Allgemeine Hinweise für Schallpegel-Kalibratoren
Ein Schallpegelkalibrator ist ein unverzichtbares Instrument zur Qualitätssicherung innerhalb der akustischen Messtechnik.
Ein Schallpegelkalibrator dient dazu, die gesamte Messkette – vom Mikrofon bis zur Anzeige -zu überprüfen.
Wie bedient man ein Schallpegelkalibrator?
Der Schallpegelkalibrator wird über das Mikrofon gesteckt und eingeschaltet.
In der Regel erzeugt ein solcher Kalibrator ein Pegel von 94dB. Im Messgerät wird dieser Wert bestätigt und das Meßsystem kalibriert sich auf den neuen Schallpegel. Viele Messvorschriften erfordern eine Kalibrierung vor und nach einer Messung.
Aufbau eines Schallpegelkalibrators
Ein Schallpegelkalibrator ist eine kleine Schallquelle mit einem genau definierten Schallpegel. Typischerweise finden wir Schallpegel von 94dB. 114dB ist in der Bauakustik weit verbreitet. In Laboren finden noch Pistonfone mit 124dB Anwendung.
Ein Schallpegelkalibrator besteht aus einer kleinen Druckkammer, die typischerweise auf die Erregungs-Frequenz abgestimmt ist.
Die Schallquelle selbst ist in der Regel ein kleiner Lautsprecher, aber auch ein Piezoelement. Aufwändigere Schallpegelkalibratoren enthalten zusätzlich ein Mikrofon, so dass der Schallpegel innerhalb der Druckkammer überprüft und nachgeregelt wird.
Gerade dieser Regelkreis ist sehr wichtig, da so Undichtigkeiten oder Änderungen des Kammervolumens keine Rolle spielen.
Kalibratoren im unteren Preissegment verzichten gerne aus Kostengründen auf diese wichtige Funktion.
Sehr hochwertige Kalibratoren enthalten zusätzlich Temperatursensoren sowie ein Drucksensor - ein Barometer - um den statischen Luftdruck zu kompensieren
Welche Frequenz verwendet ein Schallpegelkalibrator?
Schallpegelkalibratoren werden mit unterschiedlichen Frequenzen angeboten. Übliche Frequenzen sind 1000Hz. Dort haben auch die A und C Bewertungskurve eine Dämpfung von 0dB. Man findet aber auch Frequenzen von 125Hz, 250Hz oder 500Hz. Diese Geräte sind dann aber in der Regel für speziellere Anwendung.
Genauigkeit
Die typische Genauigkeit eines Kalibrators liegt zwischen 0.2 (Klasse 1) und 0.5dB (Klasse 2).
Wie oft sollte ein Schallpegelkalibrator geprüft werden?
Messmittel müssen regelmässig geprüft werden, da nur so die kontinuierliche Qualität und Aussagekraft der Messungen gesichert werden kann.
Ein Schallpegelkalibrator sollte daher in regelmäßigen Intervallen durch ein Labor geprüft werden. Typische Intervalle sind 1-2Jahre.
Sie finden unsere Angebote zur Prüfung von Schallpegelkalibratoren direkt in userem Webshop.
Wichtige Hinweise zur Verwendung von Schallpegelkalibratoren
Führen Sie das Mikrofon grundsätzlich langsam in den Schallpegelkalibrator ein, da eine zu schnelle Bewegung zu hohen Druckschwankungen führt, die eventuell die Membran des Schallpegelkalibrator oder des Mikrofons beschädigen kann.
Für eine präzise Kalibrierung ist eine ruhige Umgebung notwendig, da äußerlicher Schall die Kalibrierung beeinflussen kann. Ist der Umgebungslärm nicht zu vermeiden sollte zumindest ein höherer Referenzpegel z.B. 114dB verwendet werden, um so genug Abstand zum Umgebungslärm zu haben.
Bei Messungen in größerer Höhe sollte durch den geringeren Luftdruck die beiliegende Korrekturtabelle verwendet werden. Die Abweichung zwischen einer Höhe über dem Meeresspiegel von 0m (Luftdruck 1013hPa) und 3000m (702hPa) beträgt 0,5dB.
Welche Hersteller und Produkte gibt es für Schallpegelkalibratoren?
Nahezu jeder Hersteller von Produkten aus dem Bereich akustische Messtechnik bietet auch Kalibratoren an.
Die weltweit anerkannte Referenz ist der 4231 von Bruel und Kjaer. Dieser Kalibrator ist baumustergeprüft (Type approval) für die Klasse 1
Genauigkeit +/-0.2dB
Pegel 94dB und 114dB bei 1000Hz
Im Bereich der Klasse 2 Kalibratoren hat sich der Centertek 326 oder Center 326 einen Namen gemacht und hat sich in der Praxis vielfach bewährt. Sie finden den Center 326 bei uns im Shop.
Genauigkeit +/-0.5dB
Pegel 94dB und 114dB bei 1000Hz
In der Preisklasse darunter gibt es noch einige "Asia" Kalibratoren. Diese Geräte sind jedoch ungeregelt und erreichen typische Genauigkeiten von 2dB.
Der Schallpegelkalibrator AZ8930 ist ein relativ neuer Schallpegelkalibrator (Auf dem Markt seit ca. 2020) im günstigsten Preissegment.
Hintergrundinformationen für Schallpegelkalibratoren
Ein Schallpegelkalibrator erzeugt ein Schallpegel mit genau definiertem Pegel. Stark vereinfacht kann man sich ein solches Gerät als Lautsprecher mit angeschlossener Druckkammer vorstellen. Eine elektronische Schaltung erzeugt ein sinusförmiges Signal (meist 1kHz). Dieses Signal steuert einen Lautsprecher an, der in einer kleinen Druckkammer einen definierten Schalldruck erzeugt. Der Schalldruck hängt von der Größe der Kammer, der Temperatur und dem statischen Luftdruck ab.
Da das Kammervolumen recht klein ist, führen bereits kleinen Volumenänderungen zu großen Änderungen des Schallpegels. Viele Meßmikrofone haben leicht unterschiedliche Bauformen. Diese Unterschiede können bereits einen deutlichen Einfluss auf den Schallpegel haben. Daher raten wir von Geräten ohne aktive Regelung ab. Der oben beschriebene Schallpegelkalibrator verfügt über ein eingebautes Mikrofon, mit der der Schallpegel in der Druckkammer gemessen wird und so der Schallpegel konstant gehalten wird. Dieses Regelverhalten kann man leicht überprüfen, indem man das Meßmikrofon ein Stück aus der Druckkammer herauszieht. Die Druckkammer sollte dabei natürlich noch abgedichtet sein. Man kann jetzt beobachten wie der Schallpegel kurz abfällt und innerhalb von ca. 500ms seinen Referenzwert wieder erreicht.
Um den Pegel auch unter unterschiedlichen Umweltbedingungen konstant zu halten, verfügen manche Geräte vielfach über Sensoren für den statischen Luftdruck und Temperatur. Dies sind insbesondere Schallpegelkalibratoren der Klasse 0 und 1, die vielfach auch einen Mikroprozessor eingebaut haben.
Weiterhin werden auch Pistofone verwendet. Hier bewegt ein Kolben ein definiertes Luftvolumen und erzeugt damit einen definierten Schallpegel. Pistonphone werden hauptsächlich im Labor als Referenzgeräte verwendet.
Frequenz und Schalldruckpegel eines Kalibrators
Typischweise wird ein Schallpegel von 94dB verwendet. Weit verbreitet sind auch 114dB.
Die Referenzfrequenz liegt bei 1000Hz, bei Pistofonen niedriger (250Hz).
Die Frequenz von 1000Hz bei einem Schallpegelkalibrator hat den Vorteil, dass das Bewertungsfilter (A,B,C,D) bei einem Meßsystem keinen Einfluss auf die Kalibrierung dieses Meßsystems hat, da alle Bewertungsfilter bei 1000Hz ein Übertragungsfaktor von 1.0 =0dB haben. Bei anderen Referenzfrequenzen muss das Bewertungsfilter erntsprechend berücksichtigt werden.
Welche Mikrofone können kalibriert werden?
Die Messmikrofone werden in die Schallpegelkalibratoren eingesteckt. Dafür haben die Kalibratoren Öffnungen von meist 1 Zoll. Mit Adaptern können auch ½-Zoll oder ¼-Zoll angesteckt werden. Für Mikrofone mit anderen Durchmessern gibt es Adapter.
Die Angaben Zoll sind teilweise irreführend, sie beziehen sich auf den Durchmesser der Membran. Ein 1/2"-Mikrofon hat ein Aussen-Durchmesser von 13,2mm.
