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Tieffrequenter Schall kann in Wohnungen zu erheblichen Beeinträchtigungen des Wohlbefindens führen. Der Körper ist durch den teilweise unbewusst wahrgenommenen Schall in erhöhter Alarmbereitschaft. Stresshormone werden ausgeschüttet und lösen eine ganze Kaskade von Reaktionen im Körper aus.

Unser Ohr ist am empfindlichsten zwischen 1000 Hz und 6000 Hz. Hohe und tiefe Frequenzen nehmen wir deutlich schlechter wahr. Ein Ton der Frequenz 50Hz muss 40dB lauter sein als ein Ton bei 1000Hz. Dies ist ein Faktor von 100.

Tipp für sofortige Ruhe bei Brummen und ein  Test

Leider sind übliche Ohrstöpsel oder Kapselgehörschutz nicht besonders wirksam gegen tiefe Frequenzen.

Wenn Sie aber vom Brummen "verfolgt" werden, sollten Sie einen Kopfhörer mit "Noise-Canceling" probieren. Diese Systeme u.A. von Bose, Sennheiser, Sony sind außerordentlich wirksam gegen Frequenzen im Bereich von 30-200Hz. Diese Kopfhörer messen den Schall vor dem Kopfhörer mit einem Mikrofon und löschen durch ein gegenphasiges Signal die Störsignale aus. Übrig bleibt ein leises Rauschen. Diese Systeme funktionieren sehr effektiv, da Sie nur ein kleines Volumen zwischen Ohr und Kopfhörer bearbeiten. Es ist jedoch nicht möglich, einen ganzen Raum mit solchen "Anti-Schall"-Massnahmen ruhig zu bekommen.

Mit einem solchen Kopfhörer können Sie leicht feststellen ob Brummen vorhanden ist, denn nach dem Einschalten ist augenblicklich Ruhe. Solche System sind auch gut als Einschlafhilfe geeignet. Gegen Infraschall sind sie jedoch wirkungslos. 

Ist das Brummen jedoch immer noch vorhanden, deutet vieles auf einen Brumm-Tinitus hin.

Grundlagen

Von besonderem Interesse sind Schallanteile mit Frequenzen unterhalb von 200Hz.

Sie haben folgende Eigenschaften 

• Sie können durch das menschliche Gehör nicht geortet werden. Der Schall ist gefühlt „überall“
• Typische Dämmstoffe sind nahezu wirkungslos.
• Massive Baumaterialen schirmen jedoch gut ab. In Kirchen ist der Verkehrslärm durch die dicken Mauern kaum hörbar.
• Fenster sind hingegen für Frequenzen unterhalb von 100Hz nahezu durchlässig
• Im Freien haben tiefe Frequenzen eine enorme Reichweite.
• Schlafzimmer sind meist mit Decken, Teppichen, Vorhängen etc. ausgerüstet. Hohe Frequenzen werden dadurch stark bedämpft, sind aber für tieffrequenten Schall  praktisch wirkungslos. Dadurch tritt Brummen besonders störend in den Vordergrund.
• Je tiefer die Frequenz, desto schwieriger ist die Bekämpfung durch passive Maßnahmen.
• Durch die lange Wellenlänge, „kriecht“ der Schall um jede Ecke (Beugungseffekte)
• In Räumen bilden sich häufig Resonanzen.

Schall ist bis etwa 20Hz hörbar. Tieffrequentere Signale werden dann als Erschütterungen / Vibrationen wahrgenommen. Die bewusste Wahrnehmung ist umstritten (aktuelle Forschungen gehen von einer Wahrnehmungsgrenze ab 8Hz aus), allerdings scheinen tieffrequente Anteile für Störungen im Wohlbefinden verantwortlich zu sein.

 

Die Ursachen für Brummen sind meist technischer Natur

• Industrie
• Verkehr
• Windkraftanlagen
• Baumaschinen
• Transformatoren
• Pipelines
• Wärmepumpen
• Etc.

 

Tieffrequenter  Schall und Infraschall wird aber auch im hohen Maße durch Wind und Wellen erzeugt, ganz ohne menschliches Einwirken.

Leider kommen auch Sinneseindrücke vor, die wie Brummen wirken, aber keine physikalische Ursache haben. Ein Tinitus kann nur nicht in Form von „Pfeifen“ erscheinen sondern auch als „Brummton“. Diese Form wird als Brumm-Tinitus bezeichnet.

 

Systematische Ursachenforschung

Sind sie der einzige der den Brummton hört?

Der erste und wichtigste Schritt ist, dass Sie andere Mitmenschen bitten, das Brummen auch zu hören und zu beschreiben. 

Selbstverständlich ist das Hörvermögen bzw. Wahrnehmungsvermögen jedes Menschen unterschiedlich. Falls sich jedoch keine andere Person finden lässt, die dieses Brummen auch hört, können wir Ihnen vermutlich nicht weiterhelfen, da hier anscheinend keine physikalische Ursache verantwortlich ist. Solche Fälle bearbeiten wir nicht weiter, da hier auch keine Messtechnik weiterhelfen würde. Grundsätzlich verfügen wir über Messtechnik, die weitaus empfindlicher ist als das menschliche Ohr. Wenn dort keine Signale erfassbar sind, dann liegt hier auch nicht die Ursache.

