Was ist eine Mikrofonmembran? (Ein detaillierter Leitfaden) – Mein neues Mikrofon

Membranen haben viel mit Klang zu tun. Wir „singen aus dem Zwerchfell“ unseres physischen Körpers, und wenn wir in ein Mikrofon singen, interagieren wir auch mit einem Zwerchfell! Jedes praktische Mikrofon hat eine Membran, und ein Verständnis der Membranen ist entscheidend für die Beherrschung des Mikrofons.

Was ist also eine Mikrofonmembran? Eine Mikrofonmembran ist eine dünne Membran, die sich in Reaktion auf äußere Schalldruckschwankungen bewegt. Eine Mikrofonmembran ist eine wichtige Wandlerkomponente bei der Umwandlung von akustischer Energie in elektrische Energie. Die drei wichtigsten Membrantypen sind die Schwingspule, das Bändchen und der Kondensator.

Es gibt viel zu diskutieren, wenn man über Mikrofonmembranen spricht. In diesem Artikel werden die gängigen Membrantypen und die Überlegungen, die wir beim Umgang mit Mikrofonmembranen anstellen, näher erläutert!

Was ist eine Mikrofonmembran?

Wie bereits erwähnt, ist eine Mikrofonmembran eine dünne Membran, die sich als Reaktion auf Schalldruckänderungen (Schallwellen) bewegt. Die Membran ist ein wichtiger Bestandteil des Mikrofonrezepts. Ohne eine bewegliche Membran wäre ein Mikrofon nicht in der Lage, seine Aufgabe als Schallwandler zu erfüllen. Die mit dem Schalldruck zusammenfallende Bewegung der Membran ist der erste Schritt bei der Umwandlung akustischer Energie in elektrische Energie.

Da die Membran eines Mikrofons so dünn ist, haben wir den Eindruck, dass sie nur zwei Seiten hat. Die Bewegung der Membran beruht auf dem Unterschied im Schalldruck zwischen ihren beiden Seiten.

Die Mikrofonmembran ist Teil einer größeren Einheit innerhalb der Mikrofone, der Kapsel. Das Design der Kapsel ist von größter Bedeutung für die Leistung des Mikrofons. Die Kapsel ist letztendlich das Wandlerelement in jedem Mikrofon.

Für eine ausführliche Lektüre über Mikrofonkapseln, lesen Sie meinen Artikel Was ist eine Mikrofonkapsel? (Plus Top 3 Most Popular Capsules).

Die Anordnung der Kapsel und der Membran macht einen Großteil des charakteristischen Klangs eines Mikrofons aus. Frequenzgang, Empfindlichkeit und Richtcharakteristik sind einige der Eigenschaften, die stark von der Kapsel- und Membrananordnung bestimmt werden.

Es gibt 3 Haupttypen von Mikrofonmembranen:

1. Schwingspulenmembran (dynamisch)
2. Bändchenmembran (dynamisch)
3. Frontplattenmembran (Kondensator)

Wie bewegt sich eine Membran?

Mikrofonmembranen sind extrem dünn (manche weniger als 5 Mikrometer). Dadurch sind sie sehr empfindlich gegenüber den vibrierenden Luftmolekülen in ihrer unmittelbaren Umgebung. Das „Bombardement“ schwingender Luftmoleküle auf eine Mikrofonmembran bringt diese in Bewegung. Diese mechanische Bewegung in und aus der Ruhelage wird wiederum in eine elektrische Wechselspannung (Audiosignal) umgewandelt.

Eine Mikrofonmembran bewegt sich entsprechend der Schalldruckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten. Wird eine Seite stärker von Luftmolekülen „bombardiert“ als die andere, so wird diese Seite eingedrückt. Wenn beide Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt sind, bleibt die Membran an Ort und Stelle.

Eine weitere Möglichkeit, die Membranbewegung zu erklären, ist die Betrachtung einer einfachen Sinuswelle. In einer Sinuswelle gibt es Nullpunkte, Spitzen und Täler.

Während sich die Sinuswelle durch die Luft bewegt, beeinflusst sie die Luftmoleküle, durch die sie läuft. Das Gleiche geschieht, wenn die Schallwelle die Membran erreicht.

• An ihren Spitzen verursacht die Sinuswelle eine maximale Kompression auf der Membran und drückt die Membran nach innen.
• Die Sinuswelle bewirkt an ihren Tiefpunkten eine maximale Verdünnung an der Membran, wodurch die Membran nach außen gezogen wird.
• Und an den Nullpunkten bewirkt die Sinuswelle keine Bewegung der Membran.

