Ein neuer Meilenstein in der Mikrophontechnologie. Fernsteuerung typischer Mikrophonparameter. Integrierte digitale Audiosignalverarbeitung

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2 Ein neuer Meilenstein in der Mikrophontechnologie Bereits in der analogen Mikrophontechnik hat die Georg Neumann GmbH, Berlin immer wieder neue Maßstäbe gesetzt. Das erste Kondensatormikrophon, die umschaltbare Richtcharakteristik, das erste Stereo-Mikrophon und auch die 48 V Phantomspeisung wurden von Neumann entwickelt und bereiteten den Weg zu neuen Dimensionen in der Mikrophontechnologie und Aufnahmetechnik. Mit Solution-D ist es Neumann gelungen, den Dynamikumfang und die Signaltreue bester analoger Studio-Mikrophone in die digitale Ebene zu übertragen und damit die Signalkette in der digitalen Audioproduktion zu schließen. Durch ein neues, hochwertiges Verfahren der AD-Wandlung, eine speziell entwickelte Synchronisationstechnik sowie die Möglichkeit der Fernsteuerung typischer Mikrophonparameter und verschiedener integrierter Signalverarbeitungsfunktionen wird Solution-D höchsten Ansprüchen der professionellen Audioproduktion gerecht. Die umfangreichen Features von Solution-D ermöglichen kleinere digitale Produktionen in exzellenter Qualität mit nur einem Mikrophon und einem Aufzeichnungsgerät. Damit setzt Neumann auch jetzt wieder neue Maßstäbe in der Mikrophontechnologie und Aufnahmetechnik. Das digitale Mikrophonsystem Solution-D setzt sich aus drei Komponenten zusammen: dem digitalen Mikrophon D-01, dem Digital Microphone Interface DMI-2 und einer Remote Control Software RCS, die die Bedienung und damit die Fernsteuerung des Mikrophons ermöglicht. Die Signal- und Datenübertragung des Mikrophons erfolgt nach dem neuen Standard AES Mit der Einführung dieses Standards zur Übertragung von Ausgangssignalen, Speisung und Fernsteuerung von Mikrophonen mit digitalem Ausgang wurde die Voraussetzung für die Einführung digitaler Mikrophontechnik geschaffen. Neumann hat maßgeblich an der Festlegung des AES Standards mitgearbeitet. Jeder Toningenieur, der mit der Digitaltechnik vertraut ist, kann direkt und ohne große Einarbeitungszeit mit Solution-D produzieren. Es gelten die gleichen akustischen und aufnahmetechnischen Grundsätze wie bei analogen Mikrophonen. Doch die zusätzlichen Features der digitalen Mikrophone eröffnen neue Möglichkeiten bei der Produktion. Fernsteuerung typischer Mikrophonparameter Mit Solution-D können die bekannten klassischen Einstellungen am Mikrophon wie Richtcharakteristik, Vordämpfung und Trittschallfilter ferngesteuert werden. Das Ändern der Mikrophonparameter wird stark vereinfacht und ermöglicht ein schnelles Ausprobieren neuer Einstellungen zur Optimierung der Klangqualität. Das handschriftliche Notieren aller Einstellungen entfällt. Integrierte digitale Audiosignalverarbeitung Ein von Neumann entwickelter AD-Wandler, speziell auf die Signalverhältnisse der Mikrophonkapsel optimiert, befindet sich unmittelbar hinter der Kapsel. Notwendige Pegelanpassung an die nachfolgenden Geräte erfolgt im Mikrophon auf der digitalen Ebene. Damit entfallen bisher erforderliche Komponenten wie analoge Vorverstärker und AD-Wandler, was eine deutliche Kostenersparnis bedeutet. Durch die direkte Wandlung des analogen Signals konnte ein deutlicher Gewinn an Dynamikumfang erreicht werden, der sich über die gesamte Signalkette bemerkbar macht. Dadurch wird die Signalaussteuerung unkritischer. Schaltfunktionen aus dem Mischpult, wie Mute oder Phasenumkehr, die das Mikrophonsignal beeinflussen, sind ebenfalls im Mikrophon integriert. Auch Kommandos wie z.b. Rotlicht sind durch fernsteuerbare LEDs im Mikrophon realisiert. Als besondere Funktion ist die Transienten-Limiter-Funktion hervor zu heben. Erstmals an der effektivsten Stelle, nämlich an der Signalquelle, kann eine Maßnahme zur Reduktion schädlicher Transienten zugeschaltet werden. Bei analogen Mikrophonen war für diese Signalanteile die nur kurz, aber mit großer Amplitude auftreten ein übergroßer Headroom im nachfolgenden Signalweg erforderlich. Vom Mikrophon gesendete Daten Zu den vom Mikrophon übermittelten Informationen gehören beispielsweise der Herstellername sowie Typ und Seriennummer, die im Mikrophon implementierte Software-Revision und die Benennung der fernsteuerbaren Funktionen, die vom Mikrophon unterstützt werden. Weiterhin werden Statusanzeigen wie bestimmte Warnfunktionen und Betriebsbereitschaft übertragen. Generell ist es dem Anwender möglich, alle eingesetzten Mikrophone zentral vom Regieraum aus über eine rechnergestützte grafische Benutzeroberfläche (Remote Control Software) zu bedienen. Diese Software-Applikation wird auf einem Desktop/Laptop-Computer installiert.

