EXAMENSARBETE. Hur påverkar byggnadsmaterial av stål en induktiv hörslingas fältstyrka samt frekvensgång? Fredrik Olofsson 2015

Transkript

1 EXAMENSARBETE Hur påverkar byggnadsmaterial av stål en induktiv hörslingas fältstyrka samt Fredrik Olofsson 0 Filosofie kandidatexamen Ljudteknik Luleå tekniska universitet Institutionen för konst, kommunikation och lärande

2 Hur påverkar byggnadsmaterial av stål en induktiv hörslingas fältstyrka samt - Fredrik Olofsson, LTU - 04 (How does steel building materials affect the field strength and frequency response in inductive loop systems?) Abstract This research analyzed differences in measurements of magnetic field strength and frequency response in five audio induction loops installed in rooms of wooden construction materials and five audio inductive loops installed in rooms of steel reinforced concrete constructions. The inductive loops were installed at floor level and the measurements were made at the listening height of.m. Measurements of background noise, field strength and frequency response were made at fifteen different measurement points across the room. The research measurements showed that there are differences in field strength and frequency response between these two conditions, whether the audio induction loop is installed in a wooden construction or the audio induction loop is installed in a reinforced concrete construction. The results had a significance level of p=0,0.

3 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Innehåll Introduktion sid. - Bakgrund sid. - Syfte sid.4 Teori sid. Metod sid.8 Resultat sid.0 Analys sid. Diskussion och slutsatser sid. Framtida forskning sid.8 Referenser sid.9

4 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Introduktion Hörslingan har använts sedan omkring 90- talet och är i praktiken samma teknologi som de använde för kommunikation på stridsfartygen under andra världskriget []. Teorin bakom hörslingan och dess förstärkare ligger i att en kabel installeras runt om rummet vilket bildar en slinga som i sin tur ansluts till en strömförstärkare. Insignalen förstärks därmed och skickas ut i slingan som en ström, strömmen i sin tur bildar ett elektromagnetiskt fält runtomkring slingtråden, detta elektromagnetiska fält fångas upp med hjälp av en spole, exempelvis en hörapparat med inbyggd spole. Strömmen som spolen plockar upp från det elektromagnetiska fältet genereras sedan till en hörbar signal i hörapparaten. Anslutna ljudkällor förstärks och hörapparatbäraren kan därmed höra det som sägs i mikrofonen, ljudet från tv:n, radion eller från exempelvis ett PA. Detta hjälper den hörselskadade att exempelvis följa med i konversationer [4]. Det är en billig konstruktion som har både sina för- och nackdelar [Tabell.]. - Bakgrund Syftet med detta arbete är att ge underlag för den yrkesgrupp som arbetar med installationer av hörslingor, vilka upplever att det är en viss skillnad mellan rum om det är av träkonstruktion eller betongkonstruktion. Detta märks av vid kalibrering av förstärkaren, att exempelvis högre förstärkning måste användas när det handlar om rum med betongkonstruktion och tillhörande armeringsjärn jämfört med rum av träkonstruktion för att nå upp i fältstyrkan enligt standarden []. Problemet med hörslingor är att de är känsliga för störningar utifrån, exempelvis andra elektriska produkter såsom datorer, bildskärmar, lysrör, dimmers, el- automation, motorer osv. De flesta störningarna går att reducera, störningar som kommer in via ingångarna på förstärkaren går att lösa med : transformatorer vilket galvaniskt isolerar signalen. Bakgrundsbrus kan finnas i byggnaden, denna störning fångas oftast upp av själva magnetslingan. Störningar som fångas upp via magnetslingan är svårare att reducera. Det är därför viktigt att innan installation av hörslingan mäta upp bakgrundsbruset för att säkerställa att det blir ett bra signal/brus förhållande och därmed kan erhålla bra

