DE102019008203B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Impedanzmessung bei Blasinstrumenten - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Impedanzmessung bei Blasinstrumenten Download PDF

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Abstract

KurzfassungTechnisches Problem der ErfindungStimmung und Klangfarbe eines musikalischen Blasinstrumentes stehen in engem Zusammenhang mit den Resonanz- und Abstrahlungseigenschaften. Letztere sind in Form der akustischen Eingangs- bzw. Übertragungsimpedanz messbar.Bekannte Vorrichtungen messen allein die Eingangsimpedanz im Kleinsignalverfahren mit elektrodynamischen Treibern zur Anregung der Luftsäule. Der tieffrequente Quellpegel ist dabei nicht ausreichend, für die bei der Übertragungsimpedanzmessung nötige Raumanregung.Gesucht wird eine Vorrichtung zur Hochpegelanregung, um Blasinstrumente mit Raumklang unter normalen Betriebsbedingungen reproduzierbar zu messen.Lösung des ProblemsEine Impulsschallquelle bestehend aus einem Überdruckreservoir und einem Schnellschaltventil liefert Schalldruckpulse, die in Bezug auf den Spitzenwert (>10 kPa) und die Pulsbreite (<1 ms) mit den Schalldruckpulsen beim Instrumentalspiel vergleichbar sind. Diese ermöglicht eine Hochpegelanregung tiefer und mittlerer Frequenzen in sehr kompakter Bauform und mit vernachlässigbaren Funktionsgeräuschen.Bei dem Verfahren wird.die gesuchte Impedanz als die Fouriertransformierte der auf den Schallfluss bezogenen Druckantwort bestimmt.AnwendungsgebietDie Vorrichtung ermöglicht die simultane Messung von Eingangs- und Übertragungsimpedanz bei Blasinstrumenten, auch in sehr großen Räumen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Akustische Messtechnik
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Impedanz verknüpft Antriebsgrößen und Bewegungsgrößen. Zur Beschreibung schwingender Systeme ist sie überaus nützlich, da sie ein Maß dafür ist, welchen Widerstand das System einer erzwungenen Bewegung entgegensetzt.
  • Formal ist Impedanz definiert als Verhältnis einer Potentialgrößen (z.B. Kraft, Druck, Temperatur) und einer Flußgröße (z.B. Geschwindigkeit, Volumenstrom, Wärmestrom).
  • Bei Blasinstrumenten, die nach dem Prinzip eines druckgesteuerten Ventils arbeiten (z.B. Rohrblatt- und Blechblasinstrumente), ist die Antriebsgröße der Schallfluß q, der durch das oszillierende Mundstück in den Instrumentenkorpus eingeblasen wird, die Bewegungsgröße ist der daraus resultierende Schalldruck p, und die relevante akustische Impedanz Z ist deren Verhältnis Z = p/q [Skudrzyk1954].
  • Bei Blasinstrumenten ist der Antriebspunkt am Eintritt der Luftsäule, dort wo beim Spielen des Instruments die Blasluft in den Korpus eintritt. Diese Stelle kann als punktförmig angesehen werden für Wellenlängen die groß sind in Relation zum Luftsäulenquerschnitt.
  • Zur Charakterisierung der Spiel- und Klangeigenschaften von Blasinstrumenten sind insbesondere zwei Impedanzen nützlich: die Antriebsimpedanz und die Übertragungsimpedanz.
  • Bezogen auf den Einheitsschallfluss am Antriebspunkt ergibt die
    • • Druckantwort am Antriebspunkt die Antriebsimpedanz
    • • Druckantwort an einem anderen Punkt die Übertragungsimpedanz
  • Die Antriebsimpedanz ist von zentraler Bedeutung für die Stimmung des Blasinstrumentes: Das schallerzeugende Ventil (Rohrblatt bzw. menschliche Lippen) ist druckgesteuert und wird maßgeblich von den Schalldruckkompenten der Druckantwort beeinflusst, die von Untstetigkeiten der Luftsäule (z.B. Tonlöcher, Querschnittsänderungen) reflektiert werden.
