AT504297B1 - METHOD AND MEASURING DEVICE FOR MONITORING SOUNDPROOFING SYSTEMS - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT504 297 B1 2009-11-15Austrian Patent Office AT504 297 B1 2009-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von Lautsprecherlinien durch Impedanzmessung, bei welchem dem Eingang einer Lautsprecherlinie zumindest ein Wechselspannungssignal vorbestimmter Frequenz zugeführt wird, Spannung und Strom an dem Eingang der Linie gemessen werden und aus diesen Messwerten die Eingangsimpedanz an der Linie ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen wird.Description: [0001] The invention relates to a method for monitoring loudspeaker lines by impedance measurement, in which the input of a loudspeaker line is supplied with at least one alternating voltage signal of predetermined frequency, voltage and current are measured at the input of the line, and from these measured values the input impedance at the Line is determined and compared with a reference value.

[0002] Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.Likewise, the invention relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention.

[0003] Unter Beschallungsanlagen soll jedenfalls in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein System verstanden werden, bei welchem zumindest eine Lautsprecherlinie, an welche im allgemeinen eine Vielzahl von Lautsprechern geschaltet ist, von einem oder mehreren Leistungsverstärkern gespeist wird, um ein größeres Gebiet odereinen Gebäudekomplex, wie ein Sportstadion, einen Flughafen, ein Kaufhaus etc. zu beschallen. Da neben üblichen Durchsagen, Werbetexten, Hintergrundmusik usw. in Not- oder Katastrophenfällen auch überlebenswichtige Aufrufe über die Lautsprecher an jeder Stelle des Systems gehört werden müssen, ist es erforderlich und in vielen Fällen auch durch entsprechende Normen vorgeschrieben, dass die Beschallungsanlage regelmäßig auf ihre Funktionssicherheit überprüft wird.Sound systems should be understood in any case in the context of the present invention, a system in which at least one speaker line to which a plurality of loudspeakers is generally connected, is fed by one or more power amplifiers to a larger area or a building complex, like a sports stadium, an airport, a department store, etc. to sound. Since in addition to usual announcements, copywriting, background music, etc. in emergencies or disasters even vital calls on the speakers must be heard at each point of the system, it is necessary and in many cases prescribed by appropriate standards that the public address system regularly on their reliability is checked.

[0004] Für eine solche Überprüfung sind verschiedene Verfahren bekannt geworden, die jedoch bisher der Komplexität der gestellten Aufgabe nicht gerecht wurden. Diese Komplexität liegt darin, dass an einer Lautsprecherlinie eine große Anzahl von Lautsprechern liegt, die meist über entsprechend viele Übertrager mit der Linie verbunden sind, wie dies bei 100 Volt System der Fall ist. Die Arten der Fehler, die einen nicht beschallten Raum zur Folge haben können sind vielfältig: Leitungskurzschlüsse, Leitungsunterbrechungen, Risse von Schwingspulen, festgeklemmte Schwingspulen, defekte Übertrager usf. Die Messung muss somit alle diese Fehler erkennen, wobei auch die Temperaturabhängigkeit der Impedanzen zu berücksichtigen ist. Außerdem soll die Messung den normalen Betrieb der Anlage nicht stören und auf eine Lautsprecherlinie geschaltete Messsignale sollen nicht oder kaum hörbar sein.For such a review, various methods have become known, but so far the complexity of the task did not do justice. This complexity lies in the fact that a loudspeaker line has a large number of loudspeakers, which are usually connected to the line via a corresponding number of transformers, as is the case with the 100 volt system. The types of faults that can result in a non-sonicated room are manifold: line shorts, line breaks, voice coil cracks, clamped voice coils, faulty transformers, etc. The measurement must therefore detect all these faults, taking into account the temperature dependence of the impedances , In addition, the measurement should not interfere with the normal operation of the system and connected to a speaker line measuring signals should not or barely audible.

[0005] Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens, welches den oben genannten Problemen Rechnung trägt und das ein besonders rasches und auch zuverlässiges Erkennen von Fehlern ermöglicht.An object of the invention is to provide a method which takes into account the above problems and allows a particularly rapid and reliable detection of errors.

[0006] Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus dem Dokument «Ela-Data GmbH, Ingenieurgesellschaft für Elektroakustik und Datentechnik "Digitale Lautprecher-Linienüberwachung DLC 2300" August 2001, http://www.ela-data.de /PDFs/ Tlnfo DLC2300.pdf» bekannt geworden. Bei dem bekannten Gerät kann eine Messung nur dann erfolgen, wenn kein Nutzsignal anliegt. Das Erfordernis, eine Messung nur ohne Nutzsignal durchzuführen, ist ein schwerwiegender Nachteil, da beispielsweise nach einschlägigen Normen die Meldung eines Fehlers im Lautsprechernetz innerhalb von hundert Sekunden erfolgen soll, was während Durchsagen oder bei dauernder Hintergrundmusik nicht möglich ist.A method and a device of the type mentioned above are from the document "Ela-Data GmbH, engineering company for electro-acoustics and data technology" Digital Speaker Line Monitoring DLC 2300 " August 2001, http://www.ela-data.de / PDFs / Tlnfo DLC2300.pdf »became known. In the known device, a measurement can only take place when no useful signal is applied. The requirement to perform a measurement only without useful signal is a serious drawback, since, for example, according to relevant standards, the notification of a fault in the loudspeaker network should take place within one hundred seconds, which is not possible during announcements or continuous background music.