5 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 talförståelse över hörslingan. Bakgrundsbruset härstammar från vårt egna elnät, 0 Hz och dess övertoner, :a övertonen 00 Hz, :e övertonen 0 Hz osv. Dagens förstärkare för hörslingor har lösningar såsom fördröjning av ljudet för att kunna synkronisera ljudet med bilden, det finns även en tonkontroll för kompensering av diskantbortfall orsakat av metall i byggnader såsom armeringsjärn, en del förstärkare har även en bas och diskant kontroll. En del forskning har gjorts inom ämnet tidigare där följande kommit fram: Uniformity of Field Strength: Since the loudness of the signal and the signal- to- noise ratio are directly proportional to the signal strength, the signal within the coverage area must be quite uniform; typically, within a 6 range. Also, steel building elements can distort the field significantly. Achieving a uniform signal requires attention during the design stage. [] Nedan [Figur.] visas hur signalkedjan ser ut för en typisk hörslinga. Signal- källa Hörslinge- Förstärkare Magnet- - slinga fält Hörapparatens telespole (mottagare) tar upp magnetfältet och omvandlar det till hörbart ljud. [Figur.] Signalkällan förstärks av hörslingans förstärkare, den förstärkta strömmen bildar ett magnetfält som i sin tur fångas upp av hörapparatens mottagare, telespolen. Telespolen omvandlar den mottagna strömmen till hörbart ljud i hörapparaten. - Syfte Syftet med denna studie är att få en djupare inblick utifrån mätningar om och i sådana fall på vilket sätt hörslingans magnetfält påverkas av byggnadsmaterial av järn såsom armeringsjärn. En del nya förstärkare för hörslingor har en metal compensation funktion som gör det möjligt att kompensera för dämpningen främst orsakat av byggnadsmaterial av järn i fältstyrka vilket därmed påverkar frekvensgången i hörslingans magnetfält. Är denna dämpning orsakat av byggnadsmaterial av järn märkbar och i sådana fall är det främst i de högre frekvenserna denna dämpning sker? 4

6 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Blir det en dämpning av fältstyrkan? I sådana fall vart i frekvensspektrumet är det minst/störst förändring av fältstyrkan? Går det utifrån mätningarna att avgöra om den eventuella dämpningen är märkbar? Om fallet är det att det sker en märkbar dämpning över hela eller delar av frekvensspektret kan hänsyn tas vid planeringsstadiet av en installation av en hörslinga till denna dämpning och utifrån det göra valet av vilken förstärkare som bör användas samt vilken diameter på slingtråden som bör användas för den tänkta lokalen. Denna studie går ut på att mäta upp fem stycken rena trärum samt fem stycken armerade betongrum, vad skillnaden i fältstyrka är över frekvensspektret mätt i tersband och om i vilken grad den magnetiska fältstyrkan dämpas på grund av byggnadsmaterial med järn såsom armerad betong. Därmed kommer inte förstärkarens bas- eller diskantkontroll justeras utan vara raka, för att inte påverka frekvensgången i magnetfältet. I [] utförs en studie inom ämnet där den uppmätta hörslingan var installerad i tak, problemet var att de inte fick ut någon användbar signal på grund av att innertaket var av den infällda typen med stålramar. Stålramarna dämpade signalen och gjorde hörslingan oanvändbar. Hörslingan installerades då i golvplan och mättes upp till godtagbar fältstyrka. For an existing large function room, we proposed running a loop in a recessed lighting cove at the perimeter of the room about 8 feet above the floor. This plan positioned the loop several inches above the central plaster ceiling. When the loop was tested, no usable signal could be found. We inferred that the plaster was on metal lath, which was effectively shielding the room from the inductive field. The loop was relocated to floor level (going around door openings); and the system performed satisfactorily. The lesson is: Take building steel into consideration in loop placement. [] Teori Det finns inte allt för mycket forskning att gå efter när det gäller uppmätning av hörslingor och dess frekvensgångsskillnader mellan rum av träkonstruktion och rum av betongkonstruktion. Däremot har det gjorts en hel del forskning om taluppfattbarhet över hörslingan men även taluppfattbarheten i hörapparater. I dessa studier talas det

