Geräusche können störend und unangenehm sein. Umgekehrt wecken sie aber auch positive Assoziationen - nicht umsonst beschäftigen Automobilhersteller sogenannte Sound-Designer. So vielfältig, wie Schall von uns wahrgenommen wird, gestalten sich aber auch die Messmethoden. Welche Sensoren sich für welche akustische Untersuchung eignen, lesen Sie in diesem Beitrag.
Kondensatormikrofone, Elektret-Mikrofone und piezoelektrische Drucksensoren: All diese Sensoren werden zu Test- und Messzwecken eingesetzt. Das Funktionsprinzip der Kondensatormikrofone ist dabei alt bekannt. Dennoch hat die hier verwendete Technik während des letzten Jahrzehnts einen Wandel erlebt. War früher der Einsatz von Mikrofonkapseln und einem externen Mikrofonverstärker mit Versorgungseinheit zur Erzeugung der Polarisationsspannung ohne Alternative, so repräsentieren heute vorpolarisierte Mikrofonkapseln mit angeschraubtem Verstärker den Stand der Technik. Diese Messmikrofone mit ICP-Vorverstärker werden von einer bereits integrierten, kostengünstigen Konstantstromquelle versorgt. Mit dieser Technik kann der Anwender Koaxialkabel mit BNC- oder 10-32-Mikrodot-Steckern verwenden, anstelle der früher erforderlichen 5- oder 7-adrigen Messkabel. So haben sich vorpolarisierte Mikrofone mehr und mehr durchgesetzt. Ein Grund für diesen Trend ist auch die zunehmende Modellvielfalt: So stehen heute vorpolarisierte Mikrofone mit 1/4-Zoll und 1/2-Zoll-Durchmesser für alle bekannten Schallfeldtypen wie Frei-, Diffus- oder Druckfeld zur Verfügung.

Vielkanal-Messung für die Schallquellenortung
Aufgrund der niedrigen Anschaffungskosten wurden vorpolarisierte Mikrofone zunächst in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Kanalzahlen erforderlich waren. Dies ist bei allen Verfahren der Schallquellenortung, wie der akustischen Holografie oder der akustischen Kamera, der Fall. Um den Kabinenlärm in einem Flugzeug zu untersuchen, werden Mikrofonarrays mit 64 oder sogar 128 Elektret-Mikrofonen eingesetzt. Bei solchen Kanalzahlen wirkt sich neben der ICP-Technik die TEDS-Technologie (TEDS: Transducer Electronic Data Sheet) positiv aus. Kleine Speicherchips in den Sensoren enthalten alle für die Identifikation eines Mikrofons wesentlichen Parameter wie Seriennummer, Empfindlichkeit oder Kalibrierdatum. Das Messsystem erkennt automatisch, welches Mikrofon an einem bestimmten Eingangskanal angeschlossen ist.
Vorpolarisierte Freifeld-Mikrofone werden beispielsweise in der Automobilentwicklung zur Untersuchung der Innenraum-, Brems- oder Rollgeräusche eingesetzt. Weitere Anwendungen sind die Ermittlung von Geräuschquellen bei Aggregaten, Karosserieteilen oder die Messung des Umgebungslärms an Verkehrstrassen und Flughäfen. Solche Mikro­fone stehen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und Frequenzbereichen zur Verfügung. Eine Besonderheit stellen die aufschraubbaren Mikrofonverstärker dar, die eine sichere Verbindung garantieren. Sie übernehmen nicht nur die Wandlung der gemessenen Schallwelle in ein niederohmiges Spannungssignal, sondern enthalten gleichzeitig auch das TEDS-Element zur Identifikation des Mikrofons. Während die Mikrofonkapsel auch bei hohen Umgebungstemperaturen bis 120°C eingesetzt werden kann, limitierte in der Vergangenheit der Mikrofonverstärker aufgrund einer maximalen Arbeitstemperatur von nur 60 oder 80°C den Anwendungsbereich. Seit kurzem stehen nun verbesserte Verstärker zur Verfügung, die bei Temperaturen bis 120°C eingesetzt werden können und somit kompatibel zu den Eigenschaften der Mikrofonkapsel sind.

Messung bei Druckunterschieden oder hohen Schalldrücken
Werden Mikrofone oberflächenbündig in einer Wand oder einem Rohr montiert und treten dabei größere Druckunterschiede zwischen Innen- und Außenseite der Wand auf, so liefern Mikrofone mit rückwärtiger Belüftung keine optimalen Messergebnisse. Für solche Anwendungsfälle wurde das seitlich belüftete Kondensatormikrofon 378A14 entwickelt. Es eignet sich für Untersuchungen bis 100 kHz bei Schalldruckpegeln bis 174 dB. Typische Anwendungen sind Untersuchungen an Autoverkleidungen und Tragflächen, in der Heizung-, Lüftungs-, Klimatechnik (HLK) und hochpegelige und hochfrequente Schallmessungen in kleinen Kammern.
Für die Messung von Druckpegeln bis 165 dB, wie sie beim Test von Flugzeugturbinen oder Raketenmotoren auftreten, bietet Synotech 1/4-Zoll-Druckfeld-Mikrofone an. Solche Mikrofone zeichnen sich nicht nur durch einen großen Messbereich, sondern auch durch einen Frequenzbereich bis 70.000 kHz aus. Eine Alternative stellen piezoelektrische Drucksensoren dar. Die Druckaufnehmer der Serien 106 und 116 erfassen hochintensive Schalldrücke im hörbaren und Ultraschall-Bereich. Diese robusten, hermetisch dichten Mikrofone eignen sich zur Messung von schnellen Druckänderungen, Pulsationen, Turbulenzen, Rauschen oder kurzen Druckspitzen. Sie werden sowohl im Servicefall als auch bei der Feineinstellung von hydraulischen und pneumatischen Systemen wie Abgasanlagen, Kompressoren, Turbinen, Pumpen oder Pipelines verwendet. Während die Modelle der Serie 106 über einen ICP-Verstärker verfügen und ein niederohmiges Ausgangssignal liefern, handelt es sich bei der Serie 116 um Modelle mit Ladungsausgang, die bei Temperaturen bis 400 °C eingesetzt werden können.

Zusammenfassung
Waren nach der Markteinführung der vorpolarisierten Messmikrofone ihre Anwendungsmöglichkeiten noch auf bestimmte Bereiche begrenzt, so decken sie heute aufgrund der zunehmenden Typen- und Funktionsvielfalt zusammen mit den piezoelektrischen Sensoren eine Vielzahl von akustischen Untersuchungen ab. So profitieren nun immer mehr Anwender von den Vorteilen der ICP-Technologie.