"Auflösung" von Mikrofonen

Auflösung ist ein digitaler Begriff, ein Mikrofon arbeitet analog. Sprich es gibt unendlich viele unendliche kleine Schritte. Den Begriff den du suchst gibt es nicht weil technisch nicht vorhanden

Die Auflösung in Schritten findet erst im AD-Wandler statt, die Amplitude z.B. in 16-bit oder 24-bit, die Frequenzen in 44,1/48/usw. Sampleraten. Analog kennt gar keine Schritte, sondern ist Werte(=Amplitude)- und Zeit(=Frequenz)-kontinuierlich. Wie genau sich das messen lässt, hängt nur von der Empfindlichkeit und der Anzahl der Nachkommastellen (Digits) des Messgerätes ab (das damit leider wiederum "Schritte" suggeriert, wo keine sind).

Von "Auflösung" wird oft im Studio gesprochen, um auszudrücken, das z.B. ein gutes Kondensatormikrofon die Nuancen einer Stimme oder eines Instruments besser, detaillierter und genauer einfängt als z.B. ein schnödes SM57 ... das ist aber imho nicht wirklich ein technischer Begriff.

"feinauflösung" wäre jetzt mal mein begriff dafür. es gibt da ja in der tat grosse unterschiede zwischen mikrofonen. aber ich wüsste jetzt erstmal keinen parameter, der das irgendwie korrekt ausdrücken kann.
ein gutes mikrofon ist eben das zusammenspiel von vielen faktoren

Zitat von "zegi"

...Und zu guter letzt, müsste die "Feinauflösung" besser sein, je leichter die Membran des Mikrofons ist.
...

...ich hätte ja auch den Verdacht, dass ein Kondensermikrofon vom Prinzip her präziser abstufen könnte als ein dynamisches Mikrofon.

das hängt ja direkt miteinander zusammen. da die membran eines kondensatormikrofons im gegensatz zu einem dynamischen wandler keine schwingspule bewegen muss, bietet das kondensatorprinzip hier natürlich erhebliche vorteile. aus diesem grunde sind ja auch so gut wie alle sehr hochwertigen mikrofone als kondensatortyp ausgeführt.
eine kleine ausnahme stellen hier die bändchenmikrofone dar, die ja auch eigentlich dynamische wandler sind - aber an sich keine schwingspule bewegen müssen und deshalb den schallwellen ebenfalls recht genau folgen können.

Zitat von "zegi"

...Kann man denn sagen, bis zu welchem Grad man dB-Unterschiede ganz sicher noch festmachen kann? 0.1 dB Schritte? 0.01 dB Schritte?

ein gutes mikrofon kann da mit sicherheit noch feinere unterschiede machen.
aber wie gesagt, es existiert hierzu meines wissen keine messmethode. das wäre auch sehr schwierig umzusetzen, denn die anregungssignale müssten extrem genau (und wiederholbar!) herstellbar sein und die messumgebung müsste extrem ruhig sein.

Ich wäre ja dafür sich an der Stelle nicht auf Frequenz- und Pegelverhalten festzulegen, sondern den Faktor "Impulstreue" mit zu berücksichtigen, also die annähernd ideale Übertragung in der Zeitebene.

Ein ausgedehnter Frequenzgang sagt ja z.B. nichts darüber aus, ob ein Impuls (Transient) originalgetreu übertragen wird, wenn dieser Frequenzgang mit Hilfe von Resonatoren (akustisch/elektrisch) zustande kommt.

In der Fotografie gibt es z.B. qualitativ unterschiedliche Objektive - diese unterscheiden sich (bei gleicher Grösse/Typ) in Glasqualität, -schliff und der Genauigkeit bei Ausrichtung der Linsen - das gute ist in der Lage jedes Detail auf den Punkt des Filmes/Chips zu lenken wo es hingehört, während ein schlechteres leicht streut und damit Unschärfe verursacht.

