Groß- und Kleinmembranmikrofone mit Kugelcharakteristik im Vergleich

Bevor man sich zwischen einem Groß- und einem Kleinmembranmikrofon entscheidet, sollte man die Unterschiede in den Eigenschaften kennen. Das Verhalten eines Mikrofons lässt sich nicht mit dem eines Lautsprechers vergleichen.

Der Unterschied zwischen einem Klein- und einem Großmembranmikrofon lässt sich kurz wie folgt zusammenfassen:

Eigenrauschen

Ein Großmembranmikrofon hat weniger Eigenrauschen als ein Kleinmembranmikrofon. Das liegt daran, dass das Eigenrauschen in einem Mikrofon hauptsächlich durch Brownsche Bewegungen verursacht wird, d. h. Luftmoleküle prallen auf die Membran und erzeugen einen entsprechenden Schalldruck. Die kleinere Membran verhält sich wie eine harte Oberfläche, und die auf sie auftreffenden Luftmoleküle geben einen größeren Teil ihrer Energie ab, wodurch im Verhältnis zur Fläche und Empfindlichkeit der Membran ein höherer Schalldruckpegel entsteht.

Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeit einer großen und flexibleren Mikrofonmembran ist im Allgemeinen höher als die einer kleinen und steifen Membran. Die große Membran lässt sich auch bei niedrigen Schalldruckpegeln leichter bewegen und liefert daher eine höhere Ausgangsleistung.

Schalldruckverarbeitung

Die Fähigkeit eines Kondensatormikrofons, hohe Schalldruckpegel zu verarbeiten, wird durch zwei Faktoren begrenzt: 1. Die Mikrofonkapsel, in der der Abstand zwischen der Membran und der Rückplatte zusammen mit der Steifigkeit der Membran begrenzt, wie weit sich eine Membran bewegen kann, bevor die Verzerrung zu hoch wird. 2. Die Stromversorgung für den Mikrofonvorverstärker begrenzt die Signalstärke, die verarbeitet werden kann, bevor es zu Übersteuerungen kommt. Eine kleinere und steifere Membran kann daher relativ höhere Schalldruckpegel verarbeiten als ein Mikrofon mit einer großen Membran.

Frequenzbereich

Da das omnidirektionale Mikrofon kleinste Luftdruckunterschiede (Schallwellen) erfasst, sind sowohl große als auch kleine Membranen grundsätzlich gleichermaßen in der Lage, tiefe Frequenzen zu erfassen. Die untere Grenzfrequenz (LLF) des Druckmikrofons wird durch eine kleine Entlüftungsöffnung festgelegt, um zu verhindern, dass sich die Membran aufgrund von Änderungen des Umgebungsluftdrucks bewegt. Je nach den Abmessungen der Entlüftungsöffnung (d. h. Durchmesser und Länge) wirkt diese als akustischer Tiefpassfilter. Die obere Grenzfrequenz (ULF) wird durch mehrere Faktoren bestimmt, die alle mit den Abmessungen der Membran zusammenhängen. 1. Eine große Membran neigt zum Aufbrechen und wirkt dann nicht mehr wie ein echter Hubkolben. Dieses Phänomen ist auch aus der Lautsprechertechnik bekannt und der Grund, warum Lautsprecher mit unterschiedlich großen Membranen für verschiedene Frequenzbereiche hergestellt werden. 2. Das Gewicht der Membran dämpft die Auslenkung der Membran bei höheren Frequenzen. 3. Die Beugung an den Rändern der Mikrofonkapsel schränkt die Fähigkeit des Mikrofons ein, sehr hohe Frequenzen wiederzugeben. Daraus folgt, dass ein Mikrofon mit großer Membran einen begrenzteren Frequenzbereich hat als ein Mikrofon mit kleiner Membran. Dies wird in den folgenden Grafiken veranschaulicht, die den Unterschied im Frequenzbereich zeigen.

Richtcharakteristik

Wenn ein Mikrofon in einem Schallfeld platziert wird, beeinflusst allein seine Anwesenheit den Klang. Dies ist auf akustische Phänomene zurückzuführen, die aufgrund der Größe der Mikrofonkapsel, ihrer Positionierung, der Form und Größe des Mikrofonkörpers, der den Vorverstärker enthält, sowie des Anschlusses und der Konstruktion des Schutzgitters auftreten können. Alle omnidirektionalen Mikrofone mit flacher Frontseite werden bei höheren Frequenzen zunehmend richtungsabhängig. Hochfrequente Schallwellen, die direkt von der Vorderseite des Mikrofons kommen, werden an der Oberfläche der Membran reflektiert, wodurch sich zwischen dem einfallenden und dem austretenden Schall ein Schalldruckaufbau ergibt. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die Wellenlänge des Schalls vergleichbar mit dem Durchmesser der Membran ist oder kleiner als dieser ist. Der Zusammenhang zwischen Membrangröße und Richtwirkung bei höheren Frequenzen ist unten dargestellt.

Dynamikbereich

Ein Kleinmembran-Mikrofon bietet in der Regel einen höheren Dynamikumfang als ein Großmembran-Mikrofon. Um dies zu erklären, ist es hilfreich zu verstehen, wie der Dynamikumfang berechnet wird.

Die sinnvollste Berechnungsmethode besteht darin, die Differenz in dB zwischen dem Grundrauschen und dem Schalldruckpegel (SPL) zu ermitteln, bei dem das Mikrofon eine bestimmte Gesamtklirrfaktor (THD) erzeugt. Wir haben bereits gesehen, dass der Grundrauschpegel des Mikrofons mit kleiner Membran ansteigt, aber die Schalldruckpverarbeitung im Vergleich zu einer großen Membran noch stärker zunimmt. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht, die zeigt, wie der Dynamikbereich für die omnidirektionalen Studiomikrofone von DPA berechnet wird.

Mikrofone mit kleiner Membran können daher einen gleichwertigen oder besseren Dynamikbereich haben. Der Dynamikbereich wird lediglich verschoben, um unterschiedliche Schalldruckpegel abzudecken. Darüber hinaus wird der Dynamikbereich der professionellen Mikrofone der 4000er-Serie von DPA anhand von Messergebnissen berechnet, bei denen sowohl die Mikrofonkapsel als auch der Vorverstärker in die Messung einbezogen werden. Das mag selbstverständlich klingen, aber DPA ist einer der wenigen, wenn nicht sogar der einzige Hersteller von Studiomikrofonen, der den Dynamikbereich anhand aller akustischen Messungen berechnet.

Fazit

Beide Membrangrößen haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile. Dies wird in der folgenden Tabelle verdeutlicht, in der die technischen Daten der Mikrofone mit kleiner, mittlerer und großer Membran von DPA verglichen werden.