Mikrofonspezifikation (Beratungsanfrage)

Um leise Geräusche aufnehmen zu können brauchst du ein Mikrofon mit einem eingebauten Vorverstärker. Dabei gibt es eigentlich nur zwei Möglichkeiten:

* Ein Elektret-Kondensatormikrofon (wie das Vivanco Mikrofon), das hat den Vorverstärker gleich mit in der Mikrofonkapsel eingebaut, unter anderem auch deshalb braucht das Mikrofon eine Batterie.

* Ein "richtiges" Kondensator-Mikrofon, das hat ebenfalls einen Vorverstärker im Mikrofon mit eingebaut, braucht aber eine sogenannte "Phantomspeisung" von üblicherweise 48_Volt, das ist ein externes Netzteil, das entweder im Mischpult oder in einem nachfolgenden Mikrofon-Verstärker eingebaut ist. Es gibt auch ältere Kondensator-Mikrofone (z.B. bei ebay) mit 12_Volt (Autobatterie) oder 24_Volt (LKW-Batterie) Phantomspeisung. Diese wurden früher oft in Rundfunk Übertragungswagen eingesetzt. Ich selber habe z.B. schon oft ältere 12_Volt Mikrofone zusammen mit einem kleinen 12_Volt Modellbau-Akku verwendet, der in die Hosentasche passt, und genug Strom für mehrere Tage Dauerbetrieb hat.

Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatormikrofon

Der Rauschwert dieser Mikrofone hängt zu 99% vom Rauschwert des im Mikrofon fest eingebauten Vorverstärkers ab.

Zusätzlich brauchst du dann nochmal einen Vorverstärker ausserhalb des Mikrofons, der das Ausgangssignal des Mikrofons auf Line-In Pegel verstärkt. (Das ist der Vorverstärker, über den wir in der vorhergehenden Diskussion gesprochen hatten).

Siehe auch Diskussion Mikrofonvorverstärker (PreAmp)

* Sogenannte "dynamische" Mikrofone, die ein elektrisches Signal dadurch erzeugen, dass eine auf der Mikrofon-Membran abgebrachte Spule (Induktivität) in einem Magnetfeld bewegt wird (ähnliches Prinzip wie beim Fahrrad-Dynamo), sind zum Aufnehmen von leisen Geräuschen deshalb nicht geeignet, weil die Mikrofon-Membran mit der darauf angebrachten Aufnahmespule für leise Geräusche viel zu schwer und zu träge ist.

Halbleiter-Temperaturrauschen

Bei allen Mikrofonen mit eingebautem Vorverstärker gibt es das Problem, dass bei sehr leisen Geräuschen das von der Mikrofon-Membran erzeugte elektrische Signal in der gleichen Grössenordnung liegt (nano-Volt Bereich) wie das von elektrischen Halbleitern (Transistoren) erzeugte Temperaturrauschen. Unterhalb einer gewissen Lautstärke, die meist schneller erreicht ist als gewünscht, gehen die Geräusche deshalb einfach im Temperaturrauschen des Verstärkers unter.

Hochfrequenz-Kondensator-Mikrofon

Die einzige mir bekannte Möglichkeit, das Halbleiter-Temperaturrauschen zu umgehen, ist nicht das elektrische Signal der Mikrofon-Membran direkt zu verstärken, sondern den elektrischen "Kondensator" Effekt des Mikrofons zu verwenden, indem die Mikrofon-Membran zusammen mit einer Induktivität als Teil eines Hochfrequenz-Schwingkreises verwendet wird.

"Hochfrequenz" bedeutet in diesem Fall eine Frequenz weit oberhalb von 20000_Hertz, damit die Hochfrequenz des Schwingkreises anschliessend möglichst einfach aus dem Aufnahmesignal wieder herausgefiltert werden kann, ohne dabei zusätzliche Probleme (Rauschen, Verzerren, usw.) zu verursachen.

Im Prinzip haben diese Mikrofone einen Mini-Radiosender eingebaut, dessen Sendefrequenz durch die Auslenkung der Mikrofon-Membran verändert wird (Frequenzmodulation). Wenn man nun die Änderung der Sendefrequenz mit einer Standard FM-Demodulation in eine Niederfrequenz-Spannung im Bereich von 20_Hz bis 20000_Hertz umwandelt (genauso wie z.B. in einem UKW Radio), dann erhält man am Ende wieder ein Aufnahmesignal, das der mechanischen Auslenkung der Mikrofon-Membran entspricht.