   

Esoterik ist nicht unser Fachgebiet

Wir erhalten häufig Anfragen, dass ein „böswilliger“ Nachbar, ein spezielles Gerät installiert habe, das Infraschall erzeugt, um dadurch Ihre Gesundheit zu beeinträchtigen. Die „Betroffenen“ klagen über Schwindel, Kopfschmerzen, Brennen der Haut usw. So etwas ist zumindest prinzipiell denkbar. Die notwendigen Pegel wären jedoch so hoch, dass die eigene Wohnung des Nachbarn unbewohnbar wäre. Es sei denn, er hat bei sich zusätzlich  ein „Anti-Schallgerät“ installiert (so etwas existiert jedoch nicht). Infraschall kann prinzipiell mit Lautsprechern erzeugt werden. Aufgrund der enormen Wellenlänge sind solche Lautsprecher aber sehr groß. Selbst mit Subwoofern in der Größe eines Kühlschranks lässt sich kein Infraschall mit höheren Pegeln erzeugen. Alternativ könnte man „Vibrationserzeuger“ verwenden, die das gesamte Mauerwerk in Schwingungen versetzen. Diese Art der Anregung würde man aber deutlich mit der Hand spüren.

Im allgemeinen gehen wir davon aus, dass die vorgetragenen Beschwerden real sind. Wir gehen aber auch davon aus, dass es sich nicht um Infraschall des Nachbarn handelt. Man kann mit seriösen Messverfahren ausschließen, dass Infraschall im Spiel  ist. Wir beschäftigen uns ausschließlich mit akustischen Schwingungen. Unklare "Strahlung" aller Art ist leider außerhalb unseres Fachgebietes.

In solchen Fällen des „böswilligen Nachbarn“ in Verbindung mit „unhörbarem“ Schall können wir Ihnen leider nicht weiterhelfen und wir bearbeiten solche Anfragen nicht. Manche probieren es mit einem doppelwandigen Teelichtofen aus richtgegossenem Silikonkupfer zur kohärenten Infraschall Absorbierung.  

Erste Schritte: ein Protokoll 

Im nächsten Schritt sollten Sie erfassen in welchen Räumen das Brummen hörbar ist und wie stark.

Protokollieren Sie, wann das Brummen auftritt.  

Können Sie ein Zusammenhang mit dem Wetter erkennen? z.B. Wind?

Sie sollten soweit wie möglich alle elektrischen Verbraucher bei sich ausschalten. Mit etwas Glück finden Sie die Ursachen.  

Häufig kommen jedoch z.B. Wärmepumpen vor, die in der Nachbarschaft für Streit sorgen, und leicht messbar sind.  

Geeignete Messtechnik

Für weitere Schritte benötigen Sie geeignete Messtechnik, um den Störton quantitativ zu erfassen. Sie können die Frequenz, den Pegel sowie die Verteilung über den Tag erfassen. Hilfreich sind auch Messungen im Garten, um Übertragung durch Luftschall zu erfassen. 

Liegt die Frequenz des Störtons exakt  bei 50Hz oder Vielfachen davon (50Hz, 100Hz, 150Hz, 200Hz), so ist die Ursache vermutlich ein elektrisches Gerät, das netzsynchron läuft. Sie sollten mit der Messtechnik allerdings sehr sorgfältig sein, da durch einen fehlerhaften Aufbau leicht elektrische Brummschleifen entstehen. Sie messen dann aber nur das elektrische Feld (bzw. "Elektrosmog") und gewinnen keine Aussage über den Schall. 

Weiterhin ist es wichtig, dass die akustische Messkette kalibriert ist, so dass Sie absolute Pegel messen können. Nur so gewinnen Sie Informationen inwieweit der Störton in Bezug zur Hörschwelle ist. Bei 50Hz liegt die typische Hörschwelle bei 40dB bei 1000Hz 0dB.

Einen ersten Anhaltspunkt liefert auch ein einfacher Handschallpegelmesser, vorrausgesetzt er verfügt über eine A und C Bewertung. Bei einfachen Geräten liegt die untere Grenzfrequenz bei 30Hz und das Eigenrauschen bei 30dB(A). Damit lässt sich  ein Pegelbereich ab 36dB(A) begutachten, was noch weit von der Hörschwelle entfernt liegt. Ein seriöser Gutachter verwendet ein Meßsystem mit einer 1/2" Kapsel und einem Eigenrauschen unterhalb von 20dB(A). Meßsysteme mit 1/4" Kapsel sind ungeeignet (Typische Handschallpegelmesser, die günstiger sind als 600Euro). Wie verfügen in unserem Labor auch über spezielle Geräte, die ein Eigenrauschen von 6dB(A) haben. 

In Deutschland ist der Begriff des Gutachters nicht geschützt. Grundsätzlich darf sich jeder "Gutachter" nennen und seine Dienstleistungen anbieten. Es muss keinerlei Sachkunde nachgewiesen werden. Teilweise werden hier Messungen mit billigsten Geräten durchgeführt und zu beachtlichen Honoraren abgerechnet. Die Auswertungen und Schlussfolgerungen sind mehr als fragwürdig.