Unser Frequenzgang ist wiederum so etwas wie das Farbspektrum. Dieses lässt sich auch im nachhinein verbiegen um die "emotional" gewünschte Aussagekraft zu erreichen, wenn die Kamera jedoch ein unscharfes Bild liefert, bekommt man auf die Art aber noch lange kein scharfes, detailreiches Bild.

das ist ein sehr interessanter ansatz!

impulsantworten lassen sich ja relativ leicht als vergleichsmessungen ermitteln. man benötigt dazu also nur ein sehr gutes vergleichsmikrofon, die qualität der schallquelle ist dabei fast unerheblich. gut, es sollte wenigstens ein hochtöner dabei sein
man müsste das tatsächlich mal mit verschiedenen mikrofonen ausprobieren.

Mikrofone und Lautsprecher lassen sich nur bedingt vergleichen. Beide sind zwar elektro-mechanische Wandler, aber mit einem fundamentalen Unterschied: Lautsprecher müssen elektrische Leistung umsetzen und oft beträchtliche Energie an die Luft abgeben. Mikrofone setzen die Schallenergie leistungslos in elektrische Spannungen um (wobei die leistungslose Ankopplung, also Spannungsankopplung, für den ganzen weiteren Signalweg bis zum Lautsprecher gilt).
Da keine Leistung umgesetzt wird, können eigentlich alle Mikrofonmembranen prinzipiell dem eintreffenden Schall präzise folgen. Dabei sind die Details, wie Richtcharakteristiken erzeugt werden und lineare bzw. gewünschte Frequenzgänge realisiert werden können in der Praxis ziemlich komplex und erfordern eine hohe feinmechanische Präzision in der Fertigung.

Die Membranen sind eher nicht der Grund für etwas höhere Massen bei dynamischen Mikrofonen, sondern die angehängten Spulen.

Alle halbwegs guten Mikrofone können dem Schall im Rahmen ihres Dynamikumfangs linear und stufenlos folgen. Der Dynamikumfang berechnet sich aus maximalem Schalldruck (üblicherweise bei 0,5% Verzerrung) minus Eigenrauschen/Ersatzgeräuschpegel. Bei einem für ein Studio-Mikrofon durchaus typischen Wert von 135 dB max. Schalldruck und 15 dB Ersatzgeräuschpegel ergeben sich satte 120 dB Dynamikumfang. Das reicht im Allgemeinen für alles aus, was Musik oder sonstigen Lärm macht.

Entscheidender für den "Klang" eines Mikrofons sind Parameter wie der 0°-Frequenzgang im Freifeld (die übliche Frequenzkurve), der Diffusfeld-Frequenzgang (wird oft nicht angegeben) und seine Relation zum Freifeld-Frequenzgang (Stichwort "Bündelungsmaß) sowie in direktem Zusammenhang damit der 360°-Frequenzgang bei verschiedenen Frequenzen (Polar-Diagramm) und seine Abweichungen relativ zum gewünschten Richtverhalten. So richten z.B. Großmembran-Nieren nach oben hin immer stärker, Kleinmembran-Mikros können diesbezüglich konstanter konstruiert werden.

Dann gibt es noch das Impulsverhalten. Hier wird gemessen, wie das Mikrofon auf einen möglichst rechteckförmigen Schallimpuls reagiert wie ihn z.B. ein heftiger Stromfunken abgibt. Da ein Mikrofon per se einen Tiefpass darstellt, kann die Antwort nie ebenfalls rechteckförmig sein. Entscheidend ist, wie schnell die Anstiegszeit ist und ob es Nachschwinger oder Welligkeiten nach dem Impuls gibt. Letzteres sollte es möglichst nicht geben, die Anstiegszeit sollte möglichst kurz sein. Da Anstiegszeit und obere Grenzfrequenz zusammen hängen, sind Mikrofone, die bis 20 KHz oder sogar darüber hinaus noch über dem -3 dB-Limit der Definitionskurven liegen hinsichtlich ihrer Impulstreue üblicherweise besser als Mikrofone, die z.B. bei 16 KHz schon die -3 dB-Grenze unterschreiten und bei 20 KHz vielleicht schon sogar -10 dB. Im Detail hängt das aber von weiteren konstruktiven Details wie Laufzeit-/Dämpfungsgliedern ab. Leider werden Impulsdiagramme meines Wissens nach nicht veröffentlicht, wenn denn überhaupt routinemäßig das Impulsverhalten gemessen wird.

"Abstufung" ist meiner Kenntnis nach kein relevantes Kriterium für Mikrofone.

Gruß, Jürgen

Zitat

Irgendwo lässt die Trägheit der Masse von Membran und Spuhle keine differenziertere Abstufung von Lautstärkenunterschieden mehr zu.

Zitat

...ich hätte ja auch den Verdacht, dass ein Kondensermikrofon vom Prinzip her präziser abstufen könnte als ein dynamisches Mikrofon.

Trotz der Anmerkungen der Kollegen bist du immer noch bei 'Stufen' – und damit offenbar in einer Gedankenfalle.
Es gibt in der analogen Welt keine Stufen. Weder in der theoretischen (jede Menge lässt sich in beliebigen Schritten in unendlich viele Teilmengen aufteilen, und jedes Komma lässt sich beliebig verschieben), noch bei den uns in der Praxis interessierenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten; es sei denn wir begeben uns in die Gefilde der Quantenphysik (und selbst diese Welt ist vor allem eins: diffus :D). Die uns vertrauten Maßeinheiten, die uns u. U. zum 'Stufendenken' verführen können, bilden dabei lediglich eine vom Menschen willkürlich gesetzte Skala, um diese analoge Welt gedanklich einigermaßen ordnen zu können. Beim Versuch, sie mit digitalen Messgeräten unendlich genau zu erfassen, scheiterst du unweigerlich an der endlichen Auflösung der verwendeten Messeinrichtung.

Um bei Mikro/ Lautsprecher zu bleiben: natürlich folgt eine kleine leichte Membran Luftdruckschwankungen präziser als eine große schwere. Aber darüber, darunter und dazwischen gibt’s unendlich viele mögliche Membrangrößen und -gewichte = unendlich viele mögliche 'Auflösungen'. Gänzlich stufenlos.

Mit freundlichem Gruß
BillBo

Jepp, wie die Vorredner schon ausgeführt haben: 'Impulsverhalten' entspricht am ehesten der gesuchten Eigenschaft und das ist natürlich stufenlos. :wink:

Zum Impulsverhalten fällt mir eine alte Frage wieder ein, bei der ich wohl ebenfalls einen nicht zufriedenstellenden Denkfehler habe. Da mache ich gleich mal einen neuen Fred für auf.

Nein. Ein (seeeeehr und eher theoretisch) schlechtes Impulsverhalten bewirkt, dass beispielsweise 1 Sekunde nach Abschalten des Sinustons (in einer akustisch sehr trockenen Umgebung) die Membran des Mikrofons immer noch schwingt und eine Ausgangspannung produziert. Bzw. umgekehrt beim Einschalten des Tons mehrere Sekunden braucht um sich einzuschwingen und auf den richtigen Spannungswert zu kommen.

Ähnlich wie mit dem Gaspedal eines untermotorisierten KFZ...

Das Zauberwort für die grafische Darstellung lautet "Wasserfalldiagramm", findet man meist eher im Zusammenhang mit Lautsprechern.

Hallo Zegi,

ich glaube, du unterliegst immer noch dem Irrtum, dass es da in irgendeiner Weise Abstufungen gäbe. Jede noch so kleine Veränderung beim Ausgangssignal wird in einer rein analogen Messkette eine (wenn auch sehr kleine) Veränderung bewirken (außer vielleicht im Absoluten Grenzbereich, wo ein Verstärker oder eine Spannungsversorgung nicht mehr in der Lage ist, mehr Pegel zu generieren = Limiting). Die Frage ist natürlich, ob dein "Beobachtungsgerät" (damit meine ich nicht das Mikrofon!!) diese Veränderung erkennen und darstellen kann.

