DE2616585B2 - Integrierender Schallpegelmesser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen integrierenden Schallpegelmesser laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es sind integrierende Schallpegelmesser bekannt, bei denen die Ausgangsspannung eines Mikrofons über ein Potenzierglied einem Spannungs-Frequenz-Wandler zugeführt wird, dessen Ausgangsfrequenz als Zählimpulsfolge einem Zähler mit dezimaler Zifieranzeige zugeführt wird (Neues von Rohde & Schwarz, Heft 68, Seiten 9—12). Der Dezimalzähler ist in seinem eigentlichen Zählsystem in bekannter Weise als Binärzähler ausgebildet. Bei diesem bekannten Gerät wird somit über den Zähler als dezimale Ziffer die gemessene Lärmdosis angezeigt. Gleichzeitig wird über einen weiteren Zähler im Gerät die jeweilige Meßdauer gemessen und angezeigt. Für Messungen nach DlN-Norm ist eine Quadrierung des gemessenen normierten Schallpegels erforderlich und bei den bekannten Geräten ist deshalb meist ein Quadrierer als Potenzierglied vorgesehen. Nach der sogenannten OSHA-Norm ist eine Potenzierung mit dem Faktor 1,2 nötig und das Potenzierglied ist für solche Messungen entsprechend anders dimensionieit. Bei Verwendung eines Quadrierers entspricht der angezeigte Lärmdosiswert unmittelbar dem während der Meßdauer integrierten Quadrat des gemessenen Schalldruckes und durch Division dieses Lärmdosiswertes mit der gemessenen und angezeigten Meßdauer und durch anschließendes Logarkhmieren kann so rechnerisch nach der bekannten Formel der energie-äquivalente Dauerschallpegel bestimmt werden. Diese bekannten integrierenden Schallpege!messer sind wegen der gleichzeitigen Anzeige der jeweiligen Meßdauer sehr iniverseil einsetzbar, besitzen jedoch den Nachteil, daß die Auswertung des Meßergebnisses sehr erschwert ist. Um den Auswert-Rechenvorgang zu vereinfachen, sind an sich schon spezielle Rechenscheiben bekannt, an denen nur noch die Lärmdosis und die Meßdauer eingestellt wird und der energie-äquivalente Dauerschallpegel unmittelbar abgelesen werden kann. Es ist auch bekannt, einem solchen integrierenden Schallpegelmesser einen Mikrocomputer zuzuordnen, durch den dieser Rechenvorgang automatisiert wird (Neumann Lärmmeßpraxis, Seite 117—120). Letztere bekannte Lösung ist gerätetechnisch sehr aufwendig und teuer.

Es ist auch schon ein Gerät zur Beurteilung der Lärmschädlichkeit bekannt (DE-OS 21 40 387), bei dem zwischen dem die Mikrofonspannung bewertenden Netzwerk und dem Spannungs-Frequenz-Wandler, dessen Ausgangsfrequenz wieder in einem Dezimalzähler gezählt wird, eine Torschaltung vorgesehen ist, die durch einen mit dem Zähler verbundenen Grenzwertmelder schaltbar ist. Dadurch kann eine Vor- oder Rückwärtszählung bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegegebenen Grenzpegels ausgelöst werden. Bei diesem bekannten Gerät ist ferner eine Zeitsteuereinrichtung vorgesehen, die auf den Spannungs-Frequenz-Wandler einwirkt und damit auch eine Beeinflussung der Zählimpulsfolge ermöglicht; hierdurch soll bei dem bekannten Gerät eine nichtlineare Zeitabhängigkeit, beispielsweise eine bestimmte Zeitabhängigkeit des Vertäubungsaufbaus nachgebildet werden.