Ein seriöser Gutachter sollte über Messtechnik namhafter Hersteller verfügen. Dies sind unter anderem:

• Bruel und Kjaer, Svantek, Norsonic, Larson Davis, G.R.A.S., Microtech Gefell, PCB Instruments, Sinus Messtechnik, 01dB, Rion, Pulsar usw.
• Aber auch den NTI XL2 (Preis ca. 2000Euro) sowie der Bedrock SM30/50/90 ab ca. 1300 Euro
• selbstverständlich auch Messtechnik von uns (z. B. Akulap und  USB Messmikrofone ATD4-S ATD5-T)
• Ganz wichtig: Ein Schallpegelkalibrator gehört zu jeder Ausrüstung
• Geeichte Geräte sind im allgemeinen nicht erforderlich

Bei Messungen von Brummen kommt es nicht auf 1 bis 2 dB an, wichtig ist, dass das Eigenrauschen des Messsystems möglichst gering ist und sollte nicht mehr als 20dB(A) betragen. Fragen Sie Ihren Gutachter Ihres Vertrauens danach!

 

Bei höheren Pegeln reichen aber auch einfache Geräte. Messen Sie in der Betriebsart "slow" den Pegel einmal mit "A" Bewertung und dann mit "C" Bewertung. Ist die C Bewertung mehr als 10dB höher als der A-Wert, so ist dies ein Hinweis auf tiefe Frequenzen. Auf diese Weise können Sie auch ohne einen Spektrum-Analysator einen Hinweise auf tiefe Frequenzen im Bereich 30 bis 100Hz erhalten.  Hintergrund dieser einfachen Abschätzung ist, dass die A-Kurve tiefe Frequenzen stärker dämpft als die C-Kurve. Tiefe Frequenzen liefern eine höhere  Anzeige bei C als bei A. 

Das sinnvollste Messgerät ist jedoch ein Spektrum-Analysator, der neben einer FFT auch eine "Z"-Bewertung besitzt. Solche System können auch den Pegel bzw. das Spektrum über längere Zeiträume dokumentieren.

Grobe Abschätzungen können Sie auch mit diversen "Apps" durchführen. Allerdings ist die Anzeige nicht kalibriert und gerade bei tiefen Frequenzen (unter 100Hz) ist mit großen Abweichungen zu rechnen. Zeigen solche "Apps" Störsignale an, so können Sie davon ausgehen, das die Pegel erheblich sind. Apps eignen sich jedoch sehr gut, um die Frequenz (nicht den Pegel) von Brummtönen oberhalb von 30Hz zu bestimmen.

 

Eine Tonaufzeichnung

Es ist sehr hilfreich, wenn Sie mit geeigneter Technik den Brummton aufzeichnen können. Wichtig ist dabei, dass Sie und andere Personen den Ton über Lautsprecher auch wieder hören.

Wir verfügen über geeignete Analysewerkzeuge (Spektrogramm) um solche Töne aus .wav oder MP3 Dateien zu dokumentieren.

Leider sind solche Aufnahmen unkalibriert. Dass bedeutet, das kein Bezug zum Schallpegel vorhanden ist. Es ist nicht mehr erkennbar, ob der Ton 60dB, 70dB oder 40dB "laut" ist. Dies ist wichtig, da man immer den Bezug zur Hörschwelle braucht. 

 

Infraschall

In der üblichen Literatur wird angegeben, dass Schall bis zu einer Frequenz von 20Hz hörbar ist. Schall mit tieferen Frequenzen bezeichnet man als Infraschall und gilt als nicht hörbar.

Die Physikalisch Technische Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) hat vor einigen Jahren umfangreiche Versuche gemacht welche Frequenzen bei welchem Pegel wahrnehmbar sind. Hierfür wurden Probanden in einen speziellen Raum gesetzt, in dem über Lautsprecher Infraschall erzeugt werden konnte. Pegel und Frequenz wurden verändert. Die Probanden mussten angeben, ob sie ein Signal wahrnehmen konnten. Zusätzlich wurden bildgebende Verfahren des Gehirns verwendet, um unbewusste Erregungsmuster zu erkennen. Diese Studie genügt hohen Standards und brachte neue Erkenntnis über unser Wahrnehmungsvermögen. 

Die kurze Zusammenfassung ist, dass Infraschall wahrnehmbar ist, aber hierfür sind hohe Pegel notwendig. Info der PTB

Zur Zeit ist die gesundheitliche Wirkung von Infraschall bei geringen Pegeln umstritten. Klare Beweise für eine schädliche Wirkung gibt es bisher nicht. Dies ist Gegenstand der Forschung. Umgekehrt konnte aber bisher auch niemand die Ungefährlichkeit nachweisen. 

Infraschall mit hohen Pegeln führt zu diversen Störungen (Schwindel, Kopfschmerzen, Übelkeit usw.)

In Verkehrsmitteln wie Auto, Zug und Flugzeug oder auch am Strand! treten erhebliche Infraschallpegel auf. Bei der Diskussion um Windparks geht es jedoch um niedrige Pegel denen Menschen aber langfristig ausgesetzt sind.

 

Brumm-Tinnitus

Es gibt viele Fälle, wo betroffene über ein lautes Brummen klagen (ähnlich wie ein LKW Diesel Motor in einiger Entfernung). 

Andere Menschen hören das nicht. Auch ein erfahrener Messtechniker kann kein Geräusch erfassen.

Hier wird schnell von "Einbildung" gesprochen und die Betroffenen für "verrückt" erklärt. 

Es kann sich hierbei um einen Brumm-Tinnitus handeln. Viele Menschen kennen den klassischen Tinnitus als "Pfeifen" im Ohr. Ein Tinnitus kann aber auch in anderen Frequenzbereichen auftauchen und wird dann als Brummen wahrgenommen.

Wichtig ist hierbei:

Es ist kein physikalischer Schall vorhanden. 

Das Brummen ist nicht messbar und andere hören es nicht.