Warum dieser irrsinnige Umweg? Ganz einfach. Das Hochfrequenz-Signal kann um ein vielfaches höher sein als das Temperaturrauschen der beteiligten Verstärker, weil das Hochfrequenz-Signal durch die FM-Demodulation sowieso wieder weggefiltert wird. Auf diese Weise lässt sich der Rauschabstand des gesamten Mikrofons einschliesslich Vorverstärker noch einmal um den Faktor zehn bis dreissig verbessern (entspricht ca. 20 bis 30 deziBel), was ist nicht gerade wenig ist.

Allerdings dürfte im Lauf dieser Erklärungen schon deutlich geworden sein, dass der Aufwand, der dahinter steckt, nicht gerade gering ist, und diese Mikrofone dann auch dementsprechen teuer sind.

Zwei Mikrofone mit eingebautem Hochfrequenz-Vorverstärker, mit denen ich selber schon oft gearbeitet habe und von denen ich definitiv weiss, dass es damit möglich ist auch sehr leise Geräusche aufzunehmen:

* Sennheiser MKH 416 - auf Sprachaufnahmen optimiert, betont den Bereich um ca. 3.5 kHz
* Neumann KMR 81 i - das "Allzweck" Low-Noise Richtmikrofon mit linearem Frequenzgang

Beide Mikrofone sind sehr teuer, sie sind aber relativ weit verbreitet und es gibt sie deshalb z.B. auch als Gebrauchtware bei ebay. Zwar nicht jeden Tag, aber ich selbst habe schon mehrere Sennheiser Mikrofone zu annähernd bezahlbaren Preisen über ebay gekauft. Dazu braucht man allerdings Zeit und Geduld.

Es gibt natürlich auch noch andere Hochfrequenz-Kondesatormikrofone und auch noch andere Mikrofonhersteller. Das wichtige Wort für Google oder Katalogsuche heisst "Hochfrequenz-Kondensatormikrofon" bzw. "HF-Kondensatormikrofon".

Elektret-Kondensator-Mikrofon

Weil ich kein Millionär oder Dauer-Lotterie-Gewinner von Beruf bin, wollte ich noch sagen, dass ich auch mit (wesentlich billigeren) Elektret-Kondensatormikrofonen schon sehr gute Aufnahmen gemacht habe, allerdings ist meist grösseres Herumbasteln und Herumexperimentieren notwendig, bis das Rauschen einigermassen verschwindet oder zumindest so leise wird, dass es im Kopf ertragbar wird.

mV/Pa

Die "Lautstärke" oder "Empfindlichkeit" eines Mikrofons wird in mV/Pa = milli-Volt (elektrische Ausgangsspannung) pro Pascal (mechanischer Luftdruck) angegeben, weil der mechanische Luftdruck die einzige physikalisch sinnvolle Möglichkeit ist die "Lautstärke" eines akustischen Signals zu beschreiben. Im Prinzip ist jedes Mikrofon nichts anderes als ein Messwandler, der einen mechanischen Luftdruck in ein elektrisches Signal umwandelt.

Je höher der "mV/Pa" Wert ist, desto empfindlicher ist das Mikrofon. Dummerweise sagt der mV/Pa Wert überhaupt nichts über das Rauschen des Mirofons aus. Es wäre sogar theoretisch möglich einen möglichst hohen mV/Pa Wert dadurch zu erreichen, dass das Mikrofon besonders stark rauscht. Das kommt allerdings in der Praxis nicht vor, weil solch ein Mikrofon so unerträglich schlecht wäre, dass es nicht verkaufbar wäre.

Ohm

Die Ausgangsimpedanz des gesamten Mikrofons (der elektrische "Widerstand") wird in Ohm angegeben. Dieser Wert wird nur im Zusammenhang mit der Eingangsimedanz des nachfolgenden Verstärkers gebraucht. Wenn die Eingangsimpedanz des nachfolgenden Verstärkers wesentlich niedriger ist als die Ausgangsimedanz des Mikrofons wird das Signal dumpf. Eine niedrige Impedanz hat Vorteile, wenn lange Kabel zwischen Mikrofon und Vorverstärker verwendet werden sollen. Bühnenmikrofone (wo Kabellängen von mehr als zehn Metern zwischen Mikrofon und Mischpult mehr oder weniger normal sind) haben deshalb meist eine relativ niedrige Ausgangsimedanz von ca. 200_Ohm.

