Gedanken eines Technikers zum Mikrofonproblem

von Joachim Westphal, Hamburg

Zu Punkt 1 des Artikels "Techniker an die Front" in P 63 möchte ich noch einige genauere Anmerkungen machen. Das führt, wie ich beim Formulieren feststellte, am Ende zu recht interessanten Ergebnissen. Doch der Reihe nach!

Zuerst muß festgestellt werden, daß jedes Tauchspulen- oder Kondensator-Mikrofon, falls seine Konstruktion überhaupt etwas taugt, weitgehend rauschfrei ist, wenn es bestimmungsgemäß eingesetzt wird. Und wenn zweitens der Mikrofonverstärker rauschfrei ist. "Jedes Mikrofon ist so rauschfrei wie sein Vorverstärker!" Darin stecken gleich zwei Bedingungen.

Zur ersten: niemand wird ein optimales Verhalten erwarten, wenn er mit einem Sondenmikrofon Sinfoniekonzerte aufnehmen will. Daraufhin ist dieser Mikrofontyp nicht konstruiert. Er hat zwar einen außerordentlich geraden Frequenzgang, hat aber auch eine vergleichsweise sehr kleine Ausgangsspannung, was bei einem Meßmikrofon infolge hoher Meßpegel jedoch nicht stört. Die Mikrofone, die wir benötigen, sind für Sprache (und Geräusche) gedacht, wofür Tauchspulen- und Kondensator-Typen infrage kommen. Beide sind gleich gut brauchbar, mal abgesehen vom Popeffekt, dem Nahbesprechungseffekt usw., wenn man sie in höchstens fünfzig Zentimeter Entfernung vor den Mund hält.

Aber da geht es schon los: so werden Mikrofone beim Stimmenfang recht selten verwendet. Gerade hier hat außerdem der Tauchspulentyp seinen größten Nachteil gegenüber einem Kondensatortyp. Die Tauchspulenmikrofone sind zwar mechanisch unempfindlicher und benötigen keine Versorgung, wie sie die Kondensatortypen meistens benötigen, aber sie haben eine ungünstig hoch liegende Ansprechschwelle: unterhalb einer bestimmten Lautstärke werden sie etwas schwerhörig. Der Praktiker kennt das von Stimmverstärkung bei Reden mittels Tauchspule. Entfernt sich der Sprecher etwas vom Mikrofon, geht die Lautstärke ganz überproportional zurück, verglichen mit einem Kondensatormikrofon. Außerdem hat letzteres bei hochwertiger Ausführung eine ganz wesentlich höhere Auflösung. Wer klassische Musik bei Live-Übertragungen hört, kennt diesen Effekt: man kann (an der leisesten Stelle) den Huster auf der hintersten Konzertsaalbank noch deutlich hören. Das schafft ein Tauchspulenmikrofon kaum.

Da wir gerade die Unterschiede zwischen beiden Mikrofontypen beleuchten, möchte ich kurz auf die Eigenschaften von Elektret-Kondensator-Mikrofonen eingehen. Danach wird ja oft gefragt. Bei einem Kondensatormikrofon muß zwischen leitender Membran und fester Gegenelektrode eine Gleichspannung von 50 bis 100 Volt liegen, damit man bei der Membranbewegung eine Ton-Spannung abnehmen kann. Das liefert das Versorgungsgerät oder der Mikrofonverstärker oder das Mischpult - oder eine spezielle chemische Beschichtung der Membran. Diese erzeugt den gleichen Effekt. Sie macht allerdings die Membran schwerer und läßt im Laufe der Zeit in ihrer Wirkung etwas nach, wird daher bei guten Kondensatormikrofonen nicht mehr verwendet. Man kann bei der sogenannten Back-Elektret-Technik aber auch die feste Gegenelektrode beschichten, was heute bei fast allen billigeren Elektretmikrofonen getan wird. Es gibt übrigens sogar extrem hochwertige Meßmikrofone in Backelektrettechnik (Brüel u. Kjaer, Kapseln 4129, 4155 und 4176). Wer also hochwertiger als mit einem Tauchspulenmikrofon dastehen will, könnte gleich die Backelektrettechnik bevorzugen.

