Akoestische Meetmethoden en Meetapparaten

Tijdschrift van het

N e d e rlan d s Radiogenootschap DEEL 23 No. 6

1958

Akoestische Meetmethoden en Meetapparaten door J. J. Geluk * ) Inleidende voordracht gehouden voor het N ederlands R adiogenootschap en de Geluidstichting op 22 mei 1958.

Summary A n in tro d u ctio n is given in the aco u stic field, sum m arizing h isto rical technical developm ents an d n o w a d a y s m easu rin g tech n ique. T he m ost im p o rta n t aco u stic q u an tities are defined, giving special atte n tio n to those, used in the follow ing p ap ers. B oth p h y sical a n d psych ological resu lts are m entioned, as w ell as te n dencies in the acoustic science.

A ls inleider van deze dag heb ik mij to t ta a k gesteld een globaal overzicht te geven van de huidige stan d van de m eet m ethoden in de akoestiek, hier en d a a r iets te vertellen over m eetap p araten , beide gericht op de stra k s volgende voordrachten. Ik heb de verleiding niet kunnen w e e rsta a n om ook teru g te blikken in de m ethodiek van grote natuurkundigen van de a f gelopen eeuw en; hoew el wij w ellicht glim lachen kunnen over de om slachtigheid, zal iedereen m oeten toegeven, d a t e r veel inge nieuze gedachten in v e rw e rk t zijn. M en heeft al vroeg onderkend, d a t h et theoretisch asp ect van de ako estiek zó moeilijk w as, d a t h et experiment niet te v e r mijden w as en w e zien heden door de grote keuze van m eet a p p araten , d a t in de akoestiek h et experim ent zo niet prim air, dan toch nauw elijks o nd erdoet voor de theorie. O o k een groot theoreticus als Rayleigh had behoefte aan het experim ent en u ite ra a rd m oest daarbij gebruik w orden gem aakt van directe m ethoden zoals m echanische, optische en therm ische m iddelen. *) N e d e rla n d sc h e R ad io U nie, H ilv ersu m .

J. J. Geluk

248 1. Historisch overzicht.

V ó ó r h et ja a r 1800 w as h et voornam elijk de geluidsvoortplantingssnelheid en de frequentie , die de experim entatoren boeide, doch om streeks 1858 w as het Scott, die door m iddel van m em b ra a n en naald reg istra ties kan aan tonen op ro teren d e trom m els. D e z.g. Phonautograph heeft stellig Edison in 1877 geïnspireerd to t h et uitvinden van de Phonograaf. V erb eterin g en w erden hierin la te r aan g eb rach t, o.a. door M iller (1909), die m et behulp van de optiek grotere gevoeligheden kon bereiken m et zijn z.g. Phonodeik . O ok Wheatstone heeft zich aan h et akoestische experim ent gew aagd en men kan h et instrum ent Kaleidophone al zien als een voorloper van h et af buigsysteem van oscilloscopen (1827). H ierbij w erden tw ee rechthoekige p laatjes loodrecht op e lk a a r en in eik aars verlengde bevestigd, w aarbij een rich ting safhankelijke gevoeligheid ontstond in tw ee richtingen. Kwantitatieve m ethoden kw am en na h et m idden van de 19e eeuw n a a r voren, w a a rv a n Driving Chamber genoem d kunnen w orden de Gevoelige Vlam (Le Conte)f de Manometrische Vlam (Koenig) en de Interferentiemethode van Boltzmann. A ls eerste ,,toongenerato r ” zou men de Tonometer van Scheibler kunnen noe men, die in 1834 een serie geijkte stem vorken in een Eye piece a p p a ra a t o n d erb rach t. V erb e te rd door Koenig beschik Microphone circuit te men toen over toonhoog -OGrid ten van 16 to t 90.000 H z. voltage A ls de beste k w a n tita tieve m ethode voor h et m e -o Ground ten van de deeltjessnelheid (b) ontston d in 1882 de z.g. F ig . 1 P i s t o n p h o n e . H e t electro m ag n etisch e Rayleigh-disct een m ethode, systeem (d riv in g coil) v e ro o rz a a k t d ru k - die ook nu nog de enige v a ria tie s in de k a m e r (cham ber ). D e u it absolute m ethode is voor w ijking en de d a aru itv o lg en d e d ru k v a ria tie deze grootheid. D iegenen die w el eens hierm ee hebben w o rd e n m et de m icroscoop afgelezen. Rastering^

coll

Microphone term inals' Removable cover

Microphone —

.To insert

Removable

Akoestische Meetmethoden en Meetapparaten

249

,,gespeeld” zullen kunnen beam en, d a t in onze dynam ische w ereld de uitvoering eigenlij k ondoenlijk is. D irect voor de uitvinding van de tnode w as h et Pierce die voor het eerst een electrom agnetische transducer gebruikte. N a gelijkrichting gelukte het hem een galvanom eter to t u it slaan te brengen en geluidsdrukken al te lezen. M e t behulp van stan d aard -g elu id sb ro n n en (zoals Sirenes en Thermophones) probeerd e men de o n tv a n g sta p p a ra tu u r te ijken. In een volgende v o o rd rach t zal U een m oderne versie van een dergelijke stan d aard -g elu id sb ro n w orden getoond, w a a ru it we nogm aals zien d a t een terugblik in de historie zijn w a ard e kan hebben. O p het gebied van de zaalakoestiek we rd ook voor 1900 reeds

Fig. 2

M e e ta p p a ra tu u r van een galm vrije k a m e r,w a a rm e d e een recip ro citeitsm etin g kan w o rd en uitgevoerd (N .R .U . H d v ersu m ).

geëxperim enteerd en w e kunnen nu w el m edelijden hebben m et Sabine, die slechts m et stopw atch en orgel gew apend en m et zijn eigen gehoor nagalm tijden bepaalde, m aar heden ten dage zijn er nog „ak o estici”, die slechts m et handenklappen hun me ting verrichten. H e t w as na 1920 d a t de grootheid transducer (transd ucen t) geboren w erd, die als „sleu tel” zou kunnen w orden b etiteld, om

250

J. J. Geluk

toegang te verkrijgen to t h et „ d o ra d o ” van de ex p erim en tato r: de Elektronika. D e akoestische w etenschap is hier in goed gezelschap van we ih a a s t de gehele techniek, van w erktuigbouw kunde a f to t aan kernfysica. M e t een v a ria n t op h et gezegde van G alileï kan men bew eren; „G eef ons een tran sd u cer, en wij m eten het ón m ogelijke” . T ot die onm ogelijkheden b eh oort stellig de „omzetter" van fysische grootheden n a a r subjectieve gew aarw ordin g. P ro b e e rt men op dit gebied iets te doen, dan tre ft men steeds w eer de gecom pliceerdheid van de mens, zow el psychologisch als fysio logisch. V erlaten we than s de historie en vestigen we de aan d ach t op enkele akoestische grootheden en h a a r m eting. H ierbij wil ik zoveel mogelijk de grondbegrippen om vatten, w a arv an de volgende sp rekers in hun voo rd rachten stellig ge bruik zullen m aken.

2 . Akoestische groot

heden en moderne me thoden*

2 . 1. D e g e lu id s d r u k p .

Fig. 3 G a l m v r i j e r u i m t e . D e hoge ab so rp tie aan de w a n d e n is b e re ik t m et behu lp van w iggen slak k en w o l (E stan iso l).

V oor lage frequenties is nog steeds een m ethode in gebruik, bekend onder de naam Pistonphone . In fig. 1 is schem atisch a a n gegeven, hoe de m eting hierm ede p la a ts vindt. O n d e r de m icroscoop zijn de volum e-wijzigingen van de d ru k k am er te b e palen en voorzover de k a m er klein is t.o.v. de golf lengte is de w isselende druk in de kam er hieruit af te leiden en kan men nauw keurigheden b erei ken van enkele procenten.


251

V o o r hoge frequenties is de me th ode echter niet b ru ik b a a r en w o rd t algem een h et reciprociteitsprincipe toegepast. O m ook de veldverstoring in rekening te brengen is het bovendien nodig de akoestische drukken te kunnen vervangen door m echanische k rach ten op h et m em braan van de condensatorm icrofoon. In fig. 2 is de a p p a ra tu u r afgebeeld, die b eh o o rt bij een galm vrije kam er, die zoals tegenw oordig algem een toegepast, voorzien is van w iggen ab so rp tiem ateriaal (zie fig. 3). D e ijkschakeling kom t dan neer op een hoogfrequentschakeling van fig. 4. EC81

'/2 ECC8I

72 ECC81

Fig. 4 I l o o g f r e q u e n t - s c K a k e l i n g v an een co n d en sato rm icro foon. E en la ag fre q u e n tsp an n in g k an g eïn tro d u ceerd w o rd en (klem m en T G ), w elk e het m em b raan d oet b ew eg en en stelt d erh alv e een v erv an g in g voor van een geluidsdruk.

Het reciprociteitsprincipe . E r w orden tw ee m etingen uitgevoerd en w el: 1) E én van de m icrofoons w o rd t als geluidsbron een stroom i1 toegevoerd; een andere m icrofoon geeft tengevolge van het geluidsveld (op een afstan d d van de bron) een e.m.k. van c2 V olt. 2) B eide m icrofoons w orden na e lk a a r aan hetzelfde geluidsve ia van een w illekeurige lu id sp rek er blootgesteld; zij le veren daarbij e.m .k/s resp. cx en e2 , afhankelijk van hun gevoeligheden en eventuele veldversto rende invloeden. A angezien nu de gevoeligheid g van een reciproke m icrofoon zow el gegeven kan w orden als bron / V------------------------olum e-snelheid = —V \ of r als, m icrofoon . /------=— e.m .k. — = — e\ \ stroom i I \ geluidsdruk p /

252

J. J. Geluk

C .g, i. ar D e constante C kan r m et grote benadering gesteld w orden als ' ,, w aarin d — afstan d ,

lev ert de eerste m eting op:

<5 X •

2

F ig. 5 D ru k v e rh o g in g van een ijkkapsel, v erk reg en m et behu lp van een recip ro citeitsijk in g .

F ig. 6 V e rb a n d in decibels tu ssen de aflezing van een quasi p iek m eter en de piek-soin van in harm onische sinusgolven. Eb is de enkelzijdig gelijkgerichte s p a n n in g ; R r is de effectieve v o o rw a a rtse w e e r sta n d ; Rb is de effectieve le k w e e rsta n d .

f — frequentie en q — luchtdichtheid. D e tw eede m eting le v e rt de verhouding van beide gevoeligheden g* en 2• U ite ra a rd v ereist de m ethode een goed ex perim entator. A ls uitkom st van een dergelijke ijking is in fig. 5 de d rukoploop aan g e geven van een enkel k a p sel en d a t m e rk w a a r digerw ijze een hogere op loop v erto o n t dan 6 dB . E en technische m oeilijk heid is v erd e r nog het aanwijs-instrument van de geluidsdrukm eting. H ie r toe kunnen zow el piek-

253


650

700

750

800

Barometric pressure in millimeters of mercury

850

F ig. 7 V a ria tie van de k a ra k te ristie k e im pedantie n0c van lucht als functie van d ru k en te m p e ra tu u r.

w aard en , gem iddelde w aard en en effectieve w aard en w orden ge bruikt. Technis ch is de gem iddelde w a ard e het m eest a ttra c tie f, hoew el grote afw ijkingen kunnen o n tstaan van de voor si nusvorm ige spanningen geldende verhoudingen. In fig. 6 is aangegeven, hoe bij een a a n ta l inharmonische sinusgolven de gem eten quasi piek m et de w erkelijke p ie k w a a r de gekoppeld is. In de v o o rd rach t van de H eer Peekei zal hierover stellig nog e.e.a. gezegd w orden. kig. 8

T h eo retisch e geluidsverdelin g in het vrije veld m et bolvorm ige golven en zo n d er dem ping.

2.2. De deeltjessnetheid

Als tw eede akoestische grootheid kunnen wij de

254

J. J. Geluk

decltjcssnelheid noemen, u. D e m ethode m et de Rayleigh-schijf, w aarbij een koppel o n tsta a t, evenredig m et , w erd steeds m eer vervangen door de drukdifferentie-m icrofoon. V oorzover het systeem een snelheid krijgt evenredig m et deze deeltjessnelheid, kan een b etro u w b are m eting resulteren. D e m oeilijkheid hierbij is de verdeelde m assa van een bandm icrofoon, w a a rd o o r vooral de la se k a ra k te ristie k niet co n stan t blijft. M en verm ijdt dan ook veelal de m eting van u en g a a t uit van de grootheid qc die voor het vrije veld de specifieke akoestische im pedantie is. O verigens han gt deze nog w el van veel factoren, zoals tem p e ra tu u r en druk af, zoals uit fig. 7 duidelijk te zien is. B ehalve deze golfimpedantie tre e d t er ook extinctie op, die

Ribbon- to -line transformer

en

10,000

f 1 4 II. 100,000 I f I III I 10

Side view *

Frequency in cycles per second

F ig . 9 D em p in g sco n stan ten voo r vrij droge lu ch t (1 atm ., 2 6 72 °C, relatiev e vochtigheid 37% -) A is gem iddeld m e e tre su lta a t; B is de kl assiek e dem ping; C is de asy m p to tisch e w a a rd e , w a a rto e krom m e A n a d e rt.

F ig. 10 C o m b in atie v an d ru k en d ru k di fleren tie-m icrofoon. T w ee d ru k m icro fo o n s zijn gem on teerd aan de uiteind en v an een b an d m icro fo o n ; de d rukm icrofo ons geven gem id deld de d ru k v an h et b a n d systeem (n a a r C la p p en F iresto n e).


255

vooral bij o p en lu ch tth eaters en geluidsversterking een belangrijke invloed uitoefenen. H e t is in teressan t te zien hoe in fig. 8 een geluidsbron van 150 W a tt in Berlijn, die op 100 m afstan d een geluidsdruk van 10 /^b ar geeft (94 phon) nog aan het B odenm eer op fluistersterk te te horen zou m oeten zijn. T heoretisch hebben Stokes en Kneser hieraan g ew erk t en m e tingen verricht, w aarbij zow el de w arm te-convectie, viscositeit als interm oleculaire verschijnselen w erden beschouw d. Fig. 9 la a t hiervan voor hoge frequenties de uitkom st zien (bij norm ale d ru k ; tem p eratu u r t — 20, 5°, 37 % vochtigheid). E en m eer practische m ethode is om h et drukniveau op 100 m afstan d L 1 te noem en, de a fstan d R in honderden m eters uit te drukken en een volgende em pirische form ule aan te houden: L 2 = L I — 20 log r — D.r. A fhankelijk van de w eersom standigheden kom t men voor de grootheid D op w aard en tussen 3 en 8 . 2 .3 . D e i n t e n s i t e i t . V o o r het m eten van de intensiteit is to t op heden geen b ru ik bare m ethode gevonden. Deze in ten siteit in een bepaalde richting 0 , T

70 = 7'J^'V& dt o v ereist derhalve h et m eten van de geluidsdruk en de deeltjessnelheid in een bepaalde richting, zow el n a a r am plitude als fase. O m streek s 1941 h eb ben Clapp en Firestone een instrum ent v e rv a a r digd. Fig. 10 geeft aan, hoe m et tw ee drukm icrofoons en één drukdifferentie-m icrofoon d it kon w orden verw ezenlijkt. Fig. 11 H e t verm enigvuldigen S ch ak elin g van de in ten siteitsm eter van C lap p en F ire sto n e . ei stelt de d ru k voor, £2 de van beide grootheden ge schiedde door k w a d ra snelheid. A d d itie en su b tra c tie vinden in tra n s fo r teren van de som en m ato ren p la a ts, k w a d ra te rin g in tw ee th e r verschilspanningen (zie fig. ïi) . m okoppels.

256

J. J. Geluk

E en andere m ethode is die via de stralingsdruk , een m ethode die in de u ltraso n e techniek veel w o rd t toegepast, om dat d a a r de golflengte zo klein is en de energie-dichtheden m eestal groot zijn. M en kan aantonen, d a t deze stralin g sd ru k P st gelijk is aan 0 + y) X de energie-dichtheid D. H ie ru it kan de intensiteit a f geleid w orden, indien de geluidsbron vrijuit stra a lt. 2.4. D e g e l u i d s d i c h t h e i d . V eel m oeilijker is het om de geluidsdichtheid direct te m eten. Im m ers, deze b e s ta a t zow el uit kinetische energie als potentiële energie en is: D= (i Qu2 + h dx dz.

Ijl V

V oorzover het sinusvorm ige grootheden b e tre ft kan men, m et behulp van het im pedantiebegrip, hiervoor schrijven: QC_ P^_ d x dy dz. 1 D = I + 2 Z Q
V o o r lopende geluidsgolven is de im pedantie w el bekend, doch voor m eer ingew ikkelde velden m oet zij a p a rt w orden bep aald. Bij de geluidisolatie-m etingen tra c h t men de gem iddelde d ich t heid van een ruim te te bepalen door de geluidsdrukken te m e ten en h a a r k w a d ra te n te m iddelen. 2 .5 . D e a k o e s t i s c h e i m p e d a n t i e . E ven zo belangrijk als een impedantie in de electrotechniek is, is zij d it ook in de akoestiek, doch de m oeilijkheden van m eten zijn hier veel groter. M en onderscheidt drie soorten impedanties , t.w .: de specifieke akoestische impedantie z — ; de akoestische impedantie z ajz _p_ u.S p.S. en de mechanische impedantie z mech.

u

H ierin b ete k en t vS h et oppervlak, w aaro p de d ru k w e rk t en w a a ro v e r de snelheid u co n stan t is veron dersteld. E r zijn drie principiële m ethoden bekend om akoestische im ped anties te m eten. Ie. M en kan d irect aan een m onster de geluidsdruk m eten en een zekere snelheid m ededelen. D eze m ethode is alleen voor

*


257

lage frequenties geschikt, om dat men de snelheid op de p laa ts van het m onster dient te m eten zonder geluidsvervorm end te w erken. Fig. 12 geeft een opstelling van een dergelijke meting, die bedoeld is om m ateriaalvullingen in spouw m uren

Fig. 12 I m p e d a n t i e m e t e r v a n spou w m uur-v ullingen . S nelheid w o rd t gegeven doo r een trillin g sex citer.

te onderzoeken. 2e. V ia een transmissiesysteem kan men de im pedantie tra n s form eren n a a r het begin van een akoestische leiding. Als m eest belangrijke m eting kom t hier n a a r voren de interferometer-methode, te r bepaling van de geluidabsorptie. In fig. 13 is een com m ercieel v erk rijg b aar a p p a ra a t afgebeeld, w aarm ede uit de staand e golf-verhouding de absorptie kan w orden verkregen en uit de p la a ts van de extrem en bovendien de gehele im pedantie. H e t zal de heer van O s zijn, die hiervan bijzonderheden zal behandelen. 3e. M et behulp van akoestische brugschakelingen zijn ook po gingen ondernom en om im pedanties te m eten. E en groot n a deel hierbij is de onh andelbaarheid van standaard-im pedanties en de onnauw keurigheid van deze. O nder dezelfde m ethode zou men kunnen v a tte n de te ru g w erking die vanuit het akoestische veld de electrische im pe dantie beïnvloedt. D ; v o o rd rach t van de H e e r van L eeuw en zal hiervan een

258

J. J. Geluk mooi voorbeeld b ev atten , n.L van een stralen d e luidspreker.

F ig . 13 A k o e s t i s c h e i n t e r f e r o m e t e r (fa b r. B riiel en K jaer). D e m icrofoon is v e rrijd b a a r g e p la a tst buiten de in terfero m eter en doo r mie ld el van een dunne buis w e Ik e doo r de lu id sp re k e r heen g aat, v erbon den m et de sta a n d e golven in de grote buis.

2.6. M e c h a n i s c h e t r i l l i n g s g r o o t h e d e n . H oew el in strik te zin niet akoestisch, behoren toch ook me chanische trillingen to t een zeer nauw v e rw a n t gebied. D e kop peling im m ers tussen geluid-uitstraling en m echanisch trillende vlakken is hecht en het is een grote uitzondering, w an n eer zon der m echanische trillingen geluid w o rd t vo o rtg eb rach t. D e in aanm erking kom ende transduccrs berusten op e le k tro dynam ische-, m agnetodynam ische- en piezo-elektrische principes. D a a rn a a s t verdienen ook de z.g. rek stro o k jes een eervolle v e r melding, doch vinden m eer hun toepassing in de w erk tu ig b o u w kunde. V a n de piezo-elektrische transduccrs kom en die m et b ariu m titan a a t heden sterk n a a r voren. E en vergelijking m et andere piezoelektrische m aterialen is in tig. 14 aangegeven. Voor

een hoog a f g e s t e m d

versnellingsmeter,

S3rsteem

komt men dan

to t

een

w a a r b i j een fr e q u e n t i e b e r e i k to t 28.000 H z mogelijk is en w a a r m e d e versnellingen v a n to t a a n 0,04^' b e r e i k b a a r zijn. H e t meten van snelheden en uitw ijkin gen b e r e i k t men d o o r e le k t ris c h e inte gra ti e.

