Mikrofon Funkstrecke – Rauschfrei aufnehmen ohne Kabel?

Wir schreiben das Jahr 2020, komplett kabellose Headsets sind für uns schon normal geworden: Links und rechts ins Ohr ein kleiner Stöpsel die nicht miteinander verbunden sind – zack – Verbindung steht und man kann telefonieren oder Musik hören etc.

Als ich nun eine Funk-Lösung suchte, um mit einem kleinen Ansteckmikrofon Videos aufnehmen oder streamen zu können, hatte ich keine Vorstellung davon, in was für ein Nest ich da gepiekst hatte bigsmile

tl;dr; – Anforderungen für Live-Bühne und Studio unterscheiden sich drastisch; Bluetooth scheidet wegen der Latenz aus. Relativ günstige Lösungen von RØDE schlagen vieles andere in dieser und in höheren Preisklassen… Je nach Anforderung, natürlich.

Die Anforderung

Ich nehme Podcasts auf, die auch live als Video gestreamt werden. Ich möchte Videos aufnehmen und auch live streamen, in denen ich z. B. Fotografie-Workshops gebe. Dabei möchte ich mich frei im Raum oder vielleicht auch mal draußen bewegen können.

Bisher verwende ich für die Aufnahmen ein “Studio”-Mikrofon, ein Großmembran-Kondensator-Mikrofon, ein MXL V67. Der Vorteil von so einem Mikrofon: Es ist für Stimme gemacht, es erzeugt ohne großen Aufwand einen vollen und warmen Sound. Der Haken: Es hängt an einem Kabel und ist im Video prominent zu sehen wink

Die Idee

Im Fernsehen sehe ich es ständig – Moderatoren und Gäste haben ein winziges Mikrofon am Hemd, an der Weste, am Jacket oder an der Krawatte klemmen und sie können sich völlig frei im Studio oder eben auch draußen bewegen. Gleichzeitig sind sie richtig gut zu verstehen ohne allzu heftige Umgebungsgeräusche. Studio-/Broadcast-Sound mit winzigen Ansteckmikrofonen – Lavalier genannt – über Funk muss also irgendwie gehen.

Und ja, mir ist schon klar, dass bei TV-Produktionen sehr viel und teures Equipment zum Einsatz kommen kann. Mir ging es aber zunächst ums Prinzip – also wie geht so etwas und mit welchen Mitteln – denn die Anforderungen und Wünsche etwas zurückfahren, kann ich immer noch, wenn ich erst mal begriffen habe, was es gibt, wie es geht und so weiter… davon abgesehen habe ich schon recht viel in die bisherige Produktionstechnik investiert, es würde mich nicht stören, diese Technik “auf’s nächste Level” zu heben smile

Technische Hürden und Hintergründe

Man könnte auf die Idee kommen: “Nimm doch ein paar AirPod Pro und fertig?“ – verstehe ich, klappt aber nicht, aus mehreren Gründen:

  • Die Mikrofone in diesen Funk-Headsets sind hauptsächlich zum Telefonieren gemacht. Die Audio-Qualität des Mikrofons hatte bei der Entwicklung also keinen Vorrang, oder die Priorität lag auf den mittleren Frequenzen, weil mehr ohnehin nicht übers Telefon übertragen wird
  • Bei Bluetooth-Headsets kommt noch hinzu, dass bei gleichzeitiger Aktivierung von Kopfhörer und Mikrofon – bei den AirPod Pro genügt die Aktivierung des Mikrofons – ein bestimmtes Headset-Bluetooth-Profil zur Übertragung genutzt wird. Dieses hat zwar geringere Latenzen als die Hifi-Stereo-Audioübertragung, klingt aber absolut grauenhaft. Telefon eben – und wir reden nicht von HD-Telefonie
  • Würde man ein Bluetooth-Profil mit guter Qualität verwenden können – was in der Regel nicht möglich und wegen der Mikrofonqualität meistens auch nicht zielführend sein dürfte – wäre die Latenz viel zu hoch. Das Signal vom Mikrofon käme also mit deutlicher Verzögerung am Computer an.

Latenz

Latenz – also die Verzögerung – ist das Kernproblem. Man möchte, dass das Signal vom Mikrofon möglichst ohne Verzögerung am Computer ankommt. Je geringer die Latenz, desto fließender kann ein Gespräch sein. Je länger die Latenz, desto eher fällt man sich ins Wort. Und: Latenzen addieren sich schnell! Wenn man also schon über die Internetleitung eine Verzögerung zum Gesprächspartner hat und auf dem Mikrofonsignal auch noch eine Effekte-Kette liegt (Equalizer, Kompressor, etc.), dann hat man dort schon Latenz aufgebaut, wenn dann noch lange Verzögerungen von der Funkstrecke hinzukommen… nicht gut.

Man sagt, dass eine Latenz von 30ms für Musiker gerade noch erträglich sein kann – andere würden die Grenze schon bei 10ms ziehen. Weniger ist natürlich besser. Bei Bluetooth reden wir schnell von 300ms, was klar macht, dass diese Technik völlig untauglich ist – jedenfalls dann, wenn Live mit anderen gesprochen werden soll oder, der absolute Härtetest, wenn man das Signal seines eigenen Mikrofons selbst wieder auf einem Kopfhörer haben möchte um sich selbst auf einer lauten Bühne hören zu können.