Mikrofone aus der Studio-Technik können im allgemeinen nicht mit einem Schallpegelkalibrator kalibriert werden. Letzlich passen diese Mikrofone einfach mechanisch nicht einen Kalibrator. Zum anderen handelt es sich meist um Gradienten-Mikrofone mit seitlichen Öffnungen.
Welchen Durchmesser hat ein Schallpegelkalibrator? Benötigen Sie für Ihr Messmikrofon ein Adapter?
Messmikrofone sind in Ihrem Aufbau normiert (siehe DIN EN 61094). Folgende Größen sind definiert:
- 1" - 23,77 mm - Für niedrige Frequenzen
- 1/2" - 13,2mm - das Arbeitspferd
- 1/4" - 7,0mm - Für hohe Pegel und hohe Frequenzen
- 1/8" - 3,21mm - Für höchste Pegel und sehr hohe Frequenzen
Die Angaben Zoll sind teilweise irreführend, sie beziehen sich auf den Durchmesser der Membran. Ein 1/2"-Mikrofon hat ein Aussen-Durchmesser von 13,2mm.
Die meisten Schallpegelkalibratoren haben einen Anschluss von 1". Ein 1/2" Adapter wird direkt mitgeliefert. Adapter für 1/4" und 1/8" sind als Option lieferbar.
In der Praxis werden jedoch auch Messmikrofone eingesetzt, die eher aus der Studiotechnik kommen (erkennbar am XLR-Anschluss) und andere Durchmesser haben. Für solche Mikrofone benötigne Sie Adapter.
Sie finden in unserem Webshop eine grosse Anzahl von Adaptern für Schallpegelkalibratoren. An dieser Stelle nennen wir die häufigsten:
Messung des Übertragungsfaktors bei Mikrofonen
Mit einem Schallpegelmesser können Sie den Druckübertragungsfaktors von Mikrofonen messen. Hierfür wird an den Ausgang des Mikrofons ein Millivoltmeter angeschlossen. Die angezeigte Spannung dividiert durch den Schalldruck (94 dB bezogen auf 2.10-5 Pa entsprechen einem Schalldruck von 1 Pa) ergibt den Druckübertragungsfaktor des Mikrofons bei f=1000 Hz. Typische Meßmikrofone haben ein Übertragungsfaktor von 1-100mV/Pa.
Welche Genauigkeitsklassen gibt es?
Nach DIN/IEC 60942 sind Schallpegelkalibratoren in verschiedene Genauigkeitsklassen eingeteilt:
- Klasse 0 Bezugsnormal
- Klasse 1 Laborgerät
- Klasse 2 Felduntersuchung
- Klasse 3 Orientierungsmessung
In der Praxis sind nur Klasse 1 und Klasse 2 relevant. Die Genauigkeit eines Kalibrators liegt zwischen 0.2 (Klasse 1) und 0.5dB (Klasse 2). Für die grundsätzliche Genauigkeit einer akustischen Messung hat der Kalibrator nur einen geringeren Einfluss. Der Unterschied bei 1Khz liegt maximal 0.3dB. Das Messmikrofon hat einen weit größeren Einfluss. Bei Messmikrofonen unterschieden sich die Tolereranzen von Klasse 1 und Klasse 2 - je nach Frequenz - zwischen 0.5dB und 3,5dB (DIN61672-1:2013). Bei einzelnen Messvorschrift sind jedoch durchgängig Klasse 1 Geräte erforderlich. Weiterhin sind Klasse 1 Kalibratoren extrem langzeitstabil und daher verläßlich.
Aufbau eines Center 326
Der Centertek 326 ist ein weitverbreiteter Klasse 2 Kalibrator. Es lohnt sich daher, das Innenleben genauer anzuschauen.
Der Center 326 Kalibrator besteht aus:
- Druckkammer. In diesem kleine Volumen wird der Schalldruckpegel präzise geregelt.
- Lautsprecher: Der kleine Lautsprecher erzeugt den Schall.
- Refernzmikrofon: Mit diesem Mikrofon wird der Schalldruckpegel gemessen und geregelt
- Steuerplatine
Die Druckkammer eines Center 326 im Detail
Für technisch versierte haben wir auch ein Bruel und Kjaer 4231 zerlegt. Hier ist alleine ein Referenzmikrofon im Wert von ca. 1000Euro verbaut.