Rauscharme Messmikrofone

Minimaler Schallpegel bei Messmikrofonen

Unser Ohr hat einen typischen Dynamikumfang von ca. 0dB bis 120dB. Dieser große Bereich stellt auch heutige Messtechnik vor große Herausforderungen.
Für hohe Schallpegel und die Herausforderungen, die  damit verbunden sind, haben wir einen eigenen Beitrag verfasst.

In diesem Betrag beschäftigen wir uns mit Messungen von niedrigen Schallpegeln im Bereich der Hörschwelle.

Stand der Technik

Im Bereich der professionellen akustischen Messtechnik haben sich seit vielen Jahrzehnten 1/2" Kondensator-Mikrofonkapseln als "Arbeitspferde" etabliert. Diese haben eine Empfindlichkeit von 50mV/Pa. Das Eigenrauschen dieser Kapseln liegt bei ca. 15dB(A). Bei einem Schallpegelmesser kommen noch Rauschen durch die Vorverstärker hinzu. Daher zeigt auch ein hochwertiger Schallpegelmesser bei völliger Ruhe einen Pegel von 15-20dB(A) an.  

Aktuelle Herausforderungen

In ruhiger Umgebung können wir auch Schallpegel in der Größenordnung von 20dB hören und wir nehmen diese auch als störend war. Typisches Beispiel sind Beamer in Heimkinosystemen. Aber auch Lüftungsanlagen, die auch nachts in Schlafzimmern in Betrieb sind. 

Messgenauigkeit

Um einen Schallpegel zuverlässig zu erfassen, muss das Eigenrauschen des Meßsystems ca. 6 bis 10dB unterhalb des Pegels der zu messenden Schallquelle sein. In der Praxis kann ein leiser Lüfter mit 18dB(A) nicht mit einem typischen Schallpegelmesser vermessen werden.

Größe der Mikrofonkapseln

Die Größe der Membran der Kondensatorkapsel hat direkt Einfluss auf das Eigenrauschen. Eine größere Kapsel "fängt" mehr Schallenergie ein. Grundsätzlich sind kleine 1/4" Kapseln wie das ECM8000 von Behringer oder Beyerdynamic MM1 für rauscharme Messungen ungeeignet. 
Große 1" Kapseln verringern zwar das Eigenrauschen um 3dB, allerdings haben diese großen Kapseln bei hohen Frequenzen ein ausgeprägtes Eigenleben mit ausgeprägten Resonanzen. Daher verwendet man heutzutage 1"-Kapseln nur in Ausnahmefällen. Großmembrankapseln mit mehr als 1" aus der Studiotechnik, sind zwar rauscharm, aber für Messzwecke ungeeignet.

Spezialmikrofone

Seit einigen Jahren bieten verschiedene namhafte Hersteller auch spezielle 1/2" Messmikrofone an, die ein Eigenrauschen von 5-6dB(A) haben. Diese Kapseln werden zusammen mit einem passenden Vorverstärker verkauft und bilden eine Einheit. Wir verfügen in unserem Labor über solche Meßsysteme (z.B. GRAS 40HL) und bieten damit auch Messungen an.

Das folgende Bild zeigt ein GRAS40HL mit LEMO Anschluß.

Zu einem Gesamtsystem gehört eine Versorgungseinheit z.B. 12AD

Diese Technik wird mittlerweile auch etwas günstiger als ICP/IEPE System angeboten, hier finden sich die üblichen Hersteller B&K, GRAS, PCB und MTG.

Das folgende Bild zeigt ein MM214 von Microtech Gefell

Allen gemeinsam ist die Bauform 1/2". Damit sind diese Systeme im Gegensatz zu 1" Mikrofonen auch für höhere Frequenzen geeignet.

Wie kann es jedoch sein, dass diese System 10dB rauschärmer sind als normale 1/2" Mikrofone?

Dei Grundidee ist, die Membran wird lockerer aufghängt, die Dämpfung wid angepasst. Dadurch wird das Mikrofon erheblich empfindlicher. allerdings wird der Frequenzgang krumm. Es bildet sich eine ausgeprägte Resonanz bei 8-10kHz. Dieser Frequenzgang wird im Vorverstärker korrigiert, so dass die Anforderungen der IEC61672-1 Klasse 1 erfüllt wird.

Daher bilden bei diesen Systemen Kapsel und Vorverstärker eine Einheit und können nicht getrennt werden.

Zusätzlich wird die A-Kurve intensiv ausgenutzt, da dadurch besonders viel Rauschen entfernt wird.

Zu beachten ist, dass diese Mikrofone bei 1Khz mit einem normalen Schallpegelkalibrator bei 94dB kalibriert werden können. Bei höheren Frequenzen sinkt aufgrund der ausgeprägten Resonanz der maximale Schallpegel. Letzlich sind diese Mikrofone für ein Spezialgebiet optimiert. Sie sind keinesfalls als generelle Messmikrofone einsetzbar.

Hörbeispiele

Messaufbau: Wir verwendeten eine mechanische Uhr, die 50cm vor dem Mikrofon aufgestellt wurde. Die Pegel der einzelnen Aufnahmen sind sorgfältig aufeinander abgeglichen.

1. Behringer ECM8000, sehr preiswertes Messmikrofon mit XLR Anschluss  und 48V Phantomspeisung. Aufgrund der geringen Kapselgröße ist hier nur Rauschen zu hören. Das Eigenrauschen liegt bei ca 34dB(A)
2. MiniDSP UMIK-1, preiswertes USB Messmikrofon mit ähnlicher Kapsel wie das ECM8000. Hier ist immerhin die Uhr zu hören, wenn auch stark verrauscht.
3. ATD5-T mit 1/2" Klasse 1 50mV/Pa Kapsel. Eigenrauschen liegt bei ca 15dB(A) und wird vom thermischen Rauschen der Kapsel verursacht.
4. G.R.A.S. 40HL, eine extrem rauscharmes Messmikrofon mit 200V Polarisationspannung. Dieses Mikrofon stellt die Referenzklasse dar und hat eine Eigenrauschen von 5dB(A). Ein solches Komplettsystem kostet ca. 6000Euro. Das Datenblatt finden Sie hier