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Wie wird das Mikrophon-Modul kalibriert und kann ich das selbst machen?
#1
Information 
Wir haben bei AK-Modul-Bus/kainkalabs ein extern kalibriertes Mikrophonmodul ("Messmodul Lärm"=MML), das als Referenz dient.
Dieses wird nun (ohne die Windschutzhaube) parallel zu dem zu kalibrierenden Mikrophonmodul mit dem herausragenden Mikrophonstummel in jeweils eine Öffnung einer kleinen schalltoten Messkammer eingeführt.
In der völlig symmetrischen schalltoten Messkammer befinden sich 2 Breitbandlautsprecher, die nun mit weissem Rauschen angesteuert werden.
Die Lautstärke ist dabei einmalig so eingestellt, daß am Referenz-Modul ein Pegel von 80dBA gemessen wird, da dies ungefähr in der Mitte des in der Realität vorkommenden Bereichs von Flug-, Strassen- oder Eisenbahnlärm liegt, wo Dauerlärm nicht nur störend, sondern eindeutig gesundheitsschädigend ist (60...100 dB).
Außerdem liegt dieser Pegel ungefähr in der Mitte des sinnvoll ausnutzbaren Meßbereichs des Mikrophon-Moduls (ca. 35 dB Grundrauschen...100dB Vollaussteuerung). 
Dadurch liefert das ganze System seine beste Genauigkeit imBereich von 70dB...90dB.

Die beiden Mikrophonmodule werden nun an die beiden Eingänge des dB-Online-Interface angeschlossen.
Das dB-Online-Interface wird mittels des dbamodus.exe-Tools auf den Modus 5 eingestellt (=SIOS-kompatibler Modus; s. dazu Punkt 2 in diesem Beitrag).

Dann wird das Programm Compact Definition von H.J. Berndt gestartet wobei nach Klick auf "Hardware suchen" das dB-Online Interface automatisch als "SIOS" erkannt wird.

Auf der Registerkarte "Ein-/Ausgönge" kann man nun den Pegel der beiden angeschlossenen Mikrophonmodule anhand der beiden oberen Zeigerinstrumente ("Analog 1" und "Analog 2") beobachten.
Wenn man will, kann man auch für die Skala der Zeigerinstrumente per Rechtsklick die "LAERM.DEF"-Datei nachladen.
Die Skala verläuft dann nicht von 0...5, sondern von 0...100dBA.
Da wir hier aber nur die beiden Module auf gleichen Zeigerausschlag abgleichen, ist das für unsere Zwecke eigentlich überflüssig.

Wir verwenden bewusst weißes Rauschen und keinen Sinuston von bspw. 1 kHz, wie er oft in kommerziellen Kalibratoren genutzt wird.

Der Grund ist, daß jede (wie auch immer geartete) Mikrophon-Messkammer-Kombination unberechenbare mechanische und elektrische Resonanzen aufweist.
Wenn solch eine Resonanz nun zufällig genau bei der Frequenz des eingespielten Sinustons auftritt, kann sowohl der absolut gemessene Pegel als auch die Differenz zwischen Referenz und zu kalibrierendem Modul durchaus Abweichungen von +/-10dB aufweisen!

Rauschen ist hier viel besser geeignet, da dann alle Frequenzen gleichmäßig vertreten sind, keine Resonanzen angeregt werden und eine Mittelung über den gesamten relevanten Frequenzbereich vorgenommen wird.
Im professionellen Bereich werden z.B. Frequenzgänge von ganzen Räumen oder Lautsprechern ebenfalls mit Rauschen (z.B. sog. Terzrauschen) ermittelt, um verfälschende Resonanzeffekte zu vermeiden.

Es gibt nun noch zwei wichtige Besonderheiten zu beachten:


  1. Das zu kalibrierende Mikrophonmodul ist natürlich geöffnet, da man nur so an den Spindeltrimmer zur Kalibration herankommt.
    Da hier nun aber während der Kalibration die obere Gehäusehälfte fehlt, ist der tatsächliche Pegel zunächst um ca. 2dB gegenüber dem Referenzmodul einzustellen, da der vom Mikrophon aufgenommene Pegel abhängig von der akustischen Einbau-"Umgebung" ist (rückwärtiges Gehäuse offen oder geschlossen).
    Danach wird der obere Gehäusedeckel probeweise aufgesetzt und nun wieder in der Messkammer mit dem Referenzmodul verglichen.
    Ist der Pegel nun identisch, ist die Kalibrierung beendet und das Gehäuse wird verschraubt.
    Ansonsten wird noch einmal nachjustiert, bis die Abweichung zwischen Referenz und zu kalibrierendem Mikrophonmodul höchstens noch 1dB beträgt.
    Man kann somit insgesamt eine mittlere Kalibriergenauigkeit von ca. +/-1,5...2dB beim Referenzpegel von 80dBA erwarten, da das Referenzmodul nur auf ca. 1dB genau absolut justiert werden kann und man Referenz und zu kalibrierendes Mikrophonmodul ebenfalls nur auf höchstens 1dB relativ zueinander justieren kann. 

  2. Während des Kalibriervorgangs darf es in der Umgebung keine anderen Schallquellen wie etwa ein laufendes Radio, Gespräche o.ä. geben.
    Das Mikrophonmodul nimmt insbesondere bei geöffnetem Gehäuse auch relativ stark von hinten einfallenden Schall auf, der sich zum Rauschsignal in der Messkammer addiert und zu Fehlmessungen führt.

Kann man nun die Kalibrierung selbst vornehmen z.B. zum Zwecke der Nachkalibration oder zu Vergleichszwecken?
Theoretisch ja, aber es gibt einiges zu beachten:

Die Kalibrier-Probleme mit Sinustönen im Vergleich zu dem von uns verwendeten weißen Rauschen sowie die ca. 2dB Differenz zwischen geöffnetem und geschlossenem Modulgehäuse wurde bereits oben beschrieben.

Weiterhin besteht bereits beim Öffnen des Modulgehäuses die Gefahr, daß man die feinen Verbindungsdrähte des Modularkabels abreisst.
(Bei neueren Mikrophonmodulen sind diese Lötverbindungen zum Modularkabel zusätzlich mittels Heisskleber fixiert, so daß die Gefahr des Abreißens der Drähte beim Öffnen geringer ist.)

Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß während des Kalibriervorgangs keine starken elektromagnetischen Störfelder in der Nähe des Mikrophonmoduls vorhanden sind.
Diese können direkt in die erste Verstärkerstufe einstreuen und so einen zu hohen Pegel vortäuschen.

Wenn Sie bei einem eigenen Kalibrierversuch eine große Differenz (5dB oder mehr) zwischen unserer Grundkalibrierung und Ihrer Kalibriersituation feststellen, liegt der Verdacht nahe, daß entweder eine der o.g. Fehlerquellen vorherrscht oder ein Defekt vorliegt.


Der spritzwasserdichte Zusammenbau der beiden Gehäusehälfte ist ebenfalls nicht ganz trivial, da wir die Kabeldurchführung für das Modularkabel und die Gummitülle für das Mikrophon bewusst sehr stramm ausgelegt haben, damit das Modulgehäuse möglichst dicht ist. 
Neu einzuarbeitende Mitarbeiter bei uns brauchen meist einige Versuche unter Anleitung, bis sie es "raus haben", wie man das Modulgehäuse möglichst schonend wasserdicht zusammensetzt.

Roger
Roger
from the Kainkalabs-Vault
A division of AK Modul-Bus
 
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