2000 g

259

Akoestische Meetmethoden en Meetapparaten Material Unit Property R o c h e lle ADP Quartz salt lt/c m 18X10-5 17X10-5 5X10-5 Piezoelectric effect P v odyne 2.6 1.78 1.77 g/cms Density 550 125 degree C 45 Max. safe temp 0//0 100 94 85 Max. safe humidity 0//0 0 0 30 Min. safe humidity 4.5 15 350 Dielectric constant r dyne/cm2 1.5X108 2 X 108 I0X10» Breaking stress B Effectivity factor volt/cm 9.5X106 0.5X106 0.23X106 PxBxe

B ariu m Titanate IX10-5 5.5 110 100 0 1200 8X108 96X106

F ig. 14 E en vergelijking van p iëzo -elek trisch e m aterialen v oor to e p assin g als v ersn ellin g stran sd u cer. D e effectiv iteit w o rd t b e p a a ld doo r h et p ro d u c t v an h et piè'zo-elektrische effect, b re u k sp an n in g en d iëlek trisch e co n stan te.

3. Subjectieve grootheden*

H ierm ede w ilde ik de objectieve m eetm ethoden besluiten en nog enkele subjectieve m ethoden en begrippen aan stip pen. In de eerste p la a ts h et begrip toonhoogte (pitch), d a t w elis w a a r sterk a fh a n g t van de frequentie, doch eveneens bep aald w o rd t door spectrum-samenstelling en intensiteit. In fig. 15 is a a n gegeven hoe voor zuivere tonen deze pitch afh a n g t van de fre-

20

3

4 i I7lf

100

2

3

4 3 4 7 49

2

1000 Frequency in cycies per second

3

4 3 4 7 49

ÏOQOO 20X00

F ig .. 15 V e rb a n d tussen subjectieve toonhoogte, u itg e d ru k t in m els en de freq u en tie voor een lu id h eid sn iv eau v an 40 phon.

260

J. J. Geluk

quentie, w aarbij de in ten siteit van 1 000 H z gelijk gekozen is aan 40 dB . D e toonhoogte-eenheid w o rd t M ei (van m elodie) ge noem d. D e luidheidniveau’s zijn ook reeds lang v astg esteld op grond van m etingen van Fletcher . N og éénm aal w il ik u deze z.g. oude phonwaarden laten zien,

F ig . 16 L ijnen v an gelijke lu id h e id sn iv e a u ’s volgens F le tc h e r en M u n so n (v ero u d erd ). (V o o r zuivere tonen in h et vrije veld).

F ig. 17 L ijnen van gelijke lu id h e id sn iv e a u ’s volgens R o b e rtso n en D a d so n (nieu w ). (V o o r zuivere tonen in het vrije veld).


261

doch er tevens bij verm elden, d a t aanzienlijk nau w k eu rig er m e tingen van Robertson en Dadson than s te r beschikking sta a n (lig. 16 en 17). D e subjectieve luidheid w o rd t tegenw oordig algem een aan ge geven in de eenheid Sone, die er rekenschap van geeft, d a t de luidheid niet co rresp o n d eert m et h et aantal phon’s van de luidheidniveau’s. Fig. 18 la a t het verband zien d a t er b e sta a t tussen de sones en de phon-w aarden. S ta n d a a rd isa tie heeft geleid to t h et een voudige verb an d tussen beide grootheden door de betrekking: 5 -

P- 4o

D e H eer P eekei zal stellig in zijn v o o rd rach t dieper ingaan op h et proble em, hoe uit een o ctaaf analyse van een geluid de luidheid kan w orden bepaald. In fig. 19 toon ik u slechts even h et verband d a t b e s ta a t tussen de luidheid en de intensiteit, indien deze p e r o ctaaf w o rd t gem eten. A ls m erkw aardige u it kom st, die mij als om roepm edew erk er fra p peerde, ziet u in fig. 20 een tabel, die voor sp raak , highfidelity-m uziek en „sm alle” radioontvangst de luidheid Fig. 18 aangeeft. V e rb a n d tussen luidheid (in sone s) en h et H e t v alt daarbij op, lu id h eid sn iv eau (in p h o n ’s) voor zuivere tonen. hoe radio-m uziek m et w einig hoge tonen een gelijke luidheid verkrijgt als sp raak . W e llic h t is d it één van de redenen w aarom veelal z.g. toonregelingen van ontvangers op „ la a g ” w orden ingesteld.

J. J. Geluk

262

d. Bouwakoestiek*

LO U D N ESS

IN

S0N E5

O p het gebied van de geluidisolatie zijn de m eetm ethoden eigen lijk triviaal te noemen. In fig. 21 is de m eting van de luchtgeluid-isolatie aangegeven, doch voor zo een m eting is een geheel proefhuisje noodzakelijk (zie Fig. 22 ), w aarbij z.g .,, flanking transmission” v e r m eden w o rd t. M en b ren g t zow el h et op pervlak S van de F ig. 19 V e rb a n d tussen luidheid en in ten site it (in dB ) proefw and als de a b sorptie A van de o n t voor o c ta a fru isb a n d e n . vangende ruim te in rekening. R in dB — 20 log0 + IO log SO U N D P R E S S U R E L E V E L IN OCTAVE BANO IN OECIBELS RE 0.0C02 MICROBAR

TOTALE INTENSITEIT LUIDHEID MUZIEK

4,3

2,1 50

LUIDHEIDSNIVEAU LUIDHEID"HADI0*

61

42

LUIDHEID SPHAAK

1,54

LUIDHEIDSNIVEAU

57 6,6

3,4 46

58

77

140

87

S0HS

97

PH0H

107 106

53

PH0H

111

96

87

dB SGHS

100

50

26

100

i oi

92

76 13,2

67

70

25

12,4 67

90

35 82

71 6,4

80

7<) •7.3

3,9

3 ,2

1.3

LUIDHEIDSNIVEAU

60

50

40

SONS 108

PH0N

.

F ig . 20 T a b e l v an de luidheid voo r sp ra a k , ,,ra d io -o n tv a n g st” en high-fideliiym uziek voor d iv erse in ten siteiten .

V o o r contactgelnid-isolatie heeft men g estan d aard iseerd e ham erw erken, die men op de vloer o p stelt en m eet men h et geluids niveau in een ontvangende kam er. Fig 23 la a t u de opstelling


263

zien. O o k hier w o rd t rekening gehouden m et de ab so rp tie van de ontvangende ruim te. H e t geluidsdrukniveau L n w o rd t dan genorm eerd als io . L n = L - i o log — i

i

F i g 21 P rin cip e van een luchtgeluidisolatiem eting.

Q = geluidsbron, E het te m eten object, pi

de g elu id sd ru k in de ruim te m et het sterk e geluid, po. de g elu id sd ru k in de ruim te m et w ein ig geluid, .S' is de o p p e rv la k te van het te m eten object, A* de a b so rp tie van de ruim te m et w ein ig geluid.

R

= 20

log P I---- 10 lo% 4 ^O db

Fig. 22 P ro e fh u is voor geluidsisolatie-m etingen (N .R .L J. H ilv ersu m )

5. Zaalakoestiek. In de zaalakoestiek zijn vele nieuw e m eetm ethoden n aa st de

eenvoudige nagalm tijdm eting o n tstaan . In d it gebied ziet men een n aa rstig zoeken n a a r het subjectieve kenm erk van een goede akoestiek, w a t eigenlijk bem oeilijkt w o rd t door de schier o nbep erk te m eetm ogelijkheden. H e t eenvoudige nagalm verschijnsel van fig. 24 kan op vele m anieren w orden gem eten; als geper-

264

J. J. Geluk

fectioneerd systeem kan gezien w orden het in d it T ijdschrift b e schreven a p p a ra a t (N r. 1, bl. 13, 1951) w a a rv a n in fig. 25 een re su lta a t is gegeven. D e lengten van de vertikale lijnen zijn evenredig m et de nagalm tijd zelf. Somerville (B .B .C .) heeft een me th ode ingevoe rd , w aa rbij de nagalm krom men vlak n a a st e lk a a r w orden opgetekend, steeds m et iets v e r hoogde frequentie. E en pulse-glide F ig. 23 figuur is in fig. 26 getoond, w a a r P rin cip e van de m eting van co n tact- bij uitgesproken eigenschappen geluid-iso latie m et behulp van een w el n a a r voren kom en, doch het g e sta n d a a rd ise e rd ham er w erk . criterium ,,goed-slecht” v e rb o r A is het te ond erzo ek en m a te gen blijft. E en a lte rn a tie f is nog, riaal, B is het g e sta n d a a rd ise e rd e om niet de am plitude-afnam e tij h am erw erk , C is de m icrofoon, D de g elu id sd ru k m eter. K is een Va dens de nagalm te bestuderen, doch h et fase-verloop in die pe o ctaafiilter en F h et re g istre e ra p riode. E igenfrequenties uiten zi ch p a ra a t (niet getekend). dan als iso-lasische lijnen; kle ine afw ijkingen van de m eetfrequentie geven d aaren teg en sterke iasev ariaties (zie fig. 27). N ieuw e groo thed en in de zaalak o estiek zijn de z.g. definitie

F ig. 24 F en nagalm krom m e.


265

Fig. 25 R e g istra tie van de nagalm tijden als functie van de freq uentie, v erk reg en m et een au to m atisch e n a g a lm -a p p a ra tu u r.

(®)

Time Fi g.

26

O v e rla p p e n d o p g etek en d e nagalm k r om m en voor toenem ende freq u en tie tpulse-glide m ethode).

F ig. 27 F ase-afw ijk in g en tijdens het nagalm verschijnsel bij v ariëren d e frequentie.

266

J. J. Geluk

F ig . 28 O scillo g ram van een puls in een g ro te ruim te. D uidelijk zijn de reflecties en looptijden te o n d erk en n en .

Fig. 29 R ichtingsdifT usiteit v oo rg esteld als egel-figuur.

en de dijfusiteit. O n d e r de eerste grootheid v e rs ta a t men de energie die in de eerste 50 msec. de to eh o o rd er b ereik t to t het to taal, tengevolge van een pulsachtig geluid. M.et behulp van


267

F ig. 30 O p tisc h e analogie van de d ifïu siteit in een zaal (schaalm odel).

een tijd sch ak elaar en in teg ra to r kan de definitie w orden gem eten. V o o r de vrije ruim te w o rd t deze grootheid m axim aal (100 % ) doch d it im pliceert niet een „ideale” akoestiek. Fig. 28 geeft een oscillogram van een puls in een grote ruim te. D e dijfusiteit geeft rekenschap van de nchtingsverdeling van de w andreflecties. M et behulp van sterk gerichte m icrofoons kunnen deze w orden a fg e ta st en men kan die verw erk en in de vorm van 3 -dim ensionale m eetfiguren, w elke w el „egels” w orden genoem d. In fig. 29 is een dergelijke verw erking aangegeven, w aarbij de m eest egale egel een grote diffusiteit b etekent. In een sterk galm ende ruim te kan men een optim ale diffusiteit be reiken, doch ook hier kan deze to estan d niet als id eaal w orden aangem erkt. H e t p rodu ct van beide la a tste grootheden kan w el licht beschouw d w orden als een kenm erk voor een goede ako es tiek. D e reflecterende eigenschappen van w anden kunnen ook m et behulp van licht-analogieën k w a lita tie f w orden bep aald. O p kleine schaal b eeld t men de zaal af en verv an g t de geluids-

268

J. J. Geluk

Fig. 31

A rch itecto n isch e u itw e rk in g van diffuse w an d en , (om roepstudio R .T .F . P arijs.)

bron door een sterk e lichtbron. H in derlijke spiegelingen en focusseringen kan men door diffuse oppervlakken aan het model elim ineren (zie fig. 30). In de p rak tijk zullen niet alle diffuse oppervlakken even esthetisch w erken. Z o kan m.i. de oplossing van een Parijse studio (fig. 31) niet als fraai w orden aangem erkt.

6 . Bijzondere meetmethoden*

Een an d er belangrijk m eet object is het overgangsverschijnsel (tran sien t) van elektro-akoestische circuits. Im m ers de gebrui kelijke m eting m et behulp van sinusvorm ige signalen b e a n tw o o rd t in genen dele aan de praktijk , w a a r h et steeds schakelverschijnselen b etreft. T w ee w egen kan men hierbij th an s volgen, n.1. volgens het iteratic-proces of w el h et herhalings-procédé . M e t behulp van lussen van m agnetofoonband kan men door een m eetobject een signaal van w illekeurige vorm sturen en het aan de uitgang


269

verkregene w ederom na zekere tijd toevoeren aan hetzelfde m eetobject. M en verkrijgt d a a rd o o r een „verm enigvuldiging” van de eigenschappen van het m eetobject. V o o ral subjectief heeft deze m eetm ethode veel w aard e, om d a t zij als het w are een vergrootglas b ied t voor de circuitfouten. H e t herhalingsprincipe w e rk t eveneens m et een m agnetische lus, m aar bied t de exp erim entato r ruim schoots gelegenheid de -t-—

o * i » * i »» i

~n

1

------ T*---------

S32S6

#56

ff *

K i d 1

....." ,1 j .................

., —

* . — t -------- *— .

---- -— — ;

ï

A .

i,

i

>

.... ' *..... ^ » V

... jut-* .. jk ........

-.

......... i f

.___________

,..• .....

s :

v

.......

6

_____ ^ _____ ü________ 4

=

'\

F ig. 32 a) S p an n in g sv erlo o p m et de tijd voor a c h te re e n volgens oplopende tertsfd ters. b V erg ro tin g van het verloop voor b ep aald e fil te rs; la a tste figuur voor gehele sp ectru m .

op de lus opgetekende signalen nauw keurig te analyseren. Ie dere volgende omloop kunnen andere filters w orden tussengeschakeld en een spectrum -analyse ook van kortstondige signalen w orden uitgevoerd. E en voorbeeld hiervan is in fig. 32 gegeven, w a a r als functie van de tijd en de frequentie h et gesproken w oord „M ississip p i” is geanalyseerd. E en speciale uitvoering van een dergelijke lus-m agnetofoon vindt men als pauzeteken-m achine in fig. 35. D e w eergeefkop

J. J Geluk

270

is bij d eze machine niet in c o n tac t met de band, doch op zo kle ine a f s t a n d , d a t a f t a s t i n g k a n p l a a t s v i n d e n , E e n v a r i a n t op de l a a t s t e metho d e k a n h e t a p p a r a a t ont-

34

H e t a n a ly se ren van m ag n eto fo o n b an d -sig n alen m et v e rtra a g d e b an d sn elh eid. R o teren d e kop pen zorgen voor een gelijkblijvende relatiev e snelheid tussen kop en band .


271

'\ w ikkeld door Springer genoem d w orden (fig. 34). H ierbij ro teren m agnetofoon-w eergeefkoppen langs een m agnetofoonband en de verkregen spanningen zijn b ep aald door de relatieve snelheid van de kop t.o.v. de band. H e t is hierm ede dus mogelijk om ook bij stilstaande ban d plaatselijke aftastin g en te doen plaatsvinden. H e t practische toepassingsgebied ligt bij de nasynchronisatie van film en ra d io program m a's w aarb ij de program m a-tijdsduur v erk o rt, resp ec tievelijk verlengd kan w orden zonder noem ensw aardige wijziging van de k w alite it en toonhoogte. D e overgangsverschijnselen zul len overigens h et o n d erw erp van de v o o rd rach t van D rs. W a n s d ronk zijn. N a de beschouw ingen van de hedendaagse m eettechniek in de akoestiek, w ilde ik ten slo tte ook nog iets verm elden b e tre f fende de toekom ende ontw ikkelingen; vooral op h e t gebied van de zaalak o estiek kan men v erw achten d a t nieuw e m eetm ethoden nog zullen w orden ingevoerd. Z o is men in s ta a t zaalm odelproeven te nem en m et behulp van m agnetische re g istra tie s en de schaal zo klein te kiezen als elektro -ak oestisch mogelijk is. M e t behulp van stereo-opnam en k an men theo retisch de nog te bouw en zaal reed s laten horen aan de geïnteresseerden. H e t zal nog een lange w eg zijn v o o rd a t in deze m eetm ethode de akoestische eigenschappen van de ruim te de bepalende k w a lite it geven. Ken aan v erw an te m ethode is aangegeven door Laundsent die m et behulp van stereo-opnam en in bestaande zalen de richtingsverdeling van reflecties kon nagaan. U ite ra a rd is h et mogelijk om een gem aakte stereo-opnam e ad libitum te v ertrag en , om dat de verhouding van de beide stereo-signalen (die de richting be palen) gehandhaafd blijft. D eze m ethode is technisch niet alleen hoopvol te noem en, doch n a a r mijn gevoelen m eer overeenkom end m et de natuurlijke om standigheden van luisteren; d it in vergelijk m et de m ethode van Meyer voor de bepaling van de richtingsdiffusiteit. M e t deze blik op de toekom st van de akoestische m eetm e thoden, de opsom m ing van enkele actuele specifieke grootheden en een kleine historische terugblik, meen ik een overzicht van h e t huidige onderw erp te hebben gegeven en de sp rek ers bij u te hebben ingeleid. Manuscript ontvangen op 15 juni 1958.

273

Deel 23 - N o. 6 - 1958

Apparaat voor het zichtbaar maken van Complexe Frequentie-karakteristieken door F. J. v. Leeuwen *) V oordracht gehouden voor het N ederlands R adiogenootschap en de Geluidstichting op 22 mei 1958.

Summary

A n a p p a ra tu s has been develo p ed to m easu re com plex freq u en cy responses. T he resp o n se is m ade visible as a cu rv e in the com plex p lan e on the screen of a c a th o d e -ra y tu b e.

1. Inleiding*

F req u en tiek ara k teristie k en geven nuttige inform aties om trent h et gedrag van talloze ap p araten , zoals luidsprekers, m icrofoons, v e rste rk e rs, filters, enz. A l deze a p p a ra te n zijn in w ezen vierpolen. Bij h et opm eten van een fre q u en tie k arak teristiek w o rd t de ingangsgrootheid (elektrische spanning, stroom , geluidsdruk) co n stan t gehouden en de uitgangsgrootheid gem eten bij v eran derlijke frequentie. D a a r w e veronderstellen, d a t de vierpool lineair w e rk t, kom t dit neer op h et bepalen van de grootte van h et quotiënt uitgangsgrootheid: ingangsgrootheid als functie van de frequentie. W e kunnen nu de inform atie nog uitb reid en door behalve de gro o tte ook de hoek van d it quotiënt te m eten. W e vorm en dus h et com plexe quotiënt. A fgebeeld in h et com plexe vlak geeft dit een punt. Bij v ariëren van de frequentie doo rlo opt d it p u n t in h et algem een een gebogen lijn, de com plexe fre q u e n tie k a ra k te ristiek. V o o ral bij onderzoekingsw erk geeft de com plexe freq uentie k a ra k te ristie k een onontbeerlijke inform atie. In h et volgende w o rd t een a p p a ra a t beschreven, w a a rv a n het principe is aangegeven in Siem ens Z e its c h rift*1). H e t w e rd v erd er ontw ikkeld in h et labo ratoriu m van de N .R .U . en m aak t com*) L a b o ra to riu m N e d e rla n d se R ad io U nie, H ilv ersu m . 1) E in O rtsk u rv e n sc h re ib e r fü r d as T o n freq u en zg eb iet; S iem ens Z e itsc h rift D ec. 1955, blz. 563.

274

F. J. v. Leeuwen

plexe fre q u en tie k arak teristiek en zich tb aar op h et scherm van een k ath o d estraalb u is. H e t frequentiebereik is van 10 H z to t 22 kH z.

2. Blokschema* H e t a p p a ra a t b e s ta a t in hoofdzaak uit een to o n g en erato r, w elke tw ee w isselspanningen afgeeft, die 90° in fase verschoven zijn, tw ee identieke fase-d etecto ren en een norm ale gelijkspanningsoscillograaf.