Das Brummen kann genauso störend sein wie ein "echter" Ton.

 

Hintergrund:

Unser Ohr für die akustische Sinneswahrnehmung ist ein Meisterwerk der Natur. Es kann leiseste Geräusche bin hin zu sehr hohen Schallpegeln verarbeiten und analysieren. Unwichtige Signale werden ausgeblendenett. In der Natur gibt es keinen Schallpegel Null (außer im Vakuum oder 0° Kelvin). Daher müsste eigentlich ständig ein Rauschen hörbar sein. Völlige Stille gibt es nicht. Jeder Mensch hat aber einen individuellen Sinneseindruck "Stille". Unser Ohr versucht ständig im Rauschen noch kleinste Geräusche zu erkennen, die möglicherweise eine Gefahr andeuten. 

Selbst wenn kein äußerer Schall vorhanden ist, sind die Sinneszellen durch Schwingungen von dem strömenden Blut der benachbarten Blutgefäße angeregt. Das blendet unser Gehirn aber im Normalfall alles aus. Dies kann aber manchmal nicht mehr richtig funktionieren und wir hören Phantomgeräusche. 

Lassen Sie sich von einem HNO-Arzt untersuchen. Sofern organisch alles in Ordnung ist, kann es sehr hilfreich und beruhigend sein zu wissen, dass kein Brummen physikalisch vorhanden ist und dass man sich nicht mit der Suche nach der Quelle beschäftigen muß.

Eine ursächliche medizinische Behandlung ist uns nicht bekannt, hilfreich sind sicher Stressabbau Entspannungsübungen usw. Manche Menschen finden Ruhe darin, ein Hintergrundgeräusch abzuspielen, um dadurch in den erholsamen Schlaf zu kommen.

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten Eigenschaften von Messmikrofonen zusammen. Wir haben jedoch zusätzliche Artikel zu spezialisierten Themen verfasst

• Realitiv neu auf dem Markt sind USB-Messmikrofone

• Messung von hohen Pegeln >120dB

• Messung von sehr niedrigen Pegeln <20dB, rauscharme Messungen

• Kalibriermethoden für Mikrofone

• Zwitscher-Geräusche bzw. Zirpen bei USB Mikrofonen
  
  
• Defekte Mikrofone erkennen
  
  
• Funkstrecken für Messmikrofone
  
  
• Aufbau einzelner Messmikrofone
  
• Kondensatormikrofone in Hochfrequenz (HF)-Schaltung

• UMIK1 vs. UMIK2

Messmikrofone: Grundlagen und allgemeine Hinweise

Ein Mikrofon wandelt allgemein den einfallenden Schall in eine elektrische Spannung. Messmikrofone sind anders als z.B. Gesangsmikrofone für die Messtechnik optimiert.

 

Allgemeine Anforderungen an Messmikrofone

• Konstanter Frequenzgang in einem definierten Bereich
• Definierte Richtcharakteristik, meist Kugel
• Geringes Rauschen
• Hoher maximaler Schallpegel
• Unempfindlich gegen Umwelteinflüsse wie Temperatur und statischem Luftdruck
• Langzeitstabil

Auswahl nach Anschluss

Messmikrofone werden heutzutage mit verschiedenen Anschlüssen angeboten. Dabei sind nicht nur die Stecker völlig unterschiedlich, sondern die Schaltungsphilosphien sind sehr unterschiedlich. Daher gibt es nur in Ausnahmefällen Adapter z.B. ICP auf P48.

 

 

• Lemo: Dieser Anschluss ist in der professionellen Messtechnik verbreitet und findet sich in den Premium-Geräten mit den höchsten Anforderungen an die Signaldynamik. Dieser Anschluss versorgt die Vorverstärker mit über 100V.  Daher verarbeiten die Lemo Vorverstärker in der Regel sehr hohe Eingangsspannungen. Zusätzlich wird die externe Polarisationsspannung von 200V übertragen. Lemo wird dann verwendet, wenn keinerlei Kompromisse eingegangen werden sollen.
  
  Vorteile: beste Dynamik Nachteile: hohe Kosten, Kabel und Stecker sind aufwendig
  
  
• ICP/IEPE Konstantstromspeisung Diese Variante ist die häufigste in der professionellen Messtechnik (das "Arbeitspferd") und an dem typischen BNC Anschluss leicht erkennbar. Bei diesem Anschluss wird auf eine Konstantstromquelle mit 24V und 4mA das Mikrofonsignal moduliert. Durch diese besondere Übertragung können über ein normales Koaxialkabel die Versorgung und das Signal gleichzeitig übertragen werden. Durch die Konstantstromeinprägung ist das Nutzsignal relativ unempfindlich gegenüber Einstreuungen und es können problemlos Kabel über 100m verwendet werden. Diese System verarbeiten typischerweise Eingangspannungen von 6V RMS.  Obwohl diese Mikrofone einen BNC Anschluss haben, können Sie nicht direkt an Oszilloskope (auch mit BNC) angeschlossen werden. Es fehlt die spezielle Konstantstromeneinspeisung, die man über Adapterboxen erreicht.
  
