Einstieg - Messmikrofone & Messtechnik

Grüßt euch,

mit diesem Thema möchte ich euch ganz einfach und flott erklären, wieso es Unterschiede
im Preis und Verhalten von Messmikrofonen gibt, wo die Preis-Unterschiede herkommen
und was man wirklich benötigt.
Hierzu auch noch paar kleine, allgemeine Informationen zu den "Messfeldern"

 

Was kann man messen?

Grob erst mal 2 Dinge: Direktfeld und Diffusfeld.

 

 

• Direktfeld (Freifeld)

Die Freifeldcharakteristik, hier wird eine Schallquelle direkt gemessen, z.B. unsere Lautsprecher,
bei Aus- und Einmessung.
Das Mikro wird hierbei auf das zu messende Objekt gerichtet.
Die Freifeldcharakteristik nutzt man idR. im Nahfeld.

 

 

• Diffusfeld

Die Diffusfeldcharaktersitik wird oft im Fernfeld verwendet, wenn wir z.B. unsere Räume, Pegelmessung auf der VA oder Studios vermessen wollen (Raumfeld).
Hier wird das Mirkofon oft vertikal aufstellt (Kapsel Richtung Decke), so dass der Schall aus allen Richtungen eintreffen kann.
Mikrofone mit Diffusfeldcharaktersitik werden so ausgelegt, dass sie in dieser Position einen linearen Frequenzverlauf haben,
würde man sie zur Freifeld-Messung (Mit Kapsel Richtung Schallquelle) nutzen, wäre u.a. ein Anstieg im oberen Frequenzbereich zu bemerken (~10KHz ansteigend)

 

Alternativ kann man auch beide Arten per Kalibrierdatei auf den jeweiligen Einsatz kalibrieren.

Wichtig: Ist in den Spezifikationen nichts angegeben, sind die Mikros in 95% der Fälle Diffusfeldentzerrt! (Monacor, Behringer, Haun...)
Die Diffusfeldentzerrung entspricht circa der Messung mit Mikro in 90° Position zur Schallquelle, somit kann man sich seine Diffusfeld-Kalibrierdatei auch selbst bauen.

* Weitere Einzelheiten zu Fern-, Nah-, Direkt- & Diffusfeld am Endes des Beitrags.

 

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Was brauche ich denn nun?

• Für Messungen an Lautsprechern, Entwicklung, Aus- & Einmessung, Schallpegelmessung usw. sollte ein Mikro
mit Freifeldcharakteristik gewählt werden.

• Messen wir unsere Räume ein, z.B. das Wohnzimmer, unseren Regieraum oder nutzen den RTA von Controllern
um die PA im Raum (nicht direkt auf Achse) anzupassen, aber auch zur Überwachung des Pegels auf Veranstaltungen, wählen wir Mikros mit Diffusfeldcharaktersitik.

Abstrahlcharakteristik?

In der Regel weisen die Messmikrofone eine Kugelcharakteristik auf, damit die Messung richtungsunabhängig ist,
was aber in der Realität leider nicht der Fall ist. Somit Mikro immer korrekt ausrichten und/oder kalibrieren.

 

 

Mikrofon-Kalibrierung?

Auf alle Fälle, jedenfalls bei der Einstiegs- bis Mittelklasse.
Mikros weisen Toleranzen auf und können bis über 10dB vom Idealverlauf abweichen! (auch ist der Großteil Diffusfeld)
was nützt es, wenn ihr ne Kiste entwickelt und der obere und untere Frequenzbereich in eurer Messung linear aussehen,
in Wirklichkeit aber 6dB Hochton fehlen und der Bassbereich 3dB zu leise ist.

 

Auch sollte man je nach Lagerung und Einsatz seine Mikros auch öfters kalibrieren lassen, idR. je günstiger, je öfters.
Bei mir schaut das so aus, die 2 Oberen: ECM-40 von 2007 und 2011
DIe 2 Unteren: Haun 550 von 2007 und 2011.

