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Mikrofonarten: Empfänger- und Wandlerprinzip

Musiker benutzen sie. Podcaster auch. Aus Funk und Fernsehen sind sie nicht wegzudenken. Es gibt Sie in verschiedensten Ausführungen, Anwendungsgebieten und Preisklassen: Mikrofone – oder Schallwandler, um den korrekten technischen Begriff zu verwenden. Denn so viele verschiedene Typen und Modelle es auch gibt, eins haben sie alle gemein: sie wandeln Schall in elektrische Spannungsänderungen.

In diesem Artikel sollen Interessierte einen Überblick über die verschiedenen Mikrofonarten und -typen finden, deren technische Funktionsweise und Anwendungsbereiche. Weiterführende Artikel gehen gesondert auf Themen wie Richtcharakteristik, Anschlusstypen oder die Wahl des richtigen Mikrofontyps für diverse Anwendungen ein.

Empfängerprinzip: Druckempfänger und Druckgradientenempfänger

Bevor wir uns den verschiedenen Wandlerprinzipien von Mikrofonen widmen, sollten wir uns erst einmal mit dem generellen Empfängerprinzip von Mikrofonen auseinandersetzen. Empfängerprinzip beschreibt in diesem Kontext, wie die Mikrofonmembran angetrieben wird. Unterschieden wird zwischen sogenannten Druckempfängern und Druckgradientenempfängern. Diese beiden Empfangsprinzipien bestimmen die Richtcharakteristik (diese gibt an, wie empfindlich Mikrofone auf Schall aus verschiedenen Richtungen reagieren) des Mikrofons, unabhängig von seinem Wandlerprinzip.

Prinzip eines Druckmikrofons
Prinzip eines Druckmikrofons [Bildquelle: Galak76 13:11, 9 December 2006 (UTC), Druckempfänger, CC BY-SA 3.0]

In Druckempfängern ist die Membran mit einer festen Gegenelektrode in einem geschlossenen Gehäuse verbaut. Schall wird nur aus einer Richtung aufgenommen. Trifft der Schall auf die Mikrofonmembran, wird sie durch den Druck nach innen gebogen. Lässt der Druck nach, biegt sie sich wieder in die entgegengesetzte Richtung (ein ähnliches Funktionsprinzip findet man im menschlichen Ohr). Dadurch ergibt sich bei Druckempfängern immer die Kugel-Richtcharakteristik.

In Druckgradientenempfängern ist die Kapsel vorne und hinten akustisch offen, Schall kann von beiden Seiten auftreffen. Die Membran wird durch den Druckunterschied vor und hinter ihr angetrieben, man bezeichnet diesen Druckunterschied auch als Druckgradienten. Die Richtcharakteristik ist eine Niere oder Acht.

Wandlerprinzip: elektrodynamisch oder elektrostatisch?

Im folgenden Abschnitt wollen wir uns die verschiedenen Wandlerprinzipien und ihre Bauformen näher anschauen. Es gibt das elektrodynamische und das elektrostatische Prinzip. Beim elektrodynamischen Prinzip wird Induktion durch ein feststehendes Magnetfeld und einen sich darin bewegenden Leiter erzeugt. Vertreter sind Dynamische Mikrofone und Bändchenmikrofone. Beim elektrostatischen Wandlerprinzip dagegen, wird Induktion durch Kapazitätsänderung erzeugt. Das elektrostatische Prinzip findet in Kondensatormikrofonen Anwendung.

Dynamische Mikrofone

Dieser weitverbreitete Mikrofontyp arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wie bei allen Mikrofonen wird eine Membran durch auftreffenden Schall in Bewegung versetzt und induziert dadurch eine Signalspannung. Um das genauer zu erklären, betrachten wir die beiden Hauptbauformen des dynamischen Mikrofones im Folgenden.

Das Tauchspulenmikrofon

Bei dieser Bauform ist eine Membran fest mit einer Spule, der sogenannten Tauchspule, verbunden. Durch eintreffenden Schall wird die Membran in Bewegung versetzt, bewegt die Tauchspule um einen Permanentmagneten und erzeugt somit eine elektrische Spannung.

Schema eines Tauchspulenmikrofons
Schema eines Tauchspulenmikrofons [Bildquelle: Arne Nordmann (norro), Tauchspulenmikrofon, CC BY-SA 3.0]

Große Verbreitung findet dieser Mikrofontyp im Live-Bereich. Durch die einfache Konstruktion sind Tauchspulenmikrofone äußerst robust und widerstandsfähig. Sie vertragen hohe Schalldrücke, wodurch sie sich ideal für die Abnahme lauter Schallquellen, wie beispielsweise Gitarrenverstärkern, Schlagzeugen oder Gesängen eignen. Die typische Richtcharakteristik eines Tauchspulenmikrofons ist in der Regel eine Niere oder Hyperniere.

