DE4228934C2

DE4228934C2 - Device for determining the confidence interval of percentile measured values of continuous stochastic sound signals

Info

Publication number: DE4228934C2
Application number: DE19924228934
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl Phys Dr Heis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2012-09-01
Also published as: DE4228934A1

Description

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur Schallmessung, insbesondere für die Messung von Umweltgeräuschen und von Geräuschen am Arbeitsplatz. Hierbei treten erfahrungsgemäß zeitlich kontinuierliche stochastische, das heißt praktisch regellose Schallsignale auf. Zur meßtechnischen Beschreibung derartiger Geräusche wird neben dem Mittelwert zunehmend auch das Perzentil verwendet. Das Perzentil ist in der Schallmeßtechnik als die Kenngröße definiert, die von dem beobachteten Schallsignal während eines vorgegebenen prozentualen Anteils der Dauer einer zeitlich kontinuierlichen Messung überschritten wird, im folgenden mit Überschreitungsanteil oder Anteilswert bezeichnet. In der Schallmeßtechnik wird das Perzentil auch als Summenhäufigkeitspegel bezeichnet. Es ist eine Verteilungskenngröße, weil die Bestimmung von Perzentilen mit jeweils verschiedenen Überschreitungsanteilen für denselben zu messenden Zeitverlauf die Häufigkeitsverteilung und somit auch die Streubreite der beobachteten Meßwerte zu beschreiben gestattet. In der derzeitigen Schallmeßpraxis häufig benutzte Perzentile sind der in 1% und in 95% der Meßdauer überschrittene Schalldruckpegel.The invention includes a device for sound measurement, especially for the measurement of environmental noise and noises at work. Experience has shown that this occurs continuous stochastic, the means practically random sound signals. For metrological Description of such sounds is next to the Mean value also increasingly uses the percentile. The Percentile is the parameter in sound measurement technology defined by the observed sound signal during a predetermined percentage of the duration of a continuous measurement is exceeded in hereinafter referred to as exceeding share or share value. The percentile is also used in sound measurement technology referred to as the cumulative frequency level. It's a distribution measure, because using percentiles with different exceedance shares for the same the frequency distribution to be measured over time thus the spread of the observed measured values increases describe allowed. In current sound measurement practice frequently used percentiles are those in 1% and in 95% of the Measurement time exceeded sound pressure levels.

Als unumgängliche Randbedingung für ein aussagefähiges Resultat muß das Schallsignal während der Messung eines Perzentils stationär sein, wie für jede andere Kenngrößenart auch. Das heißt, daß sich die für den beobachteten Zeitverlauf maßgeblichen materiellen Ursachen, z. B. Straßenverkehr mit einer durch Tageszeit, Wetter usw. bestimmten Dichte und Zusammensetzung oder einer bzw. mehrere simultan ablaufende gleichbleibende Arbeitsprozesse in einer Produktionsstättte während der Messung nicht oder nur unwesentlich verändern. Unter diesen Voraussetzungen ändert sich die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten gleichartiger Signalstrukturen und somit der "wahre" Wert einer streuenden Meßkenngröße nicht mit der Zeit. Hiermit ist definitionsgemäß die Stationarität gegeben.As an essential boundary condition for a meaningful result the sound signal during the measurement of a percentile be stationary, as for any other type of parameter also. That means that the observed for the course of time relevant material causes, e.g. B. Road traffic with one determined by time of day, weather, etc. Density and composition or one or more simultaneously ongoing work processes in one Production sites were not or only marginally during the measurement change. Under these conditions changes the likelihood of similar occurrences Signal structures and thus the "true" value of one scattering parameter not with time. Herewith is given the definition of stationarity.

Die Erfindung dient dazu, die Meßunsicherheit eines Perzentils simultan mit dem Perzentil selbst zu bestimmen, soweit diese Meßunsicherheit durch die vorhandenen Zufallsschwankungen im Zeitverlauf des beobachteten Signals bedingt sind. Der Stand der Schallmeßtechnik wird durch die einschlägigen gültigen ISO- und DIN-Normen sowie VDI-Richtlinien wiedergegeben. Einige dieser Regelwerke, die in engerem Zusammenhang mit der Funktion der hier beschriebenen Vorrichtung stehen, behandeln im wesentlichen folgendes: ISO 7574 "Acoustics. Statistical methods for determining and verifying stated noise emission values of machinery and equipment, 15. 12. 85, Part 1-4" ist ein statistisches Meß- und Prüfverfahren. In der DIN 1319, Bl. 3, werden Grundbegriffe der Meßtechnik definiert. Die DIN 45 641, Juni 1989, beschäftigt sich mit der Mittelung von Schallpegeln. Die DIN 45 645, Teil 1, April 1977, regelt die einheitliche Ermittlung des Beurteilungspegels für Geräuschimissionen. Die Richtlinie VDI 2058 Bl. 1, September 1985, ist eine Anleitung zur Messung und Beurteilung von Arbeitslärm in der Nachbarschaft, ebenfalls auf der Grundlage von Mittelwerten. Die VDI 3723 Bl. 1, Entwurf, Oktober 1982, enthält statistische Methoden zur Kennzeichnung schwankender Geräuschimissionen. In dieser Richtlinie kommen die bereits genannten 1%- und 95%-Perzentile, in der Regel gewonnen aus einer kontinuierlichen einstündigen Messung in Echtzeit, zur Anwendung. Ferner gibt diese Richtlinie an, wie aus einer Stichprobe, bestehend aus einer diskontinuierlichen Folge von Perzentilmeßwerten dieser Art, des weiteren ein Perzentil mit vorgegebenem prozentualen Überschreitungsanteil ermittelt werden kann. Es sind daher Perzentile als eine Art von Kenngrößen zur Kennzeichnung von Schallsignalen bekannt. Allen diesen Richtlinien, auch der VDI-Richtlinie 3723, ist gemeinsam, daß sie Aussagen zur Streuung der darin verwendeten Kenngrößen und somit auch des Perzentils wenn überhaupt, dann nur an Hand von Stichprobenverfahren mit diskontinuierlichen Schallmeßwerten als Elementen der zugrundegelegten Statistik erlauben. Letztere können etwa einzelne Kurzzeitmeßwerte, wie z. B. Halbstunden-Perzentile sein (vgl. VDI 3723 Blatt 1). Was die Schall-Meßtechnik bisher nicht liefert, ist eine Vorrichtung, die unmittelbar und nachvollziehbar aus der Echtzeitmessung eines kontinuierlichen Signals, d. h. des zeitvariablen Schalldruckpegels, über eine notwendigerweise stets endliche Beobachtungsdauer die Meßunsicherheit eines Perzentils simultan neben der Perzentilmessung selbst zu bestimmen gestattet, soweit diese Meßunsicherheit durch die vorhandenen Zufallsschwankungen des beobachteten Pegelverlaufes bedingt sind. Insofern hatten alle bisherigen Messungen dieser Art nur einen eingeschränkten Aussagewert. Sie konnten nämlich lediglich den Meßwert als solchen ermitteln und darstellen, der jedoch infolge der stets unvermeidlichen Zufallsschwankungen immer nur einen Schätzwert beinhalten kann.The invention serves to measure the uncertainty of a percentile to be determined simultaneously with the percentile itself as far as this measurement uncertainty due to the existing random fluctuations over time of the observed signal are conditional. The state of sound measurement technology is determined by the relevant applicable ISO and DIN standards as well as VDI guidelines reproduced. Some of these rules that more closely related to the function of those described here Device stand, essentially deal the following: ISO 7574 "Acoustics. Statistical methods for determining and verifying stated noise emission values of machinery and equipment, Dec. 15, 85, Part 1-4 "is a statistical measuring and testing methods. In DIN 1319, Bl. 3, basic terms of measurement technology are defined. The DIN 45 641, June 1989, deals with the averaging of Sound levels. DIN 45 645, Part 1, April 1977, regulates the uniform Determination of the assessment level for noise emissions. The guideline VDI 2058 Bl. 1, September 1985, is a guide to measuring and assessing Work noise in the neighborhood, also based of means. VDI 3723 Bl. 1, draft, October 1982, contains statistical methods for marking fluctuating Noise emissions. They already come in this guideline mentioned 1% and 95% percentiles, as a rule obtained from a continuous one-hour measurement in real time, for use. This directive also gives like a sample consisting of a discontinuous Sequence of percentile measurements of this type, the further a percentile with a given percentage of exceedance can be determined. It is therefore Percentiles as a kind of parameters for labeling known from sound signals. All of these guidelines, too Common to VDI Guideline 3723 is that they make statements to scatter the parameters used therein and thus even of the percentile, if at all, only with the help of Sampling method with discontinuous sound measurements allow as elements of the underlying statistics. The latter can measure individual short-term measurements, such as e.g. B. be half-hour percentiles (see VDI 3723 sheet 1). What sound measurement technology has not yet delivered is one Device that is immediately and comprehensibly from the Real time measurement of a continuous signal, i.e. H. of time-variable sound pressure level, over a necessarily the measurement uncertainty is always finite of a percentile simultaneously with the percentile measurement self-determination permitted, insofar as this measurement uncertainty by the existing random fluctuations of the observed Level curve are conditional. So everyone had previous measurements of this type are only limited Meaningfulness. You could only as the measured value identify and represent such, however, as a result of always inevitable random fluctuations always only one May include estimate.

