Was ist der Dynamikbereich eines Messmikrofons?

Der Dynamikbereich eines Messmikrofons beschreibt den Bereich der Schalldruckpegel, den es effektiv messen kann - von schwachen Schallereignissen nahe der Rauschschwelle bis hin zu hohen Pegeln nahe der Verzerrungs- oder Übersteuerungsgrenze. In der Praxis hängt der nutzbare Bereich vom Mikrofon, Vorverstärker, Datenerfassungssystem und der Prüfungsumgebung ab.

Was ist der Dynamikbereich eines Messmikrofons?

Der Dynamikbereich ist das Intervall zwischen dem niedrigsten Schalldruckpegel, der zuverlässig gemessen werden kann, und dem höchsten Pegel, der ohne unzulässige Verzerrung oder Übersteuerung gemessen werden kann.

Ein System, das beispielsweise wirksam von 20 dB SPL bis 140 dB SPL misst, deckt einen Dynamikbereich von 120 dB ab. Datenblattangaben müssen immer zusammen mit dem angegebenen Frequenzbereich, der Bewertungsmethode und dem Verzerrungskriterium gelesen werden.

Was bestimmt die Untergrenze?

Bei niedrigen SPL stellt sich vor allem die Frage, ob das gemessene Signal zuverlässig vom Rauschen unterschieden werden kann. Wichtige Rauschquellen sind unter anderem das Eigenrauschen des Mikrofons, das äquivalente Eingangssrauschen des Vorverstärkers, das Eingangssrauschen des Datenerfassungssystems, das Umgebungs- bzw. Hintergrundrauschen sowie Störungen durch Kabel oder Stromversorgungen.

Wenn sich das gemessene Geräusch diesen Rauschquellen annähert, zeigt das System möglicherweise weiterhin einen Wert an, aber die Zuverlässigkeit des Ergebnisses nimmt ab. Die Untergrenze wird daher durch die Rauschschwelle der gesamten Messkette bestimmt.

Was bestimmt die Obergrenze?

Mit steigendem Schalldruck nimmt auch die Ausgangsspannung des Mikrofons zu. Ab einem bestimmten Pegel kann das Mikrofon oder ein nachgeschaltetes Gerät in einen nichtlinearen Bereich geraten. Typische Anzeichen sind erhöhte Mikrofonverzerrungen, Übersteuerung des Vorverstärkers, Übersteuerung des Erfassungssystems (Over-Range) sowie Clipping des A/D‑Wandlers (ADC).

Die Obergrenze hängt daher sowohl vom maximal zulässigen SPL des Mikrofons als auch von den linearen Eingangsbereichen des Vorverstärkers und des Datenerfassungssystems ab. Die Empfindlichkeit beeinflusst die Ausgangsspannung, bestimmt aber nicht allein den maximalen SPL des Mikrofons.

Ist ein größerer Dynamikbereich immer besser?

Ein größerer nutzbarer Bereich kann größere SPL‑Schwankungen abdecken, aber seine Lage muss zur Anwendung passen. Bei Messungen mit geringem Rauschen liegt der Schwerpunkt stärker auf dem unteren Ende, während Messungen mit hohen SPL den oberen Bereich priorisieren.

Für Produktselbstgeräusch, leise Geräte und ähnliche Schwachsignalprüfungen bietet das CRY3261-S02 ein Eigenrauschen von nur 6,5 dBA. Für Impulslärm, industrielle Sprengungen und andere Anwendungen mit extrem hohen SPL deckt das CRY3408-S01 einen Bereich von 70 bis 180 dB SPL ab.

Warum ist die vollständige Messkette so wichtig?

Ein Mikrofon kann einen großen spezifizierten Dynamikbereich haben, aber der nutzbare Systembereich kann enger sein. Ein hoher Rauschpegel in einer Stufe erhöht den minimal zuverlässig messbaren SPL. Eine niedrige Eingangsgrenze in einer Stufe kann den maximal messbaren SPL verringern.

Konstruktive Entscheidungen sollten daher auf dem effektiven Dynamikbereich der gesamten Kette basieren - nicht nur auf einem einzigen Wert im Mikrofon‑Datenblatt.

Wie sollte der Dynamikbereich an einen Test angepasst werden?

Definieren Sie den minimalen SPL

Überprüfen Sie bei schwachen Schallereignissen das Eigenrauschen und die Empfindlichkeit des Mikrofons, das Rauschen des Vorverstärkers sowie das Umgebungs- bzw. Hintergrundrauschen. Der niedrigste Ziel‑SPL sollte klar von der Rauschschwelle des Systems unterscheidbar bleiben.

Definieren Sie den maximalen SPL

Überprüfen Sie bei Prüfungen mit hohen Pegeln den maximalen SPL des Mikrofons und die Verzerrungsbedingungen zusammen mit der Empfindlichkeit, dem maximalen Eingang des Vorverstärkers und dem Bereich des Erfassungssystems. Vereinzelt auftretende Spitzen sollten innerhalb des nutzbaren Bereichs bleiben.

Überprüfen Sie das vollständige System

Für allgemeine akustische Messungen im Labor verfügt das CRY3203-S01 über einen Dynamikbereich von 16 dBA bis 138 dB und eine Nennempfindlichkeit von 50 mV/Pa. Wird es mit einer modularen Plattform wie SonoDAQ Pro verwendet, prüfen Sie zusätzlich den Eingangsbereich, das Rauschverhalten und den Dynamikbereich des gewählten Eingangsmoduleinsatzes.

Wie hängen Dynamikbereich und Empfindlichkeit zusammen?

Die Empfindlichkeit beschreibt die Spannung pro Einheit Schalldruck, während der Dynamikbereich den Bereich der Schalldrücke beschreibt, den die Messkette zuverlässig verarbeiten kann. Eine höhere Empfindlichkeit kann aus einem schwachen Geräusch eine größere Spannung erzeugen, kann aber auch dazu führen, dass nachgeschaltete Eingänge früher an ihre Grenze kommen. Die beiden Kenngrößen sollten daher gemeinsam betrachtet werden.

Zusammenfassung

Der Dynamikbereich eines Messmikrofons erstreckt sich vom niedrigsten zuverlässig messbaren Schalldruckpegel bis zu dem höchsten Pegel, der noch innerhalb der spezifizierten linearen Betriebsbedingungen liegt. Die Untergrenze wird hauptsächlich von Mikrofon‑ und Systemrauschen bestimmt; die Obergrenze hängt vom maximalen SPL, den Verzerrungsgrenzen und dem Eingangsbereich der Messkette ab.

Beginnen Sie mit dem minimalen und maximalen SPL, der im Test zu erwarten ist, und vergewissern Sie sich dann, dass Mikrofon, Vorverstärker und Datenerfassungssystem über den gesamten Bereich hinweg zueinander passen.

Häufig gestellte Fragen

Wenn Sie Unterstützung bei der Anpassung des Mikrofon‑Dynamikbereichs an ein akustisches Messsystem benötigen, wenden Sie sich an das technische Team von CRYSOUND.