  • Die Übertragungsimpedanz zu einem Punkt im Raum beinhaltet alle relevanten Informationen über die Schalltransmission vom Antriebspunkt zu diesem Punkt und ist somit eine Größe, die den Klang des Blasinstrumentes im Raum beschreibt.
  • Stand der Technik:
  • Alle bislang im Musikinstrumentenbau bekannten Impedanzmessverfahren zielen ausschließlich auf die Messung der Antriebsimpedanz (in der einschlägigen Literatur meistens „Eingangsimpedanz“ genannt) ab. Dazu müssen Schallflussanregung und Druckantwort am Antriebspunkt gemessen werden.
  • Die Messung der Druckantwort p am Antriebspunkt ist mit einem Mikrofon einfach möglich.
  • Zur Bestimmung des anregenden Schallflusses q gibt es verschiedene Ansätze. Typisch ist z.B. die indirekte Messung des Schallflusses q über den Druck p, den ein Druckkammerlautsprecher erzeugt [Backus1974, Krüger1982, Keefe1995, Macaluso2011, Henrich2015]: Zusammen mit einem akustischen Widerstand bekannter Größe kann aus einer Kalibriermessung der anregende Schallfluss ermittelt werden.
  • Ein anderes typisches Verfahren ist die indirekte Messung des Schallflusses über simultane Druckmessung an zwei oder mehreren Orten, wobei der Schallfluss aus den Druckgradienten bestimmt wird [Chung1980, Gibiat1990].
  • Weniger typisch, weil messtechnisch vergleichsweise aufwändig ist die direkte Messung des Schallfusses q über die Schallschnelle mit einer Hitzdrahtsonde [Kob2001].
  • Allen genannten Verfahren ist gemein, dass der Schallfluss am Antriebspunkt durch magnetodynamische, ferro- oder piezoelektrische Treiber erzeugt wird.
  • Die dem System dadurch maximal zuführbare Schallenergie ist durch die Membranauslenkung und - geschwindigkeit des Treibers begrenzt.
  • Die vom Quellmechanismus emittierte Schallenergie begrenzt bei Antriebsimpedanzmessungen das Volumen des größten messbaren Objekts bzw. bei Übertragungsimpedanzmessungen den Abstand zwischen der Quelle und der Messstelle.
  • Insbesondere im tieffrequenten Bereich sind die verfahrensbedingt geringen Anregungsamplituden der bekannten Messvorrichtungen kritisch im Sinne des Umgebungs- und Messrauschens. Bei dieser Problemstellung setzt die Erfindung an.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Das Problem der geringen Anregungsamplitude wird dadurch gelöst, dass ein anderes Schallerzeugungsprinzip zum Einsatz gebracht wird. Es besteht aus einem Druckluftspeicher, der durch ein schnellschaltendes Ventil vom Messobjekt getrennt ist. Neu und erfinderisch ist dabei, dass der Schallfluss nicht durch in Ausbreitungsrichtung bewegte Teile erzeugt wird, sondern durch Zuführung von Luft aus einem ÜberdruckReservoir (vergleiche 1). Daher ist die eingebrachte Schallenergie nicht vom Hub eines bewegten Kolbens abhängig, sondern nur durch den Überdruck im Druckluftspeicher, die Schaltdauer des Ventils sowie durch die Querschnitte der Zuleitung bestimmt.
