Ein Mikrofon ist ein Wandler, der Schallwellen in elektrische Signale umwandelt. Es gibt verschiedene Typen, darunter Messmikrofone zur präzisen Schallquantifizierung und Akustikmikrofone für allgemeine Audioanwendungen. Messmikrofone sind für den Einsatz in Bereichen wie der Akustikforschung kalibriert, während Akustikmikrofone für Aufnahmen und Rundfunk optimiert sind.
Ein Mikrofon ist ein Wandler, der Schallwellen in elektrische Signale umwandelt. Das Grundprinzip eines Mikrofons ist die Bewegung einer Membran als Reaktion auf den Schalldruck. Diese Bewegung wird dann durch verschiedene Mechanismen je nach Mikrofontyp in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das resultierende Signal ist eine Darstellung der Schallwelle in einem elektrischen Format, das dann von Audio- oder Messgeräten verarbeitet werden kann. Mikrofone lassen sich je nach Anwendungsbereich grob in zwei Hauptgruppen einteilen: Messmikrofone und akustische Mikrofone (oder Allzweckmikrofone).
Messmikrofone:
Mikrofone für akustische Aufnahmen:
Ein Messmikrofon ist ein kalibrierter Wandler, der für Geräte entwickelt wurde, die Schall quantifizieren, wie z. B. Schallpegelmesser. Diese Mikrofone sind so konstruiert, dass sie Standards wie IEC 61094 erfüllen und präzise Schallmessungen gewährleisten. Sie werden einzeln kalibriert, wobei jede Kalibrierung in einem Diagramm dokumentiert wird, das während der gesamten Lebensdauer des Mikrofons als wichtige Referenz dient. Messmikrofone sind für ihre hohe Genauigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit bekannt, was sie zu unverzichtbaren Werkzeugen in Bereichen wie Akustikforschung, Umweltlärmbewertung und Prüfung von Audiogeräten macht. Messmikrofone werden von Toningenieuren, Akustikern und Forschern verwendet, die sich bei präzisen Schallmessungen in verschiedenen Bereichen auf diese Geräte verlassen.
Ein akustisches Mikrofon ist ein Wandler, der Schallwellen für verschiedene Audioanwendungen wie Aufnahme, Rundfunk und Kommunikation aufnimmt. Im Gegensatz zu Messmikrofonen, die auf Präzision und Genauigkeit bei der Schallquantifizierung kalibriert sind, sind akustische Mikrofone für den allgemeinen Gebrauch optimiert, wobei Eigenschaften wie Frequenzgang, Empfindlichkeit und Haltbarkeit im Vordergrund stehen. Diese Mikrofone wandeln akustische Energie in elektrische Signale um, die verstärkt, aufgezeichnet oder zur Wiedergabe, Analyse oder Kommunikation übertragen werden können. Akustische Mikrofone gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter dynamische, Kondensator-, Bändchen- und MEMS-Mikrofone, die jeweils für bestimmte Audioumgebungen und -anforderungen geeignet sind.
Druckmikrofone sind so konzipiert, dass sie einen gleichmäßigen Frequenzgang zum tatsächlichen Schalldruck an der Mikrofonmembran aufweisen. Sie messen den Schalldruckpegel direkt, ohne die Anwesenheit des Mikrofons im Schallfeld zu kompensieren. Druckmikrofone werden hauptsächlich in geschlossenen Hohlräumen verwendet, beispielsweise bei Kopplermessungen und Audiometerkalibrierungen. Sie werden auch für Messungen an Wänden oder Oberflächen verwendet, bei denen das Mikrofon bündig mit der umgebenden Oberfläche montiert werden kann.
Freifeldmikrofone sind für die Messung von Schall in einem offenen Raum ohne Reflexionen oder Hindernisse konzipiert. Diese Mikrofone berücksichtigen die Art und Weise, wie Schallwellen mit dem Mikrofonkörper interagieren, und bieten einen Frequenzgang, der diese Effekte kompensiert. Freifeldmikrofone werden häufig bei Messungen im Freien oder in Umgebungen verwendet, in denen eine genaue Darstellung der Schallquelle erforderlich ist. Sie werden häufig in Schallpegelmessern verwendet, wobei die Einstellungen entweder für die Freifeld- oder die Diffusfeldkompensation angepasst werden, je nachdem, ob die Messung im Innen- oder Außenbereich erfolgt.
