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.
Ein klassisches akustisches Messystem besteht aus Mikrofonkapsel, Impedanzwandler, Vorverstärker, Spannungsversorgung, AD-Umsetzer. Dieser Aufbau ist aufwendig und anfällig für Fehler.
Seit einiger Zeit sind jedoch leistungsfähige und hochintegrierte USB Messmikrofone verfügbar.
Die Vorteile solcher Lösungen sind:
Aufbau ist wesentlich einfacher:
So sollte Messtechnik mit einem PC sein.
Im allgemeinen funktionieren diese neuen USB Messmikrofone mit allen Mess-Programmen auf dem Markt. Einzig die Pegelkalibrierung bekommt man nur bei speziell abgestimmten Systemen.
Die Leistung reicht dabei von einfachen System bis hin zu Systemen, die höchsten Anforderungen (B&K Kapsel via Gewinde 60 UNS und optional 200V) genügen.
USB Messmikrofone eignen sich für viele akustische Messungen z.B. Überwachungsmessungen nach TA-Lärm, Messungen im Arbeitsschutz , kalibrierte Langzeit-Tonaufzeichnungen, DIN60286-16 (STI-PA), Raumakustik, Bauakustik, NVH, Psycho-Akustik
USB Messmikrofone decken einen weiten Frequenzbereich ab, vom Infraschall (typisch 5Hz) bis in den Ultraschallbereich (ca. 90kHz)
Mittlerweile sind viele Produkte auf dem Markt verfügbar, daher haben wir in einem Artikel die verschiedenen USB Mikrofone - von low-cost bis high-end - übersichtlich zusammen gefasst. Sie finden eine Auswahl bei uns direkt im Webshop.
Ein USB Messmikrofon besteht aus folgenden Komponenten
All diese Komponente sind ein einem Gehäuse integriert, so daß der Aufbau sehr kompakt ist. Die Stromversorgung erfolgt vollständig über USB. Dadurch ist der Verkabelungsaufwand minimal.
Der Schall wird in der Mikrofonkapsel durch die Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses hat einen sehr hohen Ausgangswiderstand. Durch einen Impedanzwandler wird die Impedanz verringert. Dies ist üblicherweise ein Feldeffektransistor, der sich direkt hinter der Mikrofonkapsel befindet. Dadurch werden elektrische Einstreuungen verringert.
In der nächsten Stufe wird das Signal verstärkt. Einfache Systeme verwenden dafür den integrierten Verstärker eines hochintegrierten Audio-ICs. Allerdings reicht die Dynamik für anspruchsvolle Messungen nicht aus. Daher verwenden hochwertige Systeme (z.B. unsere ATD-4 Serie) einen diskreten Vorverstärker, der perfekt abgestimmt ist.
Die Verstärkung kann in weiten Bereich digital gesteuert werden, dadurch können über den PC verschiedene Messbereiche realisiert werden.
Das Signal wird über einen AD-Wandler digitalisiert und über die USB-Schnittstelle zum PC geschickt.
Hochwertige Mikrofonkapseln haben einen enormen Dynamikumfang (z.B. eine 1/2" Kapsel typisch 15-140dB). Dieser Bereich kann durch einen AD-Wandler nur eingeschränkt erfasst werden.
In hochwertigen USB-Messmikrofonen wird das Signal mit einem zweiten Kanal zusätzlich abgetastet. Der zweite Kanal hat einen anderen Pegelbereich. Das Signal wird also gleichzeitig mit einem unempfindlichen und einem empfindlichen AD-Wandler abgetastet. Auf diese Weise kann ein sehr großer Dynamikbereich erfasst werden.
Im allgemeinen wird ein USB-Messmikrofon mit 5V vom USB-Bus versorgt. Einfache USB-Messmikrofone (z.B. das weit verbreitete UMIK-1) versorgen damit den AD-Umsetzer und die Vorverstärker direkt. Damit wird jedoch der maximale messbare Schgallpegel begrenzt, da Mikrofonkapseln enorme Signalspannungen liefern können. Für diesen Hintergrund zur Messung hoher Schallpegel haben wir einen eigenen Artikel verfasst.
Hochwertige USB-Messmikrofone verwenden daher DC/DC-Wandler und können auch Signal-Spannungen von 10V RMS erfassen. Dies sind 28V Spitze/Spitze!. Diese Technik finden Sie im ATD5-T von uns und im Microtech-Gefell MV240.
Sie finden hier auch einen Hörtest,, der die Unterschiede von verschiedenen Messmikrofonen demonstriert. Die Preisspanne reicht von 50 Euro bis hin zu 6000Euro.
USB-Messmikrofone sind dafür ausgelegt, in Verbindung mit einem PC akustische Messungen elegant und mit höchster Genauigkeit durchzuführen. Der Ausgang eines USB-Messmikrofons ist digital. Das Mikrofonsignal kann nicht rein analog erfasst werden. Daher können USB Messmikrofone nicht in analoge Messaufbauten integriert werden. USB-Messmikrofone können auch nicht an Schallpegelmesser angeschlossen werden. Einzig die Kapsel kann häufig zwischen beiden System ausgetauscht werden.
Manche USB Mikrofone zeigen in den Aufnahmen deutliche Störungen, die an Vogelgezwitscher erinnern. Wir haben zu diesem Thema -Störungen bei USB Mikrofonen- einen eigenen Beitrag verfasst.
In einem idealen Hallraum, mit seinem diffusen Schallfeld, fällt der logarithmische Schallpegel linear mit der Zeit ab. Daher ist es sinnvoll, die akustischen Eigenschaften eines solchen Raumes durch einen Parameter zu beschreiben: der Nachhallzeit
Unter realen Bedingungen ist nur ein Teil der Abklingkurve linear. Daher kann ein solcher Verlauf nur schwer mit nur einem Parameter beschrieben werden. Die Abklingzeit im frühen Bereich kann erheblich vom diffusen Teil abweichen.
