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Ein empfindliches Mikrofon mit rauscharmem Vorverstärker

Bauanleitung mit Schaltplan – Verbesserte Version
von S. B.

Nachfolgend finden Sie die Beschreibung zum Aufbau eines empfindlichen und rauscharmen Mikrofonvorverstärkers mit eingebautem Elektretmikrofon. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung des vom VTF angebotenen und empfohlenen sogenannten "Hannoverschen Mikrofons", das sich bei Tonbandstimmen-Einspielungen bestens bewährt hat und das sich großer Beliebtheit erfreut.

Gegenüber der ersten Version wurden folgende Verbesserungen vorgenommen:

  • Erhöhung des Eingangswiderstandes von 470 Ω auf 50 kΩ durch nichtinvertierende Beschaltung des Operationsverstärkers. Dadurch können nun auch hochohmige Mikrofone wie z.B. Piezo-Lautsprecher angeschlossen werden, ohne dass diese zu stark bedämpft werden.
  • Reduzierung des Eigenrauschens des Verstärkers auf ein Fünftel durch Verringerung der maximalen Verstärkung von 470 auf 100. Dies wurde möglich, weil durch den höheren Eingangswiderstand die Mikrofonwechselspannung nun weniger stark abgeschwächt wird, so dass nun eine geringere Verstärkung genügt, um effektiv dieselbe Ausgangsspannung bzw. "Mikrofonlautstärke" zu erzielen.

Das Herzstück der Schaltung ist der Operationsverstärker NE5534, der speziell für rauscharme Vorverstärker im Audiobereich entwickelt wurde. Am rauschärmsten sind mit 3,5 nV/√Hz die Typen mit der Endung AN oder AP, während der NE5543N mit 7 nV/√Hz ungefähr doppelt so stark rauschen. Es können auch andere 1-fach-Operationsverstärker-ICs eingesetzt werden - diese sind i.d.R. pinkompatibel und können problemlos untereinander ausgetauscht werden. Sicherheitshalber sollte man das Datenblatt konsultieren; dort stehen auch Angaben zum Rauschverhalten und zur minimalen Versorgungsspannung (minimum supply voltage), die ±3V nicht überschreiten sollte, um noch einen stabilen Batteriebetrieb zu ermöglichen.

Mit dem Potentiometer P1 lässt sich die Verstärkung einstellen. Die maximale Gesamtverstärkung der Schaltung beträgt etwa 100 und ergibt sich aus der Formel R5 / R4 + 1. Falls man auf eine Verstärkungsregelung verzichten und dadurch das Potentiometer P1 einsparen will, kann man die für die jeweiligen Erfordernisse optimale Verstärkung durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes R5 selbst festlegen.

An die 3,5-mm-Mono-Klinkenbuchse (Bu 1) am Eingang kann ein externes Mikrofon angeschlossen werden; das interne Mikrofon (M1) wird in diesem Fall automatisch abgeschaltet. So lässt sich das Gerät wahlweise auch als reiner Mikrofonvorverstärker betreiben. Benötigt man diesen externen Mikrofonanschluss nicht, dann verbindet man den oberen (signalführenden) Anschluss des Mikrofons M1 einfach direkt mit C1.

Um das Optimum an Empfindlichkeit und Rauschfreiheit zu erzielen, lohnt es sich, mehrere Elektretmikrofonkapseln unterschiedlichen Typs gegeneinander zu vergleichen, denn leider fallen die üblichen, um die 1 € billigen Elektretkapseln in dieser Hinsicht ziemlich unterschiedlich (und oft recht bescheiden) aus. Meist finden sich im Datenblatt Angaben zu Empfindlichkeit (Sensitivity) und Signal/Rausch-Verhältnis (S/N ratio), die man miteinander vergleichen kann. Die "besseren" der billigen Kapseln haben ein S/N-Verhältnis von ">60 dB", schlechtere sogar nur 38 dB. Wer mehr will, muss wohl zu den teureren und schwer erhältlichen Messmikrofon-Kapseln greifen (z.B. ECM 172 oder ECM 173), die dann 80 dB haben.

An die Bananenbuchse (Bu 2) kann ein Erdungskabel angeschlossen werden, das die Gerätemasse z.B. mit dem Schutzkontakt einer Steckdose verbindet. Dies kann bei hochohmigen extern angeschlossenen Mikrofonen wie z.B. einem Piezo-Lautsprecher kapazitive Einstreuungen von Netzbrummen reduzieren helfen.

Der Ausgang des Verstärkers kann in Form eines ca. 2 m langen abgeschirmten Audiokabels nach außen geführt werden, an dessen Ende ein passender Stecker (St 1) für die Mikrofonbuchse des verwendeten Aufnahmegerätes angebracht ist, z.B. ein 3,5-mm-Mono-Klinkenstecker. Alternativ kann statt des Audiokabels mit Stecker auch eine 3,5-mm-Mono-Klinkenbuchse am Ausgang angebracht werden. So lassen sich dort je nach Anforderung unterschiedliche Kabel anschließen.

Dem geübten Elektronik-Bastler dürfte es kein Problem bereiten, die Schaltung z.B. auf einer Lochrasterplatte aufzubauen. Der Einbau erfolgt zweckmäßigerweise in ein Kunststoffgehäuse mit Batteriefach für den 9-V-Block. Aus ökologischen sowie auch aus ökonomischen Gründen empfiehlt sich die Verwendung eines NiMH-Akkus statt einer Batterie, der zwar ein Mehrfaches des Preises einer Batterie kostet, dafür aber einige hundert Male wieder aufgeladen werden kann.

Hier nun die Schaltung:


Schaltung des Verstärkermikrofons

R1 bis R7 = Metallschicht-Widerstand (1%, 0,25 W)
C1 = Folien-Kondensator
C2, C4, C5 = Elko (Nennspannung 16-25 V)
C3 = Keramik-Kondensator
IC1 = Operationsverstärker NE5534AN oder NE5534AP (nicht NE5534N!)
D1 = LED 3 mm rot, Low-Current (1,6 V / 1 mA)
P1 = Potentiometer 10k +log (Verstärkungsregler)
M1 = Elektret-Kapsel
Bu 1 = Klinkenbuchse 3,5 mm mono
Bu 2 = Bananenbuchse
St 1 = Klinkenstecker 3,5 mm mono, angebracht an abgeschirmtem Audiokabel (Länge ca. 1,5 bis 2 m)

– Viel Erfolg beim Nachbau! –


(Erstellt: 06.05.2018)