Software/Messtechnik

Mikrofonkalibrierung - muss das sein? (Anfänger)


Die meisten soundkartenbasierten Messsysteme können zwar die Fehler der Soundkarte (halb-) automatisch kompensieren, aber bei den Themen:
  • absolute Pegelkalibrierung
  • Mikrofonempfindlichkeit und
  • Kompensation des Mikrofonfrequenzgangs
kommt man nur schwer weiter. Im ersten Fall reicht noch ein Sinusgenerator (oder eine entsprechende WAV-Datei) und ein Multimeter mit z.B. 200mV Wechselspannungseingang. Beim Mikrofon hilft nur der Kauf eines "guten" Mikrofons. Aber wo gibt's die und wie teuer sind die?

Am häufigsten wird wohl bei den "fertigen" Mikrofonen das BEHRINGER ECM8000 eingesetzt. Erst mal ist es mit 68 / 59 € (Listen-/Straßenpreis) auch für den Hobbyisten noch erschwinglich, außerdem macht es einen hervorragenden optischen Eindruck und hat eine gute Anfassqualität. Last but not least sieht der auf der Packung abgedruckte Frequenzgang ja auch sehr gerade aus. Leider kann man das ECM8000 nicht direkt am Mikrofoneingang einer "normalen" Soundkarte betreiben, da es eine Phantomspannung von mindestens 15 Volt benötigt. Außerdem ist die Ausgangsspannung mit ca. 3-4 mV/Pa auch sehr gering, so dass sich der Einsatz eines Vorverstärkers empfiehlt, der am besten auch gleich die Phantomspeisung zur Verfügung stellt. Beide Funktionen vereint der MONACOR MPA-102 in idealer Weise in sich. Besonders lobenswert ist die reproduzierbare Änderung der Verstärkung in 5 dB-Schritten und die Möglichkeit, bei Bedarf auch mit 4 Stück 9V-Blockbatterien betrieben zu werden. Mit dem MONACOR ECM-40 gibt es dort auch ein gut gemachtes Mikrofon, dass aber für seitlichen Schalleinfall optimiert ist.

Bei den DIY-Mikrofonen genießt die von MONACOR unter der Bezeichnung MCE-2000 vertriebene Kapsel (die von PANASONIC hergestellt wird) einen "Kultstatus". Auch die MCE-2000 benötigt eine Versorgungsspannung von 1.5 bis 10 V. In der K&T gab es vor vielen Jahren einen Bauvorschlag mit einer 9V-Blockbatterie und einem externen Kästchen, allerdings ohne Verstärkungsfunktion. Wegen der geringen Empfindlichkeit von 5 - 6 mV/Pa muss der deutlich empfindlichere Mikrofoneingang der Soundkarte verwendet werden, der leider häufig einen "eingebauten" Bassabfall und - dank "verseuchter" Umgebung - Rauschprobleme hat. Was die wenigsten wissen: man kann die MCE-2000 in den allermeisten Fällen auch direkt an den Mikrofoneingang der Soundkarte einstecken, da diese standardmäßig ebenfalls eine Versorgungsspannung von knapp 3 V zur Verfügung stellt.

Dies machen sich auch preiswerte PC-Mikrofone zu Nutze wie z.B. das ATELCO Desktop Mikrofon für 3.50 €.

 


Ergebnisse unserer Mikrofonkalibrierung

Wie der ein oder andere vielleicht schon weiß bieten wir in unserem Shop sowohl die Kalibrierung von bereits vorhandenen Mikrofonen (s. Dienstleistung/Mikrofone) als auch komplett kalibrierte neue Mikrofone an (s. Messtechnik/Mikrofone).

Wie bereits im Grundlagenartikel Mikrofonkalibrierung - wie geht denn das beschrieben beschallen wir ein Mikrofon mit genau bekanntem Frequenzgang und Empfindlichkeit und das unbekannte Mikrofon unter identischen Bedingungen. Um eine unterschiedliche, gegenseitige Beeinflussung auszuschließen muss dies nacheinander erfolgen. Dies erfordert eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Um auch bei tiefen Frequenzen mit dem Anregungspegel deutlich über dem Hintergrundgeräusch zu liegen wird ein 25cm Basslautsprecher mit "rotem" Rauschen befeuert. Gegenüber rosa Rauschen wurden hier die tiefsten Töne noch einmal um bis zu 10 dB angehoben um tieffrequenten Hintergrundgeräuschen wie Trittschall, Lüftungs- und Straßengeräuschen keine Chance zu geben. Das Anregungsgeräusch ist nach oben bei 2 kHz begrenzt, da der Bass hier bereits stark bündelt.

Von 500 bis 22 kHz wird eine 25mm Kalotte zur Beschallung verwendet. Ausgehend von bandbegrenztem rosa Rauschen werden hier die höchsten Frequenzen um bis zu 10 dB angehoben um auch bei Mikrofonen mit abfallendem Frequenzgang noch genügend Ausgangsspannung zu haben.

