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Ing. Büro Dr. Jordan für Akustik
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Der Schallpegelkalibrator AZ8930 ist ein relativ neuer Schallpegelkalibrator (Auf dem Markt seit ca. 2020) im günstigsten Preissegment
Technische Daten (laut Hersteller)
Es gibt sogar eine Baumusterprüfung eines zertifizierten Labors. Grundsätzlich weckt ein solches Zertifikat natürlich Vertrauen, aber in dem Dokument wurde der Kalibrator mit einem festen Mikrofontyp (B+K 4134) vermessen. Aufgrund leicht unterschiedlicher Geometrie anderer Mikrofone ändert sich das Kammervolumen. Da der Kalibrator ungeregelt ist, ändert sich damit auch der Schallpegel. Für der Baumusterprüfung des AZ8930 wurden die beiden Testkandidaten vom Hersteller exakt justiert und erreichen dort natürlich gute Werte. In der Praxis sieht das allerdings anders aus.
Vorteile:
Nachteile
Schauen wir uns das Gerät im Detail an:
Das AZ8930 ist vollständig digital mit Mikroprozessor aufgebaut. Dadurch wird es kaum Abweichungen bei der Signalfrequenz geben. Durch den digitalen Aufbau konnte auch der ungewöhliche Pegel von 104dB ohne grossen Aufwand eingebaut werden.
Die Schallquelle ist ein relativ großer dynamischer Lautsprecher.
Ein Referenzmikrofon ist nicht verbaut. Dadurch ist der Kalibrator ungeregelt. Undichtigkeiten oder ein verändertes Kammervolumen (Mikrofon steckt nicht richtig drin oder anderer Mikrofontyp) wirken sich direkt auf den Schallpegel aus.
Es ist kein Einstellpotentiometer vorhanden. Dadurch kann das Gerät nach Jahren der Nutzung nicht ganz so einfach justiert werden. Das Geräte kann jedoch vom Hersteller und zugelassenen Laboren (wir gehören dazu) justiert werden. Eine einfache Justage über eine Potientiometer, wie bei jedem anderen Kalibrator, ist nicht möglich.
Ein idealer Schallpegelmesser erfasst zunächst alle Frequenzen gleichmäßig. Diese Bewertung wird als "Z" (zero) oder flat bezeichnet.
Die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres variiert jedoch stark im Frequenzbereich von 20Hz bis20kHz. Ein Ton bei 2kHz erscheint erheblich lauter als 15kHz. Dieser Effekt wird bei akustischen Messungen berücksichtigt, indem die niedrigen und hohen Frequenzen gedämpft werden. Am weitesten verbreitet ist die DIN „A“-Kurve. Messungen, die auf einer solchen Bewertung basieren, werden mit dB(A) bezeichnet.
Unsere Frequenzwahrnehmung ist jedoch zusätzlich pegelabhängig. Bei höheren Pegeln nehmen wir tiefe und höhere Frequenzen im Verhältnis besser wahr. Hier verwendet man häufig die "C"-Kurve.
Die Bewertungsfilter sind so normiert, daß die Dämpfung bei 1kHz exakt 0dB beträgt.
Man müsste eigentlich für jeden Pegel unterschiedliche Frequenzbewertungen verwenden. Genau dies macht man den komplexeren psycho-akustischen Messungen, die unser Hörvermögen weitaus besser abbilden. Historisch bedingt, hat sich jedoch die A-Kurve weitestgehend durchgesetzt.
Einfache Schallpegelmesser besitzen keine Oktav oder Terzanalyse, um einzelne Frequenzbereiche gezielt auszuwerten. Mit einem einfachen Trick kann man jedoch auch mit einem solchen Gerät erkennen, ob deutliche Anteile bei tieferen Frequenzen vorhanden sind. Man misst den Schallpegel A bewertet und zusätzlich C bewertet. Ist die Differenz größer als 20dB, so ist dies ein deutlicher Hinweis auf tiefe Frequenzen.