  Vorteile: gute Signaldynamik, günstige und lange Kabel  Nachteile: Spezielle Versorgung, Eingangsspannung auf 6V RMS begrenzt
  
  
• XLR mit P48V  Dieses Verfahren kommt aus der Studiotechnik und verwendet eine symmetrische Signalübertragung mit einer aufgeprägten Versorgungsspannung von 48V. Die 48V waren ursprünglich als externe Polarisationsspannung für Kondensatormikrofone verwendet worden und daher nur für einen sehr geringen Stromverbrauch ausgelegt. Der Anschluss ist 3-polig mit einem XLR-Stecker. Typische XLR Messmikrofone liefern nur ca. 3V RMS und sind damit nicht sehr aussteuerungsfest. Die 48V waren nie für leistungsfähige Vorverstärker ausgelegt. Diesen Anschlußtyp findet man eher bei den preisbewussten Messgeräten. Gerade durch den NTI XL2 oder den Bedrock SM50 hat dieser Anschluss jedoch breite Akzeptanz für akustische Messtechnik gefunden.
  
  Vorteile: vielfach ausreichende Signaldynamik, sehr günstige und relativ lange Kabel (50m)  Nachteile: Eingangsspannung auf 3V RMS begrenzt

• USB-Messmikrofone   Dieser relativ neue Anschluß ist von vornherein darauf ausgelegt, daß diese Messmikrofone direkt an einem Computer angeschlossen werden. Mikrofon, Vorverstärker, Spannungsversorgung und direkte Digitalisierung sind in einem Gerät integriert. Diese einzelnen Komponenten sind optimal aufeinander abgestimmt. Hochwertige USB-Messmikrofone erzeuge verschiedene Hilfsspannungen selbst aus der 5V USB-Versorgung durch DC/DC Wandler. Dadurch ist die Signaldynamik - insbesondere die Pegelfestigkeit - enorm und beträgt bis ca 10V RMS. Dies sind 28V Spitze/Spitze! High-End USB-Mikrofone erzeugen auch die externe Polarisationsspannung von 200V für nicht-vorpolarisierte Mikrofon-Kapseln. Wir haben noch weitere Informationen für USB-Messmikrofone in einem eigenen Artikel zusammengefasst.
  
  Vorteile: Sehr einfacher Anschluß an Computer-gestützte PC Messysteme wie Akulap. Sehr hohe Signaldynamik möglich. Nachteile: Kabel sind auf ca. 20m begrenzt. Durch direkte Digitalisierung, können USB-Messmikrofone nicht an analoge Eingänge angeschlosssen werden.

 

 

Wandlerprinzip

Wie wird der einfallende Schall in eine Spannung umgesetzt?

Es gibt im wesentlichen folgende Typen von Mikrofonen mit unterschiedlichem Wandlerprinzip

• Kondensator-Mikrofone
• dynamische Mikrofone
• MEMS-Mikrofone
• Sonderlösungen wie optische Mikrofone

 

Kondensator-Mikrofone

Ein Kondensator-Mikrofon besteht aus einer Gegenelektrode und einer Membran, die vor der Gegenelektrode in einem sehr geringen Abstand gespannt ist. Durch den Schall wird die Membran bewegt und dadurch ändert sich die Kapazität des Kondensators. Diese Kapazitätsänderung wird in ein elektrisches Signal umgesetzt. 

Dynamische-Mikrofone

Dynamische Mikrofone spielen im Bereich der Messtechnik keine Rolle. Sie bestehen aus einer Membran, die eine Spule in einem Magnetfeld bewegt und dadurch eine Spannung erzeugt. Solche Mikrofone finden sich hauptsächlich in Aufnahme und Studiomikrofonen. Dynamische Mikrofone zeigen häufig einen ausgeprägten „krummen“ Frequenzgang mit ausgeprägten Resonanzen. Dieser Typ besitzt auch eine geringe Empfindlichkeit und rauscht daher deutlich stärker.

 

MEMS Mikrofone

Eine relativ neue Kategorie sind die MEMS Mikrofone. Dies sind spezielle mikromechanische Bauelemente, die mit den Technologien der Chipfertigung kostengünstig hergestellt werden können. In nahezu allen Smartphones finden Sie MEMS-Mikrofone.

In den letzten Jahren haben sich diese Mikrofone auch für Messzwecke bewährt. Ein besonderer Vorteil diese Mikrofone ist ihr geringer Preis und eine hohe Stabilität. Dadurch eignen sich diese Mikrofone insbesondere für Array-Mikrofone, wo eine große Anzahl von Mikrofonen verwendet wird. Ein aktueller Nachteil von MEMS Mikrofon ist ihr hohes Eigenrauschen, das aktuell noch nicht an klassische1/2-Zoll Mikrofonkapseln heranlangt.

 

Anforderungen an den Frequenzgang gemäß DIN61672-1

Die Norm DIN/IEC61672-1 definiert verschiedene Anforderungen an einen Schallpegelmesser. Für die Frequenzen im Bereich zwischen 10Hz und 20kHz sind nur bestimmte Abweichungen erlaubt. Dabei wird zwischen Klasse 1 und Klasse 2 Mikrofonen unterschieden.  Für die professionelle Messtechnik werden häufig durchgängig Klasse 1 Geräte gefordert. In der Praxis zeigen sich die Abweichung bei Kondensatormessmikrofonen typischweise erst oberhalb von 5kHz. Für raumakustische Messungen (RT60) ist der Frequenzgang des Mikrofons unerheblich.

Details der Kondensator-Mikrofone

Für Messzwecke werden heutzutage hauptsächlich Kondensator-Mikrofone verwendet. Diese Mikrofone haben standardisierte  Bauformen, deren Größe in Zoll (“) angegeben wird.

Die ½“ Kondensator-Mikrofone sind die Arbeitspferde der akustischen Messtechnik.