Schallwellen bewegen sich mit 343 m/s und sind unendlich viel komplexer als eine einfache Sinuswelle. Wie du dir vorstellen kannst, bringen sie die Membran als Reaktion auf äußere Schalldruckschwankungen schnell zum Schwingen!

Mikrofonmembranen sind so konstruiert, dass sie sich in Übereinstimmung mit Schalldruckschwankungen bewegen, damit sie ein Audiosignal erzeugen können, das eine genaue Darstellung des Klangs ist, der um das Mikrofon herum passiert.

Vergleiche zwischen Mikrofon-, Lautsprecher- und Thoraxmembranen

Vergleiche sind manchmal nützlich, um Dinge zu erklären. Wir alle kennen wahrscheinlich eine Lautsprechermembran, und wir haben mit Sicherheit Brustmembranen in unserem Körper. Die Mikrofonmembran ist diesen beiden Membranen sehr ähnlich! Lassen Sie mich das erklären.

Die Lautsprechermembran

Lautsprecher sind, wie Mikrofone, Wandler. Mikrofone wandeln mechanische Wellenenergie (Schall) in elektrische Energie (Audiosignal) um. Umgekehrt wandeln Lautsprecher elektrische Energie (Audiosignal) in mechanische Wellenenergie (Schall) um.

Lautsprecher arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, demselben Prinzip, das auch für dynamische Mikrofone gilt (auf die wir später in diesem Artikel eingehen werden). Ein Audiosignal in Form einer Wechselspannung wird an den Lautsprecher gesendet. Dieses Signal wird durch eine stationäre leitende Drahtspule geleitet, die einen Magneten umgibt. Der Strom, der durch den leitenden Draht fließt, bringt den Magneten durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion in Bewegung. Da es sich bei dem Ton um Wechselstrom handelt, bewegt sich der Magnet vorwärts und rückwärts. Dieser Magnet ist an einer Membran befestigt.

Die Membran eines Lautsprechers bewegt sich zusammen mit dem Magneten, an dem sie befestigt ist. Während die Membran vibriert, drückt und zieht sie Luft um sich herum und projiziert so Schallwellen durch den Raum.

Ein dynamisches Mikrofon funktioniert auf die entgegengesetzte Weise eines Lautsprechers. Wenn wir einen Lautsprecher umgekehrt verdrahten würden, wäre die Membran im Grunde eine Mikrofonmembran! Da Lautsprechermembranen jedoch in der Regel dicker, breiter und schwerer sind als professionelle Mikrofonmembranen, wären sie nicht annähernd so empfindlich. Das Ergebnis wäre ein dumpfer Klang.

Wie man einen Lautsprecher so verkabelt, dass er zum Mikrofon wird, erfährst du in meinem Artikel Wie man in 2 einfachen Schritten aus einem Lautsprecher ein Mikrofon macht.

Das Brustzwerchfell

Das Brustzwerchfell ist eine dünne Skelettmuskelschicht beim Menschen und anderen Säugetieren.

Bei diesem biologischen Zwerchfell ist es der Zwerchfellmuskel selbst, der sich zusammenzieht und ausdehnt. Das Brustzwerchfell spielt eine entscheidende Rolle bei der Atmung. Wenn sich der Zwerchfellmuskel zusammenzieht, hilft er dabei, Luft in die Lunge zu ziehen. Wenn sich das Zwerchfell entspannt, stößt es die Luft aus der Lunge heraus.

Die Atmung erfolgt viel langsamer als die Luftvibrationen. Die Idee, dass das Zwerchfell Luft bewegt, ist jedoch dieselbe.

Lassen Sie uns kurz die drei erwähnten Zwerchfelle rekapitulieren:

• Das Brustzwerchfell kontrahiert und dehnt sich aus und bewegt dabei Luft in und aus der Lunge.
• Die Lautsprechermembran ist an einem Magneten befestigt und bewegt sich in Abhängigkeit von einer angelegten Wechselspannung mittels elektromagnetischer Induktion.
• Die Mikrofonmembran bewegt sich in Abhängigkeit von den Schalldruckschwankungen um sie herum.

Akustisches Prinzip: Druck versus Druckgradient

Auch wenn es sich nicht um eine Eigenschaft der Membran selbst handelt, ist es doch erwähnenswert, wie das Design der Kapsel die Art und Weise verändert, wie der Schall mit der Membran interagiert.

Es gibt zwei Grundtypen von Richtcharakteristiken:

1. Omnidirektional – arbeitet nach dem Druckprinzip.
2. Bidirektional – arbeitet nach dem Druckgradientenprinzip.

Eine Kapsel kann ihre Membran nach einem dieser Prinzipien oder nach einer Kombination davon freilegen. Kombinationen führen zu den Nieren-Richtcharakteristiken.