7 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 mycket om vikten att välja rätt komponenter för att undvika störningar i själva signalkedjan som i sin tur kan påverka taluppfattbarheten. Att akustikbehandla rum för att uppnå en godtagbar efterklangstid som i sin tur genererar en bra taluppfattbarhet hos en hörselskadad är ett sätt. En hörslinga kan kalibreras för ett gott signal/brus förhållande men där hänger det en del på de störningar som kan komma via magnetfältet som hörslingan utgör och givetvis störningar som tar sig in via signalkedjan. De tre vanligaste överföringsmetoderna från signalkälla till hörapparat vi använder i Sverige är i dagens läge: frekvens modulation (FM), infra röd överföring (IR) samt induktions slingor. När man använder sig av FM- system eller IR- system har man ofta en mottagare runt halsen som i sin tur för över signalen via en liten induktiv slinga, halsslinga. De som inte kan använda hörapparater men ändå har nedsatt hörsel använder dessa system tillsammans med hörlurar. Det finns naturligtvis fördelar och nackdelar med alla dessa tre system. En av fördelarna med hörslingor är att många människor äger sin egen mottagare i form av en hörapparat, därmed blir inte kostnaden för en hörslinga särskilt hög. De som äger anläggningen (om den är publik) behöver bara investera i ett antal mottagare med hörlurar för de besökare som inte har en egen hörapparat med inbyggd telespole eller de som har nedsatt hörsel, men inte har en hörapparat. Sändarsystemet är lätt att montera och lätt att använda. Fördelen med en hörslinga är även att den effektivt kan täcka ett stort område exempelvis stora salar, kyrkor och hörsalar med dagens teknik. Om nödvändigt kan sekretessen behållas genom att installera en motfasslinga vilket gör att hörslingan täcker upp den tänkta ytan men fasas ut utanför den tänkta ytan []. Alla tre överföringsmetoderna är billiga tekniker sett till underhållet som behövs för att allt ska fungera bra men även eftersom att de flesta användare har sina egna mottagare. Den induktiva slingan är känslig för olika störningar. Om detta tagits i hänsyn innan installation och rekommenderad förstärkare samt rekommenderad slingtråd för ändamålet används vid installationen för att uppnå tillräcklig signalstyrka, reduceras vissa störningar och ett bättre signal/brus förhållande uppnås. Eftersom att brusnivån i en hörslinga kan vara hög kvalificerar den sig inte som HIFI men den klarar i de flesta fall att få till en godtagbar taluppfattbarhet. Bakgrundsbruset i sig härstammar från 6

8 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 annan elektrisk utrustning som finns runt omkring oss i vardagen, exempelvis elnätet, lysrör, dimmers, motorer osv. [4]. IR system har nackdelen att signalen kan släckas ut vid starkt solljus eller blockering av den infra röda signalen. Något som kan försämra taluppfattbarheten i alla tre system är när det används en mikrofon som signalkälla, om rummet i sig har dålig akustik eller att det kommer in annat som stör, exempelvis ventilationens brus kan det bli svårt att få till en bra signal/brus - förhållande. Det har tidigare gjorts arbeten om taluppfattbarhet över hörslingan och vad som krävs för att talupffattbarheten ska bli godtagbar. Rekommendationer över hörslingans signalkedja har utformats och härnäst kommer en lista på citerade förslag på rekommendationerna [4]. Frequency Response Minimum 00Hz to khz +0,- (Based on BS 794) STI / STIPA >0.6 preferably > 0.70 or (BS 794 & Bakke) AGC Capture Min 0- capture with of output variation. 0 if possible (Mapp) 4 Compression Max 6 (Mapp & Industry good practice Note there can be an interaction with personal hearing aid processing but compression may be necessary to reduce the peak current requirements in large AFILS installations) Limiter Hard protection limiter to protect against sudden shocks / impulses 6 Signal Delay < 4 ms, ideally < 0 ms. Delay should typically be equivalent to approximately half the distance from the stage to the furthest ALS listener. (Mapp) 7 Signal to noise Ratio >>, > 40 should be aimed for (Bakke & IEC EN 608-4) 8 Signal Source 7

9 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Direct feed from sound system with ducked ambient microphone. Levels must be carefully matched. [4] Dessa förslag på rekommendationer på en hörslingas signalkedja uppfylls till viss del i dagens läge. Flera av förslagen ingår redan i standarder såsom IEC [] samt den brittiska standarden, BS794. Tekniken utvecklas hela tiden och utrustningarna blir bättre och bättre. [Tabell.] visar fördelarna och nackdelarna med de tre överföringssystemen. Teleslinga FM IR Fördelar +Billig teknik +Bra sekretess när installerad som motfasslinga + Enkelt att använda + Bra räckvidd +Bra räckvidd +Enkelt att använda +Billigare än FM +Bra sekretess +Enkelt att använda Nackdelar - Känslig för störningar - Dålig sekretess vid enkel installation. - Dyrare - Dålig sekretess - Kräver mer skötsel, batteribyten - Ljudöverföringen störs vid starkt solljus eller om IR signalen täcks för. - Sämre räckvidd - Kräver mer skötsel, batteribyten [Tabell.] [], [4]. Med hjälp av att veta fördelar samt nackdelar med de olika system kan rätt system väljas för att få bäst resultat för ändamålet. Metod Metoden för denna studie går ut på att göra ett antal mätningar i fält för att klargöra om det uppstår skillnader i frekvensgång samt fältstyrka i hörslingor beroende på om de är installerade i rum av träkonstruktion eller installerade i rum av betongkonstruktion med tillhörande armeringsjärn. 8