Dieser Stand der Technik wird weder der Forderung nach einer Darstellungsmöglichkeit für die Aussagequalität der Messung gerecht noch entspricht er den heutigen Möglichkeiten, welche die bekannten Methoden schneller digitaler Signalverarbeitung hierfür bieten. Ersteres betrifft beispielsweise die Notwendigkeit, eine nachvollziehbare Qualitätsangabe für meßtechnische Erhebungen von Geräuscheinwirkungen auf die Umwelt als eine wesentliche Voraussetzung für sachlich fundierte Feststellungen zu ermöglichen. Dabei geht es vor allem um die Frage, ob die durchgeführte Messung überhaupt eine sinnvolle, d. h. auch ausreichend kennzeichnende Aussage erlaubt. Dies betrifft insbesondere die in der Meßpraxis besonders interessierenden höchsten und niedrigsten auftretenden Pegelwerte (Spitzen- und Hintergrundpegel), charakterisierbar durch das L_1%- bzw. durch das L_95%-Perzentil. Zum anderen geht es im Kern darum, wie groß die zufallsbedingt vorhandene Abweichung des gemessenen Perzentilwertes vom "wahren" Wert ist und wie dies unmittelbar durch den Einsatz einer Meßeinrichtung festgestellt werden kann. In engem Bezug hierzu steht auch die Frage, zu welchem Anteil der Zeitdauer, etwa einer kontinuierlichen Einwirkung auf die Umwelt, wie sie durch Geräusche bewirkt wird, eine von der Meßaufgabe vorgegebene Schwelle (Grenzwert) überschritten ist und mit welcher noch verbleibender, zufallsbedingt möglicher Abweichung des tatsächlichen Anteils vom gemessenen Anteil dies durch den Einsatz von Meßgeräten festgestellt werden kann.This state of the art does not meet the requirement for a display option for the quality of the measurement, nor does it correspond to the options available today that the known methods of faster digital signal processing offer for this purpose. The former concerns, for example, the necessity to enable a comprehensible indication of quality for metrological surveys of noise effects on the environment as an essential prerequisite for factually sound determinations. The main question is whether the measurement carried out at all allows a meaningful, ie also sufficiently distinctive, statement. This applies in particular to the highest and lowest level values (peak and background levels) that are of particular interest in measurement practice, which can be characterized by the L _1% or the L _95% percentile. On the other hand, it is essentially about how large the random deviation of the measured percentile value from the "true" value is and how this can be determined directly by using a measuring device. Also closely related to this is the question of the proportion of the time period, such as a continuous impact on the environment, such as that caused by noise, that a threshold (limit value) specified by the measurement task has been exceeded and with which remaining, randomly possible deviation the actual proportion of the measured proportion this can be determined by using measuring devices.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Möglichkeit liefert, zusätzlich zu einer aus dem Signalverlauf auf Echtzeitbasis ermittelten Verteilungskenngröße (Perzentil) simultan aus den Fluktuationen des Zeitverlaufs in geeigneter Weise die Meßunschärfe des Perzentils zu ermitteln. Dabei soll die Meßunschärfe zweckmäßigerweise durch einen sogenannten zweiseitigen Vertrauensbereich quantitativ beschreibbar sein. Der zweiseitige Vertrauensbereich grenzt, ausgehend von dem ermittelten Perzentil-Meßwert, den Bereich nach oben und nach unten ein, in dem sich der wahre Wert der Kenngröße mit einer vorgeschriebenen hohen Wahrscheinlichkeit, z. B. 95% befindet. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit gleichen Wahrscheinlichkeiten beiderseits des Meßwertes. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mehrere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The present invention is therefore based on the object to create a device that provides the opportunity in addition to one from the waveform on a real-time basis determined distribution parameter (percentile) simultaneously from the fluctuations of the course of time in a more suitable manner Way to determine the measurement blur of the percentile. The measurement blur should expediently by a so-called two-sided trust range can be described quantitatively his. The bilateral trust limits, starting from the determined percentile measured value, the range up and down in which the true Value of the parameter with a prescribed high probability, e.g. B. 95%. This is conveniently done with equal probabilities on both sides of the measured value. This object is achieved according to the invention from the features of claim 1. Several advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Eine Vorrichtung zur meßtechnischen Erfassung und Beurteilung der Aussagequalität von Perzentilen stochastischer Schallsignale sowie zur Verwendung der Aussagequalität als meßtechnischer Steuergröße wurde bisher von anderer Seite nicht vorgelegt. A device for metrological detection and assessment the information quality of percentiles more stochastic Sound signals and the use of the information quality as metrological control variable has so far been from another side not submitted.

Die Vorteile, die sich aus der Anwendung der Vorrichtung ergeben sind insbesondere:The benefits resulting from the use of the device the following results in particular:

a) Determination and representation of the reliability of the primary, d. H. obtained directly from the real-time signal Parameter, already during the measurement and in just one a measuring gear. This eliminates the need for repeat measurements the parameter percentile, thereby only its scatter to be able to determine.
b) Possibility of an independent test by a Sound measuring device, whether the measured values recorded by it both basically as well as sufficiently representative and are meaningful when using criteria for the this requires measurement effort, and with the additional Possibility of automatic ad hoc control of the measuring process based on the criteria.
c) Clearly precise verification of effectiveness of soundproofing measures by using the Device possible indication of the significance of a sound level difference.
d) Measurement of a temporally approximately constant noise with a relatively low level from an additional fluctuating ambient noise, ie extraneous noise. Because of the possibility of free choice 0 <q% <100 of the exceeding share q for percentiles L 100q% , in contrast to the temporal averaging level L eq , which is fixed with a single numerical value, can namely from a very low working point, e.g. B. the L₉₆ of the overlapping external noise originating from road traffic, for example, a difference measurement "with" and "without" constant sound source and this can then be carried out with comprehensible precision.
e) Realization of a compared to long-term measurements relatively high accuracy, although in principle only a single and short-lasting measurement of at most one Hour is required. However, this would be on one limited scope.

Die der Funktionsweise der Vorrichtung zugrundeliegenden Zusammenhänge sowie der bisherige Stand der Technik und die Vorrichtung selbst sind in den beigefügten Figuren dargestellt.The basis of the functioning of the device Connections as well as the current state of the art and the device itself are in the attached figures shown.

Fig. 1 dient der Erläuterung der zur Beschreibung und Funktionsweise der Vorrichtung verwendeten Begriffe, Größen und Konventionen, betreffend das Primärsignal. Die einzelnen, innerhalb der gesamten Meßdauer zu beobachtenden Zeitintervalle, während derer das Schallsignal den Perzentilwert L_q abwechselnd jeweils zeitlich zusammenhängend über- bzw. unterschreitet, sind mit w_i als Überschreitungsintervall und mit u_i als Unterschreitungsintervall bezeichnet. Befindet sich das Schallsignal sowohl am Beginn als auch am Ende des gewählten, mit T bezeichneten Meßzeitintervalls, d. h. der Meßdauer, oberhalb von L_q, so werden - als Konvention - die beiden Überschreitungsintervalle addiert und als nur ein einziges Zeitintervall in gleicher Weise wie alle innen liegenden Intervalle weiterverwendet. Dies geschieht unter anderem in untenstehender Formel (1). Das gleiche gilt entsprechend, wenn das Signal am Anfang und am Ende unterhalb von L_q verläuft (vgl. Fig. 1). Ansonsten werden die unvollständigen Über- bzw. Unterschreitungsintervalle (Ü/U-Intervalle) an den Rändern des Meßzeitintervalls T so, wie vollständige Intervalle verwendet. Fig. 1 is used for explanation of the terms used in the description and operation of the device, sizes and conventions relating to the primary signal. The individual time intervals to be observed within the entire measuring period, during which the sound signal alternately exceeds or falls below the percentile value L _{q in} a time-related manner, are designated with w _i as an exceedance interval and with u _i as an undershoot interval. If the sound signal is both at the beginning and at the end of the selected measurement time interval, designated T, i.e. the measurement duration, above L _q , the two exceedance intervals are added - as a convention - and as a single time interval in the same way as all inside intervals used. This is done, among other things, in formula (1) below. The same applies accordingly if the signal runs below L _q at the beginning and at the end (cf. FIG. 1). Otherwise, the incomplete overshoot or undershoot intervals (T / U intervals) at the edges of the measurement time interval T as well as complete intervals are used.

Die Ü/U-Intervalle w_i und u_i sind die Grundelemente des von der Vorrichtung durchzuführenden Meßprozesses. In den hierfür mit zugrundegelegten Beziehungen (1) und (6) ff. wird die mit n bezeichnete Anzahl der Paare vollständiger, unmittelbar aufeinanderfolgender Einzelüber- und Unterschreitungsintervalle, d. h. "stochastischer Perioden" verwendet.The Ü / U intervals w _i and u _i are the basic elements of the measuring process to be carried out by the device. In the relationships (1) and (6) ff. On which this is based, the number of pairs of complete, immediately consecutive individual exceeding and falling short intervals, ie "stochastic periods", is used.

Fig. 2 dient zur Erläuterung des von der Vorrichtung genutzten Zusammenhangs zwischen der Streuung des Überschreitungsanteils bei festem Perzentil L_q, kurz Anteilswertstreuung, und der Perzentilstreuung. Jede in Fig. 2 dünn ausgezogene Kurve q(L;ζ) repräsentiert die Summenhäufigkeit aus einer einzelnen Messung mit der gleichen Meßdauer T und unter sonst gleichen stationären Bedingungen, mit ζ als stochastischem Scharparameter. Die Summenhäufigkeit bezeichnet hier die vom höchsten Meßwert zu den tieferen Meßwerten kontinuierlich aufsummierten prozentualen Meßwerthäufigkeiten (vgl. Hartung, Statistik, Oldenbourg, 4. Aufl., 1985, Kap. I 2.3, S. 23/24). Die Punkte auf der vertikalen L_q-Linie stellen gemessene Anteilswerte dar. Die Punkte auf der horizontalen q(L_q)-Linie geben die entsprechenden gemessenen Perzentilwerte wieder. Dies ergibt sich daraus, daß für jedes gemessene Perzentil definitionsgemäß der Anteilswert q vorgegeben ist, und somit die Perzentilwerte bei Wiederholung der gleichen Messung durch die Schnittpunkte der einzelnen Summenhäufigkeitsverläufe mit der Linie q=q(L_q):=konst. gegeben sind. Der jeweils außerhalb der Vertrauensgrenze befindliche Anteil (schraffierte Flächen) der bei festem L_q bei Wiederholungsmessungen sich einstellenden Überschreitungsanteile beträgt definitionsgemäß jeweils α/2, d. h. die Hälfte der vorgegebenen Irrtumswahrscheinlichkeit α, mit α«1. Fig. 2 serves to explain the relationship used by the device between the scatter of the exceedance share with a fixed percentile L _q , short share value spread, and the percentile spread. Each thinly drawn curve q (L; dünn) in FIG. 2 represents the total frequency from a single measurement with the same measurement duration T and under otherwise the same stationary conditions, with ζ as the stochastic family parameter. The cumulative frequency here denotes the percentage of measured value frequencies continuously added up from the highest measured value to the lower measured values (cf. Hartung, Statistics, Oldenbourg, 4th edition, 1985, Chapter I 2.3, p. 23/24). The dots on the vertical L _q line represent measured percentage values. The dots on the horizontal q (L _q ) line represent the corresponding measured percentile values. This results from the fact that, for each percentile measured, the proportion value q is predetermined, and thus the percentile values when repeating the same measurement through the intersection of the individual cumulative frequency curves with the line q = q (L _q ): = const. given are. The proportion outside of the confidence limit (hatched areas) of the exceedance proportions that occur with fixed L _q in repeat measurements is by definition α / 2, ie half of the specified error probability α, with α «1.

Fig. 3 gibt an, wie die Perzentil-Vertrauensbereichsgrenzen und somit auch die Größe des Vertrauensbereiches aus den Vertrauensbereichsgrenzen des Überschreitungsanteils bestimmt werden. Die dünn ausgezogenen Kurven geben dabei schematisch die Vertrauensbereichsgrenzen, d. h. die obere Vertrauensbereichsgrenze q_o und die untere Vertrauensbereichsgrenze q_u in ihrer Abhängigkeit vom Schallpegel wieder. Der in Fig. 3 mit L_q,u angezeigte Punkt auf der horizontal verlaufenden q-Linie entspricht dem Schnittpunkt der Linie L=L*_q mit der Linie q=q(L_q) in Fig. 2. Die Wahrscheinlichkeit, daß der gemessene, zu L_q gehörende Anteilswert ober- und unterhalb des Kurventripels q_o(L), q(L) und q_u(L) liegt, ist wie hier bei einem als symmetrisch festgelegtem q-Vertrauensbereich jeweils α/2. Da die einzelnen Perzentilwerte aus Wiederholungsmessungen entlang der Linie q=q(Lq):=konst. verteilt sind, ergeben sich die Vertrauensbereichsgrenzen L_q,o und L_q,u für das Perzentil aus den Schnittpunkten der q-Linie mit den Kurven q_u(L) und q_o(L). FIG. 3 indicates how the percentile confidence limits and thus also the size of the confidence limits are determined from the confidence limits of the exceeding proportion. The thinly drawn curves schematically represent the confidence limits, ie the upper confidence limit q _o and the lower confidence limit q _u as a function of the sound level. The point indicated by L _{q, u} in FIG. 3 on the horizontal q-line corresponds to the intersection of the line L = L * _q with the line q = q (L _q ) in FIG. 2. The probability that the measured , the share value belonging to L _q lies above and below the curve triple q _o (L), q (L) and q _u (L), as here with a q confidence interval defined as symmetrical, is in each case α / 2. Since the individual percentile values from repeat measurements along the line q = q (Lq): = const. are distributed, the confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} for the percentile result from the intersection of the q line with the curves q _u (L) and q _o (L).

In Fig. 4 ist das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Meßwerterfassung dargestellt, die den bisherigen Stand der Technik der Schall-Perzentilmessung aufzeigt, auf dem die erfindungsgemäße Vorrichtung aufbaut. Die Baugruppe besteht aus Mikrofon 1, Impedanzwandler 2, regelbarem Verstärker 3, Frequenzfilter 4, AC-Ausgang 5 für das Echtzeit-Schallsignal, Effektivwertbildung 6 und RC-Glied 7 zur Festlegung der Anzeigedynamik, z. B. "FAST" mit der Zeitkonstanten 125 ms. Der Schalldruckpegel wird über einen Analog/Digital-Wandler 8 einer Prozessoreinheit 9 mit Zeitgeber (Timer) 10 zugeführt, die selbst von außen über die Bedienelemente 11, eingeschlossen die Zeitvorwahl, angesteuert werden kann.In FIG. 4 is a block diagram of a device is shown for data acquisition, which shows the prior art of the sound-Perzentilmessung on which the device of the invention is based. The assembly consists of microphone 1 , impedance converter 2 , controllable amplifier 3 , frequency filter 4 , AC output 5 for the real-time sound signal, effective value formation 6 and RC element 7 for determining the display dynamics, for. B. "FAST" with the time constant 125 ms. The sound pressure level is fed via an analog / digital converter 8 to a processor unit 9 with a timer (timer) 10 , which can even be controlled from the outside via the operating elements 11 , including the time preselection.

Die Momentanwerte des Echtzeitsignals werden klassiert 12 und ggf. auch noch in ihrer ursprünglichen Folge als Echtzeitsignal in einen flüchtigen Speicher 13 (RAM-Speicher) eingegeben. Letzteres erlaubt die digitale Meßwertverarbeitung zu verschiedenartigen, in den Richtlinien zur Messung und Beurteilung von Geräuschen vorgeschriebenen Kenngrößen, insbesondere Mittelungspegel bzw. Schalldosiswerte und dies für unterschiedliche Anzeigedynamik. An Hand der Klassierung wird durch Aufaddieren der Klassenbelegungen die Pegelsummenhäufigkeit, darstellbar durch die Pegelfunktion q(L) gebildet und ebenfalls abgespeichert 14. Über das entsprechende Bedienelement zur Auswahl des gewünschten Überschreitungsanteils (Wähleinrichtung, in Fig. 4 in 11 mit enthalten), kann das mit einer Wähleinrichtung 16 einstellbare interessierende Perzentil über einen Anzeigetreiber 15, in gleicher Weise wie auch der Mittelungspegel L_eq, zur Anzeige gebracht werden 17. Der Anschluß an andere Geräte, etwa zur Aufzeichnung, erfolgt über eine digitale Schnittstelle 18. In Fig. 5 sind als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Meßvorrichtung für die Bestimmung des Perzentil-Vertrauensbereichs sowie die zusätzlich möglichen Ausgestaltungen dargestellt.The instantaneous values of the real-time signal are classified 12 and possibly also entered in their original sequence as a real-time signal in a volatile memory 13 (RAM memory). The latter allows the digital processing of measured values to various types of parameters prescribed in the guidelines for measuring and assessing noise, in particular averaging levels or sound dose values, and this for different display dynamics. Based on the classification, the level total frequency, which can be represented by the level function q (L), is formed and also stored 14 by adding up the class assignments. The percentile of interest that can be set with a selection device 16 can be displayed via a display driver 15 in the same way as the averaging level L _eq via the corresponding control element for selecting the desired proportion of exceeding (selection device, also included in FIG. 4 in FIG. 11 ) 17th The connection to other devices, for example for recording, takes place via a digital interface 18 . In Fig. 5, the measuring device according to the invention for determining the percentile confidence interval and the additional possible configurations are shown as a block diagram.