  • Druckstoßerzeuger nach diesem Funktionsprinzip sind in der Infraschallreinigung bekannt, beispielsweise um Ablagerungen von Verbrennungsrückständen an Wärmeaustauschflächen berührungslos zu entfernen. So beschreibt beispielsweise die Schrift DD 289 116 A5 [Müller1991] ein Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Nachschaltheizflächen durch kurze Druckimpulse unter Verwendung von Schnellschaltventilen; in der Schrift DE 32 45 484 A1 [Olsson1983] wird ein Verfahren zur Bestimmung der Schallleistung solcher Niederfrequenzschallgeneratoren aus einer Schalldruckmessung beschrieben.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption des schallerzeugenden Elements ist das Antriebssignal für das Messobjekt ein Schallfluss-Puls. Die gesuchte akustische Impedanz wird durch Fouriertransformatiön der Druckantwort gewonnen, da die im Zeitbereich gemessene Druck-Impulsantwort -bezogen auf den Einheitsschallfluss- im Frequenzbereich der akustischen Impedanz äquivalent ist [Keefe1996].
  • Im Frequenzbereich wird mit der erfindungsgemäßen Schallquelle eine durchgehend hohe Anregungsamplitude bis zu einer durch die Pulsbreite bestimmten oberen Grenzfrequenz erreicht. Beispielweise ließ sich mit einem Prototyp der erfindungsgemäßen Schallquelle am Eintritt eines Zylinderrohrs mit 4 mm Innendurchmesser Schalldruckamplituden von über 120 dB SPL im Frequenzbereich von wenigen Hertz bis in den Kilohertz-Bereich hinein erzeugen (vergleiche 4).
  • Vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung
  • Trotz der hohen Anregungsamplituden auch bei sehr tiefen Frequenzen läßt sich das erfindungsgemäße Messgerät sehr kompakt ausführen:
    • Elektrodynamische Treiber erzeugen den antreibenden Schallfluss durch Verdrängung eines Luftvolumens mit einem Kolben. Um bei tiefen Frequenzen einen hohen Schallfluss zu erzeugen, müssen Hub-und Durchmesser des Kolbens um ein Vielfaches größer sein als typische Eintrittsdurchmesser von Blasinstrumenten. Mit Größe (und Gewicht) des Kolbens steigt zudem auch Größe des erforderlichen elektrischen Aktuators an.
    • Demgegenüber muss in der Schallquelle des erfindungsgemäßen Messgeräts nur ein Ventilsitz in der Größenordnung des Eintrittsdurchmessers des Blasinstrumentes bewegt werden, was z.B. durch federrückgestellte magnetische; oder piezoelektrische Aktuatoren sehr platzsparend umgesetzt werden kann.
  • Um das Anregeprinzip der bekannten Messvorrichtungen für Übertragungsimpedanzenmessungen zu nutzen, müssten sehr große Treiber eingesetzt werden.
  • Mit der Größe des Treiberelementes steigt unmittelbar auch der Bedarf an schalldämmender Einhausung, um den Störschall, der direkt vom Treibergehäuse abgestrahlt wird, gegenüber dem Nutzschall, der vom Treiber durch das Blasinstrument propagiert wird, an der Messstelle zu dämpfen.
  • Demgegenüber sind bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die über das Gehäuse der Schallquelle abgestrahlten Funktionsgeräusche so gering, dass Störschalldämmung keine nennenswerte Vergrößerung des mechanisch notwendigen Gehäuses bedingt.
  • Ein voll funktionsfähiger Prototyp des erfindungsgemäßen Messgeräts ist um ein Vielfaches kleiner als die aus Schrift DE 101 31 823 A1 bekannte „Miniaturanordnung zur Messung der akustischen Impedanz“ [Kob2001].
  • Das erfindungsgemäße Messverfahren unterscheidet sich von allen bislang bekannten Verfahren dadurch, dass die eingesetzte Schallquelle am Antriebspunkt impulshafte Schallldrucksignale in derselben Größenordnung erzeugt, wie sie auch beim Spielen des Blasinstrumentes entstehen.
  • Damit ist das erfindungsgemäße Messverfahren naturgemäß für Übertragungsimpedanzmessungen zu allen denkbaren/ relevanten Abhörorten geeignet.
  • Neben der Übertragungsimpedanzmessung ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch für die Antriebsimpedanzmessung geeignet. Dabei bringt die erfindungsgemäße Konzeption den Vorteil mit sich, dass antreibende Schallfluss über den Vordruck im Überdruckreservoir skaliert werden kann.
