10 Fakten zu Mikrofonen im Security-Bereich

Security und Sound

In der Audioforensik wird die akustische Tatortanalyse sehr geschätzt. Sie liefert standortspezifische Informationen über den fraglichen Vorfall. Verdeckte Aufnahmen sind eines der Instrumente der Strafverfolgungsbehörden im Kampf gegen Kriminalität. Die Stimmbiometrie wird häufig bei der Zugangskontrolle eingesetzt. Flugschreiber liefern einzigartige Informationen, die die Ursache von Luftfahrtvorfällen aufdecken können. Die Triebwerksüberwachung kann eine rechtzeitige Wartung sicherstellen. 

Um in jedem dieser Beispiele die besten Ergebnisse zu erzielen, muss das Mikrofon akkurate und zuverlässige Informationen liefern.

Die Wahl des richtigen Mikrofons

Mikrofone sind nicht alle gleich. Die Anwendung gibt vor, welches Mikrofon die beste Lösung für eine bestimmte Aufgabe darstellt. Die Schalldruckpegel der Szene geben die Empfindlichkeit und den Dynamikumfang des Mikrofons vor. Die Audiokette, die dem Mikrofon folgt, definiert die Anforderungen an den elektrischen Ausgang des Mikrofons.

Die elektrischen und akustischen Eigenschaften des Mikrofons werden durch objektive Spezifikationen beschrieben, die durch internationale Normen festgelegt sind. Hinzu kommen die physischen Aspekte wie Größe, Form und Farbe sowie das verfügbare Zubehör. Obwohl die akustischen Eigenschaften und Spezifikationen wichtig sind, sind auch die physischen Eigenschaften und das Zubehör für die praktische Anwendung von entscheidender Bedeutung.

Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeit wird durch die elektrische Leistung des Mikrofons bei einem bestimmten Schalldruckpegel (SPL) definiert. Die Standardempfindlichkeit wird bei 1 Pascal (entspricht 94 dB SPL) ermittelt. Die Empfindlichkeit liegt normalerweise im Bereich von 1 mV/Pa (weniger empfindliche Mikrofone) bis >50 mV/Pa (sehr empfindliche Mikrofone). Wenn das Mikrofon eine zu geringe Empfindlichkeit aufweist, werden leise Töne möglicherweise nicht erfasst. Weist das Mikrofon eine zu hohe Empfindlichkeit auf, kann die nachfolgende Audiokette übersteuern und damit das Signal verzerrt werden. Bei der Aufnahme von weit entfernten Gesprächen (>10 Meter) kann eine hohe Empfindlichkeit (d.h. ≥20 mV/Pa).

Frequenzgang

Der Frequenzgang wird in der Regel durch die niedrigsten und höchsten Frequenzen definiert, auf die das Mikrofon anspricht. Einige Mikrofone (Druckmikrofone) können extrem niedrige Frequenzen erfassen. Für zahlreiche Anwendungen, wie z.B. die Tatortanalyse und das Shotspotting, ist eine gleichförmige Erfassung hoher Frequenzen >4 kHz.

In einigen Fällen ist das Mikrofon so konstruiert, dass es einen bestimmten Frequenzbereich hervorhebt – zum Beispiel zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit, wenn das Mikrofon an einer verdeckten Position platziert wir, wie etwa unter der Kleidung.

Dynamikumfang

Der Dynamikbereich beschreibt die Fähigkeit des Mikrofons, einen großen Pegelumfang vom leisesten Hintergrundgeräusch in einem Raum bis zum lauten Knall von Schüssen oder Explosionen zu erfassen. Die Grenzen werden durch das Eigenrauschen des Mikrofons definiert und den Pegel, bei dem die Verzerrung zu groß ist, um ein brauchbares Signal zu liefern.

Der Dynamikbereich der realen Umgebung ist manchmal größer als der des Aufnahmegeräts. Daher muss der Dynamikbereich des Mikrofons genau definiert werden, damit dieses die für die Anwendung relevante Geräuschkulisse einfängt.

Ein Beispiel hierfür ist ein in einer Bank installiertes Überwachungssystem. In der Grundeinstellung kann man die leiseste Flüsterstimme hören. Wenn jedoch Bankräuber kommen, flüstern die nicht. Sie schreien laut – daher ist die Aufzeichnung aufgrund des verzerrten Tons auf den Spuren kaum brauchbar.

In vielen Fällen werden Mikrofonsysteme für Sicherheitsanlagen mehr oder weniger für geflüsterte Stimmen ausgewählt. Was jedoch in der Regel benötigt wird, ist ein System, das auch geschriene Stimmen verarbeiten kann.

