Kalibrierung eines Mikrofons unter DASYLab

1. FH Düsseldorf, 26. Februar 2014 Kalibrierung eines Mikrofons unter DASYLab ¼“ ICP Mikrofon Kalibrator 94 dB ROGA Plug.n.DAQ USB-Karte mit ICP und Aliasing-Tiefpassfilter Pasquale Czeckay

2. Vorbereitung • ROGA-Karte per USB an PCanschließen • Mikrofon an „in“-Eingang derROGA-Karte anschließen • Stromversorgung* („IEPE“) ander ROGA-Karte einschalten*(Die zusätzliche Stromversorgung wird ausschließlich bei Messgeräten, bspw. Mikrofonen, ohne eigene Stromversorgung verwendet) • DASYLab starten

3. Schaltbild in DASYLab • Für die Kalibrierung des Mikrofons sollte das folgende Schaltbild aus den beschriebenen Modulen aufgebaut werden: Ein-/Ausgänge- Treiber - Analog-Eingang - auf 2-Kanal (stereo) stellen Visualisierung- Digitalinstrument Visualisierung- Y/t-Grafik Mathematik- Formelinterpreter Statistik- Statistische Werte Visualisierung- Liste

4. Beschreibung der einzelnen Module In dem Modul Analog-Eingang muss ein weiterer Eingang zugeschaltet werden, da eine Soundkarte immer Stereo angeschlossen sein sollte. Das erste Formel-Modul ist zur Kalibrierung des Mikrofons. Darin wird der Eingang „IN(0)“ durch „1“ dividiert. Der Kanalname wird auf „p“ gestellt. Die Einheit kann auf „Pa“ gestellt werden. Die Y/t-Grafik gibt das Signal in einem gesondertem Fenster wieder. Die Autoskalierung sollte zunächst aktiviert werden. Im Statistik-Modul wird der RMS-Wert des eintretenden Signals berechnet und ausgegeben. Dazu wird der Kennwert auf „Effektivwert“ gestellt. Im zweiten Formel-Modul wird der Schalldruckpegel berechnet. Dazu wird die Formel „20*log(IN(0)/2e-5)“ in das Formelfenster eingegeben. Der Kanalname wird in „Lp“ geändert, die dazugehörige Einheit ist „dB“. Die Digitalanzeige muss auf zwei Eingänge erweitert werden. Eingang0 gibt den Schalldruck wieder, Eingang1 gibt den Schalldruckpegel wieder. Die Liste muss auf zwei Eingänge erweitert werden in denen Schalldruck und Schalldruckpegel geschrieben werden.

5. Samplingrate und Blockgröße einstellen • Durch Klicken auf in der oberen Symbolleiste lassen sich die Messeinstellungen verändern. Meist müssen hier die Abtastrate und die Blockgröße angepasst werden. • Die Abtastrate/“Sampling Rate“ sollte immer etwas über dem zweifachen der maximal zu messenden Frequenz liegen. Bei der Maximal zu hörenden Frequenz des menschlichen Gehörs von 20kHz liegt die „Sampling Rate“ bei 44100Hz. Durch die Hardware der Soundkarte vorgegeben, ist nur ein vielfaches dieser Frequenz (44100Hz) als Sampling Rate wählbar(Bspw. 22050Hz, 11025Hz,…).Selber ausprobieren, wie viele Stützstellen für einen Sinus benötigt werden. • Die Blockgröße gibt an, wie viele Stützstellen zu einem Block zusammengefasst werden. Diese Einstellung kann zunächst auf „Automatisch bestimmen“ gesetzt werden.

6. Kalibrierung • Nun sind alle Vorbereitungen getroffen und die Kalibrierung kann mit ‚Klick‘ auf gestartet werden. • Das Mikrofon wird in denKalibrator gehalten und dieserauf 94dB eingestellt. • Die Zahl in dem Digitalmodul, welche den Schalldruck wiedergibt, wird nun an Stelle der „1“ in dem ersten Formelmodul in die Formel eingetragen. Damit ist das Mikrofon kalibriert und kann für Messungen verwendet werden.

7. Frequenzmessung mittels Fast-Fourier-Transformation Zur Bestimmung der Frequenzen von periodischen Signalen bedient man sich der FFT-Analyse. Die Funktion wird im Folgenden erläutert. • Jedes periodische Signal lässt sich mittels überlagerter Sinusschwingungen darstellen. Die FFT gibt die Frequenzen an, aus denen sich das Signal zusammensetzt. • Eine FFT ist nur bei periodischen Signalen möglich, wie bei einem Sinus. Chaotische Schwingungen, wie fast jedes Geräusch, sind nicht periodisch. Für eine FFT muss demnach ein Geräusch gestückelt werden (in Blöcke unterteilt). Dafür wird jeweils ein Block des Geräuschs vielfach hintereinandergelegt, wobei ein periodisches Signal entsteht, welches sich mit jedem Block wiederholt. Das neue Signal kann nun mittels FFT analysiert werden und der Anteil jeder Frequenz, aus der sich das Geräusch zusammensetzt, wird ausgegeben. FFT Sinus mit 10Hz Die FFT zeigt die Frequenzen an aus denen sich das komplexe Sinussignal zusammensetzt Sinus mit 100Hz Addition der Sinussignale

8. Frequenzmessung unter DASYLab • Für die Messung einer Frequenz unter DASYLab bedient man sich der FFT-Analyse. Der vorige Aufbau des Schaltbildes kann wie folgt erweitert werden. • Das Fenster der Y/t-Grafik hinterdem FFT-Modul gibt nun direktdie Frequenz wieder. Signalverarbeitung - FFT