WO2014122249A1 - Verfahren zur messung einer akustischen übertragungsimpedanz in einem raum und messanordnung sowie messkopf hierfür - Google Patents

Verfahren zur messung einer akustischen übertragungsimpedanz in einem raum und messanordnung sowie messkopf hierfür Download PDF

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WO2014122249A1
WO2014122249A1 PCT/EP2014/052401 EP2014052401W WO2014122249A1 WO 2014122249 A1 WO2014122249 A1 WO 2014122249A1 EP 2014052401 W EP2014052401 W EP 2014052401W WO 2014122249 A1 WO2014122249 A1 WO 2014122249A1
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voice coil
speaker
measuring
series
excitation
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PCT/EP2014/052401
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English (en)
French (fr)
Inventor
György Csikos
Original Assignee
Hochschule Luzern Technik & Architektur
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H15/00—Measuring mechanical or acoustic impedance

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring an acoustic transmission impedance in a room in which
  • a sound pressure indicating signal is determined by means of a microphone at a second location in or on the room;
  • the present invention relates to a
  • Microphone is operatively connected.
  • the invention relates to a measuring head for the measurement of an acoustic transmission impedance in a room.
  • the room If one wishes to influence the acoustic behavior of acoustic rooms to a desired extent by means of targeted measures, it is essential to arrange at least part of the acoustic transmission impedances in the room, that is, between an acoustic source at a first location in or at the room and a second location in or to know the room.
  • Acoustic input impedance that is, the acoustic impedance that loads the acoustic source.
  • the input impedance is often called the load impedance.
  • the acoustic transmission impedance of a room results from the quotient of sound pressure at a first location of the room and sound flow at a second location of the room.
  • the sound flow in turn results from the sound velocity
  • Speaker with the excitation speaker in face-to-face position, encapsulates with the membrane of the
  • Stimulation speaker an air volume.
  • the voltage at the other existing on the other speaker voice coil is tapped as a measurement signal for the Schallschnelle.
  • the other speaker acts as a sonic fast sensor.
  • the specific transmission impedance that is detected is the specific input impedance, that is, the input impedance per
  • Stimulation unit area This is due to the quotient formation of the sound-pressure-indicating signal and the sound-rapidly indicating signal.
  • the sound-rapidly indicating signal is determined from the difference between the voltages at the voice coil and at the further voice coil.
  • Stimulation speaker which indicates the sound velocity.
  • the additional loudspeaker with a blocked voice coil has no acoustic effect and can thus be positioned outside the acoustic space to be measured.
  • the acoustic sound source namely the
  • the same location is at least approximately chosen as the first and second location, and thus the input impedance of the room is determined.
  • Bridge circuit formed by the series-connected voice coil a series circuit is connected in parallel among equal impedance elements, and the mentioned difference between the same impedance elements and between the voice coils is tapped. This results in a very simple and highly accurate
  • the object underlying the invention is achieved in that the excitation loudspeaker and the further loudspeaker are the same, the further voice coil is motion-blocked, the evaluation device comprises a difference-forming device, the input side with the
  • Voice coil and the other voice coil is operatively connected.
  • Embodiments can be combined, voice coil and other voice coil are connected in series. This ensures that both voice coils are supplied with the same currents. But it is quite possible in operation, to operate the two voice coils each using the same power sources.
  • the difference-forming device comprises a bridge circuit formed by the series coil of the voice coil and the further voice coil and, parallel to this series circuit further series circuit under equal impedance elements.
  • the difference between the same impedance elements and the voice coils is tapped. This allows a very simple, precise and trouble-free difference formation of the voltages prevailing respectively on the voice coil and the further voice coil.
  • Embodiments is preferably according to the
  • the invention further relates to a measuring head for the
  • Measuring an acoustic transmission impedance in a room comprising:
  • a housing with an excitation speaker the membrane of which is exposed to the surroundings of the housing and which comprises a voice coil, • In or on the housing another speaker, which is equal to the excitation speaker, with another voice coil, which is blocked motion;
  • a series circuit is provided under the same impedance elements in the housing, parallel to the series-connected voice coils, and electrical taps are provided between the same impedance elements and between the voice coils.
  • the mentioned measuring head is part of
  • Figure 1 Schematically and simplified a measuring arrangement according to the present invention, which according to the
  • Figure 2 Based on an electrical circuit diagram, an embodiment of the explained with reference to Figure 1
  • FIG. 3 Simplifies and schematically illustrates a measuring head according to the present invention.