In fig. 1 is de schakeling algebeeld. T er vereenvoudiging is h et schem a enkelpolig getekend. A an de te onderzoeken vierpool w o rd t de uit de to o n g en erato r afkom stige spanning Ê r sin cot toegediend. U it de vierpool kom t É 2 sin (cot + 99). Beide sp an ningen w orden nu toegevoerd aan een fase-d etecto r, die een gelijkspanning afgeeft, w elke evenredig is m et de g ro o tte van de uitgangsspanning van de vierpool en m et de cosinus van h et fase-verschil tussen de uitgangs- en ingangsspanning, dus c E 2 cos 99. D eze gelijkspanning is gelegd aan h et verticale p la te n p a a r van de oscillograaf. D e uit de to o n g en erato r afkom stige 90° voorijlende spanning is nu m et de uitgangsspanning van de vierpool gelegd aan een tw eed e identieke fase-d etecto r. D eze geeft een gelijkspanning c E 2 sin 99 w elke aan h et horizontale p la te n p a a r van de oscillo g ra a f gelegd is. A ldus o n ts ta a t op h et scherm van de oscillograaf een punt, w a a rv a n de afstan d to t de oorsprong evenredig is m et de gro o tte van de uitgangsspanning van de vierpool en w a a rv a n de v erb in dingslijn m et de oorsprong een hoek m et de positieve reële as m aakt, w elke gelijk is aan h et fase-verschil op tussen uiten ingangsspanning. D a a r de grootte van de ingangsspanning con sta n t is, is h et p u n t de afbeelding van h et q u o tiën t uitgangs spanning: ingangsspanning. D e sch aalw aard e van de afbeelding w o rd t gevonden door de vierpool te vervangen door een d o o r verbinding, w a a rd o o r h et pun t 4- 1 w o rd t afgebeeld.

Complexe Frequentie-karakteristieken

275

H e t is ook mogelijk om im p ed an tiek arak teristiek en van tw eepolen zich tb aar te m aken. D eze m eting w o rd t teru g g eb rach t to t die van een vierpool volgens fig. 2. In serie m et de tw eepool w o rd t een w e e rsta n d R geschakeld, R w elke groot is ten opzichte van de im OO U /T pedantie van de tw eepool. E r o n tsta a t dan een con stante stroom door de tw e e pool. D e spanning aan de tw eepool is evenredig m et de im pedantie. Eigenlijk F ig. 2 O m z e ttin g v an een im pe- verkrijgt men de im p ed an tiek arak terisd an tiem etin g in een vier- tiek van de parallelschakeling van de tw eepool en R. D e bepaling van de poolm eting. sch aalw aard e geschiedt door de tw e e pool te vervangen door een bekende w eerstan d . -O T L T L P -

CL IM

3. Enige details* 3.1 D e t o o n g e n e r a t o r . D e keuze is gevallen op h et zw evingsprincipe. H e t gehele audiofrequente gebied w o rd t door één bereik bestreken. T w ee l.f. spanningen, die 90° in fase verschoven zijn, w orden als volgt verkregen (fig. 3). D e signalen uit tw ee h.f. oscillatoren, een m et v a riabele frequentie en een vaste w o rden gesom m eerd en d a a r na ged etecteerd , w a a rd o o r een l.f. w isselspanning o n tsta a t. F ig. 3 V an de v aste h.f. oscillator P rin c ip e van de w ijze w a a ro p de toong e n e ra to r tw ee w isselsp an n in g en p ro w o rd t nu een 90° in fase v e r d u ceert, w elk e 90° in fase v erschoven schoven h.f. w isselspanning a f geleid. D eze w o rd t w eer op zijn. geteld bij de variab ele oscillato rsp an n in g en h et to ta a l ged etecteerd . A ldus o n tsta a t een l.f. w isselspanning, w elke 90° in fase verschoven is m et de eerste. D a a r de faseverschuiving na de v aste oscillator p laa tsv in d t is de faseverschuiving tussen de tw ee l.f. spanningen o nafh an kelijk van de toonfrequentie. B ijzondere aan d ach t is geschonken aan een beperking van het m eesleepeffect d er beide oscillatoren, w a a rd o o r to t zeer lage frequenties (2 H z) een voldoende vervorm ingsvrij signaal w o rd t verkregen. E en belangrijke oorzaak van het m eesleepeffect is

F. J. v. Leeuwen

276

gelegen in de koppeling, w elke bij de som m atie van de beide h.f. spanningen o n tsta a t. Z o als bekend, zijn de am plituden van deze h.f. spanningen verschillend, er is (jen grote h.f. spanning en een kleine. N a a r gelang h et quotiënt van beide spanningsam plituden v erd e r van 1 verw ijd erd is, is h et l.f. signaal m in d er vervorm d. W o rd t nu door seriescha"BElJ eï . 3 üL 9* keling gesom m eerd en gede tecteerd , zoals in fig. 4 is a a n gegeven, dan vindt als volgt een m agnetische koppeling F ig. 4 T e r illu stra tie van h et m eesleepeffect. p laa ts. D e co n d en sato r w o rd t periodiek opgeladen in h et ritm e van de grote h.f. spanning. In d it ritm e vloeien dus stroom stootjes door de koppelspoel van de b ro n m et kleine h.f. spanning en deze w erk en teru g op de bijbehorende oscillator. Z elfs door een h.f. scheidingstrap aan te brengen tussen de oscillator en de som m atieschakeling w o rd t deze teru gw erking nog niet voldoende gereduceerd. E en aanzienlijke v erb eterin g w o rd t b ereik t door de detectieschakeling te dupliceren en er zorg voor te dragen, d a t de m ag netische velden in de koppelspoelen van de bron m et kleine h.f. spanning als gevolg van de o p laad stro o m sto o tjes d er beide de tecto ren e lk a a r com penseren. Fig. 5 la a t zien hoe d it is uitgevoerd. D e grote h.f. spanningen zijn in tegenfase, de kleine zijn in fase. D e gesom m eerde sp an ningen 77 en E" zijn nagenoeg in tegenfase. D a a r de k ristaldioden d er beide d etecto ren tegengesteld geschakeldzijn, F " I j C 9^ U : e___ eT ... vinden de o p laad stro o m i stootjes nagenoeg op h e t zelfde tijd stip p laa ts. D a a r 'L P ze in tegengestelde zin de beide koppelspoeltjes van de bron m et kleine h.f. spanning doorlopen, vindt nagenoeg geen te ru g w e r F ig. 5 C o m p en satie-sch ak elin g te r b ep erk in g v an king m eer p laa ts. D eze schakeling b ied t nog h et m eesleepeffect. T even s w o rd e n even h arm o n isch en o n d e rd ru k t en v in d t een tw ee voordelen. In de eerste co m pensatie v an h.f. p la a ts, w a a rd o o r een p la a ts is zoals reeds is op gem erkt, de vervorm ing van h.f. filter gem ist k an w o rd e n . 5ï

0,1M

& O j,F :

O.lH

:

s


277

h et l.f. signaal afhankelijk van de verhouding d er beide gesom m eerde h.f. spanningen. Is deze n (grootste gedeeld door klein ste) dan is h et vervorm ingspercentage aan 2 de en 3de harm onischen resp. * —4* *•n— en g ft2 . Fig. 6 la a t de onderlinge fasenrelatie tussen de beide spanningen E' en E ” uit fig. 5 zien, benevens de aan de beide detectiecondensatoren verkregen l.f. w issel spanningen. H e t blijkt nu, d a t alle oneven com ponen ten (in h et bijzonder de grondgolf) van beide l.f. spanningen in fase zijn en de even com ponenten in tegenfase. F ig . 6 D o o r beide l.f. spannin Z w e v in g e n in de beide helften v an de gen door m iddel van tw ee co m p en satiesch ak elin g . D e d ik g etro k k en w eerstan d en te m iddelen, om hullenden stellen de beide g ed etecteerd e zoals in figuur 5 is aan g e l.f. sp an n in g en voor; de even h arm onischen zijn in teg en tase. D e beide h.f. sp an n in g en geven, w o rden dus alle even com ponenten gecom pen zijn nagen oeg in tegenfase. seerd en de vervorm ing w o rd t aanzienlijk verm inderd. A nderzijds is h et mogelijk om de verhouding tl m inder groot te kiezen bij gelijkblijvend to ta a l vervorm ingspercentage. E en derde voordeel van deze schakeling is, d a t de h.f. com ponenten in de beide l.f. signalen in tegenfase zijn en door het m iddelen w orden gecom penseerd. E en h.f. filter is d an ook niet nodig. 3.2 D e f a s e d e t e c t o r e n . Z o als reeds is opgem erkt, hebben de fased etecto ren de functie om uit tw ee w isselspanningen E x sin oot en É 2 sin ( a>t + cp) een gelijkspanning te vorm en, die evenredig is m et A 2 cos cp. D it is als volgt bereik t. V o o re e rst is er zorg voor gedragen, d a t E 2
278

F. J. v. Leeuwen

deze som- en verschil spanningen gelijk te richten, w o rd en tw ee gelijkspanningen v e r kregen. D e som van deze gelijkspanningen is evenredig m et Ê z en dus con stant. H e t verschil is ech ter even redig m et Ê 2 cos (p. O pm erkelijk is d a t de fout als gevolg van de g eb ru ikte b en ad e F ig. 7 D e fa se d e te c to r. G oede afv la k k in g (Ci R = C2 R ring reeds bij een v er groot) i& g e p a a rd m et snelle volgzaam heid, d a n k houding Ê 2: Ê z = 1 :5 slechts hoogstens 2 °/0 zij C3. b ed ra ag t; d it geeft een m axim ale fout van slechts ruim 1° in h et argum ent van h et a f te beelden punt. H e t optellen van de beide w isselspanningen geschiedt door deze resp. aan h et stu u rro o ste r en scherm rooster van een penthode te leggen, dus door additieve menging. H e t aftrek k en geschiedt op gelijke wijze, doch onder voorschakelen van een fase-o m keertrap. D e gelijkrichting vind t v erd e r p la a ts zoals in fig. 7 is aangegeven. V a n de som spanning w o rd t een positieve gelijkspanning t.o.v. a a rd e verkregen, de verschilspanning lev e rt ech ter een negatieve gelijkspanning op. D o o r deze gelijkspan ningen te m iddelen, dus h e t halve verschil van de absolu te w a a rd e n te vorm en, w o rd t volgens h et b o v en staan d e de ge w enste gelijkspanning verkregen, w elke evenredig is m et E 2 cos 99. D it w o rd t gerealiseerd door m iddel van de tw ee w eerstan d en R . E en bijzonderheid van deze schakeling is gelegen in de functie van C3. Z o n d e r deze con densato r fu n ctio n eert de schakeling ook reeds. D e rim pelspanningen op Cz en C2 zijn nagenoeg in tegenfase en com penseren e lk a a r na m iddeling grotendeels. B e d en k t men echter, d a t de w isselspanning E 2, w elke uiteindelijk de gew enste gelijkspanning E 2 cos op m oet opleveren hoogstens 0,2 E z is doch ook k an afnem en to t 0,005 E If terw ijl E x onge veer de rim pel b ep aalt, dan is h et duidelijk, d a t aan de klein heid van de rim pel zeer hoge eisen w orden gesteld. D it kan w orden b e re ik t door R C Z = RC 2 zeer groot te kiezen. H e t gevolg is dan ech ter een grote traag h eid bij veran derende E 2, W e lis w a a r

279


kan de o p laad tijd co n stan te klein gekozen w orden door k ristaldioden te kiezen m et kleine d o o rla a tw e e rsta n d en door de in w endige w eerstan d van de spanningsbronnen b 2 b l klein te houden (kathodevolgers), de grote o n tlaad tijd co n stan te blijlt ech ter een snel reageren in de weg staan . D eze m oeilijkheid nu is opgelost door de condensato r C3 aan te brengen. U it het voorgaande volgt, d a t over C3 een conA stan te gelijkspanning sta a t. W o rd t door een verandering in E 2coscp 6, b.v. opgeladen, dan m oet 6 2 m et hetzelfde bedrag ontladen w orden. D e snelle oplading van C\ b ew erk t nu via C3 een snelle o n t lading van C2 en om gekeerd. U ite ra a rd m oet hiertoe C3^g> C I — C2 zijn. 3.3 Ar o g c n i g e b ij z o n d e r h e d e ii. H e t frequentiebereik is van 10 H z to t 22 kH z en w o rd t door één schaal bestreken . M et behulp van een tw eede schaal kan op een eenm aal gekozen frequentie een v ariatie van 0 to t 250 H z w orden aan gebrach t. E en nul H e rtz ijking w o rd t m et behulp van een afstem ind icator uitgevoerd. D e 90° in fase verschoven toongenerato rspanningen zijn beide op stekerbussen uitgevoerd. D e g rootte van de spanning E lt w elke n a a r de ingang van de te m eten vierpool of tw eepool w o rd t geleid, is in stappen reg elb aar van 12 m V to t 2,5 V; de inw endige w eerstan d vari e e rt hierbij van 5 Q to t 100 Q. V o or im pedantiem etingen aan tw eepoten is een ex tra seriew eerstan d in het a p p a ra a t ingebouw d, w elke in stap p en reg elb aar is van 0 to t 100kI2. D e uit de vierpool of tw eepool afkom stige m eetspanning w o rd t aan een coaxiale ingang van het a p p a ra a t toegevoerd, w aarv an de w eerstan d 2 M Q is; de ingangscapaciteit is kleiner dan 1 pF. M et behulp van een ingebouw de v erzw ak k er kan de gevoeligheid wo rd en geregeld. H et gevoeligste bereik is 5 m V . D e reeds eerd er genoem de verhouding E 2 : E l — 1 : 5 is als m axim ale uitsturingsgrens aangehouden. H e t a p p a ra a t geeft dan 0,5 m V gelijkspanning af, die n a a r de gelijkspanningsoscillograal w o rd t geleid. D e fout van de m odulus en van het argum ent van de afbeelding in het complexe vlak b e d ra a g t voor w a t het a p p a ra a t zelf b e tre ft (dus afgezien van invloed van bronim pedantie aan ingang vierpool ol tw eepool en belasting van uitgang) resp. 2% en 2°. D oor de m iddenaftakking gevorm d door de w eerstan d en R in fig. 7 een weinig te v erp laatsen , w o rd t een ex tra gelijkspan ning op het a fta k p u n t verkregen. A id us kan het nulpunt van A

A

280

F. J. v. Leeuwen

Het complexe vlak in cie richting van de reële en van de im a ginaire as verschoven w orden. H e t is nu mogelijk om een detail van de com plexe fre q u en tie k arak teristiek te vergroten en d aarn a, indien nodig, door verschuiving w eer binnen de begrenzing van het scherm te brengen. T enslotte is er de m ogelijkheid door om schakeling de conden sato ren van de beide fasedetectoren te verkleinen, w a ard o o r de snelheid van het a p p a ra a t w o rd t vergroot. D e laagste frequentiegrens w o rd t hierdoor van 10 H z op 20 H z gebracht. V oor de afbeelding w o rd t gebruik gem aakt van een afzonder lijke k a th o d estraalo scillo g ra af. D e m axim aal benodigde gevoelig heid voor de beide p laten p aren is 0,5 m V gelijkspanning voor een verplaatsing over de d iam eter van het scherm .

4. Toepassingen* Thans volgen enige toepassingen op akoestisch en elektronisch gebied. Fig. 8 la a t het im pedantiediagram zien van een basreflexkast, gem eten aan de luidsprekerklem m en. G lobaal is d it een cirkel m et een lus. D e figuur w erd m et toenem ende frequentie rechtsom doorlopen. D e cirkel ste lt het resonantieverschijnsel van de luid sprek er voor; de lus w o rd t v ero o rzaak t door de Helm holtz-resonantie van de k ast. U it deze terugw erking van de m echanische belasting op de elektrische im pedantie kan het gedrag van de k a st w orden afgeleid-). U ite ra a rd is het dan nodig om een frequentiem arkering aan te brengen; dit kan eenvoudig geschieden door pulsen op de W eh n eltcy lin d er van de k ath o d estraalb u is te brengen. T oepassingen op ruim teF ig. 8 Im p e d a n tie d ia g ra m van een lu id sp re k e r akoestisch gebied tonen de fi guren 9, 10 en 11. Fig. 9 stelt in een b asreflex k ast. 2) D e b a sre fle x stra le r in de ako estiek , F. J. v. L eeu w en ; T ijd sch rift v. h. N .R .G ., sept. 1956, blz. 195.


281

de complexe fre q u en tie k arak teristiek van een vrij weinig geluidabsorberende kleine ruim te voor. H ierin w erden een luid sp rek er en een drukm icrofoon opgesteld. D e m icrofoon be vond zich in het indirecte veld. G em eten w erd v an af de luidsp rek erco n tacten to t aan de micro! ooncontacten, en w el ongeveer bij 2 kH z. Binnen een zeer klein frequentie-interval verloopt de freq u en tie F ig. 9 k a ra k te ristie k reeds grillig. F re q u e n tie k a ra k te ristie k van een D it is een gevolg van de vele ruim te. eigentrillingen, die reeds bin O p g en o m en Is de g elu id sd ru k in het nen een klein frequentie-interin d irecte veld van een lu id sp rek er. D e val voorkom en. D e figuur we rd freq u en tie is een w einig g ev arieerd in bij toenem ende frequentie in de om geving van 2 k H z . rechtsom gaande zin doorlopen. G em iddeld neem t het argum ent van de geluidsdruk af en w el is de gem iddelde afnam e in radialen per H z frequentietoenam e 0,64 m aal de n ag alm tijd 3).

F ig . 10 en 11 In- en u itslingerverschijn selen van de g elu id sd ru k in een ru im te bij tw ee v erschillende freq u en ties van ong ev eer 2 k H z . B eide verschijnselen zijn vecto risch com plem entair, w a a rd o o r een sym m etrisch figuur o n tsta a t. G alm en g elu id sab so rp tie, J. J. G eluk; d isse rta tie D e lft 1946, blz. 83.

282

W o w m eting aan een professionele m agnetofoon. G em eten is van ingang o p n eem k an aal tot u itg an g w eerg eeik a n a a 1. D e b ooghoek is een m aat voo r de w o w . D e m eetfreq u en tie is 3 k H z , de b an d sn elh eid 58 cm j sec. en de a fsta n d tussen de opneem - en w e e rg e e f kop b e d ra a g t 7 cm; 180° kom t dan overeen m et l ° / 0o. D e w ow is hier dus ca. 0 ,8 °/00.

F. }. v. Leeuwen

F ig. 13 W ow en flu tterm etin g aan dezelfde m agnetofoon als v an hg. 12. H o riz o n ta al en v e rtic a a l signaal zijn nu g e d ifferen tieerd m et een R C -sch ak elin g ; de tijd co n stan te is 0,05 sec. D e m eet freq u en tie is 3 k H z . Is de a fsta n d van het v erst van h et n u lp u n t afg e legen p u n t tot het n u lp u n t gelijk aan de stra a l van de boog uit fig. 12 dan b e d ra a g t de w o w en d u tte r 1 °/o0; hier tre e d t ca. 0,8 ° /00 op.

Fig. 10 en 11 laten bij de ze lfde opstelling voor tw ee v er schillende frequenties liet in- en uitgalm verschijnsel zien. Beide verschijnselen zijn vectoriscb com plem entair d.w .z. de vectorische som van de geluidsdrukken een w illekeurige tijd na inschakelen van de geluidsbron en eenzelfde tijd na uitschakelen van de geluidsbron (n ad a t de statio n aire w a ard e w as bereik t) is con sta n t en w el gelijk aan de statio n aire w aard e. H ierd o o r o n tstaan figuren m et een sy m m etriep u n t4). O n tw i kkeld we rd een me thode om m et behulp van het a p p a ra a t fluctuaties bij m agnetische reg istratie te m eten ’). G em eten w o rd t van ingang opneem kanaal to t uitgang w eergeefkanaal. F req u en tie-v ariaties uiten zich, d o o rd at de afbeelding in het com plexe vlak over een cirkelboog heen en w eer bew eegt m et h et nulpunt als m iddelpunt. Fig. 12 to o n t een opnam e hiervan. 4) G alm en g elu id sab so rp tie, J. J. G eluk; d isse rta tie D elft 1946, blz. 83. 5j A m ethod of m easu rin g tap e-sp eed flu ctuations in m agnetic reco rd in g, J. J. G elu k; E .B .U . R ev iew , okt. 1958, blz. 18.


283

F ig. 14 O p ste llin g voo r w o w en flu tterm eter aan een m ag n eto lo o n . V an links n a a r re c h ts: de k a th o d estra a lo scillo g raa f; het b esch rev en a p p a ra a t in hooldz aak b e v a tte n d e de speciale to o n g en erato r en 1ased etecto ren , w a a rb o v e n een k astje, d a t o n d er m eer de beno digde d ifferen tieerled en b ev at; d a a r n a a st een professionele m agnetoloon.