[0007] Aus dem Dokument GB 2 001 226 A geht ein Messverfahren für Lautsprecher hervor, bei welchem das Frequenzverhalten eines einzigen Lautsprechers ermittelt wird, wobei dem Lautsprecher Impulse zugeführt werden und das Impulsverhalten des Lautsprechers unter Verwendung einer Fourier-Transformation bestimmt wird. Es erfolgt dann eine Filterung, deren Ziel es ist, die in einem nicht Echo freien Raum entstehenden Echos zu eiminieren. Hier handelt es sich jedoch um völlig anderes Gebiet, wenn man von der Gemeinsamkeit „Lautsprecher" absieht. Der Fachmann wird demnach auch nicht in Versuchung kommen, bei Vorliegen der Aufgabe der Erfindung dieses Dokument mit dem Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches zu kombinieren.The document GB 2 001 226 A discloses a measuring method for loudspeakers in which the frequency behavior of a single loudspeaker is determined, whereby pulses are supplied to the loudspeaker and the impulse behavior of the loudspeaker is determined using a Fourier transformation. There then takes place a filtering whose aim is to eliminate the echoes arising in a non-echo free space. However, this is a completely different area, given the commonality of "speakers". apart. Accordingly, the skilled person will not be tempted to combine this document with the state of the art according to the preamble of the main claim in the presence of the object of the invention.

[0008] Das Dokument «Schmid, Michael; Diplomarbeit "Konzeptentwicklung für einen Schallerzeuger mit kugelförmiger Abstrahlcharakteristik zur Anwendung als Triebwerkslärmsimulator" März 2004, http://home.arcor.de/rn schmidt/diplomarbeit michael schmidt.pdf» beschäftigt sich österreichisches Patentamt AT504 297B1 2009-11-15 wieder mit einem gänzlich anderen Gebiet, nämlich mit der Ermittlung der Einbauresonanzfrequenz eines Lautsprecherchassis. Mit Hilfe einer PC-Soundkarte wird eine bestimmte Spannung in einem Messkreis angelegt und eine weitere Spannung gemessen. Von einer Fourier-Transformation und/oder Mittelwertbildung ist gleichfalls nicht die Rede. Daher wird der Fachmann auch dieses Dokument nicht mit dem erstgenannten Dokument kombinieren, wenn er vor der Aufgabe der Erfindung steht.The document "Schmid, Michael; Diploma thesis "Concept development for a sound generator with spherical radiation characteristics for use as engine noise simulator" March 2004, http://home.arcor.de/rn schmidt / diploma thesis michael schmidt.pdf »Austrian Patent Office AT504 297B1 2009-11-15 deals again with a completely different field, namely with the determination of the built-in resonance frequency of a loudspeaker chassis. Using a PC sound card, a specific voltage is applied in a measuring circuit and another voltage is measured. From a Fourier transformation and / or averaging is also not mentioned. Therefore, the person skilled in the art will not combine this document with the first mentioned document if he is faced with the object of the invention.

[0009] Diese vorhin genannte Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannte Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zur Ermittlung einer mit einem Referenzwert zu vergleichenden Impedanz bei einem Messvorgang eine Vielzahl analoger Messwerte von Spannung und Strom in digitale Signale gewandelt und diese einer Fouriertransformation unterworfen werden, aus den Fourier-transformierten Werten von Strom und Spannung eine entsprechende Vielzahl von Impedanzwerten ermittelt wird, diese Impedanzwerte einer Mittelwertbildung unterzogen werden und der resultierende Mittelwert mit einem Referenz-Impedanzwert verglichen wird, wobei bei Abweichen des resultierenden Mittelwertes von dem Referenz-Impedanzwert um einen festlegbaren Toleranzwert ein Fehlersignal abgegeben wird.This object mentioned above is achieved by a method of the type mentioned above, in which, according to the invention, a plurality of analog measured values of voltage and current are converted into digital signals for determining an impedance to be compared with a reference value during a measuring process and subjected to a Fourier transformation in that a corresponding multiplicity of impedance values are determined from the Fourier-transformed values of current and voltage, these impedance values are averaged, and the resulting mean value is compared with a reference impedance value, wherein the resulting mean value deviates from the reference impedance value by one definable tolerance value an error signal is issued.

[0010] Bei einer Variante ist vorgesehen, dass bei einer Großsignalmessung ein einziges Wechselspannungssignal vorbestimmter Frequenz einer Lautsprecherlinie über einen Leistungsverstärker mit einem Pegel zugeführt wird, der unter dem Nennbetriebspegel liegt, und das Wechselspannungssignal eine so niedrige Frequenz aufweist, dass ein für das menschliche Ohr nicht oder nur kaum wahrnehmbarer Schallpegel erzeugt wird. Die auf diese Weise ermittelten Impedanzwerte haben den Vorteil, dass die unter tatsächlichen Betriebsbedingungen gemessen wurden.In a variant, it is provided that in a large-signal measurement, a single AC signal predetermined frequency of a speaker line is supplied via a power amplifier at a level which is below the nominal operating level, and the AC signal has such a low frequency that one for the human ear no or barely perceptible sound level is generated. The impedance values obtained in this way have the advantage that they were measured under actual operating conditions.

[0011] Im Sinne einer Anpassung des Messsignals an die tatsächlich vorkommenden Pegel und Frequenzverteilungen ist es sinnvoll, wenn das Nutzsignal vor jeder Messung einer Spektralanalyse unterzogen wird, um den Nutzsignalpegel bei einer Vielzahl von Frequenzen zu ermitteln, wobei diese Vielzahl von Frequenzen auch die einzige niedrige Frequenz enthält, aus der Vielzahl der erhaltenen Nutzsignalpegel ein gewichteter Mittelwertpegel gebildet wird und für jede Messung der Pegel des der Lautsprecherlinie zugeführten einzigen Messsignals niedriger Frequenz in einem vorgebbaren festen Abstand zu dem gewichteten Mittelwertpegel eingestellt wird.In the sense of an adaptation of the measurement signal to the actually occurring level and frequency distributions, it makes sense if the useful signal is subjected before each measurement of a spectral analysis to determine the useful signal level at a plurality of frequencies, said plurality of frequencies and the only low frequency is formed, from the plurality of received useful signal levels, a weighted average level is formed and for each measurement, the level of the loudspeaker line supplied single measuring signal low frequency is set by a predetermined fixed distance to the weighted average level.

