Bei Kondensatormikrofonen existieren im Hinblick auf den linearisieren Frequenzgang (Entzerrung) drei verschiedene Mikrofontypen.
Nennen Sie die drei Mikrofontypen und beschreiben Sie die zugehörigen Schallfelder, für welche die Mikrofontypen ausgelegt sind.
Freifeldmikrofone: Schalleinfall bei 0°
Diffusfeldmikrofon: diffuser Schalleinfall
Druckfeldmikrofon: Schalleinfall bei 90°
Welcher dieser Mikrofontypen wird im Allgemeinen für Schallmessungen im Bereich des Umgebungslärms eingesetzt?
Freifeldmikrofone
Erläutern Sie die zwei wesentlichen Ursachen für eine Richtungsabhängigkeit der Mikrofonempfindlichkeit im mittleren und oberen Frequenzbereich.
Beugungseffekte an der Mikrofonkapsel: hohe Frequenzen werden stärker abgelenkt und treffen je nach Einfallswinkel unterschiedlich auf die Membran.
Interferenzen zwischen Direktschall und reflektiertem Schall: bestimmte Frequenzen werden je nach Richtung verstärkt oder abgeschwächt.
Kondensatormikrofone:
Warum werden Kondensatormikrofone häufig als Messmikrofone in Schallpegelmessern verwendet?
Können als einziger Mikrofontyp die Genauigkeitsanforderungen der Normung erfüllen.
Welchen Nachteil haben Kondensatormikrofone im Vergleich zu anderen Mikrofonbauformen?
aufwändig in der Herstellung
Hohe Kosten
Wie veränderen sich die Empflindlichkeit und der erfassbare Bereich des Schalldrucks in Abhängigkeit des Mikrofondurchmessers (qualitative Beschreibung)?
Große Mikrofone sind empfindlicher
Kleine Mikrofone sind empflindlicher bei höheren Frequenzen und haben einen größeren Dynamikbereich.
Mit größerer Membramfläche sinkt der minimal und der maximal erfassbare Schalldruck tendenziell.
Welche Mikrofonbaugröße hat sich als Standard bei Schallmessungen in Bezug auf Umgebungslärm etabliert und warum ist dem so?
1/2 Zoll Mikrofone, da sie das gesamte hörbare Spektrum erfassen können.
Sie bieten auch die ausgewogenste Kombination der Eigenschaften (Empfindlichkeit, Frequenzbereich, Dynamikbereich).
Erläutern Sie zur Nacheichpflicht von eichpflichtigen Schallpegelmesser folgende Fragen:
Wann ist eine Nacheichung erforderlich?
Nacheichfrist für akustische Messgeräte beträgt 2 Jahre
Wer ist für eine Nacheichung verantwortlich?
Jeder der ein eichpflichtiges Messgerät verwendet oder bereithält.
Wer darf eine Nacheichung durchführen?
Ermächtigte/ akkreditierte Stellen
Woran ist ein Schallpegelmesser mit gültiger Eichung zu erkennen?
Durch eine Kennzeichnung auf dem Gerät (Stempelung).
Was ist vor jeder Messung mit einem geeichten Schallpegelmesser durchzuführen und wie nennt man dies?
Kalibrierung: vor jeder Verwendung Justierung mit geeichter Prüfschallquelle
Frequenzbewertung:
Erläutern Sie die im nachfolgenden, linken Diagramm gezeigten Kurven gleicher Lautstärkewahrnehmung.
Die Isophon-Kurven (Kurven gleicher Lautstärkewahrnehmung) zeigen den Zusammenhang zwischen dem Schalldruckpegel (in dB) und der Frequenz (in Hz), bei dem Töne als gleich laut wahrgenommen werden.
Die Kurven basieren auf Hörversuchen und berücksichtigen die Frequenzabhängigkeit des menschlichen Gehörs
Tiefe und sehr hohe Frequenzen müssen mit einem höheren Schalldruckpegel wiedergegeben werden, um als gleich laut empfunden zu werden.
Phon = Einheit des Lautstärkepegels eines Geräusches; Schalldruckpegel eines 1kHz Tons, der gleich laut wie ein Geräusch empfunden wird; Maß zu Lautstärkewahrnehmung
Welche Motivation steht hinter der Anwendung einer Frequenzbewertung?
Durch die Frequenzbewertung werden psychoakustische Effekte und somit Lautstärkewahrnehmungen des Menchen mitberücksichtigt.
Welche Frequenzbewertungen bestehen konkret und warum wurden diese verschiedenen Bewertungen ursprünglich eingeführt?
A - Bewertung: 20-40 phon
B - Bewertung: 50-70 phon
C - Bewertung: 80-90 phon
D - Bewertung: 110-130 phon (sehr hohe Lautstärke)
Z - Bewertung: umbewerteter Schallpegel
Eingeführt zur näherungsweisen Nachbildung der frequenzspezifischen Wahrnehmung.
Welche zwei Frequenzbewertungen werden heutzutage üblicherweise verwendet?
A - Bewertung für niedrige Schallpegel
C - Bewertung für höhere Schallpegel
Erläutern Sie den SEL:
Wie nennt sich die akustische Kenngröße, die oft auch als SEL bezeichnet wird?
Schallereignispegel, Schallexpositionspegel
Woran erkennt man bei Formelzeichen mit der üblichen Schreibweise L?, dass es sich um einen SEL handelt?
LE, aber oftmals in Kombination mit A-Bewertung, dann LA,E
Index “E” ist kennzeichnend
Erklären Sie die physikalische Definition von SEL.
