De nieuwe meetset

De nieuwe meetset

Inleiding

Het is nu ruim 20 jaar geleden dat men nog midden in de introductie zat van de tot op vandaag toegepaste Kuurstra-meter. De toongenerator TG100 moest nog worden ontwikkeld. Een geluidsmeter was toen ook nog niet beschikbaar.

In die tijd zijn hele theorieën uiteengezet over het ontwerpen van spanningsgestuurde ringleidingversterkers, de aanpassingen en het leggen van de lussen. Er waren in die tijd slechts een handjevol versterkers beschikbaar die direct konden worden aangesloten op een laagohmige ringleiding. Meestal paste men een aanpassingstransfor-mator toe met serieweerstanden. Stroomgestuurde versterkers bestonden nog niet. De meeste ringleidingen vereisten veel rekenwerk om te komen tot een goed eindresultaat. De stroomge-stuurde versterkers maakten het leven wat gemakkelijker.

Nu in 2007 is de situatie een heel stuk eenvoudiger geworden. Echter de internationale basisnorm IEC 60118-4 is nog steeds ongewijzigd en geldig. De “norm” is een recommendation, d.w.z. een aanbeveling. Vaak wordt beweerd dat een norm een wettelijke verplichting is. Een norm is wet indien dit in een staatsblad of wetboek is gepubliceerd. De NEN 3140, NEN 1010 zijn voorbeelden van normen die de status van wet hebben.

De norm is door de CENELEC landen (EU) geaccepteerd en geadopteerd en uitgebracht onder het formele nummer EN 60118-4:2006.

De EN 60118-4:2006 is dus een handig hulpmiddel om ervoor te zorgen dat ringleidingen altijd dezelfde prestaties leveren. In een andere IEC norm (in US is dat een ANSI norm) zijn ook de ontwerpeisen voor de hoortoestellen vastgelegd. Immers een hoortoestel en ringleiding moeten op elkaar aansluiten. Als een hoortoestel met een ringleidingspoel goed is afgeregeld volgens de norm en de ringleiding het juiste signaal afgeeft is de ontvangst optimaal.

Terug naar de nieuwe meetset.

De analoge toongenerator TG100 en de Kuurstra-meter werden in 2006 vervangen door de toongenerator Minirator MR-PRO, de opneemspoel CMR3 en het meetinstrument PAA3. Bovendien is de later toegevoegde geluidsmeter nu ook geïntegreerd in de PAA3.

Het 4x kastje is vervallen.

In het verleden moest de Kuurstra-meter elk jaar worden geijkt en werd een tabel met afwijkingen meegeleverd. De gevoeligheid van de meter was niet lineair. De aanwijzing bij de lage tonen (<1000 Hz) en de hoge tonen (>1000 Hz) moest op basis van de tabel flink worden gecorrigeerd.

Prestaties oude methodiek versus nieuwe methodiek

De afgelopen 20 à 30 jaar is er veel veranderd op het gebied van de elektronica, de digitale techniek, de meettechniek, de sensortechniek en de display techniek.

Met alle hierboven genoemde technieken hebben we grote sprongen voorwaarts gemaakt waarbij de soort signaalbron, de audioweg en de uiteindelijke weergave in het hoortoestel ongewijzigd zijn gebleven.

De kwaliteit van het ringleidingsignaal kon voorheen alleen middels de Kuurstra-meter zeer summier worden vastgesteld. Er waren veel onzekere (stoor)bronnen.

Nu zijn we instaat om het aangeboden signaal aan de versterker goed te definiëren en vooraf te controleren middels meetapparatuur.

Voorheen moest men maar aannemen dat de toongenerator het juiste signaal met betrekking tot vorm, frekwentie en volume opwekte.

Verder is de huidige meetapparatuur in staat om de afzonderlijke frekwenties van een spectrum weer te geven.

