Scheibenmikrofon, Mikrofontest und TSL

Wir werden immer mal wieder gefragt, wie denn das Scheibenmikrofon funktioniert und was es mit Mikrofontest und TSL-Wert genau auf sich hat. Leider gibt es vor allem außerhalb unseres Kundenkreises bei eigentlich gut informierten Fachstellen, die sich beruflich primär mit Gondelmonitoring beschäftigen, immer wieder Missverständnisse. Als Erfinder der kalibrierten Mikrofone und Anbieter des ersten kommerzielles System mit klar definiertem Mikrofontest und gleichzeitig sehr anwenderfreundlicher und transparenter Umsetzung, ist es uns ein wichtiges Anliegen, hier für Durchblick zu sorgen.

Der batcorder ist der erste kommerzielle Detektor, der ab Werk kalibriert ausgeliefert wird und für den es die jährliche Neu-Kalibrierung durch die ecoObs GmbH gibt. Nach wie vor sind ein Großteil der verfügbaren Detektoren nicht kalibriert, obwohl sich zum Beispiel durch das RENEBAT-Projekt zur Auswirkung von WEA auf Fledermäuse unweigerlich diese Eigenschaft als nötig erwiesen hat, wenn es eine rechtssichere und nachvollziehbare Bewertung geben soll. Und wir sind dabei noch einen Schritt weiter gegangen und haben bereits mit der WKA-Erweiterung ebenso wie mit der Box-Erweiterung den täglichen Mikrofontest eingeführt (TSL-Wert).

Scheibenmikrofon

Das Scheibenmikrofon wurde von Ulrich Marckmann und Volker Runkel bereits 2007 entwickelt. Es entstand als Zwischenschritt bei dem Versuch ein Grenzflächenmikrofon zu entwickeln, das wiederum optimale Omnidirektionalität bieten sollte. Den Prototyp des Scheibenmikrofons haben wir damals dem Renebat-Projekt als Lösung für die Gondelerfassung mit dem batcorder 1.0 zur Verfügung gestellt. Die Idee des Scheibenmikrofon ist es unter anderem, denn Schalldruck leicht zu verstärken, wenn dieser frontal auf das Mikrofon trifft. Weiterhin soll es eine sichere Plattform für die Installation des winzigen FG-Elektret-Mikrofons bieten. Durch den Schaumstoffring wird abfließendes Wasser von der Scheibe abgehalten.

Die Mikrofonkapsel an sich ist dabei nicht fest mit der Scheibe verbunden, sondern über eine Gummi-Ummantelung in die Scheibe eingefügt. Das Mikrofon ist somit von der Scheibe entkoppelt, da es ansonsten zu Störungen kommen kann. Weiterhin befindet sich in der Scheibe ein Ultraschallgeber für das Abspielen des Testsignals sowie ein Temperatursensor.

Mikrofontest und Test signal level (TSL)

Wir haben schon bei der Planung der ersten batcorder Prototypen 2004 an einem System getüftelt, dass die Empfindlichkeit des Mikrofons regelmässig überprüft. Damals sind wir an einem sinnvollen Vorgehen einer integrierten Messung gescheitert und haben das Anfangs manuell gemacht. Mit dem Scheibenmikrofon und dem Steuermodul der Erweiterungen stand dann aber eine Plattform für tägliche automatisierte Mikrofontests zur Verfügung.

Unser Ansatz ist dabei relativ simpel, benutzerfreundlich und liefert stabile Werte. Da unsere Mikrofone bei uns im Haus kalibriert werden und dann mittels Korrekturfaktor flexibel mit einem beliebigen batcorder verwendet werden können, haben wir uns für eine ebenso flexible Lösung beim Mikrofontest entschieden. Der Anwender ermittelt nach dem endgültigen Auf-/Einbau eine Messung des Referenz-Werts für das Mikrofon. Dieser Referenzwert wird dabei direkt im batcorder gespeichert. Die Messung am Einbauort hat den großen Vorteil, dass mögliche Auswirkungen des Untersuchungs-Ortes - z.B. Strukturen der Gondel/Rotoren, Maststrukturen, Äste bei Anbringung im Baum etc. - auch bei den Messungen berücksichtigt sind. Bei einer Messung vorab könnte unter Umständen ein dauerhaft verfälschter Wert rückgemeldet werden, der jedoch auch immer die selbe Abweichung haben kann aber nicht muß.

Bei Timer-Betrieb wird täglich zu Beginn und zum Ende der Erfassung das definierte Testsignal vorgespielt. Analog zur Referenzmessung ermittelt der batcorder in Echtzeit den Signalpegel und speichert die Messung als reguläre Tonaufnahmen für spätere Kontrollen mit ab. Die Abweichung des ermittelten Werts in dB von der Referenzmessung wird dann in der Status SMS übermittelt und beim GSM-batcorder im Logfile gespeichert. Ebenso lässt sich die Abweichung im Nachhinein aus den Referenzaufnahmen ermitteln. So hat man volle Kontrolle über die tägliche Mikrofonempfindlichkeit.

Manchmal ist es auch nötig, sich die tatsächlichen Testsignal-Aufnahmen anzusehen, um zum Beispiel auszuschließen, dass durch Umweltlaute die Messung des TSL verfälscht wurde. Da der batcorder diese Aufnahmen speichert, ist dies leicht möglich. Hier kann man dann Sonagramm und Spektrum von Aufnahmen vergleichen. Dazu gibt es auch ein umfangreiches PDF-Dokument.

