Was ist Mikrofon-Eigenrauschen? (Äquivalenter Geräuschpegel)

Hören Sie ein leichtes Rauschen in Ihren Aufnahmen? Der Ton könnte aus dem Inneren des Mikrofons kommen! Das Eigenrauschen eines Mikrofons ist genau das, wonach es sich anhört(siehe, was ich dort gemacht habe?): Das vom Mikrofon selbst erzeugte Rauschen. Hinter dieser offensichtlichen Antwort steckt jedoch noch mehr.

Was ist Mikrofon-Eigenrauschen? Eigenrauschen ist der schwache Ton, der hauptsächlich von aktiven Schaltkreisen in Mikrofonen erzeugt wird. Aktive Mikrofone enthalten elektronische Komponenten, die dem Mikrofonsignal ein beträchtliches „Eigenrauschen“ hinzufügen, das als Eigenrauschspezifikation berechnet wird. Brownsche Bewegung und thermisches Rauschen fügen in geringerem Maße auch Eigenrauschen hinzu.

Eigenrauschen wird auch als äquivalenter Rauschpegel bezeichnet und kann auf bestimmten Datenblättern von Mikrofonen als solches gekennzeichnet sein. Das ist alles schön und gut, aber was bedeutet Eigenrauschen wirklich für Mikrofonbenutzer? Lassen Sie uns diese Frage in diesem Artikel beantworten!

Was ist Mikrofon-Eigenrauschen?(Äquivalenter Geräuschpegel)

Mikrofon-Eigenrauschen ist das vom Mikrofon selbst erzeugte Rauschen. Alle Mikrofone haben ein gewisses Eigenrauschen. Das Eigenrauschen einiger Mikrofone ist vernachlässigbar, während andere Mikrofone aufgrund ihrer zu hohen Eigenrauschbewertung in ruhigen Situationen gemieden werden.

Einige Hersteller bezeichnen das Eigenrauschen als Equivalent Noise Level(EIN). Dies liegt daran, dass der natürliche Ausgangspegel des Mikrofons gleich seinem Ausgangspegel ist, wenn ein Schallquellenpegel aufgenommen wird, der seinem äquivalenten Rauschpegelwert entspricht.

Das Eigenrauschen ist eine wichtige Spezifikation für aktive Mikrofone(Mikrofone, die zum Betrieb Strom benötigen) und wird normalerweise in A-gewichteten Dezibel(dBA) angegeben.

Wie bereits erwähnt, haben aktive Mikrofone aktive Leiterplatten, die beim Einschalten tatsächlich Geräusche erzeugen. Die Schaltung fügt dem Mikrofonsignal effektiv Rauschen hinzu und reduziert dabei das Signal-Rausch-Verhältnis des Mikrofons.

Passive Mikrofone(Mikrofone, die zum Betrieb keinen Strom benötigen) haben keine aktiven Komponenten in ihrer Schaltung und werden daher nicht durch Rauschen von aktiven Schaltungen beeinflusst. Aus diesem Grund haben passive Mikrofone keine Eigenrauschspezifikationen.

Eigenrauschen, allgemeine Umgebungsgeräusche, Mikrofonkabelstörungen und Vorverstärkerverstärkung fügen dem Mikrofonsignal Rauschen hinzu.

Rauschen verschlechtert Audiosignale, daher ist die Aufrechterhaltung eines nutzbaren Signal-Rausch-Verhältnisses von entscheidender Bedeutung. Eigengeräusche sind ein Faktor, den wir berücksichtigen müssen!

Was sind A-gewichtete Dezibel?

Das Eigenrauschen wird in A-bewerteten Dezibel angegeben. Was ist das?

A-bewertete Dezibel(dBA) sind ein Ausdruck für die wahrgenommene relative Intensität von Luftschwingungen für das menschliche Ohr. Mit anderen Worten, dBA repräsentiert die Art und Weise, wie wir Schallwellen hören.

