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Die Messung von Schallpegel und Schalldruck ist ein wichtiger Aspekt der Überwachung der akustischen Umgebung in vielen verschiedenen Bereichen. Sie werden in verschiedenen Industrien, im Umweltschutz, in der Tontechnik und in der Medizin eingesetzt. Wir assoziieren es hauptsächlich mit Messungen in Dezibel (dB), die den Pegel der Schallintensität definieren. Als grober Anhaltspunkt wird dies oft situationsabhängig beschrieben:
- Flüstern: 30 dB
- Normale Unterhaltung: 60 dB
- Typischer Lärmpegel in einer Großstadt: 55 – 65 dB
- Rasenmäher: 90 dB
- Film im Kino: 80-100 dB
- Live-Musik: 100-115 dB
Schallmessungen und Sonometer
Der angegebene Grenzwert für das Gehör liegt bei 85 dB. Lautere Geräusche, wie die von Motorradauspuffen, sind oft ein Grund für Bußgelder, wie einige von uns schmerzlich erfahren mussten. Viele Länder legen Normen für akzeptable Schallpegel in verschiedenen Umgebungen fest, um die öffentliche Gesundheit und die Umwelt zu schützen. Dies ist allerdings eher Halbwissen und es stellt sich heraus, dass bei spezielleren Messungen viel mehr Klangparameter beachtet werden.
Und so ist der Schalldruck ein Maß für die mechanischen Auswirkungen einer Schallwelle, ausgedrückt in Pascal (Pa) oder Mikropascal (μPa). Der Schalldruck bezieht sich auf die Druckänderungen in einem Medium, die durch Schallwellen verursacht werden. In der Praxis bezieht sich der Schalldruck bei Schallwellen, die sich in Gasen ausbreiten, auf die Änderungen des atmosphärischen Drucks, die durch Änderungen der Luftdichte verursacht werden. An dieser Stelle kommen uns Sonometer zu Hilfe.
Wie funktioniert das Sonometer?
Sonometer sind Geräte, die zur Messung des Schallpegels verwendet werden. Das Sonometer enthält ein Mikrofon zur Aufnahme von Schall, einen Wandler zur Umwandlung des akustischen Signals in ein elektrisches Signal und Elektronik zur Verarbeitung und Anzeige der Ergebnisse. Sie sind ein absolutes Muss bei der Überwachung von Maschinenlärm, im Umweltschutz zur Bewertung der Auswirkungen von Lärm auf Ökosysteme oder in der wissenschaftlichen Forschung zur Analyse der akustischen Eigenschaften verschiedener Gebiete. Schritt für Schritt geht das so:
- Das Mikrofon ‘sammelt’ die Schwingungen der Luftmoleküle (Schallwellen) und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Hierfür wird ein Wandler benötigt.
- Der Schallwandler wandelt das akustische Signal des Mikrofons in ein elektrisches Signal um, das von der Elektronik des Sonometers weiterverarbeitet werden kann. Dies kann eine Mikrofonkapsel sein, in der eine vibrierende Membran Änderungen im Magnetfeld erzeugt, die einen elektrischen Strom induzieren.
- Elektronische Schaltungen verarbeiten das elektrische Signal des Mikrofons, indem sie Operationen wie Signalverstärkung, Filterung und Verarbeitung im Zeit- oder Frequenzbereich durchführen. Sie sind notwendig, um das Signal anzupassen und zu formen, damit es richtig interpretiert und zur Messung des Schallpegels verwendet werden kann.
- Der Schallpegelmesser liest das verarbeitete Signal und zeigt die Ergebnisse in Dezibel (dB) an.
- Unabhängig davon überprüft der Sonometerkalibrator regelmäßig die Genauigkeit der Messungen, während die Stromversorgung über Batterien oder andere Energiequellen erfolgt.
Lassen Sie uns bei Punkt 3 stehen bleiben. Diese Elektronik umfasst einen Operationsverstärker, um den Signalpegel des Mikrofons abzustimmen, Schaltkreise, um Rauschen herauszufiltern und sich auf bestimmte Frequenzbänder zu konzentrieren, sowie Analog-Digital-Wandler (ADCs), die wichtig sind, wenn das Sonometer über digitale Aufzeichnungsmöglichkeiten verfügt. Erwähnenswert ist auch der Signalprozessor für die erweiterte Verarbeitung von Audiosignalen, z.B. für die Spektralanalyse, und die Elemente der Benutzeroberfläche, die von Modell zu Modell variieren, aber im Wesentlichen ähnliche Elemente beinhalten, wie z.B. leicht ablesbare Schaltkreise zur Anzeige der Messergebnisse.
Sonometer für den täglichen Gebrauch
Der Bereich, der vielleicht am ehesten weit verbreitet ist, ist die Industrie und der Bereich Gesundheit und Sicherheit. Eine längere Belastung durch hohe Schallpegel kann zu dauerhaften Hörschäden wie Hörverlust oder Tinnitus führen. Arbeiter, die Lärm ohne angemessenen Gehörschutz ausgesetzt sind, sind anfällig für solche Erkrankungen. Übermäßiger Lärm trägt zu Arbeitsunfällen bei, beeinträchtigt die Fähigkeit der Arbeitnehmer, sich zu konzentrieren und schnell auf Notfälle zu reagieren. Die derzeitige Gesetzgebung, die mit den Richtlinien der Europäischen Union in diesem Bereich übereinstimmt, verpflichtet die Arbeitgeber, den Lärmpegel zu überwachen, die Risiken der Exposition zu bewerten und Maßnahmen zu ergreifen, um diese Exposition zu reduzieren, wie z.B. die Bereitstellung von Gehörschutzmitteln.
In großen städtischen Gebieten werden Sonometer zur Überwachung des allgemeinen Lärmpegels in verschiedenen Bereichen der Stadt eingesetzt. Dies hilft, Bereiche zu identifizieren, in denen Maßnahmen zur Verbesserung der Qualität der Klangumgebung erforderlich sind. In Kombination mit unseren Lieblingsplattformen Arduino und Raspberry Pi werden interaktive Kunstprojekte, Heimanwendungen, die dem Smart Home nahe kommen und den Betrieb von Beleuchtung oder Lüftung genau auf den Geräuschpegel abstimmen, oder Bildungsprojekte, die den Einstieg in die Welt der Programmierung und Datenanalyse wesentlich erleichtern, immer beliebter.
Sonometer - worauf ist zu achten?
Es gibt keine Geräte, die frei von Einschränkungen und Mängeln sind. Die Faktoren, auf die Sie achten müssen, sind vor allem Kalibrierung und Genauigkeit, ohne die es keine präzisen Ergebnisse gibt. Sonometer sind manchmal anfällig für Störungen aus der Umgebung, wie z.B. Geräusche aus anderen Quellen oder Windeinflüsse, und daher auch anfällig für falsche Messwerte. Ein wichtiger Parameter ist der Frequenzgang, was bedeutet, dass das Sonometer für bestimmte Frequenzbereiche des Schalls empfindlicher ist als für andere. Benutzen Sie das Sonometer so oft wie möglich, beschränken Sie die Interaktion mit anderen Geräten (die natürlich nicht zu einem gemeinsamen Projekt gehören) und versuchen Sie, Vibrationen und mechanische Schwingungen zu vermeiden. Sie können dies durch eine stabile Befestigung, mechanische Isolierung oder Antivibrationsständer erreichen, die aus Aufnahmestudios und Labors bekannt sind. Es werden auch spezielle Algorithmen und Werkzeuge in modernen Sonometern entwickelt, um die Messergebnisse zu korrigieren.
