Sind Mikrofone analoge oder digitale Geräte?

Mikrofone werden jeden Tag verwendet, um sowohl analoges als auch digitales Audio aufzunehmen, daher ist es sinnvoll, dass es ein wenig Verwirrung darüber gibt, ob Mikrofone analoge oder digitale Geräte oder beides sind.

Sind die Mikrofone analog oder digital? Mikrofone wandeln Schallwellen in elektrische Wechselstrom-Audiosignale um und sind daher analoge Geräte. Einige Mikrofone(z. B. USB-Mikrofone) sind jedoch mit eingebauten Analog-Digital-Wandlern und digitalem Audioausgang ausgestattet, was sie zu „digitalen Mikrofonen“ macht.

Nur weil ein Mikrofon analog oder digital ist, heißt das nicht, dass es nur analog oder digital aufnehmen kann. Tatsächlich ist die überwiegende Mehrheit der heutigen Mikrofone analog und die überwiegende Mehrheit der modernen Audioaufzeichnung digital. Lassen Sie uns ein wenig mehr über Mikrofone und ihre Rolle bei analogem und digitalem Audio sprechen.

Mikrofone sind zuerst analog und zweitens digital(falls vorhanden)

Dies ist die richtige Art zu überlegen, ob die Mikrofone analog oder digital sind. Mikrofone erzeugen zunächst analoge Audiosignale(Wechselspannungen). Diese analogen Signale können bei Bedarf in digitale Signale umgewandelt werden.

Mikrofone sind Wandler, die mechanische Wellenenergie(Schallwellen) in elektrische Energie(analoge Audiosignale oder Wechselspannung) umwandeln.

Alle Mikrofone(mit Ausnahme einiger Einschränkungen) tun dies mithilfe einer vibrierenden Membran, die sich in Sympathie mit den sie umgebenden Schallwellen bewegt. Die Hin- und Herbewegung dieser Membran verursacht die Erzeugung einer Wechselspannung, oft durch elektrostatische oder elektromagnetische Prinzipien.

Die Mikrofone erzeugen also zunächst ein analoges Audiosignal. In diesem Sinne sind alle Mikrofone zunächst einmal technisch analog.

Der Unterscheidungsfaktor zwischen analogen und digitalen Mikrofonen ist also der Ausgang:

• Analoge Mikrofone geben analoge Signale aus(gemessen in Millivolt und üblicherweise über XLR- oder TRS-Verbindungen ausgegeben).
• Digitale Mikrofone geben digitale Signale aus(gemessen in Bittiefe, Abtastrate und dBFS und werden normalerweise über USB ausgegeben).

Ein digitales Mikrofon ist mit einem eingebauten Analog-Digital-Wandler(ADC) ausgestattet. Der ADC nimmt das analoge Signal von der Mikrofonmembran/Kapsel an seinem Eingang und wandelt dieses Signal in digitale Informationen um, die er dann ausgibt.

Dieses umgewandelte digitale Audiosignal wird schließlich vom Mikrofonausgang ausgegeben und somit wird das Mikrofon als «digital» bezeichnet.

Es gibt natürlich einige Argumente darüber, ob diese USB-Mikrofone tatsächlich «Digitalmikrofone» sind oder nicht. Ich bin der Meinung, dass, wenn das Mikrofon digitales Audio ausgibt, es durchaus als digitales Mikrofon betrachtet werden kann.

Digitale Audioaufnahme mit analogen Mikrofonen

Die überwiegende Mehrheit der heute gemachten Audioaufnahmen wird digital gemacht. Die meisten Mikrofone sind jedoch analog. Sind Sie sicher, dass wir uns bei digitalen Aufnahmen nicht ausschließlich auf digitale Mikrofone verlassen?

Absolut nicht!

Analoge Mikrofone sind auch heute noch der Status quo in der digitalen Aufnahme. Diese Mikrofone können über Analog-Digital-Wandler auf Computern, digitalen Audio-Workstations und digitalen Mischpulten aufgezeichnet werden. ADCs sind am häufigsten in Audioschnittstellen zu finden, die oft dafür ausgelegt sind, mehrere Mikrofone über eine einzige USB-, Firewire-, Thunderbolt- oder andere digitale Verbindung mit einem Computer zu verbinden.