10 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Ett antal om fem rum av träkonstruktion och fem rum av betongkonstruktion valdes ut. Det var vanliga vardagsrum vanligt möblerade hemma hos privatpersoner där de fem trärummen hade trägolv utan betongplatta som grund och betongrummen var vanliga vardagsrum i fem olika lägenheter vanligt möblerade med armerad betong i golv. Utrustningen som används för studierna var densamma för alla rum samt även samma kablage användes för alla rum, denna utrustning kalibreras först efter ett trärum där förstärkarens förstärkning ut på hörslingan kalibrerades efter standarden IEC []. Enligt [] skall fältstyrkan ha ett RMS värde om 0 +/- över fältets utbredning där 0 motsvarar 400mA/m i fältstyrka. Mätpunkterna fördelades i rummen för att bilda en matris för att visa det uppmätta magnetfältets utbredning och dess frekvensgång. På varje mätpunkt i rummen kommer bakgrundsbrus och fältstyrka mätas linjärt samt frekvensgång i tersband från 00 Hz till 0 khz. Hörslingan har i varje rum installerats i golv där golvet i trärummen hade krypgrund (ej armerad betong) och betongrummen hade armerad betong i golv. Mätningarna utfördes på en lyssningshöjd om,m ovan slingplanet enligt []. När alla mätningar är klara kommer de att sammanställas och analyseras, totala medelvärden för varje rum i kommer räknas ut samt standardavvikelsen för mätpunkterna i varje rum och ett tvåsidigt t- test kommer göras med en signifikansnivå p=0,0. Valet av denna metod till frågan är berättigad eftersom man ställer dess resultat mot varandra och gör jämförelsen mellan de två olika betingelserna (trärum och betongrum). Förstärkaren som användes till hörslingan i mätningarna var en Univox TV00 utvecklad och tillverkad av Bo Edin AB [6]. Mätinstrument som använts i studierna har varit en ljudnivåmätare från Norsonic, NOR40 samt ljudnivåmätare från Brüel and Kjær type 0, istället för mikrofon som pickup har det använts en fältstyrkemätare från Bo Edin FSM.0 [6]. Tanken var först att använda den nya fältstyrkemätaren FSM.0 [6] men denna avfärdades när det uppstod inbördes störningar av olika slag i alla testade instrument. Tongenerator från Brüel and Kjær type 0 har använts till att generera en khz sinus ton som referens och den inställda förstärkningen över tid (RMS) har mätts upp i hörslingans mitt till ett värde på 0. I alla fältstudier efter kalibrering har rosa brus använts från tongeneratorn som signalkälla vid mätningarna. Alla rum har haft en storlek mellan 8 9

11 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 m till m, samma förstärkare till hörslingan har använts samt även samma slingtråd för varje fall. Mätningarna har gjorts i fem rum med träkonstruktion samt fem rum med betongkonstruktion innehållande armeringsjärn. Studierna har gått ut på att efter mätningarna jämföra dessa för att se om byggnadskonstruktioner innehållande järn, ex. armeringsjärn har någon påverkan på det magnetiska fältet som hörslingan utgör. I varje rum har det först gjorts mätningar på bakgrundsbrus för att se om det finns andra störningar att ta hänsyn till i analysen av mätdata. För varje mätpunkt i varje rum har magnetisk fältstyrka samt frekvensbandsmätningar gjorts. Max och min värde för varje rum är även det uppmätt. Fältstyrkan och frekvensgången är mätt linjärt. Fältstyrkan avläses från fältstyrkemetern FSM.0 och frekvensgången avläses från Norsonic NOR40 ljudanalysator. Resultat Resultaten från mätningarna visar att det finns skillnader mellan de olika rummen och deras utgångsläge. Mellan rum av träkonstruktion skiljde det upp till, i fältstyrka i rummets totala medelvärde. Där hörslingan var installerad i betongrum var skillnaderna upp till,4 i fältstyrka i rummets totala medelvärde. Skillnaden i fältstyrka mellan rum av träkonstruktion och rum av betong konstruktion med armeringsjärn i medelvärde skiljer det upp till 0 i fältstyrka över frekvenserna 00 Hz till 0 khz. Ett rum konstruerat av betong verkar dämpa över hela frekvensspektret 00 Hz 0 khz. Nedan [Diagram.] visas de totala medelvärdena för rummen i staplar, blåa staplar representerar trärummen och röda staplarna representerar betongrummen. I [Diagram.] presenteras frekvensgången, där alla rum är representerade, blåa linjer = trärum och röda linjer = betongrum. 0

