Was ist Mikrofonverstärkung und wie wirkt sie sich auf Mikrofonsignale aus?

Ich habe kürzlich ein PA-System für eine Präsentation aufgebaut und über die Bedeutung der Mikrofonverstärkung nachgedacht. Ich beschloss, einige Nachforschungen anzustellen, um mein Einkommenswissen zu verbessern und die Details mit Ihnen allen zu teilen!

Was ist also Mikrofonverstärkung und wie wirkt sie sich auf Mikrofonsignale aus? Die Mikrofonverstärkung erhöht die Amplitude eines Mikrofonsignals. Die Verstärkung erhöht die Signalintensität von Mikrofonpegel auf Line-Pegel, sodass das Mikrofonsignal mit professionellem Audioequipment kompatibel ist. Mikrofonvorverstärker steuern die Verstärkung und sind die ersten Schaltkreise, die ein Signal nach dem Mikrofonausgang durchläuft.

Das ist eine kurze Antwort. In den folgenden Abschnitten wird ausführlicher auf die Mikrofonverstärkung und deren korrekte Verwendung eingegangen.

Was ist Mikrofonverstärkung und wie wirkt sie sich auf Mikrofonsignale aus?

Lassen Sie uns unsere Diskussion beginnen, indem wir einige Grundlagen von Audiosignalen durchgehen!

Analoge Audiosignale sind elektronische Signale. Sie werden in dBu oder dBV gemessen(beide Messungen sind Dezibel relativ zur Spannung):

• 0 dBu = 0,775 Volt
• 0 dBV = 1 Volt

Dezibel sind ein logarithmisches Verhältnis, wobei +6 dB die Spannung effektiv verdoppelt(und –6 dB die Spannung effektiv halbiert). Für diesen Artikel werde ich so oft wie möglich dBu verwenden, um Verwirrung zu vermeiden.

Mikrofone sind von Natur aus analog, können aber in manchen Fällen auch digitale Signale ausgeben. Die Verstärkung wird im Allgemeinen auf analoge Signale angewendet. Die digitale Verstärkung ist im Wesentlichen eine Multiplikation des digitalisierten Werts, was zu einem Auflösungsverlust führt.

Mic-Pegel und Line-Pegel

Mikrofone geben ein allgemein als «Mikrofonpegel»-Signal bekanntes Signal aus. Der Mikrofonpegel wird typischerweise zwischen einem Nennwert von -60 dBu und -40 dBu angegeben.

Professionelle Audiogeräte arbeiten jedoch mit Audiosignalen auf Line-Pegel, der nominell +4 dBu beträgt. Bemerkenswerte «Profi-Ausrüstung» sind Mischpulte und digitale Audio-Workstations.

Bitte beachten Sie, dass Mic- und Line-Pegel nominelle Durchschnittswerte sind. Die tatsächlichen Werte dieser Pegel von einem Mikrofon variieren in Abhängigkeit von der Lautstärke der Schallquelle, dem Abstand des Mikrofons zu dieser Schallquelle, der Empfindlichkeit des Mikrofons, der auf dieses Mikrofonsignal angewendeten Verstärkung und anderen Faktoren.

Der Line-Pegel wird oft als etwa 1000-mal lauter als der Mikrofonpegel angesehen. Wir brauchen eine Verstärkung, um diese Signale mit Mikrofonpegel auf Line-Pegel zu bringen, um mit anderen professionellen Audiogeräten kompatibel zu sein. Von unseren oben notierten allgemeinen Nennwerten würde eine Gain-Anhebung von 44dB auf 64dB ausreichen.

Die Mikrofoneingänge erwarten Signale mit Mikrofonpegel. Wenn ein Mikrofoneingang über einen eingebauten Vorverstärker verfügt, muss der Vorverstärker über genügend Verstärkung verfügen, um das Mikrofonsignal auf Line-Pegel zu bringen. Wenn Sie einen Line-Ausgang an einen Mikrofoneingang anschließen, besteht die extreme Gefahr, dass dieser Eingang überlastet wird.

Line-Eingänge erwarten Signale mit Line-Pegel. Das Anschließen eines Mikrofonausgangs an einen Line-Eingang führt zu sehr niedrigen Signalpegeln und einem sehr schlechten Signal-Rausch-Verhältnis.

Die Definition von Gewinn

In der Elektronik ist die Verstärkung das Maß für die Fähigkeit eines Verstärkers, die Amplitude eines Signals vom Verstärkereingang zum Verstärkerausgang zu erhöhen. Ein Verstärker «wendet» eine Verstärkung auf ein Eingangssignal an, um es am Verstärkerausgang stärker zu machen.