Die Vorrichtung beinhaltet ein in sich geschlossenes, d. h. zentrales Meßwert-Erfassungs- und -Verarbeitungssystem. Der Aufbau und die Funktion dieser Vorrichtung und die zugrundeliegenden Zusammenhänge sind folgende:
Mit einem Mikrofon 1 und den zugeordneten Funktionseinheiten 2 bis 7 in Fig. 4 wird der zeitabhängige Schalldruckpegel eines auf das Mikrofon 1 einwirkenden akustischen Signals erfaßt. Diese Anordnung ist über einen A/D-Wandler mit der Prozessoreinheit 9 mit zentralen Steuerfunktionen, die insbesondere ein Mikroprozessor (MP) sein kann, verbunden. Der Prozessoreinheit 9 zugeordnet sind ein Zeitgeber 10, ein Speicherelement 13 zur Aufnahme des digitalisierten Zeit-Amplitudenverlaufes der Schallsignale sowie Speicherelemente 12 und 14 zur Aufnahme der benötigten Meßdatenverteilungen, wie der durch die Klassierung gegebenen Momentanwert-Dichteverteilung f(L) und des pegelabhängigen, auf den Wertebereich 0q1 normierten Überschreitungsanteils q(L) sowie dessen obere und untere Vertrauensbereichsgrenzen q_o(L) und q_u(L). Wie bereits aus der Beschreibung zu Fig. 4 entnommen werden kann, sind die Speicherinhalte f(L) in 12 und q(L) in 14 durch Aufsummieren oder Differenzenbildung im Abstand der Klassenbreite ineinander überführbar und somit grundsätzlich äquivalent. Der Prozessoreinheit angegliedert, bzw. in ihr enthalten ist ein Festwertspeicher ROM 20, 1 KB, der den Wertebereich des statistischen Parameters Studentfaktor t_f;1- _α _/2 enthält (vgl. Hartung, Kap. IV 1.2.2. B, S. 154). Die Wähleinrichtung 21 dient dazu, die gemäß der zu lösenden Meßaufgabe noch vertretbare Irrtumswahrscheinlichkeit α und somit das gewünschte Signifikanzniveau 1-α einzustellen. Der flüchitge, d. h. RAM-Speicher 13 für die Aufnahme des Schallpegel-Zeitverlaufs verfügt über eine Speicherkapazität von mindestens 10 MB, um ein Echtzeitsignal in Zeitbewertung "FAST" bis zu 24 Stunden Meßdauer erfassen zu können. Dem Verteilungsspeicher 14 ist eine Funktionsgruppe 55 mit den Bausteinen 22 bis 29 angegliedert zur Ermittlung der Streuung und damit der Meßunschärfe des auf die gesamte Meßdauer bezogenen Anteiles, zu dem sich das Signal oberhalb eines bestimmten Perzentilwertes befindet. Dem Baustein 22 zur Abfrage des Echtzeitsignalverlaufes aus dem Speicher 14 ist eine Vergleichseinheit 23 nachgeschaltet, die prüft, ob sich das Signal über oder unter einem in die Vergleichseinheit aus dem Speicher 14 eingegebenen Perzentilwert L_q befindet. Damit verbunden ist eine Zeitmeßvorrichtung (Zeitschrittzähler) 24 zur Bestimmung der Größe der einzelnen Über- und Unterschreitungsintervalle w_i und u_i und ein Ereigniszähler 25 zur Bestimmung der Anzahl n dieser Intervalle. Damit sind die statistischen Grundgrößen für die weitere, ebenfalls von der Vorrichtung selbsttätig durchzuführende Bestimmung der Perzentilstreuung aus der Messung des kontinuierlichen Zeitverlaufes gewonnen.The device contains a self-contained, ie central measurement value acquisition and processing system. The structure and function of this device and the underlying relationships are as follows:
With a microphone 1 and the assigned functional units 2 to 7 in FIG. 4, the time-dependent sound pressure level of an acoustic signal acting on the microphone 1 is recorded . This arrangement is connected via an A / D converter to the processor unit 9 with central control functions, which can in particular be a microprocessor (MP). The processor unit 9 is assigned a timer 10 , a memory element 13 for recording the digitized time-amplitude profile of the sound signals and memory elements 12 and 14 for recording the required measurement data distributions, such as the instantaneous density distribution f (L) given by the classification and the level-dependent one the value range 0q1 standardized exceedance share q (L) and its upper and lower confidence limits q _o (L) and q _u (L). As can already be seen from the description of FIG. 4, the memory contents f (L) in FIG. 12 and q (L) in FIG. 14 can be converted into one another by summing up or forming differences at a distance from the class width and are therefore basically equivalent. Affiliated to the processor unit, or contained therein, is a read-only memory ROM 20 , 1 KB, which contains the value range of the statistical parameter student factor t _{f; 1-} _α _{/ 2} (cf. Hartung, Chapter IV 1.2.2. B, p. 154). The selection device 21 serves to set the error probability α, which is still acceptable according to the measurement task to be solved, and thus to set the desired level of significance 1-α. The flüchitge, ie RAM memory 13 for recording the sound level-time profile has a storage capacity of at least 10 MB in order to be able to record a real-time signal in time evaluation "FAST" up to 24 hours of measurement. The distribution memory 14 is connected to a function group 55 with the components 22 to 29 for determining the scatter and thus the measurement blur of the portion relating to the entire measurement duration, for which the signal is above a certain percentile value. The block 22 for querying the real-time signal curve from the memory 14 is followed by a comparison unit 23 which checks whether the signal is above or below a percentile value L _q entered into the comparison unit from the memory 14 . Associated with this is a time measuring device (time step counter) 24 for determining the size of the individual exceeding and falling short intervals w _i and u _i and an event counter 25 for determining the number n of these intervals. The statistical basic variables for the further determination of the percentile scatter, which is also to be carried out automatically by the device, are thus obtained from the measurement of the continuous course of time.

Als eine wesentliche Randbedingung hierfür muß erfüllt sein, daß die einzelnen Über- und Unterschreitungsdauern w_i und u_i (vgl. Fig. 1) alle untereinander hinreichend stochastisch unabhängig sind. Dies läßt sich entweder aus dem Entstehungsvorgang für den zeitlichen Verlauf des zu messenden Schallsignals (z. B. wechselseitig nicht korreliert vorbeifahrende Kraftfahrzeuge) beurteilen oder die Unabhängigkeit kann durch eine nach bekannten Verfahren ausführbare Korrelationsanalyse festgestellt werden (Hartung, Kap. XII 1.4, S. 675 und 4.1 S. 728).An essential boundary condition for this must be that the individual exceeding and falling short periods w _i and u _i (cf. FIG. 1) are all sufficiently stochastically independent of one another. This can either be assessed from the process of creating the temporal profile of the sound signal to be measured (e.g. motor vehicles passing by without correlation) or independence can be determined by means of a correlation analysis that can be carried out using known methods (Hartung, Chapter XII 1.4, p. 675 and 4.1 p. 728).

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht zwischen der Summe der während der Beobachtungsdauer T aufgetretenen einzelnen Überschreitungsintervalle und dem Anteil q der Beobachtungsdauer (Anteilswert), während dessen die Momentanwerte des Signals den Perzentilpegel L_q überschreiten, der ZusammenhangAs can be seen from FIG. 1, there is a relationship between the sum of the individual exceedance intervals that occurred during the observation period T and the portion q of the observation duration (portion value) during which the instantaneous values of the signal exceed the percentile level L _q

Der zulässige Wertebereich für den Anteilswert q ist definitionsgemäß 0q1, wobei sich der Überschreitungs- und der Unterschreitungsanteil zu 1 ergänzen: q_u+q_w:=1. Auf der Grundlage der Formel (1) läßt sich bei üblicherweise vorgegebenem q-Wert durch Auflösung nach der Meßvariablen L das Perzentil L_q ermitteln. Diese Methode führt unabhängig von der herkömmlichen Perzentilmessung mit Hilfe der Aufsummierung der Pegelklassenbelegungen zum gleichen Ergebnis. Sie geht jedoch über die herkömmliche Methode der Perzentilbestimmung insofern hinaus, als die Überschreitungsintervalle w_i, anders als die Klassenbelegungen durch die Momentanwerte, noch eine zusätzliche Information über die Zeitstruktur des Schallsignals enthalten. Dies erst öffnet wie folgt den Weg zur Ermittlung, Darstellung und Anwendung der Perzentilvarianz:
Die Perzentilstreuung kontinuierlicher stochastischer Signale ist in ihrer Größe und Struktur zugänglich über die Varianz Var q des Zeitanteils der Über- bzw. Unterschreitung eines vorgegebenen (Perzentil-)Wertes innerhalb der Beobachtungsdauer. (Zum Begriff der Varianz bzw. Standardabweichung siehe z. B. Hartung, Kap. II C.8.2 A S. 116/117 und VDI-Richtlinie 3723, Anhang A.)The permissible value range for the share value q is 0q1 by definition, with the exceeding and falling below share added to 1: q _u + q _w : = 1. On the basis of the formula (1), the percentile L _q can be determined for a given q value by resolution according to the measurement variable L. Independent of the conventional percentile measurement, this method leads to the same result by adding up the level class assignments. However, it goes beyond the conventional percentile determination method in that, unlike the class assignments by the instantaneous values, the exceeding intervals w _i contain additional information about the time structure of the sound signal. This opens the way for the determination, representation and application of the percentile variance as follows:
The size and structure of the percentile scatter of continuous stochastic signals is accessible via the variance Var q of the proportion of time that a predetermined (percentile) value is exceeded or fallen short of within the observation period. (For the concept of variance or standard deviation, see e.g. Hartung, Chapter II C.8.2 A p. 116/117 and VDI Guideline 3723, Appendix A.)

Ist als weitere notwendige Randbedingung für eine auch in ihrer Aussagequalität beschreibbare Perzentilmessung erfüllt, daß während der Beobachtungsdauer mehrere, d. h. mindestens 5 voneinander unabhängige Über- bzw. Unterschreitungen auftreten, und wird der Perzentilwert L_q zunächst als vorgegeben betrachtet, dann ist der mit ⟨Var q⟩ bezeichnete, ausschließlich an Hand von Beobachtungsdaten darstellbare Schätzwert der Varianz Var q des Überschreitungsanteils bestimmt durchIf, as a further necessary boundary condition for a percentile measurement, which can also be described in terms of its information quality, it is fulfilled that several, ie at least 5 independent overshoots or undershoots occur during the observation period, and if the percentile value L _{q is} initially considered as predetermined, then it is mitVar q⟩ denoted estimated value of the variance Var q of the percentage of exceedance, which can only be represented on the basis of observation data, determined by

wobei
⟨ν⟩ = beobachtete mittlere Folgefrequenz der Einzelüber- bzw. Unterschreitungen des Perzentilwertes durch das Schallsignal,
⟨ν⟩: = n/T,
s_w, s_u = Standardabweichung der Über-/Unterschreitungsintervalle w_i und u_i,
q_w, q_u = vorgegebener Über- und Unterschreitungsanteil (q_w+q_u:=1).in which
⟨Ν⟩ = observed mean repetition frequency of the individual exceeding or falling below the percentile value by the sound signal,
⟨Ν⟩: = n / T,
s _w , s _u = standard deviation of the exceeding / falling short intervals w _i and u _i ,
q _w , q _u = specified percentage of exceeding and falling _below (q _w + q _u : = 1).