  • Während alle bisher bekannten Verfahren zur Antriebsimpedanzmessung in erster Linie auf die Bestimmung des linearen Verhaltens des Messobjekts abzielen, kann mit der erfindungsgemäßen Schallquelle am Antriebspunkt ein kontrollierbares und reproduzierbares Anregungssignal von sehr kleinen bis hin zu den realen Druck-Spitzenwerten von über 10 Kilopascal erzeugt werden.
  • Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Messvorrichtung Untersuchungen nichtlinearer Effekte in der Schallausbreitung bei Blasinstrumenten, z.B. durch Bestimmung und Vergleich antriebsamplitudenabhängiger akustischer Impedanzen, wie in Patentschrift DE 697 38 629 T2 [Keefe2009] für die wesentlich geringeren Schalldrücke im Innenohr beschrieben.
  • Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch die Untersuchung der Fluid-Struktur-Interaktion bei Blasinstrumenten:
  • Ein beispielhaftes Anwendungsfeld dabei ist z.B. die Untersuchung von taktilem Feedback bei Blasinstrumenten.
  • Durch die hohen Schalldruckamplituden beim Spielen von Blasinstrumenten gerät die Wandung der Luftsäule in Schwingung. Der Mensch kann Schwingungen bis etwa 200 Hz haptisch wahrnehmen, so dass ein Spieler neben dem abgestrahlten Klang auch ein taktiles Feedback von seinem Instrument erhält.
  • Da die Schallquelle der erfindungsgemäßen Messvorrichtung real vorkommende Schalldruckamplituden erzeugen kann, ist sie auch zur Messung vibroakustischer Übertragungsimpedanzen geeignet. Wie in Schrift FR2694632 [Azais1995] für die Messung von Oberflächen beschrieben wird dabei eine schalldruckinduzierte Reaktion einer mechanischen Struktur gemessen.
  • Ein weiteres beispielhaftes Anwendungsfeld sind Dauerschwingversuche.
  • Obwohl akustische Effekte des „Einspielens“ bislang wissenschaftlich nicht nachgewiesen werden konnten, gilt im Musikinstrumentenbau traditionell die Meinung, dass neu gebaute Instrumente „eingespielt“ werden müssen, d.h. dass sich der Klang eines neu gebauten Instrumentes mit der Anzahl der Schwingzyklen vorteilhaft ändert, bzw. dass sich eine gewünschte Klangfülle erst nach vielen Schwingzyklen einstellt. Insbesondere bei Musikinstrumenten aus Holz hält sich diese Meinung, so werden zum Beispiel im Klavierbau Einspielautomaten eingesetzt. Apparate wie diese sind für Blasinstrumente bislang nicht bekannt. Ein solches Einsatzfeld wird durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung erschlossen.
  • Ebenso ermöglicht die erfindungsgemäße Messvorrichtung die Durchführung von Dauerschwingfestigkeitsuntersuchungen, was insbesondere für Entwicklung und Test alternativer Materialien bei Blasinstrumenten aus Holz oder bei Blasinstrumententeilen aus Schilfrohr eingesetzt werden kann. In einigen Bereichen des Musikinstrumentenbaus wächst hier der Handlungsbedarf, da die traditionell verwendete tropische Holzarten (z.B. Grenadill, Cocobolo) immer stärker verknappen und strengen Einfuhrbeschränkungen unterliegen.
  • Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal der erfindungsgemäßen Messvorrichtung besteht darin, dass die an Abhörorten im Raum erzeugbaren Druckantwortsignale unmittelbar für eine auditorische Beurteilung der Klangeigenschaften des Blasinstrumentes geeignet sind.