Jener Schallpegel, der den gesamten Energieinhalt eines Schallereignisses beliebiger Dauer auf 1s bezieht.
Formel:
Liefert eine 60s andauernde Zugsvorbeifahrt mit einem Vorbeifahrtspegel von Leq,1 = 80 dB oder eine 5s andauernde Zugsvorbeifahrt mit einem Vorbeifahrtspegel Leq,2 = 90 dB einen höheren SEL?
Worauf ist bei der Ermittlung des SEL von sehr kurzen Zugvorbeifahrten zu achten?
Grenzen richtig setzen, um den gesamten Schallpegel zu erfassen (Beginn und Ende).
Umgebungsgeräusche spielen wichtige Rolle
Log Effekt verstärken die Fehler bei kürzeren Ereignissen
Erläutern Sie den Basis- und den mittleren Spitzenpegel (inkl. Definition, Index, Bewertungen).
Pegelstatistik auf Basis der Summenhäufigkeit (kumulative Häufigkeit)
gibt den Anteil der Messzeit an, in der ein Pegelwert überschritten wird.
Basispegel (Index 95): Pegelwert, der 95% der Messzeit überschritten wird.
Mittlerer Spitzenpegel (Index 1/01): Pegelwert, der in 1% der Messzeit überschritten wird.
Zeitbewertung erforderlich (im Allgemeinen Fest), meist Frequenzbewertung A
Warum ist es in der Akustik häufig erforderlich, nicht nur Einzahlwerte von Schalldruckpegeln, sondern Frequenzspektren zu betrachten (inkl. 2 Beispiele)?
Physikalische Effekte in der Akustik oftmals frequenzabhängig (durch Einzahlwerte nicht abbildbar).
Beispiele:
Luftdämpfung bei Schallausbreitung
Schallabschirmung (Beugung)
Absorptionsvermögen von Materialien
Welche zwei Arten von Spektren werden üblicherweise für Umgebungslärm und die Prognnoseberechnung verwendet?
hohe Frequenzauflösung (Schmalbandspektrum)
Unterteilung in Frequenzbänder (gefiltertes Spektrum)
Schallpegelmesser:
Warum wird bei (modernen) Schallpegelmessern eine Abtastung durchgeführt und was gibt die Abtastungsfrequenz fs an?
Eine Abtastung (Sampling) wird durchgeführt, um das analoge Zeitsignal des Schalls in ein digitales Signal umzuwandeln. Dies ist notwendig, damit die weiteren Verarbeitungsschritte (wie Frequenzbewertung, Zeitbewertung, Pegelberechnungen) digital erfolgen können.
Die Abtastfrequenz fs gibt dabei an, wie oft pro Sekunde das analoge Signal abgetastet wird - also wieviele digitale Werte pro Sekunde erzeugt werden.
Wenn Sie eine Geräuschsituation im Frequenzbereich von 50 Hz bis 16 kHz erfassen möchten, wie ist die Abtastfrequenz zu wählen (inkl. Begründung))
Die Abtastfrequenz fs muss gemäß des Nyquist-Shannon-Abtasttheorems mindestens das Doppelte der höchsten vorkommenden Frequenz betragen, um eine verlustfreie Digitalisierung sicherzustellen.
In diesem Fall eine Abtastfrequenz von mindestens 32 kHz, um alle Frequenzanteile bi 16 kHz korrekt zu erfassen.
Mit welchem zeitlichen Abstand erfolgt die Abtastung bei der zuvor gewählten Abtastfrequenz?
Was bedeutet Quantisierung, warum entstehen dabei die als Quantisierungsrauschen bekannten Fehler und wie kann dieser Fehler klein gehalten werden?
Quantisierung ist der Vorgang, bei dem die abgetasteten Momentanwerte des analogen Signals in digitale Werte mit endlicher Auflösung umgewandelt werden.
Weil bei der Quantisierung analoge Werte gerundet werden, entsteht ein kleiner Unterschied zwischen dem tatsächlichen analogen Wert und dem gespeicherten digitalen Wert. Diese Abweichung wirds als Quantisierungsfehler bezeichnet - im Zeitverlauf äußert sich das als Quantisierungsrauschen.
Quantisierungsfehler werden umso kleiner, je feiner die Auflösung ist - also je mehr Bits für die Darstellung der Signalwerte zur Verfügung stehen (höhere Bitanzahl - mehr Stufen - geringere Rundungsfehler)
Kenngrößen:
Erläutern Sie den äquivalenten Dauerschallpegel (Bedeutung inkl. aussagekräftiger Skizze und Berechnung bei gegebenen Schalldruckverlauf p(t)).
Äquivalenter Dauerschallpegel: Jener Pegel, der bei ununterbrochener Andauer über den betrachteten Zeitraum T die gleiche Schallenergie beinhaltet, wie der Ausgangsschall.
Berechnung durch Mittelung der Zeit T
Was bedeuten die Begriffe Maximalpegel und Spitzenpegel und wodurch unterscheiden sich die beiden Kenngrößen voneinander? Welcher der beiden Pegel liefert bei Geräuschen stets höhere Werte und warum ist dem so?
Maximalpegel (Lmax): höchster Pegelwert in dem betrachteten Zeitraum mit Zeitbewertung
Spitzenpegel (Lpeak): höchster Pegelwert in dem betrachteten Zeitraum ohne Zeitbewertung
Der Spitzenpegel ist in der Regel höher, da er den absoluten Maximalwert des Drucks abbildet, während der Maximalpegel durch Zeitmittelung gedämpft ist.
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