Sind Mikrofone Ein- oder Ausgabegeräte?

Um Mikrofone vollständig zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, wie Audio in Bezug auf Eingänge, Ausgänge und Signalfluss funktioniert. Bei der Arbeit mit Computer-Audio ist es wichtig, die Eingabegeräte und Ausgabegeräte des Systems zu verstehen.

Sind Mikrofone Ein- oder Ausgabegeräte? Wenn ein Mikrofon an einen Computer angeschlossen ist(über eine Audioschnittstelle oder einen anderen Analog-Digital-Wandler), sendet es Informationen an den Computer bzw. gibt sie ein. Das bedeutet, dass Mikrofone Eingabegeräte sind. Digitale Mikrofone mit eingebautem Kopfhörerverstärker, die Eingaben von Computern empfangen, sind Ein-/Ausgabegeräte.

Dies kann ein wenig verwirrend sein, daher gehen wir die vollständigen Definitionen dessen durch, was Eingabe- und Ausgabegeräte tatsächlich sind. Wir werden auch über die möglichen Ein- und Ausgänge eines Mikrofons ohne den Rahmen eines Computersystems sprechen.

Was sind Ein- und Ausgabegeräte und warum gelten Mikrofone als Eingabegeräte?

Bevor wir auf die Details von Mikrofonen als Eingabegeräte eingehen, wollen wir definieren, was Eingabe- und Ausgabegeräte sind.

Was ist der Unterschied zwischen einem Eingabegerät und einem Ausgabegerät? Ein Eingabegerät sendet/gibt Informationen an ein Computersystem ein, während ein Ausgabegerät von einem Computersystem ausgegebene Informationen empfängt/wiedergibt. Wenn Sie feststellen, ob ein Gerät ein Eingabe- oder Ausgabegerät ist, denken Sie an die E/A(Eingabe/Ausgabe) des Computers.

Mit dieser Definition verstehen wir, dass Mikrofone Eingabegeräte sind. Ein Mikrofon wandelt Schallwellen in Audiosignale um, die dann in digitale Audiodaten umgewandelt und an einen Computer gesendet/eingegeben werden.

Mikrofone geben typischerweise analoge Audiosignale(Wechselspannungen) aus, die in digitale Daten umgewandelt werden müssen, um mit einem Computer kompatibel zu sein. Das bedeutet, dass gemäß unserer Definition eines Eingabegeräts das Signal von einem Mikrofon in digitale Daten umgewandelt werden muss, bevor dieses Mikrofon tatsächlich als Eingabegerät betrachtet werden kann.

Die Analog-Digital-Wandlung eines Mikrofonsignals kann auf verschiedene Arten erfolgen:

Audioschnittstelle(Hub)

Audio-Interface(Hub): Audio-Interfaces im Hub-Stil sind die beliebteste Art von Audio-Interfaces und bieten die gebräuchlichste Methode zum Anschließen eines Mikrofons an einen Computer. Ein oder mehrere Mikrofone können in das Audio-Interface eingespeist werden(je nach Design) und ein interner Analog-Digital-Wandler(ADC) wandelt die analogen Signale in digitale Daten um, die dann über USB, FireWire, Thunderbolt usw. in einen angeschlossenen Computer eingespeist werden

Beispiel für ein Audio-Interface im Hub-Stil: Focusrite Scarlett 2i2(Link Preis auf Amazon prüfen):

Audio-Interface(Adapter)

Audio-Interface(Adapter): Audio-Interfaces im Adapter-Stil sind eine viel seltenere Methode, um ein Mikrofon an einen Computer anzuschließen. Diese Schnittstellen haben typischerweise einen Eingang(analoges Mikrofonsignal), einen einfachen ADC und einen Ausgang(digitale Audiodaten). Diese Adapter werden normalerweise über USB mit einem Computer verbunden.

Adaptertyp -Audio-Interface-Beispiel: Shure X2U:

digitales Mikrofon

Digitales Mikrofon: Digitale Mikrofone(im Handel als USB-Mikrofone erhältlich) verfügen über interne ADCs und geben digitale Daten direkt vom Mikrofonkörper aus. Diese Mikrofone werden über USB direkt an einen Computer angeschlossen.

Beispiel für ein digitales USB-Mikrofon: Blue Yeti:

All dies bedeutet, dass Mikrofone von Natur aus als Eingabegeräte konzipiert sind, aber ihre Signale müssen zuerst in digitale Daten umgewandelt werden, um wirklich Eingabegeräte für Computersysteme zu werden.

Unabhängiger Mikrofoneingang und -ausgang

Wir haben also besprochen, was Ein- und Ausgabegeräte sind und was ein Mikrofon zu einem Eingabegerät macht. Lassen Sie uns nun über die Ein- und Ausgänge eines Mikrofons selbst sprechen(ohne an ein Computersystem zu denken).

Beginnen wir mit der Definition eines Mikrofons. Ein Mikrofon fungiert als Wandler und wandelt mechanische Wellenenergie(Schallwellen) in elektrische Energie(Audiosignale) um. Es gibt viele Arten von Mikrofonen mit vielen Methoden zur Umwandlung von Schallwellen in Audiosignale, aber dies ist der grundlegende Zweck eines Mikrofons und für unsere Diskussion geeignet.

