lydeksponeringsmonitor - wordpress.com · 2012. 4. 10. · forord dette p1 projekt er udarbejdet af...

Første Studieår Elektronik og IT Strandvejen 12-14 9000 Aalborg http://tnb.aau.dk

Titel:

Lydeksponeringsmonitor

Tema:

Semestertema

Projektperiode: Synopsis:

Efterårssemesteret 2011

Projektgruppe:

B252

Deltagere:

Martin Svenningsen

Lars Sloth Christensen

Joakim Jørgensen

Kenneth Uldbjerg Jørgensen

Kasper Ib Molbo

Vejledere:

Per Rubak

Oplagstal: 3 Sideantal: 70 Bilagsantal og -art: 3 Afsluttet den 19-12-2011 Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

Denne rapport omhandler problematikken omkring for højt lydtryk fra musikafspillere, som f.eks. mp3-afspilere. Det viser sig at et flertal af unge mennesker er i farezonen for at pådrage sig høreskader, da de hører for højt musik i for mange timer af gangen. Problemet skyldes i langt de fleste tilfælde, at de ikke er klar over hvornår lydniveauet bliver skadeligt. Igennem problemanalysen undersøges omfanget af problemet og den manglede viden omkring problemet hos de unge understreges. Vi har i denne rapport konstrueret og beskrevet en løsning på problemet. Systemet tager både højde for lydtrykket samt tiden der lyttes over. Systemet tillader lytteren, at følge med i den resterende tid ved pågældende lydtryk og giver en advarsel når tiden er opbrugt. En konkurrentanalyse viser at der på nuværende tidspunkt ikke eksisterer noget system, der kan det samme.

Forord

Dette P1 projekt er udarbejdet af Gruppe B252 ved Aalborg Universitet, herunder Elektronik og Elektro-teknik i perioden 10. oktober til 20. december 2011.

Der arbejdes med problemstillingen givet ved projektforslaget ”Lydeksponeringsmonitor”, stillet af lektorPer Rubak. Forslaget omhandler høreskader forsaget af for kraftig lydeksponering, samt hvad der kan gøresfor at mindske problemet.

Rapporten er opdelt i to dele, nemlig problemanalyse og produktudvikling. I Problemanalysen undersøgesproblemerne ved kraftig lydeksponering, med henblik p̊a at definere nogle krav til en løsningsmodel. Dettefører til anden del af rapporten, som er en produktudviklingsproces.

Fuldstændig forst̊aelse af rapporten kræver kendskab til grundlæggende matematik og elektronik.

0.1 Læsevejledning

Sidst i denne rapport findes figur-, tabel- og litteraturliste. Gennem rapporten er der henvist til disse listermed figur- og tabelnumre. Der henvises til litteraturlisten med forfatter/hjemmeside navn.Henvisningerne vil været angivet i klammer.

De fleste figurer og tabeller vil dog optræde kort før eller efter henvisningen.

5

Underskrifter:

_________________________________ _________________________________

Martin Svenningsen Joakim Birch Jørgensen

________________________________

Lars Sloth Christensen

_________________________________ _________________________________

Kenneth Uldbjerg Jørgensen Kasper Molbo Ib

Indhold

0.1 Læsevejledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Problemanalyse 91.1 Initierende problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1.1 Problemtræ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1.2 Analyse af problemtræ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2 Generelt om øret . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3 Fysikken bag lyd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.1 Lyd ved AC-spænding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4 Omfanget af høreskader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5 Arbejdsmiljølovgivning om støj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.6 Undersøgelse (spørgeskema) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.6.1 Analyse af spørgeskema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.7 Konkurrentanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.7.1 Max-Joy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.7.2 SoundEar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.7.3 Bose Quiet Comfort 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.7.4 Vurdering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.8 Delkonklusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2 Problemformulering 242.1 Kravspecifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2 Delm̊alsætninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3 Idegenerering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 Løsningsmodeller 293.1 Hardware version 1.0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1.1 Overordnet forklaring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.1.2 Detaljeret forklaring af hele kredsløbet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 Problemer ved løsningsmodellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.3 Design af display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4 Hardware 344.1 Hardware version 1.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1.1 Overordnet forklaring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1.2 Detaljeret forklaring af hele kredsløbet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5 Programmering 385.0.3 Valg af platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385.0.4 Forklaring af kode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6 Tests og deltests 466.1 Kontrolm̊alinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466.2 Kontrol af det samlede system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476.3 Programmering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6.3.1 Programmets fejlkilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7

Emne:Lydeksponering

Lars Slot, Kenneth Jørgensen,Martin Svenningsen,

Kasper Ib, Joakim Jørgensen

P1-projektAAU - 2011

6.4 Kalibrering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506.5 Sluttest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7 Videreudvikling 567.1 Samarbejde med konkurrent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.2 Visning af display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

8 Konklusion 57

9 Perspektivering 58

10 Figur- og litteraturlister 59

11 Bilag 64

LATEX Gruppe B252 8

Kapitel 1

Problemanalyse

1.1 Initierende problem

At lytte til musik fra sin lydkilde, er en god m̊ade at holde dagligdagens larm ude. Det antages, at det erblevet et udbredt fænomen i den almindelige danskers hverdag, desværre lidt for udbredt. Det er specieltunge mennesker der hyppigst benytter musikken til at overdøve larmen fra fx busser og tog. Det er i sig selvogs̊a en fin løsning til at f̊a en mere behagelig transport med de offentlige transportmidler, men det er sværtfor de unge at holde lydniveauet p̊a en fornuftig styrke i forhold til den tid de har mp3-afspilleren i ørerne.Problemstillingen i forhold til de unges store udsættelse for støj fra musikafspilleren, er at det kan medførenedsat hørelse. Dette projekt redegører for et produkt, der kan forebygge nedsat hørelse, s̊a det ikke blivernødvendigt med et høreapparat før man f̊ar en naturlig nedsat hørelse som følge af en høj alder.

• Hvad er problemets omfang og er der behov for forebyggelse af høreskader?

• Hvad har problemet med nedsat hørelse haft af betydning p̊a vores samfund?

• Hvor stort er problemet med at danskerne f̊ar nedsat hørelse i en yngre alder, og hvilke konsekvenservil det have hvis udviklingen fortsætter?

• Hvordan kan et eventuelt problem med høreskader fra mp3-afspillere eventuelt forbygges?

9

Emne:Lydeksponering




1.1.1 Problemtræ

Figur 1.1: Problemtræ

LATEX Gruppe B252 10

Emne:Lydeksponering




1.1.2 Analyse af problemtræ

Problemtræet p̊a figur 1.1 er bygget ud fra det problem, at unge f̊ar høreskader af deres musikafspillere, veddaglig brug [Times()].

Ud fra problemtræet p̊a figur 1.1 kan man se problemet med, at folk f̊ar høreskader, har indflydelse p̊a vo-res samfund. Dette kan ske i form af, at folk med nedsat hørelse har sværerer ved at omg̊as andre menneskerog færdes i trafikken, uden at være til fare for dem selv og andre. Personer med nedsat hørelse bliver mindreegnet p̊a arbejdsmarkedet og derved bliver nød til at tage et job, som de m̊aske ikke synes om eller liggerunder deres uddannelsesniveau. De fleste mennesker er ikke meget tilbøjelige til at tage et job under deresuddannelsesniveau, s̊a det kan resultere i en øget befolkningsdel uden arbejde og p̊a kontanthjælp, hvilketikke er godt for samfundets økonomi.

En anden konsekvens af, at folk f̊ar høreskader, er at de vil udgøre en større risiko i trafikken, eftersomhørelsen er en af vores vigtigste sanser der benyttes n̊ar man færdes i trafikken. Der findes dog midler, somfor eksempel et høreapparat, der kan f̊a folk med nedsat hørelse til at høre godt igen, men det er de færresteder erkender, at de har brug for et høreapparat, før de n̊ar en høj alder.

Årsagerne til at folk f̊ar høreskader af musik-afspillere, ses ud fra problemtræet. Det er blandt andet, fordimusik-afspillere bliver brugt meget mere hyppigt i dagligdagen. At musik-afspillere benyttes mere hyppigt,er i forbindelse med, at det er blevet en naturlig del af vores mobiltelefoner, som man altid har p̊a sig, hvilketgør at man altid har adgang til at f̊a musik i ørene. Ikke nok med at det er blevet muligt at benytte sin mo-biltelefon som musik-afspiller, s̊a er det ogs̊a blevet muligt at høre musik over internettet via mobiltelefonen,hvilket gør at man ikke behøver at forberede sin mobiltelefon hjemme fra, ved at fylde musik p̊a.

Et hyppigt sted hvor man har musik i ørene, er i de offentlige transportmidler. Under kørsel med offentligetransportmidler er det ofte larmende, hvilket gør det meget attraktivt, at sætte noget musik i ørerne for atoverdøve larmen. Det er specielt unge mennesker der benytter musik i de offentlige transportmidler, fordidet meget nemt bliver en del af deres dagsrytme til og fra deres uddannelsessted.


Emne:Lydeksponering




1.2 Generelt om øret

Dette afsnit best̊ar af en beskrivelse af ørets opbygning. Dette er essentielt for projektet da det er øret oghørelsen der er hovedvægten i projektet, og dette der skal sk̊anes ved hjælp af produktet.

Øret best̊ar af tre dele: ”det ydre øre”, ”mellemøret” og ”det indre øre”.Det ydre øre omfatter brusk og selve øregangen. I enden af øregangen er trommehinden, som grænser op tilmellemøret. Funktionerne ved det ydre øre, er at opfange lydbølgerne og lede dem ind til trommehinden,som derved vil blive sat i svingninger.Mellemøret best̊ar af et luftfyldt rum, hvor der befinder sig 3 sm̊a knogler kaldet; hammer, ambolt og stigbøj-le. De 3 knogler kaldes sammen ”vægtstangssystemet”, og form̊alet med knoglerne er at overføre bevægelsernefra trommehinden ind til det indre øre. P̊a disse knogler er der fastgjort 2 sm̊a muskler, som trækker sigsammen, n̊ar øret bliver udsat for kraftig lyd. Dette gøres for at beskytte det indre øre, da svingningernehar sværere ved at blive transporteret gennem ”vægtstangssystemet”, n̊ar musklerne er trukket sammen.Det indre øre, som er væskefyldt, er en knoglestruktur, udformet som en snegl. Sneglen kan tydeligt sesnedenfor p̊a figur 1.2. Overgangen mellem mellemøret og det indre øre kaldes ”det ovale vindue”. Stigbøjlenfra mellemøret fungerer som et stempel, der bevæger væsken i det indre øre.