  • Die bisher bekannten Messverfahren nutzen sinusförmige Anregesignale veränderlicher Frequenz (Sweeps). Das abgestrahlte Antwortsignal bleibt trotz einer Amplitudenmodulation durch die Resonanzen des Blasinstruments immer als Sweep erkennbar und ist daher nicht geeignet um beim Hörer eine Vorstellung des Instrumentenklangs hervorzurufen.
  • Demgegenüber ist das mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung erzeugte impulshafte Antwortsignal - obwohl es nur für wenige Perioden der Grundfrequenz hörbar ist- perzeptiv verwertbar und ermöglicht es dem Hörer unmittelbar, sich eine Vorstellung vom Klang des Instrumentes zu bilden.
  • Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt zudem eine recht einfache Kalibrierung. In Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt des Ventils bleibt der Schallfluss ab einem kritischen Vordruck konstant. Die Schallquelle der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann also als sogenannte überkritische Düse betrieben werden, die ab einem kritischen Vordruck bei weiterer Erhöhung der Druckdifferenz einen konstanten Durchfluss aufweist. Nach einer Laborkalibrierung sind dann wiederholbare Messbedingungen robust einstellbar, reproduzierbare Übertragungsimpedanzmessungen sind dann mit herkömmlicher Audiotechnik möglich. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann somit auch unter „Werkstattbedingungen“, z.B. bei Musikinstrumentenherstellern eingsetzt werden.
  • Impulshaften Anregesignalen wird in der akustischen Messtechnik kaum noch Bedeutung zugemessen, da mit elektrodynamischen Treibern erzeugte Schallpulse einen mangelnden Energieinhalt aufweisen [Vorländer1994, Müller1999, Jambrosic2008].
  • Das erfindungsgemäße Anregeprinzip überwindet diese Einschränkung, daher sind auch Einsatzmöglichkeiten in der Raum- und Fahrzeugakustik denkbar. Insbesondere die Messung ohr-/kopfbezogener, rückwärtsgerichteter akustischer Übertragungsimpedanzen -wie in Schrift DE 60 2004 008 758 T2 [Geiger2008] beschrieben- sind ein mögliches Anwendungsfeld. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zeigt dafür eine beispielhafte Lösung für eine sehr kompakte Schallquelle für die Anregung tiefer Frequenzen von weniger als 100 Hz.
  • Erläuterung der Zeichnungen
  • Die erfindungsgemäße Messvorrichtung besteht aus einer Schallquelle (1), einer Steuer- und Mess- und Analysevorrichtung (2) zur Erzeugung eines Steuersignals für die Schallquelle sowie zur Signalerfassung und -verarbeitung.
  • Das Messobjekt (3) ist über ein Adapterstück (4) mit der Schallquelle (1) dichtend verbunden.
  • Antwortsignale werden mit geeigneten Sensoren je nach Messaufgabe an verschiedenen Messstellen (5a), (5b) und (5c) erfasst und verarbeitet.
  • Die Schallquelle besteht aus einem Überdruckreservoir (6) und einer Ventileinheit (7).
  • Die Messstelle (5a) ist so zu wählen, dass sie möglichst nahe am Antriebspunkt (8) ist. Dieser Punkt ist instrumentenabhängig so zu wählen, dass die Luftsäule stromauf dieses Punktes in funktionaler Sicht dem Schallerzeugungsmechanismus zuzuordnen ist, während die Luftsäule stromab dieses Punktes als passiver akustischer Resonator betrachtet werden kann.
  • Die Art und Anordnung der Sensoren erfolgt je nach Messaufgabe wie in 2 schematisch gezeigt:
    • Die auf den Schallfluss q(t) bezogene Druckantwort pa(t) an der Messstelle (5a) wird in den Frequenzbereich transformiert um die akustische Antriebsimpedanz zu bestimmen.
    • Die auf den Schallfluss q(t) bezogene Druckantwort pb(t) an einer Messstelle (5b) wird in den Frequenzbereich transformiert um eine akustische Übertragungsimpedanz zu bestimmen.
  • Die auf den Schallfluss q(t) bezogene Antwort yc (t) an der Messstelle (5c) wird in den Frequenzbereich transformiert, um eine Übertragungsimpedanz zu bestimmen. Dabei kann je nach Art von Sensor und Montage die Messgröße yc(t) an der Messstelle (5c) ein Druck innerhalb der Luftsäule oder eine mechanische Bewegungsgröße (z.B. Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Wandung sein, welche die Luftsäule begrenzt.
  • Die jeweils bestimmten Impedanzen gelten nur für die Frequenzen, bei denen der Antriebspunkt (8) als punktförmig angenommen werden kann (Wellenlänge sehr gross in Relation zum Luftsäulenquerschnitt).
  • Wenn nur ein Sensor für die Messstelle (5a) benutzt wird, so ist es vorteilhaft, wenn das Adapterstück (4) so ausgeführt ist, dass es einen lösbaren Teil im Eintrittsbereich der Luftsäule des Blasinstrumentes bei gleich bleibender Geometrie ersetzt (typischerweise das Mundstück). Das Messobjekt (3) ist dann so angeschlossen, dass die Schallquelle (1) an der Stelle ist, wo die Blasluft des Spielers ins Instrument eintreten würde.
  • Stehen mehrere Sensoren für die Messstelle (5a) zur Verfügung, so kann das Adapterstück (4) auch als Rohr mit konstantem Querschnitt und wählbarer Länge ausgeführt werden. Der Schallfluss am Antriebspunktspunkt wird dann über die gemessenen Druckgradienten im Bereich (5a) mit Hilfe einer Kalibriermessung bestimmt [Gibiat1990, Dickens2007]. In dieser alternativen Anordnung kann das Adapterstück auch so lang ausgeführt werden, dass sich am Antriebspunkt (8) die Reflektionen vom Messobjekt (stromauf propagiert) nicht mit späteren, entgegengesetzen Reflektionen an der Schallquelle (stromab propagiert) überlagern. Diese Ausführungsvariante ermöglicht die Messung von Reflexionsfunktionen [Sharp1996, Keefe1996].
  • Zur Kalibrierung der Vorrichtung wird ein sehr langes Kalibrierrohr (9) dichtend und ohne Querschnittsprung am Antriebspunkt (8) an das Adapterstück (4) angeschlossen (siehe 3). Das Kalibrierrohr muss dabei einen möglichst großen Teil der Schallenergie im Fluid über Reibung an der Rohrwandung dissipieren, so dass die Druckantwort an der Messstelle (5a) in guter Näherung reflektionsfrei gemessen wird. Über die aus dem Kanalquerschnitt und der Temperatur bestimmbare charakteristische akustische Impedanz Zc am Antriebspunkt (8) kann dann der Schallfluss q(t) aus der Druckantwort pa,cal(t) bestimmt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Schallquelle (1) mit einer druckunabhängig arbeitenden Ventileinheit (7) ist der zugeführte Schallfluss q nicht lastabhängig, d.h. die Schallquelle ist unabhängig vom Messobjekt (3) für einen großen Frequenzbereich als ideale Quelle zu betrachten.
  • Alternativ kann der Vordruck vor der Ventileinheit (7) so hoch gewählt werden, dass die Schallflussquelle als überkritische Düse betrieben wird. Der maximale Schallfluss unter diesen Bedingungen kann auch mit einem anderen als dem oben genannten Kalibrierverfahren bestimmt, oder rechnerisch abgeschätzt werden.
  • Praktischer Vorteil dieses Betriebsmodus' ist, dass der maximale Schallfluss auch für größere Vordrücke als Obergrenze eingehalten wird, wodurch die Messvorrichtung auch unter weniger genau kontrollierbaren Bedingungen stabil betrieben werden kann.
  • Besteht die Messaufgabe lediglich darin, Übertragungsimpedanzen zu Messstellen (5b) und/oder (5c) messen, so kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung vorteilhafter Weise so ausgeführt werden, dass die Kalibrierung unter Laborbedingungen mit einem sensorbestückten Adapterstück vorgenommen wird, welches für Messaufgaben durch ein baugleiches, nicht sensorbestücktes Adapterstück ersetzt wird.