3 Digital Microphone D-01 Das Mikrophon D-01 unterscheidet sich auf den ersten Blick nicht von analogen Mikrophonen. Unmittelbar hinter der Kapsel befindet sich jedoch ein von Neumann entwickelter AD-Wandler, der speziell auf die Signalverhältnisse der Mikrophonkapsel optimiert ist. Das von der Kapsel abgegebene Signal wird direkt in ein digitales Signal umgewandelt. Ergebnis ist eine interne 28-Bit Information mit einem Dynamikumfang von über 130 db (A-bewertet, inkl. Mikrophonkapsel). Das digitale Signal wird mittels FPGA (Field Programmable Gate Array) direkt im Mikrophon weiterbearbeitet. Dies bedeutet, dass Parameter wie Richtcharakteristik, Vordämpfung, Trittschallfilter, Verstärkung sowie diverse Schaltfunktionen in der digitalen Ebene eingestellt und ferngesteuert werden können. Damit entfallen bisher erforderliche externe Komponenten wie analoge Vorverstärker und AD- Wandler. Zur eindeutigen Identifizierung sendet das Mikrophon Informationen wie Herstellername, Typ, Seriennummer oder die implementierte Software-Version an den angeschlossenen Empfänger. Das Mikrophon ist mit einem dreipoligen XLR-Stecker ausgestattet. Es wird ein bidirektionales Signal gemäß AES übertragen, welches das symmetrische digitale Mikrophonausgangssignal, die Phantom-Stromversorgung und einen Fernsteuerdatenstrom enthält. In diesem Datenstrom ist auch ein Signal zur Synchronisation des Mikrophons mit einem Masterclock enthalten. Digital Microphone Interface DMI-2 Geräte, die den neuen AES Standard unterstützen, können das standardisierte Ausgangssignal der Solution-D Mikrophone direkt verarbeiten. In allen anderen Fällen kommt das Neumann Digital Microphone Interface DMI-2 zum Einsatz. Dabei handelt es sich um ein separates, zweikanaliges Gerät, das das AES Datenformat vom Mikrophon in ein AES/EBU-Signal umwandelt. Die Bedienung des Gerätes erfolgt mit Hilfe der Neumann Remote Control Software, die auf einen Desktop-Computer oder Laptop installiert wird. Die Verbindung zwischen Computer und DMI-2 wird über den USB-Port und einen Schnittstellenkonverter (USB auf RS 485) hergestellt. Kommt eine größere Anzahl von Mikrophonen zum Einsatz, können mehrere DMI-2 kaskadiert werden. Dabei kann an jedem Interface eine individuelle Adressierung vorgenommen werden. Neben Word Clock Ein- und Ausgängen verfügt das Gerät über einen internen Word Clock Generator. Liegt kein Master Word Clock, z.b. von einem Mischpult, am Eingang an, wird automatisch der interne Master zur Synchronisation beider Mikrophonkanäle verwendet und auf den Word Clock Ausgang geschaltet. Über einen 9-poligen User Port können externe Kommandos wie z.b. Rotlicht ( On Air ) gesteuert werden.