Figur 1.2: Et billede der viser et udsnit af øret (Det indre øre)

[hoerelse.nu(b)]

Der findes ca. 30.000 h̊arceller i det indre øre, som registrerer væskens bølgebevægelser. H̊arcellerne sidderi grupper, hvor hver gruppe tager sig af specifikke frekvenser. De h̊arceller, der sidder lige i indgangen tilsneglen tager sig af diskantomr̊adet, hvor cellerne inderst i sneglen tager sig af basomr̊adet. Diskantomr̊adeter det frekvensleje, hvor normal tale finder sted, hvorimod basomr̊adet, som ogs̊a fremg̊ar af navnet, er delavere frekvenser, hvor lyden virker dybere.Man kan illustrere h̊arcellernes bevægelser, som siv i vandet. N̊ar der kommer en lille bølge gennem sivenesvajer de stille frem og tilbage (svagt lydtryk), hvorimod ved voldsomme bølger, bliver de rusket fra side tilside (kraftigt lydtryk).Bevægelserne af h̊arcellerne bliver til sidst omdannet til elektriske impulser, som ved hjælp af hørenervenbliver sendt op til hjernen. [hoerelse.nu(b)] Man m̊aler svingningerne per sekund og dette hedder Hertz.Menneskets øre kan opfatte lyde fra ca. 20 Hz til ca. 20.000 Hz (20 kHz). Dog bliver lyden ikke kraftigerepga. frekvensen. Dette bliver m̊alt i dB. [hoerelse.nu(a)]

Øret er et meget kompliceret organ og selv den mindste ændring p̊a delene i øret kan forvolde nedsættelseaf hørelsen. Derfor kan et høreproblem have mange forskellige årsager og nogen af dem vil blive beskrevether.Det typiske høreproblem er det aldersbetingede høretab. Dette fænomen kommer typisk n̊ar man kommerop i årene. Der er to m̊ader hørenedsættelsen viser sig p̊a. Det første er at lyden bliver opfattet svagere og


Emne:Lydeksponering




det andet er, at man har svært ved at skelne ordene fra hinanden. Dette skyldes at h̊arcellerne i det indreøre (sneglen) bliver ødelagt.Man kan ogs̊a have det problem, at stigbøjlen har vokset sig fast i det ovale vindue. Dette forringer hørelsen,men man kan dog blive opereret for det ved at f̊a en kunstig knogle i stedet for, hvorimod hvis det varh̊arcellerne der var skadet, kunne man derimod ikke opereres for det.Man kan ogs̊a f̊a høreskader ved at være udsat for støj. Hvis man er i nærheden af en meget kraftig lyd, fxen eksplosion, kan h̊arcellerne blive skadet og dermed kan der være nogle frekvenser, som man ikke kan høre.Høreskader kan ogs̊a komme fra fødslen. Dette kan fx være manglende ilt under fødslen, alkohol- og/ellernarkoproblemer hos forældrene. Høreskader kan ogs̊a arves fra sine forældre.Tinnitus er et meget udbredt fænomen i dag. Dette kan være støj, brummen eller en hyletone i øret. Hyleto-ner i øret er tegn p̊a, at der er beskadiget nogle sanseceller i det indre øre. Dette kan medføre hørenedsættelsei visse frekvensomr̊ader alt efter hvilke celler, der er beskadiget.[hoerelse.info()]Mere herom i omfanget af høreskader p̊a side 16.

Der er blevet beskrevet, hvordan øret er opbygget. Dette klarlægger starten p̊a fysikken bag lyd, idet derer fundet information om ørets opbygning og nu vil forklare den egentlige fysik bag lyd.

1.3 Fysikken bag lyd

I de foreg̊aende afsnit beskrives der, hvordan lyd p̊avirker mennesket og hvilke skader det kan give i øret. Idette afsnit vil der blive beskrevet om fysikken bag lyd og der udredes for hvilke formler, der er gældendep̊a dette omr̊ade. ”Den Store Danske” forklarer lyd p̊a følgende m̊ade:

”Lyd: mekanisk vibration af stofdele i et fast stof, væske eller gas, der udbreder sig som en bølge; i engas er lyden en trykbølge. I daglig tale omfatter lydbegrebet normalt kun vibrationer overført gennem luft ogopfattet af hørelsen.” [DenStoreDanske(b)]

Lydstyrken afhænger af lydtrykket, som m̊ales i decibel (dB). Decibel er en logaritmisk skala. Den kanfindes ved:

LI = 10 ∗ logI/I0dB

hvor ”I” er den aktuelle intensitet(lydstyrke), og ′′I ′′0 er referenceintensiteten 10-12 W/m2. Lydtrykketer den effektivværdi af det over/undertryk som lyden laver. Referenceintensiteten er den laveste intensitet,man kan opfange med det menneskelige øre.Decibel er en god skala, fordi den er sat op, s̊a øret kan skælne mellem 1 dB forskel, uanset lydniveau ogfrekvens. [DenStoreDanske(c)] Ved m̊aling af lyd bruges et A-filter, som er et b̊andpasfilter. Den vægterlyden s̊a m̊alingerne afspejler det menneskelige øre. Filteret er stadig ikke perfekt, og der forskes i bedrevægtningsfilter. Mere info om A-filter, se afsnit om hardware p̊a side 34. Arbejdsmiljøstyrelsen har fastsaten grænse for, hvor høj lyd man m̊a udsættes for p̊a en arbejdsplads. Se mere under afsnittet ”Arbejdsmiljø-lovgivning om støj” p̊a side 17. Grænsen er sat ved 85 dB i 8 timer. Ved forøgelse p̊a 3 dB giver en halveringaf tiden, som kan ses mere tydeligt p̊a tabellen 1.5 p̊a side 17.

dB = 94 + (−4.32809)ln(tid), dB > 85

Formlen ovenfor er skabt vha. lommeregner. Værdierne fra RMS output og dB fra tabellen 6.2 i kapit-let6.4 er blevet indsat som x og y værdier. Formlen beskriver tabellens tal ned til ca. 3 decimaler. P̊a grundaf den høje præcision p̊a formlen anses den som brugbar i forbindelse med dette projekt.


Emne:Lydeksponering




1.3.1 Lyd ved AC-spænding

Lyd er svingninger i luften. Luften kan bringes i svingninger p̊a mange m̊ader, det kan for eksempel fore-komme ved en tromme hvis membran bliver bragt i svingninger, ved slag fra en trommestik, der s̊a overførersvingningerne til luften.

Inde for elektronikkens verden oplever vi disse svingninger ved AC-spænding (vekselstrøm). Svingningerneved AC-spænding er ikke hørbare ved lav amplitude eftersom, den ikke kan bringe luften i store nok svingnin-ger til at det kan høres. Højtalere udnytter svingningerne der forekommer ved AC-spænding til, at frembringelyd, ved at lade højtalermembranen blive bragt i svingninger af AC-spændingen. Højtalermembranen bringerluften foran den i svingninger, hvilket vi s̊a høre som lyd. Jo større svingninger højtalermembranen bringerluft i, jo højere bliver lydtrykket.


Emne:Lydeksponering




Peakværdier

En peak værdi er den værdi der forekommer n̊ar bølgen topper.

Figur 1.3: Her ses en AC-spænding.

P̊a figur 1.3 ses en bølge ved AC-spænding, med peakværdier ved hver bølgetop, b̊ade positive og negativebølge toppe. Et stykke musik best̊ar af mange svingninger med forskellige frekvenser og bølgelængder, oggiver derved ogs̊a forskellige lydtryk. Der forekommer mange peakværdier i løbet af et stykke musik og mangeaf dem kan ligge langt over det niveau øret kan t̊ale. Menneskets øre kan holde til peak værdier op til 137dB, uden at tage skade. [troldtekt.dk()]

Effektivværdi (RMS-værdi)

Effektivværdien er den aktuelle spænding der udnyttes ved vekselstrøm. Ved vekselstrøm svinger spændingenhele tiden mellem positiv og negativ spænding, dette giver en positiv og en negativ peakværdi. Effektivvær-dien ved AC-spænding er tilsvarende til effektivværdien ved DC-spænding, men ved konstant DC-spændinger effektivværdien lig peakværdien. [cubus adsl.dk(a)]

Figur 1.4: Her ses en pulserende DC-spænding.

Effektivværdien for den pulserende DC-spænding p̊a figur 1.4, findes ved at beregne den gennemsnitligespænding over tid. Den pulserende DC-spænding fra figur 1.4, svare til AC-spændingen fra figur1.3, hvoralle negative spændinger er blevet positive. Denne sammenhæng mellem spændingerne fra figur1.4 og figur1.3, gør at de har samme effektivværdi, hvis de da f̊ar samme spændings niveau. [cubus adsl.dk(b)]


Emne:Lydeksponering




Effektivværdien for en AC-spænding som p̊a figur1.3, kan beregnes ved denne formel.

PRMS =

√1

T

∫ t0+Tt0

p2(t)dt

Denne formel benyttes i produktets RMS-converter, som st̊ar beskrevet i afsnit om hardware p̊a side 34.

I dette afsnit er der undersøgt og beskrevet dele af fysikken bag lyd. afgrænse fysikken er afgærnset tildet der er vigtigt for projektet, der er derfor sk̊aret de mindre vigtige dele fra. Dette giver en forst̊aelse forlyd, samtidig med nogle dele skal bruges til programmeringen af produktet, da denne skal lave udregninger.Nu hvor ørets opbygning og fysikken bag lyd er beskrevet, vil omfanget af høreskader blive undersøgt.

1.4 Omfanget af høreskader

Nu hvor fysikken bag lyd og ørets opbygning er beskrevet, beskrives der i dette afsnit omfanget af høreskader.Dette skulle gerne give et indblik i hvor stort et omfang høreskade p̊avirker folk individuelt og samfundet.

”Høje lydtryksniveauer kan for̊arsage fysiologiske skader, især p̊a ørets h̊arceller. Af grunde, som endnuikke er afklaret, er der store forskelle fra menneske til menneske p̊a graden af høreskade for en given lydstyrke.Høreskade angives som det antal dB, høretærsklen er øget som en konsekvens af skaden. Normalt p̊avirkesførst og fremmest de høje frekvenser (2000-5000 Hz) svarende til det frekvensomr̊ade, hvor hørelsen er mestfølsom. Risikoen er proportional med produktet af lydniveauet og logaritmen af den samlede varighed afeksponeringen. Dette produkt, som betegnes støjdosen, kan m̊ales med et kropsb̊aret støjdosimeter. Hvislydniveauet øges med 3 dB, skal varigheden af eksponeringen halveres for at fastholde risikoen. I mangelande sætter arbejdsmiljølove øvre grænser for lydniveauer, idet det er uhensigtsmæssigt at fastsætte græn-ser for støjdosis. I Danmark er grænsen 85 dB(A) (se A-vægtning), hvilket niveau anses for ”risikofrit”,selvom man er udsat for det otte timer om dagen gennem et 40-̊ars arbejdsliv. En tilsvarende støjdosisopn̊as ved en eksponering p̊a 100 dB(A) i blot 15 minutter om dagen. Farlige lydmiljøer findes typisk imaskinindustrien og i visse dele af bygningsindustrien, men ogs̊a professionelle musikere er en risikogrup-pe. Det er dog efterh̊anden blevet almindeligt at anvende høreværn. Ved meget høje lydniveauer, over ca.135 dB(A), kan der opst̊a permanent høreskade ved blot enkelte korte eksponeringer, fx fra fyrværkeri ogskydev̊aben.”[DenStoreDanske(a)]

Bliver man udsat for et lydtryk over en vis styrke og periode, kan det ende i enten midlertidig eller per-manent høreskade. De midlertidige skader kendes som, kortvarigt hørenedsættelse, ’mild’ form for tinnitus,hvor de permanente indeholder varig hørenedsættelse, tinnitus, lydoverfølsomhed eller en øresusen.Er skaden sket og man er ramt af en permanent høreskade kan de yderligere konsekvenser være at man ikkekan passe sit job og have svært ved at føre en normal samtale.

