Logarithmisches in lineares Signal umwandeln

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo Elektronikexperten,

für den Bau eines Schalldruckmeßgeräts möchte ich ein logarithmisches Signal in ein lineares Signal umwandeln.

Den Schalldruck möchte ich nicht mit einem Mikrophon, sondern mit einem Drucksensor messen.

Der Sensor hat eine Auflösung von 6dB und gibt folgende Spannungen aus:

**dB mV mV/dB**  
120 120 1 
126 140 3,333333333
132 180 6,666666667
138 260 13,33333333
144 420 26,66666667
150 740 53,33333333
156 1380 106,6666667
162 2660 213,3333333
168 5220 426,6666667

Die Spannungen möchte ich so umrechnen, daß ein Voltmeter mir den dB-Wert oder den Pascal-Wert anzeigt. (1mV = 20Pa)

Hatte da zuerst an eine OpV-Schaltung gedacht (Logarithmierer), der macht aber aus nem linearen Signal ein logarithmisches…
Gibt es Mikrocontroller, die Analogwerte verarbeiten können? Habe nur Erfahrung mit dem PIC16F84A, der kanns soweit ich weiß nicht.

Wie kann man das am elegantesten lösen?

Danke schonmal für anregende Tips,
Christoph

#2

Hallo,

Der Sensor hat eine Auflösung von 6dB und gibt folgende
Spannungen aus:

Was meinst Du hier mit Auflösung? Deine Spannungswerte lassen vermuten, dass Du weniger mit technischen Zahlen und Begriffen zu tun hast.

Hatte da zuerst an eine OpV-Schaltung gedacht (Logarithmierer),
der macht aber aus nem linearen Signal ein logarithmisches

und aus einem exponentiellen ein lineares… Also genau was Du brauchst…

Gibt es Mikrocontroller, die Analogwerte verarbeiten können?

Ja, mittels externem, internem oder diskretem ADC.

Habe nur Erfahrung mit dem PIC16F84A, der kanns soweit ich
weiß nicht.

Zur Not mit Komparator, Widerständen und einem C. Tut aber keine Not, µController gibts kaum noch ohne ADC, auch PICs, selbst noch kleinere als der 16F84A.

Gruß
achim

#3

Hallo Christoph,

Der Sensor hat eine Auflösung von 6dB und gibt folgende
Spannungen aus:

Auflösung von 6 dB? Der wird doch nicht Digitalwerte in Stufen von 6 dB ausgeben!?! Ich nehme an, dass du aus den Angaben des Herstellers der folgenden Tabelle auf die wenigen unterschiedlichen Ausgabewerte schließt.

dB mV mV/dB
120 120 1
126 140 3,333333333
132 180 6,666666667
138 260 13,33333333
144 420 26,66666667
150 740 53,33333333
156 1380 106,6666667
162 2660 213,3333333
168 5220 426,6666667

Diese Tabelle ist bereits linear. Nur beim ersten Wert darf nicht 1 mV/dB, stehen. Dort sind es 1,667 mV/dB. Ich nehme an, dass du diese dritte Spalte berechnet hast.

Die Spannungen möchte ich so umrechnen, daß ein Voltmeter mir
den dB-Wert oder den Pascal-Wert anzeigt. (1mV = 20Pa)

Was denn nun: Den dB-Wert (also logarithmisch) oder den Pascal-Wert-Wert (also linear)?
Wenn du Schalldruck anzeigen willst, musst du zunächst gleichrichten. Häufig sind der Gleichrichtung noch Bewertungsfilter vorgeschaltet, das hängt von der Zielsetzung ab.

Wenn du den Pascal-Wert ausgeben willst, brauchst du nur den gleichgerichteten Wert anzuzeigen.

Wenn du den dB-Wert ausgeben willst, musst du den gleichgerichteten Wert logarithmieren.

Hatte da zuerst an eine OpV-Schaltung gedacht
(Logarithmierer), der macht aber aus nem linearen Signal ein
logarithmisches…

z. B. so. (Aber es geht auch umgekehrt.)

Gibt es Mikrocontroller, die Analogwerte verarbeiten können?

Ja, sehr viele

Habe nur Erfahrung mit dem PIC16F84A, der kanns soweit ich
weiß nicht.

Stimmt, ausgerechnet der nicht.

Wie kann man das am elegantesten lösen?