Im Frequenzbereich von 500 bis 2 kHz erhält man so von beiden Chassis Werte, die unterschiedlich gewichtet in das Endergebnis eingehen. Für das unbekannte Mikrofon wird zunächst eine beliebige Empfindlichkeit angenommen die in der Regel dazu führt, dass sich - trotz möglicherweise identischem Frequenzgang - eine Parallelverschiebung der Ergebnisses ergibt. Daraus kann man dann schließlich die genaue Empfindlichkeit ermitteln, die stets bei 1 kHz angegeben wird.

Da wir von einigen Typen bereits mehr als 10 Mikrofone unserer Kalibrierprozedur unterworfen haben können wir auch ein wenig Statistik machen:


Typ
Max. Std.Abw.
(40 bis 12500 Hz)
Max. Fehler
(40 bis 12500 Hz)
Std.Abw.
Pegel 1 kHz
ECM8000+/- 2.47 dB3.98 dB+/- 1.66 dB
ECM40+/- 1.72 dB4.77 dB+/- 1.15 dB
MCE2000+/- 2.45 dB0.97 dB+/- 1.09 dB
ATELCO+/- 9.02 dB9.70 dB+/- 2.57 dB


Fazit

  • Das MONACOR ECM40 weist zwar zwischen 40 und 12500 Hz eine geringe Streuung auf (Standardabweichung +/- 1.14 dB), der Mittelwert weicht aber in diesem Frequenzbereich um bis zu 6.00 dB vom Ideal ab. Nach 15 gemessenen Mikros wird die Streuung zwar etwas größer (+/- 1.72 dB), liegt aber immer noch unter der des BEHRINGER ECM8000. Der maximale mittlere Fehler wurde etwas geringer (4.77 dB).
  • Das BEHRINGER ECM8000 wies bei den ersten 8 Mikros noch die geringste Streuung auf (Standardabweichung +/- 0.92 dB), die nächsten 10 bzw. 18 Mikros verschlechterten diesen Wert aber auf +/- 2.25 bzw. 2.47 dB. Der Mittelwert weicht nach wie vor um bis zu 3.77 bzw. 3.98 dB (vorher: 2.78 dB) vom Ideal ab.
  • Die MCE2000-Kapsel streut etwas stärker (Standardabweichung +/- 2.45 dB), der Mittelwert von 4 Kapseln in teilweise unterschiedlicher Einbausituation beträgt jedoch zwischen 40 und 12500 Hz nur 0.97 dB.
  • Die preiswerten ATELCO Desktop-Mikrofone weisen eine große Streuung auf (maximale Standardabweichung +/- 9.51 dB) und weichen um bis zu 10.25 dB vom Ideal ab. Die letzten 4 Mikros verringerten diese Werte geringfügig auf +/- 9.02 und 9.70 dB.

Durch eine individuelle Kalibrierung kann für jedes der o.g. Mikrofone eine Korrekturkurve erstellt werden und so ein spektral "richtiges" Messergebnis erzielt werden (das Zeitsignal bleibt natürlich "falsch"). Sobald jedoch ein Fehler von mehr als 10 dB numerisch korrigiert werden muss kommt es ganz entscheidend auf die Rauschfreiheit der Messkette an. Bei den meisten ATELCO Desktop-Mikrofonen sind daher Messungen oberhalb von 12.5 kHz nicht mehr vertrauenswürdig.

Generell gilt: ohne eine genaue Kenntnis des individuellen Frequenzgangs sind keine verlässlichen Schalldruckmessungen unterhalb von 50 Hz und oberhalb von 5000 Hz möglich!

Kommentare  

# Lauscher 2017-01-28 18:54
Ich möchte gerne mein Mikro ECM8000 mit Vorverstärker MPA-102 kalibrieren lassen 0 und 90 Grad. Ich habe nun gelesen das ich 2 Dateien von Ihnen bekomme - aber geben Sie mir auch die Einstellungen an meinem MPA-102 mit ? Damit ich genau diese Einstellungen vornehmen kann? Und unterscheiden sich die Einstellung bei 0 und 90 Grad ?

Auch habe ich hier gelesen, dass Sie mit Schaumstoffhütc hen messen - muss - soll ich dann auch immer mit Schaumstoffhütc hen messen ?

Ich danke Ihren für Ihre Antwort

Viele Grüße
Jens
# Marius Markgraf 2013-11-19 15:10
Guten Tag,

ich benötige ein Messmikro zum Einmessen von Beschallungsanlagen.
Meine Frage wäre wie das mit der Kalibrierung bei ihnen dann läuft.
Bekomme ich einfach eine Kurve zum Frequenzgang des Mikros, an der ich mich dann optisch orientieren kann, oder gibt es eine Möglichkeit das auch als Filterkurve für die Software zu implementieren.
Vielen Dank für ihre Antwort.
Freundlicher Gruß

Marius Markgraf
# HSBAdmin 2013-11-20 14:04
Hallo Marius,

bei der Kalibrierung gibt es eine ASCII Datei mit den Korrekturdaten. Die meisten Messprogramme können diese einlesen oder es ist eine einfach Aufbereitung möglich.

:-)
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