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Untersuchungen zur Eignung von elektrostatischen Anrege-Elektroden für die Kalibrierung von Mikrophonen im Ultraschallbereich

03.12.2004


Bild 1. Meßunsicherheit (k=2) des Anrege-Elektroden-Frequenzganges eines Viertelzoll-Mikrophones B&K 4939.

Ultraschall wird in weiten Bereichen der Industrie und der Medizin angewendet, wie z.B. in der medizinischen Diagnose und Therapie, der Analyse chemischer und physikalischer Vorgänge, zur Reinigung, zum Schweißen von Plastwerkstoffen, für Entfernungsmessungen, Überwachungsgeräte, Fernbedienungen. Bei vielen dieser Anwendungen kommt es, gewollt oder ungewollt, zur Abstrahlung von Ultraschall in die Luft mit zum Teil erheblichen Energien. Zum Schutz des Menschen vor dieser Exposition müssen Ultraschallpegel in Luft mit kalibrierten und auf das nationale Normal zurückgeführten Geräten gemessen werden können. Die Darstellung der Schalldruckeinheit in diesem Frequenzbereich mit Primärverfahren befindet sich zur Zeit in Entwicklung. Aus diesem Grund wird auch eine Methode zur einfachen und kostengünstigen Weitergabe der Kalibrierung erforderlich. Diese lässt sich durch die Bestimmung der relativen Frequenzcharakteristik der Mikrophone im Ultraschallbereich unter Verwendung von elektrostatischen Anrege-Elektroden realisieren. Der ebenfalls erforderliche absolute Übertragungsfaktor bei tiefen Frequenzen wird mit Schallkalibratoren gemessen. Im Rahmen einer Studie wurde untersucht, mit welcher Meßunsicherheit bei einer solchen Kalibrierung von Viertelzoll-Kondensatormikrophonen zu rechnen ist.

Mittels einer Anrege-Elektrode Typ B&K UA0033 wurde ein Viertelzoll-Freifeldmikrophon Typ B&K 4939 im Frequenzbereich von 100 Hz bis 200 kHz auf die oben beschriebene Art und Weise kalibriert. Die maximale Standardabweichung unter Wiederholbedingungen für einen solchen Aufbau beträgt 0,05 dB bis 20 kHz und 0,15 dB von 20 kHz bis 200 kHz. Unter Berücksichtigung anderer Störeinflüsse, wie z.B. Übersprechen, kann abgeschätzt werden, daß die erweiterte Meßunsicherheit (mit dem Erweiterungsfaktor k=2) im Frequenzbereich bis 160 kHz kleiner als 0,5 dB bleibt. Der Verlauf über den gesamten Frequenzbereich ist in Bild 1 dargestellt.

Ansprechpartner:

T. Fedtke, FB 1.6, AG 1.61, E-mail: thomas.fedtke@ptb.de