Schall und Sensoren II
Inhaltsverzeichnis
1. Schallintensitätsmikrofon
1.1 Einachsige Schallintensitätssonde (MI-6410)
1.2 Dreidimensionale Schallintensitätssonde (MI-6420)
2. Schallpegelmesser
2.1 Was ist ein Schallpegelmesser?
2.2 Struktur des Schallpegelmessers
2.3 Angezeigte Werte mit Schallpegelmessern
1. Schallintensitätsmikrofon
Die Schallintensität ist ein Maß für den „Energiefluss, der pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit fließt“, und ihre Maßeinheit ist W/m 2 . Die Schallintensitäts-Mikrofonsonde dient zur Erfassung der Schallintensität zusammen mit der Einheitsströmungsrichtung als Vektorgröße. Dies wird erreicht, indem mehr als ein Mikrofon in eine Sonde eingebaut wird, um den Schallenergiefluss zu messen. Herkömmliche Mikrofone können den Schalldruck (Einheit: Pa) messen, der die Schallintensität an einem bestimmten Ort (einem Punkt) darstellt, aber die Strömungsrichtung messen.
Das Schallintensitätsmikrofon wird daher zur Schallquellensondierung und zur Messung der Schallleistung verwendet. Ono Sokki stellt zwei Typen von Schallintensitätsmikrofonen her - - einen einachsigen Typ (Modell MI-6410), bei dem zwei Paare von Schalldruckmikrofonen nahe beieinander in einer geraden Linie angeordnet sind; und ein dreidimensionaler Typ (Modell MI-6420), der einzigartig für Ono Sokki ist, bei dem vier Mikrofone in jeder Spitze eines regelmäßigen Tetraeders platziert sind.
1.1 Einachsige Schallintensitätssonde (MI-6410)
Struktur
Prinzip
Dieses Verfahren wird auch Zwei-Mikrofon-Verfahren genannt. Die Schallwellenfront, die Mikrofon A (Mic A) erreicht hat, erreicht Mikrofon B (Mic B) nach einer gewissen Zeitdifferenz. Die Zeitdifferenz wird verwendet, um die Schallintensitätskomponente der Mikrofonachse zu berechnen und die Schallrichtung entweder als rückwärts oder vorwärts zu beurteilen. Unter der Annahme, dass der Schalldruck an Mic A p 1 (t) und der an Mic B p 2 (t) ist, dann sind der Mittelwert des Schalldrucks P(t) und der Partikelgeschwindigkeit V(t):
Die Schallintensität kann durch Multiplizieren von p ( t ) mit v ( t ) und Berechnen des Zeitdurchschnitts für dieses Produkt P(t)*V(t) bestimmt werden.
Vorteile
Frequenzen im Bereich von 40 Hz bis 10 kHz können sofort oder gleichzeitig gemessen werden, indem zwei Sondenpaare angeordnet werden, wobei jedes Paar unterschiedliche Frequenzbereiche entlang derselben Achse hat. Die Anordnung von zwei Sondenpaaren entlang der gleichen Achse passt effektiv die akustischen Zentren an, so dass bei der Messung keine Fehler erzeugt werden. Geringeres Risiko von schlechtem Kontakt und mechanischer Beschädigung, da die Sonden aus einer einzigen festen Struktur bestehen. Die geringe Größe und einfache Konstruktion der Mikrofonkapsel (1/4-Zoll-Durchmesser) behindert den Schallfluss nicht.
Spezielle Mikrofonverstärker und ein Schalldruck-Phasendifferenzkalibrator machen die Sonden einfach zu bedienen und liefern hochgenaue Messungen.
Wichtige Punkte
Eine einmal durchgeführte Messung ergibt nur eine Komponente eines Schallvektors.
In vertikaler Richtung beträgt der kürzeste Abstand vom effektiven akustischen Zentrum zum Messobjekt 50 mm, daher können Messungen nicht sehr nahe an der Sonde durchgeführt werden.
Die Messfrequenzbereiche der beiden Mikrofonpaare betragen 40Hz bis 1kHz bzw. 400Hz bis 10kHz. Es ist daher schwierig, Messungen nur für Zwischenbereiche (dh von 200 Hz bis 5 kHz) durchzuführen.
Anwendbare Norm: IEC-1043-Norm für Schallintensitätsmessgeräte mit zwei Mikrofonen.
1.2 Dreidimensionale Schallintensitätssonde (MI-6420)
Struktur
Prinzip
In den vier Spitzen r1, r2, r3 und r4 eines regelmäßigen Tetraeders sind vier nicht gerichtete Schalldruckmikrofone angeordnet. Der Schwerpunkt r0 des regulären Tetraeders ist das effektive akustische Zentrum und die x-, y- und z-Achsen, wenn dieses Zentrum als Ursprung genommen wird, sind wie in der Figur gezeigt. Der Algorithmus für dieses Verfahren wird als Erweiterung des obigen Verfahrens der Verwendung von zwei Mikrofonpaaren betrachtet. Die Methode mit zwei Mikrofonpaaren wird auf zwei beliebige Mikrofonpaare (sechs Wege) angewendet, um zuerst die Schallintensitäten in den Richtungen jedes Paares zu bestimmen und dann die dreidimensionalen Schallintensitäten durch Berechnung der Komponenten entlang des X zu bestimmen , Y- und Z-Achse der Mikrofonsonde.