D e booghoek is een m aat voor de relatiev e bandsnelheidsvariaties van lage frequentie („w o w ”). D e sch aalw aard e hangt al van de frequentie van de m eettoon, van de gem iddelde bandsnelheid en van de afstan d van de opneem kop to t de w e er geef kop. Fig. 13 la a t dezelfde m eting zien n a d a t de aan de oscillog ra a f toegevoerde variërende gelijkspanningen gedifferentieerd zijn. H e t blijkt nu, d at de gro o tste m odulus van deze afbeelding gedeeld door de stra a l van de cirkelboog w elke zonder differentiatie o n tsta a t, een m aat is voor de to tale relatieve bandsnelheidsvariatie („w ow ” en „flu tter”). >g. 15 G elu id sd ru k in de as van een lu id E en evenredigheidsconstante sp re k e r opgesteld in een galm vrije w o rd t b ep aald door de R C k am er bij v ariëren d e afstan d . F re q u e n w aa rde van de dilferentieertie 2 k H z . schakeling.

284

F. J. v. Leeuwen

F ig . 16 en 17 G eluidsd ru k in een ak oestische in terfe ro m ete r bij v a ria tie van de a fsta n d tot het m onster. H e t m o n ster is T reep erac; de m eetfreq u en ties zijn resp. 500 H z en 1,5 k H z , de giduid absorptie-co ëfficiën ten resp. 0,46 en 0,85.

Fig. lo loon t de geluidsdruk in de as van een luidspreker, opgesteld in een galm vrije kam er. D e frequentie w erd con stant gehouden; de afstan d van de m eetm icrofoon to t de lu id sp rek er w erd gevarieerd. Bij toenem ende afstan d w o rd t de figuur re c h ts om doorlopen. T elkens na verp laatsin g over een afstan d gelijk aan de golflengte verm indert het argum ent van de geluidsdruk m et 2 n terw ijl de modulus af neem t. Fig. 16 en 17 hebben b e trekking op de akoestische interferom eter. D eze b e sta a t in hooldzaak uit een buis, aan een uiteinde voorzien van een luidspreker, aan het andere uiteinde afgesloten door een m onster, w a a rv a n men de geluidsabsorptie - coëfficiënt wil bepalen. D e lu id sp rek er zendt een vlakke lopende geluids golf n a a r het m onster, w a a r F ig. 18 op een gedeelte w o rd t g ere C om plexe freq uen tie k a ra k te rislie k van flecteerd. D e opvallende en een S iem ens o c ta a flilte r in de freq u en - gereflecteerde golf vorm en te tieb an d 400 - 800 H z. zam en een staan d e golf; uit de


285

staandegolfverhouding is de absorptie-coëfficiënt van het m on ste r te berekenen. D e staandegolfverhouding w o rd t gem eten m et behulp van een drukm icrofoon, we ik e in axiale richting binnen de bu is v er p la a tsb a a r is. Bij verplaatsing d raaien de geluidsdrukvectoren van de beide lopende golven te r p laatse van de m icrofoon over gelijke hoeken, doch in tegengestelde zin (als gevolg van de tegengestelde voortplantingsrichtingen). D e lengten d er beide vectoren blijven hierbij co n stan t (vlakke golven). H e t eindpunt van de som vector beschrijft dan een ellips. H e t quo tiënt van de beide assen is de staandegolfverhouding. W o rd t geen geluid geabsorbeerd, dan o n ta a rd t de ellips in een rechte lijn. Is d a a r entegen de abso rp tie volledig, dan g a a t de ellips over in een cirkel. Fig. 15 to o n t de ellips voor een m onster T reep erac bij 500 Hz; de absorptiecoëfficiënt is 0,46 (bij loodrecht invallend geluid). Fig. 16 is opgenom en aan hetzelfde m ateria al bij 1,5 kH z; de absorptiecoëfficiënt is 0,83. Fig. 18 toont de com plexe fre q u en tie k arak teristiek van een Siem ens octaaffilter in de frequentieband 400-800 H z. D e voor een juiste w aard ering noodzakelijke frequentie-m arkering is niet aangebracht.

Manuscript ontvangen op 31 juli 1958.

287

Deel 23 - No. 6 - 1958

Een kleine draagbare geluidsdrukniveau-analysator voor het bepalen van de eigenschappen van een lawaai door Chr. Peekei *) V oordracht gehouden voor het N ederlands R adiogenootschap en de G eluidstichting op 22 mei 1958.

Summary In v iew o f the com plexity o f o p eratio n of the hum an e a r an d the difficulty o f estab lish in g q u a n tita tiv e m easu rem en t of the sen satio n o f a noise b y norm al so u n dlevelm eters a v ery sm all p o rta b le so u n d sp ectru m a n a ly se r is d escrib ed , w h ich an aly ses the so u n d sp ectru m in 9 o ctav ep assb an d s so th a t m ore d e ta ile d in fo rm atio n is o b tain ed . P a rtic u la rs are given fo r calcu latin g loudnesslevel, loudness a n d speechin terferen ce level. T h e possibilities of h earin gloss from noise exposure is discussed w ith a te n ta tiv e n o -d am ag e-risk -lev el fo r o c ta v e b a n d s. C h a rts a re given for estim atin g the re ac tio n o f people to noise in a resid en tial a re a an d for recom m ended noise c rite ria to r room s.

1. Inleiding*

O v e r h et algem een w o rd t v ero n d ersteld door diegenen, die voor h et ee rst law aai-m etingen m oeten gaan verrichten, d a t door een sim pele directe m eting b.v. door h et m eten van het to ta le geluidsdrukniveau, h et mogelijk is de eigenschappen van een law aai te bepalen. D eze veronderstelling is onjuist en w el, d o o rd at h et horen een zeer ingew ikkeld gebeuren is, w a a r vele physiologische en psychologische w a ard en een rol spelen, w elke voor directe m etingen niet toegankelijk zijn. W il men van een com plex ge luid b.v. h et luidheidsniveau in foon of de luidheid in soon of h et sp raak sto o rn iv eau of de hinderlijkheid of h et g ev aar van gehoorbeschadiging enz. enz. kunnen bepalen, dan is h e t nood zakelijk te kunnen beschikken over een geluidsdrukniveau-spectrogram . B ovendien geeft een dergelijk spectrogram vele w a a rdevolle gegevens om tren t de mogelijke m aatregelen, w elke ge nom en kunnen w o rden om h e t la w a a i te reduceren. D e hier te bespreken gelu idsdrukniv eau-analy sator an aly seert h et spectrum in banden m et een o ctaafb reed te. *) L a b o ra to riu m voor E le c tro n ic a ’ P E E K E L ’ N .V ., R o tte rd a m

288

Chr. Peekei

D e grondgedachte van deze geluidsdrukniveau-m eter stam t van de Technisch Physische D ien st te D e lft, w elke d it a p p a r a a t enige jaren geleden in vereenvoudigde vorm heeft o n t w orpen, w a a rn a h et v erd e r in h et lab o rato riu m van sp rek er is ontw ikkeld to t h et huidige stadium .

2. Beschrijving geluidsdrukniveau-analysator type GRB*

D e w erking van de te bespreken d ra a g b a re door ingebouw de b atterijen gevoede g elu id sd ru k n iv eau -an aly sato r la a t zich h et b e st v erk laren aan de hand van h et blokschem a fig. 1. MICROFOON

F ig. 1 B lokschem a v an de g e lu id sd ru k n iv e a u -a n a ly sa to r

D e kleine cylindervormige m icrofoon heeft slechts een d iam eter van 3 cm en kan ongeveer 12 cm u it h et k astje w a a r in de geluidsdrukniveaua n a ly sa to r gebouw d is getrok ken w orden. D it is noodzakelijk om te voorkom en d a t h et te m eten geluidsveld v e r sto o rd zou w o rden door de aanw ezigheid van h et F ig . 2 In een vrij geluidsveld opgenom en freq u en tie k astje van de an aly sato r. w e e rg a v e cu rv en v an de g elu id sd ru k n iv eau - Fig. 2 geeft beide to e a n a ly sa to r voo r geluid, d a t in v a lt op de stan d en w eer, m icrofoon m icrofoon o n d er een hoek v an 9 0 ° en 0 ° . in de k a s t geschoven en B oven: de m icrofoon ingeschoven; onder: de u itg etro k k en . U it de m icrofoon u itg etro k k en . curven is duidelijk de v erb eterin g te zien die door deze m aatreg el b e re ik t w o rd t.

Een kleine draagbare geluidsdrukniveau-analysator

289

D irect ach ter de m icrofoon is zoals uit fig. 1 blijkt een verzw ak k er m et één stap van 40 dB aan g eb rach t om te voorkom en d at, bij de zeer grote geluidsdrukken w elke deze an a ly sa to r nog kan verw erken, de eerste v e rste rk e r overstuu rd zou geraken. D e v erste rk e r 1 b e s ta a t uit een d rie tra p s-v e rste rk e r w aarv an de versterking gestabiliseerd is door m iddel van tegenkoppeling. In verband m et de o ctaafbandfilters w elke op deze v erste rk e r aangesloten kunnen w orden, is het noodzakelijk d a t v e rste rk e r 1 een bepaalde inw endige w eerstan d heeft, en om oversturing te verm ijden, eveneens een bepaalde versterking. D oor in de ze v e rste rk e r gecom bineerde spannings- en stroom tegenkoppeling toe te passen, w elke individueel ingesteld kun nen w o rd en, is het mogelijk een bepaald versterkingscijfer en een bepaalde inw endige w eerstan d te bereiken. E r zijn 8 filters ingebouw d w elke beurtelings ingeschakeld kunnen w orden. In fig. 3 zijn de frequentie-w eergave-curven van deze filters m et in begrip van de v ersterk ers w eergegeven. Z oals blijkt, zijn er een laag d o o rlaten d filter, 6 octaaffilters en vervo l gens een hoogdoorlatend filter aan g eb rach t. O n danks de kleine ruim te, w elke slechts beschik b a a r w as, is door to e passing van m oderne m aterialen b ereik t d a t F re q u e n tie w eerg av e curve van de in g e filters van uitstekende k w alite it ingebouw d zijn. b o u w d e filt ers N a de filters vclgt een v erzw akker m et 5 standen van 10 dB verzw akking, d a a rn a w eer een v e rste rk e r volgens hetzelfde principe als v e rste rk e r 1 en to t slot een gelijkrichtschakeling m et d raaisp o el aanw ijs-instrum ent. D o o r toepassing van speciale poolschoenen in h et draaispoelinstru m ent is een quasi lineaire dB schaal verkregen. Alle v e rsterk ers zijn zo gedim ensioneerd d a t deze ongeveer een facto r 3 v erd er u itstu u rb a a r zijn dan noodzakelijk voor volle uitslag van de aanw ijsm eter, in v erband m et de juiste aan w ij zing van sterk sam engestelde signalen m et grote p iek w aard e doch kleine effectieve w aard e.

290

Chr. Peekei

D e g elu idsdrukniv eau-analy sator is zodanig geijkt d a t uit de com binatie van v erzw ak k er-stan d en en aflezing van het aanw ijsinstrum ent direct het geluidsdrukniveau in dB boven 2.10 N inr gevonden w o rdt. H e t to tale m eetgebied g a a t van 20 dB to t 130 dB. Een zeer grote v ersterk in g is noodzakelijk om de buitenge w oon kleine geluidsdrukken nog te kunnen meten. H oe u ite rst klein de drukschom m elingen zijn, w elke ons oor

F ig . 4 G e lu id sd ru k n iv e a u -a n a ly sa to r type G R B .

nog in sta a t is om als geluid w a a r te nemen, moge blijken uit het feit, d a t het trom m elvlies excursies m aak t van slechts 1/10 deel van de doorsnede van een w atersto l-ato o m , w an n eer een toon van 1000 H z m et een geluidsdrukniveau d a t overeenkom t m et de gehoordrem pel, door d a t oor b elu isterd w o rd t. D e to tale spanningsversterking in de gelu idsdrukniv eau-ana ly sa to r type G R B b e d ra a g t ongeveer 200 000 x hetgeen er op neerkom t d a t enkele m icro-volts reeds gem eten kunnen w orden. C ontrole op de juiste w erking van de a n a ly sa to r kan uitge


291

oefend w orden door deze m et een speciale verbindingskabel m et h et lichtnet te verbinden. E en tw eede controle is moge lijk door m iddel van een kleine sta n d a a rd law aaibron,, w elke op de m icrofoon geschoven kan w orden. D eze b e s ta a t uit een groot a a n ta l (vele duizenden) kleine kogeltjes, w elke evenals het zand in een zan dloper n a a r beneden vallen en op hun w eg tegen een m em braan botsen. H ierd o o r o n tsta a t een binnen 1 dB nauw keurig bekend z.g. w it geruis m et een geluidsdrukniveau van even boven de 100 dB.

F ig. 5 H e t in stru m en t kan gem akkelijk g e tra n s p o rte e rd w o rd en .

M e t deze m echanische sta n d a a rd geruisbron is het te allen tijde mogelijk de gevoeligheid van h et gehele instrum ent te controleren. H oe handig de gehele g e lu id sd ru k n iv e a u -a n a ^ sa to r is te ge bruiken blijkt uit fig. 4 w a a ro p U kunt zien hoe de m eettechnicus zich gem akkelijk kan bew egen en bovendien beide handen vrij heeft om de knoppen te bedienen en de gegevens op te schrijven. B ovendien toon t fig. 5 hoe gem akkelijk deze an a ly sato r te tra n sp o rte re n is.

292

Chr. Peekei

3. Het berekenen van het luidheidsniveau en de luidheid* Z oals reeds in de inleiding is verm eld, zegt h et heel weinig om trent de eigenschappen van een law aai w an n eer alleen het gehele geluidsdrukniveau gem eten w o rd t. M a a r, zult U zich afvragen, w a t m eet dan een z.g. geluidsniveau-m eter, of ook wel loonm eter genoem d, w elke voorzien is van fdters, die de gevoeligheid van het m ense lijke oor im iteert? A lvorens hier an tw o o rd op te geven, dient nagegaan te w orden vol gens w elk grondprincipe deze z.g. toon m eters of geluidsniveau-m eters w erken. In fig. 6 zijn de bekende F letcher M unson curven w e er gegeven. D it zijn lijnen van Fig. 6 gelijke luidheid voor zuivere In een vrij geluidsveld, opgenom en tonen. O m d at als vergelij curven van gelijke luidheid voor zuivere kingspunt 1000 H z genomen tonen volgens F le tc h e r en M u n so n . is en bij 1000 H z het geluids drukniveau in dB hetzelfde is als het luidheidsniveau in loon w orden deze lijnen ook wel isofonen genoem d. B aserend op deze curven h eelt men in z.g. geluidsniveaum eters voor verschillende niveaugebieden 3 inschakelbare O correctiefilters aan g eb rach t w elke de gevoeligheid, afhankelijk van de frequentie, van Fig 7 W a a rd e rin g sc u rv e n , w elk e in g elu id s h et m enselijke oor im iteren. niveau m eters w o rd en g e b ru ik t om In fig. 7 zijn deze frequentiede gevoeligheid van het m enselijke w eergave curven, w e lke ook oor te im iteren. V o o r elk niveau g e w el w a a rd e rin g sk a ra k te ristie bied w o rd t een a n d ere curve g eb ru ik t. ken genoem d w orden, g ete kend. Z olang één zuivere toon gem eten m oet w orden, kan men in d erd aad m et een dergelijke Oaeluidsniveau-m eter het luidheidsniveau d irek t in loon m eten. A nders w o rd t dit, w an n eer een sam engesteld geluid gem eten 50

dB

100

500

1000

5000

10000 H z


293

w o rd t b.v. een geluid, d a t b e s ta a t uit tzvee zuivere tonen, w elke betrekkelijk ver uiteen liggen w a t de frequentie b e treft. B.v. een toon van 200 H z en een van 2000 H z. L aten wij nu v ero n d er stellen d a t elke toon a p a rt een luidheid bezit w elke overeen kom t m et een toon van 1000 H z m et een geluidsdrukniveau van 85 dB . Beide tonen w ekken dus ieder a p a rt een luidheidsniveau van 85 foon op. D eze w a ard e w o rd t in d erd aad door een foonm eter aangew ezen w anneer één van de tonen opgew ekt w o rd t. D a a r h et geluidsdrukniveau van de tonen u it d it voorbeeld dusdanig hoog is d a t m et een w a a rd e rin g sk a ra k te ristie k gem e ten kan w orden w elke lineair is, kan gem akkelijk berekend w o rden w a t de geluidsniveau-m eter aanw ijst, w an n eer beide tonen tegelijk klinken. D e m eter zal 3 dB hoger aanw ijzen dan elke toon a p a rt dus 88 dB. D oor nu deze zelfde tonen tegelijk te laten klinken en m et h et oor te vergelijken m et een toon van 1000 H z zal ech ter een foonniveau gevonden w o rden van 95 foon. H e t blijkt dus d a t het oor tw ee tonen, w elke v er uiteen liggen, geheel and ers o p telt dan de geluidsniveau-m eter of z.g. foonm eter. D it is dan ook de reden d a t de geluidsniveau-m eters, al of niet voorzien van z.g. w aard erin g s freq u en tie-k arak teristiek en , niet in s ta a t zijn het luidheidsniveau in foon te m eten, zod ra h et om sam en gestelde geluiden gaat. D e uitkom st m et dergelijke m eters ver kregen co rre le e rt dus niet m et hetgeen men hoort. A fw ijkingen van 15 k 25 foon kunnen gem akkelijk optreden. A lvorens nu aan te geven hoe het luidheidsniveau in foon b erek end kan w orden, w an n eer over een geluidsdrukniveau spectrogram b e schikt w o rd t, zal ee rst nog n a d e r ingegaan w orden op de luid heid u itg ed ru k t in soon. W a a ro m , zo zult U zich afvragen, n a a st h et luidheidsniveau in foon nog een and ere eenheid in soon? D it kan h et beste w ederom m et een voorbeeld b e a n t w o ord w orden. ^V anneer een law aai een luidheidsniveau heeft van b.v. 85 foon, dan w il d it zeggen d a t d it law aai even luid k lin kt als een 1000 H z toon m et een geluidsdrukniveau van 85 dB . W a n n e e r men de luidheid van d it la w a a i b.v. voor de helft w il reduceren, dan zou men geneigd zijn te veronderstellen d a t dan de oorspronkelijke 85 foon gereduceerd m oet w orden to t 42.5 foon. D it blijkt ech ter niet h e t geval te zijn; om de luidheid te halveren zal h et luidheidsniveau van 85 foon op ongeveer 75 foon g eb rach t m oeten w orden. D e om standigheid d a t een luidheidsniveau in foons ons dus niet in evenredigheid de luidheid aan g eeft en h et voor h et berekenen van de luid-

294

Chr. Peekei

heid noodzakelijk is om over een schaal te beschikken, w a a r men verschillende luidheden k an optellen en aftrekken, heeft er toe geleid voor luidheid een nieuw e eenheid in te voeren, de soon. D e schaal w elke geheel rechts in fig. 8 getekend is, geeft h et v erb an d aan tussen h e t luidheidsniveau in foon en de luidheid in soon. D e luidheid neem t evenredig toe m et h et a a n ta l soons. Z o zal b.v. een law aai m et een luidheid van 40 soon h a lf ZO luid klinken w an n eer h et 20 soon is. 75

120 —]30 -->00 CC CO

o cc o

oo o 6

no — :

-70

<\l

LU

cc

90

>

UJ UJ

100

— 70

— to

—

200

b iso

—100

'

b 40

— 50

20

40

— 15

30

_ —

4-10

-i— io 15

- >0 5 4 _ —

o<ï 4 0 — UJ go o 30 -

— 4

y

»

20—1 75

1200

b,i0

450

60

60

— 50 40

__

—50 -40

-30

-30

- 20 -15 - 10

-5 —

4 00 — 70

-20 - 15

—>0 s

4

- 4

3

_ —3

-Z

.*

- I

.1 — .2

-

OCTAVE

— 200

— 150

70

.1

75 150

-300

- — lOO

.5

I-

. -250

“—200 "—200 - — 2 50

—I

.2 —

5

3

.5

50

>5

10

3

60 — -: 1

V- Î0

1200 2400

600

300 600

70 60

— 50

_-3 0

LO Ui co 70 — O~U J O 80

— 150

fco

_ _ 40 —

ISO 300

2 0 0 ------- — 2 5 0 —

-

1 - 50

100

75 150

150 300 PASS

.5

.4

- .3 300600 BAND

- .5

IN

- .3

600

1200

CYCLES

• 70 ■60 — 50 •40

•10-20

4800 24 00 9600 4 800 _ —100 . —500 ^-200 -150

-100

- 70 — 60

- 50 — 40

-20

—10

- >5

3 -2

-1

r~io

— 70

60

-

3

-2

40 .