_Die_ eleganteste Lösung gibt es nicht. Ob etwas überhaupt elegant ist, hängt von sehr vielen mehr oder weniger technischen Zusammenhängen ab. Einer davon ist z. B., was du am besten beherrschst. Ein anderer, ob du was aus Spaß für dich oder für ein großes Unternehmen zur Fertigung in 1000er Stückzahlen entwickeln willst. Wenn du einen Messbereich von 100 dB brauchst, ist das ganz was anderes als die 48 dB in der obigen Tabelle. Wenn du eine numerische Anzeige willst… u.s.w…

Viele Grüße

Uwe

#4

Hallo,

also am Besten sollte der dB-Wert ausgegeben werden.

Diese Tabelle ist bereits linear. Nur beim ersten Wert darf nicht 1 mV/dB, stehen. Dort sind es 1,667 mV/dB. Ich nehme an, dass du diese dritte Spalte berechnet hast.

Ja habe ich ausgerechnet. Spannungsanstieg in mV/6dB.

Wenn ich die Spannungswerte als Funktion der Dezibelwerte betrachte ist das doch ein logarithmischer Anstieg? Weil sich ja auch alle 6dB der Spannungsanstieg verdoppelt.

Wenn du den dB-Wert ausgeben willst, musst du den gleichgerichteten Wert logarithmieren.

+--------+ +---------+ +-----------------+ +-------+
| Druck- | | Gleich- | | | | Volt |
| Sensor | =\> | richter | =\> | Logarithmierer | =\> | meter |
| 0..5V | | B2U | | OpV mit R und D | | |
+--------+ +---------+ +-----------------+ +-------+

Richtig so?

Danke und Gruß
Christoph

#5

Hallo,

danke für deine Antwort.

Wenn der Logarithmierer ein logarithmisches Eingangssignal bekommt, gibt er also ein lineares aus?

Was meinst Du hier mit Auflösung? Deine Spannungswerte lassen vermuten, dass Du weniger mit technischen Zahlen und Begriffen zu tun hast.

In der Tabelle sind 6dB Schritte aufgeführt. Für meine Begriffe ist die Auflösung eines Meßgeräts die kleinstmögliche anzeigbare Einheit. (6dB = 1 Digit)

Bin im Maschinenbau tätig, da habe ich meist mit größeren und gröberen Sachen zu tun (Steuerungstechnik, Hydraulik, Mechanik). Elektronik ist nicht mein Hauptgebiet, da habe ich nur rudimentäre Kenntnisse.

LG
Chris

#6

Hi,

also am Besten sollte der dB-Wert ausgegeben werden.

Wenn ich die Spannungswerte als Funktion der Dezibelwerte
betrachte ist das doch ein logarithmischer Anstieg?

Also, jetzt mal genauer, weil sonst zu viele Missverständnisse entstehen:

Die Spannungswerte sind eine Funktion des Druckes, und zwar eine lineare Funktion.

„die Spannungswerte als Funktion der Dezibelwerte betrachten“ führt in die Irre, aber „die Dezibelwerte als Funktion der Spannungswerte betrachten“ geht besser und ist das, was du willst. Dafür musst du die (gleichgerichteten) Spannungswerte logarithmieren und anzeigen.

ja auch alle 6dB der Spannungsanstieg verdoppelt.

Richtig.

±-------+ ±--------+ ±----------------+ ±------+
| Druck- | | Gleich- | | | | Volt |
| Sensor | => | richter | => | Logarithmierer | => | meter |
| 0…5V | | B2U | | OpV mit R und D | | |
±-------+ ±--------+ ±----------------+ ±------+

Richtig so?

Ja, fast genau. Nur was mich sehr stutzig macht: Dein Drucksensor gibt 0 bis 5 V aus - das bedeutet Absolutdruck, nicht Schalldruck. Es muss der Gleichanteil abgetrennt werden.

Wenn ich das aber erklären muss, ist das nächste Problem in Sicht: Dann verstehst du so wenig von Elektronik (das ist nicht böse gemeint, ich verstehe z. B. noch weniger von Chemie), dass die Hilfe, die in diesem Rahmen hier möglich ist, bei Weitem nicht ausreicht. Es wären immer nur kleine Informationshäppchen (wie z. B. meine Antworten), die du dann im Detail auszuführen hättest - aber dazu gehört weiteres Wissen. Z. B., dass für den Gleichrichter nicht ein einfacher Brückengleichrichter „aus dem Baumarkt“ verwendet werden kann. Selbst wenn ich in dem Maß helfen könnte (die Zeit…) müsste ich mich erst einmal in deine konkrete Aufgabenstellung und Randbedingungen einarbeiten um dann ein grobes Konzept mit all den anschließenden Feinheiten auszuarbeiten.