Vorteile
Die dreidimensionale Schallintensität (drei Richtungskomponenten von Schallvektoren) kann durch nur eine Messung mit vier Mikrofonen bestimmt werden. Die einzigartige Konstruktion der Sonde, bei der vier Mikrofone in jeder Spitze eines regelmäßigen Tetraeders angeordnet sind, hält die räumliche Symmetrie aufrecht und passt die akustischen Zentren effektiv an. Es ist schwierig, den Schallfluss durch die Anordnung von Mikrofonen zu behindern, da der Durchmesser jedes einzelnen an der Spitze dünner Wellen nur 1/4 Zoll beträgt. Diese Anordnung wurde speziell entwickelt, um die Genauigkeit bei der Messung von Schall mit hohen Frequenzen sicherzustellen.
Spezielle Mikrofonverstärker und ein Schalldruck-Phasendifferenzkalibrator machen die Sonden einfach zu bedienen und liefern hochgenaue Messungen.
Wichtige Punkte
Zur Bestimmung der dreidimensionalen Schallintensität ist ein Rechenprozessor notwendig, der Signale von vier Mikrofonen gleichzeitig verarbeiten kann.
Eine höchste messbare Frequenz ist 5 kHz (für 2 dB Fehler).
Anwendbarer Standard: Derzeit gibt es keinen solchen Standard.
2. Schallpegelmesser
2.1 Was ist ein Schallpegelmesser?
Der Schallpegelmesser ist ein Messgerät zur Messung des Schalldruckpegels ( L A , L P ). Die geltenden Normen sind in JIS C1502 (IEC 651 Typ 2), „Schallpegelmesser“ und JIS C1505 (IEC 651 Typ 1), „Präzisionsschallpegelmesser“ definiert. Darüber hinaus gibt es integrierende Schallpegelmesser, die den Perzentil-Schalldruckpegel ( L X ) als statistische Größe sowie integrierte Größen wie den äquivalenten Dauerschalldruckpegel ( L eq ) und den Einzelschuss-Schallbelastungspegel messen ( LAE ) . _
Schallpegelmesser und Präzisionsschallpegelmesser
Der Zweck des Schallpegelmessers (JIS C1502) besteht darin, Umgebungsgeräusche zu messen und einfache Messungen an den Standorten durchzuführen. Der Zweck des Präzisions-Schallpegelmessers ist die Verwendung als Instrument, das für Schallstudien in verschiedenen Bereichen oder für alle Messbedingungen verwendet werden kann, die von Benutzern benötigt werden, die eine Bewertung durchführen.
| JIS C1505 | JIS C1502 | |
| Frequenzbereich | 20 bis 12500 Hz | 20 bis 8000 Hertz |
| Instrumentaler Fehler | 0,7 dB oder weniger | 1,5 dB oder weniger |
| Skalierungsfehler | Fehler von 0,7 dB oder weniger zum Messbereich | Fehler von 1,5 dB oder weniger zum Messbereich |
2.2 Struktur des Schallpegelmessers
Mikrofon und Vorverstärker
Das Mikrofon ist ein Gerät, das Ton genau auffängt und in elektrische Signale umwandelt, und der Vorverstärker ist eine Einheit, die die sehr schwachen aufgenommenen Signale auf einen bestimmten Pegel verstärkt und die Signalimpedanz umwandelt. Da Schall ein Wellenphänomen ist, bei dem sich Luftkondensation und -verdünnung nacheinander ausbreiten, sind Mikrofone und Vorverstärker mit hoher Empfindlichkeit und gutem Frequenzgang erforderlich, um diese Luftkondensation und -verdünnung proportional in elektrische Signale umzuwandeln. Für Mikrofone, die für Schallpegelmesser verwendet werden, werden im Allgemeinen Mikrofone vom Kondensatortyp verwendet. Einzelheiten zu Kondensatormikrofonen sind im vorangegangenen Bericht enthalten.
Frequenzkompensationsschaltung
Diese Schaltung dient dazu, elektrische Signale vom Vorverstärker in diesem Frequenzbereich zu gewichten. Zu den häufig verwendeten Arten der Gewichtung gehören:
A-Bewertung der Frequenz
Diese Gewichtung simuliert den Frequenzgang des menschlichen Gehörs. Charakteristisch für diesen Typ ist, dass die Empfindlichkeit im unteren und oberen Bereich abnimmt. Diese Gewichtung wird normalerweise bei Schallpegelmessungen verwendet.
C-Bewertung der Frequenz
Diese Gewichtung basiert auf einem relativ flachen Frequenzgang und wird zur Aufzeichnung von Wechselspannungsausgängen des Schallpegelmessers oder zur Messung von Impulsschall verwendet.