  • FIG. 1 shows, simplified and schematically, the principle of the present invention.
  • An excitation speaker 1 comprises a diaphragm 3, which is driven by a voice coil 5.
  • the remaining parts, in particular the magnet with the air gap of the excitation speaker 3 are not shown for reasons of clarity. It is a dynamic speaker.
  • Another speaker 10 includes another
  • Excitation speaker 1 and the other speaker 10 are, in the context of manufacturing tolerances, identical.
  • the voice coil 5 and the further voice coil 9 are acted upon with the same currents i a , according to Figure 1 by means of current sources 7 and 8.
  • the preferably DC-free currents i a can basically have a frequency spectrum up to the lowest frequencies in the range of several Hz.
  • the currents i a are pure sine signals whose frequency is changed stepwise, as mentioned up to the lowest frequencies.
  • Stimulation speaker 1 is, with respect to
  • Voice coil 9 as schematically represented by blocking 13, motion blocked, e.g. shed.
  • the tapped at the other voice coil 9 voltage u 9 is equal to the voltage caused by the current i a to her.
  • the tapped on the voice coil 5 voltage U5 is composed of the voltage applied to it by the current i a voltage - identical to u 9 - and the voltage u ind , due to the movement of the
  • Voice coil 5 is induced in the magnetic field of the speaker 1 to her.
  • the voltages u 5 and u 9 are fed to a difference-forming device 17 of an evaluation device.
  • the voltage Uj_ nd appears at the output 17a.
  • This voltage Ui nd is . the measuring signal for the sound velocity in the room RA.
  • a microphone 21 is provided, whose output is supplied to the counter input E z a quotient forming unit 19 at the evaluation unit.
  • Output 17a of the difference-forming device 17 is the Denominator input E N of the quotient forming unit 19
  • the transmission impedance Z UE is found directly from the result Z 0E .
  • the current sources 7 and 8 are frequency-varied according to the desired pattern and thus the frequency response, amplitude response and phase response, the
  • Transmission impedance Z UE measured. If Xi * X 2 , the input impedance Z ⁇ of the space RA with respect to the acoustic source, the excitation loudspeaker 1, results. As is readily apparent from FIG. 1, equality of the currents i a at the voice coils 5 and 9 is ensured in a good realization form by series connection of the two voice coils 5 and 9.
  • the additional loudspeaker 10 can be positioned at any location, in particular outside the room RA.
  • Loudspeaker 10 is positioned with respect to the loudspeaker 1, it is possible to virtually eliminate transformatory interfering interactions.
  • FIG. 2 in the form of an electrical circuit diagram, a good embodiment of the arrangement or of the method according to FIG. 1 is shown.
  • the excitation speaker 1 is shown with voice coil 5
  • the other speaker 10 with motion-locked voice coil 9.
  • An excitation source 14 feeds the two in parallel
  • Voice coils 5 or 9 to switch balancing resistors in series.
  • FIG. 3 shows schematically a measuring head according to FIG.
  • a housing 25 is the
  • Stimulation speaker 1 mounted with outward exposed diaphragm 3.
  • the additional speaker 10 is installed in the housing so that mutual transformer interference are minimized and the speakers
  • the impedance elements e.g. R which complete the bridge of Figure 2, are also advantageously installed in the housing 25.
  • the supply 13 is connected, tapped at the terminals 34 and 35 u ind , possibly already in

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Abstract

Die akustische Übertragungsimpedanz eines akustischen Raumes (RA) wird wie folgt ermittelt: Der akustische Raum (RA) wird mittels eines Lautsprechers (1) angeregt. Ein zweiter zum ersten identischen Lautsprecher (10) wird mit dem gleichen Strom (ia)'wie der erst erwähnte Lautsprecher (1) beaufschlagt. Die Schwingspule (9) des zweiten Lautsprechers (10) wird bewegungsblockiert (13). Es wird die Differenz (Δ, Uind) der Spannungen (u5,u9) an den Schwingspulen (9,5) gebildet. Im Weiteren wird mittels eines Mikrophons (21) der vorherrschende Schalldruck gemessen. Mit dem Ausgangssignal des Mikrophons (21) als Zähler, und der Differenz (Δ, uind) als Nenner, wird der Quotient (19) ermittelt. Das Resultat ist die spezifische Übertragungsimpedanz (ZUE) zwischen dem Anregungsort (X1) und dem Schalldruckermittlungsort (X2) im akustischen Raum (RA).

