So nutzt Du DPA-Miniaturmikrofone richtig für drahtlose Anwendungen

Abbildung 1. Ein am Körper getragenes Funkmikrofon.

Die Mikrofonkapsel ist vorzugsweise ein Elektret-Typ aufgrund seiner hohen Audioqualität, seines geringen Platzbedarfs und seiner geringen Leistungsaufnahme. Damit es funktioniert, benötigt es einen eingebauten Verstärker / Trennverstärker / Impedanzwandler. Die Batterien des Senders sollen die Leistung zur Verfügung stellen, die oft als „Mikrofonvorspannung“ oder „Vorspannung“ bezeichnet wird. Die Energiekapazität der Batterien ist begrenzt. Daher sollte der Großteil der Leistung für den Sender selbst vorgebehalten werden, damit er so lange wie möglich „auf Sendung“ bleiben kann.

Eine gängige Lösung im Mikrofongehäuse

Das Elektretmikrofonelement generiert in Abhängigkeit vom akustischen Eingang ein Signal. Leider kann der Ausgang des Mikrofonelements damit keine langen Kabelwege und Standard-Mikrofoneingänge ansteuern. Damit dies funktioniert, wird ein Trennverstärker benötigt. Die einfachste Schaltung im Miniaturmikrofongehäuse – neben dem Elektretelement – ein FET (Feldeffekttransistor). Der FET weist eine extrem hohe Eingangsimpedanz und die benötigte, relativ niedrige Ausgangsimpedanz. Das Audiosignal vom Elektretelement reguliert den Strom durch den FET. Obwohl das Elektretelement ohne jegliche Stromversorgung arbeiten kann, benötigt der FET eine externe Gleichspannung.

Abbildung 2. Gängige Lösung für Miniatur-Elektretmikrofone, das Elektretelement und der FET.

Die Regulierung des Stroms durch einen FET ist etwa vergleichbar mit dem Abdrücken eines Wasserschlauchs: je fester man drückt, umso weniger Wasser fließt durch. Wenn man zu fest drückt, hört das Wasser auf zu fließen (in FETs wird das als „Abschaltmodus“ bezeichnet). Die einfache FET-Schaltung funktioniert relativ gut, wenn der Abschaltmodus nicht erreicht wird. Sie hat aber zwei Nachteile:

Der Strom durch den FET – und damit der Ausgang des Mikrofons – entspricht keiner vollständig linearen Funktion des Signaleingangs. Das Ergebnis ist ein nichtlinearer Dynamikbereich und eine gewisse Verzerrung. Diese Nichtlinearitäts-Fehler können bei verschiedenen Herstellern und Modellen variieren. Die Sender einiger Hersteller verfügen über ein eingebautes Korrekturnetzwerk zur Linearisierung des FET. Die meisten Sender tun dies nicht.

Aufgrund der Polarität der anliegenden Vorspannung wird der Ausgang negativ bei positivem Schalldruck auf der Mikrofonmembran. Übliche Audiostandards besagen, dass Mikrofone eine positive Spannung erzeugen sollten, wenn auf der Vorderseite der Membran ein positiver Druck anliegt. Einige Hersteller korrigieren dies, indem sie die Polarität des Übertragungssystems umkehren. Siehe dazu auch Mic-Uni-Artikel: Die Polarität von Drahtlos-Taschensendersystemen.

Die DPA-Lösung im Mikrofongehäuse

Alle Miniaturmikrofone von DPA haben eine hochmoderne Schaltung, die für erstklassige Klangqualität und vielseitige Einsatzmöglichkeiten sorgt. Die CORE-Technologie wurde entwickelt, um die Audioqualität zu verbessern, indem Verzerrungen reduziert und der Dynamikbereich von Miniaturmikrofonen erweitert werden. Aufbauend auf dem Erfolg von CORE geht die neue CORE+-Technologie noch einen Schritt weiter und eliminiert Verzerrungen innerhalb des erweiterten Dynamikbereichs.

DPA-Miniatur- und Subminiaturmikrofone bieten folgende Eigenschaften:

1. Positiver Ausgang bei positivem Schalldruck, d.h. in Phase.
2.  Vollständig abgeglichene Elektronik mit möglichst geringer Verzerrung auf allen Ebenen.
3. Jedes Mikrofon ist auf maximale Leistung ausgelegt und benötigt für eine bessere Performance keinen Sender eines bestimmten Herstellers.

Abbildung 3. Lösung für DPA-Mikrofone mit CORE by DPA-Technologie oder CORE+ gewährleistet ein hohes Maß an Linearität und geringe Verzerrungen.

Die Miniaturisierung der fortschrittlichen elektronischen Schaltkreise bei der Implementierung der CORE by DPA-Technologie erlaubt die Integration auch in die kleine 3-mm-Kapsel der Subminiature-Mikrofone.

Wie viel Spannung?

Die Höhe der Vorspannung bestimmt den möglichen Pegel des Audiosignals. Das Signal kann die Betriebsspannung niemals überschreiten. Wenn also ein Audiosignal mit einer bestimmten Amplitude gewünscht wird, sollte eine ausreichende Betriebsspannung (Vorspannung) vorhanden sein.

Die in den meisten Sendern verfügbare Vorspannung liegt im Bereich von 5 bis 7 Volt. Einige Hersteller liefern auch nur 2 bis 4 Volt. DPA-Miniaturmikrofone (Headsets, Lavalier- und Instrumentenmikrofone) benötigen 5 bis 10 Volt, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Eine Ausnahme bildet jedoch die Niederspannungsversion DPA 4063, die bis hinunter zu 3 Volt arbeitet.

Was passiert, wenn die Spannung zu niedrig ist?

Wie bereits erwähnt, hängt das Ausgangssignal von der anliegenden Gleichspannung ab. Wenn sie zu niedrig ist, kann es zu einer asymmetrischen Übersteuerung des Audiosignals über einem bestimmten Pegel kommen [siehe Abbildung 4]. Das Ergebnis ist Verzerrung; je niedriger die Gleichspannung ist, umso stärker ist die Verzerrung bei höheren Pegeln.

Wenn die verfügbare Vorspannung beispielsweise 4 oder sogar 3 Volt beträgt, arbeitet das Mikrofon immer noch. Aber das akustische Eingangssignal muss reduziert und unter einem Grenzwert gehalten werden, der unter dem üblichen angegebenen maximalen Schalldruck liegt. Dies dient dazu, Verzerrungen zu vermeiden. In der Praxis bedeutet eine niedrige Vorspannung (3 – 4 Volt), dass das maximale Eingangssignal etwa 6 – 10 dB unter dem angegebenen Maximalwert gehalten werden muss.

Wenn der Schalldruck unter 110 dB liegt, kann im Allgemeinen eine Vorspannung von 3 – 4 Volt ohne zu starke Signalverschlechterung genutzt werden. Denke aber daran, dass das Mikrofon nicht mehr die vollen Leistungsangaben erfüllt.

Abbildung 4. Ausgang in Abhängigkeit von der Betriebsvorspannung 5, 4 und 3 Volt. Links: bei maximal spezifiziertem Schalldruck (Verzerrung tritt auf, wenn die Vorspannung unter 5 Volt reduziert wird). Rechts: Bei maximal möglichem Schalldruck (reduzierter Eingangspegel).

Die Rolle der DPA-Adapter

Standardmäßig sind DPA Miniatur- und Subminiaturmikrofone mit dem neuen MicroLock®-Anschluss (früher MicroDot) versehen.

Der MicroLock®-Stecker ist abwärtskompatibel mit MicroDot. Die Verbindung kann aber nur dann gesichert werden, wenn sowohl der Stecker als auch die Buchse MicroLock® sind. Zum Lösen muss man die Hülse ziehen und drehen.

Verschiedene Hersteller von Sendern nutzen unterschiedliche Anschlüsse für Mikrofoneingänge. Um DPA-Mikrofone für verschiedene Hersteller anzupassen, ist ein Adapter eine praktikable Lösung. Der MicroLock®-Anschluss kann dann auf andere Steckertypen adaptiert werden und ermöglicht so, das Mikrofon jetzt und zukünftig mit verschiedenen Sendermodellen zu betreiben.