Tatsächlich wurden Audio-ADCs verwendet, um analoge Mikrofone digital aufzuzeichnen, bevor sie für digitale Mikrofone entwickelt wurden.

Gibt es solche Dinge wie digitale dynamische, Kondensator- und Bändchenmikrofone?

Mikrofone gibt es, wie Wandler, in einer Vielzahl von Typen. Die wichtigsten sind dynamisch(Moving Coil), Kondensator und Band. Gibt es Digitalmikrofone mit Schwingspule, Kondensator- und Bändchenkapsel oder sind Digitalmikrofone auf einen Wandlertyp beschränkt?

Theoretisch ist es möglich, jedes Mikrofon durch Hinzufügen eines ADC vor dem Mikrofonausgang in ein digitales Mikrofon zu verwandeln. Aus diesem Grund gibt es heute digitale dynamische Mikrofone, Kondensatormikrofone und Bändchenmikrofone auf dem Markt.

Als kurzes Beispiel hier ein digitales Mikrofon für jeden Wandlertyp:

• Dynamisches digitales Tauchspulmikrofon: Rode Podcaster USB.
• Digitales Kondensatormikrofon: Blue Yeti USB.
• Digitales dynamisches Bändchenmikrofon: MXL UR-1 USB.

Allerdings sind die überwiegende Mehrheit der kommerziellen digitalen USB-Mikrofone Kondensatormikrofone. Warum ist das?

Der Grund, warum die meisten Digital-/USB-Mikrofone Kondensatoren sind, liegt einfach an der Art ihrer Anwendung. USB-Mikrofone werden am häufigsten verwendet, um eine sprechende Person aufzunehmen, und Kondensatoren funktionieren für diese Anwendung tendenziell besser.

Dynamik(sowohl Moving Coil als auch Tape) eignet sich auch gut für die Sprachaufnahme, es ist nur so, dass Kondensatoren sie in dieser Anwendung übertreffen.

Vor- und Nachteile: Analog vs. digitale Mikrofone

Lassen Sie uns einen kleinen Vergleich und Kontrast zwischen analogen und digitalen Mikrofonen anstellen.

Beginnend mit den Vorteilen digitaler Mikrofone:

• Einfach mit Computern zu verwenden: einfach Plug-and-Play(oder höchstens einen Treiber herunterladen).
• Oft verfügt das Mikrofon auch über ein latenzfreies Kopfhörer-Monitoring.
• Das Umwandeln des analogen Signals in digitale Informationen in unmittelbarer Nähe(innerhalb des Mikrofons) reduziert die Wahrscheinlichkeit und die Auswirkungen elektromagnetischer Interferenzen auf das Mikrofonsignal(weniger Zeit für die Übertragung des elektrischen analogen Signals).

Die Nachteile digitaler Mikrofone:

• Sie sind oft darauf beschränkt, jeweils ein Mikrofon aufzunehmen.
• Es kann nicht einfach mit analogen Geräten oder sogar analog-zu-digital-Geräten(Audio-Interfaces usw.) verwendet werden.

Im Vergleich zu digitalen Mikrofonen sind die Vorteile klassischer analoger Mikrofone:

• Kompatibilität mit analogen Geräten und einfache Verwendung mit externen ADCs und Audioschnittstellen.
• Größere Auswahl an Mikrofonen.

Und zum Schluss noch die Nachteile analoger Mikrofone:

• Die Notwendigkeit einer Audioschnittstelle oder eines Analog-Digital-Wandlers, um digital aufzunehmen(obwohl sie einfach zu bedienen sind).

Audioaufnahme mit digitalen Mikrofonen

Obwohl analoge Aufnahmen mit digitalen Mikrofonen möglich sind, ist dies nicht wirklich sinnvoll. Es wären viele zusätzliche Schritte und Konvertierungen erforderlich, die sich einfach nicht lohnen.

