Wie haben die das nur gemacht? Ein Blick ins Innere des SM58

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Wie kommt es eigentlich, dass das SM58 so klingt wie es klingt? Michael Pettersen, Director Corporate History bei Shure, erklärt es uns.

Knackiger Sound. Beeindruckende Tiefen. Perfekt für Gesang. Sprichwörtlich unzerstörbar. Extrem robust. Der Standard.

All das sind typische Eigenschaften des SM58. Aber wie kam es überhaupt dazu? Tatsächlich war der Weg von den original Unidyne „Vogelkäfig“ Modellen hin zum kompakten Handmikrofon gar nicht so ohne. Die Shure Ingenieure Ben Bauer und Ernie Seeler wollten den Frequenzgang und die Richtwirkung von Bauers Unidyne Design verbessern und gleichzeitig den Wandler so stark verkleinern, dass er in einen „Handgriff“ passt. Bei diesem neuen Formfaktor ergaben sich neue Schwierigkeiten: Explosivlaute, Erschütterungsgeräusche – Dinge, die bei einem großen Stativmikrofon, das nicht großartig bewegt wurde, keine Rolle spielten.

Wie das SM58 nun so wurde, wie es ist, basiert auf den folgenden drei Aspekten: Membran, Wandler, Shock Mount (Erschütterungsabsorber).

Zunächst wollen wir mal einen kurzen Crashkurs machen, wie ein dynamisches Mikrofon Schallwellen in elektrische Energie umwandelt.

Dynamische Kapsel

Dynamische Kapsel

Wie alle dynamische Kapseln besteht auch die des SM58 aus einer Membran, einer Spule und einem Magneten. Die Spule hängt frei im Magnetfeld und ist fest mit der Membran verbunden. Trifft nun Schall auf die Membran, beginnt diese zu schwingen, wodurch die Spule in Schwingung versetzt wird. So wird in der Spule eine Spannung generiert, die ein elektrisches Abbild der akustischen Schallwelle darstellt.

Das Design der Membran

Als Ernie Seeler seinerzeit die Membran für den Unidyne III Wandler konzipierte, der sich im SM58 befindet, sah er sich plötzlich mit einer der größten Herausforderungen im Mikrofondesign konfrontiert: die Biegung der Membran. Eine Membran neigt prinzipiell dazu, sich unterschiedlich zu verformen, je nachdem, ob sie von tiefen, mittleren oder hohen Frequenzen getroffen wird. Also entspricht die Bewegung der Spule nicht unbedingt der Schallwelle, was zu hörbaren Abweichungen bei der Klangqualität führen kann.

Seeler verwendete für die neue Membran eine Mylar Polyester-Folie – das ist eine spezielle Art von Plastik, sehr stabil und gleichzeitig sehr leicht, so dass sich das Material nicht zu sehr bewegt. Er designte eine Membran in einer vollkommen neue Form. Sie sah ein bisschen aus wie ein Donut, aber mit einer Kuppel in der Mitte. Dieses Design führte dazu, dass sich die Membran und die Spule wie eine Einheit hin und her bewegten und dies mit einer nur minimalen Verbiegung, egal, ob die Frequenzen tief, mittel oder hoch waren. Die Mylar Membran bot zudem eine nicht konsistente Dicke. In der Mitte war sie dicker und damit steifer, was zu einer Verbesserung bei der Wiedergabe der hohen Frequenzen führte. Letzten Endes war dieses Design dafür verantwortlich, dass das SM58 diesen typisch ausgewogenen Sound über den kompletten Frequenzbereich liefern konnte.