•

20

■ IS

10 S 4

120

— 300 -

110-t_ —100

—ISO

100

— 70 60 60 — 40

90 6070 60-

—2

50

— I

40

4800 9600

— 2 60 — 200

— 3

.5 2400 4800

— 400

50

■4

— .4

PER

- —100

5

-.5

1200 2400

■— 150

• 30

-IS

5

2oo

— 30

*

—4

-joo

- -300

PHONS-S0NES 130 —— 500

— 30

—

20

—

!0

—15

—5 h-3 2 4

30 —— .s

P H O N S -S O N E S

SECOND

F ig. 8 D e gem eten g elu id sd ru k n iv eau ’s in de versch illen d e b a n d e n k u n n en m et behu lp v an deze schalen d ire k t om gezet w o rd e n in soon w a a rd e n .

W a n n e e r w e teru g k eren to t h et oorspronkelijke voorbeeld van tw ee tonen van 200 en 2000 H z m et elk een luidheidsniveau van 85 foon dan ziet U d a t ze elk 22,5 soon luid zijn en dus tezam en 45 soon of 95 foon. G eluiden w elke w a t frequentie b e tre ft ver uiteen liggen zijn dus op de soon-schaal op te tellen, m aar niet op de foon-schaal. O m van een law aai m et een b reed spectrum zoals het m eeste law aai is, d a t in de industrie voorkom t, zoals opgew ekt door m achines, m otoren enz. de luidheid in soon of h et luidheidsni-


295

veau in foon te bepalen is h e t noodzakelijk h et spectrum in een a a n ta l stukjes te knippen zo d at men als h et w are een groot a a n ta l geluidsbronnen overhoudt. N u blijk t uit o n d er zoekingen van Stevens d a t geluiden w a a rv a n de toonhoogten dicht bij e lk a a r liggen door h et oor niet lineair volgens de soon-schaal w orden opgeteld, en bovendien d a t h et luidste deel de zw akkere delen m askeert. P rof. S tevens h eeft hiervoor een m ethode van berekenen ontw ikkeld, w elke in de p rak tijk goed blijkt te kloppen voor law aai m et een b reed spectrum . Boven dien w o rden bij deze m ethode dezelfde filters gebru ikt als in de gelu idsdrukniv eau-analy sator type G R B . De gem eten geluidsdrukniveau’s w orden voor elke ban d d irek t om gezet m et behulp van fig. 8 in soon w aard en . V ervolgens w o rd t de gro o tste gevonden soonw aarde geheel in rekening g eb rach t en de som van de overblijvende soonw aarden m et 0,3 verm enigvuldigd en d a a rn a bij de soonw aarde van de luidste band gevoegd. D eze uitkom st is dan de luidheid in soon en kan desgew enst om gezet w orden in h et luidheidsniveau in foon m et de ta b e l geheel rech ts in fig. 8

4. Voorbeeld voor het berekenen van de luidheid in soon en het luidheidsniveau in foon, uit de m eetgegevens v er kregen m et de g elu idsdrukniv eau-analy sator type G R B . Soon dB A 74,5 B 78 79 C 1,6 2 65 3 4,5 69 4 12 76 6,5 5 65,5 4,9 6 62 8 7 67,5 10,5 8 66 9 10,5 63 58.5 12,12 46.5 x 0,3 = 14 26 soon = 87 foon In de eerste kolom zijn de stan d en van de filter-keuze-scha-

296

Chr. Peekei

GELUIDSDRÜtfNIVEAU IN d B

k e la a r aangegeven. In de standen A , B en C v erloo pt de fre q u en tie k arak teristiek volgens z.g. w aard erin g scu rv en , zie fig. 6. S tan d C is nagenoeg lineair. In de standen genum m erd 2 to t en m et 9 w orden de verschillende octaaffilters van fig. 3 inge schakeld. In de tw eede kolom van b ov enstaan d voorbeeld zijn de ge m eten geluidsdrukniveau's in dB boven 2.10 5 N /m r aangegeven. In de derde kolom zijn de m et behulp van fig. 8 om gezette so onw aarden aangegeven. H e t berekenen van de luidheid van d it law aai is v erd er in dit voorbeeld volgens de m ethode S tevens geschied en de ge vonden uitkom st 26 soon w eer m et behulp van fig. 8 om gezet in de foon w a ard e. U it d it voorbeeld blijkt eveneens nogm aals d a t de d ire k t ge m eten foon' w a a rd e m et behulp van de w a a rd e rin g s curve ste rk afw ijkt van de berekende foon w a a rd e n.1. in de stan d B w o rd t hier 78 dB ('foon') gevonden, terw ijl de berekende w a a r de 87 foon is. H e t law aai van d it v oo r beeld is een kleine huishoud centrifuge gem eten op circa 1 m eter a fsta n d in een keu ken.

5. Geluidshinder.

E en a n d er toepassings-geBANDBREEDTE IN Hz bied van de geluidsdrukniF is. 9 v ea u -an aly sato r type G R B C u rv e n voor h et b ep alen v an de la w a a i- is h et bepalen van de hin g ra a d . E lk e zóne b eg ren sd doo r tw ee derlijkheid van een law aai. lijnen g em erk t d o o r een le tte r geeft de H e t is buitengew oon lastig g ra a d v an la w a a i aan . D e g elu id sd ru k n iv e a u ’s in de versch illen d e o c ta a f b an d en door objectieve m etingen de dienen in deze fig. u itg ezet te w o rd en . D e hinderlijkheid van een b e hoogste la w a a i zóne w a a rin één o f m eer p aa ld la w a a i te bepalen. H o ew el hierboven een o c ta a fb a n d -n iv e a u s b in n en d rin g en is de m ethode is aangegeven om la w a a ig ra a d van d a t geluid.

297


de luidheid van een law aai te bepalen, zegt de luidheid ech ter niets om trent de hinderlijkheid. O m enige voorbeelden te noem en: het piepen van een krijtje op een schoolbord is beslist niet bij zonder luid, doch buitengew oon hinderlijk; het brom geluid d a t sommige fluorescentie-buisverlichtingen m aken, zal vroeg in de avond niem and storen, doch s' nachts w an n eer h et volkom en stil is, kan hetzelfde geluid zeer hinderlijk zijn. H e t tikken van een klok kan de ene dag een p re ttig en gezellig geluid zijn en de andere dag, afhankelijk van onze gem oedstoestand, zeer ir riteren d . In een slaap k am er zullen andere m aatstav en om trent hinderlijkheid gelden dan voor een k an to o r of een w oonkam er. O o k h et k a ra k te r van het geluid en of h et in term itteren d of con tinu o p tre e d t heeft invloed. O m te kunnen bepalen of een law aai TABEL I C o rrectie-tab el voor h et bepalen van de law aaig raad .

Correctie K arakter v. h. lawaai C om ponenten m et zuivere tonen zijn aanw ezig B reed-band geruis S terk e pieken zijn aanw ezig

+i 0 +i

Aajital% keren dat het C ontinu to t één k eer per m inuut 10 — 60 k eer p er uur lawaai optreedt J1 '— 20 ,, ,, ft 4 — 20 ,, p er dag 1 * * rt >* ff 1 ff ff ff Achtergrond lawaai B uitengew oon rustige w oonw ijk R ustige w oonw ijk W oonw ijk W o o n w ijk in de b u u rt van industrie O m geving van zw are industrie

0 -1 -2 -3 - 4 -5

Tijd van de dag dat ’s N ach ts het lawaai optreedt A lleen op de dag

0 - 1

Is er reeds lang lawaai G een van geringe sterkte op V a n m atige ste rk te V rij sterk getreden

0 -1 -2

+1 0 -1 -2 -3

298

Chr. Peekei

voor een w oonw ijk als to e la a tb a a r, hinderlijk of als o v erlast m oet w orden beschouw d heeft er toe geleid verschillend law aai in klassen onder te verdelen. In fig. 9 zijn deze verschillende klassen of graden aangegeven. E lke zone begrensd door tw ee lijnen gem erkt door een le tte r geeft de g raad van la w aai aan. D e vorm van de zone is de spectrale verdeling van de geluidsdrukniveau’s. D o o r nu m et de g elu idsdrukniv eau-analy sator het spectrum te bepalen en de gem eten geluidsdrukniveau’s in te tekenen, kan b ep aald w orden m et w'elke la w a a ig ra a d men te doen heeft. D e hoogste van de alph abetisch gem erkte law aai-zönes w a arin één of m eer o cta a fb a n d -n iv e a u s binnendringen is de la w a a i g raad van d a t geluid. N u b eh o o rt bij deze figuur nog een correctie-tab el (zie ta b e l I) w elke g eraadpleeg d dient te w orden REACTIE VAN om in de resu lta te n te v er BEWONERS disconteren de a a rd van h et law aai, de omgeving, ■ IEDEREEN KLAAGT op w elke tijden h et op tre e d t enz. enz. ■ D e law aaig raad w o rd t zoveel verhoogd of v erlaag d C O E F C LAWAAI 6RAA0 als h et correctie-cijfer a a n F ig . 10 D e re ac tie van b e w o n e rs v an een w o o n geeft. M e t de uiteindelijk w ijk, op la w a a i van een b e p a a ld e g ra a d , verkregen la w a a ig ra a d u it k an u it b o v en staan d e fig. b e p a a ld w o rd en . g ed ru k t in een le tte r w o rd t in figuur 10 opgezocht hoe de m ensen w elke in deze w oonw ijk w onen op een dergelijke la w a a ig ra a d zullen reageren. VOLKOMEN 0 N D U L 0 8 A A R

Z EER V EE L KLACHTEN

GEMf 3 D E L D E R E * bCTIE

S P O R A D IS C H KLACHTEN

D E E N KLACHTEN

— G E B I E D VAN V E R W A C H T E R E A C T IE S 1

1

-

1

6. N iet schadelijke lawaaigrens*

E en an d er voorbeeld w a a r h et eveneens noodzakelijk is h et geluidsdrukniveau spectrogram van een law aai te kennen is w an n eer men bevreesd is d a t h et law aai d a t b.v. in een fa briek w o rd t v o o rtg eb rach t schadelijk voor h et gehoor is. V o o ral nu de m achines steeds g ro te r en k rach tig er w orden, zijn vele geluiden van een dusdanige inten siteit d a t ze gem ak kelijk trau m atiseren d zijn voor h et gehoor. H e t diagram van figuur 11 geeft, ook w eer gem eten in octaafbanden, h et m axim aal to e la a tb a re geluidsdrukniveau w eer, w a a rbij w aarschijnlijk nog geen beschadiging van h et oor o p treed t, w an n eer men dagelijks 8 uur aan deze geluidsdrukken w o rd t b lo o t

299


gesteld. D eze niet-schadelijke law aaigrens w elke U hier ziet, is n iet officieel erkend en er zullen nog w el eni ge onderzoekingen gedaan m oeten w orden alvorens de ze grens definitief b ep aald is.

G ELU I OSO RUK-NIVEAU IN EEN O CTAAFBAND

7. Spraakstoorniveau* H e t is dikw ijls noodzakelijk F ig . 11 N ie t-sc h a d e lijk e -la w a a i grens. te bepalen of in een bep aald D e lijn geeft de lim iet aan w a a r b e law aai conversatie mogelijk is. neden in norm ale gevallen (ja re n lang D it kan belangrijk zijn b.v. in 50 w ek en v an 6 dag en van 7 u u r in ruim ten w a a r h et voor de vei h et la w a a i) een v e rw a a rlo o sb a re kan s ligheid noodzakelijk is d a t de op blijvende gehoor besch ad ig in g a ld a a r aanw ezige m ensen el b e sta a t. k a a r goed kunnen v erstaan . N u blijkt hoofdzakelijk een gedeelte van h et geluidspectrum sp raak h et m eest te storen en w el de o ctaaf banden 600-1200, 1200-2400 en 2400-4800 H z. D o o r nu h e t gem iddelde geluidsdrukniveau in dB in deze drie octaafb an d en te nem en, krijgt men h et sp raak sto o rn iv eau in dB . In de ta b e l II kan vervol37 S 75

75 ISO

«O 300

300 «00

«00 1200

1200 2100 2(00 . .4800

« 0 0 3600 9600 19200

T A B E L II voor h et bepalen van de m ogelijkheid to t h et voeren van een gesprek bij een b ep aald sp raakstoorniv eau. A fstan d in m eter

N o rm aal

Luid

Schreeuw en

89 83 71 83 77 65 77 71 59 73 67 55 69 63 51 67 61 49 61 55 43 S p ra a k stoorniveau in dB t.o.v. 2.10 5 N /m 2 gens opgezocht w orden bij w elke a fsta n d m et norm aal of luid spreken of schreeuw en goede conversatie nog mogelijk is. 0,15 0,3 0,6 .1 1,5 2 3,5

300

Chr. Peekei

8. M aatstaven voor het toelaatbare achtergrondlaw aai. W e lk 'ach terg ro n d ' law aai als to e la a tb a a r m ag w orden b e schouw d h an g t af van h et doel w a a rv o o r een b ep aald e ruim te bestem d is. M e t ach terg ro n d law aai w o rd t in dit geval v e rsta a n het binnendringende geluid b.v. van v erk eer of andere law aaibronnen van buiten de ruim te, alsm ede het law aai d a t in de ruim te zelf of in h et gebouw gem aakt w o rd t, b.v. door luch t behandelingsinstallaties of het law aai van schrijfm achines uit er n a a st gelegen ruim ten enz. D e geschiktheid van een ruim te voor een bep aald doel w o rd t dus o.a. b ep aald door h et niveau en sp ectrale sam enstelling van h et ach terg ro n d law aai in die ruim te. D o or onderzoekingen van B eranek is gebleken d a t h et mo gelijk is afhankelijk van h et gebruiksdoel van een ruim te een b ep aalde spectrale verdeling van het ach terg ro n d law aai voor te schrijven, w il die ruim te voldoen aan de te stellen eisen. Bij deze z.g. ach terg ro n d law aai criteria of noise criterion curven (N C curven), zie fig. 12, is uitgegaan van de gedachte d a t er een bep aalde verhouding dient te b estaan tussen sp raak sto o rniveau in dB en h et luidheidsniveau in foon w il de hinderlijkheid gelijkelijk uitgesm eerd zijn over h et gehele spectrum . In fig. 12 geeft het getal bij elke curve h et sp raak stoorniveau w eer, terw ijl voor elke gehele curve h et volgensdem ethode Stevens berekende luidheidsniveau in foon, 22 eenheden ho ger ligt. D eze curven w orden dus gebruikt om de to e la a tb a re of w enselijke geluidsdrukniveau's in de verschillen de banden voor een be paalde ruim te te specifi Noise levels to be measured in unoccupied rooms. Kach noise criterion curve is a code for specifying permissible sound-pressure levels in eight octave bands. It is in ceren en door de bijzondere tended that in no one frequency band should the specified level be exceeded. Ventilating systems should be operating, and outside noise sources, traffic conditions, etc., should be normal when measurements arc made. wijze w a a ro p ze zijn sa 12 m engesteld, kom en ze over-

Een kleine draagbare geluidsdrukniveau-analysator R eco m m en ded N o ise C rite ria fo r Room s

Typo

o f Space

Broadcast studios C oncert halls Legitim ate theatres 1500 scats, no amplification) M usic room s Schoolrooms (no amplification) TV studios A partm ents and hotels Assem bly halls (amplification)

75

150

R ecom m ended Curve NC 15-20 NC 15-20 NC 20-25 NC 20-25 NC 25 NC 25 NC 25-30 NC 25-30

300

FREQUENCY

Type of Spiice H om es (sleeping areas) •M otion picture theatres H ospitals Churches Courtroom s Libraries R estaurants Coliseum s for sports only (am plification)

600

Recom m ended Curve NC 25-35 NC 30 NC 30 NC 30 NC 30 NC 30 NC IS NC SO

1200 2 40 0 4 8 0 0 10000

B A N D -C Y C L E S PER SECOND

Fig. 13

301

een m et de subjectieve in druk voor de m eest gew en ste verdeling van de geluid sdruk niveau’s tussen de hoge en lage frequenties. Z o geldt voor: concertzaal N C 15-20 schoollokaal N C 25 hotel-kam er N C 25-30 bioscoop N C 30 ziekenhuis N C 3 0 re sta u ra n ts N C 45 Indien om economische redenen de N C curven niet als norm gebruikt kun nen w orden, zijn door B eranek nog z.g. N C A curven sam engesteld. D it zijn de maximum to e la a t b are geluidsdrukoctaafniveau’s w elke als a c h te r gro n d law aai nog getole reerd zouden kunnen w o r den. H ierbij is h et luidheidsniveau 30 eenheden g ro te r dan h et sp raak stoorniveau. Z ie lig. 13.

9. S lo t D eze opsom m ing van de verschillende m etingen en berekening van de gegevens w elke m et de gelu id sd ru k n iv eau -an aly sato r ty p e G R B gedaan kunnen w orden, is geenszins volledig, ech ter de belangrijkste en nieuw ste toepassingen op het gebied d er law aaim eting zijn hier behandeld. T ot nu toe is er in N ed erlan d w einig aan d ach t besteed om de luidheid uit te drukken in soon, hetgeen te b etreu ren is, om dat de luidheid in soon een veel b e te r beeld geeft, speciaal aan de niet ingew ijden, dan h et luidheidsniveau in foon. V e rd e r zou h et w enselijk zijn om bij h et opstellen van voor schriften om trent to e la a tb a re luidheid b.v. van een of andere m achine, niet de luidheid in soon voor te schrijven doch de

302

Chr. Peekei

m axim aal to e la a tb a re g elu id sd ru k n iv eau s in de verschillende octaafbanden. H ierbij w o rd t dan uitgegaan van gem akkelijk te m eten zuiver physische grootheden. N atu u rlijk is h et noodzakelijk ook op te geven onder w elke om standigheden dus b.v. afstan d , p la a ts en in w elke ruim te gem eten w o rd t, aangezien deze om standigheden zeer grote in vloed op het m ee tre su lta a t kunnen uitoefenen. M oge deze v o o rd rac h t er toe bijdragen d a t het inzicht veld w in t d a t voor nagenoeg alle law aaim etingen h et noodzakelijk is tenm inste een geluidsdrukniveau-spectrogram in o ctaafbandb reed te op te nem en, tem eer d a a r door de kleine handige vorm w a arin de besproken a n a ly sa to r is gebouw d, d it in de p rak tijk ook b eslist niet m eer gecom pliceerd of moeilijk is.


303

Deel 23 - No. 6 - 1958

Het meten van richtingsdiagrammen en overgangsverschijnselen aan luidsprekers door C. Wansdronk *) Voordracht gehouden voor het Nederlands Radiogenootschap en de Geluidstichting op 22 mei 1958.

Summary A p a rt from the m easu rem en t o f fre q u e n c y an d p h ase c h a ra c te ristic s of lo u d sp eak ers, it is im p o rta n t to k n o w th e ir d irectio n p a tte rn an d tra n sie n t ph enom ena. T his article co n tain s a d escrip tio n o f the a p p a ra tu s for ra p id m easu re m ent o f the la tte r tw o p ro p e rtie s b y m aking them visible on the screen o f an oscillograph.

N a a s t de gebruikelijke m etingen die aan luidsprekers w orden gedaan, zoals h et opnem en van de freq u en tie k arak teristiek , de fa se k a ra k te ristie k en h e t bepalen van de vervorm ing als functie van h et afgegeven verm ogen, is h et van belang ook h et richtingsdiagram en de in- en uitslingerverschijnselen te kennen.

Richtingsdiagrammen«

D e eisen die men aan de rich tin g sk arak teristiek van een lu id sp rek er of luidsprekersysteem stelt, zijn afhankelijk van het doel w a a rv o o r ze zijn bestem d. A ls u itersten gelden de bolstra le r, een systeem d a t n a a r alle k an ten even veel verm o gen afgeeft, zoals w e d a t bij m uziekw eergave in de huis kam er verlangen, m et d a a r tegenover een systeem d a t F ig . 1 B lokschem a van h e t m e e ta p p a ra a t voo r de energie zo veel mogelijk bundelt, zoals bijvoorbeeld een rich tin g sd iag ram m en . *) N a tu u rk u n d ig L a b o ra to riu m d e r N .V . P h ilip s’ G lo eilam p en fab riek en , E in d h o v e n -N e d e rla n d .