Hier - und damit kommen wir auf den Anfang und die zweite Bedingung zurück - lauert ein weiterer Engpaß: die Qualität des Vorverstärkers. Bei den relativ billigen Backelektretmikrofonen ist sie begrenzt durch den zwangsläufig in die Mikrofonkapsel eingebauten Feldeffekt-Transistor. Er wird nur zur Innenwiderstands-Umformung benötigt und sein Rauschen wird natürlich durch den darauf folgenden Mikrofonverstärker mitverstärkt. Es ist bekannt, daß diese Art Mikrofone fast alle (gemessen an hochwertigsten Kondensatormikrofonen mit Kosten um die tausend Mark) derartig rauschen, daß rauschfreiere Elektretmikrofone als Geheimtip gehandelt werden (als Beispiel im Low-cost-Bereich: Prefer UCST 900 als rauscharmes Stereo-Mikrofon, UCM 1124 als Mono-Superniere oder, ganz neu, MPR 55 ebenfalls Mono mit supernierenförmiger Richtcharakteristik "für größere Abstände zwischen Mikrofon und Schallquelle"). Man kann also als Techniker auch zum Erwerb eines Elektretmikrofones meist nur recht und frohen Herzens raten.

Bei den besten "reinen" Kondensatormikrofontypen hat die Qualität des Mikrofons in der letzten Zeit erhebliche Fortschritte gemacht. Die zusätzlichen durch das Mikrofon (also Kapsel plus Impedanz-Umformer) erzeugten Störspannungen liegen zum Teil noch erheblich unter den Störungen, die eine gute Saalbelüftung im Konzertsaal erzeugt! Zu erwähnen sind hier besonders die als extrem rauscharm bekannten Hochfrequenz-Kondensator-Mikrofone von Sennheiser. Ihr Aufbau umgeht das Rauschen des Ableitwiderstandes der anderen nach dem sogenannten Niederfreqenzverfahren arbeitenden Mikrofontypen. Dieser Ableitwiderstand sitzt vor dem Innenwiderstands-Umformer-Transistor und muß wegen der sehr kleinen Kapselkapazität von etwa dreißig Pikofarad für einen geraden Tiefenfrequenzgang sehr hohe Widerstandswerte erhalten (Bereich: ein Gigaohm). Das bedingt dann aus physikalischen Gründen hohe Rauschspannungen. Bei den Hochfrequenzkondensatormikrofonen ist die leitende Kapselmembran in einen Schwingkreis geschaltet, der im Kurzwellenbereich schwingt. Die Tonspannung wird dann sehr rauscharm in einem hochwertigen Demodulator gewonnen. Diese teuren und durch die Fremdversorgung (genormt mit 48 Volt/2 Milliampere) etwas unbequemen Mikrofone kommen für uns zugegebenermaßen kaum infrage. Aber auch etwas weniger gute zusammen mit guten Tauchspulmikrofonen rechtfertigen die Feststellung: ein Mikrofon ist so rauschfrei wie sein Vorverstärker.

Hier ist nicht der Eingangsverstärker in Kassettenrekordern gemeint, die es ja fast immer "gerade so tun". Entweder als Diktiergeräte bei billigen Rekordern, oder bei kostspieligeren Geräten mit niedrigen Eingangsempfindlichkeiten über 100 Millivolt. Es ist der spezielle Mikrofonvorverstärker gemeint, der es allen nachfolgenden Geräten verwehrt, ihrerseits auch noch kräftiges Rauschen beizusteuern.

In der Tat hat hier der vielzitierte kräftige Fortschritt auf allen (elektronischen) Ebenen deutliche Qualitätssprünge gebracht. Allerdings, hochqualitative Mikrofon-Vorverstärker hat man schon lange bauen können (wie seit den frühen Vierzigern der V 41 der Rundfunkanstalten). Das ist auch gar nicht so schwer, wie mein alter Artikel in P 36 zeigt. Natürlich ging das nicht mit Billigst- und Kleinst-Konstruktionen. Hier greift tatsächlich mal der Fortschritt in Form von extrem rauscharmen Eingangs-Transistoren und -Operationsverstärkern. Sie erlauben sogar, eventuell auf den an sich rauschfreien Eingangstransformator zu verzichten. Für interessierte Technikerkollegen: LM 194 mit zehn parallel geschalteten Transistoren auf einem Chip, MAT 03, LT 1028 bzw. LT 1115, SSM 2010 und 2020 u.a.

Mit solchen Geschützen fügt man den Störungen, die die Mikrofone erzeugen, wirklich kaum noch etwas hinzu. Und die technischen Möglichkeiten könnten (technisch) paradiesische Zustände aufzeigen, wenn - ja, wenn das bei unseren Verhältnissen überhaupt Sinn macht.