Beim Haun hat sich obenrum gut was getan. (2 bis max 4dB)
Das schulde ich aber der Lagerung zu, das ECM war immer fein im Köfferchen im Schrank und kaum genutzt,
das Haun die 4 Jahre ununterbrochen draußen (Werkstatt)an der freien Luft, sowohl über Winter als auch Sommer, direkt am XLR-Kabel und hat vor sich rum gehängt
(Also absoluter Tot-Quäl-Härtetest, so sollte keiner mit seinen Mikros umgehen, mittlerweile ist's auch halb-tot)

Eine Übersicht aus 125 Kalibrierungen vom Behringer ECM-8000 Mikro:

Bildquelle und weitere Informationen findet ihr bei HiFi-Selbstbau, 
wo ihr natürlich auch eure Mikrofone kostengünstig kalibrieren lassen könnt!
Sehr interessanter Artikel zum Thema Kalibrierung: 1000 Mikrofonkalibrierungen

 

 

Wichtige Spezifikationen der Messmikrofone

• Rauschabstand, Eigenrauschen, Dynamikbereich & minimaler Pegel
Um so geringer das Eigenrauschen (auch Ersatzgeräuschpegel genannt), um so leisere Quellen können gemessen werden.
Um so genauer die Phasenmessung bei niedrigeren Frequenzen (ohne dass es brachial laut werden muss)
Einsatz für alternative Zwecke (Aufnahme von Instrumenten...oder aus Entfernung)

Das Eigenrauschen wird normal in dB CCIR, oder dB(A) angegeben und ist abhängig von
der Kapselgröße, Empfindlichkeit (jeweils um so höher um so besser) und dem Vorverstärker (Dessen Bauteile -> Kondensatormikro)

Die Werte mit CCIR Filter sind circa 10dB höher als die Angaben in dB(A).
Die Amis werten oft mit dB(A), im Europäischen Raum wir bereits die internationale Norm (nach IEC) CCIR genutzt,
manche Hersteller geben auch beides an.

Der Rauschabstand berechnet sich aus 1 Pa, was 94 dB entspricht, abzüglich des Eigenrauschpegels.
Beispiel: Der festgelegt Schalldruckpegel* 94dB abzüglich 22db(A) Eigenrauschen = 72dB(A) Signal-Rauschabstand.
Um so höher dieser ist, um so besser!

*Der Festgelegte Schalldruckpegel von 1Pa gilt immer und entspricht nicht dem maximalen Eingangspegel des Mikrofons.

Der Dynamikbereich errechnet sich aus dem Grenzschalldruckpegel (Typischerweise bei 0,5%) und dem Ersatzgeräuschpegel.
Im oberen Fall also 122dB(A), falls der Grenzschalldruckpegel 150dB 1% (144dB 0,5%) beträgt.
(Verdopplung der Verzerrungen entspricht circa +6dB, gilt aber nicht immer, somit in's Datenblatt schauen)

• Maximaler Pegel/Grenzschalldruckpegel
• THD (Verzerrungen)
Der Grenzschalldruckpegel wird normal mit Bezug auf die Verzerrungen angegeben.
Oft 1%, 3% oder gar 5% bei 1kHz (Beyer & Earthworks 1%, NTI 3%, Haun/Monacor unbekannt)
Ist nur der Grenzschalldruckpegel im Datenblatt, heißt es Nachfragen.
Die maximalen Verzerrungen sind bei Kondensatormikrofonen oft vom Vorverstärker abhängig.
Auch ist darauf zu achten echte 48V zu nutzen, um so geringer die Spannung, um so höher die Verzerrungen (Z.B. hat der beliebte Monacor Preamp nur 15V)

• Frequenzbereich & Linearität
Geht typischerweise von 20Hz - 20kHz, idR. auch etwas drüber.
Oft geben Hersteller auch Werte wie +-1dB / -3dB an, was entsprechend für die untere, der 2te Wert für die obere Frequenzangabe gilt.
Für die Linearität sind verschiedene Dinge maßgeblich:
Qualität der Kapsel
Qualität des Vorverstärkers (dieser "bügelt" quasi per EQ aus, vor allem aber die Toleranz & Qualität der Bauteile des VV)
Qualität des gesamtes Mikrofons! Schon eine minimale Abweichung von 1/10mm der Position der Kapsel kann im Frequenzgang mehrere dB ausmachen!