Tatsächlich ist es viel einfacher, analoge Mikrofone in praktisch jeder Aufnahmesituation(analog oder digital) zu verwenden, es sei denn, Sie schließen sie direkt an einen Computer an.

Da digitale USB-Mikrofone ihre eigenen eingebauten ADCs haben, kommunizieren Computer mit ihnen, als wären sie ihre eigenen Audioschnittstellen. Digitale Audio-Workstations und andere computerbasierte Aufnahmesoftware akzeptieren jeweils nur eine Eingangsschnittstelle und eine Ausgangsschnittstelle. Das bedeutet, dass wir bei der Verwendung eines digitalen USB-Mikrofons auf jeweils ein Mikrofon beschränkt sind. Natürlich gibt es Möglichkeiten, dies zu umgehen, aber diese Lösungen sind nicht offensichtlich.

Wir müssten dann die digitalen Daten vom Mikrofon in ein analoges Signal umwandeln, was ein zusätzlicher Schritt ist.

Schließlich führt die Konvertierung zwischen analogem und digitalem Audio zu einer Latenz(Verzögerung) im Signal. Obwohl dies im Allgemeinen keine große Sache ist, ist dies ein weiteres vollständig vermeidbares Problem, wenn wir einfach analoges Audio mit analogen Mikrofonen aufnehmen müssten.

Eine Anmerkung zu MEMS-Mikrofonen und analogen/digitalen Ausgängen

Lassen Sie uns zum Abschluss unserer Diskussion über analoge und digitale Mikrofone über MEMS-Mikrofone(MicroElectrical-Mechanical System) sprechen.

MEMS-Mikrofone sind kleine Mikrofonchips, die häufig in Laptops, Smartphones und persönlichen Sprachassistenten wie Apples Siri, Amazon Echo und Google Home zu finden sind. Diese kleinen Mikrofone bieten eine stabile Leistung, die sich im Laufe der Zeit nicht ändert, und haben damit begonnen, winzige Elektretmikrofone in der Computertechnologie zu eliminieren.

Während frühere dynamische Mikrofone, Kondensator- und Bändchenmikrofone normalerweise nicht als „digitale Mikrofone“ bezeichnet werden(eher wie USB-Mikrofone), sind MEMS-Mikrofone eindeutig entweder analog oder digital. Das Design der Audiosignalkette in MEMS-Mikrofonen ist dem der oben erwähnten „digitalen“ dynamischen Kondensator- und Bändchenmikrofone ziemlich ähnlich.

Werfen wir einen kurzen Blick darauf, wie ein MEMS-Mikrofon funktioniert.

Der aus MEMS-Silikon hergestellte Wandler hat zwei Platten und funktioniert ähnlich wie ein Elektret-Kondensator. Das Variieren des Abstands zwischen einer beweglichen Membran und einer festen Rückplatte verursacht eine Kapazitätsänderung zwischen den beiden Platten und eine sympathische Wechselspannung(analoges Signal).

Dieses analoge Signal hat eine extrem hohe Impedanz und kann nicht als Audiosignal verwendet werden. Daher wird unmittelbar nach dem Wandler ein Verstärker konstruiert. Der Verstärker verstärkt das Signal, senkt aber vor allem die Impedanz des Signals, damit es effektiv als Audiosignal verwendet werden kann. An diesem Punkt ist das MEMS-Mikrofon noch analog.

Designer haben dann die Möglichkeit, direkt nach dem Verstärker einen Analog-Digital-Wandler zu integrieren oder nicht. Ein integrierter ADC würde ein digitales MEMS-Mikrofon erzeugen, während das Überspringen dieses Schritts ein analoges MEMS-Mikrofon erzeugen würde.

Digitale MEMS-Mikrofone sind sehr beliebt, da die MEMS-Mikrofontechnologie hauptsächlich von Smartphones, Laptops und sprachaktivierten digitalen Technologien angetrieben wird.

Das ist also dieselbe Idee, die wir zuvor besprochen haben. Der große Unterschied besteht darin, dass MEMS-Mikrofone eigentlich als analog oder digital bezeichnet werden.

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