Die folgenden Gedanken, die ich schon eingangs erwähnte, sind meines Wissens noch nie ausgeführt, nicht einmal angedeutet worden. Was bedeutet, sie in den VTF-Mitteilungen zu finden. Gewiß, sie enthalten zunächst sicherlich retardierende Momente. Ihnen fehlt vielleicht auch der optimistische Glanz des uns unaufhaltsam (jawohl!) begleitenden Fortschritts. Übrigens: ist nicht hin und wieder eine gewisse Resignation auszumachen, weil uns knallige Erfolge in der letzten Zeit etwas fehlen? Wenn ich mich nicht sehr in der Beurteilung irre, gab es in der letzten Zeit nur einen großen Erfolg: Ehre wem Ehre gebührt, Tusch für Peter Stein! Vielleicht kann man die Situation auch als Hinweis von drüben deuten: zähe persönliche Kleinarbeit, statt Sensationen im VTF. Lassen Sie mich bittte noch etwas länger den Techniker verkehren.

Technische Qualität im Mikrofonbereich (von der der Rekorder soll vorerst einmal geschwiegen werden) greift nämlich nicht unbedingt, weil wir ausgerechnet eine der leisesten Schallquellen, die Sprache, anzielen. Nur Naturaufnahmen, etwa nächtliche Vogelstimmen am XY-See, bieten noch etwas leisere Schallquellen. Und wie werden die Mikrofone bei den beiden hier relevanten Methoden des Stimmeneinfangs beschallt? Bei der reinen MikrofonstimmenMethode mit Rücksicht auf das Abhören der Flüsterstimmen wird wohl meistens sehr leise gesprochen. Wobei das Mikrofon zudem noch aus Entfernungen von etwa einem Meter besprochen wird. Bei der Umformungsmethode mit in den Aufnahmeraum abgestrahltem Tonmaterial ist es nicht viel anders. Ob es sich nun um Fremdsprachenmaterial oder Geräusche handelt: da man selbst auch noch zu Wort kommen will, läuft der Wiedergaberekorder im Hintergrund recht leise. Ebenso wird mit Rücksicht auf die einzufangenden Stimmen auch wieder verhalten gesprochen. Vom Techniker aus gesehen, ist das ein unbefriedigendes kleines Schallpegelangebot. Es würde selbst extrem hochwertige Gerätschaften überfordern, wollte man das rauschfrei auf Vollaussteuerung für den Aufnahmerekorder bringen. Das geht auch gar nicht. Zu allem Überfluß wird, weil die Tonspannungen so klein sind, der Rekorder auch nicht mit Vollaussteuerung betrieben. Er liefert zu allem Unglück auch noch seinerseits ein kräftiges Rauschen, wenn die erfolgte Aufnahme bei der Wiedergabe notgedrungen voll aufgedreht wird.

Alles in allem können die Verhältnisse für rauschfreie Aufnahmen vom Techniker aus gesehen nur als völlig unsinnig, um nicht zu sagen desolat bezeichnet werden. Selbst nur rauscharme Aufnahmen sind unter den bestehenden Umständen nie zu erreichen. Aber: brauchen wir überhaupt rauschfreie Mikrofone und Vorverstärker?

Diese Frage hat es in sich. Sie impliziert nämlich eine weitere Frage. Und zwar: wir benötigen sicherlich ein Mikrofon für unsere eigenen passenden Worte. Letztere waren bisher immer ausreichend zu verstehen. Die vorherrschende "Qualität" hat dafür also ausgereicht. Nur: benötigen wir ein Mikrofon für die Stimmen? Das ist die Frage nach dem Entstehungsort der Stimmen. Das ist nur in Ansätzen untersucht worden (vor Jahren in der Wiener Gruppe). Die Ergebnisse hatten nach meiner Erinnerung keine eindeutige Beweiskraft, weil sie nicht berücksichtigten, daß man von drüben die Versuchsergebnisse nach Belieben manipulieren könnte. Etwa in der Form, daß man aus Jux während der gesamten Versuchsserie einfach keine absoluten Stimmen am Mikrofon produziert. Falls die Stimmen so entstehen sollten. Eine eigene Erfahrung mit einer mehrfach wiederholten sog. "Absoluten Stimme" läßt mich das im Prinzip für möglich halten. Etwa in der Form einer sehr leisen Erscheinung direkt vor der Mikrofon-Membrane. So leise, daß wir sie beim Entstehen gerade noch nicht hören können. Darauf könnten damalige Wiener Stereoaufnahmeversuche hindeuten: eine offenbar wandernde und dann wegschwebende Stimme. Leider war auch sie nicht eindeutig, da ja der Rekorder mitbeteiligt war.

