Wissen über Mikrofon- und Mischpult-Pegel
Die technischen Spezifikationen von Mikrofonen sind eine wichtige Grundlage für deren Auswahl und Einsatz. Nur wenn man ihre genaue Bedeutung versteht, kann der Abstand zwischen Mikrofon und Schallquelle richtig bestimmt, die Umwandlung von Schalldruck in Spannung beherrscht und der Schalldruckpegel im Schallfeld des Mikrofons präzise in den Eingangspegel des Mischpults umgerechnet werden. Dadurch lässt sich die Eingangsverstärkung des Mischpults festlegen, um ein lineares Signal mit maximalem Signal-Rausch-Verhältnis und minimaler Verzerrung zu erhalten.
Welche Mikrofonkennwerte stehen also in engem Zusammenhang mit dem Eingang des Mischpults? Und wie kann basierend darauf der Arbeitspegel des Mischpults bestimmt werden?
I. Bedeutung einiger wichtiger Kennwerte
Audio-Anwendungen bieten eine umfassende Plattform für den Austausch und das Lernen rund um MIDI, Aufnahme, Mixing, Musikproduktion, Recording, Audio, VST, Instrumente, Gitarren, Mikrofone, Kopfhörer, Soundkarten und umfassende Audioinformationen sowie Nachrichten!
Broadcast-Mikrofone weisen etwa 10 technische Spezifikationen auf. Für Schallquelle und Mischpult sind die folgenden drei am wichtigsten: Maximaler Eingangsschalldruckpegel, Empfindlichkeit und maximaler Ausgangspegel. Der maximale Eingangsschalldruckpegel ist das Maß für den maximalen Schalldruckpegel, den ein Mikrofon bei 0,5% Gesamtklirrfaktor verkraften kann. Die Beziehung zum Schalldruck ist definiert als:
0 dB SPL = 2×10⁻⁵ Pa
Bei professionellen Mikrofonen ist der maximale Eingangsschalldruckpegel generell höher angesetzt. Solange der Abstand zur Schallquelle angemessen ist, entstehen keine hörbaren Verzerrungen. Daher konzentrieren wir uns hier auf die beiden letztgenannten Kennwerte, die den Arbeitspegel des Mischpults direkt beeinflussen.
1. Empfindlichkeit
Die Empfindlichkeit ist das Verhältnis der Ausgangsspannung eines Mikrofons zum einwirkenden Schalldruck pro Einheit und wird in mV/Pa angegeben. Zur Vereinheitlichung mit der Pegelmessung in Schaltungen kann die Empfindlichkeit auch in Dezibel ausgedrückt werden. Früher wurde Dezibel oft in dBm und dBV angegeben:
0 dBm = 1 mW/Pa, definiert als 0 dB für eine Ausgangsleistung von 1 mW bei 600 Ω Last unter 1 Pa Eingangsschalldruck;
0 dBV = 1 V/μbar, definiert als 0 dB für eine Ausgangsspannung von 1 V unter 1 μbar Eingangsschalldruck.
Heute wird Dezibel in dBμ angegeben:
0 dBμ = 0,775 V/Pa, definiert als 0 dB für eine Ausgangsspannung von 0,775 V des Mikrofons unter 1 Pa Eingangsschalldruck (damit wird die Pegelmessung nach der Schalldruck-Spannungswandlung auf die in Schaltungen übliche Referenzeinheit 0 dBμ = 0,775 V vereinheitlicht).
Offensichtlich können wir die Empfindlichkeit, unabhängig von ihrer Darstellung, in dBμ umwandeln, vorausgesetzt, die Eingänge werden auf die Einheit Pa vereinheitlicht.
Beispiel: Die Empfindlichkeit des NEUMANN U89 Mikrofons beträgt 8 mV/Pa. Direkt berechnet durch:
20 lg[(0,008 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
ergibt sich eine Empfindlichkeit von ca. -40 dBμ.
Ein weiteres Beispiel: Die Empfindlichkeit des AKG C414 Mikrofons beträgt -60 dBV. Mit
0 dBV = 1 V/μbar = 10 V/Pa
wird zunächst die Ausgangsspannung X unter 1 Pa Schalldruck bei -60 dBV berechnet:
20 lg[(X V/Pa) ÷ (10 V/Pa)] = -60
Daraus ergibt sich X = 0,01 (V), also eine Empfindlichkeit von 10 mV/Pa. Durch die Formel
20 lg[(0,01 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
ergibt sich eine Empfindlichkeit von ca. -37 dBμ.