Det afhænger ikke kun af hvor højt lydniveauet er, men ogs̊a hvor lang tid den høres over, alts̊a enkombination af styrke og tid. Tabellen til venstre p̊a figur 1.5, ses en tabel med hvor høj en styrke forskelligeelementer er. Fx en normal samtale p̊a 60dB. Til højre ses en tabel for hvor lang tid man kan t̊ale at høreen vis lydstyrke. [hoereforeningen.dk(c)]

Mp3 afspillere er en af de ting der nemt kan være med til at skade hørelsen. Rigtig mange af disse afspil-lere kan levere mere end 100 dB. Det er især de unge, der risikere skader p̊a denne m̊ade. Det vurderes, atomkring 10% af de unge f̊ar høreskader, fordi styrken p̊a lydkilden er skruet for højt op.Et eksempel kunne være, hvis en mp3-afspiller kan levere et maksimalt lydniveau p̊a 103 dB, kan man kunt̊ale et lydniveau i 7 1/2 minutter. Dette svarer cirka til to sange, før man har n̊aet den daglige dosis af”støj”. [hoereforeningen.dk(b)]

At der er problemer med støj viser sig ogs̊a p̊a arbejdspladsen og dette kan give varige mén. Høreværn


Emne:Lydeksponering




Figur 1.5: Tabeller over lydeksponering [hoereforeningen.dk(a)]

er da ogs̊a blevet et tilbehør p̊a mange fabrikker heraf, da det især er her man bliver udsat for støj i fleretimer gentagene gange hver dag. Det er da ifølge verdenssundhedsorganisationen(WHO) ogs̊a høreskader derer en af de mest udbredte uhelbredelige erhvervssygdomme. Arbejdstilsynet modtager bla. hvert år over 1500anmeldelser om høreskader, men tallet er sandsynligvis højere, f.eks. er tinnitus en af de skader der sjældentbliver anmeldt. [arbejdsmiljoviden.dk()]

I afsnittet er der undersøgt hvor stort omfanget af høreskader er. Der er inddraget information om skaderb̊ade fra arbejdsmarkedet samt privat. Fra dette afsnit vil der i det næste blive beskrevet om lovgivningerder er gældende for lyd og støj.

1.5 Arbejdsmiljølovgivning om støj

I dette afsnit vil der blive skrevet om forskellige lovgivninger gældende for lyd og støj. Dette skulle give etklart indblik i hvor der findes lovgivning og regler for hvad man m̊a udsættes for samt hvor man undg̊arbestemmelser.

Arbejdstilsynet har i bekendtgørelse nr. 63 [Arbejdstilsynet()] fastsat regler for støjniveauet. Bekendtgø-relsen er gældende for alt arbejde udført for en arbejdsgiver som følge af kapitel 1 §1. Lovgivningen er lavetfor at beskytte den ansattes sundhed. Der tages alts̊a p̊a arbejdsmarkedet hensyn til ansatte ikke udsættesfor en s̊adan støjbelastning, at der kan forekomme vedvarende skade(r). Nedenfor ses nogle udpluk fra be-kendtgørelsen:

I kapitel 2 (arbejdsgiverens pligter), §3 lyder det som følger: ”Arbejdet skal planlægges, tilrettelægges ogudføres s̊aledes, at risici som følge af støj, herunder infralyd og ultralyd, fjernes ved, at støjen begrænses vedkilden eller sænkes til det lavest mulige niveau efter principperne for forebyggelse i bilag 1 i bekendtgørelsenom arbejdets udførelse.” (Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr.63 kapitel 2 §3).

Endvidere st̊ar der ”§10. Hvis støjbelastningen overskrider 80 dB(A) eller spidsværdierne af impulser over-skrider 135 dB(C), m̊a arbejdsgiveren kun lade arbejdet udføre, s̊afremt der stilles høreværn til r̊adighed.Stk. 2. Hvis støjbelastningen i øvrigt er skadelig eller stærkt generende, m̊a arbejdsgiveren kun lade arbejdetudføre, s̊afremt der stilles høreværn til r̊adighed.

§11. Ingen m̊a udsættes for støjbelastning over 85 dB(A) eller spidsværdier af impulser over 137 dB(C).

Stk. 2. Hvor værdierne i stk. 1 overskrides, skal der:


Emne:Lydeksponering




• straks træffes foranstaltninger, der bringer støjen under værdierne i stk. 1,

• ske en fastlæggelse af årsagerne til, at værdierne i stk. 1 blev overskredet, og

• træffes tekniske og organisatoriske foranstaltninger for at undg̊a, at overskridelsen gentages.

Stk. 3. Ved valg af foranstaltninger skal der i særlig grad tages hensyn til de i §8 anførte foranstaltninger.Stk. 4. De dele af arbejdsstedet, hvor der er risiko for, at den ansatte udsættes for støj, der overskriderværdierne i stk. 1, skal markeres med passende advarsels- og sikkerhedsskiltning. De p̊agældende steder skalafgrænses og adgangen hertil begrænses, n̊ar det er teknisk muligt.” (Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr.63kapitel 2 §10-11).

I §10 siger bekendtgørelsen alts̊a, at hvis ansatte udsættes for en støjbelastning der overskrider 80dB erder p̊akrævet høreværn hvis et arbejde skal fortsættes. I §11 forsættes det med at ingen m̊a udsættes for enbelastning p̊a over 85 dB. Er det tilfældet er der i stk. 2 skrevet, at der straks skal træffes foranstaltningerhvorp̊a dB værdien skal bringes under dette. Dertil skal årsagerne findes til at de foreskrevne værdier erblevet overskredet, og dertil skal der findes løsninger p̊a hvordan det kan undg̊as at samme sker igen.Man er alts̊a som ansat beskyttet af et regelsæt der skal sikrer man ikke bliver udsat for en for stor støj-belastning. Bliver man udsat for en større belastning skal der stilles egnet udstyr til r̊adighed jf. §12 somlyder ”I særlige tilfælde, hvor det ikke er muligt at forebygge støjp̊avirkningen efter §11, stk. 2, skal der straksstilles korrekt tilpasset og egnet høreværn til r̊adighed for den ansatte.

Stk. 2. Udlevering og brug af høreværn skal ske p̊a følgende betingelser:

• i de særlige tilfælde, hvor støjbelastningen er lig med eller overskrider 85 dB(A) eller spidsværdien afimpulser er lig med eller overskrider 137 dB(C), m̊a arbejdsgiveren kun lade arbejdet udføre, hvis deranvendes høreværn straks fra arbejdets p̊abegyndelse,

• høreværn skal vælges s̊aledes, at de fjerner risikoen for høreskader eller begrænser risikoen herfor tilet minimum. Under ingen omstændigheder m̊a støjbelastningen vurderet under høreværnet overskrideværdierne i nr. 1.” Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr.63 kapitel 2 §12.

Er man som ansat udsat for en støjbelastning p̊a 80 dB eller over, er man endda berettiget til at f̊ainformation om den risici støj kan forsage. Dette er bestemt i §13, hvor der i stk. 2 ogs̊a nævnes hvilkepunkter den ansatte skal kunne f̊a information om.

”Arbejdsgiveren skal sørge for, at den ansatte, der p̊a arbejdsstedet eksponeres for en støjbelastning overeller lig med 80 dB(A) eller spidsværdier af impulser over eller lig med 135 dB(C) gøres bekendt med oginstrueres om de risici, som følger af støj.” (Arbejdstilsynets bekendtgørelse nr.63 kapitel 2 §13). Man haralts̊a bestemt at den ansatte ikke bare skal sikres mod støj, men ogs̊a have information herom hvis dennefinder det nødvendigt.

Nu hvor der i dette afsnit er beskrevet hvor der findes relevante lovgivninger om lyd og støj vil næsteafsnit omhandle vores egen undersøgelse om emnet.

1.6 Undersøgelse (spørgeskema)

For at se om der overhovedet er behov for et produkt, som fortæller om lydeksponeringen, er der blevetudsendt et spørgeskema indeholdende spørgsm̊al om folks lydvaner. Her refereres til bilag 11, hvor man kanse spørgeskemaet.

Spørgeskemaet er blevet sendt ud til en bred m̊algruppe, men langt størstedelen af svarene er fra unge ialdersgruppen 15-25. Dette er da ogs̊a den egentlige m̊algruppe, da det oftest er unge mennesker, der benyttersig af høretelefoner og skruer højt op. Spørgeskemaet indeholder spørgsm̊al, der kan belyse problemstillingenog scenarier, som er udset til at være et problem af os. Spørgsm̊alene skal alts̊a gerne bekræfte, at nogle afvores antagelser holder stik, og derfor er der brug for et produkt.


Emne:Lydeksponering




1.6.1 Analyse af spørgeskema

Første spørgsm̊al lyder ”Hvor ofte hører du bevidst musik om ugen?”, dette spørges der ind til, fordi det ergodt at vide, hvor ofte folk hører musik, idet det er afgørende for, hvor meget det kommende produkt skalanvendes. Resultatet blev at 2/3 høre musk hver dag, og lige under 1/4 svarede 5-6 gange om ugen. Kun 2%svarede, at de hørte musik mindre end 2 gange om ugen. Dette er godt for produktet, for jo mere folk lyttertil musik, jo større et behov kan der være for produktet.

Andet spørgsm̊al lyder ”Hvilke(n) lydkilde foretrækker du?”. Dette spørges der ind til for at se, hvor folkhører musik fra, da det skal være med til at vurdere hvilket produkt, der skal laves for at imødekommelydkilden. Det nytter fx ikke meget, hvis der laves et produkt kun beregnet til en computer, hvis det ermobilen/smartphonen, folk benytter sig mest af. Her kan der alts̊a tages stilling til hvilket produkt, der skalhenvendes til.

Trejde spørgsm̊al hører lidt sammen med det andet. Det lyder s̊aledes ”Hvor henne hører du musik?”.Dette er mest for at vide, hvor folk oftest hører musik, og om der er sammenhæng mellem hvor i forhold tilhvilken lydkilde, de benytter. Dette kan have betydning for de fysiske krav til vores produkt, hvis mange hø-rer musik under transport, eller om de er derhjemme. Ud fra resultaterne ses det, at næsten alle de adspurgtehører musik der hjemme, 71% hører musik under transport, og lige over halvdelen hører musik, mens de eri skole, hvilket passer meget godt med vores forventninger. Lægges disse svar sammen med hvilken lydkildefolk benytter, hvor størstedelen benytter mobil/smartphone, computer og stereoanlæg, s̊a passer det megetgodt med, at n̊ar folk er derhjemme bruger de stereoanlæg og computer. Er de under transport og i skolenbenytter de sig af mobil/smartphone og computer. Dette bekræftes da ogs̊a i scenariet i spørgsm̊al 5.