In der DIN61672-1 sind die A,C,Z Kurven definiert. Die A und C Kurven sind in nahezu jedem Schallpegelmesser integriert. Die Z Kurve findetg man nur in höherwertigen Geräten.
In der Audiotechnik gibt es jedoch viele weitere Bewertungsfilter
Die A-Kurve wird sehr häufig verwendet. Selbst einfache Handschallpegelmesser verfügen über diese Bewertung. Sie basiert auf den Arbeiten von Fletcher–Munson und entspricht dem typischen Hörvermögen bei 40phon. Allerdings bildet diese Kurve das Hörvermögen bei Rauschen nur unzureichend wieder. Die nach A gemessenen Rauschabstände spiegeln nicht ausreichend den subjektiven Höreindruck wieder. Gerade bei Verfahren zur Rauschunterdrückung wie Pre-Emphase oder die bekannten Dolby Verfahren (Tape-Rekorder) ist die A-Kurve ungeeignet.
Daher haben sich mittlerweile andere Bewertungskennlinien durchgesetzt. Von besonderer Bedeutung ist die CCIR/ITU-R 468 Kurve. Sie fällt bei hohen Frequenzen stark ab und betont den Bereich um 5kHz. In diesem Frequenzbereich ist das menschliche Ohr sehr empfindlich gegenüber Rauschen. Nimmt man an, dass die Rauschquelle weiß ist, so liegen die A-Werte ca 10dB unterhalb den CCIR/ITU-R 468 Werten bei einer Bandbreite von 20-20kHz.
Dies mag aus Marketingsicht ein Grund sein eher A-Filter zu verwenden, da die Werte im allgemeinen „besser“ sind. Dieses Beispiel zeigt aber auch, daß bei seriösen und belastbaren Messungen immer die Bewertungsfilter mit angegeben werden müssen, da die Ergebnisse sonst nicht vergleichbar sind.
Diese Bewertungskennlinie eignet sich insbesondere für Messungen an Mikrofonen (Rauschbewertung) und bei Klirranalysen.
Die CCIR/ITU-R 468 Kurve hat ihr Maximum bei ca. 6.3kHz mit 12.2dB. Bei 1kHz liegt sie wie üblich bei 0dB.
Wir werden häufig gefragt: Ist denn das Messgerät geeicht?
Meist wird Eichung mit Kalibrierung verwechselt. Oder Eichung wird als bestmögliches Gütesiegel gedeutet.
Die Kurzfassung: Eine Eichung ist ein hoheitlicher Vorgang, bei dem das Eichamt nach genau definiertem Prozess eine Eichplakette vergibt.
Das grundsätzliche Ziel ist es, für Schallpegelmesser bestimmte Qualitätsmerkmale zu definieren, um Messungen mit einer definierten Genauigkeit durchzuführen.
Die Grundlage hierfür ist die internationale Norm DIN/IEC6162-1. Diese Norm definiert für Schallpegelmesser bestimmte Anforderungen und teilt die Geräte in Klasse 1 und 2 ein. In dieser Norm finden sich Anforderungen an den Frequenzgang, die Temperaturabhängigkeit usw.
Jeder Hersteller kann zunächst seine Geräte eigenständig nach Klasse 1 und Klasse 2 definieren.
Unternehmen müssen im Zuge ihrer Qualitätssicherung ihre Messmittel regelmässig überprüfen, ob sie die Anforderungen des Herstellers noch erfüllen.
Ein Prüflabor, z.B. nach DAkkS akkreditiert, überprüft bestimmte Parameter wie den Frequenzgang.
Einige Größen und Einheiten unterliegen in Deutschland dem Eichgesetz. Dazu gehören Gewichte, Mengen (Tankstelle) aber historisch bedingt auch der Schallpegel. Andere Größen wie Spannung oder Frequenzen jedoch nicht.
Das Eichamt überprüft bei einem Schallpegelmessgerät bestimmte Kenngrößen und vergibt bei Einhaltung eine gültige Eichplakette.