Description

Verfahren zur Messung einer akustischen
Übertragungsimpedanz in einem Raum und Messanordnung sowie Messkopf hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer akustischen Übertragungsimpedanz in einem Raum, bei dem
• ein Anregungslautsprecher mit einer Schwingspule, dem Raum zugewandt, an einem ersten Ort im oder am Raum positioniert und elektrisch angeregt wird;
• ein die Schallschnelle anzeigendes Signal unter
Einsatz einer weiteren Schwingspule an einem weiteren Lautsprecher ermittelt wird;
• ein den Schalldruck anzeigendes Signal mittels eines Mikrophons an einem zweiten Ort im oder am Raum ermittelt wird;
• mittels Quotientenbildung an dem Schalldruck
anzeigenden Signal und dem Schallschnelle anzeigenden Signal ein, die Übertragungsimpedanz anzeigendes, Resultatsignal ermittelt wird.
Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine
Messanordnung für die Messung einer akustischen
Übertragungsimpedanz in einem Raum, mit
• einem Anregungslautsprecher mit einer Schwingspule; • einem weiteren Lautsprecher, mit einer weiteren
Schwingspule;
• einem Mikrophon;
• einer Auswerteeinrichtung, die eingangsseitig mit der Schwingspule, der weiteren Schwingspule und dem
Mikrophon wirkverbunden ist.
Im Weiteren betrifft die Erfindung einen Messkopf für die Messung einer akustischen Übertragungsimpedanz in einem Raum.
Will man das akustische Verhalten akustischer Räume durch gezielte Massnahmen in erwünschtem Masse beeinflussen, so ist es wesentlich, mindestens einen Teil der akustischen Übertragungsimpedanzen im Raum, das heisst, zwischen einer akustischen Quelle an einem ersten Ort im oder am Raum und einem zweiten Ort im oder am Raum zu kennen.
Stimmen der erste Ort und der zweite Ort überein, dann wird die erwähnte akustische Übertragungsimpedanz zur
akustischen Eingangsimpedanz, das heisst, derjenigen akustischen Impedanz, die die akustische Quelle belastet. Die Eingangsimpedanz wird oft auch Lastimpedanz genannt.
Betreffend Techniken zur Bestimmung akustischer Impedanzen akustischer Räume, existiert ein weites Schrifttum. Nur bspw. sei verwiesen auf: • die Normen ENISO 10534-1 : 2001 und EN ISO 10534-2 : 2001;
• IBP-Mitteilungen 227 und 293 des Frauenhofer
Institutes für Bauphysik;
• Rajendra Singh et al. „Acoustic impedance measurement using sine skeep excitation and known volume velocity technique", J. Acoust. Soc. Am. 64(4), Oct . 1978
• EP 1 316 783
• "Kundtsches Rohr mit örtlicher Schallfeldabtastung
durch ortsfeste Mikrofone" T. Dietrich; TU Dresden, Institut für Akkustik und Sprachkommunikation.
• „A comparison of three Methods of Measuring the Volume Velocity of an Acoustic Source", D.K. Anthony and S.J. Elliott, J. Audio Eng. Soc, Vol. 39, No . 5, 1991 May.
Grundsätzlich ist es bekannt, dass sich die akustische Übertragungsimpedanz eines Raumes aus dem Quotienten von Schalldruck an einem ersten Ort des Raumes und Schallfluss an einem zweiten Ort des Raumes ergibt. Der Schallfluss seinerseits ergibt sich aus der Schallschnelle
multipliziert mit der Anregungsfläche der Quelle, mittels welcher der akustische Raum angeregt wird.
Nun ist es aus dem oben im letztgenannten Dokument
verwiesenen Dokument „Acoustic Load and Transfer Functions in Rooms at Low Frequencies" , Th. Salava, J. Audio Eng.