I fjerde spørgsm̊al spørges der ”Hvor højt skruer du op, n̊ar du benytter øretelefoner?”. Dette skal devurdere ud fra, hvordan deres lydkilde viser styrken. Derudfra kan der tages en vurdering om, hvor højt folkegentlig hører deres musik og derfra om hvor skadelig den er. Svaret blev at hele 11%, af de adspurgte vælgerhøjest muligt! 33% har krydset af ved 65-90%, alts̊a 1/3 der hører musik p̊a et minimums niveau, der liggeret godt stykke over middel. 37% høre p̊a en styrke svarende til 40-65%, mens 19% benytter en styrke p̊a40% eller derunder. Resultatet af spørgsm̊alet er, at der er en god del i farezonen for høreskade, hvad ang̊arstyrken p̊a musikken.

I femte spørgsm̊al er der opsat nogle scenarier, hvortil der spørges, om de adspurgte har oplevet dem.Disse er lavet for at bekræfte om nogle af de problemstillinger, som gruppen har følt er vigtige at f̊a svarp̊a, egentlig er s̊a udbredte som forventet.Fx er første scenarie et af vores hovedproblemstillinger, da dennerammer en stor del af de unge, der benytter deres mobil/smartphone. 89% svarer, at de hører musik, mensde surfer p̊a nettet. Lyden kører alts̊a i baggrunden, som en sekundær handling, dette kan m̊aske medvirke tilendnu større lydblindhed. Det, at musik bliver benyttet som en sekundær handling, viser sig ogs̊a i scenarietom, hvorvidt man hører musik, mens man laver lektier, hvor 80% har krydset den af.

At folk bliver generet af støj, ses ogs̊a i spørgeskemaet, idet 65% siger de skruer op for deres egen musikhvis der er støj omkring dem, som fx folk der larmer i toget. Man holder alts̊a den irriterende lyd ude vedselv at skrue op for ”sin egen”lyd, alts̊a noget man synes er bedre at lytte til, selvom det er med højerestyrke. Denne konklusion bakkes da ogs̊a op ved spørgsm̊alet, om folk skruer højere op, hvis det er en godsang, der afspilles, hvortil 89% har afkrydset denne. Hvis de, som et eksempel skruer op med 6 dB hvergang, der kommer en god sang, vil de hurtigt halvere eksponeringstiden. Ydermere bliver der spurgt, om deadspurgte har oplevet at andre har spillet s̊a højt musik, at det kunne høres udenfor høretelefonerne. Herhar 57% krydset denne af, hvilket fortæller, at der er skruet højt op for musikken.

Syvende spørgsm̊al lyder ”Kryds af de steder, hvor du tror, der er lovgivning om, hvor højt lydniveauetm̊a være”. Spørgsm̊alet er tilføjet for at se, hvor folk mener, der er love omkring lydniveauet. Spørgsm̊alet ergodt til at vise, om folk har ret de steder, de tror, der er en lov, der beskytter dem, s̊a de ikke bliver udsatfor en for skadelig lydeksponering. Her rammer langt størstedelen rigtigt med arbejdsmarkedet, hvor 9 ud af10 har svaret rigtigt.

Der spørges i ottende og niende spørgsm̊al ind til, hvor lang tid folk mener, de m̊a være udsat for hhv.


Emne:Lydeksponering




85 og 100dB. Dette giver en indikation af, hvor skadelig folk egentlig tror lyden er, og kan fortælle om an-tagelserne er rigtige med, at mange undervurderer høj lydeksponering og tager hurtigere skade, end de selvtror.Ved 85 dB har den største procentdel svaret rigtigt, nemlig med 37%, men alts̊a med 33% der har svaret 2timer, lidt længere nede kommer 6 timer med 23% af stemmerne. Ved 100 dB derimod er der en noget merespredt fordeling af stemmerne, hvor 19% ramte det rigtige svar. Fleste stemmer gik dog til 30 min med 28%,og en time fik 25% af stemmerne. Der er alts̊a her noget mere usikkerhed og mon ikke det er fordi, mangehar gættet sig frem ud fra, hvad de synes har været rigtigt. Det er alts̊a muligt, der mangler informationomkring lydeksponering, da det tyder p̊a, at man ikke har styr p̊a, hvor der er regler og hvor skadelig lydegentlig kan være for ens øre.

Sidste spørgsm̊al ”Ville du være interesseret i, at en funktion til din musikafspiller m̊aler lydekspone-ringen, s̊a du let kan se, hvor skadelig din musik er?”. Dette er et rimeligt væsenligt spørgsm̊al, idet detfortæller, om de potentielle forbrugere egentlig er interesseret i et produkt, der hjælper p̊a problemstillingen.Spørgsm̊alet skulle gerne give en klar indikation af, om folk føler, de har brug for en funktion, der kan hjælpedem, eller om de er afvisende, og derfor om der er et marked eller ej for et produkt.Hele 2/3 har svaret ja til spørgsm̊alet, derudfra m̊a det konkluderes, at der alts̊a er interesse for et produkt,der fortæller om den lydeksponering, man udsætter sig selv for.


Emne:Lydeksponering




1.7 Konkurrentanalyse

Efter at have lavet SWOT-analysen vil der i dette afsnit blive undersøgt for andre lignende produkter p̊amarkedet.Produkterne undersøges ud fra følgende omr̊ader:

• Funktionalitet. Hvor godt er produktet set i forhold til at beskytte ørerne?

• Optioner. Hvad kan produktet?

• Udlæsning. Hvordan og hvor godt formidles resultatet / fareniveauet?

1.7.1 Max-Joy

Max-Joy er en mp3-afspiller, som er m̊alrettet mod forældre der er bekymret over deres børns musikvaner.Afspilleren giver forældrene mulighed for at sætte et loft over hvor højt musik børnene kan høre.

Figur 1.6: MaxJoy

[Max-Joy()]Afspilleren kan naturligvis ogs̊a bruges til voksne mennesker ( se figur 1.6). P̊a denne m̊ade kan man

bruge den, som loft for sine egne d̊arlige vaner. S̊aledes kommer man ikke til at skrue for højt op, n̊ar f.eksder bliver larm i bussen.

Max-Joy tager dog ikke hensyn til tid dvs. det er udelukkende det maksimale niveau der kan begrænses.Afspilleren tager alts̊a ikke hensyn til tiden der lyttes over og derfor heller ikke tabellen p̊a figur 1.5 side 17.Man kan alts̊a stadig skade ørerne selvom lydniveauet er begrænset, hvis blot man lytter over en længereperiode, det kan ogs̊a være irriterende at man ikke kan høre højere musik i en kort periode, hvis der erforstyrrelser udefra.Alt dette er muligt med vores produkt, s̊a Max-Joy anses ikke som en truende konkurrent til vores produkt.[MaxField()]

1.7.2 SoundEar

SoundEar er en enhed der ophænges p̊a væggen i et rum, hvor lydeksponeringen ønskes udm̊alt. Frontpaneletinkluderer lysdioder i tre forskellige farver (Rød, Gul og Grøn), som symboliserer graden af lydeksponering.Frontpanelet har en s̊adan størrelse, at det er muligt for alle i rummet at se lydniveauet. SoundEar er ofteset anvendt i klasselokaler i folkeskoler.

SoundEar tager ligesom Max-Joy ikke hensyn til tiden, som eksponeringen foreg̊ar over og da SoundEarer et større apparat til ophængning, kan dette produkt heller ikke anses som en direkte konkurrent til voresprodukt. [Soundear.dk()]


Emne:Lydeksponering




1.7.3 Bose Quiet Comfort 15

Bose Quiet Comfort 15 er et støjreducerende system indbygget i Boses egne hovedtelefoner. Teknologien bager modfase princippet. Systemet optager lyden udenfor hovedtelefonerne og afspiller det i modfase sammenmed musikken der høres. P̊a denne m̊ade reduceres støjen udefra og det er derfor ikke nødvendigt at skrueop for musikken for at ”overdøve”støjen udefra.Problemet med hævet lydeksponering for̊arsaget at støj elimineres derfor vha. dette system. Mange folk hardog tendens til at skrue op for musikken, n̊ar de hører en sang de syntes godt om, dette kan stadig for̊arsageøreskader, selvom dette system anvendes. ”Lydblindhed”er ogs̊a et problem med dette system. Ligesom manefter længere kørsel p̊a motorvej, gradvist mister fartfornemmelsen kan man ogs̊a efter at have hørt musikover en længere periode, mister fornemmelsen af lydniveauet og derfor have tendens til at skrue højere op,dette problem eksisterer stadig selvom dette system anvendes. Ydermere er der ingen kontrol over ”lydfor-bruget”s̊a lytteren har ingen overblik over hvor længe og ved hvilken styrke vedkommendes øre er blev udsat.[Bose()]

Pga. ovennævnte problemer anses heller ikke dette produkt som en konkurrent til vores produkt.

Man kunne evt. forestille sig et samarbejde mellem denne producent og vores produkt. P̊a denne m̊ade kunneet optimalt produkt opn̊as. Støjen udefra frasorteres, samtidigt med at eksponeringen kontrolleres.

1.7.4 Vurdering

Figur 1.7: Overblik over de forskellige konkurrenter

Udfra figur 1.7 ses det at der p̊a nuværende tidspunkt, ikke eksisterer nogle produkter p̊a markedet, somligner vores produkt i høj nok en grad, til at udgøre en fare i form af konkurrence.

Efter at have analyseret ligende produkter, og resten af det foreg̊aende i problemanalysen, menes det aten delkonklusion nu er aktuel.


Emne:Lydeksponering




1.8 Delkonklusion

I problemanalysen gøres rede for forskellige typer af høreskader, der er udbredt i Danmark. Der redegøres forhvilke lovgivninger, der er p̊a omr̊adet for at undg̊a høreskader. Problemanalysen har givet en forklaring p̊a,hvorfor høreskader kan forekomme ved høj eksponering af lyd. Problemanalysen klargør om, der er behovfor et produkt til at holde styr p̊a de kvoter af støj, øret kan holde til.

• Ud fra en spørgeskemaundersøgelse, ses at mange udsætter deres øre for støj fra musik-afspillere p̊adaglig basis.

• 66 % af unge mellem 15 og 25 år, ud fra spørgeskemaundersøgelse, vil have interesse i et produkt tilat holde styr p̊a lydeksponeringen fra deres musik-afspillere.

• Der er 1500 anmeldelser om arbejdsrelaterede høreskader om øret, hvilket gør at der er mange kravom erstatning eller førtidspension.

• Ud fra en spørgeskemaundersøgelse ses, at mange unge risikerer at p̊adrage sig selv høreskader ved, atde skruer for højt op for deres musik-afspiller.