Voraussetzung für eine Eichung ist eine Baumusterprüfung nach DIN61672-2. Bei dieser Baumusterprüfung im englischen "type approval TA" wird eine Geräte-Serie von der PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt) in genau definiertem Umfang geprüft. Der Hersteller darf dies Geräte dann nicht mehr verändern. Auch eine geänderte Firmware-Version ist nicht zulässig.
In der Praxis mussten bauart-geprüfte Geräte im Rahmen des Qualitätsmanagments durch ein DAkkS Labor vermessen werden. Für die Eichung wurde das Gerät erneut (nach identischen Verfahren) durch das Eichamt vermessen, da dies ein hoheitlicher Vorgang ist. Mittlerweile können auch DAkkS-Labore Eichsiegel vergeben.
Geeichte Geräte werden nur von Stellen benötigt, die hoheitliche Vorgänge durchführen. Dies sind vereidigte Sachverständige, Polizei usw.
Eine Schall-Messung, die von Laien mit einem geeichten Gerät durchgeführt werden, hat keine höhere Beweiskraft als mit einem ungeeichten Gerät. Die ist auch plausibel, da durch Fehlbedienungen aufgrund von mangelnder Sachkunde völlig falsche Messungen erzielt werden können.
Schallpegelmesser, die zur Verwendung im amtlichen Verkehr bestimmt sind, unterliegen dem MessEG und der MessEV. Schallpegelmesser, die von Verwaltungs und Vollzugsbehörden entsprechend verwendet werden, sind folglich eichpflichtig. Die im Gesetz vorgesehenen Ausnahmen, bei denen MessEG und MessEV im amtlichen Verkehr nicht anzuwenden sind, sind in diesen Fällen nicht einschlägig.
Amtlicher Verkehr ist jede von einer Behörde oder in ihrem Auftrag zu öffentlichen Zwecken vorgenommene Handlung, die auf eine Rechtswirkung nach außen gerichtet ist. Der amtliche Verkehr umfasst auch die Erstattung von Gutachten für staatsanwaltschaftliche oder gerichtliche Verfahren oder in Schiedsverfahren. Soll also beispielsweise die Messung Grundlage im Verwaltungsverfahren sein, muss ein geeichtes Gerät verwendet werden. Der Einsatz nicht geeichter Schallpegelmesser bei „orientierenden“ Messungen ist folglich nur insoweit möglich, als auf die Ergebnisse keine Maßnahmen oder Entscheidungen gestützt werden.
Geeichte Schallpegelmesser müssen auch bei Messungen im öffentlichen Interesse eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um Messvorgänge außerhalb des geschäftlichen und amtlichen Verkehrs, bei denen die Verwendung eines dem MessEG und der MessEV entsprechenden Messgeräts durch Rechtsvorschrift angeordnet ist.
Auch in Vorschriften wie beispielsweise der TA Lärm oder der 18. BImSchV ist der Einsatz geeichter Schallpegelmesser ausdrücklich vorgesehen. Auch hier sind Messergebnisse Grundlage für amtliche Entscheidungen.
Nein, eine Eichung bedeutet nur, dass staatlich abgesichert die Herstellerangaben überprüft wurden. Da eine Eichung aber relativ teuer ist ca. 1500 Euro für zwei Jahre, werden in der Regel nur sehr hochwertige Geräte auch geeicht.
Umgangssprachlich werden Eichen und Kalibrieren gelegentlich synonym verwendet. Kalibrieren ist im wesentlich eine Überprüfung und ggf. eine Justage. Eichen ist ein hoheitlicher und streng spezifizierter Vorgang, der auch eine Messung und Justage beeinhaltet, und am Ende mit einem Eichzertifikat und einer Eichmarke besiegelt wird.
Der Schallpegelkalibrator 4231 von Bruel und Kjaer ist seit Jahren die anerkannte Referenz für Schallpegelkalibratoren
Daher lohnt es sich, das Innenleben genauer anzuschauen.