4 Extrem hoher Dynamikumfang mit mehr als 130 db Neumann AD-Wandlerverfahren Pre-Amps und externe AD-Wandler sind nicht mehr erforderlich Zahlreiche neue Funktionen durch integrierte digitale Signalverarbeitung Steuerung und Anzeige aller Funktionen und Parameter über Remote Control Software Digital Microphone Digital Microphone Interface Remote Control Software AD-Wandler, optimiert auf die direkte Wandlung des Kapselsignals Neues Kapseldesign Zusätzliche DSP-Funktionen Parametrisierbarer Limiter (inkl. De-Esser) Alle Parameter und Funktionen fernsteuerbar AES zu AES/EBU Umsetzung Sichere Synchronisation durch neues PLL-Verfahren 2kanalig (8kanalige Version geplant), kaskadierbar Phantom Powering Word Clock In und Out Integrierter Word Clock-Generator Anzeige/Fernsteuerung aller Mikrophon-Parameter Steuerung der DSP-Funktionen Peak-Levelmeter Gain Reduction Bargraph für Limiter Speichern, Kopieren und Abrufen kompletter Setups Waldbühne Berlin C Presse- und Informationsdienst des Landes Berlin / Thie

5 Remote Control Software RCS Die Steuerung des digitalen Mikrophons erfolgt über die Remote Control Software, die Bestandteil von Solution-D ist und als eigenständiges Programm auf Desktop/Laptop- Computern gestartet wird. Alle wichtigen Parameter werden auf der Bedienoberfläche angezeigt und können jederzeit geändert werden. Der Toningenieur hat während der Produktion alle angeschlossenen Mikrophone mit deren Betriebszustand und eingestellten Parametern im Blick und kann im Bedarfsfall schnell und komfortabel die Einstellungen ändern. mandoanzeigen als auch Mute-Funktion und Phasenumkehr. Auch die Aussteuerung des Signals kann am Bildschirm verfolgt werden. Die vom Mikrophon gesendeten Informationen wie Herstellername, Typ und Seriennummer werden angezeigt und dienen zur eindeutigen Identifizierung des angeschlossenen Mikrophons. Darüber hinaus ist die Eingabe von eigenen Angaben wie z.b. der Name der Schallquelle möglich. Selbstverständlich kann das Setup der kompletten Mikrophonierung gespeichert und wieder abgerufen werden. Zu den dargestellten Parametern gehören die Richtcharakteristik, Vordämpfung und Trittschallfilter, sowie Verstärkung, verschiedene Statusanzeigen des Mikrophons, Kom- Features Kommunikation über USB-Port (Windows 2000, Win 98SE, Win ME, WIN XP, MAC OS ab Version 8.6) Bis 8 Kanäle gleichzeitig am Bildschirm sichtbar Peak-Level-Meter inkl. Peak Hold Balkenanzeige der Limiter-Funktion Konfigurationen speicherbar Individuell beschriftbare Kanäle Steuerbare Funktionen: - Richtcharakteristik - Low Cut - Vordämpfung - Gain - Limiter (De-Esser) - Softmuting - Phase - Sampling-Rate - Synchronisations-Mode - Testsignale - Signallicht Anzeige von: - Hersteller - Mikrophon-Typ - Seriennummer - Hard- und Software-Revision (Mikrophon u. DMI) - Interne Latenzzeit - Statussignale (Overload, Limiter Active, Data Valid, Sync Locked, Power On)

6 Während der Produktion hat der Toningenieur eine permanente Kontrolle über den Zustand der Mikrophone, denn alle wichtigen Parameter, einschließlich der Aussteuerung, werden auf der Bedienoberfläche angezeigt. Zusätzlich steht ein Texteingabefeld zur Verfügung, wo der Kanalname eingegeben werden kann, z.b. die Bezeichnung der Schallquelle. Beliebige komplette Mikrophoneinstellungen können in Konfigurationsdateien gespeichert und im Bedarfsfall wieder geladen werden. Warum digitale Signalverarbeitung? Vor bereits über 15 Jahren startete die Digitalisierung der Audiodaten. Damals hat diese am Ende der Signal- und Verarbeitungskette begonnen: Die ersten Geräte zur digitalen Signalaufzeichnung wurden entwickelt. Mittlerweile stehen fast alle