Soc, Vol. 36, No. 10, 1988 October bekannt, den akustischen Raum mittels eines Anregungslautsprechers, der eine Schwingspule hat, anzuregen. Der Anregungslautsprecher wird, dem Raum zugewandt, an einem ersten Ort positioniert und elektrisch angeregt. Die Membran eines weiteren
Lautsprechers, mit dem Anregungslautsprecher in face-to- face Position, kapselt mit der Membran des
Anregungslautsprechers ein Luftvolumen ein. Damit wird, idealisiert, die Bewegung der Membran des
Änregungslautsprechers auf die Membran des weiteren
Lautsprechers übertragen. Die Spannung an der am weiteren Lautsprecher vorhandenen weiteren Schwingspule wird als Messsignal für die Schallschnelle abgegriffen. Der weitere Lautsprecher wirkt mithin als Schallschnelle-Sensor.
Unmittelbar im Bereich der durch Anregungslautsprecher und dem weiteren Lautsprecher gebildeten Messanordnung, wird mittels eines Mikrofons der Schalldruck gemessen. Damit werden Schallschnelle und Schalldruck praktisch am gleichen Ort gemessen. In diesem Fall ergibt sich als spezifische Übertragungsimpedanz die erfasst wird, die spezifische Eingangsimpedanz, das heisst Eingangsimpedanz pro
Anregungsflächeneinheit. Dies durch Quotienten-Bildung aus schalldruck-anzeigendem Signal und schallschnelle- anzeigendem Signal.
Durch Variation der Frequenz des an die Schwingspule des Anregungslautsprechers aufgebrachten elektrischen
Erregungssignals wird die frequenzabhängige Eingangsimpedanz des akustischen Raumes bezüglich der
Anregungsquelle ermittelt.
Mit dem weiteren Lautsprecher, in face-to-face Position zum Anregungslautsprecher, liegt zwischen Anregungslautsprecher und dem auszumessenden akustischen Raum, ein Bauteil der Messanordnung, welcher das Messresultat verfälscht. Dies in Abhängigkeit vom Aufbau des weiteren Lautsprechers. Zudem muss der transformatorischen Kopplung zwischen der
Schwingspule des Anregungslautsprechers und der weiteren Schwingspule des weiteren Lautsprechers Beachtung geschenkt werden .
Ausgehend von einem Verfahren und einer Messanordnung letztgenannter Art, ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung das Verfahren bzw. die Messanordnung zu
verbessern .
Dies wird erfindungsgemäss am Verfahren dadurch erreicht, dass
• der weitere Lautsprecher gleich dem
Anregungslautsprecher gewählt wird;
• die weitere Schwingspule bewegungsblockiert wird;
• die Schwingspule und die weitere Schwingspule mit
gleichen elektrischen Strömen beaufschlagt werden; • das schallschnelle-anzeigende Signal aus der Differenz der Spannungen an der Schwingspule und an der weiteren Schwingspule ermittelt wird.
Dadurch, dass der Anregungslautsprecher und der weitere Lautsprecher gleich gewählt werden und damit auch deren Schwingspulen, ergeben sich an der Schwingspule und an der weiteren Schwingspule, jeweils beaufschlagt mit gleichen elektrischen Strömen, vorerst gleiche Spannungen. Während die weitere Schwingspule bewegungsblockiert ist, ergibt sich an der Schwingspule des Anregungslautsprechers
aufgrund ihrer Bewegung eine induzierte Spannung,
hinzukommend zur strombeaufschlagungs-bedingten Spannung. Durch die erwähnte Differenzbildung, verbleibt als Resultat die induzierte Spannung an der Schwingspule des
Anregungslautsprechers, die die Schallschnelle anzeigt.
Dadurch, dass der Anregungslautsprecher und der weitere Lautsprecher gleich gewählt werden, verhalten sie sich auch thermisch gleich, womit die Basis geschaffen wird,
thermische Einflüsse an den Lautsprechern, aufgrund der Differenz-Bildung, zu kompensieren.
Der weitere Lautsprecher mit blockierter Schwingspule hat keinerlei akustische Wirkung und kann somit ausserhalb des auszumessenden akustischen Raumes positioniert werden.
Damit ist die akustische Schallquelle, nämlich der
Anregungslautsprecher unbeeinträchtigt dem akustischen Raum ausgesetzt. Aufgrund der Freiheit wo, bezüglich des
Anregungslautsprechers, der weitere Lautsprecher
positioniert wird, ist es auch ohne weiteres möglich, transformatorische Einflüsse zwischen den Schwingspulen der beiden Lautsprecher auszuschliessen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens die mit allen noch zu beschreibenden Ausführungsformen kombinierbar ist, wird als erster und als zweiter Ort mindestens genähert der gleiche Ort gewählt und damit die Eingangsimpedanz des Raumes ermittelt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, die mit der vorerwähnten Ausführungsform und den noch zu erwähnenden kombinierbar ist, werden die
Schwingspule und die weitere Schwingspule in Serie
geschaltet .