[0012] Um den Einfluss der Hystereseerscheinungen in Lautsprecher-Übertragern zu eliminieren, kann vorgesehen sein, dass vor einer Messung ein Entmagnetisierungssignal mit niedriger Frequenz einer Lautsprecherlinie über einen Leistungsverstärker mit einem bis zu einem Maximalpegel ansteigenden und dann wieder abfallenden Pegel zugeführt wird.In order to eliminate the influence of the hysteresis phenomena in loudspeaker transformers, it can be provided that, prior to a measurement, a low-frequency degaussing signal of a loudspeaker line is fed via a power amplifier with a level rising to a maximum level and then decreasing again.

[0013] Andererseits lassen sich Impedanzwerte über einen weiten Frequenzbereich ermitteln, falls bei einer Kleinsignalmessung zumindest ein Wechselspannungssignal vorbestimmter Fre-quenz/Frequenzen einer Lautsprecherlinie mit einem Pegel/Pegeln zugeführt wird, der so gewählt wird, dass die erzeugten Schallpegel für das menschliche Ohr nicht oder nur kaum wahrnehmbar sind.On the other hand, impedance values can be determined over a wide frequency range, if at least one alternating voltage signal of predetermined frequency / frequencies is supplied to a loudspeaker line having a level which is selected such that the generated sound levels do not affect the human ear or barely perceptible.

[0014] Die Bestimmung von Referenzwerten kann in vorteilhafter weise dadurch erfolgen dass vor dem laufenden Betrieb der Anlage in einer Einlernphase der Lautsprecherlinie Signale unterschiedlicher Frequenzen und/oder Pegel zugeführt, die dabei erhaltenen Messwerte vom Strom und Spannung in digitale Signale umgewandelt und sodann einer Fouriertransformation unterworfen und sodann aus den Strom- und Spannungswerten Referenzwerte für unterschiedliche Frequenzen und/oder Pegel ermittelt und abgespeichert werden.The determination of reference values can advantageously take place by supplying signals of different frequencies and / or levels in a learning phase of the loudspeaker line prior to the operation of the system, converting the measured values thereby obtained from the current and voltage into digital signals and then a Fourier transformation and then from the current and voltage reference values for different frequencies and / or levels are determined and stored.

[0015] Dabei ist es zweckmäßig, wenn für jede Frequenz/Pegel eine Vielzahl von Einzelmesswerte für Strom und Spannung ermittelt werden und der folgenden Bestimmung der Referenzimpedanzen Mittelwerte der Einzelmesswerte zurunde gelegt werden.It is expedient if a multiplicity of individual measured values for current and voltage are determined for each frequency / level and mean values of the individual measured values are set for the following determination of the reference impedances.

[0016] Um zu vermeiden, dass langsame und durchaus „normale" Impedanzänderungen, z.B. auf Grund einer Temperaturänderung, zu Fehleranzeigen führen, kann vorgesehen sein, dass der Toleranzwert während des Betriebes dahingehend geändert wird, dass langsamen Ände- 2/9 österreichisches Patentamt AT504 297 B1 2009-11-15 rungen von Ist-Impedanzen ein weiterer Toleranzbereich der Referenzimpedanzen zugewiesen wird, als raschen Änderungen.To avoid that slow and quite "normal". Impedance changes, e.g. Due to a change in temperature, lead to error indications, it can be provided that the tolerance value is changed during operation to the effect that slow changes of actual impedances another tolerance range of the reference impedances is assigned as rapid changes.

[0017] In der Praxis hat es sich vorteilhaft gezeigt, wenn der Absolutwert der Impedanz ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen wird, wenngleich in bestimmten Fällen auch eine Wirkleistungs-bezogene Messung des Realteils der Impedanz von Vorteil sein kann.In practice, it has been found advantageous if the absolute value of the impedance is determined and compared with a reference value, although in certain cases, an active power-related measurement of the real part of the impedance can be beneficial.

[0018] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zur Überwachung von Lautsprecherlinien durch Impedanzmessung mit zumindest einem Signalgenerator und zumindest einem Verstärker sowie gesteuerten Schaltern zur Zuführung zumindest eines Wechselspannungssignals vorbestimmter Frequenz an den Eingang zumindest einer Lautsprecherlinie, mit Messeinrichtungen zum Messen von Spannung und Strom an dem Eingang der Linie sowie mit zumindest einem Mikroprozessor gelöst, wobei letzterer unter Benutzung der oben genanten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens den zumindest einen Signalgenerator steuert, dem die Messwerte der Messeinrichtungen zuführbar sind und der zur Ermittlung der Eingangsimpedanz an der Linie und zu deren Vergleich mit einem Referenzwert sowie zur Abgabe eines Fehlersignals eingerichtet ist, falls der ermittelte Impedanzwert innerhalb festsetzbarer Toleranzen von einem Referenzwert abweicht.The object underlying the invention is also provided with a device for monitoring speaker lines by impedance measurement with at least one signal generator and at least one amplifier and controlled switches for supplying at least one alternating voltage signal of predetermined frequency to the input at least one speaker line, with measuring devices for measuring Voltage and current at the input of the line and solved with at least one microprocessor, the latter using the above-mentioned features of the method controls the at least one signal generator to which the measured values of the measuring devices can be fed and to determine the input impedance to the line and their comparison with a reference value and for the output of an error signal is established if the determined impedance value deviates from a reference value within determinable tolerances.

[0019] Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen [0020] Fig. 1 in einem vereinfachtem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer Messeinrichtung nach der Erfindung und [0021] Fig. 2 in einem Ablaufdiagramm die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention together with further advantages is explained in more detail below by way of example embodiments, which are illustrated in the drawing. 1 shows a simplified block diagram of the basic structure of a measuring device according to the invention, and [0021] FIG. 2 shows in a flow chart the essential method steps of the method according to the invention.