• Problemet med, at de unge skruer for højt op for deres musik-afspiller, kan løses ved at gøre brugerneopmærksomme p̊a, hvorn̊ar de har n̊aet deres kvote for støj om dagen.


Kapitel 2

Problemformulering

Efter udarbejdelsen af problemanalysen er det gjort klart, at der eksisterer et problem i forbindelse medlydeksponering for̊arsaget af for høj musik. Det er ogs̊a gjort klart at et produkt der kan afhjælpe detteproblem er ønsket. Problemstillingerne i forbindelse med projektet er nu følgende:

- Hvordan reduceres antallet af høreskader?

- Hvordan konstrueres s̊adan et produkt bedst?

- Hvordan skal sammenspillet mellem hardware og software fungere.

- Hvordan formidles fareniveauet ved det p̊agældende lydtryk bedst?

24

Emne:Lydeksponering




2.1 Kravspecifikation

Afsnittet hjælper os til at gøre det endu mere klart, hvad der skal opn̊as i projektet.

Systemet skal kunne opfylde følgende krav:

- Skal ikke kunne afspille musik højere end lydkilden dvs. der ikke m̊a være tale om en forstærkning aflyden.

- N̊ar nedtællingen n̊ar nul, skal forbrugeren advares og systemet skal evt. afbryde musikafspillingen.

- Systemet skal indeholde et A-vægtningsfilter, s̊a systemet kan se, at nogle frekvensomr̊ader er mereskadelige end andre.

- En microprocessor skal kunne modtage, udregne og afgive resultaterne fra en spænding til en dB-m̊aling.

- Kunne m̊ale lydtrykket fra ekstern lydkilde, som f.eks en mp3-afspiller.

- Kunne udregne og fremvise den resterende ”spilletid”ved p̊agældne lydtryk, udregnet efter figur 1.5 p̊aside 17.

- Kunne observere en ændring i lydtrykket og udregne den nye ”spilletid”, mens der tages højde for denallerede brugte, s̊aledes at den brugte tid trækkes fra den nye, der dannes p̊a denne m̊ade en nedtælling.

Ud fra dette er der blevet specificeret endnu mere, hvad der skal opn̊aes og testes i projektet, samt hvadder prioteres højt og hvad der ikke har s̊a stor en betydning. Efter dette afsnit vil der nu komme en rækkeforeslag, som vil kunne løse problemet og kravene.


Emne:Lydeksponering




2.2 Delm̊alsætninger

- Der opn̊aes en viden om sammenhængen mellem lyd og høreskader, samt med udgangspunkt i en sam-fundsrelevant problemstilling, at finde egnede krav p̊a en løsning hertil. Det opn̊aes ved projektarbejdetved hjælp af en problemanalyse.

- Færdigheder som planlægning af langvarigt gruppesamarbejde opn̊aes, i form af tidsplanlæning, ar-bejdsfordeling og samarbejdsaftaler.

- Der arbejdes med programmering, der ud fra tilegnet viden om høreskader, skal afhjælpe den sam-fundsmæssige problemstilling i projektet.

- Projeket indeholder ogs̊a en kontruering af et elektronisk system. Der skal designes et kredsløb der skalkunne samarbejde med den ovennævnte programmering. Ved deres implementering skal de kunne sikreat problemstillingen bliver imødekommet.


Emne:Lydeksponering




2.3 Idegenerering

I dette afsnit beskrives der forskellige løsninger til vores problemformulering. For ud for denne idegenereringhar der været en brianstorm, hvor denne er blevet sk̊aret ned til disse 3 foreslag.

For at finde frem til en fornuftig løsning af problemet, opstillet i afsnittet om det initierende problem,er der blevet opstillet 3 udkast af de bedste metoder, der er blevet udvalgt efter en brainstorm, til athindre høreskader fra diverse lydkilder. De tre løsningsmetoder er skrevet ind i de 3 diagrammer p̊a figur2.1, 2.2 og 2.3. Diagrammerne er opbygget s̊aledes, at løsningsmetoden er kort beskrevet i boksen i midtenaf diagrammet. Udover boksen med den korte beskrivelse af løsningsmetoden, er der seks hv-ord: hvad,hvorn̊ar, hvor, hvem, hvordan og hvorfor. Disse hv-ord kan derfor benyttes til at forme et spørgsm̊al, somfor eksempel: ”hvem skal bruge produktet?”. Svarene p̊a disse spørgsm̊al, kan ses som grene, der udspringerfra det p̊agældende hv-ord.

Figur 2.1: Den første idegenerering, som blev foretaget

P̊a figur 2.1 ses udkastet til en løsning af problemet, beskrevet i afsnittet om det initierende problem p̊aside 9, ved hjælp af et lydreguleringsapparat. Apparatet er designet til at kunne blive indstillet af brugeren,ved at justere eksponeringen af lyd, ud fra hvor lang tid brugeren forventer at høre musik. Ved at kunneoplyse apparatet, om hvor lang tid man har tænkt sig at høre musik, vil den være i stand til at vælge denrigtige volumen, for at man ikke overg̊ar den maksimal dosis af støj, som øret kan holde til for ikke at f̊askadet hørelsen. Fordelen ved at benytte dette apparat frem for selv at holde styr eksponeringen er, at detkan være svært, at afgøre om lydniveauet er for højt, eftersom man efter et stykke tid med udsættelse af højlydniveau, vil blive ramt af lydblindhed.


Emne:Lydeksponering




Figur 2.2: Den anden idegenerering, som blev foretaget

P̊a figur 2.2 ses udkastet til en løsning af problemet, beskrevet i afsnittet om det initierende problem p̊aside 9, ved at benytte ørepropper mod udefrakommende støj, hvor man benytter modfase. Ørepropper derkan blokkere udefrakommende lyd vil, hvis det er indbygget i en eventuel musik-afspiller, kunne holde larmenfra omverdenen ude. Dette vil medføre, at man ikke behøver at skrue s̊a højt op for sin musik-afspiller, forat overdøve generende larm. Ved at benytte modfase, vil man kunne vælge, hvilke lyde man vil blokere,s̊a det ikke kommer til at g̊a ud over musikken. Denne løsning vil dog ikke løse et eventuelt problem medlydblindhed. Derfor vil man ikke være beskyttet imod selv, at sætte volumen p̊a et for højt niveau, s̊a deteventuelt kan blive skadeligt for ørene.

Figur 2.3: Den tredje idegenerering, som blev foretaget

P̊a figur 2.3 ses udkastet til en løsning af problemet, beskrevet i afsnittet om det initierende problemp̊a side 9, ved at forbinde musik-afspilleren, s̊a den automatisk sænker volumen til et forudbestemt niveau.Denne funktion vil kræve at lydoutputtet konstant bliver m̊alt og ud fra de m̊alinger, vil en gennemsnitligværdi for lydniveauet fremkomme. Denne gennemsnitsværdi benyttes til at vurdere om lydniveauet er forhøjt i forhold til den værdi, som volumen bliver sat til. Ved at volumens niveau konstant bliver kontrolleretog reguleret, undg̊ar man at f̊a høreskader, som resultat af for høj volumenniveau p̊a musik-afspilleren.


Kapitel 3

Løsningsmodeller

Dette afsnit indeholder en gennemgang af kredsløb, fra de første design-versioner til den endelige løsning.Der vil blive forklaret hvordan kredsløbet fungerer, samt en konklusion p̊a om det vil fungere efter hensigtentil det endelige produkt.

3.1 Hardware version 1.0.

Den første hardware løsningsmodel, gik i store træk ud p̊a at ensrette lyden, hvor der bliver ladet p̊a enelektrolytkondensator, hvorved peakværdien ”gemmes”.

Figur 3.1: Diagram over hardware v. 1.0

3.1.1 Overordnet forklaring

Ideen var at bruge kredsløbet som et signal til DC converter vha. en arduino som controller. Arduinoenskulle vente 10 sekunder og s̊a m̊ale spændingen p̊a kondensatoren, lægge 0,6 volt til pga. D1 (3.1) ogherefter dividere spændingen med

√2 for at f̊a den effektive spænding. P̊a denne m̊ade er det muligt at

m̊ale den højeste værdi der er opst̊aet. Herefter skulle arduionen lægge en ”høj” ud p̊a basis af Q1, hvilket

29

Emne:Lydeksponering




vil aflade C1 og derved ”resette” systemet, og en ny m̊aling over 10 sekunder kan foretages. Arduinoen kans̊a hele tiden udregne den resterende tid, ved det p̊agældne lydtryk.

3.1.2 Detaljeret forklaring af hele kredsløbet

Det første trin i signalvejen p̊a figur 3.1 er U1, som er en operationsforstærker, her anvendt som enforstærker. Forstærkeren er forsynet vha. V1 (5V). V2 skal simulere lydkilden, her angivet til 150 mV @ 1kHz.

Forstærkningen for trinet kan udregnes vha.Rm

R1, hvor Rm er modkoblingen, som p̊a figur 3.1 udgør R2.

Da der anvendes en ”ikke inverterende indgang” skal der dog lægges en til, da denne indgang, modsat deninverterende indgang, medfører en ekstra gangs forstærkning.

Forstærkningen kan derfor udregnes9k

1k+ 1 = 10 gg.

Form̊alet med forstærkeren er at hæve lydniveauet fra de ca. 300 mV fra en mp3-afspiller, til et mere ”m̊alevenligt”niveau. 300 mV x 10 = 3 V.

Det næste trin i signalvejen er D1, hvis form̊al er at ensrette lyden, s̊aledes at vi kun m̊aler p̊a den positivedel af lyden. Der skal dog senere i m̊alingen, tages højde for spændingsfaldet p̊a 0,6 volt. Efter D1 vil detensrettede signal lade p̊a C1, hvis kapacitet er lav (0,1 uF) s̊aledes at kondensatoren hurtigt bliver ladet op.Det er p̊a denne m̊ade muligt, at ”gemme”spidsværdien af signalet, som en DC spænding over C1.Oscilloskopet p̊a figur 3.1 viser signalet før D1 og opladningen p̊a C1. P̊a scoopet kan det ses, atspændingen over C1 ligger 0,6 volt under peak værdien af signalet netop pga. D1.

Q1 har til form̊al at resette systemet. Basis af Q1 skal forbindes til en output port p̊a arduionen. N̊ar derlægges en ”høj” ud p̊a basis af Q1, vil transistoren lede collector til emiter og derved skabe en kortslutningover C1, som gør at kondensatoren bliver afladet. N̊ar basis igen bliver lav, vil opladningen, og derved ogs̊am̊alingen, blive genoptaget.