Das Design des Wandlers

Ernie Seeler wollte, dass die Unidyne III Kapsel eine „gleichmäßige Richt-Charakteristik über den gesamten Frequenzbereich“ bietet – also, dass die Nierencharakteristik in den tiefen, mittleren und hohen Frequenzen identisch sein sollte. Weiterhin wollte er eine Rotations-Symmetrie erzielen, was bedeutet, dass der Klang bei einem bestimmten Aufnahmewinkel immer konstant bleibt, ganz egal, wie sehr das Mikrofon um seine Achse gedreht wird. In den 1930ern, 40ern und 50ern war das jetzt nicht weiter wichtig, da die Künstler ohnehin immer direkt vor ihrem auf einem Stativ montierten Mikrofon standen. Die meisten Mikros jener Zeit hatten unsymmetrische Richtcharakteristiken so dass sie von oben, unten bzw. seitlich anders klangen. Aber wie gesagt, da sich der Künstler im Verhältnis zum Mikrofon nicht bewegte war diese „außer-axiale Klangverfärbung“ irrelevant.

In den 60ern ging es dann los mit Rock’n’Roll und die Musiker wollten nicht länger statisch an ihr Mikrofon gebunden sein, sie wollten sich frei bewegen. Damit variierte die Position des Mikros im Verhältnis zum Künstler und zum Lautsprecher und es wurde wichtig, dass der Sound des Mikrofons konstant blieb, unabhängig davon, wo auf der Bühne es sich gerade befand.

Als Ben Bauer bereits 1937 das Unidyne designte, entwickelte er ein geradezu geniales „Vordertür/Hintertür“ System (das so genante Uniphase Prinzip). Dieses lässt einer Schallwelle zwei Möglichkeiten, um auf die Mikrofonmembran zu treffen. Die Schallwellen treffen von vorne und von hinten auf die Membran. Und wie wenn zwei Leute gleichzeitig von zwei Seiten gegen eine Schwing-Türe drücken, setzr dies die Kräfte gegenseitig schachmatt. Die Membran bleibt also in Ruhe, es wird kein Ausgangs-Signal generiert.

Seeler adaptierte das Uniphase Prinzip, so dass es auch im deutlich kompakteren Handgriff der neuen Mikrofone (545, 565 und SM58) funktionierte. Zudem verbesserte Ernie die Konsistenz der Richtwirkung über den gesamten Frequenzbereich, indem er ein komplexes Konstrukt aus Öffnungen, akustischen Widerständen und Resonanzräume hinzufügte, die als akustisches Netzwerk dienten.

Während das Konzept einer gleichförmigen Richtcharakteristik und Rotationssymmetrie entlang der Achse des Mikrofons heute ganz normal ist, war das damals ein echter Durchbruch, der den Künstlern mehr Freiheit einräumte, um mit ihrem Publikum in Kontakt zu treten. Gleichzeitig konnten die Toningenieure eine höhere Lautstärke aus den Anlagen holen, ohne dass Rückkopplungen auftraten, und damit auch große Locations problemlos beschallen.

Shock Mount

Shock Mount

Der Shock Mount

Der Handgriff des SM58 bietet noch eine weitere technische Innovation: einen Erschütterungsabsorber (Shock Mount), der vor Vibrationen schützt. Eine Mikrofonmembran ist darauf ausgelegt, allein durch die akustische Energie der Schallwellen zu schwingen. Um das zu tun, muss sie empfindlich sein, aber das bedeutet auch, dass sie ebenfalls empfindlich gegenüber Vibrationen ist, die durch den Handgriff des Mikros übertragen werden.

Ein Lösungsweg wäre gewesen, den Wandler mit einem oder mehreren Gummiringen zu versehen, was einiges an Vibrationsenergie absorbiert hätte. (Wie bei den früheren Mikrofonen üblich, wodurch stehts ein großes Gehäuse notwendig war.) Allerdings sind manche Mikrofone empfindlicher gegenüber bestimmten Vibrationen als andere und manche Vibrationen führen stärker zu hörbaren Effekten als andere. Anstatt sich auf irgendwelche Experimente unklaren Ausgangs einzulassen, konstruierte Seeler einen vollkommen neuen, einzigartigen, luftgefederten Erschütterungsabsorber, der speziell für den Unidyne III Wandler im SM58 gedacht war. Einer, der darauf optimiert war, Vibrationen in den kritischen Frequenzbereichen zu kontrollieren, also genau dort, wo sich Vibrationen negativ auf die Klangqualität auswirken können.