304

C. Wansdronk

stationsom roep. G ezien de frequentieafhankelijkheid van richtingsdiagram m en is h et vooral bij h et con strueren van luid sp rek ers en system en noodzakelijk de beschikking te hebben over een a p p a ra a t d a t deze diagram m en snel zich tb aar kan m aken. H e t d a a rto e ontw ikkelde to estel is schem atisch in fig 1 w eergegeven. E en lu id sp rek er, al of niet in k a st, s tra a lt een toon van b e paalde frequentie uit in een echovrije ruim te, en d ra a it daarbij rond om een te kiezen as. D e lu id sp rek er w o rd t gevoed door een to o n g en erato r. E en stilstaan d e m icrofoon van gt h et in zijn richting g estraald e geluid op en h et uitgangssignaal van deze m icrofoon w o rd t logarithm isch v e rste rk t en ged etecteerd . A ch ter de d etecto r is een zogenaam de vloeistofpotentiom eter gescha keld, die zorgt d a t een cirkel op een oscillograafbuis w o rd t geschreven, die ra d ia a l gem oduleerd w o rd t door h et van de d etecto r afkom stige signaal. D e w erking van deze vloeistof potentiom eter kunnen w e ons h et b este voorstellen aan de hand van fig. 2. In een perspex bakje bevindt zi ch een geleidende vloeistof, aethyleenglycol. Tegen tw ee tegenoverlig gende w anden van het b a k je bevinden zich koolplaten in deze vloeistof w a a rtu s sen w e een w e e rsta n d van 100 K Q m eten. E en geïso leerde schijf, w a a rv a n de as zich m idden tussen de D e v lo eisto fp o ten tio m eter. Bij d ra a iin g k o o lplaten bevindt, kan in d e r schijf doo rlop en de p u n ten A en B d it bakje ro n d d raa ien en elk een sinusvorm ig p o ten tiaalv eld , m et loopt synchroon m et de , een o n d erlin g fasev ersch il v an 9 0 '. luid sprek er. O p deze schijf bevinden zich tw ee co n tact punten A en B van grafiet. Sluiten w e over de koo lplaten een spanningsbron aan die in h et m idden geaard is, dan is h e t duidelijk, d a t de p o te n tiaal van elk van de beide co n tactpu nten sinusvorm ig m et de tijd zal variëren. M e t de spanning van h et ene p u n t bedienen w e de horizontale afbuiging van de electron e n stra a l van de oscillograaf m et die van h e t andere p u n t de vertik ale afbuiging. Bij draaiing van de schijf zal nu een cirkel op het scherm verschijnen, m its de beide co n tactp u n ten 90° uit e lk a a r liggen. D enken w e ons nu de getekende spanningsbron vervangen door de uitgang van de d e te cto r w elke dubbelfasig

Het meten van richtingsdiagrammen

305

is uitgevoerd dan w o rd t de cirkel door het gedetecteerde sig naal ra d ia a l gem oduleerd, en verschijnt het vereiste richtingsdiagram op de beeldbuis. D e om w entelingstijd b e d ra a g t ongeveer 1 sec. en w o rd t hoofdzakelijk begrensd door de snelheid w aarin men een sy steem kan laten ro n d d raaien zonder d a t het d aa rv an nadelige invloed ondervindt. W il over een hoekverdraaiing van 5° nog een volledige uitslag op het scherm mogelijk zijn dan zal de

Fig. 3 R ich tin g sd iag ram van een lu id sp rek er bij 520 H z .

F ig. 4 R ich tin g sd iag ram van een lu id sp re k e r bij 16000 H z.

R C-tijd van het afvlakfilter in de d etecto r niet g ro ter dan 5 X i - I sec. mogen zijn. 3ÓO U ite ra a rd kan men m et behulp van de hier beschreven a p p a ra tu u r ook richtingsdiagram m en van andere objecten m eten, zoals bijvoorbeeld van een lichtbron. D e luidspreker w o rd t dan vervangen door de te m eten lam p, de m icrofoon door een foto cel. D e logarithm ische v ersterking is niet essentieel doch bij akoestische m etingen w el gew enst. D e figuren 3 en 4 tonen ons richtingsdiagram m en van een enkele luid sprek er bij resp. 520 H z en 16000 H z.

306

C. Wansdronk

Overgangsverschijnselen* N a a st h et belang van de m eting van richtingsdiagram m en moge d a t van het m eten van in- en uitslingerverschijnselen uit h et volgende blijken. D e consonanten geven in de sp raak de m eeste inform atie. Zou men in een geschreven zin alle klinkers door puntjes v e r vangen, dan b e sta a t er een redelijke kans d a t men de zin nog kan lezen, hetgeen w el niet het geval zou zijn indien we de m edeklinkers zouden w eglaten en de klinkers laten staan . Toch zijn sommige m edeklinkers niet m eer dan een of andere gekleurde ruis terw ijl de explosieven slechts een kenm erkend inschakelverschijnsel b ev atten , hetw elk de m eeste inform atie m oet geven. D iegene die w el eens elektronische muziek heeft b elu isterd zal zijn opgevallen d a t deze muziek vaak droog klin kt. N a a s t een m isschien te harm onische ligging d er boventonen van de langs elektronische w eg opgew ekte klanken missen w e hier toch ook w el de k a ra k te ristie k e inslinger-effekten die bijvoorbeeld sommige blaasin strum enten ty p eren . En g a a t niet elKe musicus bij lang aangehouden tonen vibreren? H e t g a a t bij de perceptie v aak om de verandering, de afgeleide n a a r tijd of p laa ts. Bij het oog g a a t het om co n trasten , v e ra n dering n a a r de p laats, terw ijl we na verloop van tijd een b e p aald beeld ad a p teren en alleen nog datgene zien w a t zich in d a t beeld wijzigt. H e t belang d er bestudering van de overgangsverschijnselen ook bij luidsprekers, moge hierm ee nog niet zijn a a n getoond, m aar w el p lau sibel gem aakt. N u is het w el zo, d at bij een enkelvoudig sy steem uit de frequentiek a ra k te ristie k v alt uit te rekenen hoe h et gedrag bij tran siën ten zal zijn, F ig. 5 B lokschem a v a n h et m e e ta p p a ra a t voor o v e r m aar een ieder w eet, d a t dit bij lu id sprek ers to t gang sversch ijnselen. de onm ogelijkheden b e hoort. D erh alv e heeft het ju ist hier zin om d irek t te m eten hoe de overgangsverschijnselen er uit zien en w a t het verband


307

is m et de klank en de freq u en tie k arak teristiek van de luid spreker. In fig. 5 is h et blokschem a getekend van het a p p a ra a t w a a r mee deze tran siën ten kunnen w orden gem eten. M e t een toong en erato r w o rd t een pulsvorm er bediend, die van het sinus vorm ige signaal rechte blokjes m aakt. D eze blokj es w orden in een d eeltrap gestuurd w a a ru it w e dan blokken krijgen die 4, 8, 16 of 32 perioden breed zijn. D eze blokspanning bedient een poortschakeling w aarin ook de oorspronkelijke sinus w o rd t gestuurd w elke hier in stukjes w o rd t gehakt, die ook 4, 8, 16 of 32 perioden b ev atten . T ussen deze golftreintjes liggen stille stukken die even lang duren als h et trein tje. D e pu lstreintjes w orden dan via een v e rste rk e r n a a r de luidspreker gestuurd w elks geluid w o rd t opgevangen door een m icrofoon. H e t microfoonsignaal geeft dan de pulstreintjes voorzien van de in- en uitslingerverschijnselen van de lu id sp rek er in com binatie m et de ein d v ersterk er en eventueel een kast. D a t de m icrofoon k ri tisch gedem pt m oet zijn en een rechte freq u en tiek arak teristiek bij grote b an d b reed te m oet hebben is duidelijk. W ille n w e alleen h et uitslingerverschijnsel bekijken dan dienen w e de puls trein tjes zelf uit te snijden. D e d eeltrap bedient derhalve ook nog een v ertrag in g sn etw erk om voor de looptijd tussen luid sp rek er en m icrofoon te kunnen corrigeren. H e t blokje van de d eeltrap w o rd t d aa rto e gedifferentieerd en de aldus verkregen positieve en negatieve puls bedienen elk een m onostabiele multiv ib rato r. D e tijd, na het om klappen, w a a rn a deze m ultivib ra to re n w eer teru g slaan n a a r hun stabiele stan d is in stelb a ar en kan gelijk gem aakt w orden aan de looptijd van de geluids golf tussen lu id sp rek er en m icrofoon. V an de aldus v ertraag d e pulsen w o rd t w eer een blokje gem aakt d a t een poortschakeling bedient w elke dus uiteinde nik alleen m aar het uitslingerv er schijnsel d o o rlaat. O m te zorgen d a t de inslingering to t ru st is gekom en v o o rd at de uitslingering begint, blijkt d a t een pulstrein tje van 32 perioden in alle gevallen voldoende is. D e spanningen op de punten A , B, 6, D en E zijn zich tb aar te m aken op een oscillograaf. H e t eerste pun t w a a r te grote in- en uitslingertijden kunnen op tred en ligt bij de resonantiefrequentie. D o o r h et kiezen van een geschikte dem ping zijn deze te verm ijden. T ussen 400 en en 1200 H z hebben w e dan doorgaans geen la st en de fre q u en tiek arak teristiek is d a a r dan ook m eestal recht. Boven 1200 H z g a a t de conus opbreken, hij trilt niet m eer als een

C. Wansdronk

308

geheel, verschillende punten van de conus hebben verschillende fasen. H ie r kunnen dan w eer te grote overgangstijden optreden gepaard gaande aan pieken en dalen in de freq u en tie k arak teristiek. E en zo rech t mogelijke k a ra k te ristie k is altijd het beste.

6

In- en u itslm g erin g van een lu id sp rek er bij 7500 H z.

Fig. 7 In- en u itslm g erin g van een lu id sp re k e r bij 6400 H z.

H e t verm ijden van de te lange in- en uitslingeringen in het hoge gebied is een kw estie van de m anier w aaro p de pap, w a a ru it de conus w o rd t geschept, is behandeld. Indien de in- en uitslingertijden van het luidsprek ersysteem m aar beneden die van h et w eer te geven signaal blijven, zullen w e nergens la st van hebben. Z o niet, dan krijgen we de be-


309

kende holle, nasale of scherpe klank, soms gecom bineerd m et de indruk van galm, al n a a r gelang de gebreken m eer in het lage, m idden of hoge tonengebied liggen. Fig. 6 la a t zien hoe een lu id sp rek er in- en u itslin gert bij 3500 H z. D uidelijk is te zien d a t de conus na ongeveer 8 pe rioden is ingeslingerd. D e uitslingering d u u rt u ite ra a rd even lang en d ra a g t hetzelfde k a ra k te r. Fig. 7 geeft een voorbeeld van de in- en uitslingering bij een hogere frequentie, in d it geval 6400 H z.

Vraag* (D r. Ir. J. J. G eluk): 1. H oe is h et overgangsverschijnsel bij diverse herhalingstrequenties? S lingert zich h et overgangsverschijnsel hier niet door op? 2. W a t betekenen subjectief deze 'm ooie' overgangsfiguren? Indien er fabricageëisen zijn gesteld op d it gebied aan luidsprekers, hoe zijn deze dan?

Antwoord: 1. D e pulstreintjes liggen zo ver uit e lk a a r d a t de lu id sp rek er pas w eer signaal krijgt n a d a t hij volkom en to t ru st is ge kom en. A nders zouden w e in d e rd aad een opslingering krijgen. 2. Indien de overgangsverschijnselen in een b ep aald gebied te groot w o rden kunnen w e d it horen d o o rd a t de luid sprek er een onnatuurlijk geluid g a a t w eergeven. W e m oeten er dus voor zorgen d a t de tran siën ten van de luid sprek er beneden die van h et w eer te geven signaal blijven o p d at ze geen h o o rb a a r hinderlijk effect geven.


311

Deel 23 - No. 6 - 1958

Het meten van de geluidabsorptie door G. J. van Os *) Voordracht gehouden voor het Nederlands Radiogenootschap en de Geluidstichting op 22 mei 1958.

Summary

T h ere are tw o p rin cip ally d ifferen t definitions of the sound ab so rp tio n coefficient: one d eriv ed from the re v e rb e ra tio n in a room , the o th e r one d irec tly from the reflecting p ro p e rtie s of the sam ple. T he fo rm er one is d ete rm in e d in a re v e rb e ra tio n cham ber, an d gives a fairly good im p res sion a b o u t the a b so rp tio n c h a ra c te ristic s w h en the m a te ria l in question is used in p ra c tic e . M o re o v e r all so rts o f sam ples can be in v estig ated in the re v e rb e ra tio n cham ber. T h e la tte r one is m easu red m ostly in the trav ellin g w a v e tu b e. T his in stru m e n t is in d isp en sa b le for the stu d y o f a b so rp tio n theories an d the developm ent o f m aterials, b u t only a lim ited n u m b er o f sound ab so rb in g m aterials can be in v estig ated and the resu lts o b tain ed c a n n o t be app lied im m ed iately in p ractice. B oth m ethods are tre a te d in brief.

E r zijn tw ee definities van geluidabsorptie in omloop; één, die men p rak tisch zou kunnen noem en, g a a t uit van h et verschijnsel d a t geluid in een gesloten ruim te des te k o rte r h o o rb a a r blijft n aarm ate de begrenzingen van deze ruim te h et geluid b e te r op slorpen of absorberen . D e andere m eer theoretische definitie g a a t uit van de bij de teru g k aatsin g van de geluidsgolven door dissipatie verloren gaande fractie van de trillingsenergie. B eide uitgangspunten vertonen min of m eer ernstige bezw aren; zij zijn dan ook geen van beide universeel b ru ik b aar. D a t zij ech ter - noodgedw ongen - door e lk a a r heen w orden geb ru ikt en men - helaas - dikw ijls verzuim t expliciet te verm elden uitgaande van w elke definitie men zijn m eetresu ltaten heeft verkregen d ra a g t veel bij to t de helaas toch al niet te v erw aarlozen sp ra a k v e r w arrin g op akoestisch gebied.

D e theoretische definitie en de daarop aansluitende meetmethoden*

G eluidabsorptie is volgens d it gezichtspunt h et verschijnsel d a t een geluidgolf een gedeelte van zijn energie v erliest tenge-

*) T echn isch P h y sisch e D ie n st T .N .O . en T .H .

312

G. }. van Os

volge van dissipatie, dus om zetting van akoestische trillingsenergie in w arm te; d it kan zow el bij de v o o rtp lan tin g van de golf door een medium h et geval zijn (ab so rp tie in de lucht, in bouw constructies, enz.) als bij de teru g k aatsin g van de golf tegen h et „scheidingsvlak” tussen tw ee m edia. (M en gelieve hier d it vlak niet in de m athem atische betekenis op te v atten .) W ij zullen ons to t deze la a tste so o rt ab so rp tie bepalen. D e bekende gelu idabsorberen de m aterialen ontlenen hun w a a rd e ju ist aan d it verschijnsel: bek leed t men een plafond m et b.v. zach tb o ard , dan w o rd t de op d it plafond vallende geluidgolf slechts v erzw ak t teru g g ek aatst. D e absorptiecoëfficiënt geeft aan w elke fractie van de invallende geluidenergie bij de k aatsin g verdw ijnt. D eze co ëfficiënt is vooral afhankelijk van de invalshoek van h et geluid en van de irequentie, doch d a a r niet alleen de oppervlakte van h et m ateriaal, doch de gehele ach ter d it opp erv lak liggende constructie van belang kan zijn, doet men goed te spreken van de absorptiecoëfficiënt van de gehele constructie, b.v. zachtboardtegel aan g eb rach t onm iddellijk tegen een gepleisterde m uur. a. D e n o r m a le i n t e r f e r o m e te r H e t eenvoudigst voor m eting v a tb a a r is de absorptiecoëfficiënt voor loodrecht op h et m onster invallend geluid; de hiervoor gangbare m eetinstrum enten w orden hier te lande akoestische in terfero m eters (of „ rh o c etro n s”), in h et buitenlan d travelling w ave tubes, K undtsche R öhren, tubes de K u n d t genoem d. E en principeschets geeft fig. 1. U ziet een aan de binnenzijde glad afg ew erk te buis, aan de uiteinden afgesloten m et h et te o n d er zoeken m onster en m et een luidspreker. M en la a t de lu id sp re k e r nu een enkelvoudige trilling produceren, er o n ts ta a t een lopende golf die in d erd aad lood recht op h et m onster invalt. D e - eveneens lood recht - teru g g ek aatste golf „ in te rfe re e rt” m et

D e ak o estisch e in terfe ro m ete r in p rin cip e. D e lu id sp re k e r L p ro d u c e e rt in de gladde buis een geluidgolf, die d oo r m o n ster O geheel o f gedeeltelijk w o rd t te ru g g e k a a tst. M e t de m icrofoon M w o rd t h e t ald u s in de buis o p tre d en d e geluidveld uitgem eten.

Het meten van de geluidabsorptie

313

de invallende golf. H ierd o o r o n tstaan knopen en buiken in de buis, d a t zijn resp. p laatsen m et minimale en m et m axim ale geluiddruk. W a s h et m onster id eaal geluidabsorberend (a b so rp tiecoëfficiënt gelijk één, alle invallende akoestische energie w o rd t in w arm te om gezet), dan zou er geen teru g g ek aatste golf zijn, en dus ook geen knopen en buiken: overal zou dezelfde geluiddruk heersen. In h et tegenovergestelde geval (absorptiecoëffi ciënt gelijk nul) verkrijgt men een zgn. staan d e golf, m et geluiddruk gelijk nul in de minima. M en m eet nu de verhouding fjc tussen de geluiddruk in de m axim a en die in de minima en kan d a a ru it de absorptiecoëfficiënt berekenen volgens de - hier niet af te leiden - form ule: // - I a = I ju

+ I

U it de p la a ts van de m axim a en minima t.o.v. h et m onster kan men nog een gegeven afleiden t.a.v. de phasehoek tussen de invallende en de gereflecteerde geluidsgolf; deze phasehoek is van belang voor h et begrijpen van de eigenschappen van h e t m onster. A bsorptiecoëfficiënt en phasehoek leveren tezam en de zgn. im pedantie, d.i. de complexe verhouding tussen geluiddruk en deeltjessnelheid ('rap h eid ) aan h et oppervlak van h et m onster. D e eerste v raag die opkom t bij h et con strueren van een in terfero m eter is: w elke afm etingen m oet de buis bezitten? D eze afm etingen hangen d irect sam en m et h et frequentiegebied w aarin men de m etingen w e n st te verrichten. D e lengte m oet n.1. min stens zo groot zijn, d a t ook bij de laag ste m eetfrequentie zow el een maximum als een minimum in de buis kunnen o p tred en; aangezien de a lsta n d tussen beide 1/4 golflengte b ed raag t, en in sommige gevallen h et d ich tst bij h et m onster gelegen minimum eveneens 1/4 golflengte van h et m onster verw ijderd is, kom t men op een minimale lengte van \ golflengte. V o o r nau w keu riger m etingen is h et w enselijk tw ee minima in de buis te kunnen herbergen; de lengte w o rd t dan 3/4 golflengte. V oeg daarbij dan nog zeg 1/4 golflengte aan de zijde van de luid sprek er om de door deze geproduceerde golven de gelegenheid te geven voldoende vlak te w orden (vlakke golven zijn p e r definitie nood zakelijk voor de m eting), dan b etek en t d it d a t voor een m eet frequentie van 50 H z de buis tenm inste 6,5 m lang m oet zijn, voor 500 H z 65 cm en voor 5000 H z 6,5 cm. D e dw arsd o o rsn ed e van de buis m aak t men enerzijds liefst zo groot mogelijk, om bij de m etingen op een niet al te klein m onster aangew ezen te zijn; anderzijds geeft de eis van vlakke golven een grootste

