Mikrofon

Ein Mikrofon, oder Mikrophon (von „klein, gering“ und „Laut, Ton, Stimme, Sprache“), ist ein Schallwandler, der Luftschall als Schallwechseldruckschwingungen in entsprechende elektrische Spannungsänderungen als Mikrofonsignal umwandelt. Dieses unterscheidet Mikrofone von Tonabnehmern, die Festkörperschwingungen umsetzen. Unterwasser-Mikrofone werden als Hydrofone bezeichnet.

In der gängigen Bauform folgt eine dünne, elastisch gelagerte Membran den Druckschwankungen des Schalls. Sie bildet durch ihre Bewegung die zeitliche Verteilung des Wechseldrucks nach. Ein Wandler, der mechanisch oder elektrisch mit der Membran gekoppelt ist, generiert daraus eine der Membranbewegung entsprechende Tonfrequenz-Wechselspannung oder eine entsprechende pulsierende Gleichspannung.

Geschichte Entwicklungen des Mikrofons mini|Kommentar von 1929 über die „Diktatur des Mikrophons“. Die Entwicklung des Mikrofons ging Hand in Hand mit der Entwicklung des Telefons. In der Geschichtsschreibung werden die grundlegenden Wandlerprinzipien angeführt, die verschiedenen akustischen Bauformen ergaben sich im Zuge der Verbesserung einzelner Modelle.

Der in die USA ausgewanderte italienische Ingenieur Antonio Meucci entwickelte bereits 1860 ein Telefon auf Basis eines ebenfalls von ihm erfundenen elektromagnetischen Wandlers. Er war jedoch kein erfolgreicher Geschäftsmann und bekam kein Patent erteilt. Der heute meistens als Erfinder des Mikrofons angeführte schottische Gehörlosenlehrer Alexander Graham Bell, der in dem Labor tätig war, in dem Meuccis Erfindung aufbewahrt wurde, meldete ein technisch gleichartiges Patent am 14. Februar 1876 an. 1887 strengte die Regierung der USA ein Verfahren zur Annullierung des Patents an. Dieses wurde jedoch nach dem Tod Meuccis und dem Auslaufen des Patents eingestellt.Bekanntmachung zur Erfindung des Telefons. US-amerikanischer Kongress

Im Zuge der Entwicklung des von ihm so genannten „Telephons“ war Philipp Reis der Erste, der ein Kontaktmikrophon baute, das von ihm als Teil seines Fernsprechprototypen 1861 erstmals öffentlich vorgestellt wurde. Vom Modell einer Ohrmuschel ausgehend erkannte Reis, dass statt eines Trommelfells auch ein mit einer Membran bespannter Schalltrichter verwendet werden konnte. Dieser Schalltrichter mündete bei Reis in einem Gehäusekasten. Er versah die Membran mit einem Platinkontakt, der im ruhenden Zustand einen anderen Kontakt, der im Gehäuse befestigt war, gerade noch berührte. Über diesen Kontakt und einen äußeren Widerstand wurde Gleichstrom geleitet. Fand nun an der Membran ein Schallwechseldruck statt, kam diese in Schwingung, was dazu führte, dass die Kontakte je nach dem Lauf der Schallwellen mehr oder weniger zusammengedrückt wurden.Joachim-Felix Leonhard, Armin Burkhardt, Gerold Ungeheuer, Herbert Ernst Wiegand, Hugo Steger, Klaus Brinker: Medienwissenschaft, 2. Teilband. Walter de Gruyter, Berlin 2001, ISBN 3-11-016326-8, S. 1255 Reis hatte mit dieser Versuchsanordnung das Kontaktmikrophon erfunden, aus dessen Prinzip später das Kohlemikrophon entwickelt wurde, das in der Frühzeit des Rundfunks für Aufnahmen Verwendung fand.

Die Erkenntnis, dass Kohle die Schwingung einer Membran sehr einfach in elektrische Impulse umsetzen kann, führte Ende des 19. Jahrhunderts zur Entwicklung des Kohlemikrofons. 1877 entwickelte Emil Berliner in den Bell Labs, USA, einen Schallwandler, der den druckabhängigen Übergangswiderstand zwischen Membran und einem Stück Kohle zur Signalgewinnung nutzte. Als Erfinder des Kohlemikrofons wird jedoch David Edward Hughes angesehen, der eine ähnliche Entwicklung auf der Basis von Kohlestäben erstmals am 9. Mai 1878 in der Königlichen Akademie in London öffentlich vorstellte. Hughes kannte zudem das Kontaktmikrofon von Philipp Reis, da er 1865 mit einem importierten Telefon des deutschen Erfinders experimentiert und gute Resultate erzielt hatte.E.C.S.: Calendar of Scientific Pioneers. In: Nature, 106, 13. Januar 1921, S. 650f.

Noch im selben Jahr verbesserte der Engländer Henry Hunnings das Mikrofon, indem er anstatt von Kohlestäben Kohlekörner verwendete. Das Kohlemikrofon in der Form, in der es im Grundprinzip die nächsten 100 Jahre unverändert blieb, konstruierte Anthony C. White im Jahre 1890. Dieses „Kohlekörner-Mikrofon“ war als Studiomikrofon bis in die 1940er Jahre in Gebrauch; es gilt heute als erstes „richtiges“ Mikrofon und wurde erst vom Kondensatormikrofon verdrängt. Ein verbreitetes Kohlemikrofon war das Marmorblock- oder Reisz-Mikrofon von Eugen Reisz.

500px|mini|Erstes Patent auf ein Folien-Elektretmikrofon (G. M. Sessler u. a.), Seiten 1 bis 3 mini|Bundeskanzler Kurt Georg Kiesinger klopft zum Test auf ein Sennheiser-MD-421-Mikrofon (1969)

Georg Neumann, Mitarbeiter von Reisz, entwickelte im Jahr 1923 das Kohlemikrofon weiter, wodurch die Klangqualität besonders bei tiefen Frequenzen stark verbessert wurde. Der Durchbruch gelang ihm jedoch mit der Entwicklung des Niederfrequenz(NF)-Kondensatormikrofons. Membran und Gegenelektrode bilden hier einen Kondensator, der auf eine Gleichspannung aufgeladen wird; die Membranbewegung verändert die Kondensatorkapazität, aus dieser Änderung wird das Signal gewonnen. Dieses Wandlerprinzip war der Schallaufzeichnungstechnik seiner Zeit qualitativ weit voraus und ist bei Mikrofonen höchster Qualität noch heute Standard.

1928 gründete Georg Neumann zur Vermarktung seines Kondensatormikrofons eine Firma, die Georg Neumann & Co KG in Berlin, die noch heute zu den führenden Mikrofonherstellern gehört. Das erste funktionstüchtige Serienmodell, das Neumann CMV3, auch „Neumann-Flasche“ genannt, ist auf vielen zeitgenössischen Filmaufnahmen zu sehen. Legendär ist auch das erste Mikrofon mit elektrisch umschaltbarer Richtcharakteristik, das Neumann U47 von 1949. Es zählt auch heute noch zu den begehrtesten und teuersten Mikrofonen, gut erhaltene U47 werden für mehrere tausend Euro gehandelt.

Ab 1920 kam der Rundfunk auf. Bühnenschauspieler und Kabarettisten, die nun im Radio auftraten, fanden das Mikrofon irritierend. Zu einem Mikrofon, statt zu einem Publikum zu sprechen, war gewöhnungsbedürftig; außerdem waren Mikrofone in den späten 1920er Jahren bereits so empfindlich, dass man nicht mehr in sie hineinschreien musste. Das BBC Hand Book von 1929 widmet dem Mikrofon ein eigenes Kapitel mit der Überschrift „My Friend Mike“ (Mike als englische Kurzform für microphone):

„Ich kenne Mike schon lange. Erstmals bin ich ihm 1922 begegnet. Er hatte damals noch keinen Thron, sondern hing so herum. Ich glaube, er ist sehr empfindlich, denn man wickelt ihn in Baumwolltücher. Ich mag Mike, weil er immer so gut von mir spricht und nie krank ist und mich Menschen vorstellt, die ich ohne ihn nie kennengelernt hätte.“Will Hay: My Friend Mike. In: BBC Hand Book 1929, S. 185 f. aus dem Englischen übersetzt

1962 erfanden Gerhard M. Sessler und James Edward Maceo West das Elektret-Mikrofon, eine Variante des Kondensatormikrofons, die heute mit 90 Prozent Marktanteil den häufigsten Mikrofontyp darstellt. Gerhard M. Sessler und Dietmar Hohm erfanden außerdem in den 1980er Jahren an der TH Darmstadt das Silizium-Mikrofon.

Hersteller Weitere Namen, die in der Entwicklung des Mikrofons auftauchen, sind: David Edward Hughes, Sidney Shure, Fritz Sennheiser, Eugen Beyer.

Wichtige Hersteller von dynamischen Mikrofonen: Sidney Shure, Electro-Voice, Sennheiser, Beyerdynamic (Spezialität: Bändchenmikrofone), AKG Acoustics.

Wichtige Hersteller von Kondensatormikrofonen: Sidney Shure, Georg Neumann Berlin (gehört seit 1991 zur Fa. Sennheiser), Sennheiser (Spezialität: HF-Kondensatormikrofone), Microtech Gefell (in Gefell, ehemals Fa. Neumann & Co. KG, später VEB Mikrofontechnik Gefell), Schoeps, Danish Pro Audio (ehemals Brüel & Kjær), AKG Acoustics, Brauner Microphones.

Wichtige Hersteller von Messmikrofonen: Brüel & Kjær, GRAS, Microtech Gefell, Norsonic, PCB Piezotronics.

Wandlerprinzipien Abhängig von der akustischen Bauform des Mikrofons folgt die Membran dem Schalldruck (Druckmikrofon, ungerichtetes Mikrofon) oder dem Schalldruckgradienten (Druckgradientenmikrofon, gerichtetes Mikrofon). Das Wandlerprinzip ist maßgeblich für die technische Qualität des Mikrofonsignals, die durch Rauschabstand, Impulsstreue, Klirrfaktor und Frequenzgang charakterisiert wird.

Mikrofonwandler können wie folgt kategorisiert werden:Gerhart Boré, Stephan Peus: 4. Auflage. Fa. Neumann, Berlin 1999 (Firmenschrift).

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Dynamische Mikrofone hochkant=0.7|mini|Dynamisches Mikrofon zur Aufnahme von Sprache und Gesang

Das dynamische Mikrofon arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Technisch betrachtet führt beim dynamischen Mikrofon die Geschwindigkeit der Membranbewegung zum Signal, nicht die momentane Auslenkung, daher bezeichnet man es auch als Geschwindigkeitsempfänger. Der Haupteinsatzbereich von dynamischen Mikrofonen ist der Live-Bereich. Das dynamische Mikrofon wird neben dem Live-Einsatz auch zur Mikrofonierung von Schlagzeugen (Snare Drum, Becken, Tom Toms usw.) genutzt, vereinzelt auch für Vokal- oder Instrument-Aufnahmen.

Tauchspulenmikrofon mini|links|Schema eines Tauchspulenmikrofons

Das Tauchspulenmikrofon ist eine Bauform des dynamischen Mikrofons. Der Begriff bezieht sich auf den Aufbau des Wandlers: Bei Tauchspulmikrofonen ist die Membran wie bei einem elektrodynamischen Lautsprecher fest mit einer Spule (Tauchspule) verbunden, die durch die Membranbewegung in einem dauermagnetischen Feld (Luftspalt eines Topfmagneten) bewegt wird. Die relative Bewegung von Spule und Magnetfeld erzeugt durch Induktion die Signalspannung. Die Vorteile dieses Mikrofontyps sind: es ist relativ robust gegenüber mechanischen Belastungen es verträgt hohe Schalldrücke (vorteilhaft bei Gesang und lauten Instrumenten) es benötigt keine Spannungsversorgung es ist relativ preisgünstig.

Tauchspulenmikrofone haben aufgrund der Spulenmasse ein nach oben begrenztes Wiedergabespektrum sowie ein schlechtes Impulsverhalten. Sie sind gut für Nahaufnahmen geeignet, da ihre nichtlinearen Verzerrungen auch bei hohen Schallpegeln gering sind.

Bändchenmikrofon mini|links|Skizze eines Bandmikrofons

Ein Bändchenmikrofon (engl. ribbon microphone) ist eine Bauform des Dynamischen Mikrofons. Bei diesem Mikrofontyp sind Wandlerprinzip und akustische Funktionsweise eng verknüpft.

Die Membran des Bändchenmikrofons ist ein zickzack-gefalteter Aluminiumstreifen von zwei bis vier Millimetern Breite und einigen Zentimetern Länge. Er ist nur wenige Mikrometer dick. Bei Anregung durch eintreffenden Schall induziert die Bewegung im Magnetfeld eine der Bewegungsgeschwindigkeit entsprechende Spannung, die an den Enden der Aluminiumstreifen abgegriffen werden kann.

Bändchenmikrofone besitzen einen im Arbeitsbereich nahezu linearen Frequenzgang; ihre äußerst leichte Membran verleiht ihnen ein gutes Impulsverhalten. Prinzipbedingt kann die Membran von beiden Seiten vom Schall erreicht werden. Die akustische Bauweise ist daher die eines Druckgradientenmikrofons. Daraus folgt die Richtcharakteristik einer Acht. Bändchenmikrofone sind nicht für die Aufnahme tiefster Frequenzen geeignet.

Kondensatormikrofon mini|links|Schema eines Kondensatormikrofons (NF-Technik)

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