Dies ist wichtig, da das menschliche Ohr keinen flachen Frequenzgang hat und unser Gehör daher für einige Frequenzen empfindlicher ist als für andere. Die dBA-Skala soll die Dinge für uns glätten.

Wie bei allen Dezibelwerten misst der dBA die Intensität eines Schalls, indem er auf einer logarithmischen Skala mit einem bestimmten Pegel verglichen wird.

dBA ist immer relativ zur menschlichen Hörschwelle. Daher wäre 0 dBA völlige Stille ohne erkennbares Rauschen.

Zur weiteren Veranschaulichung nehmen Menschen einen 100-Hz-Ton bei 100 dB SPL genauso laut wahr wie einen 1000-Hz-Ton bei 80 dB SPL.

100 dB SPL bei 100 Hz und 80 dB SPL bei 1000 Hz haben die gleiche empfundene Lautstärke und damit den gleichen dBA-Wert(obwohl sich ihre dB SPL-Werte um 20 dB unterscheiden!).

Auch hier ist dBA eine gewichtete Skala, die eher auf der wahrgenommenen Lautstärke als auf der tatsächlichen Vibration von Luft oder Audiospannungen basiert.

Außerdem sind dBA oft kleiner als „normale“ dB SPL-Werte(es gibt viele Frequenzen, die wir nicht vollständig wahrnehmen können). dBA lässt also das Eigenrauschen niedriger erscheinen, als es wirklich ist!

Zum Vergleich: 25 dBA entsprechen dem Flüstern einer Person in einem ruhigen Raum und sind meiner Meinung nach der Grenzwert für das Eigenrauschen eines Mikrofons. An dieser Stelle lohnt es sich nicht, das Mikrofon in ruhigen Studioumgebungen zu haben.

Welche Faktoren erzeugen Mikrofon-Eigenrauschen?

Die Hauptquelle des Mikrofon-Eigenrauschens kommt von der aktiven Schaltung. Es gibt jedoch drei Faktoren, die Eigenrauschen im Mikrofon erzeugen:

Rauschen des aktiven Schaltkreises

Die Hauptquelle für Eigenrauschen ist die aktive Schaltung von Kondensatormikrofonen und anderen aktiven Mikrofonen.

Das Rauschen aktiver Schaltungen ist zweifach:

1. Aktive Schaltkreise führen Rauschen in das Audiosignal ein, das sie durchläuft.
2. In geringerem Maße gibt die aktive Schaltung Schall ab. Die Membran des Mikrofons nimmt dann den Ton auf und wandelt ihn in ein Audiosignal um.

Aus diesem Grund haben Kondensatormikrofone und aktive Bändchenmikrofone oft Eigenrauschwerte in ihren Datenblättern angegeben.

Das Rauschen kommt hier von internen Verstärkern und Impedanzwandlern(Vakuumröhren, Transistoren und anderen internen Schaltungskomponenten).

Wie bereits erwähnt, wird das Eigenrauschen typischerweise in A-bewerteten Dezibel ausgedrückt Einige Hersteller geben zusätzliche Messwerte in anderen Einheiten an.

Passive und dynamische Bändchenmikrofone mit beweglicher Spule haben selten, wenn überhaupt, Eigenrauschspezifikationen.

Johnson-Nyquist-Rauschen

Johnson-Nyquist-Rauschen oder «thermisches Rauschen» wird durch die Bewegung von Elektronen innerhalb eines elektrischen Leiters verursacht. Elektrische Leiter werden in dynamischen und Bändchenmikrofonwandlern sowie Mikrofontransformatoren verwendet. Dynamische Mikrofone(sowohl Tauchspule als auch Bändchen) haben ein inhärentes thermisches Rauschen.

Thermisches Rauschen ähnelt im Klang dem weißen Rauschen, mit ungefähr gleicher Intensität bei allen hörbaren Frequenzen, obwohl die beiden völlig unabhängig voneinander sind.