Obwohl es durchaus möglich ist der Forderung, wonach
Schwingspule und weitere Schwingspule mit gleichen
elektrischen Strömen beaufschlagt werden, dadurch Rechnung zu tragen, dass beide Schwingspulen mittels gleicher
Stromquellen gespiesen werden, wird Stromgleichheit höchst einfach durch das erwähnte in Serie Schalten der beiden Schwingspulen erreicht.
Im Weiteren ist es durchaus möglich, je die Spannungen an den Schwingspulen abzugreifen und die Differenzbildung an einer nachgeschalteten Auswerteeinheit, analog oder digital, vorzunehmen. In einer weiteren Ausführungsform de erfindungsgemässen Verfahrens wird jedoch eine
Brückenschaltung gebildet, indem den in Serie geschalteten Schwingspulen eine Serieschaltung unter sich gleicher Impedanz-Elemente parallel geschaltet wird, und die erwähnte Differenz zwischen den gleichen Impedanz-Elemente und zwischen den Schwingspulen abgegriffen wird. Damit ergibt sich eine höchst einfache und höchst präzise
Differenzbildung, die unmittelbar im Bereich der
Schwingspulen vorgenommen werden kann, womit nicht
kompensierte Störsignale minimalisiert werden.
Ausgehend von einer Messanordnung obgenannter Art wird die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe dadurch gelöst, das der Anregungslautsprecher und der weitere Lautsprecher gleich sind, die weitere Schwingspule bewegungsblockiert ist, die Auswerteeinrichtung eine Differenz-bildungs- einrichtung umfasst, die eingangsseitig mit der
Schwingspule und der weiteren Schwingspule wirkverbunden ist .
In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen
Messanordnung, die mit allen noch zu erwähnenden
Ausführungsformen kombinierbar ist, sind Schwingspule und weitere Schwingspule in Serie geschaltet. Damit ist sichergestellt, dass beide Schwingspulen mit gleichen Strömen beaufschlagt werden. Es ist aber durchaus möglich, im Betrieb, die beiden Schwingspulen je mittels gleicher Stromquellen zu betreiben.
Ausgehend von der letztgenannten Ausführungsform der erfindungsgemässen Messanordnung, umfasst die Differenz- bildungs-einrichtung, in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Messanordnung, eine Brückenschaltung, gebildet durch die in Serieschaltung der Schwingspule und der weiteren Schwingspule, sowie, parallel zu dieser Serie- Schaltung, einer weiteren Serie-Schaltung unter sich gleicher Impedanz-Elemente. Es wird die Differenz zwischen den gleichen Impedanz-Elementen und den Schwingspulen abgegriffen. Damit wird eine höchst einfache, präzise und |störungs-unanfällige Differenzbildung der jeweils an der Schwingspule und der weiteren Schwingspule vorherrschenden Spannungen ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Messanordnung in allen ihren
Ausführungsformen, wird bevorzugterweise nach dem
erfindungsgemässen Verfahren betrieben.
Die Erfindung betrifft weiter einen Messkopf für die
Messung einer akustischen Übertragungsimpedanz in einem Raum, welcher umfasst:
• ein Gehäuse mit einem Anregungslautsprecher, dessen Membran gegen die Umgebung des Gehäuses freiliegt und der eine Schwingspule umfasst, • im oder am Gehäuse einen weiteren Lautsprecher, der gleich dem Anregungslautsprecher ist, mit einer weiteren Schwingspule, die bewegungsblockiert ist;
• wobei die Schwingspulen elektrisch in Serie geschaltet sind.
In einer Ausführungsform ist im Gehäuse, parallel zu den in Serie geschalteten Schwingspulen, eine Serie-Schaltung unter sich gleicher Impedanz-Elemente vorgesehen, und es sind elektrische Abgriffe zwischen den gleichen Impedanz- Elementen und zwischen den Schwingspulen vorgesehen.
Bevorzugterweise ist der erwähnte Messkopf Teil der
erfindungsgemässen Messanordnung .