Man versucht durch lineare Ausgleichsrechnung (Regression) eine optimale Grade zu bestimmen, die den Verlauf der Kurve am besten beschreibt. Je besser die Abklingkurve durch eine Gerade angenähert werden kann, desto mehr entspricht die Schallausbreitung einem diffusen Schallfeld.
Es ist daher sinnvoll eine mittlere Abweichung der Geraden von dem realen Verlauf zu bestimmen, dem Fehlerindex. Die Berechnung wird durch die DIN3382 definiert.
Ein Fehlerindex von 0 entspricht einem idealen Verlauf. Je größer der Fehlerindex ist, desto „krummer“ ist der Verlauf der Abklingkurve und die Berechnung der Nachhallzeit wird ungenauer.
Sie finden daher in dem automatischen Bericht zur Messung der Nachhallzeit, stets eine Spalte mit dem Fehlerindex. Größere Werte werden auch farbig markiert, so dass hier die einzelnen Messungen genauer analysiert werden sollten.
Wir empfehlen in solchen Fällen die Abklingkurve pro Terzband zu untersuchen. Wenn schon mit bloßem Auge der lineare Bereich nur 20dB beträgt, kann hier nur eine grobe Abschätzung der Nachhallzeit durchgeführt werden.
Im automatischen Bericht finden Sie auch eine Kurve, die den Ruhepegel und den Pegel des Meßsignals über der Frequenz vergleicht. Hier kann der Signal/Rauschabstand direkt abgelesen werden und so ggf. als Verursacher identifiziert werden.
Typische Fehlerquellen sind:
Der Signal/Störabstand ist zu gering. Der Schallpegel des Meßsignals ist zu gering gegenüber dem Störsignal. Dies tritt insbesondere bei niedrigen Frequenzen auf (unter 200Hz), da hier für ausreichende Schallpegel große Lautsprecher benötigt werden (Subwoofer).
Grundsätzlich sollten alle störenden Schallquellen abgeschaltet werden.
Aber auch bei gutem Störabstand kann der Verlauf der Abklingkurve „krumm“ werden, wenn aufgrund der Kombination Raum, Lautsprecheraufstellung und Mikrofonaufstellung das Schallfeld nicht diffus ist. Ein Mikrofon 10cm vor dem Lautsprecher erreicht zwar einen guten Störabstand, wird daher in den seltensten Fällen geeignet sein die Nachhallzeit sinnvoll zu messen. Als Grundregel sollte das Messmikrofon außerhalb des Hallradiusses des Lautsprechers platziert werden.
An der folgenden Messung zeigen wir, wie fehlerhafte Messungen erkannt werden können. In diesem Beispiel wurde das Messmikrofon direkt vor dem Lautsprecher platziert. Zusätzlich waren laute Lüfter vorhanden.
Die Kurve zeigt die Nachhallzeit über der Frequenz
Die Tabelle zeigt die Nachhallzeit in 1/3 Oktavbändern mit dem Fehlerindex.
Frequenz [Hz] | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | 1000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RT60 [ms] | 10746 | 395 | 209 | 171 | 116 | 258 | 108 | 75 | 138 | 25 |
Fehlerindex | 535 | 117 | 193 | 38 | 58 | 43 | 50 | 94 | 155 | 27 |
Frequenz [Hz] | 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 | 3150 | 4000 | 5000 | 6300 | 8000 | 10000 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RT60 [ms] | 25 | 74 | 140 | 162 | 169 | 167 | 131 | 135 | 165 | 160 | 161 |
Fehlerindex | 27 | 248 | 262 | 32 | 93 | 35 | 127 | 7 | 8 | 11 | 6 |
Es ist offensichtlich, dass im Band 125Hz keine sinnvollen Messergebnisse enthalten sind.
Es ist daher sinnvoll, die einzelnen Abklingkurven in Terzbändern zu betrachten. Dies können Sie mit Akulap sowohl per Hand als auch automatisch für alle Bänder machen.
Mit der Funktion Module->Nachhallzeit->Abklingkurven als Bericht werden automatisch alle Abklingkurven in Terzauflösung dargestellt.
Aus diesem Bericht haben wir das 125Hz Band und das 6000Hz Band ausgewählt als Beispiele für eine extrem ungünstige und eine durchaus vertretbare Messung.
Band 125Hz Nachhallzeit RT60=10012ms Fehlerindex=449.5
Band 6300Hz Nachhallzeit RT60=170ms Fehlerindex=8.4
Der nutzbare Bereich der Abklingkurve ist bei 125Hz viel zu gering.
Durch eine manuelle Analyse kann zumindest dieser geringe Bereich ausgenutzt werden. Daher wird die Bandbegrenzung auf das Band 125Hz eingestellt.
Der nutzbare Bereich der Abklingkurve ist mit 7dB viel zu gering für eine zuverlässige Messung nach DIN3382. Der Wert von 270ms kann lediglich als grober Anhaltspunkt betrachtet werden.
Hilfreich ist grundsätzlich die Analyse des Störabstandes. Hierfür ist im automatischen Bericht eine Kurve enthalten mit der die Ursache für eine fehlerhafte Messung schnell erkannt werden kann.
Man kann das Störsignal bei 125Hz, das von einer Lüftungsanlage kommt leicht erkennen. Hier ist praktisch kein Störabstand vorhanden. Aber auch in den anderen Frequenzbereichen ist der Abstand knapp.