Da sich der Überschreitungsanteil und der Unterschreitungsanteil definitionsgemäß zu 1 ergänzen, sind die Varianzen des Über- und Unterschreitungsanteils identisch und können als "Varianz des Anteilswertes" bezeichnet werden. Auf direktem Wege, d. h. ohne die Anwendung der Formel (2) kann die Anteilswertstreuung nur an Hand von Wiederholungsmessungen und jeweiliger Bestimmung des für gleichbleibenden Perzentilwert L_q sich einstellenden Überschreitungsanteils ermittelt werden.Since the proportion of exceedance and the proportion of undershoot are complementary to 1, the variances of the proportion of exceeding and undershooting are identical and can be referred to as "variance of the proportion value". In a direct way, ie without the application of formula (2), the scatter in the share value can only be determined on the basis of repetitive measurements and the respective determination of the percentage of exceeding that occurs for a constant percentile value L _q .

Die Anteilsvarianz ist bisher nicht als für die Meßtechnik brauchbar erkannt worden.The proportion variance is so far not as for measurement technology been usefully recognized.

Diese für diese Erfindung so wichtige Anteilsvarianz läßt sich folgendermaßen darstellen:
Die Wahrscheinlichkeit, daß die Summe aller Einzelüberschreitungen, d. h. die im folgenden mit W bezeichnete Gesamtdauer der Überschreitung eines bestimmten Perzentilwertes während der Meßdauer T in das Intervall zwischen W und W+dW zu liegen kommt, ist durch die von der Meßdauer mitbedingte WahrscheinlichkeitThis share variance, which is so important for this invention, can be represented as follows:
The probability that the sum of all individual exceedances, ie the total duration of exceeding a certain percentile value during the measurement period T, which is referred to below as W, comes to lie in the interval between W and W + dW is due to the probability determined by the measurement duration

P{WW′W+dW; nn′n+dn|W+U=T}= α(T,n)ϕ(W,n)ψ(T-W,n)dWf(n,T)dn:=d²P(W,n,T) (3)P {WW′W + dW; nn′n + dn | W + U = T} = α (T, n) ϕ (W, n) ψ (T-W, n) dWf (n, T) dn: = d²P (W, n, T) (3)

gegeben. Dabei bezeichnen ϕ(W,n) und ψ(U,n) die Verteilungsdichtefunktionen der Gesamtdauern der Überschreitung W bzw. der Unterschreitung U, wobei 0WT und 0UT ist. Diese Verteilungsfunktionen sind ersichtlich auch noch von der Anzahl n unmittelbar aufeinanderfolgender Einzelüber- und Unterschreitungsintervalle, d. h. stochastischer Perioden in T mitbestimmt. Die Verteilungsdichte hierfür wird durch f(n,T) angegeben. Der Normierungsfaktor α(T,n) ergibt sich aus dem vorgenannten zulässigen Wertebereich für W und U, d. h., daß sich irgendeine Über- bzw. Unterschreitungsdauer zwischen 0 und T immer einstellt.given. Here ϕ (W, n) and ψ (U, n) denote the distribution density functions the total duration of the overshoot W or the shortfall U, where 0WT and 0UT is. These distribution functions can also be seen from the number n of immediately consecutive individual transfers and shortfall intervals, d. H. stochastic periods co-determined in T. The distribution density for this will indicated by f (n, T). The normalization factor α (T, n) results from the aforementioned permissible value range for W and U, i.e. that is, there is any excess or shortfall always set between 0 and T.

In dem mit (3) gegebenen Ansatz ist die die Varianz des Anteilswertes entscheidend mitbestimmende Tatsache berücksichtigt, daß in der Praxis bei jeder Messung einer zeitabhängigen Größe die Meßdauer endlich und vorgegeben ist, z. B. 1 Stunde. Dem Zusammenhang (3) liegt außerdem die in der Beschreibung der Erfindung vorausgesetzte stochastische Unabhängigkeit zwischen n, W und U zugrunde. Dies ist eine Folge der der vorausgesetzten Unabhängigkeit der einzelnen Über- und Unterschreitungen und erlaubt eine Auftrennung der zweidimensionalen Verteilungsdichtefunktion d²P(W,n,T)/dndW in einzelne Faktoren. Mit Hilfe von (3) läßt sich die Varianz der Gesamtüberschreitungsdauer definitionsgemäß an Hand vonIn the approach given by (3) it is the variance of the Share value is factored into the decision, that in practice one with each measurement time-dependent size the measurement duration finite and predetermined is, e.g. B. 1 hour. The relationship (3) also lies that required in the description of the invention stochastic independence between n, W and U. This is a consequence of the required independence of the individual exceeding and falling short and allows one Separation of the two-dimensional distribution density function d²P (W, n, T) / dndW in individual factors. With the help of (3) the variance of the total exceedance duration by definition using

bestimmen. Mit den Erwartungswerten E{w}:=⟨w⟩, E{u}:=⟨u⟩, σ_w und σ_u im Sinne der Statistik (vgl. Hartung, Kap. II 8.1.A, S. 112-114) und den Voraussetzungen, daß das Schallsignal das Perzentil mindestens einige Male über- und unterschreitet (verursacht z. B. von Pkw-Vorbeifahrten oder von Überflügen von Verkehrsflugzeugen usw., die auch simultan einwirken können), d. h. T/(⟨u⟩+⟨w⟩)=⟨n⟩5 und σ_w/⟨w⟩:=v_w1, σ_u/⟨u⟩:=v_u1, kann der Zentrale Grenzwertsatz der Statistik (Hartung, Kap. II 9. S. 121/122) angewandt und somit die in der zweiten Zeile von (3) aufgeführten Funktionen mit Hilfe der vorgenannten Größen explizit dargestellt werden. Die Gesamtüberschreitungsdauer ist somit als praktisch normalverteilt, mit dem Mittelwert E{w}=⟨n⟩⟨w⟩ und der Varianz σ_w²=⟨n⟩σ_w² anzusehen. Damit ergibt sich für die letztlich gesuchte Varianz des Überschreitungsanteils bzw. des Anteilswertes ganz allgemeindetermine. With the expected values E {w}: = ⟨w⟩, E {u}: = ⟨u⟩, σ _w and σ _u in the sense of statistics (cf. Hartung, Chapter II 8.1.A, pp. 112-114) and the prerequisites that the sound signal exceeds and falls below the percentile at least a few times (caused, for example, by car drives past or by overflights by commercial aircraft, etc., which can also act simultaneously), ie T / (⟨u⟩ + ⟨ w⟩) = ⟨n⟩5 and σ _w / ⟨w⟩: = v _w 1, σ _u / ⟨u⟩: = v _u 1, the Central Limit Theorem of Statistics (Hartung, Chap. II 9. p. 121 / 122) is applied and the functions listed in the second line of (3) are explicitly represented using the aforementioned variables. The total duration of exceedance is therefore considered to be practically normal, with the mean value E {w} = ⟨n⟩⟨w⟩ and the variance σ _w ² = ⟨n⟩σ _w ². This results in general for the ultimately sought variance of the exceeding share or the share value

Die Beziehung (5) für die Anteilsvarianz, hier in der Darstellung einer Erwartungswert-Gleichung, ist invariant gegenüber der Vertauschung von Über- und Unterschreitung. Dies ist wie zu erwarten eine Konsequenz der endlichen vorgegebenen Meßdauer. Die in den Klammern ⟨.⟩ enthaltenen Größen ⟨n⟩ usw. sind hier als Erwartungswerte zu verstehen.The relationship (5) for the share variance, here in the illustration an expected value equation is invariant against the exchange of overshoot and undershoot. As expected, this is a consequence of the finite given measurement duration. The ones contained in brackets ⟨.⟩ Sizes ⟨n⟩ etc. are to be understood here as expected values.

Die Anteilsvarianz kann auch noch in einer anderen, für die praktische Anwendung wesentlich zweckmäßigeren Form dargestellt werden. Mit ⟨w⟩/(⟨u⟩+⟨w⟩):=q_w, ⟨u⟩/(⟨u⟩+⟨w⟩):=q_u und ⟨n⟩/T:=⟨ν⟩, wobei hier nun die Größen ⟨.⟩ Mittelwerte aus beobachteten Einzelmeßwerten w_i usw. bezeichnen, istThe proportion variance can also be represented in another form which is much more expedient for practical use. With ⟨w⟩ / (⟨u⟩ + ⟨w⟩): = q _w , ⟨u⟩ / (⟨u⟩ + ⟨w⟩): = q _u and ⟨n⟩ / T: = ⟨ν⟩, where here now denote the quantities ⟨.⟩ mean values from observed individual measured values w _i etc.

Ausgehend von (6) läßt sich nur die Varianz des Anteilswertes für ein beobachtbares Signal, d. h. mit ausschließlicher Verwendung beobachtbarer Größen, erwartungstreu schätzen (vgl. Hartung, Kap. III 1. S. 124/125), indem die vorzugebenden Werte für q_w, q_u, die während der Meßdauer beobachteten Werte für n an Stelle von ⟨n⟩, die Standardabweichungen s_u und s_w an Stelle von σ_u und σ_w sowie die davon abgeleiteten Variationskoeffizienten v eingesetzt werden. Wird also die Beobachtungsdauer T so groß gewählt, daß mehrere, d. h. mindestens 5 Über(Unter)schreitungen auftreten, so gilt Formel (2) für die beobachtbare Varianz des Über- bzw. Unterschreitungsanteils bei fest vorgegebenem Perzentilwert. Starting from (6), only the variance of the proportional value for an observable signal, ie with the exclusive use of observable quantities, can be estimated in line with expectations (cf. Hartung, chap. III 1st p. 124/125) by the values to be specified for q _w , q _u , the values observed for n instead of ⟨n⟩ during the measurement period, the standard deviations s _u and s _w instead of σ _u and σ _w as well as the variation coefficients v derived therefrom. If the observation period T is chosen to be so long that several, ie at least 5 overshoots occur, then formula (2) applies to the observable variance of the overshoot or undershoot percentage for a fixed percentile value.

