DE19524705A1 - Vorrichtung und Verfahren zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schallwellen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von SchallwellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen
von Schallwellen.
Es ist bekannt, daß sich Schallwellen als mechanische Longitudinalwellen im Raum aus
breiten. Die Phasengeschwindigkeit dieser Wellen wird auch als Schallgeschwindigkeit
bezeichnet. Sie hängt nur von den mechanischen Eigenschaften des Mediums, nicht
aber von der Frequenz der Wellen ab. Die Schallgeschwindigkeit in Gasen und in Luft
hängt weiterhin von der herrschenden Temperatur ab. Es ist weiterhin bekannt, die soge
nannte Schallschnelle, d. h. die Schwinggeschwindigkeit der Teilchen des Mediums, aus
dem Schalldruck zu berechnen. Als Schalldruck werden hierbei die in einer Schallwelle
auftretenden periodischen Druckabweichungen, also Über- und Unterdruck, bezeichnet.
In gasförmigen Medien ist dabei der Schalldruck von dem vorhandenen Gasdruck über
lagert. Innerhalb weiter Grenzen hängt die Schallgeschwindigkeit jedoch nicht vom Gas
druck, sondern nur von der Temperatur ab.
Als Vorrichtung zum lokalen Erfassen von Schallwellen ist beispielsweise das mensch
liche Ohr bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schallwellen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. Dadurch wird eine qualifizierte
Richtungsbestimmung von Schallwellen ermöglicht. Es ist dadurch erstmals möglich, bei
spielsweise Vortragshörsäle an entsprechend ausgemessenen optimalen Positionen mit
Mikrofonen und Lautsprechern zu versehen. Diese Vorgehensweise kann mit dem Begriff
Schalltechnik bezeichnet werden. Das Auditorium kann dadurch die vortragende Person
optimal verstehen. Eine eventuell akustisch ungünstige Bauweise eines solchen
Hörsaales, beispielsweise durch auftretenden Hall in diesem Vortragshörsaal, kann durch
Aufstellen der Vorrichtungen zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schall
wellen optimal vermessen und anschließend mit entsprechenden Hilfsmitteln, beispiels
weise Mikrofonen, Lautsprechern etc. versehen werden. Die erfindungsgemäßen Vorrich
tungen sind kostengünstig herstellbar und vielseitig verwendbar.
Im Prinzip wird eine Vorrichtung zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von
Schallwellen geschaffen, bei der ein Hohlkörper mit schallharten Seitenwänden und einer
elastisch beweglichen Seitenwand vorgesehen ist und in dem Hohlkörper Mittel zur
Druckaufnahme und Mittel zum Druckausgleich vorgesehen sind. Die drei Richtungskom
ponenten der Schallwellen im Raum gelangen auf die Seitenwände des Hohlkörpers. Da
nur eine Seitenwand des Hohlkörpers elastisch beweglich ist, die anderen Seitenwände
jedoch schallhart vorgesehen sind, kann eine auf diese elastisch bewegliche Schallwand
auftreffende Schallwelle diese Wand auslenken. Für diese elastisch bewegliche Seiten
wand kann beispielsweise Schweinsblase, Metallfolie oder ein Elastomer verwendet wer
den. Schallharte Materialien für die anderen Seitenwände sind beispielsweise Metall,
Stahl, Glas oder auch polierte Keramik. Auch eine zusätzliche sandwichartige Beschich
tung mit Blei oder Ton kann vorgesehen sein. Es soll durch das Vorsehen der schallhar
ten Wände keine Beeinflussung durch die auftreffenden Schallwellen für den Innenraum
des Hohlkörpers auftreten. Durch die Krafteinwirkung der von außen auf die elastisch
bewegliche Seitenwand auftreffenden Schallwellen wird diese Seitenwand nach innen
bewegt. Im Innenraum des Kastens ist ein Mittel zur Druckaufnahme, beispielsweise ein
Drucksensor, vorgesehen. Dieser Drucksensor nimmt die von der Schallwelle auf die
elastische Seitenwand ausgeübte Kraft auf. Durch geeignete Aufstellung des Drucksen
sors hinter der elastisch beweglichen Seitenwand wird eine richtungsabhängige Schall
messung ermöglicht. Eine Eichung kann durch Krafteinwirkung auf die elastisch beweg
liche Seitenwand erfolgen. Die Schallwelle wird also als Vektorgröße quantifiziert und