Viele Grüße
David Kammerer

ich möchte das mal anders formulieren.
du suchst also mikrofondaten, wie gut das mikrofonsignal dem schallereignis "folgen" kann. es geht um die präzision des signalverlaufs. dies lässt sich nicht in mV oder µV angeben, denn die "signalverfolgung" hat auch eine zeitliche komponente.
und genau das kann man grafisch mit einer impulsantwort darstellen.

wie ich schon beschrieben hatte: man macht eine FFT messung, bei der die referenz von einem sehr guten mikrofon kommt (im idealfall eine kleine membran, vielleicht die eines messmikrofons). die impulsantwort des zu messenden mikrofons wird dann davon abweichen und eine entsprechend verfälschte kurve zeigen.
wahrscheinlich muss man da sehr stark reinzoomen, aber das müsste IMHO funktionieren.

Zitat von "zegi"

Ich widerspreche nicht - ich versuche es nur zu verstehen;

Schalldruck ist ja letztlich ein Druckunterschied, der beim Mikrofon die Membrane eindrückt/herauszieht (etwas salopp formuliert). Je geringer der Schalldruck, desto weniger stark wirkt der Druck auf die Membran. Es müsste doch einen Punkt geben, wo der Druck nicht mehr genügt, die Masse der Membran zu bewegen? Und dieser Wert (sagen wir als Beispiel 0.001dB) könnte dann aufgrund mechanischer Eigenschaften des Mikrofons nicht mehr differenziert werden. Das hiesse bei dem Beispiel eben, dass das Mikrofon den Unterschied von 80 dB und 80.001 dB nicht erfassen könnte.

Oder ist das Unfug und Mikrofone wären in der Lage, Pegelunterschiede bis zum Grenzwert von 0, differenzieren zu können?

Die Frage ist so formuliert deutlich besser zu verstehen und nach einigem Nachdenken wage ich ein Antwort:
Ich würde sagen, daß die Untergrenze der "Auflösung" eines Mikrofons in der Größenordnung seines Eigenrauschens liegt, also dem Wert des "Ersatzgeräusches".
Bei diesem "Ersatzgeräusch" handelt es sich ja um das unvermeidliche Eigenrauschen, z.B. aufgrund des thermischen Rauschens in der Kapsel und in der Schaltung (bei Kondensatoren).
Als Beispiel möchte ich einen Wert des Eigenrauschens von 20 dB nehmen, das entspricht 0,0002 Pascal. Geräusche, die darunter liegen, z.B. das "Blätterrascheln in der Ferne" mit nur noch 10 dB (0,000063 Pa) kann dieses Mikrofon nicht mehr hören und damit nicht mehr in eine Spannungsänderung am Ausgang ausgeben.

Nun nimmt das Mikrofon dieses Eigenrauschen natürlich sozusagen mit, auch wenn es mit höheren Pegeln beschallt wird, es rauscht ja immer mit diesem Wert von 0,0002 Pa. Es ist hier besser, zusätzlich mit Pascal statt mit dB zu rechnen, da die Größenordnungen auf diese Weise anschaulicher werden.
Bei einem Schallpegel von 40 dB (immer noch sehr leise) ist der Schalldruck 0,002 Pa, das Rauschen liegt damit bei 10% des Signals. Bei 80 dB ist der Schalldruck 0,2 Pa, das Rauschen liegt nur noch bei 0,1% des Signals. Bei 100 dB = 2 Pa sind es nur noch 0,01%.

Ich würde sagen, daß der Schallpegel sich in dem beschriebenen Beispiel immer um etwa 0,0002 Pa ändern muss um nicht im Eigenrauschen des Mikrofons unter zu gehen und um eine Spannungsänderung am Ausgang hervorzurufen. Der dazu gehörende dB-Wert muss natürlich stets auf den anliegenden Schalldruckpegel umgerechnet werden, da der prozentuale Anteil von diesem Wert abhängt wie oben beschrieben.

Wenn mein Gedankengang stimmt, bräuchte man nur im Datenblatt nach dem Ersatzschallpegel schauen um sozusagen die "Auflösung" des Mikrofons zu ermitteln.
Da der Wert des Eigenrauschens konstant ist, aber der Schalldruck logarithmisch ansteigt, wird die "Auflösung" immer kleiner, je höher der auf das Mikrofon einwirkende Schalldruck ist.

Gruß, Jürgen