Die Ohm-Zahl sagt nichts über das Rauschen des Mikrofons aus.

Rauschwerte

Das Rauschen eines elektrischen Verstärkers wird in "nano-Volt pro Wurzel-aus-Hertz" angegeben, in Datenblätten wird das als "nV/(Wurzelzeichen)Hz" geschrieben. Die selsame Einheit kommt daher, dass die Menge des Gesamtrauschens von der Übertragungsbandbreite des Verstärkers abhängt (bei Niederfrequenz-Verstärkern normalerweise 20_Hertz bis 20000_Hertz). Dummerweise bedeutet das gleichzeitig, dass bei einem besonders schlechten Frequenzgang gleichzeitig auch das Gesamtrauschen geringer wird. Die Rauschangaben müssen also immer im Zusammenhang mit den Frequenzgang-Werten gelesen werden.

In Mikrofon-Datenblättern wird meist nicht die Rauschzahl des Vorverstärkers angegeben sondern der "Rauschabstand" oder "Ersatz-Rauschwert" des gesamten Mikrofons einschliesslich eingebautem Vorverstärker, was in der Praxis ja eigentlich auch mehr Sinn macht. Meist stehen dort Angaben wie "Ersatzgeräuschpegel" oder "Störgeräusch-Abstand". Das dumme ist jetzt aber dass es sich dabei um "akustische" und nicht um "elektrische" Masseinheiten handelt und ich nunmal Elektriker und kein Akustiker bin.

Das soll keine dumme Ausrede sein, sondern es ist tatsächlich so, dass es in der Akustikwelt mehrere Theorien gibt, was im Zusammenhang mit Rauschen und Störsignalen wichtig und was unwichtig ist, und es deshalb auch verschiedene Bewertungskriterien gibt. Ich weiss es deshalb meist selbst nicht 100% genau, was die einzelnen Angaben wirklich bedeuten. Nicht alle Störgeräusche mit gleichem (elektrischen) Pegel werden vom Gehirn auch gleich laut wahrgenommen.

Tipp: Es gibt ein Tontechniker-Forum unter http://www.sengpielaudio.com/ - die wissen so etwas meist wesentlich besser als ich.

Zitat

... Es handelt sich um die selbe Mikrofonkapsel wie in NF Mikrofonen ...

Nein, mit Sicherheit nicht. In einer reinen NF-Mikrofonkapsel ist bereits zumindest die erste Stufe des Vorverstärkers (der Impedanzwandler) mit eingebaut, weil die Anschlussdrähte zur Mikrofonmembran nicht länger als ein paar Millimeter sein dürfen, sonst ist die Kapazität der Anschlussleitung bereits grösser als die Kapazität der Mikrofonmembran und das ganze Mikrofon funktioniert dann nicht mehr.

Zitat

Wenn ich nun so einen Ozillator an den Lötstellen der des Mikrofonausgangs befestige und das Signal dann hochfrequent übertragen wird, brauch ich dann nicht noch so ein Ding am Stecker, damit Audacity mir die Frequenzen nicht umrechnen muss?

Du brauchst einen Hochfrequenz-Oszillator, der von der Mikrofonmembran gesteuert wird. Dazu muss im Prinzip eigentlich nur die Schwingkreis-Kapazität durch die Mikrofonmembran ersetzt werden (hört sich aber einfacher an als es in Wirklichkeit ist). Die Oszillatorfrequenz liegt meist so bei 150 bis 200 kilo-Hertz (Rundfunk Langwellen-Bereich).

Der gesamte Oszillator (der aus ca. zehn Bauteilen besteht) muss so klein sein, dass er zusammen mit der Membran mit in die Mikrofonkapsel passt. Das ist ultra-micro Feinmechanik, ungefähr zehn mal kleiner als die Mechanik einer Armbanduhr.

Ausserdem brauchst du dann noch den FM-Demodulator, der meist, wie im Springer-Buch beschrieben, durch Vergleich der Oszillatorfrequenz, die aus der Mikrofonkapsel kommt, mit einem einem zweiten HF-Oszillator funktioniert ("Superheterodyn Demodulator" heisst so etwas in der Elektrotechnik).