Die Erfindung wird anschliessend bspw. anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1: Schematisch und vereinfacht eine Messanordnung gemäss vorliegender Erfindung, welche nach dem
erfindungsgemässen Verfahren arbeitet;
Figur 2: Anhand eines elektrischen Schaltbildes, eine Ausführungsform der anhand von Figur 1 erläuterten
Messanordnung bzw. des damit realisierten Verfahrens; Figur 3: Vereinfacht und schematisch einen Messkopf gemäss vorliegender Erfindung.
Figur 1 zeigt, vereinfacht und schematisch, das Prinzip vorliegender Erfindung. Ein Anregungslautsprecher 1 umfasst eine Membran 3, welche durch eine Schwingspule 5 getrieben ist. Die übrigen Teile, insbesondere der Magnet mit dem Luftspalt des Anregungslautsprechers 3 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Es handelt sich um einen dynamischen Lautsprecher.
Ein weiterer Lautsprecher 10 umfasst eine weitere
Schwingspule 9 und eine weitere Membran 11. Der
Anregungslautsprecher 1 und der weitere Lautsprecher 10 sind, im Rahmen von Herstellungstolleranzen, identisch. Die Schwingspule 5 und die weitere Schwingspule 9 werden mit gleichen Strömen ia beaufschlagt, gemäss Figur 1 mittels Stromquellen 7 und 8. Die vorzugsweise DC-freien Ströme ia können grundsätzlich ein Frequenzspektrum bis zu tiefsten Frequenzen im Bereich einiger Hz aufweisen. Bei einer guten Realisationsform sind die Ströme ia reine Sinus-Signale deren Frequenz stufenweise verändert wird, wie erwähnt bis zu tiefsten Frequenzen. Die Membran 3 des
Anregungslautsprechers 1 ist, dem bezüglich
Übertragungsimpedanz auszumessenden Raum RA frei
ausgesetzt, an einem ersten Ort Xi im oder am Raum
positioniert . Während die Schwingspule 5 des Anregungslautsprechers 1 wie üblich, durch den Strom ia angeregt und wie mit dem
Doppelpfeil angedeutet, schwingt, ist die weitere
Schwingspule 9 wie mit der Blockierung 13 schematisch dargestellt, bewegungsblockiert, z.B. vergossen.
An der Schwingspule 5 und an der weiteren,
bewegungsblockierten Schwingspule 9 ergeben sich die
Spannungen u5 bzw. u9. Die an der weiteren Schwingspule 9 abgegriffene Spannung u9 ist gleich der durch den Strom ia an ihr bewirkten Spannung. Die an der Schwingspule 5 abgegriffene Spannung U5 setzt sich zusammen aus der an ihr durch den Strom ia bewirkten Spannung - identisch mit u9 - und der Spannung uind, die aufgrund der Bewegung der
Schwingspule 5 im Magnetfeld des Lautsprechers 1 an ihr induziert wird.
Die Spannungen u5 und u9 werden einer Differenzbildungs- Einrichtung 17 einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Am Ausgang 17a erscheint die Spannung Uj_nd. Diese Spannung Uind ist. das Messsignal für die Schallschnelle im Raum RA.
An einem zweiten Ort X2 im oder am Raum RA ist, zur
Schalldruckmessung, ein Mikrophon 21 vorgesehen, dessen Ausgang dem Zähler-Eingang Ez einer Quotientenbildungs- Einheit 19 an der Auswerteeinheit zugeführt ist. Der
Ausgang 17a der Differenzbildungs-Einrichtung 17 ist dem Nenner-Eingang EN der Quotientenbildungs-Einheit 19
zugeführt .
Bekanntlich ergibt sich die Übertragungsimpedanz Z0E zwischen den Orten Xi und X2 zu
ZÜE = p( X2 ) / q ( Xi ) , wobei p den Schalldruck und q den Schallfluss bezeichnen. Dabei gilt
q( Xi ) = v( Xi ) * A mit der Schallschnelle v und der Anregungsfläche A der akustischen Quelle, das heisst, der Membran 3. Mithin wird in der Quotientenbildungs-Einheit 19 der Quotient, aus dem schalldruck-anzeigenden Ausgangssignal des Mikrophons p( X2 ) als Zähler-Signal und dem schallschnelle-anzeigenden
Ausgangssignal der Differenzbildungs-Einrichtung 17, uind, als Nenner-Signal, gebildet. Das Quotientenresultat ist die spezifische Übertragungsimpedanz Z0E/ das heisst die
Übertragungsimpedanz pro Flächeneinheit.