qualifiziert bzgl. ihrer Raumrichtung. Das im Hohlkörper vorgesehene Mittel zum Druck
ausgleich, beispielsweise ein Druckausgleichsventil nach dem rheologischen Prinzip oder
ähnlich dem Druckausgleichsmechanismus im menschlichen Ohr, dient dem Druckaus
gleich mit der Umgebung. Beim menschlichen Ohr sorgt die sogenannte Eustachische
Röhre für diesen Druckausgleich zwischen Außenluft und Luft im Mittelohr. Ein nach dem
rheologischen Prinzip arbeitender Druckausgleich würde durch locker gepacktes, körni
ges (vorzugsweise 5-100 µm Korngröße) Material erreicht werden. Würde kein solches
Druckausgleichsventil vorgesehen, würde durch verschiedene Druckverhältnisse im
Hohlkörper und in der Umgebung und durch die Bewegung der elastischen Seitenwand
im Innenraum des Hohlkörpers einmal ein Unterdruck, dann ein Überdruck entstehen. Die
bewegliche Seitenwand kann bei Unterdruck im Hohlkörper aufgrund ungleicher Druck
verhältnisse im Hohlkörper und in dessen Umgebung nach innen gezogen werden, auch
ohne Schalleinwirkung. Dies bedeutet eine Verfälschung der Meßergebnisse durch das
Mittel zur Druckaufnahme.
Außer einem Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Hohlkör
pers sollte auch ein Temperaturausgleich mit der Umgebung stattfinden. Dies ist erfor
derlich, da nach den bekannten Gastheorien die Gasmoleküle bei höheren Temperaturen
schneller schwingen als bei niedrigeren. Bei unterschiedlichen Temperaturen innerhalb
des Hohlkörpers und außerhalb in dessen Umgebung kann keine genaue Messung der
Schallwellen durch die Vorrichtung ermöglicht werden. Zum Erzielen von Meßsicherheit
kann eine Ausgleichsmessung durch einen Temperatursensor innerhalb des Hohlkörpers
vorgenommen werden. Die gemessene Differenz der Temperaturen im Innern und in der
Umgebung des Hohlkörpers kann dann mit in die Berechnung einfließen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere Ausführungsbei
spiele von Vorrichtungen zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schallwellen
anhand der Zeichnungen beschrieben.
Diese zeigen in
Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer
Vorrichtung zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von
Schallwellen,
Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Prinzipskizze einer Aufstellung von mehreren
Vorrichtungen gemäß Fig. 1 innerhalb eines Raumes zu Meßzwecken.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von
Schallwellen. Die Vorrichtung ist ein würfelförmiger Hohlkörper 1. Die Schallwellen 2 wir
ken aus drei Raumrichtungen auf die Vorrichtung ein. Die einwirkenden Schallwellen 2
sind durch drei Pfeile veranschaulicht. Die drei dargestellten Pfeile entsprechen den
voneinander unabhängigen Richtungskomponenten der Bewegung eines Teilchens nach
der kinetischen Gastheorie. Die drei Richtungskomponenten sind mit x, y und z bezeich
net. Die Bewegung dor Teilchen aufgrund des Schalls überlagert sich den normalen
Wärmebewegungen der Gasteilchen.
Die Gastherorie besagt, daß die Teilchen eines Gases sich im Raum regellos, ohne Vor
zugsrichtung bewegen. Sie stoßen elastisch zusammen und weisen eine Geschwindig
keit v auf. Die Druckkraft eines Gases ist demzufolge die Folge der Molekülstöße auf be
grenzende Flächen. Die Gesamtmasse des Gases M berechnet sich zu N · m = M, wobei
m die Masse eines Moleküls und N deren Anzahl ist.
Wird die Geschwindigkeit v jedes einzelnen Moleküls in seine Komponenten in Richtung
der Würfelkanten zerlegt, so ergeben sich die drei verschiedenen Bewegungsrichtungen.
Je ¹/₃ der Moleküle bewegt sich also parallel zu den Würfelkanten.
Bei jedem Stoß, auch gegen eine Wand, gibt ein Molekül den Impuls 2mv ab, da es nach
dem Stoß die entgegengesetzte Geschwindigkeit hat.
Zwischen je zwei Stößen an dieselbe Wand hat es dann den Weg 2a zurückzulegen. Bei
der Geschwindigkeit v legt das Molekül in der Zeit Δt den Weg v · Δt zurück und trifft da
bei (v · Δt)/2a mal die Wand.