Druckprinzip

Beim Druckprinzip ist eine Seite der Membran für den äußeren Schalldruck offen. Die andere Seite ist für einen festen Druck verschlossen.

Wir wissen, dass die Bewegung der Membran auf den Druckunterschied zwischen ihrer Vorder- und Rückseite zurückzuführen ist. Da nur eine Seite der Membran den Schallschwingungen ausgesetzt ist, wird die Membran auf Schall aus allen Richtungen ziemlich gleich reagieren. Daher die Kugelcharakteristik!

Weitere Informationen zur Kugelcharakteristik finden Sie in meinem Artikel Was ist ein Kugelmikrofon? (Richtcharakteristik + Mikrofonbeispiele).

Druckgradientenprinzip

Beim Druckgradientenprinzip sind beide Seiten der Membran für den äußeren Schalldruck offen.

Schallwellen, die direkt von der Vorderseite der Membran kommen, treffen zuerst auf die Vorderseite und etwas später auf die Rückseite. Durch diese Phasendifferenz entsteht ein kleiner Druckunterschied, der die Membran in Bewegung versetzt.

Schallwellen, die direkt von der Rückseite der Membran kommen, wirken in umgekehrter Weise.

Schallwellen, die direkt von der Seite der Membran kommen, treffen gleichzeitig auf die Vorder- und Rückseite, was keinen Druckunterschied und somit auch keine Membranbewegung verursacht!

Das Druckgradientenprinzip führt also zu einer bidirektionalen oder „Achter“-Polarität. Das Mikrofon ist empfindlich für Schall, der von vorne und hinten kommt, während es Schall von den Seiten abweist.

Weitere Informationen zur bidirektionalen Richtcharakteristik finden Sie in meinem Artikel Was ist ein bidirektionales/Figure-8-Mikrofon? (Mit Mikrofonbeispielen).

Kombinierter Druck &Druckgradient

Häufig werden Kapseln so konstruiert, dass sie diese beiden Prinzipien kombinieren.

Die beliebteste Mikrofon-Richtcharakteristik ist die Nierencharakteristik. Sie ist im Grunde ein 1:1-Verhältnis von Druck- und Druckgradientenprinzip.

Indem die Hersteller den Weg des Schalls, der die Rückseite der Membran erreicht, einschränken, greifen sie geschickt auf Kombinationen beider Prinzipien zurück. Durch die Beeinflussung der Luftschwingungen auf jeder Seite der Membran entstehen verschiedene Richtcharakteristiken.

Wenn Sie mehr über die Nieren-Richtcharakteristik und alle anderen Mikrofon-Richtcharakteristiken erfahren möchten, lesen Sie meine Artikel Was ist ein Nieren-Mikrofon? (Richtcharakteristik + Mikrofonbeispiele) bzw. The Complete Guide To Microphone Polar Patterns.

Face Of The Diaphragm: Top-Address Versus Side-Address

Ein weiterer Punkt, der bei Membranen und ihren Kapseln zu beachten ist, ist die Art und Weise, wie man sie anspricht. Mit anderen Worten, in welche Richtungen zeigen die Mikrofonmembranen?

Die beiden gebräuchlichsten Adressierungsarten sind die Top-Adressierung und die Seiten-Adressierung.

Top-Address

Shure wird in den folgenden Mein neues Mikrofon Artikeln vorgestellt:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Earphone/Earbud Brands In The World
– Top Best Headphone Brands In The World

Bei Top-Address-Mikrofonen sind die Membranen zur Oberseite des Mikrofons gerichtet. Typischerweise sieht es so aus, als ob das Mikrofon in die Richtung zeigt, in der es am empfindlichsten ist.

Typischerweise sind Mikrofone mit Top-Adressierung auf die Richtcharakteristiken Kugel und Niere beschränkt, da es praktisch unmöglich ist, beide Seiten der Membran gleichmäßig dem Schalldruck auszusetzen.

Gängige Beispiele für Mikrofone mit Top-Adressierung sind das Shure SM57 und SM58 sowie das Neumann KM 184 (mit Links, um ihre Preise auf Amazon zu überprüfen).

Side-Address

Neumann wird in den folgenden Mein neues Mikrofon Artikeln vorgestellt:
– Die besten Mikrofonmarken, die Sie kennen und verwenden sollten
– Die besten Marken für Studiomonitore, die Sie kennen und verwenden sollten

Seitenadressierte Mikrofone sind so konzipiert, dass ihre Membranen „zur Seite“ zeigen.“ Die „Vorderseite“ und „Rückseite“ der Membran zeigen zu den Seiten der Mikrofone, wodurch das Mikrofon am empfindlichsten für Schall aus den seitlichen Richtungen ist.