Wichtig: Die genaue Schwingfrequenz eines Quartzoszillators ist temperaturabhängig. Wenn beide Oszillatoren nahe genug beieinander sind, so dass sie immer in der gleichen Umgebungstemperatur arbeiten, ist auch die absolute Frequenzabweichung (fast) gleich. Da nur die Differenz ausgewertet wird, erhältst du auch Abweichung beider Oszillatoren (solange es sich bei beiden Oszillatoren um genau die gleiche Temeraturabweichung handelt) immer den gleichen Differenzwert. Das ist die billigste Art der Temperaturkomensation.

Das heisst auf deutsch: der von der Mikrofonmembran gesteuerte Oszillator muss mit in die Mikrofonkapsel rein. Der zweite Oszillator mitsamt dem Demodulator muss auch noch irgendwie in das Mikrofongehäuse rein, kann sich aber ausserhalb der Mikrofonkapsel befinden, sonst wirst du Temperaturprobleme bekommen. Das ganze muss dann hochfrequenzmässig so abgeschirmt werden, dass sich z.B. die Oszillatorfrequenz nicht ändert, wenn du das Mikrofon mit der Hand anfasst, also kein Plastik oder Aluminiumgehäuse sondern richtiges Metall.

Nach dem Demodulator hast du dann wieder ein ganz normales NF-Signal.

Hauptproblem sind aber meiner Erfahrung nach weniger die Elektrik sondern das ultra-micro Feinmechanik-Gefuzzel. Ich selber würde mir gar nicht mal so ohne weiteres zutrauen eine Kondensatorkapsel zu öffnen und den Verstärker durch einen HF-Oszillator zu ersetzen. Ich habe es ehrlich gesagt auch noch nie versucht, weil die ersten paar Mikrofonkapseln sind hinterher wahrscheinlich erstmal Schrott.

Zitat

... Ich hab schon ein wenig Recherchiert und die Dinger sind echt verdammt teuer ...

Du musst dir halt darüber im klaren sein, dass das, was du da vorhast, an den Grenzen dessen liegt, was mit Elektrotechnik überhaupt machbar ist. Wenn du z.B. ein Elektronenmikroskop aus Einzeilteilen selbst zusammenbauen willst dann kosten die Teile mit Sicherheit auch mehr als zehn Euro.

Reale Preise für gebrauchte Sennheiser HF-Kondensatormikrofone liegen so etwa bei 250 bis 300 Euro pro Stück. Ein Vorverstärker von Mikro- auf Line-In Pegel, der so gut wie nicht rauscht, kostet als Gebrauchtgerät nochmal ungefähr das gleiche. Als Neuware kostet beides zusammen ungefähr dreitausend bis fünftausend Euro.

Der Preis besteht allerdings zu ca. 90% aus reinen Arbeitszeitkosten. Durch Selberbauen kannst du hier also einen Haufen Geld sparen. Aber einfach ist das nicht. Ich selber brauche meist so drei bis fünf Versuche und ca. 100 bis 200 Arbeitsstunden bis alles so funktioniert, wie ich mir das eigentlich mal vorgestellt hatte. Wahrscheinlich käme es auf das gleiche raus wenn ich einfach die gleiche Zeit für Geld arbeiten und mir dann einen Vorverstärker kaufen würde, aber dann wüsste ich wahrscheinlich immer noch nicht wie es funktioniert.

Glasfaser-Mikrofone

Kenne ich eigentlich nur aus dem Medizin-Bereich. Ich habe auch gar keine Ahnung ob so ein Mikrofon einen grösseren Frequenzbereich (20 Hertz bis 20 kilo-Hertz) auf nehmen kann. Habe ich aber ehrlich gesagt auch noch nie ausprobiert, habe deshalb also im Prinzip keine Ahnung.

Effekt-Aufnahmen

Einzig mir bekannte halbwegs brauchbare Alternative sind Elektret-Kondensatormikrofone. Aber auch da ist ein Vorverstärker, der nicht rauscht, nicht gerade billig. Das Verbrennen einer Zigarette aufzunehmen wird mit einem Elektretmikrofon aber bereits wahrscheinlich selbst mit einem teuren Vorverstärker wegen zu starkem Rauschen des Mikrofons nicht mehr machbar sein.