Mikrofone mit zufälligem Einfall sind für Messungen in Schallfeldern konzipiert, in denen Schallwellen aus mehreren Richtungen kommen, wie z. B. in einem Nachhallraum oder einer stark reflektierenden Umgebung. Der kombinierte Einfluss von Schallwellen aus allen Richtungen hängt von ihrer Verteilung ab. Für Messmikrofone wurde eine Standardverteilung basierend auf statistischen Überlegungen definiert, die zu einem standardisierten Mikrofon mit zufälligem Einfall führte. Diese Mikrofone werden für Schalldruckpegelmessungen gemäß ANSI-Standards empfohlen.
Infraschallmikrofone sind für die Erkennung von sehr niederfrequenten Geräuschen, typischerweise unter 20 Hz, ausgelegt. Diese Mikrofone werden zur Überwachung natürlicher Phänomene wie Erdbeben und vulkanischer Aktivität, zur Untersuchung atmosphärischer Bedingungen und zur industriellen Überwachung verwendet. Sie sind normalerweise größer, typischerweise etwa 1 Zoll, um niederfrequente Geräusche effektiv zu erkennen.
Ultraschallmikrofone hingegen sind für die Erkennung von sehr hochfrequenten Geräuschen, typischerweise über 20 kHz, ausgelegt. Diese Mikrofone werden für Anwendungen wie die Erkennung der Echoortung von Fledermäusen, die Ultraschall-Fehlererkennung in Materialien, die medizinische Diagnostik und die industrielle Automatisierung verwendet. Sie sind normalerweise kleiner, etwa 1/4 Zoll, um hochfrequente Geräusche genau zu erfassen. Das Verständnis der verschiedenen Mikrofontypen und ihrer spezifischen Anwendungen hilft bei der Auswahl des richtigen Mikrofons für genaue Schallpegelmessungen oder hochwertige Audioaufnahmen.
Ein MIRE-Mikrofon (Microphone In Real Ear) ist ein spezialisiertes Mikrofon, das entwickelt wurde, um den Schalldruckpegel im Gehörgang zu messen. Der Zweck von MIRE-Messungen besteht darin, die Lärmbelastung durch Schallquellen in der Nähe des Ohrs, insbesondere von Kopfhörern, zu beurteilen. Anwendungsbeispiele umfassen Messungen in Pilotenhelmen und Callcentern. Eine weitere wichtige Anwendung besteht in der Bewertung der Wirksamkeit von Gehörschutz durch die Messung der Schalldruckpegel unter den Gehörschutzkapseln.
Ein Outdoor- und drahtloses Mikrofon bezieht sich normalerweise auf einen Schallpegelmesser mit integriertem Mikrofon, das für den Einsatz im Freien konzipiert und mit drahtlosen Übertragungsfunktionen ausgestattet ist. Diese Systeme sind in Schutzgehäusen untergebracht, die das Mikrofon vor Umwelteinflüssen wie Wind und Regen schützen. Die Messgeräte enthalten oft Kompensationsfilter, um den Auswirkungen des Gehäuses und des Schaumstoffschutzes auf die Leistung des Mikrofons entgegenzuwirken. Die drahtlose Funktion ermöglicht es dem Schallpegelmesser, Audiodaten ohne physische Kabel an einen Empfänger oder eine Überwachungsstation zu übertragen, was eine Fernüberwachung und kontinuierliche Überwachung des Umgebungslärms ermöglicht.
Zu den wichtigsten Eigenschaften eines Mikrofons gehören:
Gemäß der Norm IEC 61094 werden Mikrofone entweder als Laborreferenzmikrofone oder als Messmikrofone für Routinemessungen klassifiziert. Diese Norm verwendet bestimmte Abkürzungen, um die Arten und Größen von Mikrofonen zu bezeichnen:
Mikrofonklassifizierungen:
Daher gibt es keine Klassifizierung von Mikrofonen in Klasse 1 oder Klasse 2; diese Klassifizierungen gelten für Schallpegelmesser gemäß IEC 61672-1. Die Mikrofone selbst werden gemäß der Norm IEC 61094 entweder als Laborreferenzmikrofone (LS) oder als Arbeitsstandardmikrofone (WS) klassifiziert.
Die Eigenschaften eines Mikrofons werden durch Konstruktion, Interferenzen, Platzierung, Alterung und Umgebungsbedingungen beeinflusst. Die Konstruktion umfasst das Design und die verwendeten Materialien, die sich auf die Leistung auswirken. Interferenzen umfassen elektromagnetische und mechanische Vibrationen, die Lärm verursachen können. Die Platzierung beeinflusst die Richtcharakteristik und den Frequenzgang. Die Alterung wirkt sich auf Komponenten wie die Membran aus und verändert Empfindlichkeit und Frequenzgang. Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck können sich ebenfalls auf die Leistung auswirken und erfordern eine sorgfältige Verwaltung, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten.
Die Mikrofonempfindlichkeit ist ein Maß dafür, wie effektiv ein Mikrofon akustischen Schalldruck in ein elektrisches Signal umwandelt. Sie wird normalerweise in Millivolt pro Pascal (mV/Pa) ausgedrückt und gibt die vom Mikrofon erzeugte Ausgangsspannung für einen bestimmten Schalldruckpegel an. Wenn ein Mikrofon beispielsweise eine Empfindlichkeit von 50 mV/Pa hat, bedeutet dies, dass das Mikrofon für jedes Pascal Schalldruck (ungefähr der Schalldruckpegel bei etwa 94 dB) ein Ausgangssignal von 50 Millivolt erzeugt. Dieser Wert hilft dabei zu bestimmen, wie gut das Mikrofon in verschiedenen Klangumgebungen funktioniert und wie viel Verstärkung für die gewünschte Anwendung erforderlich sein könnte.
Der Dynamikbereich eines Mikrofons bezieht sich auf den Bereich zwischen dem niedrigsten und höchsten messbaren Schalldruckpegel, den es genau erfassen kann. Ein großer Dynamikbereich ist entscheidend, da das Mikrofon dadurch ein breites Spektrum an Schallintensitäten verarbeiten kann, von sehr leisen bis zu extrem lauten Geräuschen, ohne Verzerrung oder Detailverlust.
Temperaturänderungen können die Empfindlichkeit von Messmikrofonen beeinflussen. Hochwertige Mikrofone sind so konzipiert, dass diese Effekte minimiert werden und eine gleichbleibende Leistung über einen Temperaturbereich hinweg gewährleistet ist. Erhöhter Umgebungsdruck verringert die Empfindlichkeit eines Mikrofons, quantifiziert durch den Umgebungsdruckkoeffizienten, der dabei hilft, Messungen entsprechend anzupassen. Das Verstehen und Kompensieren dieser Effekte sorgt dafür, dass trotz Umgebungsänderungen genaue Schallmessungen aufrechterhalten werden.
Die Verwendung eines Messmikrofons umfasst mehrere Schritte für genaue Schallmessungen:
Ein Mikrofonvorverstärker ist ein elektronisches Gerät, das im Signalpfad zwischen einem Mikrofon und Eingangskarten oder Aufnahmegeräten verwendet wird. Sie dienen dazu, schwache Mikrofonsignale auf ein Niveau zu verstärken, das effektiv verarbeitet und analysiert werden kann, wodurch eine hochwertige Tonwiedergabe und genaue Tonmessungen gewährleistet werden. Ihre Rolle ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität, die Reduzierung von Rauschen und die Bereitstellung der erforderlichen Verstärkung für verschiedene Audio- und Messaufgaben.
Ein Mikrofonkabel ist eine wesentliche Komponente in der Audio- und Messsignalkette und wird verwendet, um einen Mikrofonvorverstärker mit einer Eingangskarte oder anderen Audiogeräten zu verbinden. Diese Kabel sind so konzipiert, dass sie die Signalintegrität aufrechterhalten, indem sie Rauschen und Störungen minimieren und sicherstellen, dass das Audiosignal klar und genau übertragen wird. Hochwertige Mikrofonkabel verfügen normalerweise über Abschirmung und symmetrische Anschlüsse, um die Auswirkungen von externem Rauschen und elektromagnetischen Störungen weiter zu reduzieren.