Mit Side-Address-Mikrofonen sind alle Richtcharakteristiken relativ einfach zu erreichen. Bei diesem Aufbau können auch zwei Membranen Rücken an Rücken angeordnet werden, um ein variables Mikrofon mit mehreren Richtcharakteristiken zu schaffen.

Gängige Beispiele für Mikrofone mit seitlicher Richtcharakteristik sind das Neumann U87, das Rode NT1-A und das AKG C414 (mit Links, um ihre Preise auf Amazon zu überprüfen). Das U87 und das C414 sind Mikrofone mit mehreren Richtcharakteristiken.

Die Schwingspulenmembran

Die Schwingspulenmembran besteht eigentlich aus zwei separaten Teilen: der Membran selbst und der Schwingspule. Da sie jedoch aneinander befestigt sind, ist es sinnvoll, sie als ein einziges bewegliches Teil zu betrachten. Drehspulenmembranen finden sich in dynamischen Mikrofonen mit Drehspule.

Die Kombination aus Membran und Leitspule schwingt als Reaktion auf externe Schallwellen. Die Membran ist dafür verantwortlich, dass sie empfindlich genug ist, um die Luftdruckunterschiede zwischen ihren beiden Seiten aufzunehmen. Die Leitspule ist für die Umwandlung dieser Schwingung in ein Audiosignal verantwortlich. Die Schwingspulenmembran und die Kapsel wirken als Wandler nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion.

Die Schwingspulenmembranen sind fast alle kreisförmig und werden straff um einen festen Ring in der Mikrofonkapsel gespannt. Die Spannung ist ein entscheidender Faktor für die Empfindlichkeit der Membran gegenüber eintreffenden Schallwellen.

Bei einer typischen Konstruktion ist die Spule etwa halb so groß wie der Durchmesser der Membran. Durch die Verbindung dieser beiden Elemente entsteht eine winzige Vertiefung oder Riffelung in der Membran. Daher ist die Membran nicht vollkommen flach. Die Membran kann auch winzige Schlitze und zusätzliche Rillen aufweisen, um die Leistung zu verbessern, indem inhärente Probleme mit der Membran- und Kapselstruktur behoben werden.

Material

Die „Schwingspule“ (oft als Schwingspule bezeichnet) besteht in der Regel aus dünnem Kupferdraht, der zu einer hohlen zylindrischen Form gewickelt ist. Auf beiden Seiten der Schwingspule befinden sich Magnete, um eine maximale elektromagnetische Induktion zu ermöglichen.

Die Membran selbst muss überhaupt nicht elektrisch leitfähig sein. Das typische Material, aus dem die Membran hergestellt wird, ist eine Polyesterfolie (Mylar ist ein gängiger Markenname). Diese Polyesterfolie (Plastikfolie) ist dünn und stark genug, um als effektives Membranmaterial zu dienen!

Die Spule ist also an der Membran befestigt und bewegt sich daher mit ihr. Dieses zusätzliche Gewicht hat einige Auswirkungen auf die Gesamteigenschaften der Membran. Das Gewicht und die Form dynamischer Mikrofone mit beweglicher Spule führen im Allgemeinen zu folgenden Merkmalen:

• Eine geringere Empfindlichkeit im Hochfrequenzbereich.
• Eine Resonanzfrequenz im hörbaren Bereich des menschlichen Gehörs.
• Ein langsameres Einschwingverhalten als Kondensator- und Bändchenmembranen.

Weitere Informationen über dynamische Mikrofone mit beweglicher Spule finden Sie in meinen Artikeln Was ist eine Mikrofonschwingspule? und Dynamische Mikrofone mit beweglicher Spule: The In-Depth Guide.

Die Bändchenmembran

Die Bändchenmembran ist vielleicht der interessanteste Membrantyp. Bändchenmembranen sind lange, dünne, rechteckige Membranen, die nur auf beiden Seiten ihrer Länge mit der Kapsel/Schallwand verbunden sind. Sie sind meist gewellt und nicht ganz flach und stehen im Vergleich zu Schwingspulen- und Kondensatormembranen unter relativ geringer Spannung.

Bändchenmikrofone werden auch als dynamisch bezeichnet. Genau wie Schwingspulenmikrofone arbeiten Bändchenmikrofone nach dem Prinzip des Elektromagnetismus. Anstelle einer separaten Membran und eines leitenden Teils, die miteinander verschmolzen sind, fungiert das Bändchen jedoch gleichzeitig als diese beiden Elemente. Das Bändchen bewegt sich als Reaktion auf den Schalldruckunterschied zwischen seiner Rück- und Vorderseite. Um den Umfang des Bändchens herum sind Magnete angebracht, so dass bei der Bewegung der Membran durch elektromagnetische Induktion ein Audiosignal erzeugt wird!

