DE2435362B2

DE2435362B2 - Schallintensitaets-messgeraet

Info

Publication number: DE2435362B2
Application number: DE19742435362
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1976-07-15
Also published as: DE2435362A1

Description

35

Bereits im Jahre 1932 erhielt H. F. Olson ein Patent (US-PA 18 92 644) auf ein »System, empfindlich auf den Energiefluß von Schallwellen« (vgl. auch DT-PS 6 00 518 und DTPS 6 35 259). Das System war aufgebaut aus einem Kondensatormikrofon als Druckempfänger und einem Bändchenmikrofon als Schnellempfänger. Die beiden Mikrofonsignale wurden verstärkt, multipliziert und tiefpaßgefiltert. Das Ausgangssignal ist, falls beide Mikrofone amplituden- und phasentreu arbeiten, der Schallintensität proportional.

Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Gerät wurde 1941 beschrieben (JASA 13 [1941], 124-136). Das System hat den entscheidenden Nachteil, daß Bandchenmikrofone keine phasentreuen Wandler darstellen. Deshalb mußte eine aufwendige Phasenkorrektur-Schaltung aufgebaut werden, mit der es für ein einzelnes Bändchenmikrofon gelang, die durch Biege-Eigenschwingungen des Bändchens erzeugten, über das ganze Frequenzband verteilten Phasenabweichungen annähernd auszugleichen. Da auf dieser Basis keine Meßgeräteproduktion möglich ist, wurden eine Anzahl weiterer Realisierungsversuche für ein Schallintensitäts-Meßgerät unternommen.

Ein Gerät, dessen Meßkopf aus zwei kleinen, dicht benachbarten Druckmikrofonen besteht, wurde 1956 beschrieben (JASA 28 [1956], 693-699). Hierbei werden die Summe und die Differenz der Mikrofonsignale elektronisch weiter verarbeitet. Das Gerät hat den Nachteil, daß es nur im Bereich von Frequenzen oberhalb 1 kHz ausreichende Empfindlichkeit besitzt.

Ausgehend von einem Schallintensitäts-Meßgerätder im Oberbegriff des Anspruches ! genannten Art, besteht die Aufgabe darin, ein solche¹; Schallintensitäts-Meßgerät derart weiterzubilden, daß dieses den Schalldruck und die Schallschnelle bzw. den Schalldruckgradienten amplituden- und phasentreu an einem Ort des Schallfeldes mit ausreichender Empfindlichkeit im Bereich niedriger Frequenzen bis etwa 1 kHz in elektrische Signale zu wandein vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst Vorteilhafts Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Anstelle des von Olson vorgeschlagenen Bändchenmikrofons wird demnach ein bekanntes Elektret-Druckgradientenmikrofcn, das nach dem Influenzprinzip arbeitet, verwendet. Ein solches Influenzmikrofon ergibt unter Verwendung bekannter Kreuzschlitz-Elektroden ein nahezu phasentreu arbeitendes Gradientenmikrofon. Der Frequenzbereich, in dem das Mikrofon hinreichend phasenireu arbeitet, kann erweitert werden, wenn die Membranmasse verkleinert wird, weshalb sonst im Mikrofonbau unübliche dünne Mikrofonmembranen verwendet werden können. Das Gradientenmikrofon ist zudem nur dann symmetrisch und phasentreu, wenn die F.lektret-Mikrofonmembran absolut in der Mitte zwischen den Gegenelektroden liegt. Da dieser Idealzustand nicht mit mechanischen Mitteln erreichbar ist, ist eine Gleichspannungs-Symmetriervorrichtung vorgesehen, die eine regelbare Gleichspannung an die festen Elektroden angelegt. Dadurch wirkt eine regelbare elektrostatische Kraft auf die Elektret-Mikrofonmembran. wodurch eine weitgehende Symmetrierung erreicht wird. Die Merkmale des Anspruches 4 bewirken, daß die Schnellfeldverzerrungen hinreichend klein werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt die der Membran zugewandte Seite einer Kreuzschlitzelektrode (la).

In Fig. 2 ist die Kapsel eines Elektret-Druckgradienten-Mikrofons (I) mit schalldurchlässigen Kreuzschlitzelektroden (la) und anschließender Gleichspannungs-Symmetriervorrichtung (2) dargestellt. Die Symmetriervorrichtung besteht aus einem Spannungsteiler (2a) und einer Gleichspannungsquelle (2b). Durch zwei Kondensatoren (2c) wird die Gleichspannung abgeblockt, bevor die Mikrofonspannung auf den symmetrischen Eingang eines Verstärkers (3) in F i g. 3 mit hochohmigem Eingang gelangt. Mit Hilfe eines Phasenschiebers (4) können noch kleine Phasenkorrekturen ausgeführt werden. Danach gelangt das Gradientenmikrofonsignal auf den einen Eingang eines Multiplikators (7), an dessen zweitem Eingang das Druckmikrofon (5) mit Kathodenfolger und Verstärker (6) liegt. Das Ausgangssignal des Multiplikators wird über ein Tiefpaßfilter (8) auf ein Anzeigegerät in Form eines Gleichspannungs-Meßgerätes (9) gegeben und als schallintensitätsproportionale Größe angezeigt.