Wenn ein vorpolarisiertes Mikrofon die falsche Polarisationsspannung empfängt, wird es nicht beschädigt, aber seine Empfindlichkeit ändert sich. Diese Mikrofone sind so konzipiert, dass sie ohne externe Polarisationsspannung funktionieren, da sie ein eingebautes Elektretmaterial enthalten, das eine permanente Ladung hält. Das Anlegen einer falschen Spannung kann die Leistung des Mikrofons beeinträchtigen und zu ungenauen Schallmessungen führen.
Die Werkskalibrierung ist für Messmikrofone von entscheidender Bedeutung, da sie die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Mikrofons von Anfang an gewährleistet. Während der Werkskalibrierung wird jedes Mikrofon sorgfältig anhand präziser Standards getestet, um seine genaue Empfindlichkeit, Frequenzgang und andere wichtige Parameter festzustellen. Bei diesem Prozess wird die Leistung des Mikrofons mit einer bekannten Referenz verglichen, sodass alle erforderlichen Anpassungen vorgenommen werden können, um strenge Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.
94 dB werden für die Mikrofonkalibrierung verwendet, da dies einem Schalldruckpegel von 1 Pascal entspricht, was ein praktischer Referenzpunkt ist. Dieser Standardreferenzpegel bietet eine konsistente und leicht reproduzierbare Basislinie zum Messen und Vergleichen der Mikrofonempfindlichkeit. Die Kalibrierung von Mikrofonen bei 94 dB stellt sicher, dass ihre Empfindlichkeitswerte standardisiert sind, was eine genaue und zuverlässige Leistung für verschiedene Anwendungen ermöglicht. Durch die Verwendung dieses Referenzpegels können Hersteller und Benutzer sicherstellen, dass Mikrofone bei einem bekannten Schalldruck eine konsistente Ausgabe erzeugen, was präzise Schallmessungen ermöglicht und die Einheitlichkeit bei der Prüfung und Kalibrierung von Audiogeräten gewährleistet.
Die regelmäßige Neukalibrierung von Schallpegelmessern mit Mikrofonen, die durch Vorschriften wie IEC 61672-3 bedingt ist, ist eine proaktive Maßnahme, um sicherzustellen, dass diese Geräte während ihrer gesamten Betriebslebensdauer genau, zuverlässig und normenkonform bleiben. Dieser Prozess ist für die Aufrechterhaltung der Gültigkeit und Präzision von Schallmessungen in verschiedenen professionellen und regulatorischen Kontexten unerlässlich. Eine regelmäßige Neukalibrierung hilft dabei, die Leistung zu überprüfen, Abweichungen zu erkennen und Konsistenz bei Messungen sicherzustellen. Dadurch wird die Integrität der für die Überwachung von Umgebungslärm, arbeitsmedizinische Beurteilungen und andere kritische Anwendungen gesammelten Daten gewahrt.
Ein elektrostatischer Aktuator ist ein Gerät, das bei der Kalibrierung von Kondensatormikrofonen verwendet wird. Es funktioniert, indem es eine elektrostatische Kraft auf die Membran des Mikrofons ausübt und so die Wirkung von Schallwellen simuliert. Diese Methode ermöglicht eine präzise Steuerung und Messung der Reaktion des Mikrofons auf einen bekannten Eingang und erleichtert so eine genaue Kalibrierung. Der elektrostatische Aktuator funktioniert, indem ein starres, leitfähiges Gitter in der Nähe der Mikrofonmembran platziert und eine Wechselspannung zwischen ihnen angelegt wird. Dadurch entsteht ein elektrostatisches Feld, das die Membran ähnlich bewegt wie Schalldruck. Durch Variieren der Frequenz und Amplitude der angelegten Spannung können der Frequenzgang und die Empfindlichkeit des Mikrofons gemessen werden.
Mikrofone, insbesondere solche, die für präzise Messungen verwendet werden, werden von Laboren kalibriert, die nach ISO 17025 akkreditiert sind. Diese Labore, wie z. B. Svantek, sind auf Kalibrierung und Prüfung spezialisiert, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Messinstrumenten sicherzustellen. Die ISO 17025-Akkreditierung bedeutet, dass ein Labor internationale Standards für technische Kompetenz und Qualitätsmanagement erfüllt und sicherstellt, dass die Kalibrierungsergebnisse genau und auf anerkannte Standards rückführbar sind.
Ein autorisierter SVANTEK-Berater hilft Ihnen mit Einzelheiten wie dem erforderlichen Zubehör für Ihre Lärmüberwachungsaufgabe.