• Toleranz
• IEC Norm, Mikro-Klasse
Angaben über die Toleranz der einzelnen Mikros machen die wenigsten Hersteller.
Günstige Mikros können untereinander auch mal weiter übe 12dB abweichen, das eine hat eine Überhöhung bei 6kHz von 5dB,
das andere aus der nächsten Charge wiederum -7dB.
Auch weichen die günstigeren Mikros je nach Temperatur, Luftfeuchtigkeit und -druck ebenfalls stärker ab, zudem leidet die Langzeitstabilität, somit sollten die öfters neu kalibriert werden.
Die extrem Günstigen, auch je nach Tageszeit

Mikrofone in höheren Preisregionen entsprechen idR. den Normen der IEC und dürfen somit
in Klasse 1 oder Klasse 2 klassifiziert werden.
Die jeweiligen Normen grenzen u.a. die maximal zulässigen Abweichungen der Mikrofone ein,
z.B. Ersatzgeräuschpegel, Toleranz und Flachheit des Frequenzgangs, Langzeitstabilität, Abweichungen bei Änderungen der Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte usw.

• Kapselgröße, 1/8"-1" (ab 1" = Großmembran)
Um so größer die Kapsel:
- ...um so höher die Empfindlichkeit
- Geringeres Eigenrauschen
- Höherer Rauschabstand
- Geringerer max Schalldruck
- Somit oft Niedrigerer Dynamikbereich
- Engerer Frequenzbereich (weniger hohe Frequenzen)
- Höhere Abweichungen unter Winkel
- ...um so größer der "Fremdkörper" oder reflektierende Fläche in der Messumgebung

• Charakteristik
Messmikrofone weisen in der Regel eine omnidirektionale, also Kugelcharakteristik auf.
Nur in speziellen Fällen benötigt man Messmikros mit anderen Charakteristiken.

• Empfindlichkeit
Wird oft in dB re 1 V/Pa, kurz dBV/Pa angegeben und ist immer negativ! (Bezieht sich auf die 94dB / 1 Pa)
(Selten wird auch noch in dB dyn/cm² angegeben)
Der Wert mV/Pa entspricht eigentlich dem Übertragungsfaktor,
was im Prinzip aber das gleiche ist, muss nur umgerechnet werden.
Alles gilt für jeweils 1 kHz, wenn nicht anders angegeben.

Um so höher der Übertragungsfaktor, um so geringer das Eigenrauschen und um so höherdie Ausgangsspannung.
Was natürlich super ist, da man somit eher über dem Eigenrauschen der anderen Geräte, wie dem Mikrofon-Preamps liegt.

 

Fazit:

• Je günstiger das Mikro, je höher die Fertigungs-Toleranzen,welche sich auf fast alle Bereiche auswirken.
• Mikro nicht gleich Mikro, es gibt wesentliche Unterschiede
• Ob nun ein teures oder günstiges Mikro benötigt wird, kommt ganz auf den Einsatzzweck und die geforderten Ergebnisse an.
• Der Einsatzzweck bestimmt neben dem Preis ebenfalls die Art und Eigenschaften des Mikrofons.
• Das beste Messmikrofon nützt nix, wenn hinten dran nicht passende Geräte hängen (Billige Soundkarte, schlechter Amp & Preamp usw.),
dennoch ist das Mikro das wichtigste Glied in de Kette.

 

Kleine Zusammenfassung meinerseits:

Einsteiger-Vesuche: 1-40,-
Alle ersten Versuche bezüglich Frequenzgangmessungen.
Oft auch Mikros, welche keine Phantomspeisung benötigen und direkt an den
Eingang einer Soundkarte angeschklossen werden können.
Mikros: ATB-PC, HiFi-Selbstbau Elektret Mikrofon, T-Bone, Superlux und Co.

Einsteiger: 50-170,-
Erste Lautsprecher-Entwicklungen und einfache System-Setups, allerdings nur mit Kalibrier-Dateien.
Grobes RTA, am besten in Vertikalaufstellung. (Driverack PA, Genauigkeit je nach Mikro-Toleranz abhängig)
Phase und Laufzeitmessung (z.B. vom Behringer DCX)
Grobe Pegelmessungen wenn kalibriert
Mikros: Monacor ECM-40, Behringer ECM-8000, bissel besser dann das Beyer MM1 (alle sind Diffusfeld-entzerrt)

Fortgeschritten: 180-400,-
Fortgeschrittene Lautsprecher-Entwicklung und System-Setups mit Kalibier-Dateien.
Verzerrungsmessungen an mittellauten PA oder HiFi-Boxen.
Phase- Laufzeit und Pegelmessung.
Teilweise auch nutzbar für Akustik-Aufnahmen an Instrumenten.
Mikros: Haun MBNM 550, EMX-7150, NTI Mini SPL (beide Letzteren sind quasi, nicht offiziell Klasse 1 oder 2) (Haun = Diffusfeld)

