DD211173A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatisierten messung der impedanz-frequenz-kennlinie von blasinstrumenten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten. Ansprache und Stimmung stellen wichtige Qualitaetskennwerte von Blasinstrumenten dar. Bei der Messung des Verlaufs der akustischen Impedanz des Instrumentenrohrs wird am Mundstueck des Instrumentes ein konstanter Schallfluss mit variabler Frequenz eingespeist. Der dabei im Mundstueck entstehende Schalldruck ist proportional der Impedanz des Rohres. Aus der Lage und Hoehe der Impedanzmaxima koennen Ansprache und Stimmung ermittelt werden. Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten zu schaffen. Erfindungsgemaess wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie vorgeschlagen bei denen am Mundstueck des Instrumentes ein Schallfluss in das Instrumentenrohr eingespeist wird, dessen Frequenz und Staerke durch eine zentrale Steuereinheit eingestellt wird. Die zentrale Steuereinheit veraendert die Frequenz schrittweise und berechnet bei jeder dieser Frequenzeinstellungen aus dem im Mundstueck gemessenen Schalldruck und der Staerke des eingespeisten Schallflusses die Impedanz bei diesem Frequenzwert. Die zentrale Steuereinheit ermittelt Staerke und Lage der Maxima der Impedanz-Frequenz-Kennlinie und berechnet daraus Anspracheparameter und Stimmung und gibt diese in geeigneter Form zum Beispiel als gedruckte Liste aus.

Description

a) Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten, mit deren Hilfe Anspracheparameter und Stimmung des Blasinstruments bestimmt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung werden bei der laufenden Endkontrolle und bei der Neuentwicklung von Blasinstrumenten angewandt.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösung Ansprache und Stimmung stellen wichtige Qualitätskennwerte von Blasinstrumenten dar. Bei der Qualitätskontrolle von Blasinstrumenten ist deshalb die Messung bzw. Beurteilung dieser Parameter unerläßlich. Derartige Qualitätskontrollen werden üblicherweise durch Anspielen der Instrumente durchgeführt. Dabei wird die Ansprache ausschließlich subjektiv beurteilt, die Stimmung entweder ebenfalls subjektiv beurteilt oder mit einem Stimmgerät gemessen. Eine solche Qualitätskontrolle kann in jedem Fall nur ein sehr versierter Fachmann ausführen. Der Zeitaufwand für eine eingehende Qualitätskontrolle ist erheblich.

Daneben sind Labormeßverfahren bekannt mit denen Anspracheparameter und Stimmung von Blasinstrumenten vorzugsweise zum Zwecke der Forschung und Neuentwicklung gemessen werden können. Sie beruhen auf der Bestimmung der Impulsantwort des Instrumentenrohres auf einen am Mundstück eingespeisten

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akustischen Nadelimpuls bzw. der Messung des Verlaufs der akustischen Impedanz des Instrumentenrohres. Bei der Impulsmethode werden am Mundstück des Blasinstruments akustisch Nadelimpulse in das Instrumentenrohr eingespeist. Aus der Stärke des am gegenüberliegenden Rohrende bzw. an geöffneten Tonlöchern reflektierten Impulses und der Stärke eventuell vorhandener Störimpulse können Rückschlüsse auf die Ansprache des Instrumentes gezogen werden. Bei der Messung des Verlaufs der akustischen Impedanz des Instrumentenrohrs wird am Mundstück des Instrumentes ein konstanter Schallfluß mit gleitender Frequenz eingespeist· Der dabei im Mundstück entstehende Schalldruck ist proportional der Impedanz des Rohres Er wird gemessen und aufgezeichnet- Aus der Lage und Höhe der Impedanzmaxima können Ansprache und Stimmung ermittelt werden.

Beide Meßmethoden liefern sehr umfangreiche und detaillierte Meßergebnisse, deren Verdichtung zu den beiden Qualitätskennwerten Ansprache und Stimmung kompliziert ist und einen relativ hohen Arbeitsaufwand erfordert. Für laufende Qualitätskontrollen sind sie deshalb ungeeignet.

d) Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten zu schaffen, die eine laufende Qualitätskontrolle an Blasinstrumenten insbesondere beim Hersteller der Instrumente mit hoher Effektivität ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie wichtige Qualitätskennwerte von Blasinstrumenten zu ermitteln, ohne daß dazu spezielle Kenntnisse oder Fertigkeiten erforderlich wären.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten vorgeschlagen, bei denen am Mundstück des Instruments ein Schallfluß in das Instrumentenrohr eingespeist wird, dessen Frequenz und Stärke durch eine zentrale Steuereinheit eingestellt wird. Der dabei im Mundstück entstehende Schalldruck wird mittels eines Sondenmikrofons aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, dessen Stärke an die zentrale Steuereinheit übermittelt wird. Die zentrale Steuereinheit beinhaltet einen vorzugsweise aus einem Mikroprozessor aufgebauten Prozeßrechner. Die zentrale Steuereinheit verändert die Frequenz des am Mundstück eingespeisten Schallflusses schrittweise nach einer dem Ziel der Messung entsprechenden Strategie und berechnet bei jeder dieser Frequenzeinstellungen aus dem im Mundstück mit dem Sondenmikrofon gemessenen Schalldruck und der Stärke des eingespeisten Schallflusses die Impedanz bei diesem Frequenzwert. Aus den berechneten Impedanzwerten und den eingestellten Frequenzwerten ermittelt die zentrale Steuereinheit Stärke und Lage der Maxima der Impedanz-Frequenz-Kennlinie , sowie deren Halbwertbreite, berechnet daraus Anspracheparameter und Stimmung und gibt diese in geeigneter Form zum Beispiel als gedruckte Liste aus. Zur Betätigung von Klappen oder Ventilen des Instruments (falls solche vorhanden sind) beinhaltet die Vorrichtung ein System von pneumatisch oder elektromechanisch getriebenen Hebeln, deren Bewegung ebenfalls von der zentralen Steuereinheit koordiniert wird. Die Messung wird auf diese Weise für den gesamten Tonbereich des Instrumentes automatisch ausgeführt, ohne daß vom Bedienpersonal in den Meßvorgang eingegriffen werden muß. Die Ergebnisse werden als unmittelbar anschauliche Qualitätskennwerte ausgegeben, ohne daß weitere Auswertungen oder Rechnungen erforderlich wären .

f) Ausführungsbeispiel

Das Verfahren und die Vorrichtung zur automatischen Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten, die erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, werden im folgenden anhand einer schematischen Darstellung (Fig. 1) in einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu prüfende Blasinstrument 21 in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt, indem es an den akustischen Widerstand 16, der als lange dünne Röhre ausgeführt ist, angeschlossen wird. Der Schalldruck an der Anschlußstelle wird mittels des Mikrofons P 18 gemessen. Das gegenüberliegende Ende des akustischen Widerstands 16 ist mit dem elektrodynamischen System 15 verbunden. Dieses erzeugt am Eingang des akustischen Widerstandes einen Schalldruck, der mit dem Mikrofon V 17 gemessen wird. Das elektrodynamische System 15 wirkt zusammen mit dem akustischen Widerstand 16 als Quelle eines konstanten Schallflusses, solange der akustische Widerstand 16 sehr viel größer als der Betrag der (zu messenden) Impedanz des Blasinstrumentes ist. Die Stärke dieses Schallflusses ist dann proportional dem Schalldruck am Eingang des akustischen Widerstandes 16 der mit dem Mikrofon V 17 gemessen wird, Das elektrodynamische System 15 wird durch den Leistungsverstärker 14 versorgt, der von dem spannungsgesteuerten Tongenerator 13 angesteuert wird.

Die Steuerung des Meßvorgangs geschieht durch den Mikroprozessor 11 dessen Programm im Programm- und Arbeitsspeicher 9 abgelegt ist.

Dazu werden die Ausgangsspannungen des Mikrofons P 18 und des Mikrofons V 17 mittels des Verstärkers P 5 und des Verstärkers V 7 verstärkt und durch den Effektivwertgleichrichter P 8 und den Effektivwertgleichrichter V 10 in die den Effektivwerten der verstärkten Mikrofonspannungen entsprechende Gleichspannungen umgewandelt. Diese werden dem Analog-Digital-Wandler 3 zugeführt, der einen Multiplexer enthält und über den Daten- und Adressbus des Mikroprozessors 11 direkt angesprochen wird.

Die Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Tongenerator 13 wird durch den Digital-Analog-Wandler 1 geliefert. Die Frequenz der vom spannungsgesteuerten Tongenerator 13 erzeugten Wechselspannung wird durch den Zähler 2 gemessen. Die Klappen 19 des Blasinstruments 21 werden durch die Magnete 20 betätigt, die von der Ansteuerbaugruppe 4 geschaltet werden.

Die durch den Mikroprozessor 11 berechneten Ergebnisse der Messung werden vom Drucker 12 als Liste ausgegeben. Der Drucker 12 v/ird von der Interfacebaugruppe 6 angesteuert. Der Digital-Analog-Wandler 1, der Zähler 2, die Ansteuerbaugruppe 4 und die Interfacebaugruppe 6 kommunizieren ebenso wie der Analog-Digital-Wandler 3 über den Daten- und Adressbus mit dem Mikroprozessor 11.