F-Bewertung der Frequenz
Diese Gewichtung ergibt einen flachen Frequenzgang über einen breiteren Frequenzbereich als die C-Gewichtung. Es wird zur Frequenzanalyse des Klangs eines Objekts verwendet.
Dynamische Reaktion (Zeitgewichtungsschaltung)
"Dynamic response" ist ein Standard (in JIS C1505 oder IEC651) für die Bewegung des Indikatorzeigers (einschließlich Digitalanzeige), der vom Schallpegelmesser sowohl für schnelle Reaktionen (FAST) als auch für langsame Reaktionen ( SLOW ) verwendet wird . Die FAST-Antwort ist ungefähr gleich der Zeitantwort des Ohrs, während die SLOW-Antwort dazu dient, den durchschnittlichen Betrag der Tonvariation anzuzeigen. Die FAST-Antwort wird normalerweise für die Schallmessung verwendet. Außerdem sind einige schnell ansprechende Schallpegelmesser mit einem IMPULSE-Wahlschalter ausgestattet, da der FAST-Wahlschalter die Intensität von Impulsschall nicht korrekt messen kann.
AC-Ausgang und DC-Ausgang
Der AC-Ausgangsanschluss gibt elektrische Signale aus, die proportional zum Grad der Luftkondensation und -verdünnung sind, die von einem Mikrofon erfasst werden. Das DC-Ausgangssignal ist ein Signal, das durch Erfassen des AC-Ausgangssignals und dessen Umwandlung in ein DC-Signal in dB durch die dynamische Antwortschaltung und die logarithmische Berechnungsschaltung erhalten wird. Die Berechnungsschaltung entspricht den angezeigten Werten in dB des Schallpegelmessers. Für die Verwendung eines Schallpegelmessers als Schallsensor wird der AC-Ausgang verwendet. Das AC-Ausgangssignal entspricht dem Schalldruck und hat komplizierte Wellenformen, die aus verschiedenen Frequenzkomponenten bestehen. Wirksame Gegenmaßnahmen gegen Rauschen können ergriffen werden, wenn Frequenzanteile des Objektrauschens bekannt sind. Somit wird der AC-Ausgang als Eingangssignal für FFT-Analysatoren (Fast Fourier Transform) oder Echtzeit-(Oktav-)Analysatoren verwendet.
Anzeige
Im Display gleicht die Signalverarbeitung das DC-Ausgangssignal mit einem vom Schallpegelmesser ermittelten und als Schallpegel angezeigten Messpegel ab. Das Display zeigt den Füllstand in seiner analogen Form, angezeigt durch die Auslenkung des Zeigers, und auch in seiner digitalen Form als Zahlenwert sowie seine Position auf der Balkenanzeige an
2.3 Angezeigte Werte mit Schallpegelmessern
Schalldruckpegel ( L P, L A, L C )
Im Lärmbereich wird der Schalldruckpegel als praktisches Maß für die Amplitude von Schallwellen (Schalldruck) verwendet. Sie wird in Einheiten von Dezibel (dB) gemessen. Vereinfacht gesagt haben Schallwellen mit hohem Schalldruckpegel einen starken Klang, während Schallwellen mit niedrigem Schalldruckpegel einen schwachen Klang haben. Sie wird als eine auf dem menschlichen Gehör basierende Größe ( L A ) ausgedrückt. Mit der A-Bewertung des Schalldruckpegels dient dieser Pegel als Maßstab für die Lärmintensität und wird ebenfalls in Dezibel (dB) gemessen.
Äquivalenter Dauerschalldruckpegel ( L eq )
Dieses Maß kann schwankendes Rauschen statistisch und stabil ausdrücken. Das Ausmaß des Lärms und die Zeitdauer, in der ein Mensch diesem ausgesetzt ist, wird als zeitlicher Mittelwert der gesamten Lärmenergie über die Zeit bewertet und als Pegel angegeben. Dieser Pegel wurde in Japan seit Juni 1998 als Bewertungsgröße für Umgebungslärm angenommen und wird in Zukunft ein wichtiger Index für die Bewertung von Lärm werden.
Einzelschuss-Schallbelastungspegel ( L AE )
Dies wird als Wert für die Messung von Geräuschen kurzer Dauer angegeben, die nur einmal (Single Shot) oder intermittierend erzeugt werden. Er wird zum Wert für den Schallpegel des stationären Schalls, wenn er eine Sekunde lang mit einem Energiepegel anhält, der gleich dem der Gesamtenergie ist, die in einer Einzelschussweise erzeugt wird.
Perzentiler Schalldruckpegel ( L X )
Dieser Wert wurde lange Zeit als Größe zur Bewertung von schwankendem Lärm verwendet und wurde als Bewertungsgröße für Lärm im Lärmregulierungsgesetz und in den Standards für natürliche Umwelt in Japan verwendet. Wenn die Summe der Perioden, in denen der schwankende Geräuschpegel einen bestimmten Pegel überschreitet, während einer bestimmten Messperiode (t2-t1) X % entspricht, dann wird dieser Schallpegel als X-Perzentil-Schalldruckpegel bezeichnet und als L x ausgedrückt .