Je niedriger die Ausgangsimpedanz eines dynamischen Mikrofons ist, desto geringer ist sein thermisches Rauschen. Thermisches Rauschen ist auch eine Funktion der Temperatur, aber der Einfluss der Temperatur ist vernachlässigbar.

Das von seinen elektromagnetischen Leitern erzeugte thermische Rauschen ist sehr leise und wird als vernachlässigbar angesehen. Es ist jedoch erwähnenswert in diesem Artikel.

Wenn Sie Rauschen im Audiosignal eines dynamischen Mikrofons feststellen, tritt das Rauschproblem wahrscheinlich im Mikrofonkabel oder im Mikrofonvorverstärker auf.

Brownsche Bewegung

Die dritte Quelle des Eigenrauschens stammt von der Brownschen Bewegung.

Brownsche Bewegung ist die zufällige Bewegung von Partikeln, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind. Bei den allermeisten Mikrofonen bezieht sich dies auf Moleküle in der Luft.

Die Brownsche Bewegung beeinflusst Bändchen- und Kondensatormikrofone stärker als die Schwingspulendynamik. Denn Kondensator- und Bändchenmembranen sind wesentlich leichter als Schwingspulenmembranen und haben eine geringere Trägheit.

Die Brownsche Bewegung ist jedoch wie das Johnson-Nyquist-Rauschen praktisch vernachlässigbar.

Verschiedene Arten von Mikrofonen haben aus unterschiedlichen Gründen Eigenrauschen, aber Rauschen von aktiven Schaltkreisen ist wirklich die einzige nennenswerte Quelle.

Warum ist niedriges Eigenrauschen wichtig?

Rauschen ist in Mischungen und Aufnahmen im Allgemeinen nicht erwünscht. Zu viel Rauschen kann den Zuhörer ablenken und Ihren Mix negativ beeinflussen.

Lautere Mikrofone müssen näher an ihren Schallquellen platziert werden, um ein Audiosignal mit einem anständigen Signal-Rausch-Verhältnis zu erzeugen.

Eigenrauscharme Mikrofone hingegen können weiter entfernt platziert werden. Dies ist in verschiedenen Situationen wichtig:

• Eine Gesangsdarbietung weiter weg vom Mikrofon ist oft besser: Der Darsteller kann sich körperlich etwas mehr ausdrücken(„Ellbogenfreiheit“). Da sie weiter vom Mikrofon entfernt sind, wird auch die Wahrscheinlichkeit von explosiven „Knallen“, die die Mikrofonkapsel überlasten, verringert.
• Parabol- oder Richtrohrmikrofon-Situationen bei Langstreckenaufnahmen, wie z. B. Sportveranstaltungen: Wenn wir versuchen, weit entfernte Geräusche einzufangen, brauchen wir ein geringes Eigenrauschen, um einen brauchbaren Signal-Rausch-Abstand zu erreichen.
• Bei der Aufnahme leiser Geräusche und Umgebungen: Ein geringes Eigenrauschen ist für eine saubere, hochwertige Aufnahme von größter Bedeutung.

Hat ein hoher Eigenrauschpegel überhaupt einen Vorteil?

So sehr Eigenrauschen verteufelt wird, gibt es Situationen, in denen ein Mikrofon mit mehr Eigenrauschen einem Mikrofon mit geringem Eigenrauschen vorgezogen werden könnte.

Denken wir zum besseren Verständnis an den alternativen Namen für Eigenrauschen: Äquivalenter Rauschpegel.

Der Begriff äquivalenter Rauschpegel bedeutet Folgendes: Das Mikrofon gibt ein Eigenrauschsignal ab, das dem Signal entspricht, das es von einer bestimmten Schallquelle bei ihrem äquivalenten Rauschpegelwert erzeugen würde.

