Lärmpegelmesser
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2017
von Wolfgang Triebig
Lärm macht auf Dauer krank. Das ist wissenschaftlich erwiesen. An Arbeitsstätten müssen daher ab einer bestimmten Lautstärke Maßnahmen zum Schutz der Beschäftigten durchgeführt werden. Diese sollen im organisatorischen und technischen Bereich liegen. Sollte dies nicht möglich sein, oder nicht ausreichen, muss persönliche Schutzausrüstung getragen werden. Über das Bundesimmissionsschutzgesetz und die auf dessen Grundlage erlassenen Verordnungen wird geregelt, wie hoch der Lärm sein darf, der durch gewerbliche Anlagen, Straßen usw. auf Wohngebiete einwirkt. Da uns Lärm überall begegnet und unterschiedlich wahrgenommen wird ist ein Lärmpegelmesser zur objektiven Bestimmung des Lärmes unerlässlich. Mit den Teilen aus dem Conrad-Adventkalender lässt sich ein einfaches Gerät bauen. Natürlich ersetzt dieses kein kommerzielles Gerät.
Auftretende Schallwellen werden von dem Piezo-Schallwandler aufgenommen, der durch die Schwingungen minimal verformt wird und damit eine kleine Spannung erzeugt die durch den Messverstärker verstärkt wird. Der Messverstärker U1a ist als invertierender Verstärker geschaltet. Der Spannungsteiler R1/R2 liefert ein Bezugspotential für den nicht invertierenden Eingang. Das Messsignal wird über R3 dem invertierenden Eingang zugeführt. Der Verstärker versucht über den Widerstand R4 den Spannungsunterschied zwischen den beiden Eingängen auszugleichen. Damit wird über die Widerstände R3/R4 der Verstärkungsfaktor festgelegt. Trotz dem hohen Verstärkungsfaktor von 1500 ist das System recht stabil und hat bei mir nicht zum Schwingen geneigt. Der Kondensator C1 blockt die Gleichspannungsanteile von dem Messverstärker ab, so dass nur die Wechselspannungsanteile an die Anzeigeeinheit, bestehend aus den Operationsverstärkern U1b bis U1d, geleitet werden.
Die Operationsverstärker der Anzeigeeinheit sind als Komparator geschaltet. Sobald die Eingangsspannung über dem Vergleichswert liegt, wird der Ausgang auf Ub+ geschaltet und die nachgeschaltete LED leuchtet. Über die Widerstandskette R6 – R9 erhält jeder Komparator eine andere Vergleichsspannung, so dass bei steigendem Eingangssignal die LEDs in der Reihenfolge grün, gelb und rot eingeschaltet werden. Aus Mangel an Bauteilen gibt es nur einen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstand R10 für alle drei LEDs. Auf Grund der unterschiedlichen Durchflussspannungen sollte die grüne LED eigentlich mit aufleuchten der gelben LED ausgehen. Da die vorhandene grüne LED aber bereits bei sehr kleinen Strömen Licht emittiert, leuchtet sie auch wenn die anderen beiden LED angesteuert werden. Ersetzt man R10 durch einen Widerstand mit 10 kΩ kann erlischt die grüne LED mit aufleuchten der gelben LED. Die Durchlassspannungen der gelben und roten LED sind nahe genug beieinander, so dass sie beide leuchten. Der Elko C2 dient zur Stützung der Versorgungsspannung bei Schwankungen des benötigten Stromes.
Zur Empfindlichkeit der Anzeige: Da der Referenzwert für Anzeigeempfindlichkeit direkt aus der Batteriespannung gewonnen wird, ist die Empfindlichkeit stark von der Batteriespannung abhängig. Je schwächer die Batterie, umso empfindlicher die Anzeige. Durch Auswahl der Werte für die Widerstandskette R6 bis R9 lassen sich die Ansprechschwellen variieren. Die vorgeschlagenen Werte waren im Adventkalender 2017 verfügbar. Mit einer nicht mehr ganz neuen Batterie konnten durch lautes Sprechen alle drei Anzeigestufen aktiviert werden. Ein Nachmessen mit weißem Rauschen erbrachte eine Ansprechschwelle der grünen LED von ca. 76 dB(A).
Noch was zur Lautstärkemessung. Die Messung des Schalldruckes erfolgt durch einen logarithmisch steigenden Wert Dezibel (dB). Das heißt, eine Verdopplung der Lautstärke gibt nicht einen doppelt so hohen Wert aus wie bei den üblichen elektrischen Größen, sondern der Wert steigt um 3 dB. Da unsere Ohren keinen linearen Frequenzgang haben, nehmen wir unterschiedliche Frequenzen bei gleichem Schalldruck unterschiedlich laut wahr. Der Messwert, der dieses Lautstärkeempfinden des Menschen berücksichtigt, heißt db(A).
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