Schließlich ist ein Schallpegelindikator bekannt (DE-OS 23 12 705), bei dem die bewertete Ausgangsspannung des Mikrofons mehreren parallelgeschalteten Anzeigeverstärkern mit unterschiedlich eingestelltem Verstärkungsgrad sowie am Ausgang jeweils angeschalteten Integratoren und Leuchtdioden zugeführt wird. Bei einem bestimmten Schallpegel sprechen dann alle Leuchtdioden an, die Verstärkern zugeordnet sind, die aufgrund ihres eingestellten Verstärkungsfaktors ein

genügend großes Signal an die Leuchtdioden liefern. Bei diesem bekannten Gerät ist ferner eine Verknüpfungsschaltung der Leuchtdioden vorgesehen, die ermöglicht, daß nur jeweils die dem herrschenden Schallpegel zugeordnete Leuchtdiode freigegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrierenden Schallpegelmesser zu schaffen, der sehr einfach und preiswert insbesondere au:, standardisierten elektronischen Bauelementen aufgebaut werden kann und trotzdem ohne zusätzliche Rechenoperationen unmittelbar die Anzeige des jeweils gemessenen Schallpegcis in dB ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem integrierenden Schallpegelmesser laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßer Schallpegelmesser ermöglicht unmittelbar die Anzeige des durch das Mikrofon empfangenen gemittelten Schallpegels in dB auf einer den z. B. in einer Reihe angeordneten Anzeigeelementen des Zählers zugeordneten dB-Skala mit gleich großer dB-Abstufung, ohne daß hierzu irgendeine Rechenoperation durch den Benutzer des Gerätes nötig ist, denn wegen der fest eingestellten Meßdauer bestimmt durch den zwischengeschalteten Zeitgeber entspricht die dem Zähler zugeführte Anzahl der Impulse bereits unmittelbar dem Quotienten Lärmdosis: Meßdauer und über die dem Zähler zugeordnete jo dB-Skala, deren Stufung sich nach der Art des verwendeten Zählers und der Art des angewendeten Meßverfahrens richtet, kann somit unmittelbar der Dauerschallpegel in dB angezeigt werden. Bei einem Binärzähler entspricht eine Verdopplung des Zählerinhaltes einer Verschiebung der Anzeige um eine Zählerstelle. Nachdem andererseits bei Anwendung des DIN-Meßverfahrens und Verwendung eines Quadrierers als Potenzierglied eine Verdopplung der Frequenz des Spannungsfrequenzwandlers eine Erhöhung des Mikrofonschallpegels um 3dB bedeutet, ergibt sich somit bei einem erfindungsgemäßen Schallpegelmesser mit Quadrierer und nachgeschaltetem Binärzähler eine den einzelnen Anzeigeelementen des Binärzählers zugeordnete dB-Skala mit einer 3dB-Stufung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Bei dem im Prinzipschaltbild dargestellten integrierenden Schallpegelmesser wird in bekannter Weise die einem bestimmten normierten Schalldruckpegel entsprechende Ausgangsspannung eines Mikrofons 1 über einen Verstärker 2 mit vorbestimmter Freuqenzbewertung einem Potenzierglied 3 zugeführt, dem ein Spannungs-Frequenz-Wandler 4 nachgeschaltet ist. Dem Potenzierglied kann gegebenenfalls noch eine bekannte Schaltung zur Zeitbewertung nachgeschaltet sein, z. B. ein Spitzenwertgleichrichter mit vorbestimmter Abfallzeitkonstante. Bei der Schallpegelmessung nach IEC bzw. DIN-Norm wird als Poten^ierglied eine Quadrierschaltung verwendet, die eine dem Quadrat der Eingangsspannung entsprechende Ausgangsspannung liefert. Bei Schallpegelmessungen nach der OSHA-Norm ist ein Potenzierglied mit einer Potenz von 1,2 und ein vorgeschalteter Effektivwertmesser vorgesehen, da nach dieser Norm eine Verdopplung der Lärmdosis pro Meßdauer jeweils einer Erhöhung um 5dB entsprechen soll. Im Prinzip kann die Erfindung bei ull diesen bekannten Meßprinzipien angewendet werden, es muß lediglich die dB-Skala des nachgeordneten Zählers entsprechend angepaßt und abgestuft werden. Im nachfolgenden wird die Erfindung ausschließlich im Zusammenhang mit der Verwendung eines Quadriergliedes 3 beschrieben.

