Brauchen Mikrofone Strom, um richtig zu funktionieren?

Viele Alltagsgeräte benötigen Strom, um zu funktionieren und mit einem Netzkabel an eine Steckdose angeschlossen zu werden. Mikrofone werden in ähnlicher Weise über ein Mikrofonkabel mit Mikrofoneingängen verbunden, um elektrische Audiosignale zu übertragen.

Brauchen Mikrofone Strom, um richtig zu funktionieren? Einige Mikrofone benötigen Strom, um zu funktionieren(aktive Mikrofone), andere nicht(passive Mikrofone). Mikrofone mit eingebauten aktiven Schaltkreisen oder elektrostatischen(Kondensator-)Kapseln ohne Elektret benötigen Strom. Dynamische Mikrofone ohne interne Vorverstärker benötigen keinen Strom.

Daher benötigen Mikrofone Strom, um richtig zu funktionieren, während andere dies nicht tun. Schauen wir uns genauer an, welche Mikrofone Strom benötigen, welche Art von Strom sie benötigen und wie die Stromversorgung erfolgt.

Mikrofone, die Strom benötigen, und solche, die dies nicht tun

Obwohl es im Allgemeinen richtig ist, ist es tatsächlich ein weit verbreitetes Missverständnis(selbst in der Audioindustrie), dass dynamische Mikrofone keinen Strom benötigen, während Kondensatormikrofone dies tun.

Obwohl das obige „Missverständnis“ oft zutrifft, sind es aktive Mikrofone, die Strom benötigen, und passive Mikrofone, die dies nicht tun. Zufälligerweise sind alle Kondensatormikrofone aktiv und die überwiegende Mehrheit der dynamischen Mikrofone passiv.

Was ist ein aktives Mikrofon? Ein aktives Mikrofon benötigt eine externe Stromversorgung, um zu funktionieren. Mikrofone mit internen Vorverstärkern, FETs/JFETs, Vakuumröhren, extern vorgespannten Kapseln oder A/D-Wandlern sind aktiv, da diese eingebauten Geräte Strom benötigen. Alle Kondensatormikrofone sind aktiv, und einige dynamische Mikrofone mit internen Vorverstärkern sind ebenfalls aktiv.

Was ist ein passives Mikrofon? Ein passives Mikrofon benötigt keinen Strom, um zu funktionieren. Dynamische Mikrofone sind insofern passiv, als sie mit elektromagnetischer Induktion arbeiten, die keinen Strom benötigt. Mikrofone ohne interne Vorverstärker, FETs/JFETs, Vakuumröhren, extern vorgespannte Kapseln oder A/D-Wandler sind wahrscheinlich passiv.

Passive Mikrofone benötigen keinen Strom

Nichts in einem passiven Mikrofondesign benötigt Strom, um zu funktionieren. Die überwiegende Mehrheit dynamischer Mikrofone ist passiv(einige moderne Bändchenmikrofone wurden mit aktiven Schaltkreisen entwickelt, auf die wir später noch eingehen werden).

Bei einfachen dynamischen Mikrofonen mit beweglicher Spule(das beste Beispiel für passive Mikrofone) bewegt sich eine Membran mit einer daran befestigten leitenden Drahtspule als Reaktion auf umgebende Schallwellen.

Das Shure SM57(im Bild) ist ein hervorragendes Beispiel für ein gängiges dynamisches Mikrofon mit beweglicher Spule.

Die leitende Spule ist in einem kleinen zylindrischen Raum zwischen Magneten aufgehängt. Die Membran und die leitende Spule bewegen sich in einem Magnetfeld und in der Spule wird durch elektromagnetische Induktion ein elektrisches Mikrofonsignal erzeugt.

Das induzierte Audiosignal wird dann an einen Aufwärtstransformator gesendet und vom Mikrofon als Mikrofonsignal ausgegeben.

Alle Teile dieses dynamischen Tauchspulenmikrofons sind passiv. Hier ist eine Liste der Teile:

• Membran(bewegt sich entsprechend Schallwellen)
• Bewegliche Spule aus leitendem Draht(an der Membran befestigt)
• Magnete(liefern das Magnetfeld)
• Aufwärtstransformator(verbessert die Signalstärke am Ausgang)

Der Aufwärtstransformator blockiert tatsächlich den DC-Eingang zum Mikrofon(DC-Spannungen werden am häufigsten verwendet, um aktive Mikrofone mit Strom zu versorgen). Somit benötigt das typische passive dynamische Mikrofon nicht nur keinen Strom, sondern ist tatsächlich so ausgelegt, dass es Strom zurückweist.