Elektrisch gesehen sind Mikrofone dazu ausgelegt, ausschließlich elektrische Tonsignale(in Form von Wechselspannungen oder Tonsignalen) auszugeben. Mikrofone sind nicht dafür ausgelegt, Audiosignale zu empfangen(dazu später mehr).

Allerdings benötigen einige Mikrofone Strom, um richtig zu funktionieren. Bitte beachten Sie, dass dies nicht bedeutet, dass sie Audiosignale benötigen. Es bedeutet einfach, dass sie Strom(in Form von Gleichspannung) benötigen, um ihre internen Schaltkreise mit Strom zu versorgen oder die Kapseln ihrer Mikrofone vorzuspannen. Auch dies gehört nicht zum Signalfluss oder den Ein-/Ausgängen, ist aber nebenbei erwähnenswert.

Bezüglich der Eingänge sind die Mikrofone nicht dafür ausgelegt, analoge(Wechselspannung) oder digitale Audiosignale zu empfangen.

Stattdessen reagieren Mikrofone auf Schallwellen(indem sie den Schalldruckpegel ändern) um ihre Membran herum. Diese mechanische Wellenenergie ist der «Eingang» eines Mikrofons. Noch einmal, diese mechanische Wellenenergie ist kein analoges oder digitales Signal.

In Bezug auf den Signalfluss können Mikrofone(in ihrer vorgesehenen Ausführung) also in den folgenden zwei Punkten zusammengefasst werden:

• Nur Mikrofon-Ausgangssignal: Mikrofone wandeln Schallwellen in elektrische Audiosignale um, die dann am Ausgangsanschluss des Mikrofons ausgegeben werden. Eine Einschränkung hierbei ist, dass digitale USB-Mikrofone über interne ADCs verfügen und daher digitale Audiodaten anstelle von analogen Audiosignalen ausgeben. Mikrofone sind der Beginn einer Signalflusslinie.
• Mikrofone sind Eingabegeräte: Mikrofone senden/geben Daten zur Verarbeitung in ein Computersystem ein. Natürlich müssen die Audiosignale vom Mikrofon zuerst in digitales Audio umgewandelt werden, bevor sie in einen Computer eingegeben werden.

Bitte beachten Sie, dass ich bisher über das beabsichtigte Design eines Mikrofons gesprochen habe. Im nächsten Abschnitt gehe ich auf die Möglichkeit ein, den Signalfluss des Mikrofons umzukehren.

Mikrofone als Lautsprecher

Das Mikrofondesign ist dem Lautsprecherdesign sehr ähnlich, insbesondere das Design dynamischer Tauchspulenmikrofone.

Die Kapsel eines dynamischen Mikrofons mit beweglicher Spule ist mit einer Membran ausgestattet, an deren Rückseite eine zylindrische Spule aus Bleidraht befestigt ist. Diese Spule sitzt in einem zylindrischen Raum, ohne die Magnete innerhalb und außerhalb zu berühren. Wenn sich die Membran als Reaktion auf Schallwellen bewegt, bewegt sich auch die Antriebsspule. Während sich die Spule durch das Magnetfeld bewegt, wird durch elektromagnetische Induktion ein elektrisches Audiosignal erzeugt.

Die allermeisten Lautsprecher sind ähnlich aufgebaut, nur umgekehrt und in größerem Maßstab.

Ein Lautsprecher hat eine große Spule aus leitendem Draht, der elektrische Audiosignale empfängt. Diese Spule ist an einer großen Membran befestigt und sitzt in einem zylindrischen Raum innerhalb eines größeren Magneten(der so konstruiert ist, dass er Platz auf der Innen- und Außenseite der Spule einnimmt). Wenn Wechselspannung durch die Treiberspule gesendet wird, bewirkt die elektromagnetische Induktion, dass die Spule innerhalb des Magnetfelds schwingt, die Lautsprechermembran drückt und zieht und Schallwellen aussendet.

Was hindert uns also daran, Lautsprecher als Mikrofone zu verwenden und umgekehrt?

• Moving-Coil-Dynamik: Bei Moving-Coil-Mikrofonen und -Lautsprechern müssten wir lediglich den Signalfluss umkehren.
• Kondensator: Bei Kondensatormikrofonen und elektrostatischen Lautsprechern müssten wir den Signalfluss umkehren und gleichzeitig eine konstante Vorspannung auf der Kondensatorkapsel/Membran aufrechterhalten.
• Dynamisches Bändchen: Bei Bändchenmikrofonen und Bändchenlautsprechern müssten wir nur den Signalfluss umkehren. Ribbon-Designs sind ebenfalls dynamisch und arbeiten mit elektromagnetischer Induktion. Bändchenmikrofonmembranen sind sehr empfindlich, daher würde ich nicht empfehlen, ein Audiosignal an ein Bändchenmikrofon zu senden.

Der Punkt hier ist, dass Mikrofone Ausgabegeräte sein können, wenn der Signalfluss es vorschreibt. Natürlich sind Mikrofone nicht als Lautsprecher konzipiert und das Ergebnis wäre glanzlos. Es ist jedoch durchaus möglich, ein Mikrofon zu einem Ausgabegerät zu machen!

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