 

Das folgende Bild zeigt drei 1/2" Kapseln ohne Schutzgitter.

Die linke Kapsel ist normal funktionsfähig mit glatter Membran.
Bei der mittleren wurde die Membran entfernt und man erkennt die Gegenelektrode.  Die Löcher in der Gegenlektrode dienen einer gezielten Dämpfung der Membranbewegung.
Die rechte Kapsel ist durch Fallen beschädigt. Die Membran liegt nicht mehr glatt an.

Bei den Kondensator Mikrofonen gibt es zwei Grund-Typen:

1. Mikrofone mit externer Polarisationsspannung. Dies ist in der Regel 200Volt. Diese Mikrofone sind für den professionellen Einsatz vorbehalten, da sie eine spezielle Versorgungsspannung benötigen. Dafür sind diese Mikrofone aber extrem langzeitstabil.
2. Hauptsächlich werden heutzutage aber sogenannte Elektretmikrofone verwendet Diese Elektretmikrofone verwenden eine spezielle Membran, die bereits elektrisch vorgeladen ist. Daher benötigen diese Mikrofone keine aufwendige Spannungsversorgung. Heutzutage sind diese Mikrofone aber auch sehr langzeitstabil und werden daher in den meisten Schallpegelmessern eingesetzt.

 

Größe der Membran eines Kondesatormikrofons

Kondensator-Mikrofone werden anhand des Membran-Durchmessers in Kategorien eingeteilt. Die häufigste Größe ist 0.5Zoll (1/2“).

Das folgende Bild zeigt verschiedene Kapseln von 1/4", 1/2" bis 1". Die Bauformen sind international normiert.

Daneben gibt es noch die 1- Zoll Mikrofone mit einer sehr großen Membranfläche. Diese Mikrofone haben dadurch ein geringeres Eigenrauschen und eine höhere Empfindlichkeit. Allerdings erkauft man sich diesen Vorteilen mit einem sehr mit starken akustischen Effekten bei höheren Frequenzen auch schon ab 3kHz.

Daher findet man diese Messmikrofone nur noch selten. Sie eignen sich aber hervorragend für tiefe Frequenzen bis in den Infraschall-Bereich.

Wesentlich häufiger findet man jedoch ein ¼“ Zoll Mikrofonkapseln. Diese Kapseln eignen sich für höhere Frequenzen bis hin zu 70 bis 100 kHz, aber eben auch für hohe Schallpegel. Andererseits haben diese Mikrofone eine geringere Empfindlichkeit und können dadurch eben wesentlich höhere Schallpegel aufnehmen das geht hin bis zu etwa 170 Dezibel. Auf der anderen Seite haben diese Mikrofone ein höheres Eigenrauschen. Typischerweise liegt dies bei etwa 35dB(A). Daher werden diese Mikrofone nicht für rauscharme Messung eingesetzt.

 

Grundregel:

Große Membranfläche: geringes Rauschen aber geringe maximale Frequenz und geringerer maximaler Schallpegel

 

Empfindlichkeit eines Messmikrofons

Die Empfindlichkeit eines Messmikrofons ist der Übertragungsfaktor zwischen einfallendem Schall und der erzeugten elektrischen Spannung. Dieser Faktor wird in mV pro Pascal angegeben.

Ein häufiges ½“ Kondensator-Mikrofon hat eine Empfindlichkeit von 50mV/Pa. Bei einem Schallpegel von 1Pa liegt am Mikrofon eine Spannung von 50mV an. Der Schalldruck von 1Pa entspricht genau 94dB. Dies ist genau der Schalldruckpegel eines typischen Schallpegelkalibrators. 
Die deutlich kleineren 1/4" Kapseln haben eine typische Empfindlichkeit von 5mV/Pa.

 

Richtcharakteristik

In der akustischen Messtechnik werden meist Mikrofone ohne Richtwirkung eingesetzt (Kugel-Charakteristik).

Studio-Mikrofone haben in der Regel eine ausgeprägte Richtwirkung, um z.B. Signale hinter dem Sprecher zu dämpfen.  

 

Entzerrung

Kondensatormikrofone sind durch die Bauform zunächst reine Schalldruckempfänger. Je nach Signalfrequenz und Größe des Mikrofones machen sich Beugungseffekte aufgrund der Geometrie bemerkbar.  In einem Freifeld kommt es bei höheren Frequenzen zu Abweichungen. Diese Abweichungen werden durch eine eingebaute Korrektur kompensiert. Dies ist die Freifeldkorrektur. Manche Mikrofontypen sind jedoch speziell für diffusen Schalleinfall´ausgelegt und entsprechend kompensiert. 

Am häufigsten werden Freifeld-entzerrte Messmikrofone eingesetzt. Diffusfeld entzerrte Mikrofone verwendet man in einem Hallraum.

Unkompensierte Druckfeld-Mikrofone werden häufig in Kupplern (z.B. Ohr Simulatoren) eingesetzt.

Bei tieferen Frequenzen unter 5 kHz ist das Verhalten dieser Mikrofone nahezu identisch. Die Kompensation macht sicht erst bei höheren Frequenzen bemerkbar. Äusserlich sind diese Mikrofontypen nicht zu unterscheiden,

Das folgende Bild zeigt eine typische 1/2" Kapsel (MTG MK222), die für Freifeld-Bedingungen entzerrt ist. Hier sieht man deutlich die Unterschiede zum Druckfeld und einem diffusen SChalleinfall.