Von namhafter Seite wurde unterstellt, dass manche unserer Kunden das flexible System der Mikrofontests ausnutzen, um Daten zu manipulieren. Wir stehen hier voll auf der Seite unserer Kunden und wissen, dass dies nicht der Fall ist. Vielmehr vermuten wir, dass diese Aussage zum Einen auf Unwissen bezüglich der genauen Modalitäten unseres Systems und zum anderen aus wirtschaftlichem Interesse getroffen wurde. Wir sind uns sicher: unsere Kunden arbeiten sehr integer. Aber für die Zweifler - es gibt wie an einigen anderen Stellen im batcorder-System eine manipulationssichere Dokumentation, so dass wir in der Lage sind solche Versuche nachzuvollziehen. Aber bisher war dies nicht nötig.

Was wirkt sich auf den TSL-Wert aus?

Der TSL-Wert dient als Referenz für die Sensitivität des Mikrofons. Jedoch stellt er keine genaue Vermessung des Mikrofons dar. Solche Messungen sind nur unter kontrollierten Bedingungen möglich. Das bedeutet man benötigt einen Schallarmen Raum und gut definierte klimatische Bedingungen, um Messungen mit einer Genauigkeit von ca. 1 dB SPL durchzuführen. Insofern kann die Genauigkeit der Messung im eingebauten Zustand im besten Falle im Bereich von 1 bis 3 dB SPL liegen und wird durch viele Faktoren, wie zum Beispiel Wind, Niederschlag, Luftfeuchte, Lufttemperatur oder den genauen Aufbauort, beeinflußt. Stellen Sie sich vor, der Rotor einer WEA streift im Abstand von 10 m vor dem Mikro vorbei. Nun steht der Rotor mangels Wind still und ein Blatt befindet sich direkt vor der Mikrofonscheibe. Dann wird das Testsignal vom Rotorblatt reflektiert und wirkt sich verstärkend auf die Messung aus. An einem windigen Tag wird der Schall des Signalgebers zum Beispiel stärker vom Mikrofon weggetragen als einem windstillen Tag. Es ist mit keinem System eine Messung mit höherer Genauigkeit am Einbauort möglich. Das wiederum bedeutet natürlich auch, dass der TSL-Wert nicht als genauer, absoluter Wert gesehen werden kann. Vielmehr erlaubt er zu erkennen, wenn ein Mikrofon taub wird. Und wir wissen, über was wir sprechen, denn wir haben dieses Konzept der Mikrofonüberprüfung nicht nur entwickelt, sondern auch markttauglich gemacht und dienen als Vorlage für andere verfügbare Systeme.

Nun wird von manchen postuliert, dass sich die Qualität des Mikrofons im Hinblick auf den Mikrofontest dadurch verbessert, dass das Mikrofon beheizt wird. Bei einem größeren Folien-Kondensatormikrofon unterstützen wir diesen Ansatz sehr, denn nur so lassen sich solche Mikrofone bei Freibewitterung besser vor Feuchtigkeit schützen. Feuchtigkeit ist ein K.O.-Kriterium für solche Folienkondensator-Mikrofone. Wie sieht es bei der Mikrofonscheibe aus? Der Kunststoff der Scheibe lässt sich sehr leicht beheizen. Dazu müssen einzig Heizdrähte mit eingebaut werden, die dann zum Beispiel unterhalb der äußeren Schicht verlaufen. Damit lässt sich dann auch die Mikrofonscheibe hervorragend beheizen. Da das Mikrofon aber - aus wichtigem Grund - von der Scheibe mittels eines Gummi entkoppelt ist, wird die Elektretkapsel eben so kaum beheizt. Dies ist jedoch eigentlich auch nicht nötig, denn solange kein Wassertropfen auf der winzigen Öffnung steht, unterliegt das Mikrofon auch nicht einem Feuchte-Einfluß. Damit ein Wassertropfen dort zu stehen kommt, müsste die Scheibe nach oben zeigen. Der normale Einbau jedoch ist Richtung Boden.

Keinerlei Verbesserung jedoch ergibt sich durch eine Beheizung im Hinblick auf solche Aspekte wie Pollen, Öltröpfen oder Abrieb der Rotorblätter - das sind bei Mikrofonen, die ausgefallen sind, die typischen Verursacher.

Was sich nicht verbessern kann, ist die Detektionsreichweite. Auch diese Meinung haben wir bereits öfters vernommen. Und natürlich hängt die Detektionsreichweite stark von der relativen Luftfeuchte ab, da sich diese auf die Dämpfung auswirkt. Jedoch bietet sich eine Mikrofonheizung hier nicht als Lösung an. Zwischen der Fledermaus und dem Mikrofon ist eine Wegstrecke durch die Luft, die durch die Heizung der Scheibe absolut unbeeindruckt bleibt.

Und außerdem sollte man die Wärmeabgabe und Speicherung der Gondel nicht ganz außer acht lassen. Denn nicht umsonst sind regelmäßig in der Gondel große Lüfter im Einsatz, um entstehende Wärme abzutransportieren.