ERFÜLLTE NORMEN: EN/IEC 60942 (2017), Klasse 1, Schallkalibratoren / ANSI S1.40-2006, Specification for Acoustic Calibrators, Klasse 1
SCHALLDRUCKPEGEL 94,0 dB ±0,2 dB (Hauptwert) oder 114,0 dB ±0,2 dB re 2
FREQUENZ 1 kHz ±0,1%
NOMINELLES ERSATZVOLUMEN DES KUPPLERS >200 cm3 bei Bezugsbedingungen
HARMONISCHE GESAMTVERZERRUNG <1%
PEGELSTABILITÄT
Kurzzeit: Besser als 0,02 dB (gemäß IEC 60942)
Ein Jahr: Besser als 0,05 dB
EINFLUSS DER UMGEBUNGSBEDINGUNGEN (typisch)
Temperaturkoeffizient: ±0,0015 dB/°C
Druckkoeffizient: +8 10–4 dB/kPa
Feuchtigkeitskoeffizient: 0,001 dB/% rF
Unten ist der Lautsprecher (elektro-dynamisch). Links ist das Refernzmikrofon. Rechts wird das Testmikrofon eingeführt
Es handelt sich hierbei um ein sehr hochwertiges 1/2" Messmikrofon mit externer 200V Polarisationspannung. Letzlich wird die gesamte Genauigkeit und langzeitstabilität über dieses Mikrofon erreicht.
In dieser Rubrik finden Sie unsere Artikel zur Raumakustik.
Die Raumakustik befasst sich mit der Art und Weise, wie Schall in einem Raum reflektiert, absorbiert und gestreut wird. Ein wichtiger Parameter in der Raumakustik ist die Nachhallzeit, die angibt, wie lange es dauert, bis der Schallpegel im Raum um 60 dB abgeklungen ist, nachdem die Schallquelle abgeschaltet wurde.
Die Nachhallzeit kann durch die Verwendung von akustischen Absorbern wie Teppichen, Vorhängen oder akustischen Paneelen reduziert werden, um eine angenehmere akustische Umgebung zu schaffen. Die Raumakustik spielt eine wichtige Rolle in vielen Bereichen wie Konzertsälen, Aufnahmestudios, Klassenzimmern und Büros, um eine optimale akustische Umgebung zu schaffen, in der der Schall klar und verständlich ist und gleichzeitig unerwünschte Nachhallzeiten minimiert werden.
Die Internationale Organisation für Normung (ISO) hat den Standard ISO 3382 entwickelt, der ein Verfahren zur Messung der Nachhallzeit und anderer raumakustischer Parameter beschreibt. ISO 3382 definiert eine Reihe von akustischen Parametern, die die akustischen Eigenschaften eines Raums beschreiben, einschließlich Nachhallzeit, Schalldruckpegel und Sprachverständlichkeit.
Die Norm ISO3382 ist eine reine Messvorschrift. In der ISO 3382 sind keine Grenzwerte oder Empfehlungen für die Nachhhallzeit enthalten. Solche Hinweise für die Planung finden sich z.B. in der DIN18041, die direkte Vorgaben macht, welche Nachhallzeit in welcher Art von Räumen anzustreben ist.
Die Akustik eines Raumes wird traditionell mit Hilfe der Nachhallzeit beurteilt. Dieses Konzept ist letztlich schon 100Jahre alt. Heutzutage gibt es detaillierte Normen zur Messung der Nachhallzeit (ISO3382), leistungsfähige Messgeräte und Vorgaben bzw. Grenzwerte. Die Nachhallzeit ist aber ein physikalischer Parameter, der sich aus der Raumgeometrie und der Ausstattung (Absorption) ergibt.
Im allgemeinen ist man bemüht die akustischen Eigenschaften eines Raumes in einen Einzahlwert zu packen. Ähnliches gibt es bei Schalldämmmaßen.
Einzahlwerte machen es uns einfacher, Räume zu vergleichen. Soweit die Theorie. Die Nachhallzeit als Einzahlwert existiert nur im ideal diffusen Schallfeld eines Hallraums. In der Praxis ändert sich die Nachhallzeit mit der Frequenz. Wir haben daher dann schon mal eine Tabelle von Nachhallzeiten. Üblicherweise ist die Nachhallzeit in jedem Frequenzband auch noch zeitabhängig. Frühe Reflektionen prägen den Raum anders als später eher diffuser Nachhall.