 

 

 

 

Sind 200V Mikrofone gefährlich?

Nein, die 200V Spannung dient ledliglich zur Polarisation der Membran. Es fliesst praktisch kein Strom. Daher ist die Versorgung für die 200V extrem hoch-ohmig ausgelegt (Giga-Ohm). Bei Berührung bricht die Spannung sofort zusammen. Die Berührung ist spürbar, aber ungefährlich. Es entspricht einer elektrostatischen Entladung.

 

Welche Genauigkeit erreicht man in der Praxis?

Messmikrofone erreichen ihre hohe Genauigkeit unter genau definierten Schallfeldbedingungen. In der Regel ist das ein Freifeld. In der Praxis misst man jedoch in normalen Räumen. Durch Reflektionen an Wänden und anderen Gegenständen bilden sich erhebliche Resonanzen, die das Schallfeld erheblich verändern. Der Raumeffekt liegt durchaus in der Größenordnung von bis zu 20dB und ist damit erheblich größer als die Unterschiede zwischen Klasse 1 und Klasse 2 Mikrofonen. Es macht daher wenig Sinn, mit einem ultra-präzisen Mikrofon mit Abweichungen geringer als 0.1dB in einem akustisch unbehandelten Raum Lautsprecher zu vermessen. Letzlich vermisst man dann eigentlich nur den Raum und weder das Mikrofon noch der Lautsprecher haben einen großen Einfluss.

 

 

Messung von sehr tiefen Frequenzen (Infraschall)

Kondensator-Mikrofone sind prinzipiell  in der Lage Frequenzen bis hin zu 0Hz zu messen. Das wäre dann ein Barometer. In der Praxis ist dieser Effekt jedoch meist unerwünscht, da Luftdruckänderungen durch Wetter oder unterschiedliche Höhe einen starken Einfluss haben. Die Membran würde sich schlicht aufblähen oder eindellen. Daher sind hinter der Membran Ausgleichsöffnungen - Kapillare - eingebaut, die für einen Druckausgleich sorgen. Die Bauform definiert die untere Grenzfrequenz des Mikrofons. Typischerweise liegt die unter 10Hz. 

Achtung: Es gibt Mikrofonkapseln, die direkt aus der Kapsel entlüften. Andere entlüften über den Vorverstärker, der dann eine Ausgleichsöffnung benötigt. Hier muss man aufpassen, das man Kapsel und Vorverstärker aufeinander abstimmt. Es kann sonst zu deutlichen Störeffekten kommen. Wir haben schon Abweichungen bei 100Hz! von 1-2dB beobachtet.

 

 

 

Messung von niedrigen Schallpegeln

Seit einigen Jahren sind die Anforderungen im Bereich der akustischen Messtechnik deutlich gestiegen. Ein Kühlscharank oder eine Klimaanlage im Wohnbereich soll möglichst leise sein. Viele dieser Geräte können selbst mit hochwertigen Schallpegelmessern nicht mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden. Wir haben zu dem Thema rauscharme Messmikrofone einen eigenen Artikel verfasst.

Maximaler Schallpegel

Typische Messmikrofone können problemlos Pegel unterhalb von 120dB erfassen. Sollen jedoch höhere Pegel gemessen werden, so müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Wir haben diese Informationen in einem eigenen Artikel zusammengefasst.

 

Wie werden Messmikrofone vermessen?

Zu diesem Thema haben wir einen eigenen Artikel verfasst.

 

Weiterführende Informationen

 

Bruel und Kjaer: Microphone Theory volume 1

Bruel und Kjaer: Microphone Handbook

https://schoeps.de/fileadmin/user_upload/user_upload/Downloads/Vortraege_Aufsaetze/Mikrofonaufsaetze/Mikrofonbuch_Kap8.pdf

 

 

 

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:

• Beyerdynamik MM1
• NTI 4260
• MiniDSP UMIK-1
• Audix TM1

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.

 

 

Raumakustische und Bauakustische Messungen mit Chirp-Signalen

Traditionell wird die Nachhallzeit mit abgeschaltetem Rauschen bestimmt. Der Raum wird mit einem breitbandigen Rauschsignal über Lautsprecher angeregt und das Signal abrupt abgeschaltet. Aus der Abklingkurve des Schallpegels wird die Nachhallzeit bestimmt. Bei dieser Messung muss das anregende Signal deutlich über dem Grundschallpegel liegen. Die notwendige Differenz sollte mindestens 35dB-50dB betragen. In lauteren Umgebungen, Räumen mit stark absorbierenden Wänden sowie allgemein bei tieferen Frequenzen stellt dies hohe Anforderungen an Lautsprecher und Verstärker. Diese müssen entsprechend dimensioniert werden und werden gerade bei tieferen Frequenzen sehr schwer und daher unhandlich für mobile Messungen. Weiterhin sind Messungen mit hohen Schallpegeln problematisch, da diese zu starken Belästigungen der Nachbarn führen können.

Durch Verwendung von modernen Verfahren mit logarithmischen Chirp-Signalen, können zuverlässige Messungen auch bei weit geringeren Schallpegeln gemessen werden.

• Die Lautsprecher und Verstärker können kleiner und leichter dimensioniert werden.
• Geringere Belästigung durch niedrigere Schallpegel
• Geringere Anforderungen an den Gehörschutz des Meßpersonals

In der Praxis bedeutet dies, dass selbst mit kleinen Lautsprechern große Räume vermessen werden können. Ein anderer Aspekt ist, dass mit geringen Pegeln auch Messungen während der Arbeitszeit der Mitarbeiter in einem Büro durchgeführt werden können. Bereits 5dB über dem Grundpegel reichen für eine Messung aus. Dies wäre mit der klassischen Messtechnik undenkbar.

