Genauigkeit bei hohen Frequenzen ist von entscheidender Bedeutung, und...

Die Größe des Mikrofons ist wichtig!

In jedem Messszenario interagieren die Messausrüstung und die Messumgebung auf zwei Arten. Der erste und einfachste Weg ist, wie das Mikrofon Daten zur Umgebung "hinzufügt", und der zweite ist, wie das Mikrofon Daten aus der Umgebung "extrahiert". Und die Größe hat einen großen Einfluss in beide Richtungen.

Wie beeinflusst das Mikrofon die Messumgebung

Wie das klassische Grundschulbeispiel, bei dem ein Stein in einen Teich geworfen wird, stört jedes physikalische Objekt in einer akustischen Umgebung die Ausbreitung von Wellen und beeinflusst damit den Schalldruck. Im Teich-Szenario würden Objekte wie ein Zweig oder ein Blatt, die die Wellen ablenken oder dämpfen, neue Ausprägungen der ursprünglichen Welle bewirken. Genauso beeinflussen Messmikrofone selbst den Schalldruck in der akustischen Umgebung, da es sich ebenfalls um physikalische Objekte unterschiedlicher Größe und Form handelt. Dies muss während der Messung beachtet werden, um genaue und valide Daten zu erhalten.

Wie beeinflusst die Messumgebung das Mikrofon?

Dieser Einfluss, der von der Art des Schallfelds abhängt, wird bei der Konstruktion jedes Mikrofons berücksichtigt. Die Mikrofon-Frequenzgänge sind so optimiert, um den Einfluss der Messumgebung zu kompensieren. Wenn das Mikrofon also im beabsichtigten Schallfeld verwendet wird, hat es einen flachen Frequenzgang... bis zu einem gewissen Punkt.

Diese Design-Überlegungen sind jedoch nur innerhalb eines perfekten Schallfelds gültig. Bei einem Freifeld-Mikrofon zum Beispiel werden die Schallwellen unterrepräsentiert, die nicht direkt senkrecht zur Mikrofonmembran eintreffen, selbst wenn die Messung in einer wirklich reflexionsfreien Umgebung durchgeführt wird. Erschwerend kommt hinzu, dass dieser Effekt durch die Vergrößerung der physikalischen Größe der Mikrofonmembran verstärkt wird.

Bei tiefen Frequenzen ist die Unterrepräsentation vernachlässigbar, ab ca. 2 kHz aber schon gut zu erkennen. Eine signifikante Divergenz beginnt jedoch bei etwa 10 kHz. Bei 20 kHz wird ein 1/2" Freifeld-Mikrofon den Schalldruck einer Schallwelle bei 90° Einfallswinkel um fast 10 dB unterrepräsentieren; während ein 1/4" Freifeld-Mikrofon den Schalldruck nur um ca. 3 dB unterschätzt.

Frequenzgang, der den Unterschied des potentiellen Fehlers zwischen 1/2" und 1/4" Freifeld-Mikrofonen zeigt

Dies bedeutet, dass es in einem realen Messszenario immer besser ist, mit einem kleineren Mikrofon zu messen. Zusätzlich zu den genaueren Schalldruckpegeldaten verringert die Reduzierung der Mikrofongröße Reflexionen und Störungen, was zu weniger Messfehlern und einer kleineren Messunsicherheit führt.

Plolardiagramm, dass die Vorteile eines 1/4" Freifeld-Mikrofons bei Einfallswinkeln außerhalb von 0° zeigt

Dies ist besonders kritisch, wenn Geräusche aus verschiedenen Richtungen kommen oder wenn mehrere Schallquellen vorhanden sind. Bei Messungen in einer Kabine mit vielen Reflexionen und Störungen sind beispielsweise die physikalischen Vorteile eines 1/4″-Mikrofons ein wirksames Mittel, um die Messunsicherheit zu reduzieren.

Bei realen Messungen, z. B. in einer Kabine, ist der Einfallswinkel zufällig, was 1/4″-Mikrofonen einen bauartbedingten Vorteil bietet

Es gibt jedoch kein magisches Mikrofon, das für alle möglichen Messszenarien perfekt ist. Genauso wie Mikrofone mit kleinerem Durchmesser bei hohen Frequenzen einen inhärenten Vorteil gegenüber ihren größeren Brüdern haben, sind die Membranen kleinerer Mikrofone weniger empfindlich gegenüber kleinen Druckschwankungen als Mikrofone mit größeren Membranen. Dies bedeutet, dass Mikrofone mit einer kleineren Membran weniger gut für Signale mit sehr geringen Amplituden verwendet werden können.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass ein 1/4″-Mikrofon in einem Messszenario mit niedrigerem Schalldruckpegel nicht verwendet werden kann oder sollte. Genauso wie es 1/2“-Mikrofone gibt, die bei Frequenzen oberhalb von 20 kHz genutzt werden können, gibt es auch ¼“-Mikrofone, die für den Einsatz bei niedrigeren Schalldruckpegeln ausgelegt sind.

Um den Nutzen von 1/4″-Mikrofonen zu erweitern, haben einige Mikrofonhersteller viel Zeit damit verbracht, rauscharme 1/4″-Mikrofone zu entwickeln. Während derzeit alle GRAS 1/4″-Mikrofone die niedrigsten Rauschpegel im 1/4″-Bereich aufweisen, beansprucht das hochempfindliche 1/4″-Mikrofonset GRAS 46BL den Titel des branchenweit besten Eigenrauschpegels, der mit 25 dB(A) nur weniges als 10 dB über dem eines typischen 1/2″-Mikrofons liegt.

Der Unterschied zwischen anderen 1/4" Mikrofonen und dem 46BL ist leicht hörbar:

Eigenrauschen bei 45 dB(A)
Eigenrauschen bei 25 dB(A)