Aktive Mikrofone benötigen Strom

Ein Mikrofon gilt als aktiv, wenn es eines der folgenden aktiven Geräte in seinem Design hat:

• Interner Impedanzwandler/Vorverstärker: Hierbei handelt es sich in der Regel um Transistorschaltungen(häufig JFETs), die die Signale mit niedriger Spannung und hoher Impedanz von den Kondensatorkapseln in Signale mit höherer Spannung und niedrigerer Impedanz umwandeln. Es gibt andere Arten von internen Vorverstärkerschaltungen für Bändchenmikrofone.
• Nicht-Elektret-Kondensatorkapsel(Kondensator): Bevor Elektretmaterialien ihr Debüt in Kondensatorkapseln feierten, mussten die Kapseln extern mit Strom versorgt werden. Diese «echten» Kondensatorkapseln benötigen eine externe Spannung, um sich selbst richtig vorzuspannen und Leistung umzuwandeln.
• Vakuumröhren – Vakuumröhren benötigen Strom, um die Kathode der Röhre zu erhitzen und eine positive Änderung an die Anode zu senden.
• Analog-Digital-Wandler – ADCs benötigen Strom, um analoge Signale in digitale Informationen umzuwandeln.

Jedes der oben aufgeführten Teile benötigt unterschiedliche Mengen an Strom, um zu funktionieren, und nur eines dieser Geräte wird benötigt, damit ein Mikrofon als aktiv betrachtet wird.

Lassen Sie uns zunächst die gängigen Arten von aktiven Mikrofonen zusammen mit den aktiven Teilen auflisten, die in ihre Designs einfließen.

• Elektret- Kondensatormikrofone – Elektret – Kondensatormikrofone benötigen Strom für ihre internen aktiven Vorverstärker/Impedanzwandler. Diese Wandler sind in der Regel eine Art Feldeffekttransistor. Seine Kapseln sind mit Elektretmaterial vorpolarisiert und benötigen keine externe Stromversorgung.
• Beispiele: Sennheiser ME2 Lavalier-Mikrofon und Rode NT1-A Studio-Mikrofon

• „Echte“ (nicht Elektret-) Kondensatormikrofone: „Echte“ Kondensatormikrofone sind Festkörper-Kondensatormikrofone, die vor Elektreten und nach Röhren-Kondensatormikrofonen kamen. Diese Mikrofone benötigen Strom für ihre internen Vorverstärker/Impedanzwandler und um ihre Kondensatorkapseln vorzuspannen.
• Beispiel: Neumann U87AI Studiomikrofon

• Aktive Bändchenmikrofone – Da Bändchenmikrofone normalerweise Signale mit sehr niedrigem Pegel ausgeben, haben einige moderne Bändchenmikrofone interne Vorverstärker, die zum Betrieb Strom benötigen.
• Beispiel: SAA R84A

• Röhren-Kondensatormikrofone: Vakuumröhren sind der „Klassiker“, um Signale von Kondensatormikrofonen auf brauchbare Pegel zu verstärken. Röhrenmikrofone benötigen Strom für ihre Röhren und um ihre «echten» Kondensatorkapseln vorzuspannen. Elektretröhrenmikrofone gibt es meines Wissens nicht.
• Beispiel: Neumann U47

• USB-Mikrofone – USB -Mikrofone verfügen über integrierte Analog-Digital-Wandler, die zum Betrieb Strom benötigen. Ein großer Prozentsatz der USB-Mikrofone sind auch Elektretkondensatoren(wenn auch nicht alle), was bedeutet, dass die meisten USB-Mikrofone auch Strom für ihre internen Vorverstärker/Impedanzwandler benötigen.
• Beispiel: Blauer Yeti

Wie wir sehen können, gibt es viele Arten von aktiven Mikrofonen. Darüber hinaus sehen wir, dass Kondensatormikrofone nicht die einzigen Mikrofone sind, die Strom benötigen.

