Brauchen Mikrofone Magnetismus, um richtig zu funktionieren?
Magnete und Mikrofone spielen eine sehr wichtige Rolle in unserem täglichen Leben. Vielleicht haben Sie irgendwo gelesen, dass Magnete bei Mikrofonen eine zentrale Rolle spielen. Ist das wahr?
Brauchen Mikrofone Magnetismus, um richtig zu funktionieren? Dynamische Mikrofone(Moving Coil und Ribbon) wandeln Energie durch elektromagnetische Induktion um und haben Magnete, die um ihre Membranen herum gebaut sind. Darüber hinaus benötigt jedes Mikrofon mit einem Transformator auch Magnete, um wie vorgesehen zu funktionieren. Übertragerlose FET-Kondensatormikrofone hingegen benötigen keinen Magnetismus.
Die Antwort lautet also manchmal ja und manchmal nein. Es hängt wirklich vom jeweiligen Mikrofon ab. In diesem Artikel werden wir ausführlich besprechen, warum einige Mikrofone Magnetismus benötigen und andere nicht. Ich werde Beispiele von Mikrofonen zur Veranschaulichung teilen.
Magnetismus und dynamischer Mikrofonwandler
Wie bereits erwähnt, arbeiten dynamische Mikrofonwandler nach dem Prinzip des Elektromagnetismus. Dies bedeutet, dass insbesondere dynamische Mikrofone Magnetismus benötigen, um richtig zu funktionieren.
Bevor wir über die beiden Haupttypen dynamischer Mikrofone(Moving Coil und Ribbon) sprechen, wollen wir das Hauptarbeitsprinzip definieren, das die elektromagnetische Induktion ist.
Was ist elektromagnetische Induktion? Elektromagnetische Induktion ist die Erzeugung einer Spannung(elektromotorische Kraft) über einem elektrischen Leiter, wenn der Leiter einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist.
Dynamische Mikrofonwandler haben Permanentmagnete, die in ihre Tonabnehmer oder Schallwände eingebaut sind. Diese Magnete liefern das für die elektromagnetische Induktion notwendige Magnetfeld.
Dynamische Mikrofone haben wie alle anderen Mikrofone Membranen, die sich entsprechend den Schallwellen bewegen. Die Membranen dynamischer Mikrofone enthalten das für die elektromagnetische Induktion notwendige elektrisch leitfähige Material.
Wenn sich die dynamische Mikrofonmembran mit unterschiedlichem Schalldruck bewegt, bewegt sich auch das leitfähige Material.
Stationäre Magnete erzeugen ein permanentes Magnetfeld. Wenn jedoch das leitende Material seine Position innerhalb dieses Feldes ändert, ändert sich das Magnetfeld entsprechend dem leitenden Material.
Mit anderen Worten, das Magnetfeld ist permanent, aber die Membran erlebt es je nach Position innerhalb des Feldes unterschiedlich.
Der elektrische Leiter erfuhr also ein sich änderndes Magnetfeld. Dort tritt eine elektromagnetische Induktion auf und über dem Leiter wird eine Spannung erzeugt.
Da sich die Membran hin und her(in abwechselnde Richtungen) bewegt, ist diese induzierte Spannung eine Wechselspannung.
Letztendlich ist diese Wechselspannung das Audiosignal unseres Mikrofons.
Lassen Sie uns wie versprochen über dynamische Tauchspulenmikrofone und dynamische Bändchenmikrofone sprechen.
Dynamischer Mikrofonwandler mit beweglicher Spule
Das dynamische Tauchspulenmikrofon hat eine nichtleitende Membranmembran. An dieser Membran ist jedoch eine leitende Spule(normalerweise Kupfer) befestigt, die in einem zylindrischen Schlitz in einem Magnetrahmen sitzt.
Ein einfaches Schaltbild eines Schwingspulen-Mikrofonwandlers ist unten dargestellt:
Die Membran und die daran befestigte leitende Spule bewegen sich entsprechend den Schallwellen, denen sie ausgesetzt sind. Diese Bewegung findet in einem permanenten Magnetfeld statt und somit wird eine Spannung(Mikrofonsignal) über der leitenden Spule induziert.
Beachten Sie, dass der innere magnetische Polschuh die entgegengesetzte magnetische Polarität zu den äußeren Magneten hat.
Dynamischer Bändchenmikrofonwandler
Die Membran eines Bändchenmikrofons ist selbst der Leiter(oft aus Aluminium). Es sitzt auf einer permanentmagnetischen Struktur, die als „Schallwand“ bekannt ist.
Die leitfähige Bandmembran bewegt sich entsprechend den auf sie treffenden Schallwellen um ihre Ruheposition hin und her. Dies geschieht innerhalb eines Magnetfelds und somit wird eine Wechselspannung(Mikrofonsignal) darüber induziert.
Beachten Sie, dass der Magnet entlang einer Seite der Länge des Bandes eine Nordpolarität hat und dass der Magnet auf der anderen Seite der Länge des Bandes eine Südpolarität hat.
Magnetismus und der Transformator
Zusätzlich zu allen dynamischen Mikrofonen benötigt jedes Mikrofon mit einem Transformator standardmäßig Magnetismus, um zu funktionieren.
Was ist ein Transformator? Ein Transformator ist ein passives elektrisches Gerät, das elektromagnetische Induktion verwendet, um die Spannung, den Strom und die Impedanz eines Primärkreises zu ändern und diese Änderungen in einen Sekundärkreis einzubringen. Dies geschieht, ohne die beiden Stromkreise elektrisch zu verbinden.
Transformatoren bestehen aus einem einzelnen Magnetkern und zwei(oder mehr) leitfähigen Wicklungen, die sich um den Kern wickeln, ohne sich zu berühren. In Mikrofonen sind Transformatoren ziemlich einfach und haben normalerweise nur Wicklungen.
Diese beiden Wicklungen sind bekannt als:
- Primärwicklung(der „Eingang“ des Transformators): Diese Wicklung ist Teil der Schaltung, die die vom Mikrofonwandler erzeugte Wechselspannung führt.
- Sekundärwicklung(der „Ausgang“ des Transformators): Diese Wicklung ist typischerweise Teil der Mikrofonausgangsschaltung und überträgt das angepasste Mikrofonsignal.
Unten ist ein Diagramm eines Aufwärtstransformators. Links ist die Primärwicklung und rechts die Sekundärwicklung. Beide wickeln sich um den Magnetkern.
Bei Mikrofonen werden häufig Transformatoren am Ausgang des Mikrofons platziert. Diese Mikrofone werden als „übertragergekoppelte Ausgänge“ bezeichnet.
Diese Ausgangstransformatoren werden aus mehreren Gründen verwendet:
- Zum Einstellen der Impedanz des Mikrofonausgangs.
- Um zu verhindern, dass DC-Spannung(Phantomspeisung, DC-Bias usw.) Teile des Mikrofons erreicht, die nicht für DC-Spannung ausgelegt sind.
- Zum Erhöhen der Spannung(Aufwärtstransformator).
- Zum Reduzieren der Spannung(Abwärtstransformator).
- Zum Abgleich des Signals(erfordert bei Röhrenmikrofonen).
Beachten Sie auch, dass bei einigen Mikrofondesigns(z. B. aktiven Bändchenmikrofonen) Transformatoren zwischen dem Wandlerelement und der aktiven Elektronik vorhanden sind.
Je nach Mikrofondesign können diese Transformatoren Aufwärts- oder Abwärtstransformatoren sein.
Aufwärtstransformator
Aufwärtstransformatoren erhöhen oder «erhöhen» die Spannung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung, während sie den Strom senken. Die Impedanz steigt auch in einem Aufwärtstransformator
Trafo herunterstufen
Abwärtstransformatoren verringern oder «verringern» die Spannung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung, erhöhen jedoch den Strom. Die Impedanz fällt auch zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung ab.
Transformatorwindungsverhältnisse
Lassen Sie uns zum Abschluss unserer kurzen Diskussion über Transformatoren über die Windungsverhältnisgleichungen sprechen.
Wie bereits erwähnt, hat der Transformator einen Magnetkern(weshalb wir ihn in diesem Artikel besprechen). Um diesen Magnetkern sind Spulen aus leitendem Draht gewickelt. Eine Spule ist die Primärwicklung und die andere die Sekundärwicklung.
Eine «Windung» bezieht sich auf jedes Mal, wenn eine Wicklung um den Magnetkern gewickelt wird. Wenn die Primärwicklung weniger Windungen als die Sekundärwicklung hat, haben wir einen Aufwärtstransformator. Im Gegenteil, wenn die Primärwicklung mehr Windungen als die Sekundärwicklung hat, haben wir einen Abwärtstransformator.
In einer idealen verlustfreien Welt haben wir die folgenden Gleichungen für das Windungsverhältnis:
- Spannungsverhältnis = Anzahl der Windungen in der Primärwicklung vs. Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung.
- Stromverhältnis = Windungszahl in der Sekundärwicklung vs. Windungszahl in der Primärwicklung.
- Impedanzverhältnis = Quadrat der Anzahl der Windungen in der Primärwicklung gegenüber der Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung.
Magnetismus- und Kondensatormikrofone
Der Wandler des Kondensatormikrofons arbeitet nach elektrostatischen Prinzipien. Die Hauptelemente der Kapsel sind eine Membran und eine Rückplatte, die eine Art Parallelplattenkondensator bilden.
Diese Platten benötigen eine elektrische Ladung zwischen ihnen, um richtig zu funktionieren(über externe Vorspannung oder Elektretmaterial). In einer Kondensatormikrofonkapsel ist jedoch kein Magnetismus erforderlich.
Allerdings haben Kondensatormikrofone oft Ausgangsübertrager. Dies gilt insbesondere für Röhren- und „echte“ FET-Kondensatoren(obwohl es viele transformatorlose Kondensatoren auf dem Markt gibt).
Man kann also mit Sicherheit sagen, dass viele Kondensatormikrofone tatsächlich Magnetismus benötigen, um richtig zu funktionieren.
Diejenigen mit Transformatoren benötigen Magnetismus, während transformatorlose Kondensatormikros dies nicht tun.
Eine Übersicht über magnetische und nicht magnetische Mikrofone
Zusammenfassend sind die Elemente eines Mikrofons, die Magnetismus benötigen, um zu funktionieren, die dynamischen Mikrofonkapseln(Moving-Coil-Tonabnehmer und Bändchen-/Schallwandelemente) und Transformatoren.
Wenn also ein Mikrofon über eine dieser Komponenten verfügt, benötigt es Magnetismus, um richtig zu funktionieren.
Um weitere Informationen bereitzustellen, habe ich die folgende Liste zusammengestellt, um im Allgemeinen zu bestimmen, ob ein bestimmter Mikrofontyp Magnetismus benötigt oder nicht:
| Mikrofontyp | Braucht es Magnetismus? |
| Moving-Coil-Dynamik | Ja |
| Dynamisches passives Band | Ja |
| Dynamische aktive Multifunktionsleiste | Ja |
| Rohr Kondensator | Ja |
| FET-Kondensator | Wenn ein Ausgangstransformator vorhanden ist |
| Elektret Kondensator | Es sei denn, es gibt einen Transformator |
| Lavalier | Wenn Sie eine dynamische Kapsel haben |
| USB-Mikrofon | Wenn Sie eine dynamische Kapsel haben |
Verwandte Fragen
Beeinflussen Magnete Mikrofone? Dynamische Mikrofone wandeln Energie durch elektromagnetische Induktion um und haben Magnete in ihren Tonabnehmern/Schallwänden. Obwohl ein Magnet ein dynamisches Mikrofon anziehen kann, wird er wahrscheinlich nicht die Leistung beeinträchtigen oder die Komponenten eines Kondensatormikrofons stören, es sei denn, sein Magnetfeld ist riesig.
Was sind Kondensatormikrofone? Kondensatormikrofonwandler arbeiten eher nach elektrostatischen Prinzipien als nach dynamischen elektromagnetischen Prinzipien. Kondensatorkapseln funktionieren wie Parallelplattenkondensatoren und müssen elektrisch geladen werden, um zu funktionieren. Kondensatormikrofone benötigen auch andere aktive Komponenten, um ein gesundes Mikrofonsignal auszugeben.