Um die Varianz gemäß der Beziehung (2) bzw. mit Hilfe der rechten Seite von (6) aus dem während der endlichen Meßdauer T registrierten Zeitverlauf zu ermitteln, werden die mit der Zeitmeßvorrichtung 24 und dem Ereigniszähler 25 erhaltenen Meßgrößen u_i und w_i und n in der davon beaufschlagten Funktionseinheit 26 zu ⟨w⟩:=Σw_i/n, s_w und v_w=s_w/⟨w⟩ bzw. ⟨u⟩, s_u und v_u=s_u/⟨u⟩ verknüpft. Die zusätzlich bestimmten Variationskoeffizienten v sind für die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung erforderlich. Die Zeitmeßvorrichtung 24, der Zähler 25 sowie die Funktionseinheit zur Gewinnung der statistischen Daten 26 sind über einen Datenbus 27 mit dem Speicher 14 verbunden. Dort werden mit Hilfe der Prozessoreinheit 9 die beim Pegel L_q sich ergebenden w_i aufsummiert. Mit Verwendung der Formel (1) ergibt sich damit q(L) und daraus für die Gesamtheit der L_q die Summenhäufigkeitsverteilung. Die dem Baustein 26 nachgeordnete und über den Datenbus 27 mit dem Speicher 14 verbundene Verknüpfungseinheit 28 verarbeitet die statistischen Grundkenngrößen ⟨w⟩, s_w, ⟨u⟩, s_u und n gemäß der Formel (2) zu der Varianz des Anteilswertes.In order to determine the variance according to the relationship (2) or with the help of the right side of (6) from the time profile registered during the finite measurement period T, the measured variables u _i and w _i and. Obtained with the time measuring device 24 and the event counter 25 n in the functional unit 26 acted upon by this to ⟨w⟩: = Σw _i / n, s _w and v _w = s _w / ⟨w⟩ or ⟨u⟩, s _u and v _u = s _u / ⟨u⟩. The additionally determined variation coefficients v are required for the further configuration of the device. The time measuring device 24 , the counter 25 and the functional unit for obtaining the statistical data 26 are connected to the memory 14 via a data bus 27 . There, with the help of the processor unit 9, the w _i resulting at the level L _q are summed up. Using formula (1), this results in q (L) and, for the totality of L _q, the sum frequency distribution. Linking unit 28 , which is downstream of module 26 and is connected to memory 14 via data bus 27, processes the basic statistical parameters ⟨w⟩, s _w , ⟨u s, s _u and n according to formula (2) for the variance of the share value.

Auf den Baustein 28 folgt eine Verknüpfungseinheit 29, deren Ausgang auch über den Datenbus 27 mit dem zugeordneten Speicher 14 sowie mit einer Wähleinrichtung 21 für das Signifikanzniveau verbunden ist. Dieser Verknüpfungsbaustein bestimmt für den zweckmäßigerweise hinsichtlich der Irrtumswahrscheinlichkeit beidseitig symmetrisch festgelegten Vertrauensbereich des Anteilswertes q an Hand des Ereignisses aus der Verknüpfungseinheit 28 die obere Grenze q_o und die untere Grenze q_u. Das Vertrauensniveau wird mit 1-α gewählt, wobei α«1. Die Bestimmung dieses Vertrauensbereiches geschieht mit Hilfe des für Mittelwerte üblichen Verfahrens gemäß der BeziehungThe module 28 is followed by a logic unit 29 , the output of which is also connected via the data bus 27 to the associated memory 14 and to a selection device 21 for the level of significance. This link module determines the upper limit q _o and the lower limit q _u for the confidence interval of the share value q which is expediently symmetrically defined on both sides with regard to the probability of error on the basis of the event from the link unit 28 . The level of trust is chosen as 1-α, where α «1. This range of confidence is determined with the aid of the method usual for mean values according to the relationship

q_o-q=q-q_u=t_f:1- _α _/2[Vαr q]^1/2, (7)q _o -q = qq _u = t _{f: 1-} _α _{/ 2} [Vαr q] ^1/2 , (7)

wobei
t_f;1- _α _/2=Quantil der Studentverteilung bei Freiheitsgrad f=n-1, mit n=Anzahl der Einzelüber- bzw. Unterschreitungen des Perzentilwertes durch das Schallsignal (vgl. Hartung, Kap. IV 1.3.2, S. 161).in which
t _{f; 1-} _α _{/ 2} = quantile of the student distribution with degree of freedom f = n-1, with n = number of individual violations of the percentile value by the sound signal (cf. Hartung, chap. IV 1.3.2, p. 161 ).

Die Formel (7) beruht darauf, daß die Verteilung einer aus n stochastisch unabhängigen Stichprobenelementen gleicher Art, wie hier der w_i (siehe Gl. (1)), gebildeten Summe an Hand der Streubreite dieser Summe, bestimmt durch ihre Varianz, sowie durch den Faktor t beschrieben werden kann. Der voranstehend beschriebene Funktionsablauf muß für alle im Bereich 0q1 der Auswertung zugänglichen q-Werte bzw. den ganzen durch die Messung erfaßten Pegelbereich wie folgt durchgeführt werden: Nach dem Ende der Messung, d. h. nachdem ein vorgegebenes Meßzeitintervall T vollständig durchlaufen ist, wird zunächst von der Prozessoreinheit 9 aus dem Verteilungsspeicher 14 der niedrigste gemessene Momentanwert des Signals ermittelt. Dann wird der Komparator 23 auf die um 0,5 dB (oder alternativ 0,5%) nächsthöher liegende Stufe eingestellt und die Vorrichtung führt die Bestimmung der Vertrauensbereichsgrenzen q_o und q_u auf der neuen Stufe wie vorangehend beschrieben durch und gibt diese mit Zuordnung zum gerade ausgewählten Pegelwert in den Speicher 14. Dies wird in den vorgenannten dB- oder Prozent-Schritten bis zum höchsten Pegelwert wiederholt, bei dem gerade noch 2 Überschreitungen auftreten. Das führt zur Speicherung der Funktionen q_o(L) und q_u(L) im Verteilungsspeicher 14. Dies ist bildlich in Fig. 3 mit dargestellt. Damit stehen die Ausgangsdaten für die unmittelbare Bestimmung der Perzentil-Vertrauensbereichsgrenzen L_q,o und L_q,u zur Verfügung.The formula (7) is based on the fact that the distribution of a sum formed from n stochastically independent sample elements of the same type, such as the w _i (see Eq. (1)), is determined by the variance of this sum, determined by its variance, and by the factor t can be described. The functional sequence described above must be carried out as follows for all q values accessible in the area 0q1 of the evaluation or for the entire level range covered by the measurement: After the end of the measurement, ie after a predetermined measurement time interval T has been completely run through, the Processor unit 9 determines the lowest measured instantaneous value of the signal from distribution memory 14 . Then the comparator 23 is set to the next higher level by 0.5 dB (or alternatively 0.5%) and the device carries out the determination of the confidence limits q _o and q _u on the new level as described _above and gives this with assignment to the currently selected level value in the memory 14 . This is repeated in the aforementioned dB or percent steps up to the highest level value, at which just 2 exceedances occur. This leads to the storage of the functions q _o (L) and q _u (L) in the distribution memory 14 . This is illustrated in Fig. 3. The output data are thus available for the direct determination of the percentile confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} .

Im ersten Schritt hierzu wird vom Benutzer der Vorrichtung an Hand der Wähleinrichtung 30 der gewünschte und auch zur Anzeige 17 gebrachte Überschreitungsanteil eingestellt, z. B. 1%. Mit dieser Wähleinrichtung werden die mit dem Speicher 14 verbundenen Vergleichseinheiten 53 und 54 beaufschlagt. Die mit dem Baustein 38 zum Aufsuchen der oberen Vertrauensbereichsgrenze L_q,o gekoppelte Vergleichseinrichtung 53 führt in Wechselwirkung mit dem Speicher 14 einen Abgleich von q_u(L) mit q durch. Daraufhin sucht die auch mit der Anzeigevorrichtung 15-17 verbundene Funktionseinheit 38 die obere Perzentil-Vertrauensbereichsgrenze L_q,o auf und bringt sie in der Maßeinheit dB zur Anzeige. Analog dazu führt die mit dem Baustein 39 zum Aufsuchen der unteren Vertrauensbereichsgrenze L_q,u gekoppelte Vergleichseinrichtung 54 in Wechselwirkung mit dem Speicher 14 einen Abgleich von q_o(L) mit q durch. Der mit 54 verbundene Baustein 39 sucht entsprechend die untere Vertrauensbereichsgrenze L_q,u auf und bringt sie gleichzeitig mit L_q,o zur Anzeige. Den Bausteinen 38 und 39 zur Bestimmung der Vertrauensbereichsgrenzen ist ein auch mit der Anzeigevorrichtung 15-17 verbundenes Differenzbildungsglied 40 zur Verknüpfung der Vertrauensbereichsgrenzen zur GrößeIn the first step of this, the user of the device uses the selector device 30 to set the desired and also displayed portion 17 , e.g. B. 1%. This selection device acts on the comparison units 53 and 54 connected to the memory 14 . The comparison device 53 coupled to the module 38 for seeking the upper confidence limit L _{q, o} , in interaction with the memory 14 , performs a comparison of q _u (L) with q. 38 17 functional unit connected to the upper percentile confidence limit L _{q, o} and brings them into the unit dB for display - then examined also with the display device 15 °. Analogously to this, the comparison device 54 coupled to the module 39 for locating the lower confidence limit L _{q, u,} in interaction with the memory 14, compares q _o (L) with q. The block 39 connected to 54 accordingly searches for the lower confidence limit L _{q, u} and simultaneously displays it with L _{q, o} . The blocks 38 and 39 to determine the confidence limits is also with the display device 15 - 17 connected subtraction element 40 for linking the confidence limits to the size