Es gibt dabei also einen Impuls von 2mv · (v/2a) · Δt = mv² · Δt/a ab.
Die auf die Wand wirkende Kraft ergibt sich zu
wobei ΔJ der von allen Molekülen an die Wand abgegebene Impuls ist. Der Druck des
Gases errechnet sich aus
wobei F = a² die Fläche der Wand ist. Die auf die
Wand ausgeübte Kraft ist danach K = p · F, also Gasdruck mal Fläche der Wand.
Die Vorrichtung ist ein würfelförmiger Hohlkörper mit sechs Seitenwänden 3a-3f. Die
Seitenlängen sind bei Verwendung eines würfelförmigen Hohlkörpers alle gleich lang.
Vorteilhaft wird ein Würfel mit Kantenlänge a = 10 cm verwendet, also einem Volumen
von 1 Liter. Es könnte aber auch an Stelle des würfelförmigen Hohlkörpers ein beliebiger
Quader verwendet werden, dessen Seitenlängen ungleich lang sind. Fünf der Seiten
wände 3b, 3c, 3d, 3e, 3f sind schallhart aufgebaut. Sie bestehen beispielsweise aus Me
tall, Stahl, Glas oder polierter Keramik. Zusätzlich können sie sandwichartig aufgebaut
sein. Sie sind dann zusätzlich mit plastischen Materialien der Akustik, beispielsweise Blei
oder ungebrannten Ton beschichtet. Durch die fünf schallharten Seitenwände kann also
kein Schall in den Innenraum der Vorrichtung dringen.
Die sechste Seitenfläche 3a ist beweglich gestaltet. Beispielsweise kann für diese Fläche
ein Elastomer oder eine Schweinsblase verwendet werden. Bei Krafteinwirkung von
außen wird diese elastische Fläche nach innen bewegt. Eine solche Krafteinwirkung stellt
der auftretende Schall dar. Diese Seitenfläche 3a ist in Fig. 1 schraffiert dargestellt. Auf
der Innenseite 4 der Seitenwand 3a im Innenraum 5 der Vorrichtung ist ein Drucksensor 6
vorgesehen. Vorzugsweise ist der Drucksensor 6 direkt hinter der membranartigen
Seitenwand 3a angeordnet. Vorteilhaft ist auch eine bodengleiche Anordnung des Druck
sensors 6. Dadurch ist eine eindeutige geometrische Zuordnung der auf die elastische
Seitenwand 3a auftreffenden Schallwellen möglich. Das Schallfeld wird dadurch am
wenigsten gestört. Es werden nur Schallwellen von einer einzigen Seite aufgenommen.
Dadurch ist eine richtungsabhängige Schallmessung möglich. Durch die Aufteilung in die
Richtungskomponenten x, y und z ist die senkrecht zu der Seitenwand 3a angeordnete
Richtungskomponente x die größte Richtungskomponente bezüglich der Seitenwand 3a.
Eine Eichung der Krafteinwirkung auf die Seitenwand 3a ist durch Einwirken einer be
kannten Kraft auf diese Seitenwand möglich.
Die Empfindlichkeit der elastischen Seitenwand 3a bzgl. des auftreffenden Schalls kann
variiert werden. Beispielsweise kann sie der des menschlichen Ohres entsprechen. Die
Membranauslenkung (Trommelfell) liegt dabei bei etwa 10-9 in als wahrnehmbarer Hör
grenze, dies entspricht einem Druck von 0,002 N/m² bei einer Frequenz von beispielsweise