Gain wirkt, indem es dem Signal Energie hinzufügt. Diese Leistung wird von einer externen Stromquelle umgewandelt(sei es ein Netzstecker, Phantomspeisung, Batterien oder eine andere Quelle).

Im Allgemeinen gibt es 2 mögliche «Mikrofon»-Verstärkungsstufen(Vorverstärker), damit ein Mikrofonsignal in praktischen Situationen durchgelassen wird:

1. Verstärkung eines aktiven Vorverstärkers im Mikrofon(nur aktive Mikrofone)
2. Erhalten Sie Verstärkungen von einem separaten Mikrofonvorverstärker(eigenständige Vorverstärker, Audio-Interfaces, Mischpulte usw.)

Die Mikrofonverstärkung wird als die Verstärkung betrachtet, die auf Mikrofonsignale mit Mikrofonpegel angewendet wird.

Wie bereits erwähnt, kann dies in Mikrofonen mit aktiver Schaltung passieren. Wenn es mit separaten Vorverstärkern auftritt, wird die Mikrofonverstärkung auf das Signal angewendet, das in den Mikrofoneingang geht.

Verstärkung eines aktiven Vorverstärkers im Mikrofon

Kondensatormikrofone und andere aktive Mikrofone haben einen aktiven Vorverstärker im Inneren des Mikrofongehäuses. Das von einer Mikrofonkapsel erzeugte Audiosignal hat normalerweise eine zu niedrige Spannung und eine zu hohe Impedanz, um von Nutzen zu sein.

Aktive Verstärker werden direkt nach der Kapsel in Reihe geschaltet. Dies dient dazu, die Spannung auf machbare Pegel zu erhöhen und die Impedanz des Signals sofort zu verringern. Die niedrige Impedanz ermöglicht es dem Signal, sich mit schrecklicher Verschlechterung über praktische Kabellängen zu bewegen.

Die Verstärkung des integrierten Verstärkers eines aktiven Mikrofons ist normalerweise ein fester Wert.

Viele aktive Mikrofone sind mit Pad-Dämpfungsschaltern ausgestattet, die die Amplitude des von der Kapsel ausgegebenen Audiosignals verringern, bevor das Signal den Verstärker erreicht. Diese Pads sind vorgesehen, um eine Überlastung des aktiven Verstärkers/Schaltkreises und eine nachfolgende Signalverzerrung zu verhindern.

Aktive Verstärker verstärken das Mikrofonsignal. Allerdings reicht die Verstärkung nicht aus, um die aktiven Mikrofonausgangssignale auf Line-Pegel zu verstärken.

Das AKG C 414 XLII ist ein hervorragendes Beispiel für ein aktives Kondensatormikrofon mit eingebautem FET. Aber auch mit diesem «Verstärker» gibt das Mikrofon Signale mit Mikrofonpegel aus.

Verstärkung aktiver Vorverstärker bei USB-/Digitalmikrofonen

USB-Mikrofone und andere, die digitales Audio ausgeben, verfügen über integrierte Analog-Digital-Wandler(ADCs).

Sie haben normalerweise auch einen eingebauten Mikrofonvorverstärker vor ihrem ADC.

In diesem Fall muss der eingebaute Vorverstärker über eine einstellbare Verstärkung verfügen, um das Audiosignal vom Mikrofon effektiv auf Line-Pegel zu bringen, bevor es in ein digitales Signal umgewandelt wird.

Das Blue Yeti ist ein beliebtes USB-Mikrofon mit integriertem Mikrofonvorverstärker und ADC. Es hat sogar einen eingebauten DAC und Kopfhörerverstärker und fungiert als seine eigene vollständige Schnittstelle.

Verstärkung eines separaten Mikrofonvorverstärkers

Da alle professionellen Mikrofone Signale mit Mikrofonpegel ausgeben, benötigen sie alle eine Verstärkung, um sie auf Line-Pegel zu bringen. Mikrofonvorverstärker liefern diese Verstärkung!

Die Mikrofonverstärkung wird auf das Signal am Mikrofoneingang eines Vorverstärkers angewendet.

Dies ist ein wichtiger Unterschied, wenn es um mehrere Eingangskanäle geht. Schließen Sie das Mikrofon nicht an einen Line-Eingang an. Line-Eingänge erwarten Signale, die viel stärker als der Mikrofonpegel sind, und bieten nicht genügend Verstärkung, um das Mikrofonsignal zu verstärken.

Audioaufnahmen und -mischungen, ob analog oder digital, erfolgen fast immer auf Line-Pegel. Das bedeutet, dass es wichtig ist, analoges Line-Pegel-Audio mit Verstärkung zu erhalten, und die richtigen ADCs, die analoge Line-Pegel-Signale in digitale Signale umwandeln können, sind ebenfalls unerlässlich.

