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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schallgeschwindigkeit bestimmen


Autor: hurra (Gast)
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Hallo zusammen.

Ich möchte mit meinem Atmega8 die Schallgeschindigkeit messen.

Wie löse ich dies am Besten? Durch einfache Laufzeitenmessung
(lautsprecher+Mikrophon) oder gehts anders einfacher und genauer?

Vielen Dank

Cu Hurra

Autor: Jens123 (Gast)
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Wieso messen????
die Geschwindigkeit ist fest vorgegeben mit x m/s

oder willst du damit eine Entfernung messen??

Autor: hurra (Gast)
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Nein, die Schallgeschwindigkeit ist natürlich (fest) vorgegeben, doch
ich möchte den Tabellen/Formelwert experimentell bestimmen.

Vielen Dank

Cu Hurra

Autor: Hans (Gast)
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ist temp-abhängig...

also ich würd lautsprecher und mic nehmen.. messungen der laufzeit bei
2 abständen und fertig...

es reicht auch nur 1ne messung... nur musst dann halt auch die zeiten
die dein amp braucht das der lautsprecher was ausgibt usw auch
einrechnen...

eigentlich machst eine abstandsmessung bei der du den abstand kennst...
ist glaub ich das sinnvollste

73 de oe6jwf / hans

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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... und damits nicht zu einfach wird, ist die Schallgeschwindigkeit auch
noch abhängig von der Luftfeuchtigkeit ;-) ...

Könnte schwierig werden mit der Genauigkeit bei einer
Lautsprecher-Mikrofon-Anordnung. Beide haben noch eine gewisse
Trägheit, wie
Hans schon sagte, die das Ergebnis verfälschen kann. Je größer die
Strecke zwischen Lautsprecher und Mikrofon, desto kleiner wird der
relative Fehler, der durch die Trägheit verursacht wird. Oder (wie Hans
schon vorschlägt), den Fehler durch 2 Messungen bei unterschiedlichen
(bekannten) Abständen eliminieren. Auf jeden Fall nicht ganz einfach.

KMT

Autor: Santa Klaus (Gast)
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Das ist eine einfache Aufgabe.

Du benötigst einen Lautsprecher, ein Mikrofon und ein Metermaß.  Du
stellst das Mikrofon vor den Lautsprecher und mißt den Abstand M-LS.
Dann gibst Du einen Spannungsimpuls auf den LS ("Knack") und mißt die
Zeit, bis das M den Knack registriert (also: Spannung am LS-Ausgabeport
des µC geht von 0 auf 1 -> Zähler starten; Spannung an M-Eingabeport
des µC geht von 0 auf 1 -> Zähler stoppen).

Mit dieser einzelnen Messung kannst Du aber leider noch gar nichts
anfangen, weil zwischen dem Ereignis "µC gibt Spannungsimpuls aus"
und dem Ereignis "Schallwelle verläßt den LS" eine gewisse
Verzögerungszeit T vergeht, die Du nicht kennst.  Die ist zwar klein,
aber Du darfst sie trotzdem nicht vernachlässigen, weil die
Schalllaufzeit ebenfalls klein ist.

Deshalb mußt Du mehrere Messungen machen (mindestens jedoch zwei),
mit verschiedenen M-LS-Abständen.  Wenn Du die Ergebnisse vieler
Messungen in ein Koordinatensystem einträgst (x-Achse = M-LS-Abstand, ;
y-Achse = gemessene Zeit), werden die Punkte eine Gerade bilden (Du
solltest aus den Meßpunkten die Regressionsgerade berechnen; dann
kannst Du nämlich auch eine Aussage über den Fehler Deiner Messung
machen).  Die Steigung dieser Geraden ist die Schallgeschwindigkeit;
ihr y-Achsen-Abschnitt die Verzögerungszeit T (mathematischen
Background bitte selbst überlegen).

Autor: Sebastian (Gast)
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Ich würde zunächst das Mikro direkt vor den Lautsprecher halten. Misst
Du dann die Verzögerung, weißt Du, wie träge Dein Mikro und Dein
Lautsprecher sind. Diese Verzögerung dann einfach von Deinen weiteren
Messergebnissen abziehen, und voilá, Du hast ein bereinigtes
Messergebnis.

Autor: Stefan Kleinwort (Gast)
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Ich würde 2 (möglichst gleiche) Mikros in unterschiedlichem Abstand vom
Lautsprecher aufstellen und beide gleichzeitig messen. Dann fallen
Verzögerungen beim Lautsprecher, Verstärker und den Mikros aus der
Rechnung raus (wenn beider Mikros exakt identisch sind).

Stefan

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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Ich meine, es dürfte kaum mit vertretbarem finanziellen Aufwand zu
schaffen sein, 2 exakt gleiche Mikrofone zu finden. Nicht umsonst
werden selbst teure Studiomikrofone, die bereits in sehr engen
Toleranzgrenzen arbeiten, auch als (ausgemessene) Paare angeboten.
Insofern finde ich die Lösung mit den 2 verschiedenen Abständen noch
am praktikabelsten.

Kai Markus

Autor: Santa Klaus (Gast)
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Vor allem, weil die Suche nach zwei "völlig gleichen" Mikrofonen
völlig unnötig ist, weil es ja völlig problemlos auch mit nur einem
Mikrofon geht (merke: am gleichesten ist etwas immer zu sich selbst).

Autor: hurra (Gast)
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Joa, danke

Hab ne neue Frage.

Einfach per Transistor kurz Spannung auf nen LS geben? Oder sollte ich
besser so Summer/Piezoo-Teile verwenden?

Ich mach mich heut mal an den Aufbau.

Vielen Dank
Cu Hurra

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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Ja, ein einfacher Knacks sollte reichen.

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

einfach kurz Spannung auf den Lautsprecher zu geben halte ich nicht für
richtig. Dies wäre gleichbedeutend mit einem Ein- und nachfolgendem
Ausschalten, wobei beide Vorgänge einen Einschwingvorgang aufweisen
würden. Deshalb sollte die Spannung nur eingeschaltet werden, für die
Dauer der Messung eingeschaltet bleiben ( -> dies bewirkt außerdem eine
Dämpfung, wodurch der Einschwingvorgang kürzer ausfällt. Mit
ausgeschalteter Spannung ist die Dämpfung Null und die Membran schwingt
munter weiter) dann erst nach der Messung ausschalten und für die
nächste Messung wieder nur einschalten. Natürlich keine Frequenzweiche
oder sowas vorschalten, keine Mehrwege-Box verwenden.

Bleibt nur noch die Frage offen, welche Art von Lautsprecher sich am
besten eignet, denn ein Knacks enthält alle Frequenzen.

Gruß

Autor: Santa Klaus (Gast)
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Wobei die Dauer einer Messung bei einem Mikrofon-Lautsprecher-Abstand
von 10 m lediglich ca. 30 ms beträgt.

Autor: hurra (Gast)
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So, jetzt bin ich soweit, dass der Aufbau klappt. Mein letztes Problem
ist jetzt nur noch die eigentliche Laufzeitmessung im µC. Wie
realisiere ich dies am Besten?
Ich verwende einen Atmega8. Ist "Input Capturing" das was ich
benötige? Irgendwie komm ich grad ned drauf, wie ich die takte zwischen
dem Auslösen des tons und dem Intterupt messen soll.

Vielen Dank

Cu Hurra

Autor: hurra (Gast)
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So, hab mich mal etwas informiert und das hier gebastelt.
Leider bekomme ich völlig falsche Ergebnisse. woran könnte dies
liegen?

Vielen Dank

Cu Hurra

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