314

G. J. van Os

diam eter gelijk aan j> golflengte (alth an s bij een vierkante doo r snede van de buis). D us: m eten to t 1000 H z: diam eter m axim aal 17 cm; to t 10.000 H z: 1,7 cm. H e t is duidelijk d a t men in h et la a tste geval een a a n ta l m onsters van elk m ateriaal m oet o n d er zoeken om een indruk te krijgen van de gem iddelde eigenschap pen; bij een g ro tere buis w o rden autom atisch de gem iddelde eigenschappen van h e t dan g ro tere m onster bepaald. M en kan aan deze v o o rw aard en , die onontkoom baar lijken te voeren to t verschillende buizen voor h et gehele frequentie ge bied van zeg 50 to t 10000 H z, voldoen door een vrij lange en dikke buis te gebruiken, en die voor h et m eten bij hoge fre quenties m et schotten onder te verdelen. H ie ra a n zijn ech ter verschillende bezw aren verbonden. E en and ere uitw eg b e s ta a t in h et p laa tse n van de m icrofoon zuiver in de hartlijn van de buis, w a a rd o o r bij de eenvoudigste ty p en d w arse golven, zoals deze o p tred en in de nabijheid van de frequentie w a a rv o o r de d w arsd o o rsn ed e gelijk J golflengte is, de m icrofoon zich steeds in een drukm inim um b ev in d t en dus ongevoelig is. O p deze wijze lu k t h et de bovenste frequentiegrens bijna een fa k to r tw ee n a a r boven te verschuiven (dus een 17 cm buis is b ru ik b a a r to t ca 2000 Hz). O o k is voorgesteld tussen m eetbuis en m onster een exponentiële hoorn aan te brengen, w a a r door ook aan een groot m onster bij b e tre k k e lijk hoge frequenties gem eten kan w orden. D e volgende v raag is w el: uit w elk m ate ria a l dient de buis te w orden v erv aard ig d ? H e t an tw o o rd hierop F ig. 2 is vrij eenvoudig te D o o r w a n d a b so rp tie in de in terfe ro m ete r is h e t geven; im m ers men geluidniveau in de m inim a te hoog. D eze fo u t w en st de geluidsabis te elim ineren d o o r h e t niv eau in h e t eerste m inim um te co rrig eren m et een a a n ta l dB , d a t sorptie van h et m on a fh a n g t v an h e t n iv eau v ersch il tu ssen eerste ste r te bepalen; bij afw ezigheid van een m inim um en tw eed e m inim um . D e grafiek to o n t deze afh an k elijk h eid : co rrectie m onster (b.v. stalen ( Z — Z ') als functie v an n iv eau v ersch il ( Z '— Z ")• p la a t als afsluiting)

315


m oet men dus een absorptiecoëfficiënt van 0,00 vinden. D e in de buis lopende golven w orden ech ter v erzw ak t door de a b sorptie van de buisw anden en d it leidt to t een schijnbare ab so rp tie van h et m onster. D eze zgn. n u labsorptie kan men niet eenvoudig van de gem eten ab sorptie aftrek k en om de w e r kelijke m on sterab so rp tie te vinden. H e t is dus zaak deze w andabsorptie zo klein te m aken als m aar p rak tisch mogelijk is, dus gladde, zw are en stijve w anden te gebruiken. S teeds blijft ech ter een zeker w an d ab so rp tie over, d a a r bij de w anden geen ad iabatische condities kunnen heersen, w a a rd o o r trillingsenergie verloren gaat. M en kan voor de nulabsorptie corrigeren m et behulp van de in fig. 2 gegeven krom m e; horizontaal vindt men het niveauverschil tussen le en 2e minimum (geteld v an af het m onster), v e rtik a a l h et daarbij behorende a a n ta l dB d a t van het niveau in h et eerste minimum afgetrokken m oet w orden om het echte' m inim um niveau zonder n u labsorptie te vinden. <S)

©

® @@®

Ü ')////^ y///////y77/> 7/y/7/7^

=Se

S

$

Fig. 3 ,4 e n 5 D e drie d o o r de T .P .D . o n tw ik k eld e in terfero m eters, m et d o o rsn ed en van resp . 24 cm X 24 cm, 6 cm X 6 cm en 3 cm X 3 cm. D e m o n sterh o u d er b ev in d t zich steeds aan de linkerzijde.

316

G. J. van Os

F ig. 6 D e n u lab so rp tie van de in terfe ro m ete r van fig. 4. V e rtik a a l het niv eau v ersch il tussen m axim um en le m inim um en de d aarm ee co rresp o n d e re n d e dem ping p er m, h o rizo n taal de a fsta n d m inim um en m on ster (h ier stalen p la a t). D e g etro k k en k u rv e geeft de th e oretisch berei kb a re dem ping voor 2000 H z; voor a n d ere fre q u e n ties lopen de k u rv en analoog volgens de h u lp sch aal bij 1 = 20 cm.

D an kom en nog een a a n ta l constructieve v raag stu k k en aan de orde, v o o rd at een b etro u w b are in terfero m eter is verkregen. W ij zullen hierop niet v erd er ingaan, doch verm elden slechts d a t: a de hartlijn van de buis zuiver loodrecht op het m onster m oet staan (men w enst de ab so rp tie bij loodrechte inval te m eten); b de m icroloon zo klein m oet zijn, d a t hij het geluidsveld niet noem ensw aard v e rsto o rt (zeg kleiner dan 5°/0 van h et d w arso pp ervlak van de buis); c de m icroloon alleen gevoelig m ag zijn voor de geluiddruk in de b uis, en niet re a g e e rt op de niet geheel te verm ijden tril lingen van de buis w and ; d de positie van de m icroloon ten opzichte van het m onster op zeg 0,1 mm nauw keurig m oet kunnen w o rden bep aald (dit i.v.m. im pedantiem etingen). De figuren 3, 4 en 5 geven doorsneden van de bij T .P .D . o n t w ikkelde interferom eters. D eze bezitten v ierk an te doorsneden van resp. 24 x 24 cm2, 6 x 6 cm2 en 3 x 3 cm2; de lengten van de m eetbuizen zijn resp. 7 m, 1,5 m en 30 cm, zodat de irequentiebereiken zijn 40 . . . . 650 H z, 200 . . . . 2600 H z en 1000 . . . .


317

5500 H z. A angezien wij de m icrofoon steeds c en tra al aan b rach ten zijn de buizen b ru ik b a a r to t een o cta af boven deze grensfrequenties, m its de m onsters niet te inhom ogeen zijn. Figuur 6 geeft een voorbeeld van de nulabsorptie van de m iddelste van de serie; voor een a a n ta l frequenties is horizon ta a l aangegeven de positie van de minima in de buis (afstan d to t m onster) en v e rtik a a l h et niveauverschil t.o.v. het maximum en de d a a ru it volgende nulabsorptie. D e getrokken curve geeft de theo retisch te verw ach ten ligging van de minima voor 2000 Hz; voor de andere frequenties zijn soortgelijke curven te trekken; deze zijn slechts aangegeven m et een punt op de v ertikale schaal bij 1 = 20 cm. M en ziet d a t de gem eten ab so rp ties slechts w einig boven de minimale (theoretische) w a ard en liggen. Bij de in terfero m eter b eh oort de noodzakelijke elektronische a p p a ra tu u r: laag freq u en tg en erato r en buisvoltm eter; aan de eerste w orden geen bijzondere eisen gesteld. D e buisvoltm eter m oet in elk geval van het selectieve type zijn (bandfilters, hetero dyne schakeling, teruggekoppelde R C -schakeling), d a a r som tijds in de m inim a de geluiddruk bij de m eetfrequentie gering is, doch die bij de harm onischen, die door g en erato r en lu id sp rek er w orden geproduceerd dan ju ist m axim aal kan zijn, w a a rd o o r een ab so rp tie van 10 °/0 (niveauverschil 30 dB , drukverhouding 1 : 31,6) o nm eetbaar kan w orden bij een distorsie van slechts 1 % . E n nog is de belangrijkste v o o rw aard e voor een goede m eting niet genoem d: de ex p erim en tato r zelf m oet een niet geringe dosis gevoel voor akoestische m etingen bezitten w il men b etro u w b are re su lta te n verkrijgen. D e wijze w a aro p h et m onster in de buis w o rd t aan g eb rach t kan n.1. een enorm e invloed op het re su lta a t hebben, en steeds m oet men hierop b ed ach t zijn en door p a s sende m aatregelen tra c h te n deze invloed zo klein mogelijk te doen zijn. In d it k a d e r is h et onmogelijk hier diep op in te gaan; ook hier geldt de regel d a t men „al doende le e rt” . b. A n d e r e m e e t m e th o d e n D e beperking „loodrecht invallend geluid” is m isschien w el de ernstigste tekortkom ing van de interferom eterm ethode. Im m ers in de p rak tijk pleegt h et geluid gem eenlijk uit vele rich tingen op h et m ateriaal te vallen, en men is m et constructies die alleen voor loodrechte inval goed functioneren niet g eb aat. V a n d a a r d a t vele pogingen zijn ondernom en m eetm ethoden te ontw ikkelen die m etingen bij scheve inval mogelijk m aken. E en voorbeeld geeft lig. 7, w a a r een op h et eerste gezicht norm ale

318

G. J. van Os

Fig. 7 E en in terfero m eter voor m etingen bij sch eef invallen d geluid. D e tw ee lu id sp rek ers re ch ts zijn in teg en fase geschakeld. D e differen tiaalm icro fo o n w a a rm e d e het geluidsveld w o rd t u itgem eten is niet aangegeven.

in terfero m eter is geschetst. D e bijzonderheid is echter, d a t er aan h et luidsprekeruiteinde tw ee lu id sp rek ers zijn aan g eb rach t, die in tegenfase zijn geschakeld. D e niet vlakke golven die men bij de norm ale in terfero m eter zorgvuldig verm ijdt w orden hier b ew u st opgew ekt. M en kan dan bij een a a n ta l invalshoeken m eten, helaas ech ter bij elke hoek h o o rt slechts een enkele frequentie. B epalen van volledige rich tin g sk arak teristiek en is niet mogelijk. Bij mijn w eten w o rd t d it type in terfero m eter dan ook vrijw el niet gebruikt. Bij een andere, in D u itslan d ontw ikkelde, m ethode w o rd t in een zgn. „F lach rau m ” gem eten (fig. 8). D it is een, zoals h et w oord aangeeft, vlakke, lage ruim te, hier 8m bij 3m bij 10 cm. Een d er zijden w o rd t ingenom en door een reeks lu id sp rek ers (lijnbron); men b ren g t v ertik aal in de ruim te op één zijde van een rechte hoek een stro o k van h et te onderzoeken m ateriaal aan en m eet de ste rk te van de gereflecteerde golf m et een reek s m icrofoons (lijnontvanger), die tussen de lu id sp rek ers zijn op gesteld. O m hierbij herhaalde reflecties te voorkom en w o rd t m et golftreinen of pulsen g ew erkt. Boven- en onderzijde van de ruim te w orden door reflecterende vlakken gevorm d; de overige

F ig . 8. H e t zgn. F lach rau m , w a a rm e d e de a b so rp tie bij alle in v alsh o ek en afzo n d erlijk k an w o rd e n b ep aald .


319

Oüardtube

Fig. 9 Met de hier geschetste schutring-interferometer kan men in principe geluidabsorptie bij loodrechte inval meten zonder tot monstername van het te onderzoe ken materiaal over te gaan. begrenzingen zijn hoog-absorberend uitgevoerd. D o o rd a t bij deze m ethode, in tegenstelling m et de „norm ale” interferom eter, h et m onster niet door spiegeling tegen de zijw anden oneindig groot schijnt, w o rd t la s t ondervonden van buiging. A ls la a tste m eetm ethode van deze klasse zou ik nog w illen noem en de door prof. K osten aangegeven zgn. schutringinterferom eter, die bestem d is om in de p rak tijk de gelu idabsorptie van een oppervlak te kunnen m eten zonder to t m onsternam e (per zaag en breekijzer) over te gaan. D a a r de in terferom etrie zoals gezegd oneindige u itg estrek th eid van h et m onster v ero n d er stelt, en deze re a lise e rt door h et m onster in een zijdelings vol kom en h ard e buis aan te brengen, k an men niet v o lstaan m et h et m onster-uiteinde van de 0*6 " "" buis tegen h et m ate ria al aan te brengen; er kan dan n.1. Without compensation for leakage geluid door h e t m ateriaal OA heen om h e t buisuiteinde ontsnappen en men m eet With compensation een veel te hoge w aard e. I0.2 D e schutring interferom eter interferometer (fig. 9) b e v a t nu een tw eede buis om de eigenlijke m eetI____ L » i » t l buis heen, en men ste lt in 900 Hz 500 700 300 Frequency de buitenste ruim te een zo Fig. 10 danig geluidveld in, d a t te r Enkele meetresultaten met een schutring p la a tse van de gem eenschap interferometer verkregen aan een poreus pelijke w an d geluiddruk absorptiemateriaal. De meting zonder binnen en buiten gelijk zijn compensatie voor het zijdelings weglek kende geluid geeft blijkbaar veel te hoge en in phase. E r zou dan waarden; met compensatie zijn de ver geen geluid m eer 'w eg kun schillen met de normale interferometer nen lekken'. In de p rak tijk blijkt een en an d er moeilijk niet groot.

320

G. J. van Os

te realiseren, en er is nog geen w erkelijk praktische uitvoering ontw ikkeld. Fig. 10 geeft enkele m eetresu ltaten verkregen m et een laboratoriu m exem plaar.

D e praktische definitie; nagalmmetingen V erschillende geluidabsorberende constructies kunnen in een in terfero m eter in h et geheel niet onderzocht w orden. Im m ers de in terfero m eter m oet noodzakelijk een kleine doorsnede b e zitten, en is dus slechts geschikt voor m etingen aan kleine m onsters. Sommige constructies ab so rb eren ech ter d o o rd a t zij als geheel door h et erop vallende geluid in trilling geraken (gesloten panelen op luchtlaag); andere constructies vertonen een vreem de betrek k in g tussen a b sorptiecoëfficiënt en invalshoek van h e t geluid (poreuze lagen op grote a fsta n d van de harde w and), en d a a r het m eten van deze afhankelijkheid in de nor m ale in terfero m eter onmogelijk, en m et het F lachraum zeer om slachtig is, is men in deze ge vallen aangew ezen op de zgn. nagalmmethode. D eze is trouw ens ook algem een gebruikelijk voor h et v aststellen van de eigen schappen van h an delsm aterialen; die w o rden nl. in zeer vele ge vallen geb ru ikt om de nagalm tijd in een ruim te te verkleinen, en h et lijkt dus w el heel logisch om F ig. 11 in een pro efk am er h et effect van D e n ag alm m eth o d e in beeld. B oven h et m ateriaal in d it opzicht te d e lege kam er, w a a rv a n m et behu lp bepalen. v a n lu id sp re k e rs l en m icrofoon m Fig. 11 geeft in principe de de nagalm tijd, en d a a ru it de a b so rp tie w o rd t b e p a a ld . O n d e r de nagalm m ethode w eer. M en m eet k a m e r m et m o n ster O', de n a g a lm van een v e rtre k de nagalm tijd tijd w o rd t o p n ieu w gem eten en de (d.i. de tijd w a arin h e t geluid d a a ru it volgende a b so rp tie is g ro te r niveau in h e t v e rtre k 60 dB d a n in h e t eerste geval. D e toen am e d a a lt n a h e t uitschakelen van is p e r definitie de a b so rp tie v an O. de geluidbron); dan b ren g t men


321

h et te onderzoeken m ateriaal in h et v e rtre k en m eet de nagalm tijd opnieuw . M en h eeft dan de benodigde gegevens om de geluidabsorberende eigenschappen van h e t m ateriaal te berekenen. V olgens de form ule van Sabine w o rd t de nagalm tijd (in sekonden) van een ruim te gegeven door T = V/6A, w a a rin V h et volume in m3 en A de 'a b so rp tie ' in m2 v oo rstelt. E n nu is de kern van de nagalm m ethode deze, d a t men de nagalm tijd en het volume m eet, en d a a ru it de to ta le abso rp tie van de ruim te berek ent. D e nagalm tijd zal na h et aanbrengen van h et te onderzoeken m onster klein er zijn; d a a r volgt dus een gro tere ab so rp tie uit, en h et verschil in ab so rp tie m oet w el aan het m onster w orden gew eten. D e elt men nu d it verschil door het a a n ta l m2 van h et m onster, dan v erk rijg t men per definitie de absorptiecoëfficiënt van h et m onster. D it is ech ter een geheel and ere dan bij de interferom eterm ethode gedefinieerde grootheid en h et verschil is heus niet alleen v ero o rzaak t d o o rd a t in de nagalm kam er h et geluid uit alle richtingen invalt. W a t is n.1. het geval? D e form ule van Sabine geldt slechts onder zeer b e p a a l de condities, die in de p rak tijk nooit geheel te verw ezenlijken zijn; zo m oet h et geluidveld volkom en hom ogeen en isotroop zijn, d.w .z. in elk p u n t van de ruim te heerse dezelfde geluiddru k en er zij geen b ep aald e voorkeursrichting voor de golven. M en kan h ieraan nooit geheel voldoen; m et een geluidbron die zuivere tonen p ro d u ceert zijn de afw ijkingen enorm ; ge b ru ik t men zgn. w obbeltonen of, nog b eter, banden ruis dan zijn de afw ijkingen w^at kleiner. V e rd e r ziet men d irect d a t de form ule niet geheel ju ist kan zijn; im m ers de nagalm tijd kan nooit gelijk nul w o rden: een fictieve ruim te van een kubieke kilo m eter lucht op 20 km hoogte heeft b eslist geen reële nagalm tijd, doch de form ule geeft: T = 109/6.6. IO6 (6 w anden van 1 km 2 m et a b sorptiecoëfficiënt gelijk 1) of 28 sekonden. H ier schuilt de fout blijk b a a r in de berekening van A ; E yn n g heeft dan ook afgeleid, d a t A niet is de som van alle w andop pervlakk en elk verm enigvuldigd m et aS hun absorptiecoëfficiënt of te w el 2 a S, doch —S Ini I — 2 ~S~ Zijn nu de a s gelijk 1, zoals in h et geval van de kubieke kilo m eter lucht, dan w o rd t A oneindig groot, en dus de nagalm tijd nul. A angezien men ech ter de nagalm kam ers een zo klein mo gelijke eigen abso rp tie geeft om een w einig ab so rb eren d m on ste r toch een grote invloed op de nagalm tijd te geven, w o rd t 2 aS steeds klein, en is h et verschil tussen de gem iddelde a [ =■ s

322

G. J. van Os

de form ules van Sabine en van E y rin g te verw aarlozen. E rn stig er is het, d a t men verschillende a s vindt, als men in de zelfde nagalm kam er achtereenvolgens verschillende hoeveelheden van hetzelfde m ateriaal aan b ren g t. O o k als men dezelfde hoe veelheid m ateriaal in verschillende nagalm kam ers onderzoekt blijken de re su lta te n niet gelijk te zijn. (fig. 12 en fig. 13). O o k is er in h et algem een geen goede overeenstem m ing tu ssen de op alzijdige geluidsinval om gerekende interferom etercijfers en de nagalm cijfers (fig. ld en 15). M en is th an s d ru k doende om in te rn a tio n a a l zodanige afsp rak en te m aken, d a t elk laboratorium toch vrijw el dezelfde cijfers vinden zal; hiertoe m oeten o.a. het volume en de vorm van de kam er, de lege nagalm tijd, de m eet m ethodiek en de g ro o tte van h et m onster w orden vastgelegd. D och d a a r elk lab o rato riu m al m et een kam er en een m eetverleden b eh ept is, en de bew oners geen van beiden g raag w aard elo o s zien w orden, g a a t deze norm alisatie niet van een leien dakje, te m eer d a a r h et niet a priori te zeggen v alt wie to t nu toe de juiste w eg bew andeld heeft. D e gedachten gaan than s uit n a a r een kam er van 200 m* + 10% , een m onstergro o tte van 12 to t 15 mr, een reg istra tie van h et nagalm verschijnsel m et een logarithm ische niveauschrijver, h et dw ingend voorschrijven van schots en scheve kam erw anden, enz. O nlangs is een a rtik e l verschenen van prof. M . E. M ey er uit G öttingen, w a arin hij de re su lta te n verm eldt van een uitgebreid onderzoek n a a r de invloed van de diffusie in de nagalm kam er op de te verkrijgen resu ltaten . In een schaalm odel van een n a galm kam er (schaal ongeveer 1 : 8) w erd de vloer geheel m et abso rp tiem ateriaal b ed ek t {geheel b ed ek t om de zgn. randefifecten te m iniseren). V an d it m ateriaal w as de ,,loodrechte a b so rp tie coëfficiënt” bekend, en er w aren tevens m etingen gedaan om de richtingsafhankelijkheid van de ab so rp tie v a st te stellen. H e t m ateriaal w as voorts ,,locally reactin g ”, zo d at ook th eo retisch een v erb an d aan te geven w as tussen ai00({recht en aaizijdig . D e aldus berekende en door m etingen bevestigde aaizijdig w erd nu als de te m eten anagai„t gekozen. H e t bleek nu d a t in een kam er m et zeer w einig diffusie (gladde, onderling loodrechte w anden) absorptiecoëfficiënten gevonden w erden die steeds a a n m erkelijk te laag w aren ; b ra c h t men in de kam er diffuserende elem enten (bollen, halve cylinders, gebogen vlakken), dan w erden de verschillen kleiner en zelfs v e rw a a rlo o sb a a r, doch alleen bo ven een bep aald e „g ren sfreq u en tie”, die afhing van de afm e tingen van die elem enten. H e t (enigszins) scheef zetten van de

323


/"[Hz]-

F ig. 12 E en zelfd e m o n ster ond erzo ch t in 8 n a g alm kam ers. Bij alle m etingen w e rd en zgn. w o b b elto n en als signaal g eb ru ik t.