1.000 Hz.
Um genaue Messungen zu erhalten, ist es erforderlich, innerhalb der Vorrichtung und in
deren Umgebung dieselben Druck- und Temperaturverhältnisse zu haben. Der Druck in
einem Gas ist nämlich abhängig von der Temperatur des Gases. Dies folgt bereits aus
den Gasgesetzen. Es ist daher erforderlich, den Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 druck-
und temperaturbezogen mit der Umgebung des Hohlkörpers 1 zu verbinden. Dies ge
schieht durch ein Druckausgleichsventil 7. Das Druckausgleichsventil 7 ist in Fig. 1 auf
der Oberseite des Hohlkörpers angedeutet. Das Druckausgleichsventil 7 arbeitet vor
zugsweise nach dem rheologischen Prinzip, oder ähnlich wie die Eustachische Röhre bei
dem menschlichen Ohr. Zu diesem Zweck ist auf der Oberfläche 8 der Seitenwand 3e
eine elastische, poröse Membran 9 des Druckausgleichsventils 7 vorgesehen. Diese
Membran 9 ermöglicht in Verbindung mit der besonderen Formgebung des Druckaus
gleichsventils 7 den Druckausgleich zwischen Innenraum des Hohlkörpers und dessen
Umgebung. Aufgrund der Durchlässigkeit der Membran 9 ist auch der Temperaturaus
gleich gewährleistet. Ein solches Druckausgleichsventil 7 ist in Fig. 2 in einer ersten
Ausführungsform dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Dargestellt ist
eine Ausführungsform eines sandwichartigen Aufbaus der schallharten Seitenwände
3b-3f. Eine äußere Schicht 10 ist beispielsweise aus Glas aufgebaut. Eine darunter an
geordnete innere Schicht 11 ist beispielsweise aus Ton aufgebaut. Das Druckausgleichs
ventil 7 ist luftdicht an die Innen- und Außenflächen des Hohlkörpers angeschlossen. Für
den Fall eines Luftzutritts ist ein Druckausgleichs-Hilfsventil 7a zusätzlich vorgesehen,
welches bis zur Schicht 11 reicht. Dies ist in Fig. 2 nur angedeutet. Um eine Ver
fälschung der Meßergebnisse im Bereich des Druckausgleichsventils 7 in der Seitenwand
3e zu verhindern, baut das rheologisch wirkende Druckausgleichsventil für kurze
Drucklastwechsel eine Kraftwirkung auf, die etwas größer ist, als die schallbedingte Kraft
im Innenraum. Für raumtemperaturbedingt wirkende Änderungen der Kraft im Innenraum
gegen die Seitenwände des Hohlkörpers erlaubt das Druckausgleichsventil den Aus
gleich. Verbleibende Resteinflüsse sind durch Eichung zu erfassen. Die Membran 9 des
Druckausgleichsventils 7 ist vorteilhaft aus einem gasdurchlässigen Material gefertigt.
Das Eindringen von Schallwellen im Bereich dieser fest mit der Seitenwand 3e verbunde
nen Membran 9 in den Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 wird dadurch verhindert, daß eine
Füllschicht 16 des Druckausgleichsventils 7 den Schall abfängt.
Ein Eindringen von Schallwellen in den Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 ist lediglich von
der Seite der Seitenwand 3a möglich. Eine nichtausgelenkte Seitenwand 3a ist als strich
punktierte Linie angedeutet, die ausgelenkte Seitenwand 3a′ durch eine gebogene,
durchgezogene Linie. Auf der Innenseite 4 der ausgelenkten Seitenwand 3a′ ist der
Drucksensor 6 angedeutet. Die Haupt-Richtungskomponente x ist durch einen großen
Pfeil dargestellt. Bei geeigneter Aufstellung der Vorrichtung im Raum wird das Zentrum
der Seitenwand 3a′ am weitesten nach innen in den Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 aus
gelenkt. Der Geschwindigkeitsvektor des Schalls ergibt sich aus der Gleichung (1).
Die Empfindlichkeit des Drucksensors kann so genau gewählt werden, daß, wie beim
menschlichen Ohr, eine Auslenkung der Seitenwand 3a′ um etwa 10-9 m noch wahrge
nommen werden kann. Eine Auswertung der durch den Drucksensor aufgenommenen
Daten kann im Inneren der Vorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise ist dort eine
Auswerteeinheit mit einer Platine mit entsprechenden Schaltungen vorgesehen. Die Vor
richtung kann, beispielsweise zum Anschluß an einen Computer, auf einer der schall
harten Seitenwände 3b-3f mit einer entsprechenden Anschlußschnittstelle für ein Über
tragungskabel versehen sein. Auf einer dieser schallharten Seitenwände kann aber auch
eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise ist, bei Verwendung einer
schallharten Seitenwand aus Glas, eine Anzeigeeinrichtung im Innenraum 5 des Hohl
körpers 1 vorgesehen. Diese kann durch die Seitenwand aus Glas abgelesen werden.
Auf der Innenseite der schallharten Wand 3f oder einer der anderen Wände im Innen
raum 5 des Hohlkörpers 1, kann eine Reihe von weiteren Sensoren 17 vorgesehen sein
zum Erfassen des Schalldrucks im Hohlkörper. Die Sensoren 17 können hinter dem bo
dengleichen Drucksensor 6 bis hin zu der schallharten Seitenwand 3c vorgesehen sein.