  • Wird das Ventil in der Grundstellung geschlossen betrieben und während der Messdauer einmal geöffnet und geschlossen so ergibt sich ein positiver Schalldruckpuls. Eine andere Betriebsart ist, die Messung bei offenem Ventil zu starten und während der Messung das Ventil zu schließen und zu öffnen. Dabei ergibt sich ein negativer Schalldruckpuls. Die letztgenannte Betriebsart ähnelt dem tatsächlichen Vorgang der Schallerzeugung bei Rohr- und Blechblasinstrumenten. Während im linearen Regime beide Verfahren zu dem selben Ergebnis der Impedanz führen, kann die Polarität des Schallpulses im nichtlinearen Regime bedeutsam sein.
  • Zur Untersuchung nicht-linearer Effekte eignet sich insbesondere auch eine Serie von Einzelimpulsen mit betragsmäßig ansteigendem Spitzenwert.
  • Literaturverzeichnis
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    • [18] K. Geiger, C. Glandier, und R. Helber, „Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der akustischen Übertragungsimpedanz", DE602004008758T2, Juni 12, 2008.
    • [19] P. Dickens, J. Smith, und J. Wolfe, „Improved precision in measurements of acoustic impedance spectra using resonance-free calibration loads and controlled error distribution", J. Acoust. Soc. Am., Bd. 121, Nr. 3, S. 1471-1481, März 2007, doi: 10.1121/1.2434764.
    • [20] D. Sharp, „Acoustic pulse reflectometry for the measurement of musical wind instruments", phd, University of Edinburgh, 1996.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung akustischer Impedanzen von Blasinstrumenten, bestehend aus einer Schallquelle (1) und einer Steuerungs- und Messeinheit (2) dadurch gekennzeichnet, -dass die Schallquelle (1) eine Impulsschallquelle ist, die aus einem Überdruckreservoir (6) und einem Schnellschaltventil besteht und -dass die Steuerungs- und Messeinheit (2) dazu eingerichtet ist, akustische Impedanzen eines Blasinstrumentes zu bestimmen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass das Schnellschaltventil ein Sitzventil oder ein Schieberventil ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2) dadurch gekennzeichnet, dass das Schnellschaltventil durch einen elektromagnetischen oder einen piezoelektrischen Aktuator betätigt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschaltfunktion durch kaskadierte, zeitversetzt angesteuerte Ventile umgesetzt wird.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein austauschbares, sensorbestückbares Adapterstück (4) mit Innenkontur eines Blasinstrumentenmundstückes dichtend mit der Schallquelle (1) verbunden und damit aus funktionaler akustischer Sicht Bestandteil des Blasinstruments (3) ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren an Messstellen (5a),(5b), und (5c) akustische oder mechanische Größen erfassen.
  7. Verfahren zur Bestimmung akustischer Impedanzen von Blasinstrumenten mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle (1) am Instrumenteneintritt einen Schalldruckpuls von betragsmäßig mindestens 2 kPa (160 dB SPL) Spitzenwert und maximal 1 ms Pulsbreite erzeugt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 6), dadurch 'gekennzeichnet, dass aus den Antwortsignalen an den Messstellen (5a), (5b) und (5c) mittels Rückfaltung des Anregesignals eine schallflussbezogene Impulsantwort im Zeitbereich berechnet wird, aus der sich durch Fouriertransformation die gesuchte Antriebs- bzw. Übertragungsimpedanz ergibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8) dadurch gekennzeichnet, dass das Anregesignal für die Rückfaltung direkt gemessen wird oder durch Kalibrierung bestimmt wird, oder rechnerisch ermittelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8) oder 9), dadurch gekennzeichnet, dass das Anregegsignal eine Folge von Pulsen mit konstantem oder variiertem Spitzenwert ist.
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