Kurzer Exkurs in Schallgeschwindigkeit: Wie schnell sich der Schall durch die Luft ausbreitet, hängt von Luftdruck, Temperatur, etc ab – man kann aber mal grob 340 Meter pro Sekunde (m/s) rechnen (genau sind es 342,2m/s bei 20°c bei 1 Bar … aber wir machen hier Sprache und nicht Wissenschaft).
Was bedeuten dann 10ms Latenz? 340m/s = 34m in 1/10s = 3,4m in 1/100s = 0,34m in 1ms.
34cm pro Millisekunde = 340cm in 10ms – Eine Latenz von 10ms entspricht also in etwa einem Gespräch quer durch einen mittelgroßen Raum. 30ms entspricht dann einer Entfernung von 10,2m.

Analog

Deshalb werden Signale gerne analog per Funk übertragen. Wie früher mit dem Walkie Talkie. Das Mikrofon empfängt Schallwellen über eine Membran. Diese Membran verändert durch ihre Schwingung je nach Technik eine Kapazität oder eine Spannung im Mikrofon. Dieser Kurvenverlauf wird direkt als Modulation in einem bestimmten Frequenzband gefunkt, auf der anderen Seite empfangen und kann dann ohne Verzögerung direkt wieder ausgegeben werden – Im Grunde muss ja nur diese Modulation wieder in eine Spannungskurve konvertiert werden, was direkt in Echtzeit erfolgen kann, fertig ist das Signal. Ergebnis: Keine nennenswerte Latenz – Das Signal wird mit nahezu Lichtgeschwindigkeit übertragen und die Spannungswandler arbeiten mit keiner Latenz die hier relevant wäre.

Der Haken bei der analogen Übertragung ist die Anfälligkeit für Rauschen und andere Störungen. Jede kleine Abweichung der Modulation führt zu Störsignalen und damit zu Rauschen. Da gibt es nun viele Tricks um dieses Rauschen zu reduzieren aber ganz weg bekommt man es nicht. Wann es rauscht, wie viel, in welchen Frequenzen, ob ständig oder nur kurz und so weiter, das sind dann die Unterschiede der verschiedenen Anbieter.

Digital

Die Lösung gegen das Rauschproblem ist die digitale Übertragung, wie es Bluetooth auch macht. Das analoge Mikrofonsignal wird dabei digitalisiert und in Pakete gepackt. Die Pakete – jeweils ein Bündel mit einzelnen Daten aus dem Signal – werden dann per Funk übertragen. Funk ist immer analog, das ist klar. Der Empfänger kann aber Nutz- und Störsignal sehr viel besser unterscheiden weil es, mal simpel gesprochen, nur zwei Signale gibt die es zu unterscheiden gilt: 0 oder 1

Stellt Euch vor eine 1 ist ein lautes Hupen, eine 0 ist eben kein Hupen. Der Takt ist vorgeben, sagen wir, jede Sekunde hat ein Signal zu kommen. Jetzt kann ein Zuhörer jede Sekunde einen Strich machen wenn ein Hupen zu hören war oder eben keinen Strich machen, wenn nichts gehupt hat. Ob gleichzeitig Vögel zwitschern oder ein Trecker vorbeifährt, ist dem Zuhörer dabei ziemlich egal, weil das Hupgeräusch ziemlich eindeutig ist. Nach jeweils 10 Sekunden ist ein Paket vollständig und kann in einen Ton gewandelt werden.
In der Praxis ist das natürlich sehr viel raffinierter, da reden wir nicht nur von einem Hupgeräusch sondern von vielen verschiedenen Hupen die alle etwas anderes bedeuten und der Takt ist so schnell, dass es für unsere Ohren nur ein diffuses Rauschen wäre wink – Für das Verständnis genügt das Bild aber.

Das Ergebnis ist, dass ein Signal 1:1 empfangen werden kann und zwar ohne Rauschen. Im Grunde die perfekte Lösung… Wenn da nicht die Latenz wäre!

Digitale Technik funktioniert nun einmal so, dass die Nullen und Einsen in irgendein Schema gepackt werden müssen, damit sie überhaupt in einem Kontext ausgewertet werden können. Außerdem kann es bei allem “hupen” doch mal dazu kommen, dass ein Signal überhört wird – was dann? Wenn es fehlt, kommt es zu Aussetzern im Signal oder zu Knacksern. Das will man nicht. Also werden noch Prüfsummen, Kontrolldaten und Reparaturdaten übertragen – mal einfach gesprochen. Und all das wird dann in Pakete geteilt, jedes Paket mit einer Prüfsumme, damit ein Empfänger ggf. ein Paket auch noch mal anfordern kann und so weiter.