Die feste Verbindung von Membran und Tauchspule erzeugt allerdings einen Nachteil: Durch das vergleichsweise hohe Gewicht spricht das Tauchspulenmikrofon relativ träge an. Klanglich macht sich das in der Wiedergabe der Höhen bemerkbar. Im Vergleich zu beispielsweise Kondensatormikrofonen können Tauchspulenmikrofone etwas bedeckter klingen.

Beinahe legendär kann das bezeichnet werden, welches oft schon zu Preisen um die 100 Euro zu haben ist.

Das Bändchenmikrofon

Als Membran fungiert im Bändchenmikrofon ein hauchdünner, oft goldbedampfter Aluminiumstreifen, der beweglich zwischen den Polen eines Permanentmagneten aufgehängt ist. Dieser wird, ähnlich wie die Membran des Tauchspulenmikrofons, durch eintreffenden Schall in Schwingung versetzt und erzeugt durch die Bewegung im Magnetfeld eine Signalspannung. Diese ist im Vergleich zu anderen Mikrofontypen jedoch deutlich geringer und benötigt somit mehr Verstärkung. Das wiederum kann zu erhöhtem Rauschen führen. Ein hochwertiger Vorverstärker wird daher empfohlen.

Schema eines Bändchenmikrofons
Schema eines Bändchenmikrofons [Bildquelle: Arne Nordmann (norro), Bändchenmikrofon, CC BY-SA 3.0]

Durch das geringe Gewicht des Bändchens erweisen sich Bändchenmikrofone als sehr impulstreu und linear im Frequenzgang. Der Klang wird aufgrund bauartbedingt schwächerer Höhenwiedergabe als eher weich und warm wahrgenommen. Die Bauart dieses Mikrofons hat aber einen entscheidenden Nachteil: Das hauchdünne Bändchen ist hochempfindlich gegenüber mechanischen, physischen und elektrischen Belastungen. Ein Sturz, versehentlich angelegte Phantomspannung oder das Pusten auf die Membran würden das Aluminiumbändchen zerstören. Dadurch findet man diesen Mikrofontyp vornehmlich im Tonstudio anstatt im rauen Umfeld einer Livebühne. Allerdings gibt es auch hierfür speziell konstruierte, robustere Bändchenmikrofone. Bauartbedingt haben Bändchenmikrofone eine 8er-Richtcharakteristik.

Typische Vertreter sind das oder Beyerdynamic M160.

Kondensatormikrofone

Neben den dynamischen Mikrofonen sind Kondensatormikrofone der bedeutendste Mikrofontyp. Es gibt sie als Klein- und Großmembrankondensatormikrofone oder als Elektretvariante mit Dauerpolarisation. Sie finden gleichermaßen Anwendung im Livebereich, als auch im Studio und eignen sich für verschiedenste Schallquellen.

Aufbau eines Kondensatormikrofons
Aufbau eines Kondensatormikrofons [Bildquelle: Kevin, Kondensatormikrofon, CC BY-SA 3.0]

Klein- und Großmembran-Kondensatormikrofone

Bei diesem Mikrofontyp befindet sich eine hauchdünne, wenige tausendstel Millimeter dünne Membran (Elektrode) dicht gegenüber einer starren Metallplatte (Gegenelektrode). Die beiden Komponenten bilden einen sogenannten Plattenkondensator. Durch eintreffenden Schall bewegt sich die Membran relativ zu der Metallplatte und der Kondensator ändert somit schwingungsabhängig seine Kapazität. Diese Kapazitätsänderung wird nun mikrofonintern in eine Wechselspannung transformiert und auf einen nutzbaren Pegel verstärkt. Zur Polarisierung der Gegenelektrode und der Spannungsversorgung der internen Elektronik, sind Kondensatormikrofone auf eine externe Spannung von 48 Volt angewiesen, der sogenannten Phantomspeisung.

Kondensatormikrofone arbeiten sehr fein, empfindlich und bilden das akustische Signal frequenzmäßig sehr hochwertig ab. Aufgrund oft variabler Richtcharakteristik eignen sie sich für beinahe alle Anwendungsbereiche.

Großmembranmikrofon mit Poppschutz an einem Mikrofonarm
Großmembranmikrofon mit Poppschutz an einem Mikrofonarm

Großmembrankondensatormikrofone verfügen, wie der Name schon vermuten lässt, über eine größere Membranfläche (üblicherweise ab 25,4 mm respektive einem Zoll) als Kleinmembrankondensatormikrofone. Das führt zu einem höheren Rauschabstand (das Verhältnis von Nutzpegel zu Eigenrauschen; SNR) und einem geringeren Nahbesprechungseffekt. Somit eignen sie sich beispielsweise besonders für die Aufnahme von Sprache und Gesang im Studio.