2. Maximaler Ausgangspegel
Der Ausgangspegel des Mikrofons bei seinem maximalen Eingangsschalldruckpegel ist der maximale Ausgangspegel. So wie der maximale Eingangsschalldruckpegel den Abstand zwischen Mikrofon und Schallquelle begrenzt, bestimmt der maximale Ausgangspegel direkt den Arbeits-Eingangspegel des Mischpults. Bei einem gegebenen Mikrofon kann sein maximaler Ausgangspegel berechnet werden, sobald seine Empfindlichkeit und sein maximaler Schalldruckpegel bekannt sind.
Wieder am Beispiel des NEUMANN U89 Mikrofons: Empfindlichkeit 8 mV/Pa, maximaler Eingangsschalldruckpegel 134 dB SPL (bei 10 dB Eingangsdämpfung). Zunächst wird der Eingangsschalldruckpegel in Schalldruck umgewandelt, dann der maximale Ausgangspegel aus der Empfindlichkeit ermittelt: Da 0 dB SPL = 2×10⁻⁵ Pa, kann der maximale Eingangsschalldruck X durch
134 dB SPL = 20 lg(X / 2×10⁻⁵ Pa)
zu X = 100 (Pa) berechnet werden. Mit einer Empfindlichkeit von 8 mV/Pa beträgt der maximale Ausgang bei 100 Pa 800 mV, was als Ausgangspegel umgerechnet:
20 lg[(0,8 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
etwa 0 dBμ entspricht. Dies ist der theoretisch maximale Ausgangspegel des U89 Mikrofons. In der Praxis wird normalerweise die 10 dB Dämpfung nicht gewählt (um Eingangsrauschen zu reduzieren). Daher übersteigt der maximale Schalldruckpegel vor dem U89 bei ordnungsgemäßer Platzierung in der Regel nicht 124 dB SPL im Normalbetrieb, sodass sein maximaler Ausgangspegel generell deutlich unter 0 dBμ liegt.
II. Festlegung des Arbeitspegels des Mischpults
Technisch gesehen wird der Arbeitspegel eines Mischpults dadurch definiert, dass sein maximales Signalpegel die vom Hersteller festgelegte obere Grenze der dynamischen Reserve nicht überschreitet (in der Praxis muss der Arbeitspegel zusätzlich gemäß den Anforderungen des Programms festgelegt werden). Hier bezeichnet die maximale dynamische Reserve den Pegelbereich zwischen dem maximalen Pegel bei gegebenem Gesamtklirrfaktor und 0 dBμ, wie in der Abbildung dargestellt.
Wenn also auf der Mikrofonseite der maximal mögliche Schalldruckpegel der Schallquelle und die Empfindlichkeit des Mikrofons bekannt sind, kann der entsprechende maximale Ausgangspegel berechnet werden. Die Differenz zwischen diesem Pegel und der oberen Grenze der dynamischen Reserve des Mischpults ist die Eingangsverstärkung der Mischpult-Eingangsstufe, also des Mikrofonvorverstärkers (kurz: Mikrofon-Preamp). Das Signalpegel bei dieser Verstärkung ist der Arbeitspegel des Mischpults.
Am Beispiel einer aufgenommenen Koloratursopranistin mit U89 Mikrofon und AMEK RemBandt Mischpult wird dies erläutert: Angenommen, der maximale Schalldruckpegel der Schallquelle in 70 cm Entfernung vom Mikrofon beträgt 112 dB SPL (Spitzenwert, A-gewichtet), das Mikrofon hat einen maximalen Eingangsschalldruckpegel von 124 dB und eine Empfindlichkeit von 8 mV/Pa. Mit der Formel
112 dB SPL = 20 lg(X / 2×10⁻⁵)
entspricht 112 dB Schalldruckpegel einem Schalldruck von 8 Pa. Dies ergibt eine Ausgangsspannung von 8 Pa × 8 mV/Pa = 64 mV, bzw. einen Ausgangspegel von:
20 lg[(0,064 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)] = -22 dBμ
Nach Anschluss an ein Mischpult mit 70 dB Mikrofonvorverstärker-Verstärkung und einer dynamischen Reserve der Vorverstärkerstufe von 12 dBμ bei 0,017% Gesamtklirrfaktor (die dynamische Reserve der Leitungsverstärkerstufe dieses Mischpults beträgt 28 dBμ) verbleibt eine Reserve von 34 dB bis zur Obergrenze von +12 dBμ (+12 dB - (-22 dB) = 34 dB). Dies ist die erforderliche Eingangsverstärkung des Mischpults. Damit ist der Arbeitspegel des Mischpults festgelegt.