F ig. 14 A bso rp tiecijfers van één m ateriaal, volgens de in terfero m eterm eth o d e en om gerekend voor alzijdige inval (c); volgens nagalm m etingen m et w itte ruis (a) en volgens n ag alm m etingen m et w o b b elto n en (b ). D e g eb ru ik te nagalm form ule is die van C abine. 1.0 0.8

a 0.6 0.4

0.2

0

Fig. 13 N ag alm m etin g en aan één m o n ster in 5 n ag alm k am ers, m et w itte ruis als signaal.

100

200

400

800

-----*" CHzl

1600 3200

Fig. 15 W e r k t m en de re su lta te n v an de p ro e f uit fig. 14 uit m et behulp van de d o o r C rem er gegeven n ag alm form ule, dan w o rd en de verschillen tussen nagalm cijfers en o m g erek en de in terfero m etercijlers kleiner.

324

G. J. van Os

w anden t.o.v. e lk a a r had hetzelfde effect. E en com binatie van beide m aatregelen gaf de beste overeenstem m ing tussen de tw ee absorptiecoëfficiënten. U it deze studie kan men zeer w a a rd e volle conclusies trek k en t.a.v. de vorm en de afw erking die men aan nagalm kam ers dient te geven; h et la a tste w oord is hierm ede ech ter bep aald nog niet gezegd. Fig. 16 geeft een van de in de genoem de publikatie opgenom en grafieken, verkregen in een nagalm kam erm odel m et onderling loodrechte w anden.

E n k el e re su lta te n van een m o delond erzoek u it G o t tingen. D e dik g etro k k en k u rv e geeft de a b so rp tie k a ra k te n s tie k van een m ateriaal, b e p a a ld volgens de m terfero m eterm eth o d e doch om gerekend voor alzijdige inval. D e overige k u rv en geven n ag a lm resu lta te n , w a a rb ij v ersch illen d e m aatreg elen w a re n genom en om de d ifiu siteit van het geluidveld in de n ag alm k am er te v erg ro ten .

Conclusie* V oorlopig zullen beide m eetm ethodieken n a a st e lk a a r in ge bruik blijven; de m terferom eterm ethode als hulpm iddel bij de ontw ikkeling van ab so rp tiem aterialen en speciale constructies en bij de verdieping van het inzicht in h et hoe en w aaro m van de ab so rp tie, de nagalm m ethode om een zo reëel mogelijk inzicht te verkrijgen w a t een ab so rp tiem ateriaal in de p rak tijk p re s te e rt. Z olang nu de beperkingen van beide m ethoden niet v e r onachtzaam d w orden, en bij gepubliceerde cijfers een voldoend nauw keurige om schrijving van de toegepaste m ethode w o rd t gegeven is hiertegen ook niet veel b ezw aar.


325

H e t is te hopen d a t men er in zal slagen tussen beide m e thoden een stevige brug te slaan, al is de kans op vervulling van deze hoop helaas b itte r klein.

D iscussie

H . W o rm sb ech er (A lgem ene K unstzijde U nie, A rnhem ): I. O p de getoonde absorptiekrom m en kom en punten voor w a a r bij de ab so rp tie g ro ter is dan 1; hoe m oet men d it zien? 2. In een brochure over „K ram fo rac" (K ram fors) kom t een w el zeer fraaie absorptiekrom m e voor, w elke volgens de nieuw e exponentiële m ethode is opgenom en. ^ V a t b ete k en t deze m ethode? W a t is de reële betekenis van de krom m e? K an men blijk baar, afhankelijk van de m eetm ethode, m eten w a t men w il ?

Antwoord:

1. Bij de absorptiem etingen volgens de nagalm m ethode kan men in d erd aad absorptiecoëfficiënten vinden die g ro ter zijn dan 1 ; d it vloeit v o o rt uit de daarbij gebezigde definitie van de a , n.1. de door h et aanbrengen van h et m onster geïntroduceerde ab so rp tie, gedeeld door h et oppervlak van h et m onster. D o o r buigingsverschijnselen e.d. kan deze ab so rp tie zeer w el gro te r uitvallen dan h et m onsteroppervlak; ook de principiële onnauw keurigheid van de nagalm form ule speelt hierbij een rol. 2. M ij is geen „nieuw e exponentiële m ethode" b ek en d ; de n a galm verloo pt nu eenm aal exponentieel (geluidenergiedichtheid neem t volgens een é’-m acht af), en dus is elke nagalm m eting „exponentieel". B edoeld zal w aarschijnlijk zijn d a t een exponentiële v e rste rk e r geb ru ikt w erd. Ik zie geen re den om zonderm eer aan de hier bedoelde krom m e m inder (of m eer) re a lite it toe te kennen dan aan and ere nagalm absorptiekrom m en. Juist om dat de m eetom standigheden en details van de m ethoden een belangrijke rol spelen bij de nagalm m ethode is men th an s d ru k doende deze in tern a tio n aal te stan d aard iseren . F. J. van L eeuw en (N .R .U ., H ilversum ) 1. Is het niet gew enst om drie w anden van de galm kam er m et m ateriaal te bekleden? 2. W a t is de nagalm form ule van C rem er?

326

G. J. van Os

A ntw oord:

1. D it h an g t van de gebruikte galm kam er af. Indien de kam er geen tw ee evenw ijdige begrenzingsvlakken bezit, en de w a n den bovendien uit h et lood staan , is deze verdeling van het m ateriaal niet nodig en zelfs ongew enst in v erb an d m et de randeffecten. 2. D eze form ule is een tussenvorm tussen die van E y rin g en die van M illington: y

k v 1 1 a = ~ T \r

Sabim e :

i C rem er: « = "^4 j I —? To\fi> E y rin g :

F

kV + -FT„

T

kV 77r\ + | fT o \F

a = F I - e -F?kv\ + k VF 7

M illin g to n :

a= I

kV 11 1 7

F F

/ kV Jf

H ierin is: k - 0,163 V — volume nagalm kam er, in m ’ f = o p p erv lak m onster, in m2 T = nagalm tijd lege kam er, in sekonden Tx — nagalm tijd kam er m et m onster, in sekonden fb — oppervlak van w and(en) w a aro p m onster is aan g eb rach t, • rcr2 in Bij een nagalm kam er van 200 m" inhoud en 200 irr to ta a l w andoppervlak, een lage nagalm tijd van 5 sekonden en een to ta a l proefopp ervlak van 10 m 3 vindt men dan: bij T =

sab »

a Cr ttc r CLgy

: •

5 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

4 0,20 0,18 0,18 0,18 0,18

3

2

0,42 0,44 0,45 0,37

1,01 0,85 0,93 0,95 0,64

0,47

1,5 sekonde 1,55

1,21

1,38

1,45

0,79

bij m a t. o p 1 w a n d

bij m at, o p 3 w a n d e n


32 7

Literatuur«

w aaraan tevens het merendeel der figuren is ontleend: L. L. B e r a n e k, A coustic M easurem ents, hoofdstuk 7 en hoofdstuk 19 (fig. 2). E. G. R i c h a r d s o n , Technical A spects of Sound, hoofdstuk 4 (door C. W . Kosten) (fig. 7). F. K. S c h r ö d e r , D er Schallschluckgrad als Funktion des Schalleinfallswinkels, A custica 3 (1953), 54 (fig. 8). C. W . K o s t e n , A M ethod for M easuring Sound A bsorption in the Field, A custica 4 (1954), 108 (fig. 9 en 10). A. E i s e n b e r g , Schluckgrad-V ergleichsm essungen 1950, Acustica, Beihefte (1952), AB 112 (fig. 12, 13, 14 en 15). E. M e y e r en H. K u t t r u f f , A kustische M odellversuche zum A ufbau eines H allraum es, N achrichten der Akademie der W issenschaften im G öttingen, M ath.-Phys. Klasse 2A, M ath.-Phys.-C hem ische A bteilung, 1958, 6 (fig. 16).

Manuscript ontvangen op 29 oktober 1958.

________________

_____

_

____

_

329 INTERNATIONALE KONFERENTIE OVER M3LLIMETERGOLVEN INFORMATIETHEORIE De afdelingen N etw erktheorie en Inform atietheorie van het „Institute of R adio E ngineers” hebben het voornem en een symposium te houden aan de LIniversiteit van Californië (U .C .L.A .) van 16 tot 18 juni 1959. H et doel van de konferentie is om de recente vooruitgang in de Inform atieen N etw erktheorie te bespreken. In het bijzonder zullen die gebieden w orden onderzocht die voor beide afdelingen van belang zijn. G eïnteresseerden w orden verzocht wetenschappelijke bijdragen op te sturen. De volgende onderw erpen w orden aanbevolen: 1) Toepassingen van de Linear-G raph-T heorie op communicatie ketens en net werken. 2 ) Schakelcircuits en codering. 3) Beschrijving en samenstelling van aangepaste filters. 4) N etw erken met veranderlijke param eters. 5) Kenschetsing en optim aal ontw erp van niet lineaire filters. E r kunnen echter ook andere onderw erpen behandeld worden. Behalve artikelen die verslag uitbrengen over nieuwe resultaten w orden ook bijdragen van w etenschappelijk educatief karakter ingew acht. O m een grondige discussie van de w etenschappelijke bijdragen mogelijk te m aken is het de bedoeling dat een totaaluitgave van de inzendingen voor de aanvang der Konferentie verschijnt. D aarom is het volgende tijdschema strikt noodzakelijk: 22 dec. 1958: U iterste termijn voor de ontvangst in triplo van een gedetail leerde 750 w oorden tellende sam envatting van het artikel. 19 jan. 1959: Berichtgeving aan de auteurs i.z. aannam e of verw erping van hun inzendingen. 16 mrt. 1959: U iterste termijn voor de ontvangst van de volledige inzendingen op speciaal hiervoor verstrekt papier. 25 mei 1959: Toezending van de totaaluitgave der verzam elde inzendingen. De leiding der konferentie zal zich alle moeite geven om persoonlijke ontm oe tingen en rondleiding etc. te arrangeren, in het bijzonder voor buitenlandse be zoekers. A anvragen en correspondentie, ook die i.z. de 750 w oorden tellende sam en vatting, te adresseren aan R IC H A R D A. E P S T E IN Jet propulsion L aboratory Pasadena, C alifornia U .S.A .

INTERNATIONLiE KONFERENTIE OVER MIELIMETERGOLVEN In N ew Y ork w ordt op 31 m aart, 1 en 2 april 1959 een symposium gehouden over millimetergolven. D it w ordt georganiseerd door het "A ir Force O ffice ci Scientific R esearch”, het ’’A rm y Signal Research and D evelopm ent L aboratory”, het "O ffice of N aval R esearch” en het ’Institute of Radio E ngineers”. H et symposium is bedoeld om een overzicht te geven van de recente stand van de onderzoekingen en toepassingen. D e sluitingsdatum voor het inzenden van voordrachten is 30 januari 1959. N adere inlichtingen en aanm eldingen: P R O F E S S O R H E R B E R T J. C A R L IN M icrow ave R esearch Institute 55 Johson street B rooklyn 1, N ew Y ork N Y U SA

330 B o e k b e sp re k in g

Gaseous Conductors, T heory and Engineering A pplications (2e

druk) door J. D. Cobine, D over Publications Ine., 920 B roadw ay N ew Y ork 10, N Y , U SA , 593 pag. 13,5 x 20 cm, 348 figuren, prijs $ 2.75.

Deze uitgave is een ongewijzigde herdruk van het in 1941 verschenen boek. V oortdurende vraag naar het uitverkochte boek en het feit dat het schrijven van een nieuw boek nog enige jaren in beslag zal nemen heeft geleid tot de uitgave van deze goedkope D over editie, die op een goede papiersoort gedrukt en stevig gebonden is. H et boek bestaat uit drie niet scherp gescheiden delen. H et eerste deel be handelt de elem entaire processen, het tweede deel de ontladingsvorm en en het derde deel de toepassingen van de gasontladingen. D e stof is logisch gerang schikt, m aar toch is het boek didactisch m inder goed dan het bekende boek van v. Engel en Steenbeck. Beoordeeld naar de stand van de w etenschap in 1941 bevat het boek een aantal storende fouten en tekorten, w aarvan ik er een aantal wil noemen. a) M et het Ram sauer-effect, de m erkw aardige transparantie van A, Kr, X e en C H 4 voor elektronen van om streeks 1 eV , w aarvoor in 1929 door H oltsm ark een verklaring is gegeven, staat de schrijver blijkbaar op slechte voet (p. 31). b) De tabel van de beweeglijkheden van positieve en negatieve ionen in hun eigen gas (p. 38) is zonder meer overgenom en uit het boek van v. Engel en Steenbeck (1932). De m etingen die aan deze tabel ten grondslag liggen gaan terug tot 1910 en zelfs vroeger. De tabel is dan ook w aardeloos. c) D at de snelheid van de positieve ionen in een gas bij hoge w aarden van E/po evenredig is met ^ /E /p o w ordt niet behandeld. d) W aarom w ordt het bestaan van am bipolaire diffusie besproken aan de hand van een plasm a bestaande uit positieve en negatieve ionen, w aarvan men w eet dat het voornam elijk door recom binatie verdwijnt? e) H et Penning-effect w ordt noch bij de doorslag, noch bij de verschillende ontladingsvorm en behandeld: slechts op p. 94 w ordt met enkele w oorden gezegd dat m etastabiele atom en soms de atom en van een ander gas kunnen ioniseren. O ver de im portantie van dit effect geen woord! f) De ook voor de techniek belangrijke, door Penning en K ruithof verrichte m etingen van de eerste Tow nsend-coëfficient in mengsels van neon met ar gon ontbreken. g) O p p. 216 staat dat de norm ale kathodeval afneem t met de ionisatiespanning van het gas. D it is onzin. h) O p p. 217 w ordt een tabel van de kathodeval in verschillende gassen en van verschillende kathodem aterialen gegeven zonder te wijzen op de zeer grote onzekerheid van deze w aarden. i) O ntladingen in m agneetvelden ontbreken. j) In het m eer technische deel van het boek ontbreken een aantal onderw erpen zoals o.a. de glim lichtstabilisator, die op p. 468 met een zin is afgedaan en de Penning-m anom eter. Beoordeeld naar de stand van de w etenschap op dit moment is het boek naar mijn mening te sterk verouderd om deze ongewijzigde herdruk met vreugde te begroeten. M en moet daarbij echter in aanm erking nemen dat er naast een aan tal uitstekende theoretische boeken over gasontladingen, geen m odern boek in de Engelse taal bestaat dat tevens de toepassingen van de gasontladingen be handelt. G. A.

331 Magnetische geluidsregistratie, door D. A. Snel, 200 blz., 15,5 x 23,5 cm., 152 figuren, 37 buitentekstfoto’s op kunstdrukpapier, prijs ƒ 15,^—. M eulenhof 6 Cc. N .V ., Amsterdam.

D it boek is verschenen in de populaire serie van de Philips Technische Bibliotheek. In de eerste hoofdstukken w ordt een historisch overzicht gegeven van de ontw ikkeling van de bandrecorder en enige grondbegrippen uit de geluidsleer verduidelijkt. H ierna w orden de beginselen van het magnetisme en de inductie behandeld. Enige elem entaire w iskunde is hierbij gebruikt. De nu volgende hoofdstukken zijn gewijd aan het registratieproces, het mechanisme van de recor der, de koppen, de eigenschappen van de band, de opneem- en w eergeefversterker, waarbij enige vereenvoudigde schem a’s w orden gegeven, de luidspreker en de microfoon. In de rest van het boek, ongeveer een derde gedeelte, w ordt ingegaan op de practische toepassing van de bandrecorder, bijv. de dicteermachine, am ateurfilm s met m agnetisch geluid. R aadgevingen w orden gegeven betreffende m icrofoonopstelling. De aandacht van de schrijver is voornam elijk gericht op niet-professionele apparatuur. H et w erk is n.1. blijkens de inleiding geschreven voor geluidsam ateurs. V oor deze categorie zal het zeker een w aardevol boek blijken te zijn. De uitvoering is keurig verzorgd. B. V .

Electronisch Jaarboekje 1959, 12de uitgave, 160 bladzijden tekst

en illustraties, 9,5 x 14 cm, uitgegeven door de ,,M uiderkring” te Bussum. Prijs ƒ 2,95. De inhoud van dit jaarboekje is ongeveer gelijk aan dat van het vorig jaar, uiteraard uitgebreid met de nieuwste gegevens. Z o w aren b.v. verleden jaar nog slechts data opgenom en van een 30-tal transistoren. T h an s kan men de gegevens van meer dan 100 verschillende types aantreffen. De nom ogram m en aangevende het verband tussen zelfinductie, capaciteit en resonantiefrequentie zijn w eggelaten. H et zou o.i. aanbeveling verdienen deze het volgend jaar w eer op te nemen, tezam en met een duidelijke gebruiksaan wijzing. De uitgave van dit jaarboekje, dat tevens als zakagenda gebruikt kan worden, is goed verzorgd. H.

U it het N e d e rla n d s R a d io g e n o o tsc h a p

EXAMENS

Verslag van het exam en voor radiotechnicus, radiom onteur en televisietechnicus gehouden in mei, juni en juli 1958.

De schriftelijke exam ens voor radiotechnicus, radiom onteur en televisietechnicus w erden gehouden op 14 en 21 april 1958. D e m ondelinge exam ens vonden plaats op 22 en 23 mei, 2, 3, 9, 10, 19, 20, 23, 24, 30 juni en 1 juli 1958. H et resultaat van het exam en is hieronder vermeld. S C H R IF T E L IJK radiotechnicus radiom onteur televisietechnicus

deelgenomen 227 277 5

vrijstelling 7 2 ,— .

afgew ezen 124 82 3

332 M O N D E L IN G radiotechnicus radiom onteur televisietechnicus

niet opgekom en —

1

deelgenomen

110 196 2

,— ■

afgew ezen 34 55

her exam en 18 7

1

,— ■

geslaagd 58 134

1

HEREXAM EN radiotechnicus radiom onteur

deelgenom en 5

6

afgew ezen -

—

geslaagd 5

6

A an een candidaat radiotechnicus w erd de W E R A -fonds exam enprijs (ƒ 100, — ) toegekend.

NIEUW E EEDEN P. W . L. van Iterson, Jan van G alenstraat 34, H uizen (N .H .). R. D ecossaux, L aan 1940-45 nr. 47, H ilversum .

VOORGESTELDE LEDEN Ir. J. H. van den Boom , Karei de G rotelaan 155, Eindhoven (T .H . E indhoven). Ir. H. Herm sen, G oudenregenstraat 65, D en H aag (P .T .T .). Ir. J. K aashoek, M im osalaan 17, Eindhoven (Philips). C. A. M . Lammerts, Steenzicht 29, D en H aag (R V O -T N O , D en H aag ). G. J. Lubben, B oerhavelaan 30, Eindhoven (Philips). Prof. dr. Ir. J. G. N iesten, K ochlaan 9, Eindhoven (T .H . E indhoven). Ir. J. K. Zuidw eg, Am alia van A nhaltstraat 40, Eindhoven (T .H . E indhoven).

NIEUW E ADRESSEN VAN LEDEN Ir. J. van B aarda, Cincotel S.A., Leeprida 4851 V illa M artelli - V incente Lopez Pcia. de Buenos A ires A rgentinië. Ir. C. J. H. van den Berg, Piet H einlaan 9, O egstgeest. Ir. E. G. J. Brants, C attepoelsew eg 258, Arnhem. Ir. H. G. Bruijning, Beneden Beekloop 54, G eldrop. Ir. J. D avidse, Z eelsterstraat 207, Eindhoven. Ir. Y. B. F. J. G roeneveld, D iependaalselaan 478, Hilversum . D r. Ir. H. de Lange Dzn., Statensingel 56a, Rotterdam . Ir. H. Polak, 19 Chem in de Fossard, Genève. Ir. H. H. Schotanus à Steringa Idzerda, T roelstralaan 21, Heemstede.

CORRECTIE OP No. 5 Ir. H. M iedem a, E ast M ain street, M endham , N ew Y ersey, U .S.A .

Dit nummer werd gedrukt op 24 december 1958.

Akoestische Meetmethoden en Meetapparaten

Recommend Documents