Nachdem wir nun die aktiven Teile aktiver Mikrofone kennen, sehen wir uns effektive Methoden an, um diese aktiven Teile mit der erforderlichen Leistung zu versorgen:

• Phantomenergie.
• DC-Vorspannung.
• Akkuleistung.
• Externe Netzteile.
• USB-betrieben.

Anstatt jede der aufgelisteten Power-Methoden kurz zu erklären, schauen wir uns jede im Detail an.

Geisterkraft

Was ist Phantomspeisung? Phantomspeisung(P48 oder +48V) ist eine Gleichspannung von 48V +/- 4V(professionell). P48 wird von Mikrofoneingangsvorverstärkern bereitgestellt und arbeitet mit symmetrischen Audioleitungen, wobei +48 Volt durch 6,8-kΩ-Widerstände an Pins 2 und 3(relativ zu Pin 1) gesendet werden. P48 ist auf einer symmetrischen Leitung „unsichtbar“, daher der Name „Phantomspeisung“.

Phantomspeisung ist die gebräuchlichste Methode zur Stromversorgung professioneller Studiomikrofone.

Studiomikrofone, die Phantomspeisung benötigen, sind so konzipiert, dass sie genau die Menge an Leistung ziehen, die sie benötigen, während Studiomikrofone, die keine Phantomspeisung benötigen, diese effektiv unterdrücken.

Beachten Sie, dass einige ältere Bändchenmikrofone durch Phantomspeisung beschädigt werden können, insbesondere wenn das Mikrofon abrupt von der Phantomspeisung getrennt wird(durch Entfernen eines angeschlossenen Kabels oder eines Spannungsabfalls).

Phantomspeisung wird von fast jedem modernen Mikrofonvorverstärker geliefert, der sein Geld wert ist(in Audio-Interfaces, Mischpulten, Audiorecordern usw.). Allerdings geben nicht alle Phantomspeisungen die vollen +48V aus. Daher ist es wichtig, hochwertige P48-Quellen mit Mikrofonen zu verwenden, die dies benötigen.

Sie können die Phantomspeisung Ihrer Mikrofoneingänge mit einem Voltmeter überprüfen.

Einige Mikrofone funktionieren mit jeder «akzeptablen» Menge an Phantomspeisung(11 V bis 48 V). Andere Mikrofone funktionieren weiterhin, jedoch mit begrenzter Kapazität, wenn nicht die vollen 48 V bereitgestellt werden. Andere Mikrofone funktionieren jedoch überhaupt nicht, wenn sie nicht mit voller 48V +/- 4V Phantomspeisung versorgt werden.

DC-Vorspannung

Was ist DC-Vorspannung? Die DC-Vorspannung liegt typischerweise zwischen 1,5 und 9,5 V DC. DC-Bias wird typischerweise verwendet, um die JFETs in Elektretmikrofonen(die Vorverstärker/Impedanzwandler) mit Strom zu versorgen. Die Vorspannung erfordert keine symmetrische Audioleitung, um zu funktionieren, und kann auf derselben Leitung wie die Audioleitung oder auf einer separaten Leitung bereitgestellt werden.

DC-Bias ist vielleicht die gebräuchlichste Methode zur Stromversorgung von Mikrofonen im Allgemeinen(wenn man bedenkt, dass die meisten Mikrofone keine Studiomikrofone, sondern Mikrofone in Mobiltelefonen, Laptops usw. sind).

Die DC-Vorspannung versorgt effektiv die JFETs in vielen Elektret-Kondensatormikrofonen, die für einen ordnungsgemäßen Mikrofonbetrieb erforderlich sind.

Elektret-Kondensatormikrofone geben Low-Level-Signale mit unglaublich hohen Impedanzen aus. Diese Signale können nicht als Audio verwendet werden und können nur kurze Kabellängen zurücklegen, bevor sie ihre Qualität verlieren.

JFETs(Junctional Gate Field Effect Transistors) werden direkt nach der Elektret-Kondensatorkapsel in Reihe geschaltet(um die Kabellänge zu minimieren, die das Signal durchlaufen muss). JEFTs arbeiten mit der zugeführten DC-Vorspannung, um das Elektretsignal zu verstärken(siehe Vorverstärker). Noch wichtiger ist jedoch, dass der JFET die extrem hohe Impedanz in eine nutzbare Mikrofonsignalimpedanz umwandelt(siehe Impedanzwandler).