Udover kredsløbet vist p̊a figur 3.1, skulle systemet indeholde en arduino. Arduinoen skulle vente 10sekunder, m̊ale spændingen over C1, ligge 0,6 volt til pga. D1 og til sidst dividere med

√2 for at f̊a den

effektive spænding. Resultatet kan evt. divideres med 10 for at f̊a den reelle værdi, microprocessorensregnestykke er alts̊a følgende:

(VC1 + 0, 6V√

2)

10

Arduinoen skulle udstyres med et display, hvorp̊a den skulle udskrive det m̊alte lydtryk og udregne hvorlang tid det er tilladt at høre musik, ved det p̊agældne lydtryk uden at ørerne tager skade. Herefter skullearduinoen lægge en ”høj” ud p̊a basis af Q1 for at aflade C1, s̊aledes at systemet er klar til at tage en nym̊aling over 10 sekunder.Arduinoen skulle s̊a sammenligne den nye spænding med den gamle og p̊a den m̊ade afgøre om lydniveaueter hævet eller sænket. Den nye resterende tid vil s̊a blive beregnet udfra dette. P̊a denne m̊ade kan manhele tiden følge med i den resterende tid p̊a displayet og afgøre om man bliver nødt til at skrue ned, for athave nok ”spilletid”til den eventuelle bustur hjem.


Emne:Lydeksponering




3.2 Problemer ved løsningsmodellen

Løsningsmodellen p̊a figur 3.1 blev udarbejdet meget tidligt i forløbet, men allerede efter første møde medvejleder Per Rubak, blev det gjort klart at løsningen ikke ville fungere med musik. Det er ikke muligt atberegne den effektive værdi p̊a musik, p̊a samme m̊ade som vi har gjort det p̊a vores prøvetone. Der skal istedet anvendes en RMS converter, som konverterer lyd til en DC spænding p̊a udgangen. Dette førte tilhardware version 1.1.

3.3 Design af display

I dette afsnit vises processen gennem forskellige forslag, til hvordan displayet skulle se ud. Der er ikke laveten undersøgelse, som viser hvad brugerne vil have, men derimod er der, i gruppen blevet diskuteret noglefordele og ulemper ved de forskellige designs. Der bliver først skrevet tekst, hvor der bliver henvist tilbilleder, som er under teksten.P̊a figur 3.2 ses de første modeller med eksempler p̊a, hvordan displayet kunne se ud. De havde kun 1funktion hver, som var en nedtæller, s̊a man kunne aflæse, hvor lang tid man m̊atte høre musik, med detanvendte lydniveau. Dette vises p̊a tre forskellige m̊ader:

- Mulighed 1 — Der bliver talt ned i procent. Kan ogs̊a ses p̊a figur 3.2 p̊a billedet til venstre.

- Mulighed 2 — Der bliver igen talt ned i procent, men denne gang med ”prikker”. N̊ar der bliveropbrugt mere og mere af ens daglige dosis, skal disse prikker blive slukket. N̊ar alle prikkerne er væk,har man opbrugt sin kvote. Eksempel p̊a figur 3.2 p̊a billedet i midten.

- Mulighed 3 — Her kan man se tiden, s̊a man kan holde øje med, hvor lang tid der er tilbage. De toandre muligheder er ikke præcise nok, da man ikke kan se, hvor lang tid der er tilbage og dermedbare m̊a gætte. Man har ingen tidsfornemmelse med mulighed 1 og 2, hvorimod man bedre kantilpasse det med denne mulighed. Det kan fx være, at man vil høre musik under en hel togtur ogderfor vil tilpasse lydniveauet, s̊a man forbliver p̊a den fornuftige side af det daglige lydtryk. Der ergivet et eksempel p̊a figur 3.2 p̊a billedet til højre.

Figur 3.2: Målt i procent Målt i procent med prikker Målt i timer, minutter og sekunder

Da denne funktion hopper meget, fordi lydniveauer i sange svinger meget, besluttedes der, for at der p̊adisplayet skulle tælles ned fra ens daglige dosis p̊a 8 timer ved 85 dB. Dette betyder, at der skal tages engennemsnitlig m̊aling og vises p̊a displayet. Denne CountDown er derfor mere stabil og vil ikke svinge s̊ameget, fordi der ikke opdateres s̊a ofte. Designet er dog ens med det forrige, og her henvises igen til figur3.2 p̊a billedet til højre. Der henvises ogs̊a til mulighed 1 og 2, da der igen kan bruges disse løsningsforslag,selvom mulighed 3 er mest praktisk.


Emne:Lydeksponering




P̊a figur 3.3 er de to forrige eksempler lagt sammen og dermed f̊as et dobbeltdisplay, hvor der kan skrivesto linjer ad gangen. Den øverste linje er et CountDown ud fra ens daglige dosis ved 85 dB. Nedenundervises den CountDown i forhold til, det anvendte lydniveau. Dette eksempel er ogs̊a et godtforslag til, hvordan tiden skal vises, og brugeren har dermed ogs̊a mulighed for at se flere varianter ad gangen.

Figur 3.3: CountDown ved 85dB og Countdown ved anvendt lydniveau

Der blev forsøgt med lodret display p̊a figur 3.4. Dette er ikke muligt medmindre, der kommer ”scrollende”tekst, da der blev besluttet, at testen ikke skulle st̊a p̊a flere linjer ad gangen, som man ogs̊a kan se p̊afiguren. Scrollende tekst ville være for uoverskueligt og man kan ikke hurtigt kigge p̊a displayet for at finde,det man skal bruge. Hvis oplysningerne st̊ar p̊a flere linjer, vil det ogs̊a blive for rodet.De fire første linjer i displayet p̊a denne figur er ”TimeLeft at 85 dB” og ”CountDown ved anvendt dB”.Nedenunder i venstre side ses mulighed 2, som er blevet genbrugt, hvor man kan se hvor lang tid, man m̊ahøre videre ved 85 dB. I højre side er en svingende søjle, som viser det nuværende lydniveau. Dette designvar meget kreativt og brugbart og der bliver formodet, at brugerne ogs̊a vil synes om designet. Der er baredet problem, som ogs̊a beskrevet tidligere, at der enten skal st̊a tekst p̊a flere linjer, eller det kommerscrollende.

Figur 3.4: CountDowns, prik-m̊aleren og lydtrykm̊aler


Emne:Lydeksponering




Der blev derfor besluttet, at displayet skulle være vandret igen, hvor samme opbygning bliver lavet igen.P̊a figur 3.5 ses derfor den liggende model. Her er der blevet byttet rundt p̊a delene, men det er det samme,der st̊ar. Øverst er nedtællingen ved 85 dB. Nedenunder vises i prikker, hvor lang tid der m̊a høres videreud af den daglige dosis. Tredje linje er nedtælling i forhold til, det anvendte lydniveau. Nederst viseslydniveauet som søjlediagram.Der er ogs̊a blevet foretaget den ændring, at teksten er blevet forkortet, da vi kun har et 16x4 display tilr̊adighed. Dette vil sige, at vi har 16 tegn at gøre godt med i hver række. Derudover har vi 4 rækker.Man skal ogs̊a kunne se, hvad de forskellige CountDowns er til, s̊a derfor er der ogs̊a blevet tilføjet oplysninger.

Figur 3.5: CountDowns, prik-m̊alingen og lydtrykm̊aleren som liggende

P̊a figur 3.6 ses det endelige design af displayet. Der blev valgt at gøre det meget simpelt indtil videre, mender kommer nogle flere forslag til, hvordan displayet kunne se ud i vores videreudvikling under afsnittet 7p̊a side 56. Det er blevet valgt i gruppen, at displayet skulle se ud som p̊a figur 3.6, hvor brugeren kanvælge at skifte mellem to designs, blot ved at trykke p̊a en kontakt. Ét tryk og det ene display vises. Éttryk til og det g̊ar tilbage til første display igen.

Figur 3.6: ”TimeLeft at 85dB”, procentvisning. ”TimeLeft at XXdB”, procentvisning

Dette design blev valgt, da det ville give mest overskuelighed for brugeren og det er pænest opstillet. Somskrevet tidligere, er der nogle flere overvejelser med i videreudviklingen p̊a side 56.


Kapitel 4

Hardware

4.1 Hardware version 1.1.

Den endelige hardware er baseret p̊a den første løsningsmodel se 3.1 side 29. Modellen er blevetviderebygget vha. A-vægtningsfilter samt RMS converter.

4.1.1 Overordnet forklaring

Lydsignalet skal passere et A-vægtningsfilter, som ”hører”lyden som vores ører ville opfatte det. Defrekvenser vi hører bedst, vil s̊aledes have højere amplitude ud af filteret, end de frekvenser som høresmindre godt. Dette gøres for at vise systemet, at dette frekvensomr̊ade er mere skadeligt for øret.Herudover skal lydsignalet konverteres til en DC spænding svarende til den effektive værdi afindgangssignalet. Dette gøres vha. en RMS-converter(LTC1966). Vha. denne DC spænding kan arduinoenhele tiden m̊ale den effektive værdi af lydsignalet og derved udregne lydtrykket samt den ”lovlige”lyttetidved p̊agældende lydtryk, som begge udskrives p̊a displayet.

Figur 4.1: Hardware blokdiagram.

Figur 4.1 udgør et blokdiagram over hardwaren. Den første blok er A-vægtningsfilteret. Herefter føressignalet videre over i en 1 gg forstærker for at lave impedanstilpasning til filteret. Efter forstærkerenkommer RMS-converteren, som tidligere nævnt konverterer signalet til en DC spænding. DC spændingenføres ind i det sidste trin udgjort af en forstærker, som har til opgave af forstærke spændingen til et merem̊alevenligt niveau for arduinoen.

34

Emne:Lydeksponering




4.1.2 Detaljeret forklaring af hele kredsløbet

Figur 4.2: Diagram over hardware 1.1

Hele systemet er forsynet af 5V (V1). Signalgeneratoren er sat til 200mV-Peak@10 kHz og skal simulere enlydkilde. Det første trin i signalvejen er A-vægtningsfilteret, som starter ved R5 og slutter ved C3. Dettefilter skal simulere et øre, s̊aledes at de frekvenser vi hører bedst, ogs̊a er de frekvenser der vil have højstamplitude ud af filteret.

A-vægtningsfilteret stammer fra ekstern kilde med enkelte afvigelser [Elliot()]Figur 4.3 er et simuleret plot af A-filteret (frekvens response). Vha. udlæsning kan det ses at filterettillader stortset uændret gennemgang af frekvenser fra 1 kHz til 10 kHz. Alle frekvenser herunder eller overvil blive dæmpet. Svarende til ørets evne til at høre disse frekvenser.

To simple RC-led fra A-filteret undersøges nærmere. C4 og R8 udgør et high-pass filter medafskæringsfrekvensen: fH =

12π∗330nF∗1,8kΩ = 267, 94Hz

R4 og C8 udgør derimod et low-pass filter med afskæringsfrekvensen: fL =1

2π∗2nF∗10kΩ = 7, 957kHz

Det næste trin i signalvejen er U2, som udgør en forstærker hvis opgave er at lave impedanstilpasning. R10og R11 laver et halfsupply offset (2,5V), s̊aledes at det er muligt at f̊a den negative del af lyden med iforstærkningen. Selve forstærkningen er styret af modkoblingen R9, som er et potentiometer.Forstærkningen skal være tilpasset s̊aledes at der maksimalt kommer 1V-peak ud p̊a udgangen, da det erdet maksimale RMS-converteren kan h̊andtere p̊a dens indgang. R9 er dog blevet justeret til ca. 1 ggforstærkning. da de fleste lydkilder i forvejen leverer under 1V-peak. xk1k + 1 = 1, som det kan ses ud fraligningen skal værdien af x (R9) være tæt p̊a nul, alts̊a en kortslutning for at opn̊a en forstærkning p̊a 1 gg.Efter forstærkningen føres signalet gennem C9, som er en overførselskondensator, s̊aledes DC spændingenfra offsettet fjernes og det kun er selve signalet som føres videre til RMS-converteren.