Die dem Quadrat der Eingangsspannung entsprechende Ausgangsspannung des Quadriergliedes 3 wird dem Spannungs-Frequenz-Wandler 4 und dessen Ausgangsfrequenz über eine Torschaltung 5 einem Zähler 6 zugeführt. Die Torschaltung 5 wird über einen Zeilgeber 7 angesteuert, der auf eine vorbestimmte Meßzeit eingestellt ist. Bei Einschalten des Gerätes oder bei Drücken einer entsprechenden Meßtaste öffnet der Zeitgeber 7 für eine vorbestimmte Meßzeit T die Torschaltung 5 und während dieser Zeit kann die Meßfrequenz des Wandlers 4 zum Zähler 6 gelangen. Nach Ablauf der Meßzeit T wird die Torschaltung 5 wieder geschlossen und es können deshalb keine Impulse mehr zum Zähler 6 gelangen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Zähler 6 ein einfacher fünfstufiger Binärzähler verwendet, der je nach Meßumfang beliebig mehrere Stufen besitzen kann. Jeder einzelnen Stufe des Zählers 6 ist ein gesondertes Anzeigeelement 8 zugeordnet, im einfachsten Fall sind dies Leuchtdioden, die unmittelbar mit dem Ausgang der entsprechenden Zählerstufe verbunden sind.

Wegen der eingangs erwähnten Verwendung einer Quadrierschaltung 3 entspricht eine Verdopplung der Meßfrequenz des Wandlers 4 einer Erhöhung des am Mikrofon anliegenden Schallpegels um 3dB. Eine Verdopplung der Meßfrequenz und damit auch eine Verdopplung der Anzahl der pro Meßdauer dem Binärzähler zugeführten Impulse bedeutet aber auch eine Verschiebung des Zählerinhaltes des Binärzählers 6 um eine Stufe nach rechts in Vorwärtszählrichtung, d. h. auch die Anzeige an den in einer Reihe angeordneten Anzeigeelementen 8 verschiebt sich bei Verdopplung um eine Stelle nach rechts. Dies wird besonders anschaulich durch die dem Zähler 6 in der Figur zugeordnete übliche Binärschreibweise. Wenn zunächst die erste Stufe 2° wirksam ist und die zugeordnete erste Leuchtdiode 8 aufleuchtet und anschließend der Eingangsschallpegel um 3dB erhöht wird, sich also die Meßfrequenz von diesem Wert ausgehend verdoppelt, so ergibt sich aus dem Schema, daß nunmehr die zweite Zählerstufe 2' wirksam geworden ist und deren Anzeigeelement 8 aufleuchtet. Wenn dieser Wert wieder verdoppelt wird, wird die dritte Zählerstufe 2² wirksam und deren zugeordnete Leuchtdiode 8 leuchtet auf usw. Daraus ergibt sich, daß jeweils die der höchsten aktivierten Zählerstufe zugeordnete Leuchtdiode den jeweiligen Pegelmeßwert unmittelbar in dB anzeigt, und zwar wegen der erwähnten Quadrierung mit einer Stufung von 3dB, wie dies durch die den Leuchtdioden 8 zugeordnete dB-Skala 9 schematisch angedeutet ist. Nachdem die Meßzeit Γ bekannt ist, kann die Skala 9 entsprechend geeicht werden.

