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Was sind USB Messmikrofone und welche Vorteile bieten sie?

Ein klassisches akustisches Messystem besteht aus Mikrofonkapsel, Impedanzwandler, Vorverstärker, Spannungsversorgung, AD-Umsetzer. Dieser Aufbau ist aufwendig und anfällig für Fehler.

Seit einiger Zeit sind jedoch leistungsfähige und hochintegrierte USB Messmikrofone verfügbar.

Die Vorteile solcher Lösungen sind:

Aufbau ist wesentlich einfacher:

  • Einfach an den USB Port anschließen.
  • keine Phantomspeisung oder ICP-Speisung erforderlich
  • keine Treiber für ein Messinterface.
  • Mit geeigneter Software sind diese Systeme auch direkt kalibriert, d.h. man kann ohne Schallpegelkalibrator absolute Schallpegel messen.
  • Kalibrierte Messbereichsumschaltung via Software
  • Kabellängen bis 60m
  • Signalkette ist optimal aufeinander abgestimmt.

So sollte Messtechnik mit einem PC sein.

Im allgemeinen funktionieren diese neuen USB Messmikrofone mit allen Mess-Programmen auf dem Markt. Einzig die Pegelkalibrierung bekommt man nur bei speziell abgestimmten Systemen.

Die Leistung reicht dabei von einfachen System bis hin zu Systemen, die höchsten Anforderungen (B&K Kapsel via Gewinde 60 UNS und optional 200V) genügen.

Für welche Anwendungen eignen sich USB-Messmikrofone?

USB Messmikrofone eignen sich für viele akustische Messungen z.B. Überwachungsmessungen nach TA-Lärm, Messungen im Arbeitsschutz , kalibrierte Langzeit-Tonaufzeichnungen, DIN60286-16 (STI-PA), Raumakustik, Bauakustik, NVH, Psycho-Akustik

Welche Frequenzen lassen sich mit USB Messmikrofonen messen?

USB Messmikrofone decken einen weiten Frequenzbereich ab, vom Infraschall (typisch 5Hz) bis in den Ultraschallbereich (ca. 90kHz)

Welche Hersteller gibt es für USB-Messmikrofone?

Mittlerweile sind viele Produkte auf dem Markt verfügbar. Sie finden eine Auswahl bei uns im Webshop.

Aufbau eines USB Messmikrofons

Ein USB Messmikrofon besteht aus folgenden Komponenten

  • Kondensator Mikrofon-Kapsel
  • Impedanzwandler
  • Vorverstärker
  • Digital steuerbares Dämpfungsglied
  • AD-Wandler
  • USB Interface
  • Spannungswandler

All diese Komponente sind ein einem Gehäuse integriert, so daß der Aufbau sehr kompakt ist. Die Stromversorgung erfolgt vollständig über USB. Dadurch ist der Verkabelungsaufwand minimal.

Funktionsweise eines USB Messmikrofons

Der Schall wird in der Mikrofonkapsel durch die Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses hat einen sehr hohen Ausgangswiderstand. Durch einen Impedanzwandler wird die Impedanz verringert. Dies ist üblicherweise ein Feldeffektransistor, der sich direkt hinter der Mikrofonkapsel befindet. Dadurch werden elektrische Einstreuungen verringert.

In der nächsten Stufe wird das Signal verstärkt. Einfache Systeme verwenden dafür den integrierten Verstärker eines hochintegrierten Audio-ICs. Allerdings reicht die Dynamik für anspruchsvolle Messungen nicht aus. Daher verwenden hochwertige Systeme (z.B. unsere ATD-4 Serie) einen diskreten Vorverstärker, der perfekt abgestimmt ist.

Die Verstärkung kann in weiten Bereich digital gesteuert werden, dadurch können über den PC verschiedene Messbereiche realisiert werden.

Das Signal wird über einen AD-Wandler digitalisiert und über die USB-Schnittstelle zum PC geschickt.

Dynamikumfang eines USB-Messmikrofons

Hochwertige Mikrofonkapseln haben einen enormen Dynamikumfang (z.B. eine 1/2" Kapsel typisch 15-140dB). Dieser Bereich kann durch einen AD-Wandler nur eingeschränkt erfasst werden.

In hochwertigen USB-Messmikrofonen wird das Signal mit einem zweiten Kanal zusätzlich abgetastet. Der zweite Kanal hat einen anderen Pegelbereich. Das Signal wird also gleichzeitig mit einem unempfindlichen und einem empfindlichen AD-Wandler abgetastet. Auf diese Weise kann ein sehr großer Dynamikbereich erfasst werden.

Im allgemeinen wird ein USB-Messmikrofon mit 5V vom USB-Bus versorgt. Einfache USB-Messmikrofone (z.B. das weit verbreitete UMIK-1) versorgen damit den AD-Umsetzer und die Vorverstärker direkt. Damit wird jedoch der maximale messbare Schgallpegel begrenzt, da Mikrofonkapseln enorme Signalspannungen liefern können. Für diesen Hintergrund zur Messung hoher Schallpegel haben wir einen eigenen Artikel verfasst.

Hochwertige USB-Messmikrofone verwenden daher DC/DC-Wandler und können auch Signal-Spannungen von 10V RMS erfassen. Dies sind 28V Spitze/Spitze!. Diese Technik finden Sie im ATD5-T von uns und im Microtech-Gefell MV240.

Welche Nachteile haben USB-Messmikrofone?

USB-Messmikrofone sind dafür ausgelegt, in Verbindung mit einem PC akustische Messungen elegant und mit höchster Genauigkeit durchzuführen. Der Ausgang eines USB-Messmikrofons ist digital. Das Mikrofonsignal kann nicht rein analog erfasst werden. Daher können USB Messmikrofone nicht in analoge Messaufbauten integriert werden. USB-Messmikrofone können auch nicht an Schallpegelmesser angeschlossen werden. Einzig die Kapsel kann häufig zwischen beiden System ausgetauscht werden.