Es muss also immer ein Paket komplett übertragen werden bevor der Empfänger dieses Paket auspacken, analysieren, bei Bedarf neu anfordern und wieder in ein analoges Signal zurück wandeln kann. Das kostet Zeit! Je größer das Paket, desto länger dauert es. Je mehr Daten, desto mehr Pakete sind erforderlich. Das läppert sich.

Trotzdem ist es auch relativ günstigen Systemen möglich, geringe Latenzen von 6ms oder gar 4ms zu schaffen. Ich spreche dabei von einer Klasse um 200€ bis 300€.

Rauschen

Bei Mikrofon-Funkstrecken kann es mindestens aus zwei Gründen zu störendem Rauschen kommen:

  • Bei analoger Übertragung kann die Übertragung gestört sein. Sei es weil etwas anderes im selben Frequenzband funkt oder weil etwas zwischen Sender und Empfänger die Funktstrecke stört. Das kann auch der eigene Körper sein.
  • Von der Übertragungstechnik unabhängig kann ein Grundrauschen durch die Mikrofon-Vorverstärker verursacht werden. Mikrofone liefern generell ein ziemlich schwaches Signal. Dieses muss verstärkt werden und die Qualität der Verstärker-Schaltungen gibt vor, wie viel Rauschen dabei hinzugefügt wird. Auf der Empfänger-Seite wird das Signal wiederum ausgegeben um dann in ein Pult geschickt zu werden. Die Qualität der Schaltungen beim Empfänger sollte auch gut sein, damit hier nicht ebenfalls ein Grundrauschen hinzugefügt wird.

Dabei gilt: Dynamische Mikrofone sind normalerweise passive Mikrofone. Sie erzeugen eine Spannung durch die Bewegung eines Magneten in einer Spule. Dieses Signal ist sehr schwach und muss daher kräftig verstärkt werden, was eben auch Störgeräusche der elektronischen Schaltungen verstärkt.

Kondensator-Mikrofone arbeiten nach einem anderen Prinzip. Hier bilden zwei Plättchen die unter Strom stehen einen Kondensator. Das eine Plättchen ist die Membran die durch den Schall dafür sorgt, dass der Abstand der Plättchen zueinander verändern wird. Dadurch ändert sich die Kapazität dieses Kondensators was als Signal verwendet wird. Dazu brauchen diese Mikrofone aber etwas Strom, die sogenannte Phantomspeise oder Phantomspannung die üblicherweise 48V oder auch mal 11V sein kann. Diese Mikrofone liefern ein deutlich stärkeres Nutzsignal das nicht so sehr verstärkt werden muss. Daher bleibt das Störsignal der Schaltungen auf einem niedrigen Niveau. Dafür wird ein Sender benötigt, der diese Spannung liefern kann oder man braucht sich selbst versorgende Mikrofone mit eigener Batterie.

Viele Geräte scheinen zu tricksen indem sie ein Gate auf das Signal legen. Spricht man ins Mikrofon hat man hoffentlich ein gutes Nutzsignal und das Rauschen der Elektronik fällt nicht so auf. Hört man auf ins Mikrofon zu sprechen wird dies erkannt und die Lautstärke des Signals wird mehr oder weniger schnell auf null gezogen. In einer Live-Musik-Situation dürfte das nie auffallen weil aus den Boxen jederzeit Musik kommt die viel lauter als jedes Rauschen ist. Selbst wenn ein/e KünstlerIn a capella spricht oder singt, fällt das nicht auf – Die Boxen selbst dürften durch die Verstärker ein Grundrauschen haben und das Publikum sorgt immer für mehr Grundgeräusch als jedes Rauschen.

Im Studio-Umfeld fällt das aber sofort auf – mir jedenfalls.

Was ich ausprobiert habe

Ich werde einzelne Berichte für die jeweiligen Geräte / Systeme schreiben und von hier verlinken. Was ich bisher in den Fingern hatte:

  • Mipro ACT 311B (Bericht)
    Ein stationärer Empfänger, ein Sender für den Gürtel und ein Beyerdynamik Mikrofon für den Test. Latenz habe ich keine bemerkt, habe sie leider vergessen zu messen, vermutlich gegen Null.
  • RØDELink Filmmaker Kit (Bericht folgt noch)
    Der Empfänger ist so mobil wie der Sender (beide können mit AA-Akkus betrieben werden), keine heraushängenden Antennen, digitale Übertragung mit niedrigen 4ms Latenz
  • RØDE Wireless Go (Bericht folgt noch)
    Mobile sender und Empfänger im Mini-Format, Sender mit integriertem Mikrofon und Mikrofon-Buchse für externes Mikro. Integrierter Akku ist über USB zu laden. Kompakter und günstiger als das RØDELink mit 6ms Latenz

Fazit (bisher)

Meine Lösung für eine Mikrofon-Funkstrecke ist gefunden und heißt RØDELink Filmmaker. Ich muss natürlich schauen, wie sich das System im realen Einsatz schlägt. Wenn es aber so durchläuft wie in den ersten Stunden meines Tests, bin ich sehr glücklich.

Der Witz ist, dass dieses System gleichzeitig eine absolut geniale Lösung für einen In-Ear-Monitor sein kann… Dazu in einem eigenen Artikel mehr smile

 

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