Amikor egy mikrofon adatlapján megnézzük az érzékenységet, egy névleges értéket találunk, illetve a feltüntetett érték tűrését. Példaképpen, ha az érzékenység a mikrofon kimenetét 94 dB SPL-ben határozza meg, az adatlapon valami ilyesmit fogunk látni:
Sensitivity, nominal ±3 dB at 1kHz: 20 mV/Pa; -34 dB re. 1V/Pa.
De mit takar a „nominal“ (névleges) kifejezés? Mi szükség a tűrésre? Mennyire pontos a mikrofon specifikációja?
Az iparban, beleértve a mikrofon gyártást, a termékeket úgy tervezik, hogy megfeleljenek bizonyos előre meghatározott mértéknek – névleges értéknek. Ezek a mértékek bármilyen mérhető dologhoz tartozhatnak: méret, szín, elektromos működés, stb.
Ahhoz, hogy a termék átmenjen az ellenőrzésen, az elkészült darabnak a meghatározott határokon belül kell lennie. Például ha mikrofonkapszula háza fizikailag eltér az előírttól, lehet hogy nem illeszkedik az előerősítőhöz. Hasonlóképpen, az egyes mikrofonok eltérően fognak szólni, ha az érzékenység és a frekvenciamenet nem a meghatározott értékeken belül található.
Tűrés a gyártásban
Bármilyen termék gyártása során előfordulhat az előírt értéktől való eltérés. Ez igaz lehet a mechanikai méretekre, elektromos értékekre, vagy bármi másra. Törekedni kell a tökéletes pontosságra, azonban ilyen nem létezik. Ezért vezették be a tűréshatárokat. Legyen bár a hangsúly az állandó minőségen, a mikrofon még így is sok folyamaton megy keresztül a gyártás során, és ezek mindegyike rendelkezik névleges értékkel és tűréshatárral.
Mindegyik folyamatnak három eredménye lehet: pont a névleges érték, vagy túl alacsony, illetve túl magas.
A mikrofongyártás (vagy bármi egyéb) részfolyamatainak végeredménye egy háromszögben ábrázolható, illusztrálva az egyes részfolyamatok eredményét. Ily módon megjeleníthetjük a lényegesen eltérő utakat, amelyek révén az egyes mikrofonok elnyerik végső formájukat.
Az 1. ábra azt mutatja, ahogy az egyes folyamatoknak többféle eredménye lehet. Felül még csupán két eredmény van, de lefelé haladva számos egyéb út lehetséges. Példaként egy 5 mm-es miniatűr mikrofon gyártása több mint száz részfolyamatot igényel, sokféle felhasznált anyagból és összetevőből áll, melyek mindegyike rendelkezik névleges értékkel és tűréshatárral.
A folyamatok és az anyagok összeköthetők annak érdekében, hogy nagyobb valószínűséggel érjük el a kívánt eredményt, de lehetetlen minden alkalommal pontosan ugyanazt az értéket megkapni. Ezért a gyártók meghatároznak egy névleges értéket, körülötte egy toleranciasávval.
Tűréshatár a mérésben
A tűréshatárt nem csupán a gyártáskor, hanem a termék mérésekor is alkalmazzák. A mérési tűréshatár összefüggésben áll magával a mérési technika precizitásával és a mért adat kiolvasásával. A számokat általában kerekítik, hogy elegendően pontos értéket szolgáltassanak az eredmény meghatározásához.
A 2. ábrán egy a mikrofonok méréséhez használatos akusztikai kalibráló eszköz látható. A készülék nagyon pontos @94 dB SPL (1 Pa) hangnyomást állít elő, amely referencia értékként ismert. (Az ábrázolt készülék +20 dB-lel nagyobb kimenetre is képes.) Nagy pontosságú, a kategóriájában legjobb kalibrációs eszközként tekintenek rá. Azonban a specifikációja szerint ±0,2 dB pontosságú.
2. ábra. Professzionális akusztikai kalibráló készülék (Brüel & Kjær 4231)
Továbbá a kimeneti szint leolvasó eszköz is hasonló pontosságot mutathat.
Ezek a tűréshatárok összeadódnak, amikor megjelennek az adatlapon. Lásd a 3. ábrát a tűréshatárok összegzéséhez.
3. ábra. A tűréshatár meghatározza a végtermék specifikációinak pontosságát.
Az eredmény pedig az, hogy a végső mért érték a tűréshatároknak megfelelő. Ahogy fent is látszik, a DPA-nál a mérési tűréshatár ±0,5 dB.
Az értékek szórása a tűréshatárokon belül
Két fő módszerrel lehet mikrofonokat gyártani adott tűréshatárok szerint.
Válogatás. Létrehozzuk a lehető legjobbat, de az érzékenységi értékek szórása nagy. Ekkor ki kell válogatni azokat a darabokat, amelyek a meghatározott türéshatáron belülre esnek. Az alábbi diagramon a kék görbe jelzi az adatok eloszlásának elvét az ezen a módszertanon alapuló határokon belül.
Precizitás. Sokkal precízebbek vagyunk és törekszünk a célértékre a gyártási folyamat során. A tűréshatár továbbra is létezik. A tűréshatárhoz közeli darabok száma azonban egyértelműen csökken. A legtöbb mikrofon a célpontban van, vagy nagyon közel áll ahhoz annak ellenére, hogy az alkalmazott tűréshatár ugyanaz, mint a „Válogatás“ módszer esetében.
4. ábra. A két különböző gyártási stratégia eredménye. A kék görbe a határokon belüli válogatáson alapuló termelési hozamot ábrázolja. A piros görbe azt a hozamot mutatja, amikor ellenőrizzük a termelési folyamatot. Az utóbbi esetben, amelyet a DPA alkalmaz, több darab van a névleges érték közelében (a zöld vonal).
Mit jelent a tűréshatár a felhasználó szempontjából?
Nagyobb produkciók (például színházak és hasonlók) esetében az azonos típusú mikrofonoknak egyformán kell működniük. Ha egy mikrofon – bármely oknál fogva – elromlik, tudni kell helyettesíteni anélkül, hogy szükség volna a teljes rendszer újra-kalibrálására. Színházakban, broadcast területen, konferenciák és hasonló szituációk esetében minden egyes mikrofonnak ugyanúgy kell teljesítenie.
Sokkalta kevésbé kritikus a helyzet (vagy egyáltalán nem is számít) abban az esetben, ha csak egyetlen mikrofonunk van, mivel általában az abszolút érzékenységet a gain beállítással kompenzálni lehet.
Tanulság
Bármely DPA-tól vásárolt mikrofon alapos tesztelésnek lett alávetve, hogy megfeleljen a rendkívül szűk érzékenységi tűréshatárnak. A 6060 sorozatú szubminiatűr csíptetős mikrofonnak még szűkebb a tűréshatára (±2,4 dB, azaz ±1,9 dB gyártási tűréshatár) mint a 4060 omni miniatűrnek. Megbízhatunk a DPA-ban, hogy olyan mikrofonokat szállítanak, amelyek egyenletes hangzást és érzékenységet nyújtanak.