Wenn beispielsweise ein Mikrofon eine ENL von 15 dBA hat, ist seine Ausgangssignalspannung bei toter Stille gleich seiner Ausgangssignalspannung, wenn es Schall mit 15 dBA ausgesetzt wird.

Mit anderen Worten, das „Grundrauschen“ des Mikrofons beträgt 15 dBA, und das Mikrofon nimmt keine Geräusche unterhalb seines Grundrauschens von 15 dBA auf.

Wenn wir das Eigenrauschen als Grundrauschen betrachten, können wir uns vorstellen, dass ein höheres Eigenrauschen in bestimmten Situationen die bessere Option ist. Ein hohes Grundrauschen bedeutet, dass ein Mikrofon leisere Geräusche effektiv unterdrückt, während es laute Geräusche aufnimmt.

Ein hohes Mikrofon-Eigenrauschen kann für diese Situationen besser geeignet sein:

• Bassdrum-Mikrofone(und andere laute Percussion-Instrumente).
• Hornmikrofon.
• Laute Konzerte.
• Laute Umgebungen.

In den folgenden Situationen wird ein geringes Eigenrauschen des Mikrofons bevorzugt:

• Foley.
• Umgebungen.
• Erzählung.
• stumme Instrumente.
• Sinfonische/Orchesteraufführungen.
• Alle Arbeiten in Isokabinen, schalltoten Räumen und anderen akustisch „toten“ Räumen.

Wie messen Hersteller Eigenrauschwerte?

Wie erhalten Hersteller also eine echte Messung des Eigenrauschens ihrer Mikrofone? Es gibt zwei Hauptmethoden:

Die Schallschutzcontainer-Methode

Bei diesem Eigenrausch-Testverfahren wird das Mikrofon in einen schalldichten Behälter gestellt und von innen aufgenommen. Natürlich ist es eine schwierige(und teure) Aufgabe, im Inneren des Containers absolut keinen Ton zu haben, aber die Technologie ist verfügbar.

Diese Tests werden oft in schalltoten Räumen durchgeführt, die absolut keine Umgebungsgeräusche haben.

Wenn wir den externen Schallreiz entfernen, gibt das aktive Mikrofon nur den Ton von sich selbst aus.

Ein Teil des Rauschens könnte von der Elektronik stammen, die einen Ton erzeugt, der dann von der Membran eingefangen wird.

Der größte Teil des Rauschens stammt jedoch einfach vom Audiosignal, das die Schaltung selbst durchläuft. Dies bringt uns zur nächsten Methode.

Die kapselfreie Aufnahmemethode

Eine weitere kostengünstigere Möglichkeit, das Eigenrauschen eines aktiven Mikrofons zu messen, besteht darin , es ohne Kapsel aufzunehmen.

Auf diese Weise senden wir nur das Rauschen der Elektronik, auch wenn es in der äußeren Umgebung Geräusche gibt.

Dies ist nicht der beste Weg, um das Eigenrauschen zu messen, da das Mikrofon nicht vollständig ist. Es produziert oft niedrigere Eigenrauschwerte für das Datenblatt des Mikrofons.

Was ist eine gute Eigenrauschspezifikation für ein Mikrofon?

Auf welche Art von Eigenrauschen sollten wir also bei einem Mikrofon achten? Schauen wir uns hier die äußeren Grenzen an:

• 25 dBA oder mehr sind in professionellen Studioumgebungen praktisch unbrauchbar.
• 0 dBA ist ideal, aber in Mikrofonen(oder Aufnahmeumgebungen) nicht realisierbar.

Werfen wir einen Blick auf einige Bereiche von dBA-Werten für das Eigenrauschen und Sie können sie als gut oder schlecht bewerten!

≤ 10 dBA: extrem geräuscharm

Mit modernen Großmembran-Kondensatormikrofonen ist es möglich, diese geringen Eigenrauschwerte zu erreichen. Gibt es einen zusätzlichen Vorteil, je tiefer wir hier runtergehen? Nun, normalerweise überschreiten Umgebungsgeräusche in Studioräumen und anderen Aufnahmeumgebungen 10 dBA, sodass der Nutzen verloren geht.