12 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Total medelvärde i vardera rum Trä Trä Trä Trä4 Trä 6 4 Bet Bet Bet Bet4 Bet 0 Referens: 0 = 400mA/m [Diagram.] Blåa staplar representerar trärummen - och röda staplar representerar betongrummen -. [Diagram.] visar tydligt att betongrummen ligger något lägre i nivå jämfört med trärummen. Som mest skiljer det 7, och som minst, mellan trärum och betongrum. Mellan trärummen i sig skiljer det som max, och mellan betongrummen var skillnaden,. Medelvärdet räknas sedan ut för dessa totalnivåer: För trärum: MTRÄ=(7,8+7,76+6,6+6,4+7,)/ = 7,7 För betongrum: MBETONG=(4,0+,+,8+0,976+0,6)/ =,9 En generell dämpning för dessa mätningar i rummen blir MTRÄ - MBETONG = 7,7,9.

13 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, HZ Trä Trä Trä Trä4 Trä Betong Betong Betong Betong4 Betong [Diagram.] Blå linjer = Trärum, Röda linjer = Betongrum I [Diagram.] presenteras varje rums frekvensgång i tersband. Det visar att det skiljer 00Hz, khz och 0 khz mellan trärummet med högst fältstyrka och betongrummet med lägst fältstyrka, det vill säga en ganska jämn sänkning i över frekvenserna. Alla kurvor har en liknande sänkning i över frekvensspektret. Mätningarna visar en tydlig förstärkning kring 0Hz vilket är vart bakgrundsbruset ligger i frekvens. Bakgrundsbrus i magnetfältet härstammar från elnätet, i vårt fall 0 Hz och dess övertoner, andra övertonen 00 Hz, tredje övertonen 0 Hz osv. 0 Hz störningen visar sig vara starkast i fältsyrkemätningen och övertonerna i fallande ordning. En hörapparat och en hörslinga har låg verkan under 00 Hz vilket gör att bakgrundsbruset som stör mest är den tredje övertonen på 0 Hz och uppåt. Det är därför det är viktigt att före installation av en hörslinga mäta upp bakgrundsbruset eftersom att taluppfattbarheten blir sämre vid sämre signal/brus förhållande av naturliga skäl.

14 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall Trärum Trärum hade en storlek om 4 * meter, 0 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 4, fältstyrkan hade ett RMS värde på 0. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till 0, min. värdet uppmättes till [Diagram.] Mätpunkter - samt - Trärum En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till - 7,8, max. värdet uppmättes till - 0,6 och min. värdet uppmättes till - 8,8. 4 Trärum Hz [Diagram.4]

15 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall Trärum Trärum hade en storlek om, *, meter, 9, m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 4, fältstyrkan hade ett RMS värde på -. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till -, min. värdet uppmättes till -. Trärum Mätpunkter - samt [Diagram.] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 7,7, max. värdet uppmättes till - 0, och min. värdet uppmättes till - 8,. Trärum Hz [Diagram.6] 4

16 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall Trärum Trärum hade en storlek om * 4, meter,, m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till >-, fältstyrkan hade ett RMS värde på -. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till -, min. värdet uppmättes till - 9. Trärum Mätpunkter - samt [Diagram.7] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 6,6, max. värdet uppmättes till 0,9 och min. värdet uppmättes till - 4,7. Trärum Hz [Diagram.8]

17 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 4 Trärum 4 Trärum 4 hade en storlek om 4 * 4, meter, 8 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till >-, fältstyrkan hade ett RMS värde på -. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till -, min. värdet uppmättes till - 0. TRÄRUM Mätpunkter: - samt [Diagram.9] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 6,4, max. värdet uppmättes till, och min. värdet uppmättes till - 40,. Trärum Hz [Diagram.0] 6

18 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall Trärum Trärum hade en storlek om 6 * meter, 8 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 4, fältstyrkan hade ett RMS värde på -. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till -, min. värdet uppmättes till - 6. TRÄRUM Mätpunkter: - samt [Diagram.] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 7,, max. värdet uppmättes till och min. värdet uppmättes till - 40, Trärum Hz [Diagram.] 7