Nach Eichung wird aus dem Resultat Z0E unmittelbar die Übertragungsimpedanz ZUE gefunden. Die Stromquellen 7 und 8 werden nach erwünschtem Muster frequenz-variiert und damit der Frequenzgang, Amplitudengang und Phasengang, der
Übertragungsimpedanz ZUE gemessen. Gilt Xi * X2 , so ergibt sich die Eingangsimpedanz Z± des Raumes RA bezüglich der akustischen Quelle, dem Anregungslautsprecher 1. Wie sich ohne weiteres bereits aus Figur 1 ergibt, wird Gleichheit der Ströme ia an den Schwingspulen 5 und 9 in einer guten Realisationsform, durch in Serie Schaltung der beiden Schwingspulen 5 und 9 sichergestellt. Der weitere Lautsprecher 10 kann an einem beliebigen Ort, insbesondere ausserhalb des Raumes RA, positioniert sein. Die
auszumessende Raum-Strecke zwischen XI und X2 ist somit von der Messanordnung ungestört. Da der Lautsprecher 10 und Lautsprecher 1 identisch sind, werden thermisch bedingte Spannungsänderungen an U5 und U9 durch die Differenzbildung eliminiert. Aufgrund der Freiheit, wo der weitere
Lautsprecher 10 bezüglich des Lautsprechers 1 positioniert wird, lassen sich tranformatorische Stör-Wechselwirkungen praktisch eliminieren.
In Figur 2 ist, in Form eines elektrischen Schaltbildes, eine gute Ausführungsform der Anordnung bzw. des Verfahrens gemäss Figur 1 dargestellt. Mit elektrischen Symbolen ist einerseits der Anregungslautsprecher 1 mit Schwingspule 5 dargestellt, anderseits der weitere Lautsprecher 10 mit bewegungsblockierter Schwingspule 9. Den in Serie
geschalteten Schwingspulen 5 und 9, ist die Serie-Schaltung zweier gleicher Impedanz-Elemente, gemäss Figur 2 zweier gleicher Widerstandselemente R, parallel geschaltet. Es ergibt sich eine Vollbrückenschaltung .
Eine Anregungsquelle 14 speist die beiden parallel
geschalteten Zweige. Zwischen den beiden gleichen Widerstandselementen R und zwischen den Schwingspulen 5 und 9 wird direkt die Spannung Uind als Differenz der an den Schwingspulen 5 und 9 entstehen den Spannungen U5 und U9 abgegriffen .
In der heute realisierten Ausführungsform, wird die Brücke von der Anregungsquelle 13 über zwei im Gegentackt
arbeitende Leistungsverstärker gespiesen, womit die Brücke symmetrisch zur Systemmasse betrieben wird, Die
abgegriffene Spannung, uind kann damit direkt einem
einfachen Differenzeingang eines nachgeschalteten Signal- Recorders (nicht dargestellt) zugeführt werden. Um einen exakten DC-Abgleich an der Brücke vorzunehmen, wird weiter vorgeschlagen (in Figur 2 nicht dargestellt), je den
Schwingspulen 5 bzw. 9 Abgleich-Widerstände in Serie zu schalten.
Weil sehr oft die Übertragungscharakteristik eingesetzter Mikrophone nicht ausreichend genau bekannt ist,
insbesondere nicht bis hinunter zu tiefen Frequenzen im Bereiche einiger Hz, ist es angezeigt, die Messanordnung mittels einer berechenbaren akustischen Impedanz zu
kalibrieren. Hierzu kann ein kurzes, schallhart
abgeschlossenes Rohrstück eingesetzt werden.
Figur 3 zeigt schematisch einen Messkopf gemäss
vorliegender Erfindung. In einem Gehäuse 25 ist der
Anregungslautsprecher 1 montiert mit nach Aussen freiliegender Membran 3. Der weitere Lautsprecher 10 ist so im Gehäuse eingebaut, dass gegenseitige transformatorische Störungen minimalisiert sind und die Lautsprecher
mindestens annähernd gleichen Temperaturen ausgesetzt sind. Die Impedanz-Elemente z.B. R, welche die Brücke nach Figur 2 vervollständigen, sind vorteilhafterweise auch im Gehäuse 25 eingebaut.