Allerdings sind weniger als 10 dBA Eigenrauschen wirklich beachtlich!

Der Rode NT1-A ist ein Großmembran-Elektret-Kondensator mit einem Eigenrauschen von nur 5 dBA:

11 dBA – 15 dBA

Dies ist das Revier vieler Großmembrankondensatoren; gute Kleinmembrankondensatoren und wirklich gut konstruierte Großmembran-Röhrenkondensatoren.

Typischerweise ist Eigenrauschen in diesem Bereich in der natürlichen Umgebung eines Raums nicht wahrnehmbar und im Kontext einer vollständigen Mischung nicht wahrnehmbar.

Der Neumann KM 184 ist ein Kleinmembran-Kondensator mit einem Eigenrauschen von 13 dBA:

16 dBA – 19 dBA

Dies ist eine gute Bewertung für ältere Mikrofone, und fast alle modernen aktiven Studiomikrofone sind auf diesen Bereich oder weniger ausgelegt.

Dieses Eigenrauschen ist bei wirklich leisen Auftritten hörbar, geht aber genau wie im 11-15 dBA-Bereich bei einem vollen Mix ziemlich schnell verloren. Wir können es hören, aber es ist normalerweise kein Problem.

Das Behringer C-2 ist ein preisgünstiges Kleinmembran-Elektretmikrofon und hat eine Eigenrauschbewertung von 19 dBA:

20 dBA – 23 dBA

Das Eigenrauschen ist hier deutlich hörbar. Mikrofone in Reichweite funktionieren immer noch gut für die Aufnahme lauter Quellen(vielleicht mit weniger Verstärkung an den Vorverstärkern). Es muss bewusst versucht werden, ein brauchbares Signal-Rausch-Verhältnis zu schaffen.

Ich warne jedoch davor, diese Mikrofone für Sprachaufnahmen oder die Aufnahme anderer relativ leiser Quellen zu verwenden, da in Aufnahmen Rauschen zu erkennen ist.

≥24dBA

Diese Mikrofone funktionieren möglicherweise gut in lauten Live-Situationen, gelten jedoch normalerweise als «ungeeignet» für Studioanwendungen.

Das Signal-Rausch-Verhältnis

Das Signal-Rausch-Verhältnis(SNR) spielt eine wichtige Rolle für die Qualität einer Aufnahme.

Ausgedrückt in Dezibel(dB), vergleicht das SNR den „Signalleistungs“-Pegel mit dem „Rauschleistungs“-Pegel. Je höher das SNR, desto wahrer ist das Signal relativ zum Signalrauschen.

Wenn es um die Qualität eines Audiosignals geht, spielt das SNR eine sehr wichtige Rolle. Es gibt viele Möglichkeiten, wie Rauschen in ein Signal gelangen kann, und Eigenrauschen ist natürlich eine davon.

Daher möchten wir, dass das Eigenrauschen eines Mikrofons minimal ist, um eine möglichst saubere Aufnahme zu erzielen. Sauberes Audio aufzunehmen ist oft ein Spiel um Zentimeter!

Um eine gute Vorstellung vom Signal-Rausch-Verhältnis bei einem bestimmten Schallpegel zu bekommen, können wir das Eigenrauschen des Mikrofons von dem vom Mikrofon aufgenommenen Schalldruckpegel abziehen.

SNR = SPL – SN

Wo

• SNR ist das Signal-Rausch-Verhältnis.
• SPL ist der Schalldruckpegel an der Membran des Mikrofons.
• SN ist das Eigenrauschen des Mikrofons.

Beachten Sie, dass es sicherlich andere Faktoren geben kann, die Rauschen im Mikrofonsignal verursachen(elektromagnetische Interferenzen, Umgebungsgeräusche, Verstärkung des Vorverstärkers usw.), sodass die obige Gleichung bestenfalls hoffnungsvoll ist.