19 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 6 Betongrum Betongrum hade en storlek om * 4 meter, 0 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 48, fältstyrkan hade ett RMS värde på -. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till -, min. värdet uppmättes till - 9. Betongrum Mätpunkter: - samt [Diagram.] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 4,0, max. värdet uppmättes till -, och min. värdet uppmättes till - 46,6. Betongrum Hz [Diagram.4] 8

20 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 7 Betongrum Betongrum hade en storlek om *,8 meter, 9 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 48, fältstyrkan hade ett RMS värde på - 6. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till - 6, min. värdet uppmättes till -. Betongrum Mätpunkter: - samt [Diagram.] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till,, max. värdet uppmättes till -,9 och min. värdet uppmättes till - 48,8. Betongrum Hz [Diagram.6] 9

21 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 8 Betongrum Betongrum hade en storlek om, * 4 meter, m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till >-, fältstyrkan hade ett RMS värde på - 4. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till - 4, min. värdet uppmättes till - 9. Betongrum Mätpunkter: - samt [Diagram.7] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till,8, max. värdet uppmättes till -,9 och min. värdet uppmättes till - 46,7. Betongrum Hz [Diagram.8] 0

22 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 9 Betongrum 4 Betongrum 4 hade en storlek om, *, meter, 9, m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till >-, fältstyrkan hade ett RMS värde på - 6. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till - 6, min. värdet uppmättes till -. Betongrum Mätpunkter: - samt [Diagram.9] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 0,976, max. värdet uppmättes till - 4, och min. värdet uppmättes till - 49,. Betongrum Hz [Diagram.0]

23 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Fall 0 Betongrum Betongrum hade en storlek om 4,6 * 4 meter, 8,4 m, bakgrundsbruset för rummet uppmättes till - 48, fältstyrkan hade ett RMS värde på - 6. Nedan ser vi ett diagram över fältstyrkans utbredning i rummet och dess - värden. Max. fältstyrka uppmättes till - 6, min. värdet uppmättes till - 6. Betongrum Mätpunkter: - samt [Diagram.] En frekvensanalys av hörslingans magnetfält gjordes och i diagrammet nedan visas resultatet. Det totala medelvärdet för hela rummet och alla dess mätpunkter uppmättes till 0,6, max. värdet uppmättes till -, och min. värdet uppmättes till -,. Betongrum Hz [Diagram.]

24 Analys Hur påverkar byggnadsmaterial av stål en induktiv hörslingas fältstyrka samt C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Utifrån mätresultaten har det gjorts en statistisk prövning, om dessa resultat är statistiskt signifikanta. Det totala medelvärdet för rummet i har räknats ut genom att först använda formeln log0(0^(/0)+0^(/0)+0^(/0) )*0 för att få ut det totala värdet för / oktavband (tersband) över frekvensspektrumet 00 Hz 0 khz och för alla femton mätpunkter i varje rum. När alla femton mätpunkters totala värde räknats ut för varje rum kan också det totala medelvärdet för varje rum räknas ut. Dessa medelvärden användes sedan för att räkna ut om resultatet var statistiskt signifikant i ett två sidigt t- test till en signifikansnivå p=0,0 med ett kritiskt t- värde på,776 när antalet frihetsgrader, df = 4. För att räkna ut summan av kvadraterna räknas först kvadraterna ut utifrån medelvärdet av varje rum subtraherat med det totala medelvärdet för alla rum upphöjt till två. Först räknas summan av kvadraterna för trärummen ut, sedan samma procedur för betongrummen. STRÄ = (MTRÄ- MTOTträ) STRÄ = (MTRÄ- MTOTträ) STRÄ = (MTRÄ- MTOTträ) STRÄ4 = (MTRÄ4- MTOTträ) STRÄ = (MTRÄ- MTOTträ) SSTRÄ = Summan av kvadraterna för trärum. SSTRÄ =,468 STRÄ =(7,8-7,7) 0,44 STRÄ = (7,79-7,7) 0,47 STRÄ = (6,6-7,7) 0,0 STRÄ4 = (6,4-7,7) 0,9 STRÄ = (7,- 7,7) 0,00 nträ = antal objekt och nträ- är antal frihetsgrader (df) nträ- = - = 4 STRÄ = (SSTRÄ/(nträ- )) STRÄ= (,468/4) =0,606 SBETONG = (MBETONG- MTOTbetong) SBETONG = (4,0-,9),474 SBETONG = (MBETONG- MTOTbetong) SBETONG = (,-,9) 0,006 SBETONG = (MBETONG- MTOTbetong) SBETONG = (,8-,9) 0,977 SBETONG4 = (MBETONG4- MTOTbetong) SBETONG4 = (0,976-,9),477 SBETONG = (MBETONG- MTOTbetong) SBETONG = (0,6-,9),4 SSBETONG = Summan av kvadraterna för betongrum. SSBETONG = 8,6