Vorzugsweise werden solche Sensoren 17 gewählt, die in Zeiten von weniger als 60 ms
ansprechen. Dadurch ist eine Frequenzanalyse möglich.
Fig. 2a zeigt eine Detailansicht des Druckausgleichsventils 7 gemäß Fig. 2. Die Füll
schicht 16 ist in der äußeren Schicht 10 angeordnet. Sie weist auf der Außenseite, mit
der Oberfläche 8 der äußeren Schicht 10 in einer Ebene liegend, ein Gewebe 18 auf.
Das Gewebe 18 deckt die Füllschicht 16 über ihrer gesamten Außenfläche ab. Die
Maschenweite des Gewebes 18 beträgt beispielsweise 5 µm.
Die Füllschicht 16 ist vorzugsweise ein körniges Material. Sie wirkt dadurch schall
dämpfend und gleichzeitig druckdurchlässig. Die Füllschicht 16 und damit das Druckaus
gleichsventil 7 sind im Querschnitt rund und weisen einen Durchmesser von
6-100 µm auf.
Auf der anderen Außenseite der Füllschicht 16, der zu der inneren Schicht 11 gewandten
Seite, ist ein zweites Gewebe 19 vorgesehen. Auch dieses Gewebe 19 deckt die Füll
schicht 16 über ihrer gesamten Außenfläche ab. Die Maschenweite des Gewebes 19
beträgt vorzugsweise 5 µm.
Unter dem Gewebe 19 ist ein Hohlraum 20 vorgesehen. Dieser ist mit Luft gefüllt. Er
weist im wesentlichen die gleiche Höhe auf wie die Schicht 11, innerhalb derer er vorge
sehen ist.
Auf der zum Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 weisenden Seite ist der Hohlraum 20 durch
eine Membran 21 verschlossen. Die Membran ist elastisch und porös oder porig. Sie ist
vorzugsweise fluchtend mit der Oberfläche der inneren Schicht 11 angeordnet.
Anstelle der die gleiche Höhe wie die Schicht 10 aufweisenden Füllschicht 16 kann diese
auch auf ihrer Oberseite eine röhrenförmige Verlängerung aufweisen. Das Gewebe 18
deckt dann die röhrenförmige Verlängerung auf der Oberfläche ab. Die röhrenförmige
Verlängerung weist vorzugsweise den gleichen Durchmesser, wie der Führschicht 16 an
ihrer Oberfläche entspricht, auf. Sie kann eine Länge von z. B. 1 m aufweisen und in
Form einer Spirale vorgesehen sein. Innerhalb der röhrenförmigen Verlängerung ist dann
das körnige Material oder Schüttgut vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die röhren
förmige Verlängerung bei extremen Druckunterschieden im Innern und der Umgebung
des Hohlkörpers, beispielsweise bei einem Umgebungsdruck von 3 bar.
Anstelle des beschriebenen Druckausgleichsventils kann auch ein Bunsen-Ventil verwen
det werden. Ein solches Ventil weist ein Schlauchstück mit einem ca. 1 cm langen Längs
schnitt auf. An einem Ende ist das Schlauchstück verschlossen, beispielsweise mit einem
Glasstabstück. An dem gegenüberliegenden anderen Ende ist das Schlauchstück über
beispielsweise ein Glasrohrstück mit dem Hohlkörper verbunden. Über das Glasrohrstück
kann Luft von dem Innenraum des Hohlkörpers in das Schlauchstück gelangen. Herrscht
in dem Innenraum des Hohlkörpers in Bezug zu der Umgebung des Hohlkörpers ein
Überdruck, so weitet sich das Schlauchstück. Die Luft entweicht dabei durch den ge
weiteten Längsschnitt. Es entsteht also ein Druckausgleich zwischen Innenraum und
Umgebung des Hohlkörpers.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer elastisch beweglichen Seitenwand dar
gestellt. Es ist ein starres scheibenförmiges Element 22 vorgesehen, das an seinem
äußeren umlaufenden Rand von Federelementen 23 eingefaßt ist. Die Federelemente 23
sind an ihrem von dem starren scheibenförmigen Element 22 wegweisenden Ende 24 mit
den schallharten Seitenwänden 3b, 3d, 3e, 3f luftdicht und fest verbunden. Der Druck
sensor 6 ist auf der zum Innenraum 5 des Hohlkörpers 1 weisenden Innenseite 25 des
Elementes 22 mit Abstand zu diesem angeordnet. Bei auftreffenden Schallwellen wird
das scheibenförmige Element 22 um dx ausgelenkt, wie in Fig. 3 mit dem Bezugs
zeichen 22′ gestrichelt dargestellt. Die gestrichelt dargestellten Federelemente 24′ zeigen
ebenfalls die ausgelenkte Position. Das starre Element 22 wird also nicht, wie die Mem
bran in den vorigen Figuren, selbst elastisch bewegt, sondern lediglich die Federele
mente 24.
Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze einer Aufstellung von drei Vorrichtungen (14a, 14b, 14c)
im Raum zu Meßzwecken. Der Raum weist eine Schallquelle 12 und ein Auditorium 13
auf. Der Raum könnte beispielsweise ein Vortragshörsaal sein, in dem das Auditorium
aufgrund stark auftretenden Halls nicht in der Lage ist, dem Vortrag eines Vortragenden
(Schallquelle 12) zu folgen, da es den Vortragenden akustisch nicht verstehen kann. Das
Problem kann durch entsprechende Aufstellung von Mikrofonen und Lautsprechern ge
löst werden. Die Schallwellen löschen sich dann selbst aus. Eine solche Auslöschung ist
jedoch nur möglich, wenn gleiche Ausbreitungsrichtung, gleiche Frequenz und gleiche
Amplitude der Schallwellen vorgesehen sind und ein Gangunterschied bei den Schall
wellen von
vorgesehen ist. Bei ungleicher Amplitude tritt ledig
lich eine Schwächung der Schallwellen, nicht jedoch deren Auslöschung auf. Der Schall
muß also als Vektorgröße quantifizierbar sein, um eine vollständige Auslöschung an den
gewünschten Stellen durch eine entsprechende Aufstellung der Mikrofone und Laut
sprecher vorsehen zu können. Es sollte also die Größe des insgesamt an einem be
stimmten Punkt auftretenden Schalls gemessen werden können. Dies wird als qualifi
zierte Richtungsbestimmung des Schalls bezeichnet. Zu diesem Zweck sind in Fig. 3
drei Vorrichtungen 14a, 14b, 14c gemäß Fig. 1 vorgesehen. Die beweglichen Seiten
wände 3a der drei Vorrichtungen 14a, 14b, 14c können zu der Schallquelle gerichtet sein.
Ebenso können sie aber auch in die drei Raumrichtungen x, y, z gerichtet sein. Dadurch
können die drei Richtungskomponenten x, y, z gemessen werden. Die drei Vorrichtungen
14a, 14b, 14c sind dann vorteilhaft an einer Stelle im Raum angeordnet. Die Anordnung
entspricht für diesen Fall nicht der in Fig. 3 angedeuteten. Beispielsweise könnte die
Anordnung gemäß Fig. 3 jeweils durch zwei weitere Vorrichtungen, die mit ihren
elastischen Seitenwänden 3a in die jeweils anderen beiden Raumrichtungen weisen, er
gänzt werden. Dadurch könnte an den durch die drei Vorrichtungen 14a, 14b, 14c ange
deuteten Positionen in der Schallrichtung zum Auditorium 13 hin eine Messung erfolgen.
Eine weitere Aufstellungsmöglichkeit der Vorrichtungen 14a, 14b, 14c zu Meßzwecken
ist, diese auf einem winkelgesteuerten Drehtisch vorzusehen. Dadurch ist eine winkelab
hängige und bzgl. des Winkels genaue Erfassung der Schallwellen möglich.
Diese Anordnung wäre auch in der Lage, folgende Grenzfrage zu klären: ob einzig die
Schallwellenauslöschung und/oder Teilüberlagerungen Ursache einer Hallproblematik
sind, oder ob hier eine Beschreibung auf der Basis der kinetischen Gastheorie zu erfol
gen hat. Letztere wäre einzig auf Asymmetrien der Laufzeiten längs der drei Raum
hauptrichtungen zurückzuführen. Diese Asymmetrien sind durch Kraftmessung für jede
Raumrichtung quantifizierbar.