Material

Bändchenmembranen müssen leitfähig und extrem dünn sein (normalerweise weniger als 5 Mikrometer). Aluminium eignet sich hervorragend, um diese beiden Anforderungen zu erfüllen. Viele der auf dem Markt erhältlichen Bändchenmikrofonmembranen bestehen aus gewellter Aluminiumfolie. Einige Hersteller verwenden stärkere Kunststoffpolymere als Basis für das Bändchen und beschichten sie mit leitfähigem Aluminium. In anderen Fällen wird die Aluminiumfolie mit einer dünnen Goldschicht überzogen. Die Goldbeschichtung hilft, die Oxidation des Bandes zu verhindern, während Gold selbst ein besserer Leiter als Aluminium ist (nur nicht so stark).

Fragilität

Eine Bändchenmembran ist zerbrechlich. Windböen und Luftbewegungen, wie sie bei Kick-Drums und sogar bei Gesangsplosiven auftreten, können die Membran dehnen und dauerhaft beschädigen. Auch Phantomspeisung, wenn sie über schlechte Kabel oder Anschlüsse übertragen wird, kann die Membran ausblasen oder dehnen. Hinzu kommt, dass die Bändchenmembran auch durch physische Einwirkungen (Fallenlassen des Mikrofons) beschädigt werden kann. Es versteht sich von selbst, dass bei der Handhabung und Aufnahme von Bändchenmikrofonen Vorsicht geboten ist. Die gute Nachricht ist, dass die Reparatur oft nur ein „Nachschleifen“ des Mikrofons erfordert. Die schlechte Nachricht ist, dass eine Reparatur bis zu 350 $ kosten kann.

Von Natur aus sind Bändchenmikrofone als Seitenadressiermikrofone aufgebaut und haben eine bidirektionale Richtcharakteristik. Aufgrund der bidirektionalen Richtcharakteristik (Achtercharakteristik) weisen sie auch den größten Nahbesprechungseffekt auf.

Für eine ausführliche Lektüre über den Nahbesprechungseffekt von Mikrofonen lesen Sie bitte meinen Artikel In-Depth Guide To Microphone Proximity Effect.

Die Eigenschaften einer Bändchenmembran verleihen den Bändchenmikrofonen die folgenden Eigenschaften (im Allgemeinen):

• Die geringe Spannung der Membran ergibt eine Resonanzfrequenz, die weit unter dem hörbaren Bereich des menschlichen Gehörs liegt.
• Die dünne Membran sorgt für ein akkurates Einschwingverhalten.
• Die allgemeine Form und das Wandlerprinzip sorgen für einen sanften, natürlichen Abfall der hohen Frequenzen.

Weitere Informationen zu dynamischen Bändchenmikrofonen finden Sie in meinem Artikel Dynamische Bändchenmikrofone: The In-Depth Guide.

Die Kondensatormembran

Am einfachsten ist es, die Membran eines Kondensatormikrofons zusammen mit der gesamten Kapselkonstruktion zu erklären.

Kondensatorkapseln sind im Grunde genommen Kondensatoren (Kondensator war früher der Begriff für Kondensator). Es gibt zwei parallele Platten, die in Form eines Kondensators voneinander beabstandet sind. Im Falle eines Kondensatormikrofons sind diese beiden parallelen Platten:

1. Eine feste, massive Rückplatte.
2. Eine bewegliche Frontplatte, die als Membran bezeichnet wird!

Kondensatoren haben die Aufgabe, eine Ladung (Q) zu halten, wenn sie mit einer Spannung versorgt werden. Die Gleichspannung wird meist über eine Phantomspeisung zugeführt (bei Echtkondensatormikrofonen) oder dauerhaft im Elektretmaterial der Platten gehalten (bei Elektretkondensatormikrofonen). Die Ladung (Q) bleibt in einem idealen Design konstant.

Das Audiosignal (Wechselspannung), das vom Kondensator ausgegeben wird, wird mit der Formel V = Q / C

Da (Q) konstant ist, ist das Audiosignal (V) umgekehrt proportional zur Kapazität (C). Lassen Sie uns also über die Kapazität sprechen.

Kapazität ist die Fähigkeit des Kondensators, eine elektrische Ladung zu speichern. Die Kapazität der Kondensatorkapseln hängt von der Fläche der Platten, dem Isolator zwischen den Platten (Luft) und dem Abstand zwischen den Platten ab. Von diesen drei Einflussfaktoren ist der Abstand zwischen den Platten die einzige Variable!

Wenn die Kondensatormembran schwingt, ändert sich der Abstand zwischen den beiden Platten, was zu einer variierenden Wechselspannung (Audiosignal) führt!