25 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 nbetong = antal objekt och nbetong- är antal frihetsgrader (df) nbetong- = - = 4 SBETONG = (SSBETONG/(nBETONG- )) SBETONG= (8,6/4) =,44 t = (MTRÄ MBETONG) /( (STRÄ /nträ + SBETONG /nbetong)) Där MTRÄ är det totala medelvärdet för trärum och MBETONG är det totala medelvärdet för betongrum. STRÄ är roten ur summan av kvadraterna (SSTRÄ) dividerat med antalet trärum (n TRÄ) och SBETONG är roten ur summan av kvadraterna (SSBETONG) dividerat med antalet betongrum (nbetong) t = (7,7,9) /( (0,606 /+,44 /)) t 7, Ett likadant t- test gjordes för varje rum av alla mätpunkters standardavvikelse. T- test - Standardavvikelse Trärum 9,4 9,06 9,0 4 8,998 9,7 Medelvärde- Standardavvikelse 9,09 Betongrum 0,8 0,7 9,9 4 9,9 0,686 Medelvärde- standardavvikelse 0,4 [Tabell.] Trärum Sum of squares (SS TRÄ ) n n- S TRÄ = (ss/n- ) Betongrum Sum of squares (SS BETONG ) n n- S BETONG = (ss/n- ) 0, , 0,4 4 0, t = (9,09 0,4) /( (0, /+0, /)) t - 7, Med dessa resultat kan nollhypotesen förkastas och resultaten visar att det är skillnad mellan en hörslinga som är installerad i ett rum konstruerat av trä jämfört med ett rum som är konstruerat av betong med armeringsjärn i fältstyrka och att det är skillnad i frekvensgång mellan dessa till en signifikansnivå p=0,0. 4

26 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Diskussion och slutsatser Det finns inte mycket forskning inom precis detta område om hörslingor, deras frekvensgång och skillnader i densamma. En del företag som designar och tillverkar förstärkare för hörslingor talar ofta om diskantförluster orsakade av att det finns byggnadsmaterial av järn där hörslingan är installerad. På grund av att det inte finns några direkta mätningar på ämnet att tillgå har man i denna studie fått gå en del på känsla men även tillämpa mätningarna som man skulle gjort i andra situationer när det gäller frekvensgångsmätningar och kalibreringar av utrustning, utgå ifrån standarder. Mätningarna kan givetvis göras på andra sätt. Varför man har valt att göra mätningarna på detta sätt är för att få en tydlig bild av skillnaden i fältstyrkans nivå mellan de olika rummen och skillnader i fältstyrka mellan olika punkter i rummen, men även få fram frekvensgången för att kunna se var i frekvensspektret det sker störst förändring i fältstyrkans nivå. Resultatet visar att det finns tydliga skillnader mellan hörslingor installerade i betongrum gentemot hörslingor installerade i trärum i frekvensgång och fältstyrka i totala medelvärdet över rummen. Diagrammen visar alla rum i ett men även var för sig där man kan se frekvensgången för varje rum, resultaten visar även varje rum för sig och magnetfältets utbredning. I detta fall gick det att bevisa att resultaten var statistiskt signifikanta, det vill säga; det är skillnad i fältstyrka i en hörslinga installerad i ett rum konstruerat av trä gentemot ett rum konstruerat i betong med armeringsjärn. Mätningarna som gjordes visade på en skillnad mellan trärum och betongrum på upp till 0 i tersbandet 0kHz om man ställer trärummet med bäst förutsättningar mot betongrummet med sämst förutsättningar. Det hade varit en ytterligare styrka för resultaten om mätobjekten var fler, problemet är att det tar en väldig tid att göra alla dessa mätningar och analyser över vardera mätningens resultat, men detta är en bra början som visar att det faktiskt är skillnad i frekvensgång och fältstyrka mellan olika rum av olika byggnadsmaterial. Detta kan man ta med sig när eller om man vill utveckla arbetet och mäta på fler objekt eller ställa denna studie mot en annan metod.