Helaas vergt de nieuwe apparatuur voor de gebruiker ook meer kennis van de bediening van de apparatuur. Indien men de nieuwe apparatuur niet goed beheerst kan men fouten maken die tot verkeerde conclusies kunnen leiden.

Verder is de omschakeling van de meeteenheid mA/m naar dBu niet voor iedereen eenvoudig te volgen.

De nieuwe aanpak

Met de nieuwe meetset wordt aanvullende informatie gemeten welke kan worden gebruikt voor het analyseren van een niet goed werkende ringleiding.

De oude meetset kon alleen analoog een totaal-waarde meten tussen de grenzen 5 tot 400 mA/m waarbij men het 50 Hz filter eventueel kon inschakelen als de stoorvelden groot waren. Met de nieuwe meetset kan men op precies dezelfde wijze meten, maar aanvullend heeft men inzicht in de grootte van de diverse frekwenties. Er worden dus ook niveaus aangegeven per frekwentieband.

Door de spectrum weergave heeft men snel informatie over:

rondzingen ,vervormingen en 50 of 100 Hz bromsignalen

Stoorbronnen zoals:

lichtdimmers, afstandsbedieningen, draadloze deurbellen, electronische TL starters, spaarlampen en inductieplaten

Onder mijn “NVVS” werkkamer bevindt zich onze keuken. Onder de keukenkastjes zijn 4 kleine starterloze TL lampen gemonteerd van elk 8 Watt. Als deze lampen branden is een ringleidingmeting op mijn werkkamer onmogelijk door stoorsignalen.

Deze signalen zijn direct zichtbaar in het spectrum op het display van de PAA3.

De opnemer CMR3

Deze opnemer is een actieve gekalibreerde magnetisch-veld ontvanger. Bij elke ontvanger wordt een certificaat meegeleverd. Het certificaat wordt bewaard door de beheerder van de apparatuur.

Het apparaat geeft exact 0 dBu af bij een gemeten veldsterkte van 400 mA/m bij 1 kHz. Op de uitgang wordt dan een spanning gemeten van 775 mV.

De ontvanger kan maximaal 6 dBu meten (onvervormd, 1 kHz) bij minimale batterijspanning van 1,8 volt.

6 dBu komt overeen met 800 mA/m en ca 1,55 volt

Rekenen met decibels

Aangezien we nu gaan meten in dBu’s in plaats van mA/m is het belangrijk om enig gevoel voor de nieuwe eenheid te krijgen.

Spanningsversterking in dB’s

De dB is een eenheid waarmee (signaal)niveaus met elkaar kunnen worden vergeleken. We kunnen dus versterkingen en verzwakkingen uitdrukken in dB’s. Een voorbeeld:

In afbeelding 1 is een versterker weergegeven waarop een signaal met een spanning van 1 Volt is aangesloten. De uitgangsspanning bedraagt 2 Volt.

Een eenvoudig rekensommetje leert dat de versterker dus het signaal met een factor 2 versterkt. We kunnen dus zeggen: de versterker versterkt 2 maal. We kunnen echter ook zeggen: de versterking bedraagt 6 dB. Versterking of verzwakking van een signaal is dus uit te drukken in een verhoudingsgetal G (staat voor Gain, ofwel versterking, bijvoorbeeld 2 maal, 4 maal of 10 maal), maar ook in een dB waarde.

Logaritmisch versus lineair.

De dB is een logaritmische eenheid; G is een lineaire eenheid. Als we dezelfde versterkingswaarden naast elkaar zetten in G en dB, is het verband tussen de twee niet op het eerste gezicht duidelijk:

G-waarde          dB-waarde

1 maal              0 dB

2 maal              6 dB

4 maal              12 dB

10 maal             20 dB

0,5 maal           -6 dB

0,25 maal         -12 dB

Het verband tussen de waarden in G en dB volgt uit de volgende formules:

dB-waarde        = 20 * ¹⁰log (G)

G-waarde          = 10 ^   (dB/20)             (^ wil zeggen: tot de macht)

Elke toename met 6 dB betekent een toename van G met een factor 2.