Reicht für die Chirp-Messung ein kleiner Verstärker mit 10W, so benötigt man bei dem klassischen Meßverfahren mit abgeschaltetem Rauschen mindestens 1600W! für die gleiche Messgenauigkeit. Dies gilt für relativ geringe Messzeiten von knapp 30s. Bei 3min Messzeit kommt man mit 0.3W aus. Dies entspricht einem Köpfhörerverstärker gegenüber einer Hochleistungsendstufe. 

Anwendungen der Chirp Messung

• Messung der Nachhallzeit in  besetzten Büroräumen während der Arbeitszeit
• Messung von großen Räumen, Hallen etc.
• Messung mit starkem Hintergrundlärm (Verkehr)
• Messung bei denen Sie Ruhe/ Lärm Vorschriften einhalten müssen und Sie nicht mehr schwere Lautsprecher und Verstärker "schleppen" möchten

Chirp Signale

Ein Chirp-Signal ist mit einer Sirene vergleichbar, deren Drehzahl erhöht wird. Das Signal beginnt mit einer bestimmten Frequenz, die logarithmisch erhöht wird. Wenn die obere Grenzfrequenz erreicht wird, wiederholt sich das Signal periodisch. Chirp-Sequenzen haben immer eine Länge, die als Potenz von 2 dargestellt werden kann. Also 2 4 8 16 32 64 256 1024 2048 4096 8192 16384 32768 65536 (64K) 131072 (128K) 262144 (256K) 512K 1024K usw.
Für die Raumakustik sind lange Sequenzen ab 64K aufwärts sinnvoll. Die kurzen Sequenzen unterhalb einer halben Sekunde klingen ähnlich wie Vogelgezwitscher und haben dem Messverfahren den Namen gegeben. Bei den langsamen Sequenzen kann man die Tonerhöhung deutlich hören.
Chirp Signal fallen mit 3dB pro Oktave im Spektralbereich ab. Diese Leistungsverteilung entspricht eher Rosa-Rauschen, obwohl beide Signale völlig unterschiedlich klingen. Der Großteil der Signalenergie liegt daher im tieffrequenten Bereich und passt daher ideal zu der typischen Belastbarkeit der Lautsprecher.
Weiterhin kann bei Chirp-Messungen eine obere und unter Grenzfrequenz definiert werden, die gesamte Signalenergie wird daher in diesem Frequenzbereich gebündelt. Daher wird ein Anregungssignal von vorn herein nur in dem Frequenzbereich erzeugt, wo es auch benötigt wird und muß nicht erst aufwendig gefiltert werden.

 

Messverfahren mit Chirps

Die Messung der Raumakustik mit Chirp-Signalen gehört zu der Klasse der Korrelationsverfahren. 
Bei den beiden älteren Verfahren (Impuls und Rauschen) kann der Störabstand nur durch höhere Sendepegel verbessert werden. Ein höherer Sendepegel bedeutet insbesondere bei der Rauschmessung entsprechend dimensionierte und schwere Lautsprecher.
Der Trick bei der Korrelationsmessung besteht darin, nicht den Pegel zu erhöhen sondern die “Sendedauer” des Lautsprechers. Durch mathematische Verfahren kann diese längere Messdauer in einen höheren Pegel umgerechnet werden. Eine lange Messdauer stellt für Lautsprecher kein Problem dar. Kurze und hohe Pegel können jedoch nur mit einem hohen technischen Aufwand erreicht werden.

Man kann sich das Verfahren mit einer Analogie aus der Fotographie anschaulich erklären. Bei geringem Lichteinfall zeigt sich Rauschen im Bild. Dies kann verringert werden indem die Belichtungszeit erhöht wird.  Auf diese Weise können Sie selbst bei nahezu völliger Dunkelheit taghelle Bilder erzielen. Hier gilt natürlich die Einschränkung, das dies nur bei unbewegten Motiven funktioniert. Aber genau dies ist in der Raunmakustik/Bauakustik gegeben

Beim Rauschverfahren können Sie das Ergebnis durch eine lange Messdauer nicht verbessern. Der Raum wird durch den Lautsprecher angeregt und danach abgeschaltet. Für die Messung selbst ist nur der Abschaltvorgang von Bedeutung.
Bei der Rauschmessung wirken sich akustische Störungen direkt aus und verfälschen die Messung. Entsprechendes gilt für die direkte Impulsmessung. Hier hilft eine längere Messdauer nicht.
Bei beiden Verfahren kann das Ergebnis durch Mittelung von Einzelmessungen verbessert werden. Aber dies nicht sonderlich effektiv.

Bei diesen Verfahren haben wir also keine Möglichkeit die „Belichtungszeit“ zu erhöhen. Erst bei den Korrelationsverfahren (MLS und Chirp) ist dies möglich.

 

Korrelationsverfahren können Störungen unterdrücken. So ist es mit klassischen Rauschverfahren kaum möglich, einen Raum an einer vielbefahrenen Strasse mit offenem Fenster zu vermessen. An dieser Stelle können die Korrelationsverfahren Ihre volle Stärke ausspielen. 

In unserer Messsoftware Akulap sind diese modernen Verfahren integriert