Auch eine ganz subtile mechanische Einwirkung auf die Membran scheint mir möglich zu sein. Sie können von drüben ansatzlose mechanische Kräfte hervorrufen. Beim schnellen Weglegen meiner Armbanduhr erklang einmal ein helles knackendes Klingen. Später sah ich dann, was los war. Man hatte den Schließbügel am Lederarmband kurzzeitig so verformt, daß der in die Löcher im Lederarmband einstechende Dorn auf die falsche Seite gebracht werden konnte. Das plötzliche Abschalten der erheblichen mechanischen Kräfte hatte dann das helle Knacken erzeugt. Ich hatte in der fraglichen Zeitspanne keinerlei ungewöhnlichen Kräfte beim Weglegen verspürt. Für das Zurückbringen des Dornes benötigte ich übrigens zwei Kombizangen und viel Kraft.

Auch das eindeutige Versuchsergebnis Peter Steins, daß es nämlich auch ohne Mikrofon geht, kann nicht verallgemeinert werden, da es sich auf seine gewählte Versuchsanordnung bezieht.

Ich möchte auf keinen Fall einen Glaubenskrieg anfachen, aber es erscheint zumindestens möglich, daß die Stimmen auch irgendwo im Rekorder entstehen können. Im Sprechkopf? Im Aufnahmeverstärker? In der magnetischen Schicht des Bandes? Das ist nie untersucht worden.

Eine weitere Frage lautet: angenommen, wir hätten viel bessere Arbeitsbedingungen und würden damit sehr rauschfreie Aufnahmen erhalten - würden sich dann noch Stimmen einstellen? Anders formuliert: ist dosiertes Rauschen nicht womöglich eine Grundvoraussetzung für die Entstehung von Stimmen? Ebenso wie Umformungsmaterial die Stimmenentstehung fördert? Oder geht es tatsächlich besser ganz ohne das Gerausche? Mich macht nämlich in diesem Zusammenhang eine apodiktische Auskunft der Wiener Gruppe beim damaligen Technikertreffen nachdenklich: mit HiFi-Tonbandgeräten, die ja sehr rauscharm sind, bekomme man keine Stimmen. Auch diese Frage ist bei uns bisher weder gestellt noch untersucht worden.

Noch eine weitere Frage muß jetzt gestellt werden. Wieder angenommen, wir hätten Idealbedingungen. Alles rauschfrei und mit jeweiliger Vollaussteuerung. Auch im Tonbandgerät. Also alles mit den jeweiligen Höchstpegeln. Würde das die Entstehung von Stimmen begünstigen? Diese Frage betrifft natürlich den Energieaufwand der Jenseitigen beim Erzeugen von Stimmen. Macht es ihnen keine Mühe, gegen hohe Pegel, gegen Höchstmagnetisierungen gleichsam gegenan zu kommen? Oder befördern diese Idealverhältnisse gar die Stimmenentstehung? Wieder eine Frage, die weder gestellt noch untersucht worden ist.

Man sieht, was für eine Dynamik in diesem scheinbar ganz einfachen Zusammenhang "Mikrofon und Vorverstärker" steckt. Es sollte einmal der Versuch gemacht werden, die Verhältnisse ansatzweise zu durchdenken. Ohne genauere Vorstellungen lassen sich nur schwer gezielte und sinnvolle Forderungen an die Eigenschaften der technischen Mittel stellen. Ebenso wie Aussagen über vermutliche Auswirkungen dieser und jener Eigenschaft doch zuwenig fundiert sind. Natürlich kann auch ungezieltes Probieren irgendwann einmal genau ins Schwarze treffen, aber um unsere Möglichkeiten besser auszunutzen, muß diese Forschung wohl konzentrierter betrieben werden. Auch wenn diese Grundlagenforschung zu einem Kraftakt zu werden droht. Insofern sind wir Techniker bös in der Pflicht und wir sollten uns das immer mal wieder bewußt machen. Das kann helfen, wobei das neue Angebot des Vorstandes, solche Vorhaben mit Leihgeräten und gewissen finanziellen Spritzen zu unterstützen, sicher nicht weniger motiviert.

(Quelle: VTF-Post P 64, Heft 3/91)