27 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Även om man kan göra detta på olika sätt med fler mätobjekt ska man ändå se dessa resultat som mycket goda av den anledningen att resultaten var entydiga och en stor skillnad i fältstyrka kunde bevisas. Är det främst i de högre frekvenserna den högsta dämpningen sker? I denna studie har mätningarna koncentrerat sig till skillnaden i fältstyrka mellan en hörslinga installerad i golvplan i fem olika trärum samt fem olika betongrum. En indikation utifrån dessa mätningar är att det sker en liten högre dämpning i de högre frekvenserna som kan ses i [Diagram.] och [Diagram.4]. Dämpningen är framräknad utifrån summan av medelvärdena från varje tersband 00Hz - 0kHz i alla fem betongrum subtraherat med summan av medelvärdena från varje tersband 00Hz 0Khz i alla trärum. Summan för varje tersband i respektive rum är framräknad genom att addera medelvärdena för ex. 00Hz för trärum -, Formeln: LOG0(0^(X/0)+0^(X/0) )*0 har använts för att summera de aktuella värdena. De framräknade värdena visar summan av tersbandens medelvärden för alla trärum samt alla betongrum, dessa värden har sedan ställts mot varandra för att se dämpningens nivå i. [Diagram.] och [Diagram.4] visar att det sker en dämpning på närmare 8 mellan trärum och betongrum i de högsta frekvensbanden när summan av tersbandsmedelvärdena för trärum ställs mot summan av tersbandsmedelvärdena för betongrum. Enligt [Diagram.] är det vid 00Hz en skillnad i fältstyrka om ca.,, vid 000Hz ca. och vid 0000Hz ca. 8. Ökar man förstärkningen följer hela kurvan med vilket inte skulle hjälpa en eventuell diskantförlust eftersom att bas och mellanregister även följer med förstärkningen. Vidare studier krävs för att undersöka detta närmare men indikationen finns att det sker en lite högre dämpning i de högre frekvenserna. 6

28 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Summan av tersbandens medelvärden för alla trärum samt alla betongrum TRÄRUM BETONGRUM Hz [Diagram.] Diagram över summan av tersbandens medelvärden för alla trärum samt alla betongrum. DÄMPNING DÄMPNING [Diagram.4] Summan av betongrummens medelvärden subtraherat med summan av trärummens medelvärden över tersband från 00Hz till 0kHz. 7

29 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Framtida forskning En studie som är koncentrerad på diskantförlustfrågan skulle vara intressant att göra. Hjälper tonkontrollen för diskant att uppnå en jämn Påverkas andra frekvenser positivt eller negativt av tonkontrollens förändringar? Det vore även intressant att göra dessa mätningar på olika lyssningshöjder för att se vilken grad dämpningen av fältstyrkan i magnetfältet är, om dämpningen sker gradvis eller om det är olika från ställe till ställe. Experiment med gradvis lutning av spolen som tar emot det fluktuerande magnetfältet kan också vara intressant, hur kan man förbättra detta på bästa sätt med den teknik vi har och inte behöva göra mottagarna större än vad som behövs på grund av fler komponenter. Med tanke på att bakgrundsbruset ibland kan vara hög i nivå påverkar detta signal / brus förhållandet avsevärt i vissa fall. Går det att göra något åt bakgrundsbruset? För de som har svårt att uppfatta vad som sägs på grund av bakgrundsbruset eller på ställen där det är för högt. Kan man programmera hörapparaten för att dämpa de frekvenser där det är som värst utan att påverka den totala frekvenskurvan, exempelvis med ett notch- filter i hörapparat programmeringen? Risken finns att det övriga frekvenser påverkas beroende på hur mycket notch- filtret skär i den valda frekvensen. 8

30 C- uppsats Fredrik Olofsson, LTU, 04 Referenser () Andersson, Gerhard, et.al. 007 NLA, Nordisk Lärobok i Audiologi s.60-6 C A Tegnér AB, Bromma () Alterovitz, Gil Electrical Engineering and Nontechnical Design Variables of Multiple Inductive Loop Systems for Auditoriums Journal of Deaf Studies and Deaf Education vol. 9 no., s.0-09 Oxford University Press 004. () R.Lawrence Philbrick Audio induction loop systems for the hearing impaired AES 7 nd Convention 98 October - 7 Anaheim, California (4) Mapp, P Electroacoustic Performance Requirements for Assistive Listening Systems for Hard of Hearing and Hearing Impaired Listeners AES 47 th international conference 0 June 0- Chicago, USA () International Electrotechnical Commission (0) website by IEC Electroacoustics Hearing aids Part 4: Induction- loop systems for hearing aid purposes System Performance requirements. IEC 608-4:04 Senast hämtad w= (6) Bo Edin AB (0) website by HB Senast hämtad