V=L_q,o-L_q,u (8)V = L _{q, o} -L _{q, u} (8)

des Vertrauensbereiches in der Einheit dB angegliedert. Diese der Vorrichtung zugrundeliegenden Schritte zur Bestimmung des Perzentil-Vertrauensbereichs ergeben sich, wie mit Hilfe von Fig. 2 erläutert wird, wie folgt:
Da die Summenhäufigkeit definitionsgemäß mit zunehmendem Merkmalswert, d. h. hier dem Schalldruckpegel, selbst auch stets monoton zunimmt, oder mindestens konstant bleibt, ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Anzahl der Schnittpunkte des Kurvenfeldes der auf 1 normierten Summenhäufigkeitsverteilung z. B. mit der Linie q=q(L_q)=konst. für LL_q die gleiche wie mit der Linie L=L_q=konst. für qq(L_q). Hierbei soll der Verlauf q(L_q) den (pegelabhängigen) Erwartungswert der Summenhäufigkeit bezeichnen. Siehe dazu auch q(L) in Fig. 3.of the confidence interval in the unit dB. These steps for determining the percentile confidence interval on which the device is based result, as explained with the aid of FIG. 2, as follows:
Since, by definition, the total frequency increases with increasing characteristic value, ie here the sound pressure level, also always monotonously, or at least remains constant, as can be seen from FIG. 2, the number of intersections of the curve field of the normalized distribution of total frequency z. B. with the line q = q (L _q ) = const. for LL _q the same as with the line L = L _q = const. for qq (L _q ). Here, the course q (L _q ) should denote the (level-dependent) expected value of the total frequency. See also q (L) in Fig. 3.

Somit ist der Anteil der Schnittpunkte und damit auch der Anteil aller im Wiederholungsfalle beliebig häufig beobachtbaren Perzentile, mit dem dafür vorzugebenden Anteilswert q(L_q), auf der Linie q=q(L_q)=konst. im Bereich unterhalb von L_q der gleiche wie der Anteil von allen beobachtbaren q-Werten oberhalb von q(L_q) entlang der Linie L=L_q=konst. Wählt man einen Pegelwert L*_q, etwa am unteren Rand der entlang der Linie q(L_q)=konst. vorhandenen L_q-Verteilung, so ist der Anteil der Perzentile im Bereich L<L*_q gleich dem Anteil von q-Werten auf der Linie L=L*_q oberhalb von q=q(L_q). Das Analoge gilt für den gegenüberliegenden Quadranten.Thus the proportion of the intersection points and thus also the proportion of all percentiles that can be observed as often as required in the case of repetition, with the proportion value q (L _q ) to be specified for this, is on the line q = q (L _q ) = const. in the area below L _q the same as the proportion of all observable q values above q (L _q ) along the line L = L _q = const. If you choose a level value L * _q , roughly at the bottom of the line q (L _q ) = const. existing L _q distribution, the proportion of percentiles in the range L <L * _{q is} equal to the proportion of q values on the line L = L * _q above q = q (L _q ). The analog applies to the opposite quadrant.

Wenn also die Vertrauensbereichsgrenen q_o(L) und q_u(L) für den Überschreitungsanteil - bzw. für den Unterschreitungsanteil, die sich beide zu 1 ergänzen - als Funktion des Schalldruckpegels wie angegeben bestimmt und gespeichert in 14 verfügbar sind, dann können damit auch die Vertrauensbereichsgrenzen für jedes Perzentil aus den jeweiligen Umkehrfunktionen wie folgt bestimmt werden:So if the confidence bounds q _o (L) and q _u (L) for the overshoot portion - or for the undershoot portion, both of which add up to 1 - are determined as a function of the sound pressure level and stored in 14 as indicated, then so can the confidence limits for each percentile are determined from the respective inverse functions as follows:

L_q,o(q,n,α)=q_u⁻¹(q,n,α) (9a)L _{q, o} (q, n, α) = q _u ⁻¹ (q, n, α) (9a)

L_q,u(q,n,α)=q_o⁻¹(q,n,α) (9b)L _{q, u} (q, n, α) = q _o ⁻¹ (q, n, α) (9b)

Dabei ist der Abstand dieser Grenzen vom Perzentil-Meßwert, wie etwa aus den Beziehungen (3) und (7) ersichtlich ist, auch noch von der Anzahl n der während der Meßdauer aufgetretenen Einzel-, Über- bzw. Unterschreitungen und von der vorzugebenden noch tolerierbaren Irrtumswahrscheinlichkeit α mitbedingt. Deshalb ist es erforderlich, daß vom Benutzer der Vorrichtung vorangehend zur Ermittlung der Vertrauensbereichsgrenzen das gewünschte Signifikanzniveau und die interessierende Perzentilart, d. h. der Überschreitungsanteil, mit Hilfe der entsprechenden Wähleinrichtungen 21 und 30 eingestellt werden. Falls den Benutzer der Vorrichtung auch die Position der Vertrauensbereichsgrenzen für den mit der Wähleinrichtung 30 eingestellten Anteilswert interessiert, kann dies mit einer zusätzlichen Wähleinrichtung 37 zur Anzeige 17 gebracht werden. In der Regel werden die Vertrauensbereichsgrenzen im Pegelraum ermittelt und somit, wie der Perzentilpegel selbst, in der Einheit Dezibel angegeben.The distance of these limits from the percentile measured value, as can be seen, for example, from relationships (3) and (7), is also from the number n of individual undershoots, overshoots and undershoots that occurred during the measurement period and from the one to be specified tolerable error probability α conditionally. It is therefore necessary for the user of the device to set the desired level of significance and the type of percentile of interest, ie the percentage of exceedance, beforehand using the corresponding selection devices 21 and 30 to determine the confidence limits. If the user of the device is also interested in the position of the confidence limits for the proportion value set with the selection device 30 , this can be displayed 17 with an additional selection device 37 . As a rule, the confidence limits in the level space are determined and, like the percentile level itself, are given in decibels.

Als eine Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann über eine Wähleinrichtung 31 ein Funktionsbaustein 32 aktiviert werden, der die von der Funktionseinheit 26 gelieferten statistischen Grundkenngrößen v_u und v_w bei dem mit der Wähleinrichtung 30 ausgewählten Überschreitungsanteil q zu einer kritischen Zahl n_e verknüpft, die von der Anzahl n der während der Meßdauer T beobachteten Über- bzw. Unterschreitungen mindestens erreicht werden sollte. Diese kritische Anzahl n_e ist bestimmt durch den ZusammenhangAs an embodiment of this device, a function block 32 can be activated via a selection device 31 , which links the basic statistical parameters v _u and v _w delivered by the function unit 26 to a critical number n _e , which is determined by the selection device 30, by the selection device 30 Number n of the overshoots or undershoots observed during the measurement period T should at least be reached. This critical number n _e is determined by the context

wobei
1-α = Signifikanzniveau (mit α«1),
q_innen = größerer der beiden durch L_q erzeugten Anteile der Summenhäufigkeitsverteilung der Signal-Momentanwerte,
v_u = s_u/⟨u⟩, v_w = s_w/⟨w⟩,
S_u, s_w = Standardabweichungen,
⟨u⟩, ⟨w⟩ = Mittelwerte aus den beobachteten Einzel-Über- bzw. Unterschreitungen w_i und u_i,
v_u, v_w = Variationskoeffizienten.in which
1-α = level of significance (with α «1),
q _inside = larger of the two components of the total frequency distribution of the instantaneous signal _values generated by L _q ,
v _u = s _u / ⟨u⟩, v _w = s _w / ⟨w⟩,
S _u , s _w = standard deviations,
⟨U⟩, ⟨w⟩ = mean values from the observed individual overshoots and undershoots w _i and u _i ,
v _u , v _w = coefficients of variation.

Für kleine Anzahlen n der beobachteten einzelnen Über- bzw. Unterschreitungen des Perzentilwertes durch das kontinuierliche Signal ist die kritische Anzahl n_e iterativ zu bestimmen.For small numbers of the observed individual exceeding or undershooting of the percentile value n by the continuous signal is the critical number to determine n _e iteratively.

Von den Funktionsbausteinen 25 und 32 wird deren Status mit Hilfe der Prozessoreinheit 9 an die Vergleichseinheit 33 weitergegeben. Diese Vergleichseinheit prüft, ob das interessierende Perzentil bereits genügend lange gemessen wurde, d. h. obThe status of function blocks 25 and 32 is passed on to comparison unit 33 with the aid of processor unit 9 . This comparison unit checks whether the percentile of interest has been measured long enough, ie whether

n n_e (11)nn _e (11)

erfüllt ist und gibt das Ergebnis über die Datenleitung 34 zur Anzeigevorrichtung und somit zur Anzeige 17. Ist die Bedingung 11 nicht erfüllt, d. h. n<n_e, kann, entweder vom Benutzer der Vorrichtung oder von der Vergleichseinheit das Schaltelement 35 angesteuert werden, das über den Steuer-Bus 36 die Fortsetzung der Messung über ein neues, vom Zeitgeber 10 vorzugebendes Meßzeitintervall veranlaßt. Der in der Formel (10) gegebene Zusammenhang wird somit zur Steuerung der Messung herangezogen, mit dem Ziel, stets sinnvoll interpretierbare Ergebnisse zu erhalten.is satisfied and gives the result via the data line 34 to the display device and thus to the display 17 . If the condition 11 is not fulfilled, ie n <n _e , the switching element 35 can be controlled either by the user of the device or by the comparison unit, which, via the control bus 36, continues the measurement over a new measuring time interval to be specified by the timer 10 prompted. The relationship given in formula (10) is thus used to control the measurement, with the aim of always obtaining results that can be meaningfully interpreted.

