Kalibration in der Akustik

23.08.2021

Um genaue Ergebnisse zu erhalten, muss die akustische Messkette kalibriert werden. Die Messkette besteht aus dem Mikrofon, einem Messverstärker und einem A/D-Wandler. Diese wandelt den Schalldruck in ein Spannungssignal um und digitalisiert dieses.

In der Akustik werden Schallpegel in der Einheit dB angegeben. Es handelt sich hierbei um eine logarithmische Größe, die auf eine Referenzgröße bezogen ist. Für eine Amplitude A gilt A in dB = 10 * Log(A² / Aref²) = 20 * Log(A / Aref) und für eine Leistung P gilt P in dB = 10 * Log(P / Pref). Per Definition wird dem akustischen Schalldruck 2 *10-5 Pa der Pegel 0 dB zugeordnet. Dieser Schalldruck entspricht in etwa der Hörgrenze des menschlichen Ohres.

Eine korrekt kalibrierte akustische Messkette hat eine Empfindlichkeit von 50 mV/Pa. Bei einem Pegel von 0 dB sollten daher 2 * 10-5 Pa * 50 mV/Pa = 100 * 10-5 mV = 1 μV gemessen werden. Bei dieser Spannung handelt es sich um den RMS-Wert (Root Mean Square) der gemessenen Schwingung.

Die Kalibration erfolgt in der Regel durch Messung eines akustischen Referenzpegels, der von einem Kalibrator erzeugt wird. Üblicherweise gibt ein akustischer Kalibrator einen Referenzpegel von 94 dB ab, was einem Schalldruck von 2 * 10-5 Pa * 10(94/20) ≈ 1,0023 Pa entspricht. Die Messkette sollte für diesen Pegel einen RMS-Wert von ca. 50,11 mV liefern.

Die Kalibration der Messkette liefert einen Kalibrierwert, welcher in dB angegeben wird. Dieser Kalibrierwert muss, da es sich um ein logarithmisches Maß handelt, auf die gemessenen Pegel addiert werden, um die Abweichung der Empfindlichkeit der Messkette von den geforderten 50mV/Pa zu kompensieren. Für die gemessene RMS-Spannung entspricht diese Addition einer Multiplikation mit einem Kalibrierfaktor. Für eine Messkette mit einer Empfindlichkeit von exakt 50 mV/Pa ist der Kalibrierwert gleich 0dB. Ist die Empfindlichkeit der Messkette geringer, dann ergibt sich ein positiver dB-Wert, was einem Faktor größer als Eins entspricht. Für eine Messkette mit zu hoher Empfindlichkeit ergibt sich entsprechend ein negativer dB-Wert, welcher einem Faktor kleiner als Eins entspricht.

Artikel teilen oder als Email versenden:

Diese Beiträge könnten Sie ebenfalls interessieren