Pro: 450-1400,-
Professionelle Entwicklung von Boxen, Lautsprechern usw. Mit Kalibrierdatei je nach Mikrofon.
Systemsetups mit genausten Ergebnissen in Phase, Zeit Impulswiedegabe, Delay usw.
Qualitätskontrolle, Messungen der Sprachverständlichkeit (STI) und alles zur Raumakustik.
Jegliche Verzerrungsmessungen, auch im Nahfeld und Hörnern mit genauen Ergebnissen.
Messungen von Voodoo-Bereichen über 20kHz für die HiFi-Freaks oder auch extrem tiefspielenden Infras oder Kino-Subs.
Phase, Laufzeit & Pegelmessung (teils auch eichbar)
Lärmüberwachung, Arbeitsschutzmessungen, bzw. Messungen bei welche IEC Normen und Klassen gefordert sind.
Nutzung zur Aufnahme von Instrumenten, Sprache usw.
Einsatz für genaue RTA-Direkt-Einmessungen (Geräte, welche keine Kalibrierdatei lesen können, wie Driverack PA)
Genaue Messergebnisse bei jeder Jahreszeit (Temperatur) oder Witterungsgebiet.
Was vom hierüber Genannten wie gut möglich ist, ist abhängig vom Mikrofon, jedes hat seine Stärken woanders, bzw. ist abhängig vom Preis.
Mikros: Earthworks M23, M30, NTI M2210, NTI M4260

Nonplus ultra (oder wenn's geeicht werden muss): >1400,- + passendes Zubehör
Kann alles wunderbar, in der Regel komplett ohne Kalibrierdateien,
Nachteil ist, dass man oft viel Zeugs mit rumschleppt im Vergleich.
Mikros: geht dann Richtung kompletter B&K oder Microtech Gefell Ausstattung.

 

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Wann bin ich im Diffusfeld?
Eigentlich wenn der Schalldruck des Raumfeldes größer als der des Direktfeldes ist.
Anders herum, befindet man sich im Direktfeld, wenn der gesamte Schall, welcher unser Mikrofon aufnimmt, durch den Direktschall einer Schallquelle bestimmt wird,
also unserem Lautsprecher.

Anm.:
Um künstliche Freifeldbedingungen zu schaffen, benötigt man eigentlich einen Reflektionsarmen Messraum, oder andere Tricks
wie das Gate, oder die Kombination und Skalierung von Einzel-Messungen.

Wann bin ich im Fern- oder Nahfeld?
Vom Fernfeld spricht man, wenn die Reflektionen und Interferenzeffekte eine untergeordnete Rolle spielen.

• Grob:
Man befindet sich bereits im Fernfeld, wenn der Abstand des Messmikros größer als der diagonale Durchmesser der Schallquelle (Box) ist.

• Genauer:
Fernfeld: Abgestrahlte Wellenlänge > Abmessung Quelle
Auf Nummer sicher geht man mit: Messabstand d > 3 * größte Abmessung der Quelle (Diagonale der Box) Quelle: ARTA Kompendium

• Nahfeld: Messabstand < abgestrahlte Wellenlänge
Wir können aber auch das Nahfeld berechnen: Messabstand < Wellenlänge / 2*pi
In Kurz: r<?/(2p)

Vorsicht:
Die obere Grenzfrequenz für die Gültigkeit einer Nahfeldmessung kann mit fmax= 10950/d bestimmt werden (mit d = Membrandurchmesser in cm!).
Quelle: PA-Forum: Beitrag von Volker Holtmeyer
Grobe Regel: Alles oberhalb 300Hz ist nicht aussagekräftig

PS: Für eine Nahfeldmessung einer Membran oder Portes sollte (nach D'Appolito) der Mess-Abstand weniger als 11%
des entsprechenden Radius betragen.
"Messabstand < 0,11 * Abmessung der Quelle ---> Fehler < 1 dB" Quelle: ARTA Kompendium

 

Nahfeld, Direktfeld, oder wie war das?

Hierzu ein direkter Auszug aus wikipedia.de, welcher das sehr gut beschreibt:
"Die Schallbegriffe Nahfeld und Fernfeld werden nicht immer genau von den Ausdrücken Direktfeld bzw. Freifeld und Diffusfeld unterschieden.
Nah- und Fernfeld kennzeichnen die Schallquelle selbst, während Direktfeld (Freifeld) und Diffusfeld durch die raumakustischen Eigenschaften des Umgebungsraums bestimmt werden."