[0022] In der Darstellung nach Fig. 1 sind drei Lautsprecherlinien einer Beschallungsanlage skizziert, doch soll es klar sein, dass abhängig von der Art der Anlage auch eine andere Zahl von Lautsprecherlinien vorhanden sein kann. An jede Linie sind eine Mehrzahl von Lautsprechern angeschaltet, wobei bei größeren Anlagen bevorzugt eine hochohmige, so genannte „100 Volt" Variante angewendet wird, bei welcher jeder Lautsprecher über einem Übertrager an der Linie liegt.In the illustration of FIG. 1, three speaker lines of a public address system are outlined, but it should be clear that, depending on the type of system, a different number of speaker lines can be present. Each line is connected to a plurality of loudspeakers, with larger systems preferably having a high impedance, so-called "100 volts". Variant is applied, in which each speaker is above a transformer on the line.

[0023] An einen Eingang der Lautsprecherlinie können über einen Schalter SCH Leistungsverstärker aufgeschaltet werden, wobei im vorliegenden Fall zur Vereinfachung lediglich ein Leistungsverstärker LEV gezeigt ist, der von unterschiedlichen Audioquellen AQ1, AQ2, AQ3 angesteuert werden kann, um Sprache, Musik und Warnsignale an die von den Lautsprechern versorgten Orte zu bringen. Zum Zwecke der weiter unten beschriebenen Messvorgänge kann außerdem ein Signalgenerator SIG, der von einem digitalen Signalprozessor DSP gesteuert oder ein Bestandteil desselben ist, Signale an den Eingang des Leistungsverstärkers LEV liefern, wie z.B. Sinussignale mit 15 Hz bzw. 23,4375 Hz.To an input of the speaker line can be switched on a switch SCH power amplifier, in the present case, for simplicity, only a power amplifier LEV is shown, which can be controlled by different audio sources AQ1, AQ2, AQ3 to speech, music and warning signals to bring the places supplied by the loudspeakers. In addition, for the purposes of the measurement operations described below, a signal generator SIG controlled by or part of a digital signal processor DSP may provide signals to the input of the power amplifier LEV, e.g. Sine signals with 15 Hz or 23.4375 Hz.

[0024] Zum Messen des Stromes I und der Spannung U am Ausgang des Verstärkers LEV bzw. am Eingang der Lautsprecherlinie sind Strom- und Spannungswandler vorgesehen, deren Messwerte, gegebenenfalls nach externer A/D-Wandlung, dem erwähnten Signalprozessor DSP zugeführt werden.For measuring the current I and the voltage U at the output of the amplifier LEV or at the input of the speaker line current and voltage converters are provided, the measured values, optionally after external A / D conversion, the mentioned signal processor DSP are supplied.

[0025] Es darf an dieser Stelle angemerkt werden, dass auch weitere Lautsprecherlinien LL2 und LL3 an Leistungsverstärker angeschlossen sein können und nach dem erfindungsgemäßen Messverfahren überprüft werden, was durch entsprechende Schalter und einen zyklischen Ablauf der Messungen an den einzelnen Linien LL1, LL2, LL3 technisch umgesetzt wird. Weiter soll darauf hingewiesen werden, dass jede Lautsprecherlinie auch nach Art einer Ringleitung in sich geschlossen sein kann und in diesem Fall die Einspeisung somit nicht an einem „Ende" der Lautsprecherlinie erfolgt. Eine solche Ringstruktur hat den Vorteil, dass eine Unterbrechung eines Leiters oder auch beider Leiter an einer Stelle nicht zum Ausfall der Lautsprecher führt.It may be noted at this point that even more speaker lines LL2 and LL3 can be connected to power amplifier and are checked by the measuring method according to the invention, which by corresponding switches and a cyclical sequence of measurements on the individual lines LL1, LL2, LL3 technically implemented. It should also be pointed out that each loudspeaker line can also be closed in the manner of a loop, and in this case the feed is not terminated at an "end". the speaker line takes place. Such a ring structure has the advantage that an interruption of a conductor or both conductors at one point does not lead to failure of the speakers.

[0026] Während der Signalgenerator SIG zur Großsignalmessung unter Mithilfe des Leistungsverstärkers dient, ist ein weiterer Signalgenerator GEN für eine Kleinsignalmessung vorgese- 3/9 österreichisches Patentamt AT504 297 B1 2009-11-15 hen. Dieser Signalgenerator kann gleichfalls von dem Signalprozessor DSP gesteuert oder Teil desselben sein und liefert Signale an den Eingang der Lautsprecherlinie LL1, deren Pegel so gewählt wird, dass nicht oder nur kaum hörbare Schalldruckpegel generiert werden. In dem beschrieben Beispiel werden für die Kleinsignalmessung drei Frequenzen, nämlich 70 Hz, 250 Hz und 1 kHz verwendet.While the signal generator SIG is used for large signal measurement with the aid of the power amplifier, another signal generator GEN is provided for a small signal measurement. This signal generator can also be controlled by the signal processor DSP or be part of the same and supplies signals to the input of the loudspeaker line LL1, whose level is selected so that no or barely audible sound pressure levels are generated. In the example described, three frequencies are used for the small signal measurement, namely 70 Hz, 250 Hz and 1 kHz.

[0027] Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 das Verfahren nach der Erfindung sowie weitere Einzelheiten der zugehörigen Vorrichtung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei für den Fachmann im Rahmen der Erfindung Abänderungen in vielerlei Hinsicht möglich sind, beispielsweise was die Anzahl der verwendeten Frequenzen und Pegel sowie der Reihenfolge verschiedener Messschritte anbelangt.In the following, the method according to the invention and further details of the associated device will be described with reference to FIG. 2, wherein modifications in many respects are possible for the person skilled in the art within the scope of the invention, for example as regards the number of frequencies used and levels as well as the order of different measurement steps.