Der Ablauf der Messung wird im folgenden in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Das Blasinstrument 21 wird an den akustischen Widerstand 16 und das Mikrofon P 18 angeschlossen. Anschließend wird das im Programm— und Arbeitsspeicher abgelegte Programm durch den Mikroprozessor 11 gestartet. Dabei wird über den Digital-Analog-Wandler 1 eine Steuerspannung an den spannungsgesteuerten Tongenerator 13 gelegt der eine dieser Steuerspannung entsprechende Wechselspannung erzeugt. Die Werte der sich daraufhin einstellenden Schalldrucke an Mikrofon V 17 und Mikrofon P 18 werden über den Analog-Digital-Wandler 3 in den Mikroprozessor 11 eingelesen; der als Quotient der beiden Werte die Impedanz des Blasinstruments 21 bei der eingestellten Frequenz berechnet und den berechneten Wert im Programm- und Arbeitsspeicher ablegt. Danach wird über den Digital-Analog-Wandler 1 eine veränderte Steuerspannung an den spannungsgesteuerten Tongenerator 13 abgegeben, so daß dieser eine Wechselspannung einer etwas höheren Frequenz erzeugt. Bei dieser Frequenz berechnet der Mikroprozessor 11 wie im vorhergehenden Schritt die Impedanz. Die Messung läuft schrittweise so weiter daß für jeden Frequenzwert die Impedanz berechnet wird. Mittels eines Maximalwertsuchalgorithmus werden aus den Impedanzwerten die Maxima gesucht. Aus dem höchsten

Impedanzmeßwert und den beiden benachbarten Impedanzmeßwerten berechnet der Mikroprozessor 11 durch parabolische Interpolation das Impedanzmaximum und aus den mittels Zähler 2 gemessenen zugehörigen Frequenzen die zum Impedanzmaximum gehörende Resonanzfrequenz und Halbwertbreite. Danach wird die Messung wie oben bis zum nächsten Maximum oder bis zum Erreichen der oberen Frequenzgrenze weitergeführt. Nach Erreichen der oberen Frequenzgrenze berechnet der Mikroprozessor 11 aus den Impedanzmaxima sowie deren Frequenz und Halbwertbreite die Stimmung und den Anspracheparameter des Blasinstruments und gibt diese Daten über die Interfacebaugruppe 6 an den Drucker 12, der sie in einer Liste ausdruckt. Danach werden entsprechend der instrumentenspezifischen Grifftabelle, die in codierter Form im Programm- und Arbeitsspeicher 9 abgelegt ist, vom Mikroprozessor 11 über die Ansteuerbaugruppe 4 diejenigen Magnete 20 unter Spannung gesetzt die die Klappen19 für den nächsten zu prüfenden Ton betätigen. Damit führt der Mikroprozessor 11 die Messung wie oben durch. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der gesamte zur Qualitätsbestimmung notwendige Tonbereich des Blasinstruments 21 geprüft ist.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten dadurch gekennzeichnet, daß in das Blasinstrument (21) ein Schallfluß eingespeist wird, dessen Stärke gemessen und an eine zentrale Steuereinheit weitergeleitet wird, wobei die zentrale Steuereinheit die Frequenz des eingespeisten Schallflusses durch entsprechende Steuersignale systematisch, schrittweise variiert und der dabei im Blasinstrument (21) entstehende Schalldruck ebenfalls gemessen und der Meßwert an die zentrale Steuereinheit weitergeleitet wird, die aus den Meßwerten von Schalldruck und Schallfluß die Impedanz bei der eingestellten Frequenz und aus den berechneten Impedanzwerten bei verschiedenen Frequenzen Ansprache-Parameter und Stimmung berechnet.
2. 2. Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß Klappen (19) oder Ventile, falls solche am Blasinstrument (21) vorhanden sind, vorzugsweise durch pneumatische oder e1ektromechanische Antriebsmittel betätigt werden, deren Bewegung von der zentralen Steuereinheit gesteuert werden.
3. 3. Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung der Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit vorzugsweise einen Mikroprozessor (11) als Kernstück enthält., der über einen Systembus mit einem Programm- und Arbeitsspeicher (9), einem Digital-Analog-Wandler (1) zur Erzeugung der Steuerspannung für den spannungsgesteuerten Tongenerator (13), einem Zähler (2) zur Frequenzmessung, einem Analog-Digital-Wandler (3) zur rechnergerechten Codierung der Schallfluß- und Schalldruckmeßwerte sowie einer Interfacebaugruppe zum Ansteuern der Antriebselemente für die Ventil- bzw. Klappenbetätigung verbunden ist.
4. 4. Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Messung der
   Impedanz-Frequenz-Kennlinie von Blasinstrumenten nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit vorzugsweise eine Interfacebaugruppe beinhaltet, an
   die ein Datendrucker (12) angeschlossen ist, der die Ergebnisse der Messung in Form einer Liste ausdruckt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnung