DE590756C - Integrierender Nachhallmesser - Google Patents

Integrierender Nachhallmesser

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DE590756C
DE590756C DES99000D DES0099000D DE590756C DE 590756 C DE590756 C DE 590756C DE S99000 D DES99000 D DE S99000D DE S0099000 D DES0099000 D DE S0099000D DE 590756 C DE590756 C DE 590756C
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DE
Germany
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reverberation
meter according
meter
dimensioning
indicator
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Expired
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DES99000D
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English (en)
Inventor
Dr Carl A Hartmann
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H7/00Measuring reverberation time ; room acoustic measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Integrierender Nachhallmesser Gegenstand der Erfindung .ist ein Nachhallmesser, der sich gegenüber den bekannten Anordnungen dieser Art durch besonders hohe Meßgenauigkeit auszeichnet ünd gewisse Fehlermöglichkeiten, die durch das Meßprinzip der früheren Anordnungen bedingt sind, ausschaltet.
  • Die als - Nachhallmesser bezeichneten Geräte sind für die Beurteilung gewisser akustischer Eigenschaften von Wichtigkeit. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Erscheinungen zu untersuchen und zu messen, die in einem Raum auftreten, wenn ein Ton nach Abschalten einer Schallquelle abklingt. Dieses Abklingen erfolgt annähernd nach einer Exponentialfunktion. Als Maß des Nachhalles wird allgemein die Sabinesche NachhaIlzeit benutzt, -die als diejenige Zeit definiert ist, innerhalb der die Schallenergie- auf ihres ursprünglichen Betrages abfällt.- Dem entspricht bei gleichmäßiger Verteilung der Energie ein Abfall des Schalldruckes auf Die bekannten Nachhallmesser arbeiten in der Weise, daß sie die Zeit bestimmen, in der der Schalldruck auf einen bestimmten Teil seines ursprünglichen Wertes abfällt. Aus dieser Zeit -kann dann die Sabinesche Nachhallzeit leicht errechnet werden. In der Praxis zeigt sich nun aber, daß der Schalldruck nicht nach einer reinen Exponentialfunktion abfällt, sondern häufig überlagerte Schwingungen zeigt. In diesem Fall ist die Messung der Nachhallzeit nicht mehr einwandfrei und unter Umständen auch nicht mehr eindeutig-Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil durch Verwendung eines Nachhallmessers vermieden, der mit einem integrierenden Anzeiger ausgestattet ist. Bei einer- solchen Meßanordnung erfolgt die Bestimmung -der Nachhallzeit aus den Exponentialfunktionen, die mit der tatsächlichen Abklingfunktion der Nachhallenergie flächengleich ist, wobei also die Zeitkonstante durch Integration der Funktion ermittelt wird.
  • Integrierend Meßgeräte auch für die Untersuchung akustischer Vorgänge sind an sich bereits bekannt. So hat man beispielsweise für Sprachuntersuchungen Integrationen über bestimmte Zeitabschnitte durchgeführt, wobei selbstverständlich die Summe von der Länge der gewählten Zeitspanne abhing. Das Gerät gemäß vorliegender Erfindung kann mit den für diese Zwecke bestimmten Geräten insofern nicht verglichen werden, als es sich hier nicht um eine Lautstärkexnessung an sich, sondern tun die Messung von Nachhall handelt, für die die bisher benutzten Prinzipien zu eindeutigen Ergebnissen nicht führen konnten. Das neue Meßprinzip baut sich auf Erkenntnisse des N achhallvorganges auf, die für akustische Vorgänge an sich keine Bedeutung haben und die infolgedessen nur für diesen Sonderfall einschließlich der aus ihnen gezogenen Schlußfolgerungen zutreffen. Die Eigenheiten des N achhallmessers gemäß vorliegender Erfindung sind aus der weiter unten gegebenen Behandlung der grundsätzlichen Erwägungen zu entnehmen.
  • Ouadrierung des Druckes und Integration können bei dem neuen Gerät voneinander getrennt, z. B. durch Gleichrichter und ballastische Galvanometer, oder in einem Apparat, z. B. Thermogalvanometer, vorgenommen werden. In diesem letzteren Fall z. B. wird der Nachhall von einem Mikrophon aufgenommen, verstärkt und auf ein Thermokreuz gegeben. Die imThermokreuzentwickelteWärmemenge ist .dann ein Maß für die Nachhallenergie und damit auch für die "Nachhallzeit.
  • Unter der Voraussetzung, daß am Thermokreuz während des Nachhallv organges keine Energieverluste, beispielsweise durch Abkühlung, eintreten und daß das angeschlossene Anzeigeinstrument den Temperaturschwankungen des Thermokreuzes unmittelbar folgt, gilt folgende Gleichung:. Hierin bedeuten: at - Ausschlag des Instrumentes zur Zeit t, E - EMK des Thermokreuzes, z = Temperatur des Thermokreuzes, O - dem Thermokreuz in der Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge, I - Strom im Thermokreuz.
  • Ersetzt man den zeitlichen Verlauf der Schallenergie durch die flächengleiche Exponentialfunktion, so ist der Strom im Thermokreuz Die N achhallzeit ergibt sich dann aus der Beziehung Für den Endausschlag des Instrumentes nach Ablauf des Nachhallvorganges ergibt sich Hieraus geht hervor, daß bei konstantem Anfangsstrom der Ausschlag proportional der Sabineschen Nachhallzeit Ts,b ist.
  • Zunächst sei an Hand der Figuren der Erfindungsgedanke näher erläutert.
  • Es stellt Fig. z eine Abklingfläche und die flächengleiche Exponentialfunktion dar. Fig. 2 gibt ein Prinzipschaltbild des Nachhallmessers gemäß der Erfindung und Fig.3 ein solches einer Eichanordnung.
  • In- Fig. r stellt die gewellte Linie I den Verlauf des effektiven Schalldruckes p in Abhängigkeit von der Zeit t dar. Die Linie II gibt den Verlauf der flächengleichen Exponentialfunktion an. Aus dieser Darstellung ist deutlich zu erkennen, inwiefern die bekannten Meßverfahren zu falschen Ergebnissen führen können, da offensichtlich das Ergebnis, das durch Messung im Zeitpunkt tl erzielt wird, sich beträchtlich unterscheiden wird von einem Ergebnis, dem eine Messung im Zeitpunkt t2 zugrunde liegt. Diese Fehlermöglichkeit haftet dem alten Verfahren in jedem Falle an, da sie durch das Prinzip dieses Verfahrens begründet ist, und läßt sich auch durch genaueste Bemessung der Anordnung nicht beseitigen. Demgegenüber gleicht der Nachhallmesser gemäß der Erfindung die Schwankungen aus, und zwar durch Integration der Kurve.
  • Aus Fig.2 ist die Arbeitsweise der Anordnung deutlich zu erkennen. Benutzt werden wie auch bei den bekannten Anordnungen ein Schallsende- und ein Schallaufnahmekreis. Der erstere besteht aus einer Schallquelle S, deren erzeugte Energie über einen Leistungsverstärker LV und ein Schaltrelais R= zum Lautsprecher L gelangt. Der zweite Kreis enthält ein Mikrophon JN, zweckmäßigerweise ein Bändchenmikrophon, dessen aufgenommene Energie über ein PotentiometerP, einen MikrophonverstärkerM.h und ein Schaltrelais R" zum Thermokreuz T gelangt, an das ein Galvanometer G angeschlossen ist. Die Relais R1 und R2 dienen dazu, im Augenblick der Messung den Lautsprecher abzuschalten und das Thermokreuz anzuschließen. Eingangs wurde gezeigt, daß der Instrumentausschlag proportional der Nachhallzeit ist, wenn der Anfangsstrom l, des Thermokreuzes für alle Nachhallzeiten gleich gemacht wird. Das Anzeigeinstrument kann dann unmittelbar @ in Nachhallzeiten geeicht werden. Die Untersuchung erfolgt also in der Weise, daß zunächst der konstante Anfangsstrom eingeregelt wird, woran sich die eigentliche Messung anschließt.
  • Als Anfangsstrom wird zweckmäßigerweise der Strom benutzt, der sich im stationären Zustand, d. h. bei arbeitendem Lautsprecher einstellt. Zur Einstellung dieses Stromes wird das Potentiometer P, mit dessen Hilfe eine stufenlose angenähert logarithmische Änderung der Verstärkung möglich sein soll, so eingeregelt, daß das Galvanoineter einen bestimmten, durch eine Eichmarke festgelegten Ausschlag zeigt. Dann wird das Thermokreuz abgeschaltet, so daß das Galvanometer in seine Nullstellung zurückgeht. Zur Messung der Nachhallzeit wird jetzt durch das Relais R@ der Lautsprecher abgeschaltet und gleichzeitig das Thermokreuz wieder angeschlossen. Entsprechend der abklingenden akustischen Energie fließt nun ein Strom über das Thermokreuz und erzeugt einen einmaligen Ausschlag.
  • Um bei dieser Messung einen ausreichenden Ausschlag zu erhalten, muß der stationäre Strom To ein Mehrfaches des für das Thermokreuz zulässigen Dauerstromes betragen. Für die Einstellung des Anfangswertes ist daher das Thermokreuz unempfindlicher zu machen, was in bekannter Weise durch Verwendung von Widerstandskombinationen, wie z. B. Reihen- und Nebenwiderständen, erreicht werden kann. Diese Widerstandskombinationen sollen so bemessen sein, daß sie den Gesamtwiderstand und damit die Anpassung nicht ändern.
  • Die in der Praxis vorkommenden Sabineschen Nachhallzeiten liegen etwa zwischen o,2 und 2o Sekunden. Dw nun aber auf einer lineare_ n Skala höchstens ein Bereich von i : io einwandfrei abzulesen ist, ist eine Unterteilung in zwei Meßbereiche, d. h. in diesem Falle von 0,2 bis 2 Sekunden und 2 bis 2o Sekunden, vorteilhaft. Zur Erzielung dieser Meßbereiche, die sich zueinander beispielsweise wie i : io verhalten, wird der Anfangsstrom To des Thermokreuzes so geändert, daß sich die Anfangsströme wie 1/1-0 verhalten. Soll in diesem Fall für beide Meßbereiche die gleiche Einstellmarke benutzt werden, so muß die Widerstandskombination am Thermoelement so bemessen sein, daß die Empfindlichkeitenwähr end derEinstellungsich wie i : Yio verhalten. Eine Betrachtung des Meßpririzips zeigt, daß bei kurzen Nachhallzeiten zur Erreichung eines genügenden Ausschlages der höhere Anfangsstrom und damit die geringere Empfindlichkeit des Thermokieuzeswährend der Einstellung erforderlich sind. Bei der Messung der N achhallzeit selbst liegt das Thermokreuz in beiden Meßbereichen unmittelbar am Verstärker.
  • Die absolute Verstärkung geht bei der Messung nicht ein, da der Anfangsstrom jeweils vor Beginn der Messung eingestellt wird. Anstatt die Einstellung des Anfangsstromes durch Regeln der Verstärkung am Potentometer P vorzunehmen, kann auch die Lautstärke der Schallquelle geändert werden.
  • Die Eichung in Nachhallzeiten kann an sich zwar akustisch vorgenommen werden, jedoch ist die elektrische Eichung vorzuziehen. Eine diesem Zweck dienende Vergleichsanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie enthält einen Kondensator C, der von einer Spannungsquelle E über ein Potentiometer P1 und einen Schalter Sch aufgeladen werden kann, während die Entladung nach Umlegen des Schalters Sch über einen Widerstand R und das mit dem Galvanometer G verbundene Thermokreuz T erfolgt. Dem Vorgang des akustischen Abklingens entspricht hierbei die Entladung des Kondensators.
  • Die Ladespannung ist so zu wählen und die Elemente der Vergleichsanordnung sind so zu bemessen, daß bei der Entladung der gleiche Anfangsstrom To wie beim Nachhallvorgang entsteht und daß die Zeitkonstante des elektrischen Abklingvorganges jeweils der zu vergleichenden Zeitkonstante des räumlichen Abklingvorganges entspricht. Zweckmäßig ist es, die Einstellung auf die verschiedenen gewünschten Werte durch Ändern des Widerstandes R vorzunehmen, wenngleich natürlich auch eine Kapazitätsänderung zum selben Ziel führt. Inn ersteren Falle ist eine entsprechende Änderung der am Kondensator liegenden Spannung erforderlich.
  • Für die Genauigkeit der Messung ist es wichtig, daß die Abschaltung des Lautsprechers und die Anschaltung des Thermokreuzes zur gleichen Zeit erfolgen. Da die beiden Schaltpunkte räumlich getrennt sind, werden, wie bereits beschrieben, zweckmäßigerweise Schaltrelais benutzt. Aus Sicherheitsgründen ist dafür zu sorgen, daß bei Versagen der Lautsprecherabschaltung das Thermokreuz nicht an den Verstärker angelegt wird, da es sonst infolge der Überlastung durchbrennt. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Relais zum Anschließen des Thermokreuzes von dem Relais zum Abschalten des Lautsprechers abhängig. gemacht wird. Durch Betätigung des Meßschalters wird in diesem Falle zunächst das Lautsprecherrelais R. eingeschaltet, das seinerseits dann erst das Relais R1 betätigt. Die Schaltzeiten beider Relais sind hierbei so zu bemessen, daß sie die hierdurch entstehenden Zeitdifferenzen ausgleichen, so daß trotz der zeitlich aufeinander folgenden Steuerung doch das Anschalten der Schallquelle und das Anschließen des Thermokreuzes gleichzeitig erfolgen.
  • Bei dem im vorstehenden beschriebenen Verfahren wird die Anordnung einmalig geeicht, während die Meßwerte durch unmittelbares Ablesen bestimmt werden. In gleicher Weise jedoch sind auch andere in der Meßtechnik gebräuchliche Verfahren anwendbar, wie beispielsweise die Messung durch jedesmalige Substitution bzw. durch jedesmalige Kompensation.
  • In jedem Falle ist die integrierende Meßmethode der bisher benutzten insofern überlegen, als sie grundsätzlich in der Lage ist, richtige Werte zu liefern, so daß die Meßgenauigkeit durch genaue Bemessung der Anordnung beliebig gesteigert werden kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Nachhallmesser, gekennzeichnet durch Verwendung einer die Schalleistung über die Nachhallzeit integrierenden Meßanordnung. 2 . 'j '#,achhallmesser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung einer der -Schalleistung proportionalen elektrischen Größe getrennt von der diese Größe integrierenden Einrichtung erfolgt. 3. Nachhallmesser nach Anspruch 2-,'gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gleichrichters und eines ballistischen Galvanometers. 4. Nachhallmesser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der der Schalleistung proportionalen- elektrischen Größe mit der Integration gemeinsam in einem Gerät erfolgt. 5. Nachhallmesser nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verwendung eines Thermokreuzes als integrierenden Anzeiger, auf das der von einem Mikrophon aufgenommene und dann verstärkte Nachhall gegeben wird. 6. Nachhallmesser nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Vergleichsanordnung, die die akustische Nachhallerscheinung elektrisch nachbildet und zur Eichung des Nachhallmessers dient und die im wesentlichen aus einem Kondensator besteht, der sich über einen Widerstand entlädt. 7. Nacbhallmesser nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Verwendung einer solchen Ladespannung für den Kondensator und eine solche Bemessung der Eleinente der Vergleichsanordnung, daß bei der Kondensatorentladung der gleiche Anfangsstrom wie beim Nachhallvorgang entsteht und daß die Zeitkonstante des elektrischen Abklingvorganges jeweils der zu vergleichenden Zeitkonstante des räumlichen Abklingv organges entspricht. B. Nachhallmesser nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Relaisanordnung, die dazu dient, zur Ausführung der Messung die den Nachhall erzeugende Schallquelle abzuschalten und den integrierenden Anzeiger anzuschließen. g. Nachhallmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (R1) zum Anschließen des Anzeigers abhängig ist von dem Relais (R.) zum Abschalten der Schallquelle. io. Nachhallmesser nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Schaltzeiten beider Relais, daß das Anschließen des Anzeigers und das Abschalten der Schallquelle gleichzeitig erfolgen. -i i. Nachliallmesser nach Anspruch r, gekennzeichnet durch Regelvorrichtungen zum Einstellen des Anzeigeinstrumentes auf einen vorgegebenen stationären `Ausschlag bei arbeitender Schallquelle. 12. Nachhallmesser nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet -daß die Regelung durch Ändern des Verstärkungsgrades mit Hilfe eines Potentiometers erfolgt. 13. N achhallmesser nach Anspruch i i, gekennzeichnet durch Schaltmittel, insbesondere Widerstandskombinationen, die es gestatten, die Empfindlichkeit der Meßanordnung wahlweise einzustellen. 14. Nachhallmesser nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung dieser Schaltmittel, daß das andern der Empfindlichkeit den Anpassungswert der Meßanordnung nicht beeinflußt. 15. Nachhallmesser nach Anspruch i i und 13, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung und Abstufung dieser Schaltmittel, daß sie es ermöglichen, die Empfindlichkeit des Anzeigers für die Dauer der Einregelung des zweckmäßigerweise oberhalb des Anzeigebereiches liegenden Stationärstromes zu mindern. 16. Nachhallmesser nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung und Abstufung dieser Schaltmittel, daß sie,es ermöglichen, verschiedene Meßbereiche einzustellen: i;. Nachhallmesser nach Anspruch i6, gekennzeichnet durch eine solche Beinessung und Abstufung dieses Schaltmittel, daß sie es ermöglichen, wahlweise einen Meßbereich von o,2 bis g Sekunden o3er einen Meßbereich von 2 bis 2o Sekunde ll einzustellen. 18. 1Tachhallinesser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Meßbereiche durch Einstellen verschiedener Stationärzustände erzielbar sind.
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