[0028] Wenn eine Beschallungsanlage fertig gestellt ist, d.h. sämtliche Leitungen gelegt und die erforderlichen Lautsprecher angeschlossen sind, die Anlage somit konfiguriert wurde und intakte Leitungen, Lautsprecher, Übertrager etc. vorausgesetzt werden können, werden zunächst in einer Lernphase die Soll(Referenz)werte der Impedanzen bei unterschiedlichen Frequenzen ermittelt, im vorliegenden Fall zumindest bei den Frequenzen 23, 4375 Hz, 70 Hz, 250 Hz und 1 kHz. Weiters werden zweckmäßigerweise die Impedanzen auch bei unterschiedlichen Pegeln bestimmt, da beispielsweise hohe Pegel durch Erwärmung insbesondere von Schwingspulen und durch Nichtlinearitäten in Übertragern und/oder Lautsprechern andere Impedanzwerte ergeben.When a public address system is completed, i. E. All lines are laid and the required speakers are connected, the system was thus configured and intact lines, speakers, transformers, etc. can be assumed, are first determined in a learning phase, the nominal (reference) values of the impedances at different frequencies, in the present case, at least at the frequencies 23, 4375 Hz, 70 Hz, 250 Hz and 1 kHz. Furthermore, the impedances are expediently also determined at different levels, since, for example, high levels result in different impedance values due to heating, in particular of voice coils, and due to nonlinearities in transformers and / or loudspeakers.

[0029] Zur Bestimmung der Referenzwerte ZRef kann das gleiche Verfahren angewendet werden, das für zur Bestimmung der Ist-Impedanzen dient. In der Lernphase werden bei den genannten verschiedenen Frequenzen und Pegeln die Messwerte von Strom und Spannung in digitale Signale umgewandelt und in dem digitalen Signalprozessor DSP einer raschen Fouriertransformation (FFT) unterworfen. Beispielsweise wird eine FFT-Länge (oder Samplezahl) von 2048 verwendet. Bei jeder Frequenz bzw. jedem Messpegel werden 50 Messwerte ermittelt und aus diesen Werten sodann ein Mittelwert gebildet, der, jedenfalls bei den Messungen in der Lernphase, ein arithmetischer Mittelwert sein kann, doch ist ebenso eine Gewichtung bei unterschiedlicher Frequenzen oder Pegel möglich. Die ermittelten Referenzwerte ZR23, ZR70, ZR25o, ZRiooo, allgemein ZRef, werden sodann abgespeichert, um für die folgenden Messungen zur Verfügung zu stehen.To determine the reference values ZRef, the same method can be used, which is used to determine the actual impedances. In the learning phase, the measured values of current and voltage are converted into digital signals at the said different frequencies and levels and subjected to rapid Fourier transformation (FFT) in the digital signal processor DSP. For example, an FFT length (or sample number) of 2048 is used. At each frequency or level, 50 readings are taken and then an average is formed from these values which, at least in the measurements in the learning phase, can be an arithmetic mean, but weighting at different frequencies or levels is also possible. The determined reference values ZR23, ZR70, ZR25o, ZRiooo, generally ZRef, are then stored in order to be available for the following measurements.

[0030] Wie weiter unten noch erläutert, wird sinnvollerweise auch in der Einlernphase zumindest vor der Großsignalmessung ein Entmagnetisieren durch ein anschwellendes und sodann abfallendes Sinussignal von z.B. 15 Hz vorgenommen, um Remanenzen in den einzelnen Übertragern zu löschen.As explained further below, it is also expedient to carry out demagnetization by an increasing and then decreasing sinusoidal signal of, for example, in the training phase at least before the large signal measurement. 15 Hz to delete remanences in the individual transformers.

[0031] In der Betriebsphase der Beschallungsanlage kann bei bzw. vor der Messung unterschieden werden, ob ein Nutzsignal, d. h. ein Beschallungssignal, wie z. B. Musik oder Sprache, vorliegt, um entweder eine Großsignalmessung oder eine Kleinsignalmessung durchzuführen.In the operating phase of the public address system can be distinguished during or before the measurement, whether a useful signal, d. H. a public address signal, such as. As music or speech, is present to perform either a large signal measurement or a small signal measurement.

[0032] Bei Vorliegen eines Nutzsignals ist eine Kleinsignalmessung wegen der schwer beherrschbaren Pegeldifferenzen zwischen einem üblichen Messsignal niedrigen Pegels (z. B. - 6 dBu) und den Nutzsignalpegel (z.B. + 42 dBu) nicht zweckmäßig bzw. wäre sehr aufwändig. Daher wird in diesem Fall eine Messung mit höherem Signalpegel durchgeführt, jedoch mit der bereits erwähnten niedrigen Frequenz fu von 23,4375 Hz, die im normalen Betrieb praktisch unhörbar ist. Dazu wird das Ausgangssignal des Signalgenerators SIG dem Eingang des Leistungsverstärkers zugeführt, der sodann die zu messende Lautsprecherlinie speist. Der Signalpegel wird geringer als der Nutzsignalpegel gewählt, um den Verstärker bei bereits hohem Nutzsignal nicht zu übersteuern, z.B. 13 dB unter dem Nutzsignalpegel.In the presence of a useful signal, a small-signal measurement is not expedient or would be very complicated because of the difficult-to-control level differences between a conventional measurement signal of low level (eg - 6 dBu) and the useful signal level (for example + 42 dBu). Therefore, in this case, a measurement is made with a higher signal level, but with the already mentioned low frequency fu of 23.4375 Hz, which is practically inaudible in normal operation. For this purpose, the output signal of the signal generator SIG is supplied to the input of the power amplifier, which then feeds the loudspeaker line to be measured. The signal level is chosen to be lower than the useful signal level in order not to overdrive the amplifier when the useful signal is already high, e.g. 13 dB below the useful signal level.

[0033] Zur Ermittlung einer mit einem Referenzwert ZRef zu vergleichenden Impedanz Z werden bei jedem Messvorgang mehrere, z.B. 50 analoge Messwerte von Spannung und Strom in digitale Signale gewandelt, diese einer Fouriertransformation unterworfen und aus den transformierten Werten von Strom und Spannung werden entsprechende viele Impedanzwerte be- 4/9 österreichisches Patentamt AT504 297B1 2009-11-15 stimmt. Aus diesen Impedanzwerten wird ein Mittelwert gebildet und dieser mit einem Referenz-Impedanzwert verglichen. Weicht der resultierende Mittelwert von dem Referenz-Impedanzwert um einen festlegbaren Toleranzwert ab, so wird ein Fehlersignal abgegeben.In order to determine an impedance Z to be compared with a reference value ZRef, several, e.g. 50 analogue measured values of voltage and current were converted into digital signals, subjected to a Fourier transformation, and from the transformed values of current and voltage correspondingly many impedance values were determined. An average value is formed from these impedance values and this is compared with a reference impedance value. If the resulting mean value deviates from the reference impedance value by a definable tolerance value, an error signal is emitted.

