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Einleitung und Hintergrund

Schallpegelmesser sind unverzichtbare Werkzeuge in der Akustik, um die Lautstärke von Geräuschen zu messen und zu analysieren. Neben der Frequenzbewertung, die die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Ohres für verschiedene Frequenzen berücksichtigt, spielt auch die Zeitbewertung eine entscheidende Rolle. Sie beschreibt, wie schnell ein Schallpegelmesser auf Änderungen im Schalldruckpegel reagiert. In diesem Artikel werden die verschiedenen Zeitbewertungen (Fast, Slow, Impulse), ihre Funktionsweise und ihre historische Entwicklung näher beleuchtet.

Was ist eine Zeitbewertung?

Die Zeitbewertung simuliert die Reaktion des menschlichen Gehörs auf zeitliche Veränderungen des Schallpegels. Sie bestimmt, wie schnell ein Schallpegelmesser auf einen plötzlich einsetzenden oder abklingenden Schall reagiert und den gemessenen Wert anzeigt.
Die ersten Schallpegelmesser waren Zeigerinstrumente. Eine Dämpfung des „zappelnden“ Zeigers war zwingend erforderlich, um überhaupt sinnvolle Werte ablesen zu können.

Die verschiedenen Zeitbewertungen in einem Schallpegelmesser

  • Fast: Diese Einstellung wird am häufigsten verwendet. Mit einer Zeitkonstante von 125ms kann man dem zeitlichen Verlauf noch gut folgen. Kurzzeitige Impulse werden jedoch unterdrückt und können besser mit der Einstellung Impulse erfasst werden.
  • Slow: Im Gegensatz zu Fast reagiert Slow langsamer auf Pegeländerungen. Diese Einstellung eignet sich für die Messung von relativ konstanten Schallpegeln, wie sie beispielsweise in Produktionshallen oder Büros auftreten.
  • EQ: Energie-Äquivalente Mittelung. Diese Mittelung entspricht dem Effektivwert (RMS). Die Schallpegel werden quadriert und dann arithmetisch gemittelt. Diese Bewertung mittelt den Schallpegel über eine längeren Zeitraum z.B. 10s oder Stunden.
  • Impuls: Die Impulsbewertung ist speziell für die Messung von impulshaften Geräuschen konzipiert. Bei dem Impuls-Filter ist zu beachten, dass die Anzeige zunächst schnell einem Impuls folgt und anschließend langsam abklingt. Das Fast und Slow-Filter sind hingegen symmetrisch

Wie funktioniert die Zeitbewertung in einem Schallpegelmesser?

Die Zeitbewertung erfolgt durch Filter im Signalpfad. Diese Filter haben unterschiedliche Zeitkonstanten, die bestimmen, wie schnell das Messsignal auf Änderungen reagiert.

Die Zeitbewertung wird durch sogenannte Zeitbewertungsfilter realisiert. Diese Filter sind elektronische Schaltungen, die den zeitlichen Verlauf des Schallsignals modifizieren. Dadurch entsteht eine Mittelungswirkung, die die Anzeige des Schallpegelmessers glättet.

Typische Implementierungen für Zeitbewertungsfilter:

  • RC-Glieder: Einfache RC-Glieder (Widerstand und Kondensator) werden häufig als Zeitbewertungsfilter eingesetzt. Durch Variation der Werte von Widerstand und Kondensator kann die Zeitkonstante des Filters eingestellt werden. Diese Technik findet man heute nur noch in sehr einfachen Schallpegelmessern oder „Museumsstücken“. Bis in die 1980er Jahre war dies jedoch Stand der Technik.
  • Digitale Filter: In modernen Schallpegelmessern werden häufig digitale Filter eingesetzt. Diese bieten eine höhere Flexibilität und Genauigkeit bei der Realisierung der Zeitbewertung. Diese digitalen Implementierungen sind nicht abhängig von der Umgebung (Temperatur, Luftfeuchtigkeit) und altern nicht. Die Energie-äquivalente Mittelung läßt sich analog nur sehr schwer realisieren.

Zeitkonstanten

Die Zeitkonstante τ (Tau) eines Filters gibt an, wie schnell ein Filter auf eine plötzliche Änderung des Eingangssignals reagiert. Sie wird in Sekunden angegeben. Nach der Zeit τ hat das Ausgangssignal des Filters etwa 63% des Endwerts erreicht.

Die Zeitkonstanten für die verschiedenen Zeitbewertungen sind genormt:

  • Fast: τ ≈ 125 ms
  • Slow: τ ≈ 1 s
  • Impulse: τ ≈ 35 ms

Historische Entwicklung

Die Entwicklung der Zeitbewertung ist eng mit der Geschichte der Schallmessung verbunden. In den frühen Tagen der Schallmessung wurden hinter dem Gleichrichter verschiedene analoge RC- Filter verwendet, um den Schallpegel auf einem Zeigerinstrument ablesen zu können. Später wurden komplexere Filter entwickelt, um die verschiedenen Zeitbewertungen zu realisieren. Die Energie-äquivalente Mittelung läßt sich analog nur sehr schwer realisieren, daher setzte sich diese wichtige Messgröße erst mit dem Einzug von Mikroprozessoren in Schallpegelmessern durch. Die Normung der Zeitbewertungen erfolgte schrittweise und ist heute in internationalen Standards wie IEC 61672 festgelegt.