In der praktischen Anwendung sollte die Vorverstärkerverstärkung zur Sicherheit um einige dB reduziert werden, um sicherzustellen, dass der Gesamtklirrfaktor des Mischpults bei maximalem Signalpegel unter 0,017% bleibt. Die Reduzierung wird wie folgt bestimmt: Zunächst werden die Fader für Kanal, Monitor und Gesamtausgang alle auf die 0 dB Arbeitsposition gestellt. Anschließend werden die Eingangs- und Ausgangspegelmesser beobachtet, und anhand ihrer Anzeige im Normalbereich wird die Reduzierung in dB festgelegt.
Welche Mikrofonkennwerte stehen also in engem Zusammenhang mit dem Eingang des Mischpults? Und wie kann basierend darauf der Arbeitspegel des Mischpults bestimmt werden?
I. Bedeutung einiger wichtiger Kennwerte
Audio-Anwendungen bieten eine umfassende Plattform für den Austausch und das Lernen rund um MIDI, Aufnahme, Mixing, Musikproduktion, Recording, Audio, VST, Instrumente, Gitarren, Mikrofone, Kopfhörer, Soundkarten und umfassende Audioinformationen sowie Nachrichten!
Broadcast-Mikrofone weisen etwa 10 technische Spezifikationen auf. Für Schallquelle und Mischpult sind die folgenden drei am wichtigsten: Maximaler Eingangsschalldruckpegel, Empfindlichkeit und maximaler Ausgangspegel. Der maximale Eingangsschalldruckpegel ist das Maß für den maximalen Schalldruckpegel, den ein Mikrofon bei 0,5% Gesamtklirrfaktor verkraften kann. Die Beziehung zum Schalldruck ist definiert als:
0 dB SPL = 2×10⁻⁵ Pa
Bei professionellen Mikrofonen ist der maximale Eingangsschalldruckpegel generell höher angesetzt. Solange der Abstand zur Schallquelle angemessen ist, entstehen keine hörbaren Verzerrungen. Daher konzentrieren wir uns hier auf die beiden letztgenannten Kennwerte, die den Arbeitspegel des Mischpults direkt beeinflussen.
1. Empfindlichkeit
Die Empfindlichkeit ist das Verhältnis der Ausgangsspannung eines Mikrofons zum einwirkenden Schalldruck pro Einheit und wird in mV/Pa angegeben. Zur Vereinheitlichung mit der Pegelmessung in Schaltungen kann die Empfindlichkeit auch in Dezibel ausgedrückt werden. Früher wurde Dezibel oft in dBm und dBV angegeben:
0 dBm = 1 mW/Pa, definiert als 0 dB für eine Ausgangsleistung von 1 mW bei 600 Ω Last unter 1 Pa Eingangsschalldruck;
0 dBV = 1 V/μbar, definiert als 0 dB für eine Ausgangsspannung von 1 V unter 1 μbar Eingangsschalldruck.
Heute wird Dezibel in dBμ angegeben:
0 dBμ = 0,775 V/Pa, definiert als 0 dB für eine Ausgangsspannung von 0,775 V des Mikrofons unter 1 Pa Eingangsschalldruck (damit wird die Pegelmessung nach der Schalldruck-Spannungswandlung auf die in Schaltungen übliche Referenzeinheit 0 dBμ = 0,775 V vereinheitlicht).
Offensichtlich können wir die Empfindlichkeit, unabhängig von ihrer Darstellung, in dBμ umwandeln, vorausgesetzt, die Eingänge werden auf die Einheit Pa vereinheitlicht.
Beispiel: Die Empfindlichkeit des NEUMANN U89 Mikrofons beträgt 8 mV/Pa. Direkt berechnet durch:
20 lg[(0,008 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
ergibt sich eine Empfindlichkeit von ca. -40 dBμ.
Ein weiteres Beispiel: Die Empfindlichkeit des AKG C414 Mikrofons beträgt -60 dBV. Mit
0 dBV = 1 V/μbar = 10 V/Pa
wird zunächst die Ausgangsspannung X unter 1 Pa Schalldruck bei -60 dBV berechnet:
20 lg[(X V/Pa) ÷ (10 V/Pa)] = -60
Daraus ergibt sich X = 0,01 (V), also eine Empfindlichkeit von 10 mV/Pa. Durch die Formel
20 lg[(0,01 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
ergibt sich eine Empfindlichkeit von ca. -37 dBμ.
2. Maximaler Ausgangspegel
Der Ausgangspegel des Mikrofons bei seinem maximalen Eingangsschalldruckpegel ist der maximale Ausgangspegel. So wie der maximale Eingangsschalldruckpegel den Abstand zwischen Mikrofon und Schallquelle begrenzt, bestimmt der maximale Ausgangspegel direkt den Arbeits-Eingangspegel des Mischpults. Bei einem gegebenen Mikrofon kann sein maximaler Ausgangspegel berechnet werden, sobald seine Empfindlichkeit und sein maximaler Schalldruckpegel bekannt sind.