[0034] Die Großsignalmessung bietet als Vorteil, dass Störschall die Messergebnisse nicht beeinflusst, da auf die Lautsprechermembranen auffallender Störschall nur Signale erzeugt, deren Pegel weit unter dem Betriebspegel liegt. Auch ist der Einfluss der Leitungslänge auf das Messergebnis bei der angewendeten niedrigen Messfrequenz nur gering.The large signal measurement offers the advantage that noise does not affect the measurement results, as on the speaker diaphragms striking noise only produces signals whose level is far below the operating level. Also, the influence of the line length on the measurement result at the applied low measurement frequency is low.

[0035] Die magnetische Hysterese des Eisenkerns von Übertragern, welche die 100 Volt Leitung an die üblicherweise niederohmigen, z. B. 8 Ohm-Lautsprecher anpassen, kann bei niedrigen Frequenzen zu erheblichen Änderungen der gemessenen Impedanz führen, sodass es zweckmäßig ist, in den Kernen der Übertrager vorhandene Remanenzen durch einen Entmagnetisierschritt zu entfernen. Dazu wird vor einer Messung ein Entmagnetisierungssignal sE mit niedriger Frequenz fE, z. B. 15 Hz, einer Lautsprecherlinie über einen Leistungsverstärker mit einem bis zu einem Maximalpegel ansteigenden und dann wieder abfallenden Pegel zugeführt. Das Entmagnetisierungssignal - wie alle anderen hier verwendeten Signale zweckmäßigerweise ein Sinussignal - steigt von einem Nullpegel bis zu einem Pegel, der zumindest dem höchsten vorkommenden Betriebspegel entspricht und fällt dann wieder auf einen Nullpegel zurück, um mit Sicherheit alle Remanenzen zu beseitigen. In der Praxis reicht für diesen Vorgang eine Zeit von 1/3 Sekunde.The magnetic hysteresis of the iron core of transformers which the 100 volt line to the usually low-resistance, z. B. adapting 8 ohm speakers, at low frequencies can lead to significant changes in the measured impedance, so it is expedient to remove in the cores of the transformer existing remanences by a demagnetizing step. For this purpose, a demagnetization signal sE low frequency fE, z. B. 15 Hz, a speaker line via a power amplifier with a rising to a maximum level and then dropped again level. The demagnetization signal - like all other signals used here expediently a sinusoidal signal - rises from a zero level to a level which corresponds at least to the highest occurring operating level and then falls back to a zero level, to eliminate with certainty all remanence. In practice, a time of 1/3 second is sufficient for this process.

[0036] Ein weiterer sinnvoller Verfahrensschritt besteht darin, dass vor einer Großsignalmessung ein praxisgemäßer Pegel für das Messsignal auf folgende Weise ermittelt wird: Man unterzieht das Nutzsignal, das wie bereits erwähnt Sprach- und/oder Musiksignale, aber auch andere Signale, wie Alarmsignale, enthalten kann, vor der eigentlichen Impedanzmessung einer Spektralanalyse, wiederum z. B. durch eine schnelle Fourieranalyse, um aus den ermittelten Pegelwerten bei einer Vielzahl von Frequenzen, beispielsweise an 2048 Frequenzpunkten, die zumindest auch die später verwendete niedrige Messfrequenz fu enthalten sollen, einen gewichteten Mittelwertpegel zu bilden. Der Pegel des später aufgeschalteten Messsignals wird sodann automatisch in einem vorgebbaren Abstand zu dem ermittelten Pegel gehalten, erprobtermaßen mindestens 13 dB darunter.Another useful method step is that before a large-signal measurement, a practical level for the measurement signal is determined in the following manner: subjecting the useful signal, as already mentioned speech and / or music signals, but also other signals, such as alarms, may contain, before the actual impedance measurement of a spectral analysis, again z. B. by a fast Fourier analysis to form from the determined level values at a plurality of frequencies, for example at 2048 frequency points, which should contain at least the later used low measuring frequency fu, a weighted average level. The level of the subsequently applied measurement signal is then automatically kept at a predeterminable distance from the determined level, proven at least 13 dB below it.

[0037] Eine Kleinsignalmessung kann durchgeführt werden, wenn kein Nutzsignal vorhanden ist, bzw. wenn die zu messende Lautsprecherlinie auf keinen Verstärker aufgeschaltet ist. Zum Zwecke der Kleinsignalmessung wird der Audiogenerator GEN verwendet, der - von dem Prozessor DSP gesteuert - Signale vorgebbarer Frequenz erzeugt, beispielsweise 70 Hz, 250 Hz und 1000 Hz. Diese Signale werden der Reihe nach an die zu messende Lautsprecherlinie gelegt, wobei ebenso wie bei der Großsignalmessung Strom und Spannung laufend gemessen, die Messwerte abgetastet und Fourier-transformiert werden. Für diesen Zweck wird gleichfalls der digitale Signalprozessor DSP herangezogen.A small signal measurement can be performed if no useful signal is present, or if the measured speaker line is connected to any amplifier. For the purpose of small signal measurement, the audio generator GEN is used, which - controlled by the processor DSP - generates signals of a specifiable frequency, for example 70 Hz, 250 Hz and 1000 Hz. These signals are applied in succession to the loudspeaker line to be measured, as well as in the large-signal measurement current and voltage continuously measured, the measured values are sampled and Fourier-transformed. For this purpose, the digital signal processor DSP is also used.