Das beschriebene Schallintensitäts-Meßgerät wurde im Stehwellenfeld eines einseitig offenen Impedanzrohres geprüft. Im Gegensatz zu den stehenden Wellen von Schalldruck und Schallschnelle ist der Wirkleistungsfluß auf der ganzen Rohrlänge konstant oder nimmt kontinuierlich ab, falls die Wandverluste gegenüber der Strahlungsleistung nicht vernachlässigbar klein sind. Das Schallintensitäts-Meßgerät muß also theoretisch beim Abtasten des Schallfeldes im Impedanzrohr einen konstanten oder kontinuierlich abnehmenden Aus-

gangswert liefern, welcher dem Wirkleistungsfluß proportional ist

Die ortsabhängigen Schwankungen des Schallintensitäts-Meßergcbnisses AL_h die nach den vorstehenden Ausführungen den Meßfehler charakterisieren, waren bei dem beschriebenen Schallintensitäts-Meßgerät im gesamten Frequenzbereich kleiner als 1 dB. Der minimale Fehler wird bei nebeneinanderliegenden Mikrofonen durch Optimierung des Verhältnisses von Mikrofonabstand und Mikrofondurchmesse; erreicht. Ein Ausführungsbeispiel mit folgenden Maßen ergab einen Fehler ALi < 1 dB. Der Abstand der beiden Mikrofone betrug 2 cm; die Durchmesser betrugen 13 mm bzw. 22 mm für das Druck- bzw. Druckgradientenmikrofon. ,₅

Da die Empfindlichkeit des Gradientenmikrofons erheblich unter der Empfindlichkeit eines Druckmikrofons mit vergleichbaren Abmessungen liegt und die Schallfeldverzerrungen, die das Druckmikrofon am Ort des Gradientenmikrofons erzeugt, das Meßergebnis verfälschen, hat sich die Verwendung eines — verglichen mit dem Gradientenmikrofon — im Durchmesser kleineren Druckmikrofons als günstig erwiesen. Ein günstiges Durchmesserverhältnis ist das Verhältnis 2 zui.

Die mit dem Phasenschieber (4) eingestellten Phc^enkorrekturen Δψ und die Schalldruck-Pegeldifferenzen ALp im Stehwellenfeld sind in Abhängigkeit von der Frequenz in der Tabelle aufgeführt. Die Messung erfolgte mit reinen Tonen.

/"(Hz)	Δφ	ALp (dB)	ALi (dB)
60	+ 16°	25	0,7
125	+ 18°	25	0,8
250	+ 18°	25	0,4
500	+ 13°	20	0,8
1000	+ 4'	15	0.8

Messungen mit Terzrauschen hatten ähnliche Ergebnisse. Die Empfindlichkeit der Gradientenmtkrofonkapsel ist für das Gesamtgerät bestimmend und liegt bei etwa 2 mV/N/ni2± 1 dB im Frequenzbereich zwischen 60 und 1000 Hz.

Damit erfüllt das beschriebene Schallimensitäts-Meßgerät die anfangs dargelegten Forderungen. Es ermöglicht breitbandige, präzise und empfindliche Schallintensitätsmessungen in dem überwiegend interessierenden Frequenzbereich zwischen 60 Hz und 1000 Hz und ist serienmäßig herstellbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schallintensitäts-Meßgerät, bestehend aus zwei Mikrofonen, von denen das eine dem Druck und das 'andere dem Druckgradienten proportionale elektrische Ausgangssignale liefert, mit einer Phasenkorrekturschaltung und einer einem Anzeigegerät vorgeschalteten Multiplizierschaltung, velcher die Äusgangssignale beider Mikrofone zuführbar sind, _J0 dadurch gekennzeichnet, daß das dem Druckgradienten proportionale elektrische Ausgangssignale liefernde Mikrofon als ein an eine Gleichspannungs-Symmetriervcrrichtung (2) angeschlossenes Elektret-Druckgradienten-Mikrofon (1) »5 ausgebildet ist, das aus zwei festen, schalldurchlässigen Elektroden und einer unmetallisjerten Elektretmembran aufgebaut ist.

2. Schallintensitäts-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schalldurchlässigen Elektroden als Kreuzschlitzelektroden ausgeführt sind.

3. Schallintensitäts-Meßgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmetallisierte Elektretmembran ein Flächengewicht von 0,1 mg/cm² bis 1 mg/cm² hat.

4. Schallintensitäts-Meßgerät nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden Mikrofone ca. 2 cm beträgt und der Durchmesser des Druckmikrofons ca. 1 cm und der Durchmesser des Druckgradientenmikrofons ca.

2 cm betragen.