mit der Reaktion auf der Achse als Referenz ermittelt.


Diffusfeld-Antwort

Die Diffusfeld-Antwort zeigt, wie ein omnidirektionales Mikrofon im Schallfeld mit starkem Nachhall reagiert. Das Diffusschallfeld tritt in einer akustischen Umgebung auf, in der Schall keine spezifische Richtung hat und alle Richtungen gleich wahrscheinlich sind. Die Reflexionen von Wänden, Boden, Decke usw. sind so laut wie oder lauter als der Direktschall und sorgen überall für einen homogenen Schalldruckpegel. Die Diffusfeld-Antwort zeigt einen Abfall zu hohen Frequenzen. Dieses Phänomen ist zum Teil auf die Absorption hoher Frequenzen durch die Luft zurückzuführen. Es liegt jedoch auch daran, dass sich an den Seiten kein hochfrequenter Druck aufbaut und darüber hinaus verdeckt das Mikrofongehäuse die hohen Frequenzen rückwärtig einfallenden Schalls.
 
Quelle: IEC 60268 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 12.2: Effective frequency range

 

Empfindlichkeit (Freifeld-Empfindlichkeit)

Die Empfindlichkeit drückt die Fähigkeit eines Mikrofons aus, Schalldruck in elektrische Spannung umzuwandeln.

Die Empfindlichkeit eines Mikrofons ist einer der wichtigsten Parameter. Sie gibt an, wie viel Ausgangsspannung das Mikrofon liefert, wenn es einem bestimmten Schalldruck ausgesetzt wird.

Die Freifeld-Empfindlichkeit gibt die Spannung an, die ein Mikrofon erzeugt, wenn es in einem freien Schallfeld mit einem Schalldruck von 1 Pascal (was einem Schalldruckpegel (SPL) von 94 dB entspricht) platziert wird.



Das Freifeld ist ein ungestörtes Schallfeld, in dem der Schall nur eine Richtung hat. Dies steht im Gegensatz zu einem Diffusfeld, in dem der Schall aus allen Richtungen kommt. Die Freifeld-Empfindlichkeit wird auf der Achse ermittelt.

Die Empfindlichkeit wird wie folgt angegeben: xx mV pro Pascal @ 1 kHz oder yy dBV / Pascal @ 1 kHz. Dies sind nur zwei Arten, dasselbe zu sagen und ist eine Frage der persönlichen Präferenz.

Ein Mikrofon mit einer hohen Empfindlichkeit liefert eine hohe Spannung am Ausgang und benötigt daher nicht so viel Verstärkung (Gain) wie ein Modell mit niedrigerer Empfindlichkeit. Bei Anwendungen mit niedrigem Schalldruckpegel ist ein Mikrofon mit hoher Empfindlichkeit erforderlich, um das Verstärkungsrauschen gering zu halten. Für Anwendungen mit extrem hohen Schalldruck eignet sich ein Mikrofon mit niedriger Empfindlichkeit.


Die angegebene Empfindlichkeit ist nominal, d. h. es bestehen Abweichungen von diesem Wert. Aus diesem Grund ist es wichtig, Toleranzen anzugeben. DPA gibt im Allgemeinen die Empfindlichkeit innerhalb von ±2 dB oder ±3 dB an, je nach Mikrofontyp.

Beispiel: 2011 Mikrofon mit Doppelmembran und Nierencharakteristik, Freifeld-Empfindlichkeit, nominal, ±2 dB: 10 mV/Pa; -40 dB re. 1 V/Pa. Somit liegt die Mikrofonempfindlichkeit zwischen 7,9 mV und 12,6 mV, wenn es einem Schalldruck von 94 dB ausgesetzt wird.


Beispiel: Die Kurven zeigen die Ausgangsspannung von Mikrofonen als Funktion unterschiedlicher Schalldruckpegel am Eingang. Die untere rote Kurve zeigt die Ausgangsspannung eines Mikrofons bei einer Empfindlichkeit von 1 mV/Pa, während die obere blaue Kurve die Ausgangsspannung eines Mikrofons mit 40 mV/Pa zeigt. Wenn die Mikrofone einem Schalldruck von 124 dB ausgesetzt werden, entsprechen die Ausgangsspannungen ca. 31 mV bzw. 1,3 V.
 
Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones (2018)
Abschnitt 11.2.1 Free-field sensitivity


Äquivalenter Geräuschpegel

Der äquivalente Geräuschpegel (auch als Eigenrauschen des Mikrofons bezeichnet) gibt an, bei welchem Schalldruck das Mikrofon die gleiche Ausgangsspannung wie das elektrische Eigenrauschen erzeugen würde. Alle Mikrofone erzeugen aufgrund der (Brown-)Bewegung der Luftmoleküle Rauschen, das die Membran beeinflusst und zu einem elektrischen Signal führt. Darüber hinaus fügt die elektrische Schaltung von Mikrofonen mehr oder weniger Rauschen hinzu.

Ein niedriger Geräuschpegel ist besonders wünschenswert, wenn mit niedrigen Schalldruckpegeln gearbeitet wird, damit der Schall nicht im Eigenrauschen des Mikrofons untergeht. Das Eigenrauschen bestimmt auch die Untergrenze im Dynamikbereich des Mikrofons.

Es gibt zwei gängige Methoden, um das Rauschen anzugeben:

1. Das A-bewertete RMS-Maß nähert sich der Empfindlichkeit des Ohrs an und filtert niederfrequentes Rauschen heraus. Ein gutes Ergebnis (sehr geringes Rauschen) auf dieser Skala liegt normalerweise unter 15 dB(A).
2. Der ITU-R BS.468-4-Standard verwendet eine andere Gewichtung und Quasi-Peak-Erkennung. Auf dieser Skala liegt ein gutes Ergebnis unter 25 - 30 dB. Dieses Messverfahren eignet sich gut, um das Rauschen von Kondensatormikrofonen zu vergleichen, da es anzeigt, ob das Mikrofon unter "Popcorn-Rauschen" oder anderen Knackgeräuschen leidet.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Größe der Membran eines Mikrofons und seiner Fähigkeit, leise zu sein (d. h. geringe Rauschwerte aufzuweisen). In der Regel führt eine größere Membran zu einem geringeren Eigenrauschen. Diese physikalische Tatsache ist er Grund, warum das omnidirektionale Miniaturmikrofon 4060, das im Vergleich zu Mikrofonen ähnlicher Größe ein sehr geringes Eigenrauschen aufweist, immer noch einen äquivalenten Geräuschpegel von 23 dB(A) re. 20 µPa aufweist. Hier ist ein Beispiel für ein Großmembranmikrofon:

4041-SP Großmembranmikrofon mit Kugelcharakteristik
Äquivalenter Geräuschpegel, A-bewertet: Max. 7 dB(A) re. 20 µPa.
Äquivalenter Geräuschpegel, CCIR 468-1: Max. 19 dB.

Quelle: IEC 60268-4 Sound System Equipment - Part 4: Microphones
Abschnitt 16: Equivalent sound pressure level due to inherent noise.

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.

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