Wie kann man nun aus dem "Zoo" an Parametern beurteilen, ob der Raum für Sprachübertragung gut oder schlecht ist? Auch hier gibt es recht komplexe Tabellen (z.B. DIN18041). Wir sind aber vom Einzahlwert weit entfernt.
An dieser Stelle helfen die modernen Verfahren zur Messung der Sprachverständlichkeit. Diese Verfahren berechnen einen Einzahlwert: bei 0 ist keine Verständigung möglich. 1 bedeutet eine optimale Verständlichkeit.
Räume sind aber für Menschen gemacht. Es ist daher wichtig, wie wir mit unseren Ohren einen Raum wahrnehmen. Unser wichtigstes Kommunikationsmittel ist unsere Sprache. Räume sollten daher weniger nach abstrakten Größen wie der Nachhallzeit beurteilt werden, sondern wie gut ist in diesem Raum die Sprachverständlichkeit. Für Durchsagesysteme ist dies sogar sicherheitskritisch. Im Laufe der Jahrzehnte wurde das Konzept der Nachhallzeit verfeinert. EDT, T20, T30, C50 usw. Eine Anpassung an unser Gehör ist die Beurteilung in Terz bzw. Oktavbändern. Dies ist eine Annäherung an die Bark-Skala aus der Psycho-Akustik.
Insgesamt ist die Nachhallzeit mit allen Verfeinerungen nur eine grobe Annäherung an Sprachverständlichkeit. Daher wurden Verfahren zur objektiven Messung der Sprachverständlichkeit entwickelt und international standardisiert (IEC60268-16). Diese relativ komplexen Verfahren wurden Ende der 1970 Jahre entwickelt und haben sich mittlerweile etabliert und sind ein wichtiger Bestandteil der Raumakustik. Heutzutage gibt es eine Vielzahl von einfach zu bedienenden Messgeräten, mit der die Sprachverständlichkeit zuverlässig gemessen werden kann.
In allen Bereichen wo Sprache im Vordergrund steht.
Der Wertebereich der Sprachverständlichkeit liegt zwischen 0 (keine Verständigung möglich) und 1.0 (optimale Sprachverständlichkeit). In den meissten Fällen strebt man eine möglichst hohe Sprachverständlichkeit an. Für sicherheitskritische SAA und ENS ist ein Mindestwert für STI von 0.5 vorgeschrieben. Hier geht es um die Notwendigkeit der Kommunikation, weniger um angenehme Akustik. Die Sprachverständlichkeit in Konferenz oder Schulungsräumen sollte deutlich darüber liegen.
Es gibt aber auch Anwendungen, wo die Sprachverständlichkeit möglichst gering sein sollte, um Vertraulichkeit zu schaffen. Liegt der STI unterhalb von 0.3, so ist keine Verständigung über Sprache möglich.
Die Sprachverständlichkeit (STIPA) läßt sich heutzutage einfach messen. Man erhält damit den Ist-Zustand eines Raumes. Aus diesem Messwert möchte man jetzt Maßnahmen ableiten, welche Absorber wo eingebaut werden müssten, um eine gewünschte Ziel-Sprachverständlichkeit zu erreichen.
Solche Werkzeuge zur Simulation existieren. Diese sind aber komplex und anspruchsvoll in der Bedienung.
Bei der klassischen Nachhallzeit kann man mit einfachen Werkzeugen, basierend auf der Formel von Sabine, die Auswirkungen von Absorptionsflächen auf die Nachhallzeit simulieren. Hier kann man sehr einfach zwischen Ist und Soll variieren. Die Postionierung der Absorptionsflächen spielt auch bei der Simulation keine Rolle. Bei der Sprachverständlichkeit muss aber die räumliche Ausbreitung der Schallwellen simuliert werden. Spezialisierte Simulationswerkzeuge verwenden meist die Spiegelmethode.