Emne:Lydeksponering




Figur 4.3: A-filter plot

RMS-converteren er af typen LTC1966. Kredsen understøtter differentielt input, men da kredsløbet kørersinglemode, er den anden indgang blevet stellet. Enable, VSS, GND og OUTRTN, er alle blevet stellet,som databladet foreskriver ved single supply [LTC1966()]. P̊a udgangen sidder en 0,1 uF kondensator, somer den værdi databladet foresl̊ar som den mest anvendte.

RMS-converterens opgave er at konvertere indgangssignalet til en DC spænding svarende til den effektive

værdi af indgangen. Dette gøres vha. formlen: PRMS =

√1

T

∫ t0+Tt0

p2(t)dt

Hvor PRMS er lydtrykket i RMS alts̊a effektiv værdi. T er perioden der m̊ales over, t0 er start tidspunktetfor m̊alingen og p er det aktuelle lydtryk.

Figur 4.4: Settling time fra databladet [LTC1966()]

Som det kan ses p̊a figur 4.4 opn̊as den hurtigste settling time med en 0,1 uF kondensator, svarende til ca.60 ms. Settling time er den tid der g̊ar fra en puls opst̊ar, indtil pulsen er faldet til ro og den reelle værdikan m̊ales. Kondensatoren som afgør dette er C2 som er kondensatoren p̊a udgangen af RMS-converteren.

Det sidste trin i kredsløbet er en udgangsforstærker, hvis opgave er at forstærke DC spændingen fraRMS-converteren, til et mere m̊alevenligt niveau. (

Emne:Lydeksponering




Da den første forstærker ca. er 1:1, vil det samlede system alts̊a levere ca. 7 gange den effektive værdi afindgangssignalet.

Det forstærkede signal føres ind i et analogt input p̊a arduinoen, som udregner lydtrykket samt denresterende tid. Arduinoen udskriver begge dele p̊a displayet.


Kapitel 5

Programmering

5.0.3 Valg af platform

Til dette system er programmeringsplatformen ”Arduino” blevet valgt. Denne platform er blevet anbefaletaf underviser Jens Dalsgaard Nielsen der underviser i Imperativ programmering. Fordelen ved Arduino er:

* Brugervenlig

* Online tutorials

* Let at programmere

Figur 5.1: De tekniske specifikationer af Arduino Uno [Arduino(b)]

Den analoge indlæsningshastighed er utrolig vigtigt da musiks lydniveau svinger rigtig hurtigt. P̊a arduinoshjemmeside kan man læse at den kan læse omkring 10.000 m̊alinger pr sek. [Arduino(c)] Dette skal noknedjusteres efter som dette system ogs̊a skal regne p̊a m̊alingerne.Til vores system skal der bruges 7 digitale porte til display kommunikation i 4 bit mode. Der skal bruges 1analog port til at læse RMS værdien.Da Arduino understøtter alle systemkrav og er let at benytte vil den blive brugt til dette projekt.

38

Emne:Lydeksponering




5.0.4 Forklaring af kode

Figur 5.2: Flowdiagram af program

Programmet starter med setup funktionen der er initialize fasen. Her bliver display og pin opsætningdefineret. Funktionen loop best̊ar af en while løkke der bestemmer, hvor mange udregningssekvenser derfortages før der sker en opdatering af displayvisning. I while løkken kaldes p̊a CountDown(), som modtagerfra AvgCalc().AvgCalc() kalder p̊a Readinput() 6500 gange, hvorefter gennemsnittet af dB bliver udregnet. Readinput()modtager analog input fra hardware, hvorefter analog input bliver omregnet til dB.CountDown() modtager gennemsnitsværdien fra AvgCalc(). Der fortages en udregning af dB i DBCalc(),hvis gennemsnitsm̊alingen er over 85dB.Efter while løkken fortages der en digital læsning fra kontakt. Hvis konktakten er tændt starter menu1.Menuen indeholde display ValueToTime(), ProcentLeft() og CountToDisplay(). Disse funktioner skriver tildisplay ”TimeLeft at 85dB” en countdowntimer og en procentvisning.Hvis konktakten er slukket starter menu2. Menuen indeholder det samme som menu1, men den skriverbare gennemsnitsværdien istedet for 85dB. ”Timeleft at XXdB” skrives p̊a displayet, hvorefter forbrugetved aktuelt lydniveau skives p̊a display som countdowntimer.

Include, define, variable og LCD settings.

I starten af koden bliver Include, define, variable og LCD settings anvendt. Men efter som dette ikke er s̊aspændende, er det kun et udklip af de vigtigste, der vil blive forklaret.


Emne:Lydeksponering




#include < LiquidCrystal.h >

#include < math.h >

#defineCountTotal28800 //Total value 28800 (sek) =8 timer

#defineSampel6500//antal målinger pr udregning

#defineDisplayDelay10//angiver hvormange gange koden skal køre før display vising.. 50 er omkring 1. min

floatInstantDB; // bruges til input og omregning til dB

floatSumDB; // bruges til udregne summen af x antal målinger

floatAvgDB; // bruges til udregne gennemsnits værdien af forg̊aende måling

intHours; // Bruges til nedtællings ur

intMinutes;

intSecond;

intT imeLeft;

LiquidCrystallcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // Define LCD settings

constintnumRows = 4; // gør mere overskugligt at skifte display til eks 16*2 eller 20*4

constintnumCols = 16;

I starten af koden tilføjer man forskellige bibloteker med #include. I denne kode har vi brug forLiquidCrystal.h, som driver til display. Det andet bibliotek er math.h, som giver adgang til at brugefunktioner som log, ln osv.For det skal være lettere at justere vigtige værdier i koden, er #define brugt. Den er blevet brugt til atfastsl̊a værdier, som countdown start værdi, antal samples pr udregning og hvor mange gange koden skalkøre før den opdaterer displayet.Her efter defineres globale vairabler, som bruges i programmet. LCD display skal definere hvilke pins denskal bruge. Den kan køre i 4- eller 8-bit mode. Vi laver 2 hjælpe variabler, som gør det let at skifte displayfra 16*2 til 20*4 display

Void setup()

Void setup er en funktion, som kun køre en gang. Den kører, som det første hver gang systemet tændes.

voidsetup(){ Serial.begin(9600); // til data input/output via pc

lcd.begin(numCols, numRows);

millis(); // bruges som timer i koden

TimeLeft = CountV alue; // bruges til visning p̊a display før der er fortaget nogle målinger

V alueToTime();

}

Funktionen starter en seriel forbindelse med baud p̊a 9600. Derefter kører den initieringskoden LCDdisplay. Derefter starter den uret ”millis”. S̊a skriver den første startværdi til LCD display.

ReadInput()

ReadInput registrerer input fra sensoren.

floatReadInput(){

intInstantDB = analogRead(1); // læser analog værdi

InstantDB = map(InstantDB, 0, 1023, 0, 5000); // mapper analog input om til mV. 5000 mV =5V

InstantDB = 8.9368 ∗ log(InstantDB) + 39.817; // omregner input i mV tol dB

SumDB = SumDB + InstantDB; //regner en sum værdi

i = i+ 1;

}


Emne:Lydeksponering




Værdien fra signalet bliver læst af en analog port, som registrerer signalet i værdien 0 til 1023. Den analogport bruger funktionen map til at lave en ny skala der spænder over 0 til 5000. Den analoge port fungerernu som et ”voltmeter” i mV.Efter værdien er blevet til mV, bliver værdien omregnet til dB. Dette sker ved kalibrering hvor,sammenhængen af dB og mV bliver udledt af en formel, baseret p̊a m̊alinger. Se afsnit om kalibrering 6.4.Værdien for dB bliver lagt til sumværdien. Der er en counter (i), som fortæller hvor mange gange dennefunktion har kørt.

AvgCalc()

AvgCalc bruges til at finde gennemsnits dB m̊alt i funktionen ReadInput().

floatAvgCalc(){

i = 0; // Null stiller måling

SumDB = 0;

inttimeBegin = millis(); // p̊abegynder tidsmåling

while(i < Sampel){ // tager målinger antal gange som er #define ved Sampel

ReadInput(); // kalder p̊a loop der udregner en sumværdi

}

AvgDB = SumDB/i; // finder gennemsnits værdi

inttimeEnd = millis(); // tidsmåling er stoppet

timeCalc = timeEnd− timeBegin; // udregner tiden målingerne har taget

}

Funktionen starter med at nulstille counter og SumDB. Derefter gemmer den, den aktuelle tid ”millis”, somfungerer som et ur.While løkken foretager m̊alinger gennem ReadInput, til den ønskede sample rate er opn̊aet. Sample erdefineret til 6500, hvilket svare til ca. 1 sek.Efter m̊alingerne findes gennemsnitsværdien, givet ved SumDB/i hvor ”i”er antal kørte m̊alinger. Det ervigtigt at kende tiden. Derfor gemmes den nye aktuelle tid. Derefter findes udregnings tiden.

CountDown()

CountDown er den funktion der styre hvor meget tid der er forbrugt.

floatCountDown(){

AvgCalc(); // kalder gennemsnits værdi

if(AvgDB > 85){ // udregninger fortages kun hvis der er modtager over 85 dB

DBCalc(); // kalder p̊a dB udregneren

CountV alue = CountV alue− CountUsed; // forbruget ved forg̊aende måling trækkes fra det samled forbrug

}

}

Funktionen starter med at kalde p̊a AvgCalc(), som indeholder data om gennemsnits dB værdi mm. Kungennemsnitsm̊alinger over 85 dB ønskes, fordi det er grænsen for hvad øret maksimalt kan holde til 8 timerdagligt. S̊afremt at gennemsnitsm̊alingen er over 85 dB, vil der blive ført udregning om forbruget. Se næsteafsnit DBCalc(). Efter udregningen bliver det aktuelle forbrug trukket fra det resterende tidsforbrug.

DBCalc()

DBcalc udregner det aktuelle lydniveau.


Emne:Lydeksponering




floatDBCalc(){

DB = AvgDB; // udregner med gennemsnits værdien fra målingerne

TimeDB = (exp(((−1 ∗DB) + 94)/4.32809)) ∗ 3600; //output i sek

SekPitch = 28800/TimeDB; // regner hvor meget forg̊aende måling skal vægtes

Time = timeCalc/1000; // regner tiden i sek som målingen tog

CountUsed = Time ∗ SekPitch; // regner den forbrugte tid som skal trækkes fra ”countdown”

}

Denne funktion udregner, hvor lang tid ørerne kan holde til dette aktuelle lydniveau dagligt. Formlen erudledt under afsnit 1.3. Resultatet af udregningen bruges til at finde ud af hvor meget lydniveauet skalvægtes. Denne vægtning er blevet kaldt SekPitch.