Mischpulte haben oft eingebaute Eingangsverstärker, obwohl Profis oft eigenständige Eingangsverstärker bevorzugen. Wenn Sie einen separaten Vorverstärker an ein Mischpult anschließen, stellen Sie sicher, dass Sie das Vorverstärkersignal an den Line-Eingang und nicht an den Mikrofoneingang senden.

Unabhängige Vorverstärker können über einen Digital/Analog-Wandler an DAWs angeschlossen werden. DAWs können auch Audio-Interfaces verwenden, um ihre Mikrofoneingänge zu versorgen. Audio-Interfaces sind mit eingebauten Vorverstärkern ausgestattet.

Ein Mikrofonvorverstärker ist eine Verstärkerschaltung, die entwickelt wurde, um einen Mikrofoneingang auf Line-Pegel zu verstärken. Der Mikrofonvorverstärker ist fast immer die erste Schaltung, der ein Mikrofonausgangssignal unterzogen wird.

Grundsätzlich bereitet ein Mikrofonvorverstärker das Audiosignal eines Mikrofons für die Verwendung in allen anderen Audiogeräten auf.

Darüber hinaus bieten Mikrofonvorverstärker oft auch eine +48 – Volt – Phantomspeisung, um aktive Mikrofone mit Strom zu versorgen, die an sie angeschlossen werden können.

Das Focusrite Scarlett 2i2 ist ein beliebtes Audio-Interface mit 2 Combo-Eingängen(Mic/Line/Instrument), die Phantomspeisung liefern können.

Der Heritage Audio 1084 ist ein Beispiel für einen vollständig eigenständigen Solid-State-Vorverstärker/EQ mit Phantomspeisung; 80 dB Vorverstärkerverstärkung und Equalizer der Klasse A.

Wie wirkt sich die Mikrofonverstärkung auf die Mikrofonsignale aus?

Der Name des Spiels für die Mikrofonverstärkung besteht darin, das Mikrofonsignal auf Line-Pegel zu verstärken. Die Höhe des benötigten Gewinns hängt von einigen Dingen ab:

• Die Empfindlichkeit des Mikrofons(Signalausgang pro Schalldruckpegel)
• Die Nähe zur Schallquelle und die vom Mikrofon erfasste Lautstärke der Schallquelle.

Hier ist ein Beispiel für den ersten Punkt: Aktive Mikrofone(z. B. Kondensatormikrofone) haben eingebaute Verstärker, die sie empfindlicher machen als passive Mikrofone(z. B. Moving-Coil-Dynamik). Wenn also alles andere gleich ist, benötigt ein Kondensatormikrofon weniger Vorverstärkerverstärkung als ein dynamisches Mikrofon, um eine Signalstärke auf Line-Pegel zu erreichen.

Ein Beispiel für den zweiten Punkt könnte sein, dass ein Mikrofon, das in der Nähe einer Bassdrum platziert wird, weniger Verstärkung benötigt als dasselbe Mikrofon, das weiter von der Kickdrum entfernt platziert wird, um eine Signalstärke auf Line-Pegel zu erreichen. Das nahe Kick-Drum-Mikrofon würde auch weniger Verstärkung benötigen als das gleiche Mikrofon, das vor einer Person platziert wird, die ein Voice-Over macht.

Beim Anpassen der Verstärkung eines Mikrofoneingangs ist es wichtig, das Signal nicht zu übersteuern oder zu übersteuern(dies wird normalerweise durch ein rotes Licht am Mischpult/Vorverstärker/Interface/etc. angezeigt).

Das Ziel besteht darin, das Signal auf den nominalen Line-Pegel zu verstärken, sodass es in der Signalstärke jedem anderen Mikrofon und Instrument ebenbürtig ist.

Warum geben Mikrofone keinen Line-Pegel aus?

Die Frage drängt sich auf. Warum bauen Mikrofonhersteller keine Vorverstärker in ihre Mikrofone ein, damit ihre Mikrofone ein Signal mit Line-Pegel ausgeben können?

Die einfachen Antworten sind Geschichte und Marketing.

Es macht einfach nicht viel Sinn, das Format jetzt zu ändern, wenn so viel Ausrüstung entworfen wird, wie sie ist.

Es macht auch aus Marketingsicht wenig Sinn, Vorverstärker und Mikrofone in einer Einheit zu konsolidieren. Die jetzt verfügbare Technologie würde es jedoch durchaus möglich machen.

Volumen gewinnen

Wenn wir ein Mikrofon an einen Vorverstärker anschließen, haben wir eine Art Gain-Control-Einstellung. Typischerweise ist der Gain-Regler ein Knopf. Durch Drehen des Gain-Reglers im Uhrzeigersinn wird die Verstärkung erhöht, während durch Drehen gegen den Uhrzeigersinn die auf das Eingangssignal angewendete Verstärkung verringert wird. Die Verstärkung wird in dB-Werten ausgedrückt.