Der Dynamikbereich wird durch den zugehörigen Schalldruckpegel definiert. (Das „(A)“ gibt die Gewichtung des Signals an, die mehr oder weniger unserem Gehör entspricht).

Zur Aufnahme von niedrigen Pegeln sollte ein Mikrofon mit geringem Eigenrauschen verwendet werden (<25 dB(A)).

Richtcharakteristik

Die Richtcharakteristik eines Mikrofons bestimmt, wie viel außeraxialen Schall das Mikrofon erfasst. Die Richtcharakteristik wird durch die Bauart bestimmt. Ein kleines Druckmikrofon (ein Mikrofon, bei dem der Schall die Membran nur von einer Seite aus erreichen kann) hat eine perfekte Kugelcharakteristik, d.h. es nimmt den Schall aus allen Richtungen und bei allen Frequenzen auf. Druckgradientmikrofone weisen unterschiedliche Richtcharakteristiken auf. Die tatsächliche Charakteristik kann auch von der Platzierung des Mikrofons abhängen. Erweiterte Richtcharakteristiken können auch mit Hilfe von so genannten Interferenzröhren vor der Membran („Richtrohrmikrofone“) erzielt werden.

In Arrays angeordnete Mikrofone können die Richtwirkung weiter verbessern. Dies erfordert jedoch auch eine gewisse Signalverarbeitung. Heutzutage enthalten Smartphones oft mehr als ein Mikrofon, um die Sprachqualität gegenüber Hintergrundgeräuschen zu verbessern.

Die Verwendung von mehr als einem Mikrofon bietet auch die Möglichkeit, die Richtung einer Schallquelle zu errechnen, z.B. für Shotspotting-Anwendungen.

Physikalische Umgebung

Sicherheitssysteme werden in der Regel so installiert, dass sie über viele Jahre hinweg einsatzbereit sind. Da bedarf es einer robusten Konstruktion, um so lange in manch rauer Umgebung zu überdauern. Daher müssen die Mikrofone so konstruiert sein, dass sie in der jeweiligen Anwendung gut funktionieren. Es ist wichtig, dass Umgebungsfaktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur, Luftdruck, EMV, usw. die Funktionalität des Mikrofons nicht beeinträchtigen.

Platzierung

Für die Platzierung von Mikrofonen gilt es, die akustischen Regeln zu berücksichtigen. In erster Linie muss der Schall das Mikrofon erreichen. Allerdings bestimmt das Schallfeld um das Mikrofon herum die Qualität des aufgenommenen Tons. Die Art und Weise, wie das Mikrofon angebracht wird, kann sowohl die Richtwirkung als auch den Frequenzgang verändern.

DPA-Mikrofone sind einfach zu handhaben. Die Miniaturmikrofone benötigen nur wenig Platz, und es gibt zahlreiche Zubehörteile, die eine optimale Platzierung ermöglichen. Es gibt sogar Zubehör, um das Mikrofon zu verbergen oder zu tarnen.

Installation

Das Mikrofon muss an einen Eingang, einen Vorverstärker, angeschlossen werden, der das Signal des Mikrofons richtig verarbeiten kann. Außerdem muss der Vorverstärker eine Spannung liefern, mit der das Mikrofon versorgt wird. DPA-Mikrofone benötigen nicht viel Strom. Daher können batteriebetriebene Geräte die Mikrofone über längeren Zeitraum mit Strom versorgen.

Installationen müssen so konzipiert sein, dass EMV-Probleme vermieden werden. Beim „Durchforsten“ von Security- oder Überwachungsaufzeichnungen sollte nichts als der akustische Ton auf der Aufnahme sein. DPA Microphones bietet effiziente Vorverstärker für eine Vielzahl von Lösungen – sowohl analog als auch digital.

Anforderungen der Prüfer

Bei Security-Anwendungen und in der Audioforensik können viele Arten der Signalverarbeitung zum Einsatz kommen. Damit die Signalverarbeitung bestmöglich funktioniert, müssen auch die Eingangssignale optimal sein. Manchmal werden Signale voneinander subtrahiert, ein anderes Mal werden sie multipliziert. Fehler oder Abweichungen in der Leistung der Mikrofone, wie Frequenzbereich, Phasengang, Linearität, Dynamikbereich und Verzerrung, führen automatisch zu einer Verschlechterung des Endergebnisses.

Also: Optimale Verarbeitung erfordert optimale Mikrofonleistung. Dafür sind die DPA-Mikrofone ausgelegt.