In der Regel sind Kondensatormikrofone deutlich teurer in der Anschaffung als dynamische Mikrofone und empfindlicher gegen beispielsweise Feuchtigkeit. Ein typischer Vertreter mit Kleinmembran ist das . Bei Großmembran-Mikrofonen ist neben dem AKG C414 und vor allem das sehr populär.

Elektret-Kondensatormikrofon

Dieser Mikrofontyp ähnelt sehr stark dem Kondensatormikrofon. Hier ist allerdings die starre Gegenelektrode mit einer Elektretfolie beschichtet. Das führt zu einer Dauerpolarisation und das Mikrofon ist nicht mehr auf extern zugeführte Spannung angewiesen, um die Gegenelektrode elektrisch aufzuladen. Nur die interne Elektronik benötigt noch eine geringe Spannung.

Sie sind in der Regel klanglich nicht so hochauflösend und weniger flexibel in der Richtcharakteristik, wie echte Kondensatormikrofone.

Grenzflächenmikrofone (oder PZM "pressure zone microphone")

Bei dieser Sonderform bildet der Mikrofonkörper eine Platte, auf die ein Druckempfängermikrofon (in der Regel Kondensator- oder Elektretmikrofone) bündig eingelassen ist. Dadurch ergibt sich die Richtcharakteristik einer Halbkugel. Man erreicht dadurch, dass Reflektionen von schallharten Flächen (beispielsweise des Bodens, auf dem das Grenzflächenmikrofon liegt) weniger zu einem Kammfiltereffekt führen.

Das Mikrofon wird für verschiedene Anwendungen genutzt, wie beispielsweise, auf dem Boden liegend, für die Abnahme eines Chores oder, auf einem Tisch liegend, zur Sprachabnahme. Aber auch im Live-Bereich findet man dieses Mikrofon. Beispielweise innerhalb einer Bassdrum am Schlagzeug oder im Klangkörper eines Flügels.

Typische Vertreter: Shure Beta 91 A, Sennheiser e901

Gängige Sonderformen

Handheldmikrofone

Dieser Mikrofontyp ist, wie der Name schon vermuten lässt, dazu gedacht in der Hand gehalten zu werden. Es gibt sie als Kondensator und dynamisches Mikrofon. Sie können kabelgebunden oder drahtlos ausgelegt sein. Zwei Gemeinsamkeiten haben Handheldmikrofone jedoch alle: sie sind so gebaut, dass sie unempfindlicher gegen Wind und Atemgeräusche sind und sie verfügen über einen robusten Handgriff, der Geräusche durch die Greifhand minimiert.

Headset- und Ansteckmikrofone

Headsetmikrofone (oder auch Kopfbügelmikrofone) und Ansteckmikrofone (auch Lavaliermikrofone) sind spezielle Bauformen von Kondensatormikrofonen für die Anwendung bei Rundfunk, Fernsehen, Musical oder im Kongressbereich. Durch die dezente Bauform eignen sie sich für alle Anwendungen, in denen das Mikrofon möglichst nicht gesehen werden oder der/die Sprechende die Hände frei behalten soll.

Lavalier-Mikrofon mit Befestigungs-Clip
Lavalier-Mikrofon mit Befestigungs-Clip

In der Regel sind diese Mikrofone als Funkstrecken konzipiert und benötigen einen Taschensender mit passendem Empfänger. Hierbei sollte beachtet werden, dass es fest zugeteilte Frequenzbereiche für die Nutzung von Funksendestrecken gibt. Im professionellen Bereich (460 bis ca. 820 MHz) funkende Drahtlosmikrofone sind teuer in der Anschaffung. In den Amateur- bis semiprofessionellen Bereich mit fest verteilten Bändern kann man hingegen inzwischen ab etwa 150 Euro einsteigen.

Typischer Vertreter: DPA 4088, Sennheiser ME-2

Richtrohrmikrofone

Richtmikrofone nehmen vorrangig den frontal eintreffenden Schall auf, man spricht hier von der Richtcharakteristik Keule. Oft findet man diese Modelle auf Kameras montiert oder an Tonangeln bei Rundfunk und Fernsehen. Eine weitere Anwendung ist das sogenannte Ambience-Mikrofon, mit dem man bei Konzerten (In-Ear-Mixe oder Live-Aufnahmen) sowie Aufzeichnungen vor Publikum selbiges abbildet (Fernsehsendung, Theater, etc.).

Typischer Vertreter: Shure VP89, Sennheiser MKE600