Für die Spezifikationen des Signal-Rausch-Verhältnisses des Mikrofons ist der Aufnahmepegel des Mikrofons auf 94 dB SPL (1 Pascal) eingestellt. Das SNR ist also die Differenz zwischen 94 dB SPL und der Eigenrauschbewertung des Mikrofons.

Oftmals wird der dBA-Wert des Eigenrauschens vom dB SPL-Wert abgezogen. Das ist nicht ganz exakt, erzeugt aber eine scheinbar höhere SNR-Bewertung.

Namhafte Mikrofonhersteller wie Neumann geben oft A-bewertete und un-A-bewertete Werte für ihren Signal-Rausch-Abstand und ihre Mikrofon-Eigenrauschwerte an. Schauen wir uns zum Beispiel das Neumann KM184 an:

Der äquivalente Geräuschpegel (Eigenrauschen) des Neumann KM184 wird mit 22 dB (CCIR) oder 13 dBA (A-gewichtet) angegeben.

Daher wird der Signal-Rausch-Abstand des KM184 mit 72 dB(CCIR re. 94 dB SPL) angegeben, berechnet als 94 dB – 22 dB = 72 dB.

Alternativ wird der SNR mit 81 dBA(A-bewertet re. 94 dB SPL) angegeben, berechnet als 94 dB – 13 dBA = 81 dB.

Eine Anmerkung zum Rauschen in passiven Mikrofonen

Wie wir besprochen haben, haben passive Mikrofone(dynamische Mikrofone und die meisten Bändchenmikrofone) keine Eigenrauschbewertungen. Dies liegt daran, dass sie keine aktiven Verstärker in ihrem Design haben.

Da sie über keine internen Verstärker verfügen, erzeugen passive Mikrofone naturgemäß niedrigere Signalpegel als aktive Mikrofone. Dies bedeutet, dass ein Mikrofonvorverstärker das passive Mikrofonsignal normalerweise stärker verstärken muss, um es auf Line-Pegel zu bringen, als das Signal eines aktiven Mikrofons.

Jedes Mal, wenn wir ein Signal verstärken, laufen wir Gefahr, Rauschen einzuführen. Dies gilt für die internen Verstärker in aktiven Mikrofonen(die Eigenrauschen erzeugen) und gilt auch für Mikrofonvorverstärker.

Daher kann das passive Mikrofonsignal nach der Verstärkungsstufe des Mikrofonvorverstärkers genauso viel oder sogar mehr Rauschen haben wie sein aktives Mikrofongegenstück. Dies hängt alles von der Höhe der Vorverstärkerverstärkung ab, die auf die Signale angewendet wird, und von der «Sauberkeit» dieser Vorverstärkerverstärkung.

Verwandte Fragen

Welche aktiven Mikrofone haben das geringste Eigenrauschen? Alles unter 10 dBA macht das Eigenrauschen im Vergleich zu den meisten anderen Umgebungsgeräuschquellen vernachlässigbar. Einige Mikrofone liegen jedoch deutlich unter diesem Wert. Hier sind einige gängige rauscharme Kondensatormikrofone:

• Lewitt Audio LCT 550 = 3 dBA
• Nevaton MC50-Quad = 4 dBA
• Runde NT1-A = 5 dBA
• AKG-C414 = 6 dBA
• Neumann TLM103 = 7 dBA

Was sind all die Faktoren, die Rauschen in einem Mikrofonsignal verursachen?

• Umgebungsgeräusche aus der Umgebung.
• Typisches Rauschen aktiver Elektronik.
• Zufällige Moleküle treffen auf die Membran des Mikrofons.
• Thermisches Rauschen der dynamischen Schwingspule/Humbucker(vernachlässigbar).
• Mikrofoninterferenz.
• Störungen durch Mikrofonkabel.
• Rauschen des Mikrofonvorverstärkers.