Komponenten der Audiosignalverarbeitung in digitaler Form zur Verfügung. Es ist bekannt, dass digitale Signale die Voraussetzung für eine mathematisch exakte Berechnung und damit Bearbeitung schaffen: Die Signale können verlustfrei beliebig verändert, kopiert, übertragen und gespeichert werden. Im Gegensatz hierzu ist die Signalverarbeitung in der analogen Ebene immer durch begrenzte Genauigkeit, Fehlersummierung, das Fehlen redundanter Signalinformation sowie von Fehlerkorrekturverfahren gekennzeichnet. So ist in der analogen Signalübertragungskette mit jedem Bearbeitungsschritt eine Qualitätsverschlechterung des Nutzsignals verbunden. Diese ist gekennzeichnet durch eine stufenweise Abnahme der Dynamik durch Addition von Störspannungen und nichtlinearen Verzerrungen. In der digitalen Ebene können außerdem Funktionen ausgeführt werden, die in der analogen Signalbearbeitung nur schwer oder gar nicht realisierbar sind. Dies bezieht sich vor allem auf Funktionen, die auf einer Zwischenspeicherung von Daten beruhen. AD-Wandlung Trotz immer weiter fortschreitender Entwicklungen stellen die auf dem Markt erhältlichen integrierten Schaltkreise nach wie vor einen Engpass hinsichtlich der Analog-Digital-Wandlung von Audiodaten dar. Die besten derzeit verfügbaren Delta-Sigma-AD-Converter (als ICs) realisieren beispielsweise eine Dynamik von db, A-bewertet, bei einer theoretischen Wortbreite von 24 Bit. Zum Vergleich hierzu weist ein hochwertiges analoges Kondensatormikrophon einen Dynamikumfang von bis zu 130 db auf. Es ist daher eine AD-Wandlung erforderlich, die zur Vermeidung von Rauschaddition ein noch deutlich besseres Verhalten aufweisen muss. Gleichzeitig muss dieser Prozess auf die im Mikrophon vorhandenen Spannungsund Quellimpedanz-Verhältnisse ideal angepasst sein. Bei der AD-Wandlung im Mischpult oder in anderen Geräten müssen in der Regel Einbußen in der Signalqualität hingenommen werden, denn die Wandlung erfolgt erst nach der Pegelanpassung. Dementsprechend gehen Headroom- Aspekte sowie die Eigenschaften des Mikrophonvorverstärkers und des verwendeten AD-Wandlers in die Dynamikbetrachtungen ein. Ziel der Entwicklung musste es folglich sein, eine hochwertige Digitalisierung des Kapselsignals direkt im Mikrophon zu realisieren, so dass Pegelanpassungen und andere Verarbeitungsschritte in der digitalen Ebene erfolgen können. Nur so kann die im Mikrophon erzeugte Signalqualität erhalten bleiben. Synchronisation Der vom Mikrophon abgegebene Audiodatenstrom kann von einem digitalen Mischpult nur taktsynchron eingelesen und verarbeitet werden. Es war daher notwendig, eine Methode der Synchronisierung zu entwickeln, die sicher und vor allem auch unabhängig von der Länge der eingesetzten Mikrophonkabel funktioniert. Die Firma Neumann hat hier einen entscheidenden Beitrag zur Lösung dieses Problems geleistet und ein Verfahren entwickelt, das fester Bestandteil des AES Standardpapiers geworden ist: Auf der Empfängerseite des Mikrophonsignals wird ein Frequenz-Phasenvergleich mit einem Masterclock durchgeführt und ein sehr träges Regelsignal zum Steuern eines im Mikrophon verwendeten VCXOs (Voltage controlled crystal oscillator) erzeugt. Hierdurch entsteht die Wirkung einer geschlossenen Regelschleife, wie es im Allgemeinen auch von einer PLL (Phase Locked Loop) bekannt ist. Das durch den Frequenz-Phasenvergleich erzeugte Regelsignal wird dann derart entzerrt und AD-gewandelt, dass es als Bestandteil des im AES Standard festgeschriebenen Remote-Signal-Datenstroms zum Mikrophon übertragen werden kann. Dieses Verfahren ist nicht nur sehr sicher, sondern führt auch zu sehr kleinen Takt-Jitter-Amplituden.