Batterieleistung

Was ist eine Mikrofonbatterie? Es gibt zwei Hauptszenarien, in denen ein Mikrofon batteriebetrieben werden kann:

• Drahtlose Mikrofone benötigen Batterien, um den drahtlosen Sender und häufig den Mikrofonvorverstärker/Impedanzwandler(häufig mit einer batteriegespeisten Gleichstromvorspannung) mit Strom zu versorgen.
• Studiomikrofone, die eine Batteriestromoption haben, aber auch mit Phantomspeisung funktionieren.

Batterieleistung kann die oben erwähnte DC-Vorspannung für Lavalier- und andere drahtlose Mikrofone liefern.

Es kann auch Vorspannung oder Vorverstärkerleistung für Studiomikrofone mit einer Option für Batterien liefern. In diesem Szenario liefern die Batterien eine Spannung ähnlich der Phantomspeisung.

externe Stromversorgung

Was ist eine externe Mikrofonstromversorgung? Ein externes Mikrofonnetzteil versorgt ein Mikrofon mit mikrofonspezifischer Stromversorgung(häufig mehr als die 48-V-Phantomspeisung). Diese mikrofonspezifischen Netzteile sind nicht standardisiert und verwenden verschiedene Anschlüsse, einschließlich 7-poliger XLR(Trägersignal, Vorspannung, Heizung und Masse).

Externe Netzteile sind bei Röhren-Kondensatormikrofonen weit verbreitet. Röhren benötigen mehr Strom als Transistoren, und oft kann dieser Strombedarf nicht durch 48 Volt Phantomspeisung gedeckt werden.

Daher wurden mikrofonspezifische externe Netzteile entwickelt, um die Vakuumröhren zu erwärmen und mit Strom zu versorgen, während die Kondensatorkapseln mit der richtigen Vorspannung versorgt werden.

Beachten Sie, dass einige Transistormikrofone auch externe Netzteile verwenden(insbesondere DPA 130V-Mikrofone). Dies sind Solid-State-Mikrofone, die einfach mehr Strom benötigen, als Phantomspeisung liefern könnte.

USB-betrieben

Was ist USB-Mikrofonleistung? Aktive USB-Mikrofone sind so konzipiert, dass sie ihre benötigte Energie aus dem +5-V-DC-Pin 1 des USB-Anschlusses ziehen. Diese +5 Volt werden fast immer ausschließlich zur Stromversorgung des Analog-Digital-Wandlers des USB-Mikrofons zusammen mit seinem JFET-Mikrofonvorverstärker/Impedanzwandler verwendet.

Wie bereits erwähnt, benötigen USB-Mikrofone Strom für ihre Analog-Digital-Wandler(und für ihre JFETs, wenn es sich um USB-Kondensatormikrofone handelt). Diese Stromversorgung erfolgt über Pin 1 des USB-Anschlusses.

USB-Mikrofone sind so konzipiert, dass sie aus den +5 Volt, die vom USB-Anschluss(und letztendlich vom Computer des Anschlusses) bereitgestellt werden, das entnehmen, was sie benötigen.

Verwandte Fragen

Brauchen drahtlose Mikrofone Phantomspeisung? Drahtlose Mikrofone benötigen keine Phantomspeisung. Drahtlose Mikrofone werden von Batterien gespeist, die den drahtlosen Sender mit Strom versorgen, und, wenn das Mikrofon ein Kondensatormikrofon ist, eine DC-Vorspannung vom JFET-Impedanzwandler des Mikrofons(interner Vorverstärker).

Wie wird die Phantomspeisung überprüft? Typische Mikrofoneingänge, die Phantomspeisung liefern, haben eine Anzeige, dass die Phantomspeisung eingeschaltet ist(normalerweise ein Licht). Um die genaue Spannung Ihrer Phantomspeisung zu überprüfen, verwenden Sie ein Voltmeter. Volle Phantomspeisung sollte 48 V zwischen Pin 2 und 1 sowie Pin 3 und 1 und 0 V zwischen Pin 2 und 3 anzeigen.