An den Anschlüssen 31 und 33 des Gehäuses 25 wird, gemäss Figur 2, die Speisung 13 angeschlossen, an den Anschlüssen 34 und 35 uind abgegriffen, gegebenenfalls bereits im
Gehäuse 25 verstärkt.
Mithilfe des dargestellten erfindungsgemässen Verfahrens, der Messanordnung bzw. dem Messkopf, lassen sich
Übertragungsimpedanzen akustischer Räume bis zu tiefsten Frequenzen von einigen wenigen Hz mit hoher Exaktheit bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zur Messung einer akustischen
Übertragungsimpedanz in einem Raum bei dem
• ein Anregungslautsprecher mit einer Schwingspule, dem Raum zugewandt, an einem ersten Ort im oder am Raum positioniert und elektrisch angeregt wird;
• ein die Schallschnelle anzeigendes Signal unter Einsatz einer weiteren Schwingspule an einem weiteren Lautsprecher ermittelt wird;
• ein den Schalldruck anzeigendes Signal mittels eines Mikrophons an einem zweiten Ort im oder am Raum ermittelt wird;
• mittels Quotientenbildung an dem schalldruck- anzeigenden Signal und dem schallschnelle- anzeigenden Signal , ein die Übertragungsimpedanz anzeigendes Resultat ermittelt wird dadurch gekennzeichnet, dass
• der weitere Lautsprecher gleich dem
Anregungslautsprecher gewählt wird;
• die weitere Schwingspule bewegungsblockiert wird
• die Schwingspule und die weitere Schwingspule mit gleichen elektrischen Strömen beaufschlagt werden, • das schallschnelle-anzeigende Signal aus der
Differenz der Spannungen an der Schwingspule und an der weiteren Schwingspule ermittelt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als erster und als zweiter Ort, mindesten genähert, der gleiche Ort gewählt wird und damit die
Eingangsimpedanz am Ort ermittelt wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch
gekennzeichnet, dass die Schwingspule und die weitere Schwingspule seriegeschaltet werden.
4) Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Brückenschaltung gebildet wird, indem den
seriegeschalteten Schwingspulen eine Serieschaltung unter sich gleicher Impedanzelemente parallel
geschaltet wird und die Differenz zwischen den
gleichen Impedanzelementen und zwischen den
Schwingspulen abgegriffen wird.
Messanordnung für die Messung einer akustischen
Übertragungsimpedanz in einem Raum, mit
• einem Anregungslautsprecher mit einer Schwingspule
• einem weiteren Lautsprecher mit einer weiteren
Schwingspule,
• einem Mikrophon, • einer Auswerte-Einrichtung, die eingangsseitig mit der Schwingspule, der weiteren Schwingspule und dem Mikrophon wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Anregungslautsprecher und der weitere
Lautsprecher gleich sind;
• die weitere Schwingspule bewegungsblockiert ist;
• die Auswerte-Einrichtung eine Differenzbildungs- Einrichtung umfasst, die eingangsseitig mit der Schwingspule und der weiteren Schwingspule wirkverbunden ist.
6) Messanordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingspule und die weitere Schwingspule seriegeschaltet sind.
7) Messanordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzbildungs-Einrichtung eine
Brückenschaltung umfasst, gebildet durch die
Serieschaltung der Schwingspule und der weiteren Schwingspule sowie, parallel zur Serieschaltung , einer weiteren Serieschaltung unter sich gleicher Impedanzelemente, und dass die Differenz zwischen den gleichen Impedanzelementen und den Schwingspulen abgegriffen ist.
8) Messkopf für die Messung einer akustischen
Übertragungsimpedanz in einem Raum, dadurch
gekennzeichnet, dass er umfasst: • ein Gehäuse mit mindestens einem
Anregungslautsprecher, dessen Membran an der Umgebung des Gehäuses freiliegt und der eine Schwingspule, umfasst;
• im oder am Gehäuse, einem weiteren Lautsprecher der gleich dem Anregungslautsprecher ist, mit einer weiteren Schwingspule, die
bewegungblockiert ist.
9) Messkopf nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse die Schwingspulen elektrisch in Serie geschaltet sind, parallel zu den seriegeschalteten Schwingspulen eine Serieschaltung unter sich gleicher Impedanzelemente vorgesehen ist, und Abgriffe zwischen den gleichen Impedanzelementen und zwischen den
Schwingspulen angeordnet sind.
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