Der Shock Mount trägt einen großen Teil zur Performance des SM58 bei. Wenn du mal etwas grober gegen ein Billigmikrofon schlägst, wirst du einen deutlichen Knall hören, beim SM58 gibt es maximal ein gedämpftes „Plop“. Der Erschütterungsabsorber ist auch genau der Grund, warum Künstler wie Roger Daltrey so ekstatisch und wild mit ihrem SM58 umgehen können – bei manchen gehört dies sogar zur Bühnenshow.

Engineering – damals und heute

Man munkelt, dass die Entwicklung des Erschütterungsabsorbers auf sage und schreibe 300 handgeschriebene, mathematische Berechnungen zurückzuführen ist. Wie viele Stunden damals wohl in Forschung, Tests und die Auswahl der Materialien investiert, um sicherzustellen, dass sich das Prinzip für ein Mikrofon anwenden lässt, das für die Massenproduktion gedacht war?

Ein Shure Kollege, der das SM58 in- und auswendig kennt, ist Yuri Shulman, Principal Engineer. Obwohl die Entwicklung der Unidyne III Kapsel einige Jahre vor Yuris Eintritt bei Shure anno 1981 stattgefunden hatte, kann er sich noch gut an Ernie Seeler und die damaligen Produktionsabläufe erinnern.

„Ernie Seeler war, ebenso wie Ben Bauer in den USA und Georg Neumann in Deutschland, einer der talentiertesten Ingenieure des letzten Jahrhunderts“, meint Yuri. „Ernie war unglaublich talentiert in Akustik und ein brillanter Mathematiker.“

Zu jener Zeit arbeiteten Ingenieure in erster Linie mit Zeichenbrettern, Logarithmus-Tabellen und Rechenschiebern. Der Frequenzgang wurde in einer kleinen Kammer mit einem Ampex Spulen-Aufzeichnungs-Wiedergabegerät ermittelt. Die Drop-Tests der Mikros liefen so ab, dass die Mikrofone einfach vom Zwischengeschoss nach unten geworfen wurden. Ein Mechaniker-Team baute die notwendigen Teile für die Prototypen. Wirklich alles passierte in der damaligen Shure Firmenzentrale in Evanston, IL: Marketing, Design, Engineering, Galvanisierung, Formen, Lackieren, Montage, Versand. „Wenn das Plastik in der Formmaschine überhitzte, wusste sofort jeder Bescheid“, so Yuri.

Im heutigen Technologie-Gebäudetrakt bei Shure kann man noch immer ein paar der Geräte finden, die zu Seelers Zeiten genutzt wurden. Allerdings setzt man heute doch eher auf Akustiksoftware, die akkurate Ergebnisse innerhalb weniger Sekunden liefert, anstatt dass man dafür Minuten oder gar Stunden benötigt. Zwei reflexionsarme Räume und ein moderner Hörraum sind permanent in Benutzung. 3D Drucker erleichtern die Prototypen-Entwicklung ungemein. Eine kleine Zahl an Mechanikern macht mithilfe von Robotern die Arbeit, für die vor 35 Jahren viele Kollegen notwendig waren.

Shulman vermisst nicht viel von früher, abgesehen von dem unkomplizierteren Check während der Produktion. Er ist sich sicher, dass das SM58 heute besser ist, was an präziseren Abläufen, neuen Materialien, größerer Konsistenz und effizienteren Produktionsprozessen liegt.

„Das 2016er SM58 ist das beste, das wir je gemacht haben. Jedes SM58 wird gründlich getestet, um auch die härtesten Vorgaben zu bestehen, bevor es unsere Fabrik verlässt. Ich kenne keinen anderen Hersteller, der das noch so macht“, so Shulman abschließend.

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