Material

Die Rückplatte eines echten Kondensators besteht in der Regel aus massiven Metalllegierungen wie Messing. Die Membranplatte besteht oft aus goldbesprühtem Mylar oder besonders dünner Aluminiumfolie.

Elektretkondensatoren bestehen in der Regel aus dem gleichen Material, nur mit einer Elektretbeschichtung auf einer der Platten. „Back-Elektrete“ sind am effizientesten und haben eine dünne Schicht aus Elektretmaterial auf ihrer Rückplatte. Elektrets können aus jedem dielektrischen Material bestehen, auch aus Kunststoff oder Wachs.

Eine gängige Unterscheidung von Kondensatormikrofonen ist die nach der Membrangröße. Grundsätzlich gibt es zwei Lager: Kleinmembrankondensatoren und Großmembrankondensatoren. Lassen Sie uns beide im Detail besprechen.

Kleinmembran-Kondensatormikrofone

Kleinmembran-Kondensatormikrofone haben in der Regel einen Durchmesser von weniger als 1 Zoll, obwohl dies nur eine Verallgemeinerung ist.

Kleinmembran-Kondensatormikrofone (SDCs) sind in der Regel in einem „Bleistiftmikrofon“-Design gebaut, d.h. sie sind Mikrofone mit oberer Adressierung. Aus diesem Grund findet man in der Regel keine bidirektionalen oder multidirektionalen Kleinmembran-Mikrofone.

Eine kleinere Membran bedeutet normalerweise eine geringere Masse. Dies führt zu einer höheren Einschwinggenauigkeit und einem erweiterten Hochtonbereich. Da die Membran kleiner ist, kann auch die Kapsel kleiner ausgelegt werden, was eine gleichmäßigere Richtcharakteristik ermöglicht.

Die Nachteile kleiner Membranen sind eine geringere Empfindlichkeit und damit ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis. Das Ausgangssignal der Kondensatorkapsel ist proportional zum Abstand zwischen der Membran und der Rückplatte. Kleinere Membranen bewegen sich nicht so weit wie große Membranen (zur Veranschaulichung denke ich gerne an kleine und große Trampoline). Da die Empfindlichkeit geringer ist, ist das Eigenrauschen der Mikrofonelektronik bei SDC ausgeprägter als bei LDC mit Signalen desselben Pegels.

Großmembran-Kondensatoren

Größere Kondensatormembranen haben typischerweise einen Durchmesser von 1 Zoll oder mehr, obwohl dies nur eine Verallgemeinerung ist.

Großmembran-Kondensatoren (LDCs) werden normalerweise als Mikrofone mit Seitenadressierung gebaut. Dies ermöglicht die Gestaltung beliebiger Richtcharakteristiken in der Mikrofonkapsel. Es ist sogar möglich, Mikrofone mit mehreren Richtcharakteristiken herzustellen, indem man eine Kapsel mit mehreren Membranen konstruiert.

Die größere Membran bedeutet eine größere Masse. LDCs haben niedrige Resonanzfrequenzen, die typischerweise eine Bassanhebung im Bassfrequenzbereich erzeugen. Die größere Größe der Membran bedeutet auch, dass ihre Auslenkung unter Einwirkung von Schallwellen größer ist als bei den SDC-Pendants. Ein größerer Bereich der Membranauslenkung bedeutet ein stärkeres Audiosignal, so dass LDCs empfindlicher sind als SDCs. Ein lauteres Ausgangssignal bei gleichem Schalldruckpegel verleiht Großmembran-Kondensatoren ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis.

Ein Nachteil von LDC- und Side-Address-Mikrofonen ist, dass ihre großen Gitter es ermöglichen, dass kurze Wellenlängen innerhalb des Gittergehäuses hin und her springen. Wenn sie nicht richtig gedämpft werden, führen diese Frequenzen zu einem unregelmäßigen Frequenzgang im Hochtonbereich.

Es gibt noch einige weitere Nachteile von Großmembranen. Die Größe und Masse von LDCs machen sie weniger empfindlich für hohe Frequenzen. Die größere Auslenkung, die die Empfindlichkeit erhöht, beeinträchtigt die Genauigkeit des Einschwingverhaltens von Großmembranen. Und schließlich müssen die Kapseln größer sein, um größere Membranen aufnehmen zu können. Die Richtcharakteristik von LDCs ist im Vergleich zu SDCs über den gesamten Frequenzbereich weniger konsistent.

Ein weiterer interessanter Hinweis zu LDCs ist, dass einige Membranen kantenabgeschlossen sind, während andere mittig abschließen. Edge-terminated bedeutet, dass das Audiosignal von der Kapselkante abgenommen wird und die Membran somit aus einem Stück besteht. Bei mittig abgeschlossenen Membranen befinden sich die Elektroden in der Mitte der Membran. Theoretisch haben Center-Terminated-Membranen weniger Resonanzfrequenzen, was bedeutet, dass ihr Frequenzgang weniger sprunghaft ist. Allerdings sind mittig abgeschlossene Designs etwas komplexer.

Lassen Sie uns noch einmal die allgemeinen Unterschiede zwischen Kleinmembrankondensatoren (SDC) und Großmembrankondensatoren (LDC) erläutern:

• SDCs sind weniger empfindlich als LDCs
• SDCs haben ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis als LDCs
• SDCs haben einen stärkeren Hochtonbereich als LDCs
• SDCs haben einen schwächeren Tieftonbereich als LDCs
• .Frequenzgang als LDCs
• SDCs haben ein genaueres Einschwingverhalten als LDCs
• SDCs haben eine konsistentere Richtcharakteristik als LDCs

Für eine detaillierte Beschreibung der Unterschiede zwischen SDCs und LDCs finden Sie in meinem Artikel Großmembran vs. Kleinmembran-Kondensator. Kleinmembran-Kondensatormikrofone.

Die allgemeinen Eigenschaften einer Kondensatormembran verleihen den Kondensatormikrofonen die folgenden Qualitäten:

• Das geringe Gewicht der Membran ergibt einen hellen Frequenzgang im oberen Bereich.
• Die Spannung und die Dünnheit der Membran ergeben ein präzises Einschwingverhalten.
• Die allgemeine Form und das Wandlerprinzip ergeben einen sanften, natürlichen Abfall der hohen Frequenzen.

Faktoren der Membranleistung

Lassen Sie uns die wichtigsten Faktoren besprechen, die die Leistung einer Membran beeinflussen:

• Masse der Membrane
• Form und Größe der Membrane
• Spannung der Membrane
• Material der Membrane
• Leitfähigkeit der Membran

Die Masse der Membran

Die Masse der Membran spielt eine große Rolle bei der Bestimmung des Frequenz- und Einschwingverhaltens. Beides sind entscheidende Eigenschaften eines Mikrofons.

Je schwerer eine Membran ist, desto niedriger ist ihre Resonanzfrequenz. Resonanzfrequenzen verstärken den Frequenzgang einer Membran. Schwerere Membranen leiden auch unter einem Mangel an Klarheit bei hohen Frequenzen. Dies ist auf die Trägheit und die Schwierigkeiten zurückzuführen, die hochfrequente Schallwellen bei der Überwindung der Trägheit haben.

Die erhöhte Trägheit, die mit größeren Massen einhergeht, wirkt sich auch auf das Einschwingverhalten der Membran aus. Je schwerer die Membran ist, desto mehr Widerstand leistet sie der Bewegung. Dieser Widerstand gegen äußere Schallwellen verschlechtert die Genauigkeit des Einschwingverhaltens des Mikrofons.

Form und Größe der Membran

Form und Größe der Membran beeinflussen den Frequenzgang und die Empfindlichkeit des Mikrofons.

Die meisten Mikrofonmembranen sind kreisförmig. Dies gilt für praktisch alle Schwingspulen- und Kondensatormembranen. Bändchenmembranen sind wie lange Bändchenstreifen geformt.

Bei kreisförmigen Membranen bezieht sich der Durchmesser auf bestimmte Resonanzfrequenzen. Diese Resonanzfrequenzen haben eine Wellenlänge, die einem Vielfachen oder Bruchteil der Länge des Durchmessers entspricht. Am einfachsten ist es, sich diese Resonanzfrequenzen entlang des Membrandurchmessers vorzustellen, so wie wir uns stehende Wellen in einem Raum vorstellen. Die Wellenlängen, die innerhalb der Durchmessergrenzen des Membranumfangs liegen, interferieren entweder konstruktiv oder destruktiv mit sich selbst. Konstruktive und destruktive Interferenzen wirken sich positiv bzw. negativ auf die frequenzspezifische Empfindlichkeit aus.

Die Größe der kreisförmigen Membran trägt ebenfalls zur Bestimmung der Mikrofonempfindlichkeit bei. Je größer die Membran ist, desto weiter kann sie aus der Ruhelage verschoben werden (man denke an ein kleines oder großes Trampolin). Je größer die Bewegung der Membran, desto mehr Audiosignal wird von der Kapsel abgegeben!

Die Form der Bändchenmembran ist eher die eines langen, dünnen Rechtecks als die eines Kreises. Dieser Membranstreifen ist außerdem geriffelt und steht unter viel weniger Spannung als seine kreisförmigen Gegenstücke.

Die nicht kreisförmige Form in Verbindung mit der Riffelung sorgt dafür, dass Bändchenmikrofone nur sehr wenige Resonanzfrequenzen haben. Und die Frequenzen, die in Resonanz sind, sind schwach.

Die Spannung der Membran

Die Spannung der Membran beeinflusst den Frequenzgang und die Empfindlichkeit eines Mikrofons.

Die beste Analogie zur Erklärung der Mikrofonspannung ist eine kleine Trommel. Wenn man eine kleine Trommel stimmt, erhöht man die Spannung des Trommelfells (der Membran), um die Grund- und Resonanzfrequenzen der Trommel zu erhöhen. Dasselbe gilt für die Membran eines Mikrofons (auch wenn wir sie nicht mit Trommelstöcken schlagen)!

Alles andere bleibt gleich, eine Erhöhung der Spannung erhöht die Resonanzfrequenzen einer Membran. Die Spannung von Rundmembranen führt typischerweise zu einer Resonanzfrequenz im Bass- oder Subbassbereich. Bändchenmembranen stehen typischerweise unter einer so geringen Spannung, dass ihre Grundresonanzfrequenz unterhalb des hörbaren Bereichs des menschlichen Gehörs liegt!

Die Membranspannung beeinflusst auch die Empfindlichkeit eines Mikrofons. Je fester eine Membran gezogen wird, desto weniger Auslenkung erfährt sie bei einem bestimmten Schalldruckpegel.

Das Membranmaterial

Das Membranmaterial spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gesamtreaktion einer Membran auf den Schall.

Membranen müssen dünn, beweglich und meistens auch leitfähig sein. Das für die Herstellung von Membranen verwendete Material muss eine hohe Zugfestigkeit aufweisen und in der Lage sein, genau auf Schalldruckschwankungen zu reagieren. Dies schränkt die Anzahl der in Frage kommenden Membranmaterialien ein.

Polyesterfolie (Mylar ist ein gängiger Markenname) ist ein effektives Material. Obwohl Mylar nicht leitfähig ist, ist es stark und flexibel genug, um sich als Membranmaterial zu bewähren. Schwingspulenmembranen werden oft ausschließlich aus Polyesterfolie hergestellt, da sie nicht leitfähig sein müssen. Die Membranen von Kondensatormikrofonen werden häufig aus goldbeschichtetem Polyesterfilm hergestellt, um diesem Material ein leitfähiges Element hinzuzufügen.

Aluminiumfolie ist ein weiteres häufig verwendetes Material für den Membranbau. Aluminium ist sowohl stark als auch leitfähig und kommt am häufigsten bei Bändchenmembranen vor.

Die Leitfähigkeit der Membran

Als zusätzliche Anmerkung zum Membranmaterial ist die Leitfähigkeit von entscheidender Bedeutung für die Funktionalität eines Mikrofons. Die Leitfähigkeit der Membran/Kapsel ist direkt proportional zur Wirksamkeit des Mikrofons als Wandler.

Aluminium, Gold und Kupfer sind die drei gebräuchlichsten leitfähigen Materialien, die für Mikrofonmembranen verwendet werden.

Die Membranen von Schwingspulen müssen nicht leitfähig sein. Die angebrachte Spule muss es jedoch sein. In diesem Fall wird Kupfer verwendet.

Bandmembranen werden normalerweise aus Aluminiumfolie hergestellt. Wenn sie nicht aus Aluminiumfolie bestehen, haben sie zumindest eine Beschichtung aus Aluminium oder Gold.

Kondensatormembranen bestehen in der Regel aus Polyesterfolie, die aus Gründen der Leitfähigkeit mit Gold oder Elektretmaterial überzogen ist.

Verwandte Fragen

Sind USB-Mikrofone mit den gleichen Membranen ausgestattet wie XLR-Mikrofone? Ja. Es gibt keine spezielle „USB-Mikrofonmembran“. USB-Mikrofonkapseln und -membranen sind genauso aufgebaut wie die in XLR-Mikrofonen. Übliche USB-Membranen/Kapseln sind Schwingspulen-, Bändchen- und Kondensatormikrofone. Die Membran hat nichts mit der Umwandlung des Audiosignals in digitale Daten zu tun.

Braucht ein Mikrofon eine Membran? Alle praktischen Mikrofone brauchen eine Membran, um als Schallwandler zu funktionieren. Es gibt aber auch experimentelle Mikrofone, die ohne Membranen auskommen. Das Lasermikrofon projiziert einen Laser durch einen freiliegenden Rauchstrahl. Ein Lasersensor erkennt die Veränderungen im Rauch und gibt ein Audiosignal aus.