[0038] Die Signalpegel werden so gewählt, dass bei den jeweiligen Frequenzen Schallpegel erzeugt werden, die in den beschallten Gebieten für Menschen nicht hörbar sind oder zumindest als nicht störend empfunden werden. Die Pegelwahl erfolgt abhängig von der Frequenz entsprechend der Gehörkurve, wobei für eine 100 Volt Anlage in der Praxis Spannungspegel in der Größenordnung von 300 bis 400 mV bei 70 Hz typisch sind. Ein Entmagnetisieren der Übertragerkerne ist bei Signalen höherer Frequenz im Allgemeinen nicht erforderlich.The signal levels are chosen so that sound levels are generated at the respective frequencies, which are not audible to people in the sonicated areas or at least perceived as not disturbing. The level selection is dependent on the frequency corresponding to the auditory curve, for a 100 volt system in practice voltage levels in the order of 300 to 400 mV at 70 Hz are typical. Demagnetization of the transmitter cores is generally not required for higher frequency signals.

[0039] Für jede Frequenz wird rasch hintereinander eine Vielzahl von Messwerten ermittelt, beispielsweise wieder 50 Messwerte je Frequenz, und dann gemittelt. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt diese Messung alle 100 Sekunden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn über die wie oben erhaltenen Mittelwerte eine Statistik ermittelt und daraus ein gleitender Mittelwert gebildet wird. Die Anzahl der Werte, über die (mittels gleitendem Mittelwert) gemittelt wird, bestimmt sich aus der Varianz und der gewünschten Toleranz der Linie. Die Varianz ist die mittlere quadratische Abweichung der Messwerte von deren Mittelwert. Je höhe die Varianz, d. h. je höhe die Messwerte um ihren Mittelwert schwanken, und je geringer die gewünschte Toleranz ist, über umso mehr Werte muss gemittelt werden. In einem aktuellen Messverfahren 5/9For each frequency, a plurality of measured values are determined in quick succession, for example 50 measured values per frequency again, and then averaged. In one embodiment, this measurement is done every 100 seconds. It is particularly expedient if a statistic is determined via the average values obtained as above and a moving average is formed therefrom. The number of values averaged over (by moving average) is determined by the variance and the desired tolerance of the line. The variance is the mean squared deviation of the measured values from their mean value. Depending on the variance, d. H. the higher the measured values fluctuate around their mean value, and the lower the desired tolerance, the more values must be averaged. In a current measurement 5/9

Claims (10)