Zu Meßzwecken sollten die Vorrichtungen 14a, 14b, 14c im Raum möglichst so angeord
net werden, daß kein Kabel oder ähnliches, mit der Vorrichtung verbundenes Über
tragungswerk die Messung behindert.
Anstelle der würfelförmigen Hohlkörper können auch beliebig geformte Körper mit einer
elastisch beweglichen Seitenwand und ansonsten schallharten Schallwänden verwendet
werden.
Mit der würfelförmigen Vorrichtung als Bezugsgegenstand könnten mit beliebig geformten
Körpern und deren Meßergebnissen Formfaktorbeiwerte definiert werden. Die Über
tragung dieser Beiwerte auf die Akustik zu planender Bauwerke ist von größtem wirt
schaftlichen, möglicherweise auch kulturellen Interesse.
Claims (15)
1. Vorrichtung zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schallwellen (2),
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hohlkörper (1) mit schallharten Seitenwänden (3b, 3c, 3d, 3e, 3f) und einer
elastisch beweglichen Seitenwand (3a) vorgesehen ist, und daß in dem Hohlkörper (1)
Mittel (6) zur Druckaufnahme und Mittel (7) zum Druckausgleich vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper (1) würfelförmig oder quaderförmig ist und fünf schallharte und
eine bewegliche Seitenwand aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Druckaufnahme ein Drucksensor (6) oder dergleichen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zum Druckausgleich ein Druckausgleichsventil (7) ist, das nach dem
rheologischen Prinzip oder ähnlich einer Eustachischen Röhre oder eines Bunsen-
Ventils arbeitet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die schallharten Seitenwände (3b, 3c, 3d, 3e, 3f) einschichtig oder sandwichartig
aufgebaut sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die schallharten Seitenwände (3b, 3c, 3d, 3e, 3f) aus Metall, Stahl, Glas oder
polierter Keramik oder in Verbindung mit Blei, Ton oder dergleichen gefertigt sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Seitenwand (3a) aus einem Elastomer, Goldfolien, einer
Schweinsblase oder dergleichen gefertigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Seitenwand (3a) ein starres, scheibenförmiges Element (22) und
Federelemente (23) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel (6) zur Druckaufnahme im Bereich der beweglichen Seitenwand (3a)
auf deren Innenseite (4) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel (6) zur Druckaufnahme bodengleich im Bereich der beweglichen
Seitenwand (3a) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß weitere Mittel (17) zur Druckaufnahme zwischen der beweglichen Seitenwand (3a)
und der zu dieser parallelen schallharten Seitenwand (3c) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel (7) zum Druckausgleich in einer der schallharten Seitenwände (3b, 3c,
3d, 3e, 3f) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel (7) zum Druckausgleich im Bereich der Oberfläche (8) der schallharten
Seitenwand (3b, 3c, 3d, 3e, 3f) eine druck- und temperaturdurchlässige Membran (9)
aufweist.
14. Verfahren zum lokalen und richtungsabhängigen Erfassen von Schallwellen mit einer
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Vorrichtungen (14a, 14b, 14c) für Meßzwecke in einem Raum
aufgestellt werden, daß die beweglichen Seitenwände (3a) der Vorrichtungen (14a,
14b, 14c) so ausgerichtet werden, daß sie jeweils senkrecht zu den drei
Raumkomponenten (x, y, z) der Schallwellen angeordnet werden, und daß eine
eindeutige geometrische Zuordnung der auf die jeweilige bewegliche Seitenwand (3a)
auftreffenden Schallwellen vorgenommen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Auswertung oder Zuordnung der aufgenommenen Daten in einer in der
Vorrichtung (14a, 14b, 14c) vorgesehenen oder in einer daran anschließbaren oder
angeschlossenen Auswerteeinheit vorgenommen wird.
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DE (1) | DE19524705C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7644617B2 (en) | 2005-10-12 | 2010-01-12 | Deutsches Zentrum fur Luft und Raumfahrt Linder Hohe | Device and method for acoustic source localization in a sound measurement testbed |
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Citations (1)
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DE4007440C1 (en) * | 1990-03-09 | 1991-05-02 | Werner 3510 Hann Muenden De Rinski | Sound capturing unit for drum - has frusto=conical funnel with large end attached to drum and holder for microphone at small end |
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1995
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US7644617B2 (en) | 2005-10-12 | 2010-01-12 | Deutsches Zentrum fur Luft und Raumfahrt Linder Hohe | Device and method for acoustic source localization in a sound measurement testbed |
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