Für eine erleichterte Auswertung des Meßergebnisses ist es von Vorteil, dem Zähler 6 bzw. den zu den einzelnen Leuchtdioden 8 führenden Ausgängen dieses Zählers eine Logikschaltung zuzuordnen die bewirkt, daß immer nur die Leuchtdiode der jeweils höchsten wirksamen Zählerstufe aufleuchtet, die darunterliegendem geringwertigen Leuchtdioden dagegen dunkel bleiben.

Der Zeitgeber 7 ist von bekannter Bauart, er besteht beispielsweise aus einem einfachen Zähler, der durch

einen Generator angesteuert ist und der nach dem Einlauf einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen automatisch die Torschaltung 5 schließt. Er ist zweckmäßigerweise einstellbar, so daß je nach Meßaufgabe Meßzeiten zwischen einigen Millisekunden bis zu einigen Situnden eingestellt werden können. Um hierbei jedoch die Eichung der Skala 9 beibehalten zu können, ist es in diesem Fall erforderlich, zwischen Wandler 4 und Zähler 6 noch einen entsprechend einstellbaren Frequenzteiler bzw. Frequenzvervielfacher anzuordnen, so daß beispielsweise bei einer Verdopplung der Meßdauier Tdei Frequenz entsprechend halbiert wird. Diese entsprechende Berücksichtigung der Einstellung der Meßdauer kann natürlich auch unmittelbar in dem Spannungs-Frequenz-Wandler 4 erfolgen.

Diese Einstcllbarkeit des Zeitgebers 7 ermöglicht es außerdem mit diesem Schallpegelmesser auch Momentanwertmessungen durchzuführen, indem einfach die Meßzeit sehr klein gewählt wird, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Millisekunden, und zusätzlich noch über den Zeitgeber 7 dafür gesorgt wird, daß vor dem erneuten öffnen der Torschaltung 5 und damit Ausführen der nächsten Momentanwertmessung der Zähler 6 zurückgestellt wird. Hierzu genügt eine einfache Verknüpfung zwischen Zeitgeber 7, Torschaltung 5 und Zähler 6 sowie ein zusätzlicher Schalter, durch den von integrierender Messung auf Momentanwertmessung umgeschaltet werden kann.

Eine feinere dB-Stufung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, daß zwei oder mehrere Binärzähler zur Anzeige benutzt werden und die Anzeigeskalen dieser Binärzähler entsprechend gegeneinander versetzt sind. In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel hierfür dargestellt. Neben dem Zähler 6 sind noch zwei weitere identisch aufgebaute Binärzähler 10 und 11 vorgesehen, deren einzelnen Zählerstufen wiederum Anzeigeelemente 8 zugeordnet sind. Vor jedem dieser Zähler 10 und 11 ist jeweils ein Frequenzteiler 12 bzw. 13 vorgesehen. Die Teilungsfaktoren π und m dieser beiden Frequenzteiler 12 und 13 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Zähler 10 im Sinne der zugeordneten Skala 15 jeweils in 3dB-Slufung anzeigt, jedoch mit gegenüber der Skala 9 um IdB versetzten Werten, ebenso der Zähler 11 auf der Skala ^r, 16 mit gegenüber dem Zähler 6 um 2dB versetzter Anzeige. Wenn die beiden Frequenzteiler 12 und 13 über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 14 unmittelbar vom Ausgang der Torschaltung 5 aus zusammen mit dem Zähler 6 angesteuert werden, so wird der

κι Teilungsfaktor des Frequenzteilers 12 beispielsweise zu 1,259 und der Teilungsfaktor des Teilers 13 zu 1,585 gewählt und es wird dann automatisch die gewünschte gegenseitige Versetzung der Skalen 9, 15 und 16 erreicht. Zweckmäßigerweise werden natürlich die

