Simulation und Entwurf eines Messrohres zur Mikrofonvermessung

Diplomarbeit

In Zusammenarbeit mit der Firma NXP wurde die optimale Dimensionierung eines Messrohres anhand einer Literaturstudie über wissenschaftliche Arbeiten zur Wellenausbreitung in Messrohren erarbeitet. Neben der Messung des Freifeldfrequenzgangs sollten insbesondere hohe Schalldruckpegel erreicht werden können. Dabei wurden sowohl die effektiven Rohrparameter wie Durchmesser und Länge als auch die Wahl des geeigneten Lautsprechers als Schallquelle berücksichtigt. Bei der Dimensionierung wurde vor allem auf ebene Wellenausbreitung geachtet, damit im Rohr keine störenden Reflexionen auftreten. Weitere Kriterien für die Planung waren verminderte Störeinflüsse und eine kompakte Ausdehnung. Die Grenzen des gewählten Lautsprechers, wie maximaler Schalldruckpegel und Membranauslenkung wurden als zusätzliche Parameter betrachtet. Es wurden Methoden erarbeitet, mit denen die geeigneten Positionen für die Öffnungen am Messrohr ermittelt werden können. Daraus wurde als Entwurf eine grobe Konstruktionszeichnung für MEMS-Mikrofone angefertigt.

Die ermittelten Ergebnisse wurden im fertigen Messrohr unter Einsatz zylindrischer Lösungen der Wellengleichung geprüft. Dabei wurden exemplarisch Einflüsse von unterschiedlichen Abschlüssen nachgewiesen. Es wurden Messungen für verschiedene Mikrofonpositionen durchgeführt, um aus diesen Erkenntnissen Grenzbereiche der Messmethode zu ermitteln.