Wieder am Beispiel des NEUMANN U89 Mikrofons: Empfindlichkeit 8 mV/Pa, maximaler Eingangsschalldruckpegel 134 dB SPL (bei 10 dB Eingangsdämpfung). Zunächst wird der Eingangsschalldruckpegel in Schalldruck umgewandelt, dann der maximale Ausgangspegel aus der Empfindlichkeit ermittelt: Da 0 dB SPL = 2×10⁻⁵ Pa, kann der maximale Eingangsschalldruck X durch
134 dB SPL = 20 lg(X / 2×10⁻⁵ Pa)
zu X = 100 (Pa) berechnet werden. Mit einer Empfindlichkeit von 8 mV/Pa beträgt der maximale Ausgang bei 100 Pa 800 mV, was als Ausgangspegel umgerechnet:
20 lg[(0,8 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)]
etwa 0 dBμ entspricht. Dies ist der theoretisch maximale Ausgangspegel des U89 Mikrofons. In der Praxis wird normalerweise die 10 dB Dämpfung nicht gewählt (um Eingangsrauschen zu reduzieren). Daher übersteigt der maximale Schalldruckpegel vor dem U89 bei ordnungsgemäßer Platzierung in der Regel nicht 124 dB SPL im Normalbetrieb, sodass sein maximaler Ausgangspegel generell deutlich unter 0 dBμ liegt.
II. Festlegung des Arbeitspegels des Mischpults
Technisch gesehen wird der Arbeitspegel eines Mischpults dadurch definiert, dass sein maximales Signalpegel die vom Hersteller festgelegte obere Grenze der dynamischen Reserve nicht überschreitet (in der Praxis muss der Arbeitspegel zusätzlich gemäß den Anforderungen des Programms festgelegt werden). Hier bezeichnet die maximale dynamische Reserve den Pegelbereich zwischen dem maximalen Pegel bei gegebenem Gesamtklirrfaktor und 0 dBμ, wie in der Abbildung dargestellt.
Wenn also auf der Mikrofonseite der maximal mögliche Schalldruckpegel der Schallquelle und die Empfindlichkeit des Mikrofons bekannt sind, kann der entsprechende maximale Ausgangspegel berechnet werden. Die Differenz zwischen diesem Pegel und der oberen Grenze der dynamischen Reserve des Mischpults ist die Eingangsverstärkung der Mischpult-Eingangsstufe, also des Mikrofonvorverstärkers (kurz: Mikrofon-Preamp). Das Signalpegel bei dieser Verstärkung ist der Arbeitspegel des Mischpults.
Am Beispiel einer aufgenommenen Koloratursopranistin mit U89 Mikrofon und AMEK RemBandt Mischpult wird dies erläutert: Angenommen, der maximale Schalldruckpegel der Schallquelle in 70 cm Entfernung vom Mikrofon beträgt 112 dB SPL (Spitzenwert, A-gewichtet), das Mikrofon hat einen maximalen Eingangsschalldruckpegel von 124 dB und eine Empfindlichkeit von 8 mV/Pa. Mit der Formel
112 dB SPL = 20 lg(X / 2×10⁻⁵)
entspricht 112 dB Schalldruckpegel einem Schalldruck von 8 Pa. Dies ergibt eine Ausgangsspannung von 8 Pa × 8 mV/Pa = 64 mV, bzw. einen Ausgangspegel von:
20 lg[(0,064 V/Pa) ÷ (0,775 V/Pa)] = -22 dBμ
Nach Anschluss an ein Mischpult mit 70 dB Mikrofonvorverstärker-Verstärkung und einer dynamischen Reserve der Vorverstärkerstufe von 12 dBμ bei 0,017% Gesamtklirrfaktor (die dynamische Reserve der Leitungsverstärkerstufe dieses Mischpults beträgt 28 dBμ) verbleibt eine Reserve von 34 dB bis zur Obergrenze von +12 dBμ (+12 dB - (-22 dB) = 34 dB). Dies ist die erforderliche Eingangsverstärkung des Mischpults. Damit ist der Arbeitspegel des Mischpults festgelegt.
In der praktischen Anwendung sollte die Vorverstärkerverstärkung zur Sicherheit um einige dB reduziert werden, um sicherzustellen, dass der Gesamtklirrfaktor des Mischpults bei maximalem Signalpegel unter 0,017% bleibt. Die Reduzierung wird wie folgt bestimmt: Zunächst werden die Fader für Kanal, Monitor und Gesamtausgang alle auf die 0 dB Arbeitsposition gestellt. Anschließend werden die Eingangs- und Ausgangspegelmesser beobachtet, und anhand ihrer Anzeige im Normalbereich wird die Reduzierung in dB festgelegt.