Ii Skalen nicht wie in dem Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber dargestellt getrennt geordnet sondern vielmehr zu einer einzigen linearen Skala mit 1 dB-Stufung zusammengefaßt, und die einzelnen Anzeigeelemente 8 der drei Zähler 6, 10 und 11 werden in einer Reihe ineinander verschachtelt angeordnet. Zur einfachen Realisierung der gewünschten ungeraden Teilungsfaktoren der Teiler 12 und 13 kann die Ausgangsfrequenz des Wandlers 4 über einen gemeinsamen Frequcnzvcrviclfacher von beispielsweise lOOC

>■■> geführt werden, dem Zähler 6 wird dann ein Frequenzteiler 1 : 1000 vorgeschaltet und die gewünschten ungeraden Teilungsverhältnisse η und m der Frequenzteiler 12 und 13 können dann zu 1259 und 1585 gewählt werden. Solche Teiler können mit bekannter

in elektronischen Bausteinen sehr einfach und preisgünstig realisiert werden.

Eine ldB-Stufung der Skala 9 könnte beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß die quadrierte Ausgangsspannung des Quadrierers 3 einem weiterer

j·) kubischen Glied zugeführt wird, also eine Verdoppelung der Meßfrequenz jeweils einer Erhöhung des Pegels urr IdB entspricht. Eine derartige analoge Lösung is jedoch wiederum schaltungstechnisch aufwendiger al; die oben erwähnte digitale Lösung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Integrierender Schallpegelmesser, bei dem die Ausgangsspannung eines Mikrofons über ein Potenzierglied einem Spannungs-Frequenz-Wandler zugeführt wird, dessen Ausgangsfrequenz als Zählimpulsfolge einem Zähler mit Anzeigeeinrichtung zugeführt wird, mit einer Torschaltung und einem die Anzahl der Zählimpulse beeinflussenden Zeitgeber, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (6, 10, 11) über die vom Zeitgeber (7) gesteuerte Torschaltung (5) nur während einer vorgegebenen Meßzeit (T) mit dem Spannungs-Frequenz-Wandler (4) verbunden ist und an aufeinanderfolgenden Zählstufen (2°, 2¹, 2\ 2\ 2") des als Binärzähler ausgebildeten Zählers (6,10,11) jeweils Anzeigeelemente (8) angeschaltet sind, jeweils neben Marken (z. B. 78, 81, 84, 87, 90) einer einer dB-Skala (9, 15, 16) mit gleich großer dB-Abstufung angeordnet sind.

2. Schallpegelmesser nach Anspruch 1 mit einer Quadrierschaltung als Potenzierglied, dadurch gekennzeichnet, daß die dB-Skala (9, 15, 16) eine 3dB-Abstufung besitzt.

3. Schallpegelmesser nach Anspruch 1, dessen Potenzierglied eine Potenzierung mit dem Faktor 1,2 bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die dB-Skala eine 5dB-Abslufung besitzt.

4. Schallpegelmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Anzeigeelementen (8) verbundenen Ausgänge der Zählstufen mittels einer logischen Verknüpfungsschaltung so miteinander verknüpft sind, daß jeweils nur das der höchsten wirksamen Zählstufe zugeordnete Anzeigeelement (8) anzeigt.

5. Schallpegelmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeelemente (8) Leuchtdioden verwendet sind.

6. Schallpegelmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (7) auf verschiedene Meßzeiten einstellbar ist und zwischen Spannungs-Frequenz-Wandler (4) und Zähler (6) ein entsprechend einstellbarer Frequenzteiler oder Frequenzvervielfacher vorhanden ist.

7. Schallpegelmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (7) ein Zähler ist.

8. Schallpegelmesser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler aus zwei oder mehreren Einheiten (6, 10, 11) besteht und zur Berücksichtigung der gewünschten gegenseitigen Versetzung der dB-Skalenwerte dieser Einheiten entsprechende Frequenzteiler (12, 13) vorhanden sind.

9. Schallpegelmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (8) sämtlicher Binärzählereinheiten (6, 10, 11) längs einer gemeinsamen ineinander verschachtelten dB-Skala (9,15,16) angeordnet sind.