7 Mögliche Konfigurationen mit Solution-D Technische Daten D-01 Technische Daten DMI-2 Akustischer Wandler: Neue Doppelmembran-Kapsel K 07; Großmembran mit 30 mm Durchmesser und innenliegenden, geschützten Elektroden Feldübertragungsfaktor bei 1 khz, 0 db Gain: 12 mv/pa entspr. 43 dbfs Ersatzgeräuschpegel CCIR 468-3: 18 db Ersatzgeräuschpegel DIN/IEC 651: 7 db-a Geräuschpegelabstand CCIR 468-3: 76 db Geräuschpegelabstand DIN/IEC 651: 87 db Gewicht: ca. 700 g Durchmesser: 63,5 mm Länge: 185 mm Interface: AES Dynamikumfang: 130 db (Komplettsystem inkl. Kapsel), 140 db (ADC-Eingang kurzgeschlossen) Interne Auflösung: 28 Bit Sampling-Raten: 48 khz / 96 khz / 44,1 khz / 88,2 khz Fernsteuerbare Funktionen: - Richtcharakteristik: Kugel... Niere... Acht in insgesamt 15 Stellungen - Low Cut: Flat/40 Hz/80 Hz/160 Hz - Vordämpfung: 0 db, 6 db, 12 db, 18 db - Gain: db in 1 db-schritten, clickless Schaltfunktionen: Softmuting, Phasenumkehr, Signallicht (weitere Funktionen in Vorbereitung) Synchronisation: AES 42 - Mode 2 (default) und AES 42 - Mode 1 (siehe DMI) Anzeigen: Blaue und rote LED (über Bediensoftware und Aux User Port schaltbar) Ausgang: XLR 3 M, AES Datenformat: Übertragung von Audio- und Informationsdaten vom Mikrophon, Phantomstromversorgung und Remote-Control-Daten zum Mikrophon. Parametrisierbarer Limiter (inkl. De-Esser-Funktion) 2-kanalige Ausführung (8kanalige 19"-Version in Planung) Eingänge: XLR 3 F, AES Datenformat: Übertragung von Audio- und Informationsdaten vom Mikrophon, Phantomstromversorgung und Remote-Control-Daten zum Mikrophon. Ausgänge: XLR 3 M, AES/EBU-Datenformat, 24 Bit. Phantomspeisung (DPP): +10 V, max. 250 ma pro Kanal, kurzschlussfest. Fernsteuerdaten: 750 Bit/s positive Pulse additiv der Phantomspeisung überlagert, auf diese Weise Modulation der Phantomspeisung Steuerbus: Verbindung zum DMI über RJ 45-Buchse und Patch-Kabel, Datenformat RS 485. Zweite RJ 45-Buchse für Kaskadierungszwecke. Verbindung zum Rechner über USB-Port und Neumann Schnittstellkonverter USB 485 (im Lieferumfang enthalten). Kaskadierung von bis zu 4 DMI Einheiten wird derzeitig unterstützt (zukünftig bis 16 Geräte). Geräteadresse: Über Codierschalter an der Geräterückseite einstellbar. Aux User Port: 9-pol Sub-D, 4 Schaltfunktionen pro Kanal Synchronisation: AES 42 - Mode 2, Taktnachregelung durch PLL (Default-Einstellung). Bei fehlendem externen Word-Clock-Master wird automatisch der DMI-interne Master zur Synchronisation beider Mikrophonkanäle verwendet. AES 42 - Mode 1, Clock freilaufend auf Mittenfrequenz, bedingt Sample Rate Converter (SRC) auf Empfängerseite. Verringerung des Dynamikumfanges in Abhängigkeit von den Eigenschaften des SRC. Word Clock Input: BNC, 75 Ohm. Word Clock Output: BNC, 75 Ohm, automatisch auf internen Word- Clock-Master geschaltet, wenn kein Signal an Word Clock Input. Interner Word Clock Generator: Wählbare Sampling-Raten: 48 khz, 96 khz, 44,1 khz, 88,2 khz. Anzeigen: Data Valid (AES 42) und Sync Locked (Mode 2) je Kanal, Power On und Ext. Word Clock. Stromversorgung: V, 50/60 Hz. Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten Printed in Germany Publ. 01/ /A02 Georg Neumann GmbH, Berlin Ollenhauerstr Berlin Germany Tel.: +49 (30) Fax: catalog-info@neumann.com Website: