Physikalische Prinzipien
Messmikrofone basieren auf einem einfachen physikalischen Prinzip: der Kapazität. Die Kapazität eines Mikrofons ist umgekehrt proportional zum Abstand zwischen der Membran (einer gespannten, dünnen Metallfolie) und der Rückplatte (der harten Platte). Wenn die Membran durch Schalldruck beeinflusst wird, verformt sie sich und bewegt sich näher an die Rückplatte oder weiter von ihr weg, wodurch sich die Kapazität des Systems ändert.
Die Kapazitätsänderung wird dann in eine Spannungsänderung umgewandelt. Dieses Prinzip bildet die Grundlage für die meisten Messmikrofone.
Größen
Messmikrofone werden nach Größe kategorisiert, typischerweise in die Varianten 1-Zoll, 1/2-Zoll, 1/4-Zoll und 1/8-Zoll. Je größer die Membran ist, desto geringer ist ihre Steifigkeit, wodurch sie empfindlicher auf kleine Schwankungen des Schalldrucks reagiert. Allerdings schränkt eine größere Membran auch den Frequenzgang ein, da sie nur Wellenlängen erfassen kann, die gleich oder größer als ihre Größe sind. Größere Membranen erzeugen weniger Rauschen, kleinere Membranen ermöglichen jedoch eine höhere Frequenzerkennung. Kleine Mikrofone haben tendenziell bessere Kugelcharakteristiken bei hohen Frequenzen.
Wussten Sie?
- Was bedeutet eine Membranverschiebung von 5 Nanometern?Bei einem typischen 1/{1}}-Zoll-Mikrofon kommt es unter einem Druck von 1 Pascal zu einer Membranverschiebung von nur 5 Nanometern. Unter dem gleichen Druck würde sich eine erdgroße Membran nur um 5 Meter bewegen.
- Wie lang ist eine 20-kHz-Schallwelle?Eine Schallwelle bei 20 kHz (der Obergrenze des Audiobereichs) hat eine Wellenlänge von 1,7 cm, etwa so breit wie Ihr Zeigefinger.
- Wie kommt es zu Fehlern?Beim Betrieb eines Freifeldmikrofons bei 20 kHz in einem Druckfeld können die Fehler aufgrund des unterschiedlichen Schallwellenverhaltens bis zu 9 dB betragen.
- Von einer Haarsträhne bis zu drei Eiffeltürmen:Die Laborstandardmikrofone Brüel & Kjær 4180 und 4160 sind unglaublich stabil und ihre Empfindlichkeit gilt weltweit als Maßstab für akustische Messungen. Keine Schallquelle kann über einen weiten Frequenzbereich Schalldruck mit ausreichend geringer Unsicherheit erzeugen. Der Dynamikbereich des 4191 1/2-Zoll-Freifeldsensors von Brüel & Kjær reicht von 20 dBA bis 162 dB (142 dB). Dieser Bereich entspricht der Messung von der Dicke einer einzelnen Haarsträhne bis zur Höhe von drei gestapelten Eiffeltürmen.
- Wie stabil sind diese Mikrofone?Seit 1984 überwachen wir die Empfindlichkeit der Standardmikrofone 4160 und 4180 genau. Ihre Stabilität liegt im Bereich von ±0,02 dB, was bedeutet, dass sich die Empfindlichkeit um weniger als 0,2 % ändert. Diese Mikrofone werden weltweit häufig in Kalibriersystemen eingesetzt.
Stabilität gewährleisten
Die Messsensoren von Brüel & Kjær sind äußerst stabil und unabhängig von Zeit-, Temperatur-, Feuchtigkeits- oder Umgebungsdruckänderungen. Um optimale Stabilität zu gewährleisten, wählen wir sorgfältig hochwertige Materialien aus, verwenden kontrollierte Hochtemperatur-Alterungssimulationen, entlasten interne Spannungen in den Mikrofonen und testen jedes Mikrofon in jeder Produktionsphase.
Während der Herstellung werden die Mikrofone in einem Reinraum der „Klasse 10“ aufbewahrt, was bedeutet, dass weniger als 10 Partikel pro Kubikfuß vorhanden sind und die Partikelgröße nicht größer als 0,5 μm ist. Zum Vergleich: Ein typischer Raum ist etwa „Klasse 1,000,000“. Da der Spalt zwischen der Rückplatte und der Membran etwa 20 μm beträgt, könnten alle Partikel, die größer als diese Größe sind, zu Stabilitätsproblemen führen, insbesondere wenn es zu Kondensation oder Temperaturschwankungen kommt.