Kluge Anmerkungen dazu zu machen, ist für viele hier im Forum kein Problem, aber damit wird dich wohl kaum jemand zu einer funktionsfähigen Lösung zu führen… :frowning:

Mich eingeschlossen. Aber vielleicht sehe ich auch zu schwarz? Vielleicht gibt es einen Bausatz „Schallpegelmesser“, den du nur mit deinem Sensor auszurüsten brauchst? Das wäre nicht zu komplex.

Viele Grüße

Uwe

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#7

Den Schalldruck möchte ich nicht mit einem Mikrophon, sondern
mit einem Drucksensor messen.

schon mal über die obere grenzfrquenz eines drucksensors nachgedacht? und darüber, wie oft man eigentlich abtasten (a/d-wandeln) muss, um etwas sinnvolles zu messen? wie stellst du dir vor, dem gebilde irgendwann mal einen messwert zu entlocken? wie willst du die wandlerwerte eigentlich wie in einen db-wert umrechnen? was für softwarefilter willst du denn einsetzen? und wie stellst du dir vor überhaupt das ganze zu basteln und dann auch noch selber zu programmieren, wenn du gar keine grundkenntnisse vom ganzen thema hast?

was genau spricht denn eigentlich gegen einen industrielles fertiggerät, statt für wesentlich höhere kosten und ohne irgendeine funtkionsgarantie unbedingt selbst zu entwickeln?

sorry, das ganze projekt ist ein totgeborenes kind.

#8

Danke
Hallo,

dann habe ich mir das einfacher vorgestellt, als es wirklich ist.
Also doch kein Bastelprojekt für zwischendurch; der Kauf eines fertigen Meßgeräts ist dann wohl sinnvoller.

Ich danke euch für eure Bemühungen.

LG
Chris

#9

Auflösung
Hallo Chris

Wenn der Logarithmierer ein logarithmisches Eingangssignal
bekommt, gibt er also ein lineares aus?

Nein, wie du schon schriebst:
-> Lineares Eingangssignal --> logarithmisches Ausgangssignal
daraus folgt dann auch für Deinen Fall:
-> exponentielles Eingangssignal --> lineares Ausgangssignal

Was meinst Du hier mit Auflösung? Deine Spannungswerte lassen vermuten, dass Du weniger mit technischen Zahlen und Begriffen zu tun hast.

In der Tabelle sind 6dB Schritte aufgeführt. Für meine
Begriffe ist die Auflösung eines Meßgeräts die kleinstmögliche
anzeigbare Einheit. (6dB = 1 Digit)

Ja, schon. Aber die Tabelle ist (mit dem vermutlichen Fehler bei 1mV) wohl von jemandem ohne technische Zahlenkenntnisse eher als Stütztabelle oder zur Verdeutlichung gemacht.

  • Die Zahlen sind viel zu genau (mehr als 4 Stellen machen hier keinen Sinn)
  • die Formel und z.B. min/max und ein Wert dazwischen wären hier hilfreicher gewesen
  • Der Sensorausgang ist analog, hat also höchstwahrscheinlich keine „auflösung“, sondern ein Rauschen, einen Fehler, eine Nichtliniarität, was auch immer, die nichts mit den Tabellenwerten zu tun haben.

Bin im Maschinenbau tätig, da habe ich meist mit größeren und
gröberen Sachen zu tun (Steuerungstechnik, Hydraulik,
Mechanik). Elektronik ist nicht mein Hauptgebiet, da habe ich
nur rudimentäre Kenntnisse.

Hut ab, wenn Du da auch PICs programmierst und OP-Logarithmierer bastelst!

Gruß
wilbert

#10

Nun, mich interessiert und fasziniert die Elektronik.

Hochinteressant finde ich eben auch OpVs, weil sie so vielseitig sind; je nach Außenbeschaltung eine andere Funktion.

Ich versuche, diese Dinge so gut wie möglich zu verstehen und mich dort hineinzuarbeiten; ist eines meiner Hobbys.

Muß zugeben, daß die dB-Anzeige noch ne Nummer zu groß für mich ist, aber ich arbeite dran :smile:

LG