Elke toename met 20 dB betekent een toename van G met een factor 10.

In de geluidstechniek wordt veel gebruik gemaakt van dB’s, omdat bijvoorbeeld een logaritmische volumeregeling beter aansluit bij de eigenschappen van ons gehoor dan een lineaire. De weerstand van een potentiometer van een geluidsversterker wijzigt ook logaritmisch als de stand van knop met gelijke stapjes wordt verhoogd.

Ook eigenschappen van audiofilters worden gevisualiseerd op een logaritmische amplitudeschaal en logaritmische frekwentieschaal. Het is dus van belang om iets van deze materie te weten.

dB waarden worden ook gebruikt om grootheden als geluidsdruk en spanning in uit te drukken. Het gaat hierbij dan niet om relatieve maar om absolute waarden, gerelateerd aan een normwaarde (de 0 dB waarde). Enkele normwaarden zijn hieronder weergegeven:

0 dB SPL (sound pressure level) = 20mPa (micro Pascal) , geluidsdruk, hier begint ongeveer de menselijke waarneming van geluid

0 dBu   = 775 mV,        spanning (referentie)

Bedenk goed dat 0 dB SPL niet hetzelfde betekent als geen geluid.

Het omrekenen van andere waarden in dB SPL of dBu naar volts respectievelijk micropascal en omgekeerd gaat op eenzelfde wijze als eerder geschetst onder spanningsversterking, dus:

dB waarde = 20 * ¹⁰log (actuele waarde/normwaarde) en
actuele waarde = normwaarde * 10 ^ (dB waarde/20)

De ¹⁰ voor log wordt meestal weggelaten.

Voorbeelden:

Hoeveel dB SPL bedraagt een geluidsdruk van 10 mPa?

Oplossing:

Actuele waarde = 10 mPa; normwaarde = 20mPa= 0,020 mPa,
dus dB SPL waarde = 20 * ¹⁰log(10/0,020) = 20 * 2,7 = 54 dB SPL.

Wat is de spanning van een signaal met een sterkte van –20 dBu?

Oplossing:

Actuele waarde = 0,775 * 10 ^ (-20/20) = 0,0775 Volt ofwel 77,5 mV.

Omgekeerd: 77,5 mV is uitgedrukt in dBu:  20*(log(77,5/775) = -20 dBu

Anders gezegd:

Om een dBu waarde te meten bij een referentiewaarde van
775 mV dient men de formule toe te passen:

            dBu = 20 * log (Meetwaarde / 775)

Als de meetwaarde 775 mV bedraagt wordt de uitkomst:

            dBu = 20 * log(775 / 775) = 0 dBu

Als de meetwaarde 194 mV bedraagt wordt de uitkomst:

            dBu = 20 * log(194 / 775) = -12 dBu

Makkelijker is het om gebruik te maken van een standaardtabel zoals ook is opgenomen op de achterkant van de vertaalde gebruiksaanwijzing van de digitale toongenerator MR1.

In tabelvorm (let op bij de Minirator is 800 mV als referentie genomen)

Het uitgangs niveau van de MR1 wordt uitgedrukt in dBu.  Waarbij 0 dBu = 800 mV Hier wordt dus 800 mV als referentie genomen en niet 775 mV

70   mA/m              -15 dBu

100 mA/m              -12 dBu

140 mA/m              - 9  dBu

400 mA/m                0  dBu

Kontrole van MR-PRO en PAA3

De uitgang van de MR-PRO kan rechtstreeks op de meter PAA3 worden aangesloten, eventueel met de meegeleverde XLR kabel.

Men kan dan direct controleren of de aanwijzing van de PAA3 overeenkomt met het aangeboden signaal van de MR-PRO

Ton Rongen

april 2007

Rev. november 2007 dJo

Print dit item