österreichisches Patentamt AT504 297B1 2009-11-15 werden exponentielle gleitende Mittelwerte verwendet, d. h. es wird der aktuelle Mittelwert mit einem bestimmten Faktor < 1, z.B.: 0,1 multipliziert und zu dem mit 1 minus diesem Faktor multiplizierten aktuellen Mittelwert dazu addiert: Mittelwert: x[«] = k · x[n] + (l - k)x[n -1J jc[l] = x[\] Varianz: var, [«] = k(x[n] - ψ])2 + (l - k)\arx [η -1J var,[l]=x[l]/4 <- Schätzwert [0040] Dieser gleitende Mittelwert kann dann, z. B. alle 100 s, mit dem Soll(Referenz)wert verglichen werden. [0041] Es ist für den Fachmann klar, dass die Wahl der verwendeten Frequenzen ebenso wie deren Anzahl im Rahmen der Erfindung den jeweiligen Bedingungen angepasst werden kann. Ebenso wird es von Vorteil sein, wenn periodisch, z. B. mit der erwähnten 100 Sekunden Periode, sowohl Großsignal- als auch Kleinsignalmessungen durchgeführt werde. Patentansprüche 1. Verfahren zur Überwachung von Lautsprecherlinien durch Impedanzmessung, bei welchem dem Eingang einer Lautsprecherlinie zumindest ein Wechselspannungssignal vorbestimmter Frequenz zugeführt wird, Spannung und Strom an dem Eingang der Linie gemessen werden und aus diesen Messwerten die Eingangsimpedanz an der Linie ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer mit einem Referenzwert (ZRef) zu vergleichenden Impedanz (Z) bei einem Messvorgang eine Vielzahl analoger Messwerte von Spannung und Strom in digitale Signale gewandelt und diese einer Fouriertransformation unterworfen werden, aus den Fouriertransformierten Werten von Strom und Spannung eine entsprechende Vielzahl von Impedanzwerten ermittelt wird, diese Impedanzwerte einer Mittelwertbildung unterzogen werden und der resultierende Mittelwert mit einem Referenz-Impedanzwert verglichen wird, wobei bei Abweichen des resultierenden Mittelwertes von dem Referenz-Impedanzwert um einen festlegbaren Toleranzwert ein Fehlersignal abgegeben wird.Austrian Patent Office AT504 297B1 2009-11-15 uses exponential moving averages, ie. H. the current mean value with a certain factor < 1, eg: multiplied by 0.1 and added to the current mean multiplied by 1 minus this factor: mean: x [«] = k · x [n] + (l - k) x [n -1J jc [l] = x [\] Variance: var, [«] = k (x [n] - ψ]) 2 + (l - k) \ arx [η -1J var, [l] = x [l] / 4 < - Estimation This moving average can then, for. B. every 100 s, with the reference (reference) value to be compared. It is clear to those skilled in the art that the choice of the frequencies used as well as their number in the context of the invention can be adapted to the respective conditions. Likewise, it will be advantageous if periodically, z. B. with the mentioned 100 second period, both large signal and small signal measurements would be performed. 1. A method for monitoring loudspeaker lines by impedance measurement, wherein the input of a loudspeaker line at least an alternating voltage signal of predetermined frequency is supplied voltage and current at the input of the line are measured and determined from these measurements, the input impedance to the line and compared with a reference value is characterized in that, for determining an impedance (Z) to be compared with a reference value (ZRef), a multiplicity of analog measured values of voltage and current are converted into digital signals and subjected to Fourier transformation, from the Fourier transformed values of current and Voltage, a corresponding plurality of impedance values are determined, these impedance values are averaged and the resulting mean value is compared with a reference impedance value, wherein when the resulting mean value deviates from the Re Reference impedance value is given by a definable tolerance value, an error signal. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei einer Großsignalmessung ein einziges Wechselspannungssignal (su) vorbestimmter Frequenz einer Lautsprecherlinie über einen Leistungsverstärker mit einem Pegel zugeführt wird, der unterhalb des Nennbetriebspegels liegt, und das Wechselspannungssignal eine so niedrige Frequenz (fu) aufweist, dass ein für das menschliche Ohr nicht oder nur kaum wahrnehmbarer Schallpegel erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in a large signal measurement a single AC signal (see below) predetermined frequency of a speaker line is supplied via a power amplifier with a level which is below the nominal operating level, and the AC signal such a low frequency (fu) has a that for the human ear is not or barely perceptible sound level is generated. 3. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzsignal vor jeder Messung einer Spektralanalyse unterzogen wird, um den Nutzsignalpegel bei einer Vielzahl von Frequenzen (m) zu ermitteln, wobei diese Vielzahl von Frequenzen auch die einzige niedrige Frequenz (fu) enthält, aus der Vielzahl der erhaltenen Nutzsignalpegel ein gewichteter Mittelwertpegel gebildet wird und für jede Messung der Pegel des der Lautsprecherlinie zugeführten einzigen Messsignals niedriger Frequenz in einem vorgebbaren festen Abstand zu dem gewichteten Mittelwertpegel eingestellt wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the useful signal before each measurement is subjected to a spectral analysis to determine the Nutzsignalpegel at a plurality of frequencies (m), said plurality of frequencies and the only low frequency ( fu), from the plurality of received signal levels obtained a weighted average level is formed and for each measurement, the level of the loudspeaker line supplied single measuring signal of low frequency is set by a predetermined fixed distance to the weighted average level. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Messung ein Entmagnetisierungssignal (sE) mit niedriger Frequenz (fE) einer Lautsprecherlinie über einen Leistungsverstärker mit einem bis zu einem Maximalpegel ansteigenden und dann wieder abfallenden Pegel zugeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before degaussing a signal (sE) low frequency (fE) of a speaker line via a power amplifier with a up to a maximum level increasing and then falling again level is supplied. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kleinsignalmessung zumindest ein Wechselspannungssignal (Si) vorbestimmter Fre- 6/9 österreichisches Patentamt AT504 297B1 2009-11-15 quenz/Frequenzen (f,) einer Lautsprecherlinie mit einem Pegel/Pegeln zugeführt wird, der so gewählt wird, dass die erzeugten Schallpegel für das menschliche Ohr nicht oder nur kaum wahrnehmbarer sind.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at a small signal measurement at least one AC signal (Si) predetermined Fre quency / frequencies (f,) of a speaker line with a Level / levels is selected, which is chosen so that the generated sound levels are not or barely perceptible to the human ear. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem laufenden Betrieb der Anlage in einer Einlernphase der Lautsprecherlinie Signale unterschiedlicher Frequenzen und/oder Pegel zugeführt, die dabei erhaltenen Messwerte vom Strom und Spannung in digitale Signale umgewandelt und sodann einer Fouriertransformation unterworfen und sodann aus den Strom- und Spannungswerten Referenzwerte (ZRef) für unterschiedliche Frequenzen und/oder Pegel ermittelt und abgespeichert werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that prior to the operation of the system in a learning phase of the loudspeaker line signals of different frequencies and / or level supplied, the measurements obtained from the current and voltage converted into digital signals and then a Subjected to Fourier transform and then determined from the current and voltage reference values (ZRef) for different frequencies and / or levels and stored. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Frequenz/Pegel eine Vielzahl von Einzelmesswerte für Strom und Spannung ermittelt werden und der folgenden Bestimmung der Referenzimpedanzen Mittelwerte der Einzelmesswerte zugrunde gelegt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that for each frequency / level a plurality of individual measured values for current and voltage are determined and the following determination of the reference impedances average values of the individual measured values are used. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzwert während des Betriebes dahingehend geändert wird, dass langsamen Änderungen von Ist-Impedanzen ein weiterer Toleranzbereich der Referenzimpedanzen zugewiesen wird, als raschen Änderungen.8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the tolerance value is changed during operation to the effect that slow changes of actual impedances a further tolerance range of the reference impedances is assigned, as rapid changes. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert der Impedanz ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the absolute value of the impedance is determined and compared with a reference value. 10. Vorrichtung zur Überwachung von Lautsprecherlinien durch Impedanzmessung mit zumindest einem Signalgenerator und zumindest einem Verstärker sowie gesteuerten Schaltern zur Zuführung zumindest eines Wechselspannungssignals vorbestimmter Frequenz an den Eingang zumindest einer Lautsprecherlinie, mit Messeinrichtungen zum Messen von Spannung und Strom an dem Eingang der Linie sowie mit zumindest einem Mikroprozessor, welcher unter Benutzung der Merkmale des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 den zumindest einen Signalgenerator steuert, dem die Messwerte der Messeinrichtungen zuführbar sind und der zur Ermittlung der Eingangsimpedanz an der Linie und zu deren Vergleich mit einem Referenzwert sowie zur Abgabe eines Fehlersignals eingerichtet ist, falls der ermittelte Impedanzwert innerhalb festsetzbarer Toleranzen von einem Referenzwert abweicht. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 7/910. An apparatus for monitoring loudspeaker lines by impedance measurement with at least one signal generator and at least one amplifier and controlled switches for supplying at least one alternating voltage signal of predetermined frequency to the input at least one speaker line, with measuring devices for measuring voltage and current at the input of the line and at least a microprocessor which, using the features of the method according to one of claims 1 to 9, controls the at least one signal generator to which the measured values can be fed to the measuring devices and which is used to determine the input impedance at the line and to compare it with a reference value and to output a signal Error signal is established if the determined impedance value deviates from a reference value within determinable tolerances. For this 2 sheets drawings 7/9