Sobald wir die Verstärkung richtig eingestellt haben und es an der Zeit ist, dieses Audiosignal zu verwenden, verwenden wir normalerweise einen Kanalzug(entweder auf einem Mischpult oder in einer DAW). Hier verwenden wir einen Lautstärkeregler(normalerweise einen Fader), um die Lautstärke einzustellen. Die Lautstärke wird ebenfalls in dB-Werten angegeben.

Der Zweck der Verstärkung besteht darin, jedes Instrument und jedes Mikrofon so einzustellen, dass sie alle die gleiche Signalstärke nahe dem nominalen Line-Pegel haben.

Der Zweck der Lautstärke besteht darin, die richtige Balance jedes Instruments und Mikrofons für den Mix zu schaffen.

Holen Sie sich zuerst Anpassungen. Zweite Lautstärkeanpassungen!

Pre/Post-Fader-Pegel auf Mischpulten

Apropos Verstärkung, Lautstärke und Mixer, ich dachte, ich schreibe ein paar Absätze über Pre- und Post-Fade-Pegel auf Mischpulten.

Wenn Sie die Lautstärkeregler an einem Mischpult einstellen, bedeutet dies normalerweise, dass Sie die Lautstärke der Hauptausgänge einstellen. Manchmal benötigen wir jedoch Aux-Mischungen, die sich von der Hauptmischung unterscheiden.

Ein Aux-Mix ist ein anderer Mix als der Main-Mix. Mischpulte haben oft «Aux-Send-Tasten», um ein Kanalsignal an Aux-Mischungen zu senden. Diese Sends können auf Pre-Fader oder Post-Fader eingestellt werden.

• Pre-Fader bedeutet, dass das Signal nur basierend auf den Gain-Einstellungen gesendet wird. Das Signal wird vor dem Lautstärkefader gesendet. Das Bewegen des Lautstärke-Faders ändert nicht den Pegel des Pre-Fader-Signals.
• Post-Fader bedeutet, dass das Signal entsprechend der Verstärkungs- und Lautstärkeeinstellungen gesendet wird. Das Signal wird nach dem Lautstärkefader gesendet. Das Bewegen des Lautstärke-Faders ändert den Pegel des Post-Fader-Signals.

Ein Beispiel, das ich verwenden werde, um Pre/Post-Fade zu erklären, ist, wenn jemand ein Signal in seiner Aux-Mischung benötigt, das nicht in der Hauptmischung sein sollte.

Nehmen wir an, dies ist ein Mikrofon, das ein Produzent verwendet, um mit einem sekundären Reporter zu sprechen. Wir brauchen den sekundären Reporter, um den Produzenten zu hören, aber wir wollen nicht, dass der Produzent durch die Hauptkanäle gehört wird.

Um dies zu erreichen, würden wir Folgendes tun:

• Stellen Sie die Mikrofonverstärkung des Produzenten auf den nominalen Line-Pegel ein.
• Stellen Sie den Lautstärkefader auf −∞ dB.
• Senden Sie das Signal des Kanals an einen Aux-Mix und dann an den Kopfhörer des Reporters an der Seitenlinie.
• Stellen Sie den Aux-Send auf Pre-Fader-Pegel ein.

Dadurch wird das Signal „pre-fader“ nur basierend auf der Verstärkungseinstellung gesendet, anstatt „post-fader“, was auf der Verstärkungs- und Lautstärkeeinstellung basieren würde(in diesem Fall würde es aufgrund der Lautstärke von −∞ dB kein Signal geben eben).

Verwandte Fragen

Ist die Verstärkung des Mikrofonvorverstärkers dieselbe wie die Verstärkung meines Gitarrenverstärkers?

Ja, beides sind Beispiele für elektrische Signalverstärkung. Mikrofone und E-Gitarren-Tonabnehmer geben schwache Audiosignale aus. Diese schwachen Signale müssen verstärkt werden, um in Audiogeräten effektiv zu funktionieren. Ein Unterschied besteht darin, dass Gitarrenverstärker gut klingen, wenn sie übersteuert sind, während Mikrofonvorverstärker dies nicht tun.

Gibt es Mikrofone mit Line-Pegel-Ausgang?

Kein professionelles Mikrofon gibt ein Signal mit Line-Pegel aus. Es ist eine Technologie verfügbar, um ein Mikrofonsignal innerhalb des Mikrofonkörpers selbst auf Line-Pegel zu verstärken, so dass das Mikrofon ein Line-Pegel-Signal ausgibt. Dies wird jedoch wahrscheinlich nicht auf dem professionellen Markt eingeführt.