Der Adapter stellt auch die Optimierung der Spannung / des Stroms sicher, die / der von einem bestimmten Sender zur Verfügung gestellt wird. Einige Adapter verfügen über eingebaute Widerstände. Diese Komponenten sorgen für die Bereitstellung der richtigen Vorspannung am Mikrofon. Dies ist ein Grund, warum Mikrofone möglicherweise nicht funktionieren, wenn das Kabel direkt mit einem beliebigen Stecker versehen wird. (Auf den Produktseiten zeigen wir die Belegung im Inneren der Adapter.)

Das omnidirektionale 2061-Miniaturmikrofon kommt standardmäßig mit TA4F (Mini-XLR), 3-poligem LEMO oder Mini-Klinke.

Anschluss, 2-, 3- und 4-polig

Verschiedene Hersteller verwenden unterschiedliche Steckerkonfigurationen, einschließlich 2-, 3- oder 4-poliger Varianten.

2-Pin: Bei einer 2-Pin-Verbdindung kann es vorkommen, dass eine Leitung fehlt. Benötigt wird eine Spannungsversorgung plus Masse und Audioausgang plus Masse. Bei einem 2-Pin-Verbindungsschema wird eine Leitung verwendet, um die Spannung an das Mikrofon zu liefern und das Audiosignal von diesem zu empfangen.

Bei der 2-poligen Verbindung ist also die Audio- und die Vorspannungsleitung auf einem Pin und die Masse / Abschirmung auf dem anderen Pin.

Alle DPA-Miniatur- und Subminiaturmikrofone (mit Ausnahme der 2061) haben zwei Leitungen. Der MicroLock® ist ein 2-Pin-Stecker.

Abbildung 5. 2-Pin-Anschluss von Mikrofonen mit zwei Leitungen, unabhängig davon, ob es sich um herkömmliche FET-Typen (links) oder CORE/CORE+ by DPA-Versionen (rechts) handelt.

3-Pin: Der Anschluss eines herkömmlichen Mikrofons mit drei Leitungen ist unkompliziert: eine Leitung für die Spannungsversorgung, eine für den Audioausgang und eine für die gemeinsame Masse.

Im Gegensatz zu der Single-FET-Lösung mit zwei Leitungen bietet die Verbindung mit drei Leitungen die Möglichkeit einer positiven Spannung bei positivem Schalldruck, d. h. in Phase. (Siehe folgende Abbildung).

Abbildung 6. Herkömmliche FET-Schaltung mit drei Leitungen und gleichphasigem Ausgang. Steckertypen: Miniklinke, 3-Pol-Lemo

4-Pin: In einem einfachen Design mit nur einer aktiven Komponente (dem FET) im Mikrofon bauen einige Hersteller eine einfache Kompensationsschaltung im Sender über eine 4-polige Verbindung. Die Kompensation funktioniert nicht für alle Mikrofone gleich gut, ist jedoch für eine bestimmte Kombination von Mikrofon und Sender ausgelegt. Eine „Einheitslösung“ ist nicht optimal, da Mikrofon und Sender eher eins zu eins aufeinander abgestimmt werden sollten.

Abbildung 7. Ein Beispiel für die Verbindung über vier Leitungen mit Kompensation für eine Single-FET-Schaltung. Steckertypen: MTQG/TA4M.

DPA-Miniatur- und Subminiaturmikrofone sollten niemals an eine Kompensationsschaltung angeschlossen werden, da dies die bereits optimierte Ausgabe beeinträchtigen kann. In dem unten gezeigten Adapterverbindungsschema des DAD9010 (MicroLock® auf 4-Pin-Anschluss) ist Pin 4 (für aktive Last) nicht belegt.

Abbildung 8. DPA-Adapter für 4-Pin-Anschlüsse, DAD9010

Zusammenfassung

DPA-Minatur- und Subminiaturmikrofone sind vom Design her linear. Versorge sie mit 5 bis 10 Volt und sie arbeiten korrekt. Vermeide „Linearisierungsschaltungen“ in den Sendern. Stelle sicher, dass das Verbindungsschema passt und das Mikrofon wird perfekt funktionieren.