Hohe Schallpegel (Vakuum-Grenze)
Durch die fundamentalen Eigenschaften der Luft beträgt der maximal mögliche Schalldruck der in der Atmosphäre entstehen kann, ungefähr 194 dB. Der Grund ist die sogenannte Vakuum-Grenze. Der durchschnittliche atmosphärische Druck beträgt ca. 1013 mbar, entsprechend einer Atmosphäre Druck auf Meereshöhe. Eine Schallwelle ist, wie der Name sagt, wellenförmig. Mit ganz wenigen Ausnahmen, ist der positive und negative Ausschlag einer Welle symmetrisch. Im negativen Teil der Schallwelle erreicht das Druckminimum beim maximal physikalischen Schalldruck null. Es ist nicht möglich, den Druck auf tiefer als Null, das absolute Vakuum zu reduzieren.
Nebst Vulkanausbrüchen, Metoriteneinschlägen, Explosionen, Raktetenstarts, Strahlentriebwerken, Donner usw. erzeugen Waffen – letztere kurzzeitig – immensen Schalldruck: höher als 180 dB. Zum Vergleich: Ein Gespräch liegt im Bereich von ca. 60 dB. Dauerpegel über 80 dB schädigen das Gehör mit der Zeit irreparabel. Sehr hohe, sogar kurze, Pegel (Schuss, Explosion) können das Gehör dauerhaft schädigen. Die individuelle Schmerzgrenze beginnt bei ca. 120 dB (Jet-Start). Von solchen Pegeln als kurzzeitige Ausnahme erholt sich das Gehör nach angemessener Ruhephase mit nimimer Schallexposition, meist ohne Folgen.
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Die technische Obergrenze fast aller Messgeräte liegt meist bei maximal 145 dB, und dass hat Gründe:
Nachweis sehr hoher Schallpegel
Ein Viertelzoll-Messmikrofone erlauben die Messung von Schallpegeln zwischen der Hörschwelle und der Schmerzgrenze. Zur Messung sehr hoher Schallpegel erreichen übliche ein Viertelzoll-Kapseln die technische Obergrenze. Durch den hohen Schalldruck kommt die Membrane in die Sättigung und damit in den nicht-linearen Bereich (Verzerrungen). Die korrekte Pegelabtastung ist nicht mehr möglich.
Für höhere Pegel werden deshalb ein Achtelzoll-Kapseln mit geringerer Empfindlichkeit benützt, mit denen der Schalldruck bis beinahe zum physikalische Maximum gemessen werden kann.
Nebst dem Achtelzoll-Mikrofon ist weitere Spezialausrüstung und Fachwissen erforderlich, um Messungen hoher Schallpegel fachkompetent und korrekt ausführen zu können.
Herausforderungen zum Messen sehr hoher Pegel
Kleine Membranen, üblicherweise mit ein Viertelzoll (6.35 mm) Durchmesser bei Messmikrofonen, verhalten sich bis weit in den Ultraschallbereich sehr linear. Bei kleinen Membranen ist der Durchmesser im Vergleich zur Wellenlänge geringer als bei grösseren. Bei schrägem Schalleinfall und hohen Frequenzen erreicht der Schall die Membranoberfläche zeitversetzt. Die Laufzeitunterschiede verursachen Phasenprobleme und beeinflussen frequenzabhängig die Richtwirkung und den Frequenzgang eines Mikrofons. Diese Effekte führen zu Inkonsistenzen in der Schallabtastung, wodurch Messungen verfälscht werden können.
Durch die minimale Trägheit bei schnellen Schallsignalen liefern kleine Membranen eine präzise Transienten-Antwort. Sie sind ausserdem weniger empfindlich gegen Wind und Turbulenzen. Trotz des geringen Durchmessers ist das Eigenrauschen so minim, dass damit auch sehr tiefe Pegel, unterhalb der Hörschwelle noch korrekt gemessen werden können. Durch die Kompaktheit und damit verbundene Flexibilität, sind sie seit langer Zeit die industrielle Referenz für Klasse 1 Präzisionsmessungen, so wie sie für fachkompetente Messungen gesetzlich vorgeschrieben sind.