ValueToTime()

ValueToTime er den første type displayvisning. Den viser hvor meget forbrug der er tilbage ved 85 dB

floatV alueToTime(){

lcd.setCursor(0, 0); //placering p̊a display

lcd.print(”TimeLeftat85dB”); //tekst der skrives p̊a display

CountToDisplay(); // kalder op nedtællings ur

}

Lcd.setCursor bruges til at vælge placeringen p̊a displayet, som efterfølgende tekst bliver printet.Placeringen defineres ved (søjle,række). I vores produkt bliver der brugt et display med 4 søjler og 16rækker. Placering (0,0) svarer til første søjle i første række. Efter placeringen er valgt, bliver tekstenskrevet ved funktionen lcd.print. [Margolis()] Efter teksten er blevet printet til display, kaldes funktionenCountToDisplay() som er en timer, som printes p̊a anden række p̊a displayet.

Figur 5.3: Eksempel p̊a ovenst̊aende kode stykke.

AvgToTime()

AvgToTime er den anden type displayvisning. Den viser dit nuværende lyd niveau øverst og efterfølgendehvor lang tid dette forbrug kan høres endnu. Noget af koden minder om koden fra ValueToTime, derfor er


Emne:Lydeksponering




display indstillinger klippet fra.

floatAvgToTime(){

AvgTimeLeft = TimeDB/28800; //28800 =8 timer. finder hvor lang tid forbrugern kan høre akutele lyd niveau

AvgTimeLeft = AvgTimeLeft ∗ CountV alue;

TimeLeft = AvgTimeLeft; // der sendes tekst til display

CountToDisplay();

}

Dette kodestykke minder om DBCalc() med SekPitch. Regnestykket finder vægtning af gennemsnitsværdien af foreg̊aende m̊aling. Denne værdi ganges med countvalue, som er tiden tilbage. Den gemmerværdien i TimeLeft som CountToDisplay() bruger til countdown timer display visning.

Figur 5.4: Eksempel p̊a ovenst̊aende kode stykke.

ProcentLeft()

ProcentLeft er en lille funktion som viser hvor meget forbrug der er tilbage i procent.

floatProcentLeft(){

floatprocent = (CountV alue/28800) ∗ 100; // omregner til procent

lcd.setCursor(3, 3); // skriver til display

lcd.print(procent);

lcd.setCursor(8, 3);

lcd.print(”%Left”);

}

Regnestykket er meget simpelt (tidtilbage)/(totaltid) ∗ 100 derefter skriver den resultatet p̊a displayet p̊anederste række.


Emne:Lydeksponering




CountToDisplay()

CountToDisplay er en funktion som skriver tiden der er tilbage p̊a displayet. Koden best̊ar af fleregentagelser med forskellige variabler, derfor er der kun vist eksempel med minutter.

floatCountToDisplay(){

Hours = TimeLeft/3600; //Omregning til timer

TimeLeft = TimeLeft−Hours ∗ 3600;

Minutes = TimeLeft/60; //Omregning til min

TimeLeft = TimeLeft−Minutes ∗ 60;

Second = TimeLeft/1; //Omregning til sek

TimeLeft = TimeLeft− Second ∗ 1;

if(Minutes >= 10){ // tid i min. settings XX:MM:


lcd.print(Minutes);

}

elseif(Minutes < 9){ //sætter 0 foran tal ||| 10 –> 09 ||| 10 –> 90


lcd.print(Minutes);


lcd.print(”0”);

}

Tiden der er tilbage, bliver delt op i timer, minutter, sekunder. Tid i minutter best̊ar af ”if” og ”else if”. ”if”kører hvis tiden i minutter er 10 eller derover. S̊a skriver den p̊a plads(7,1). ”else if” køre hvis tiden er under10. værdien skrives nu p̊a plads (8,1) og p̊a plads (7,1) skrives der ”0”.

PcDisplay()

PcDisplay bliver brugt til fejlsøgning. Den kan skrive værdier, som opfører sig ”underligt”, ud via serialkommunikation til pc.

floatPcDisplay(){

Serial.print(”AvgDB ==> ”); // skriv forklarende telst af undersøglese

Serial.print(”\t”);// der printes a tab

Serial.print(AvgDB);// indtast variable der ønskes undersøgt

Serial.print(”\t”);


Serial.print(||Second ==> ”);


Serial.print(Second);

Serial.println(”\t”); // println = linjeskift

}

Funktionen skal bruges p̊a følgende m̊ade:

- skriv forklarende tekst

- indtast ønsket variable der skal undersøges

Funktionen er ogs̊a blevet brugt til test af kodestykker.


Emne:Lydeksponering




void loop()

void loop er en funktion som kører igen og igen. Den er blevet brugt til at syre programmets cyklus.

voidloop(){

intt = 0;

while(t < DisplayDelay){ // 50= knap 1 min.

CountDown();

t+ +;

}

TimeLeft = CountV alue;

//forskelligemenuer

buttonState = digitalRead(menu); // kilde http://arduino.cc/en/Tutorial/Button

if(buttonState == HIGH){

V alueToTime(); // display countdown ved 85dB kun række 0-2

ProcentLeft(); // display procent der er tilbage 0-100% kun række 3

}

else{

AvgToTime(); // display countdown ved akutelt XXXdB kun række 0-2

ProcentLeft(); // display procent der er tilbage 0-100% kun række 3

}

PcDisplay(); //til display via serial.

}

Den starter med at kalde p̊a den del af koden, som tager m̊alinger og laver udregninger af forbruget.Derefter vælges der menu, som indeholder koden til at skrive forbruget p̊a displayet. PcDisplay er med forat man altid kan tilslutte pc og fortage m̊alinger af ønsket værdier.


Kapitel 6

Tests og deltests

6.1 Kontrolm̊alinger

Figur 6.1: Kontrol-m̊alinger

Alle m̊alingerne p̊a figur 6.1 er foretaget ved 1 kHz sinus (TG8) og fremg̊ar som peak-værdier. P̊a figurenkan det ses at filteret dæmper en smule ved 1 kHz. 150 mV - 125 mV = 25 mV.

Den første forstærker, forstærker lidt mere end 1 gg. 150mV125mV = 1, 2gg.Indgangen til RMS-converteren er 150 mV og udgangen er 108 mV, hvilket gerne skulle svare til deneffektive værdi af 150 mV. Den effektive værdi udregnes ved at dividere spændingen med kvadratroden af2(n̊ar der er tale om et sinussignal).150mV√

2= 106mV

Til sidst forstærkes den effekive værdi 7 gange. 108 mV x 7= 756 mV. Det samlede system leverer alts̊a 7gange den effektive værdi af indgangssignalet.Alle resultaterne er derfor tilstrækkeligt tæt p̊a og derfor er m̊alingerne s̊a nøjagtige de kan være, med deudsving, som altid vil være der.

46

Emne:Lydeksponering




6.2 Kontrol af det samlede system

Figur 6.2: Indgang og udgang

P̊a figur 6.2 ses et oscilloscopebillede af indgang og udgangen. Som det fremg̊ar p̊a billedet er begge kanalersat til 2 volt/div. Indgangssignalet er 1 kHz og kan aflæsses til at være ca. 1 V-peak. og udgangen 4 V DC.Det samlede system kan nu kontrolleres ved at tage den kendte udgangsspænding og dividerer med7(forstærkningen efter RMS-converteren). Resultatet skulle gerne svare til lidt under den effektive værdi af

1 volt(1V√

2), pga. A-filteret.

4V7gg = 0, 57V

Under kontrolm̊alingerne se figur 6.1, som ogs̊a forgik ved 1 kHz, dæmpede filteret fra 150 mV til 125 mV,udgangen var alts̊a 125mV150mV = 0, 834 gange indgangen. Derfor burde 0,834 gange den effektive værdi af 1 volt

peak ogs̊a være lig med resultatet af 4V7gg = 0, 57V.

0, 834 ∗ 1V√2

= 0, 59V

alts̊a en afvigelse p̊a 0,59 V - 0,57 V = 20 mV svarende til 3,4 %, hvilket er meget nøjagtigt.

6.3 Programmering

Testning af programmets funktioner er yders vigtigt i dette produkt. Der er fortaget flere test afprogrammeringen.Den første test der blev dokumenteret, viste resultatet af udregninger ud fra et simuleret input. Desimulerede input gik fra 80-149 dB med et interval p̊a 1. Programmet skulle vise et resultat over 10 sek.Form̊alet med testen var udelukkende at se programmets evne til at h̊andtere og regne p̊a tallene. P̊a figur6.3 ses uddrag af testen.


Emne:Lydeksponering




Figur 6.3: Udrag af testdata fra Funktionen Calc()

Efter denne test er det blevet bekræftet, at dB-udregneren fungerer optimalt. Efter denne test vil vi prøveat se hvor mange m̊alinger der kunne foretages p̊a ca. 1 sekunds. tidsinterval. Dette blev testet i ”Test afsystem V2.0 13-11/11”. Testen foregik i en tidlig fase af projektet. Derfor var det ikke muligt at teste p̊areél lyd endnu, da den elektroniske sensor ikke var færdig. Derfor blev testens input simuleret ved hjælp afet potentiometer, hvor værdier fra 85-125 dB blev simuleret. Testen af data blev udlæst ved serielkumulation via kabel til pc. P̊a den m̊ade har det været muligt at teste programmet uden at sensordelenvar færdiggjort. P̊a figur 6.4 ses et udklip af m̊alingerne fra testen.


Emne:Lydeksponering




Figur 6.4: Udrag af test af system V2.0 13-11/11

I tabellen ses CountValue. Denne variable fungerer som en nedtælling i sekunder. CountUsed er forbrugetover foreg̊aende m̊aling. TimeDB er resultatet af den opstillede formel som udregner tiden som øret kanholde til aktuel lyd niveau i sek. se afsnit 5.0.4. Calc tid er tiden det har taget at udregne 6500 m̊alinger.Sensor er analog input m̊ales i skalaen 0 – 1023 og den bliver omregnet til ”output” som dækker skalen85-125. Output er de simulerede dB.Denne test er forløbet med succes. Ud fra iagttagelser virker alle valgte variabler efter hensigten. Forbrugetbliver trukket fra CountValue. B̊ade calc tiden og TimeDB er med i udregningerne om forbruget.

6.3.1 Programmets fejlkilder

I det færdige program er der en smugle forsinkelse pga. kommunikation til display tager et split sekund.Hvis udlæsningen sker efter hver udregning vil det betyde fejlmargen p̊a ca 5-8 min over 8 timers m̊alinger.Derfor har vi valgt at udlæsningen kun sker f̊a gange i minuttet. Derved kan vi mindske fejlkildenb

lydeksponeringsmonitor - wordpress.com · 2012. 4. 10. · forord dette p1 projekt er udarbejdet af...

Documents