Dieser Funktionsweise liegt der folgende Zusammenhang zugrunde:
Die Schätzung des Überschreitungsanteils q, entweder anhand von Formel (1) oder mit Hilfe der Klassierungsverteilung f(L) (vgl. Speicherelement 12 in Fig. 5), führt nur dann zu einem objektiv brauchbaren Ergebnis, wenn damit der nicht bekannte wahre Überschreitungsanteil mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit, beschrieben durch die Größe 1-α, erfaßt wird, wobei α«1. Das Kriterium hierfür ist, daß die beidseitig hinsichtlich der Irrtumswahrscheinlichkeit symmetrischen, aus Formel (7) folgenden Vertrauensbereichsgrenzen q_o und q_u für den geschätzten Überschreitungsanteil innerhalb des zugelassenen Wertebereiches für den Anteilswert-Parameter q, nämlich 0q1, zu liegen kommen. Somit muß die zum Verteilungsrand der Momentanwerte nähere Vertrauensbereichsgrenze "q_außen" die BedingungThis functionality is based on the following relationship:
The estimation of the exceedance share q, either on the basis of formula (1) or using the classification distribution f (L) (cf. storage element 12 in FIG. 5), leads to an objectively usable result only if the unknown true overrun share is thus included sufficiently high probability, described by the quantity 1-α, is recorded, where α «1. The criterion for this is that the confidence limits q _o and q _u, which are symmetrical on both sides with regard to the likelihood of error, resulting from formula (7) for the estimated proportion of exceedances come to lie within the permitted range of values for the parameter q, namely 0q1. The confidence limit "q _outside " closer to the distribution margin of the instantaneous values must therefore meet the condition

q_außen - q = t_n-1;1- _α _/2 [Var q]^1/2 q (12)q _outside - q = t _{n-1; 1-} _α _{/ 2} [Var q] ^1/2 q (12)

erfüllen, wobei q der durch die Lage des Perzentils bestimmte kleinere, d. h. außenliegende Anteil der Summenhäufigkeit ist.satisfy, where q is determined by the position of the percentile smaller, d. H. external part of the total frequency is.

Die Beziehung (10) für das Mindestzahlkriterium (11) folgt unmittelbar auf der Grundlage der Bedingung (12) mit Verwendung des Zusammenhangs (6). The relationship (10) for the minimum number criterion (11) follows immediately based on condition (12) Use of context (6).

Als weitere Ausgestaltung dieser Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des Perzentil-Vertrauensbereiches läßt eine Wähleinrichtung 41 vor Beginn der Messung als Qualitätsanforderung einen gewünschten Sollwert V_s in einer dB-Einheit, z. B. dB(A), für die durch Formel (8) unter Verwendung der Formeln (9a) und (9b) definierte Größe des Perzentil-Vertrauensbereichs vorgeben. Dieser Sollwert wird auf eine nachgeschaltete, von dem Differenzbildungsglied 40 für die Vertrauensbereichsgröße V beaufschlagte Vergleichseinheit 42 gegeben, die mit der Anzeigevorrichtung 15-17 verbunden ist. Die Prüfung auf Erreichen des Sollwertes und die darauf folgende Anzeige geschehen jeweils während bzw. am Ende gleichbleibender Zeitintervalle, z. B. ΔT=1 s, während der der Beobachter die Anzeige der inzwischen erreichten Größe bzw. Reduzierung des Vertrauensbereiches V_s gut verfolgen kann. Mit den Ausgängen der Vergleichseinrichtung 42 zur Prüfung auf die Sollwerteinhaltung des Vertrauensbereichs beaufschlagt sind die Steuer-Schaltelemente 43 und 44 zur Beendigung des Meßvorganges, d. h. wenn VV_s, oder alternativ zur Fortsetzung, d. h. wenn noch V<V_s ist.As a further embodiment of this device for the automatic determination of the percentile confidence range, a selector 41 leaves a desired setpoint V _s in a dB unit, e.g. B. dB (A), for the size of the percentile confidence interval defined by formula (8) using formulas (9a) and (9b). This setpoint is added to a downstream, acted on by the subtraction element 40 for the confidence area size V comparison unit 42 with the display device 15 - is connected 17th The check for reaching the setpoint and the subsequent display occur during or at the end of constant time intervals, e.g. B. ΔT = 1 s, during which the observer can follow the display of the size or reduction in the confidence interval V _s . The control switching elements 43 and 44 are acted upon by the outputs of the comparison device 42 for checking that the setpoint value is maintained within the confidence interval, ie when VV _{s has ended} , or alternatively to continue, ie when V <V _s .

Eine zusätzliche Ausgestaltung der Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des Perzentil-Vertrauensbereichs besteht darin, daß die vom Benutzer der Vorrichtung aktivierbare Abfragevorrichtung 45 dem Speicher 14 den beim interessierenden Perzentil vorhandenen Wert der Anteilsvarianz Var q entnimmt und den Wert in eine Vergleichseinheit 46 gibt, die auf das Vorhandensein der Voraussetzung (Var q)^1/2a«1 für eine Linearisierung bei der Gewinnung des Perzentil-Vertrauensbereichs prüft. Der Parameter a ist gesondert vorzugeben, z. B. a=0,05. Das Ergebnis des Vergleichs wird zweckmäßigerweise in der mit der Vergleichseinheit 46 für die Varianzgrößenprüfung verbundenen Anzeige im Format Var q=0,0. .<a«1; a:=0,0., wiedergegeben. Wird von der Vergleichseinheit 46 für die Varianzgrößenprüfung auf die Erfüllung der vorgenannten Bedingung erkannt, wird der sowohl mit der Prozessoreinheit 9 als auch mit dem Verteilungsspeicher 14 verbundene Baustein 47 zur vereinfachten Ermittlung der Vertrauensbereichsgrenzen L_q,o und L_q,u auf der Grundlage einer örtlichen Linearisierung der Summenhäufigkeitskurve angesteuert. Andernfalls wird das mit der Vergleichseinheit 46 verbundene Steuer-Schaltelement 48 wahlweise von selbst oder vom Benutzer der Vorrichtung aktiviert und über den Bus 36 die Messung bis zu einer erneuten Prüfung auf (Var q)^1/2«1 fortgesetzt.An additional embodiment of the device for the automatic determination of the percentile trust range consists in that the query device 45, which can be activated by the user of the device, takes the value of the proportion variance Var q present at the percentile of interest from the memory 14 and gives the value to a comparison unit 46 which is based on that Checks the existence of the requirement (Var q) ^1/2 a «1 for a linearization in the acquisition of the percentile confidence interval. The parameter a is to be specified separately, e.g. B. a = 0.05. The result of the comparison is expediently shown in the format Var q = 0.0 connected to the comparison unit 46 for the variance size check. . <a «1; a: = 0.0. If the comparison unit 46 detects for the variance quantity check for the fulfillment of the aforementioned condition, the module 47 connected to both the processor unit 9 and the distribution memory 14 is used to simplify the determination of the confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} on the basis of a local linearization of the cumulative frequency curve. Otherwise, the control switching element 48 connected to the comparison unit 46 is activated either by itself or by the user of the device, and the measurement is continued via the bus 36 until a renewed check for (Var q) ^1/2 "1.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß der mit der Vergleichseinheit 46 zur Prüfung auf zulässige Linearisierung verbundene Verknüpfungsbaustein 47 die Perzentil-Vertrauensbereichsgrenzen L_q,o und L_q,u aus der Anteilsvarianz und der Steigung der Summenhäufigkeitskurve nach der BeziehungA further embodiment of the device consists in that the link module 47 connected to the comparison unit 46 for checking for permissible linearization determines the percentile confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} from the proportion variance and the slope of the cumulative frequency curve according to the relationship

bestimmt, wobei dL/dq die reziproke Steigung der Summenhäufigkeit in der nächsten Umgebung des Perzentils L_q bezeichnet. Der Verknüpfungsbaustein 47 ist auch mit der Wähleinrichtung 21 für das Signifikanzniveau und dem Speicher 20 für den Studentfaktor sowie mit der Anzeigevorrichtung 15-17 verbunden. Das mit dem Verknüpfungsbaustein 47 verbundene Differenzglied 40 bestimmt die Größe des Vertrauensbereiches in der Einheit dB gemäß der Beziehungdetermined, where dL / dq denotes the reciprocal slope of the sum frequency in the immediate vicinity of the percentile L _q . The logic device 47 is also connected to the selector 21 for the significance level, and the memory 20 for the Student factor, as well as the display device 15 - connected 17th The differential element 40 connected to the link module 47 determines the size of the confidence interval in the unit dB according to the relationship

und zeigt dies ebenfalls an.and also shows this.

Ebenfalls der Steuerung der Messung, als eine zusätzliche Ausgestaltung der Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des Perzentil-Vertrauensbereiches, dient eine Vergleichseinheit 49, die zur Prüfung auf Unterschreitung eines über die Wähleinrichtung 41 vorgegebenen Vertrauensbereiches mit dem Verknüpfungsbaustein 47 über das Differenzbildungsglied 40 verbunden ist. Auf die Vergleichseinheit 49 folgen die wahlweise von selbst oder vom Benutzer der Vorrichtung aktivierbaren Steuer-Schaltelemente 50 und 51 zur Beendigung des Meßvorganges, wenn bereits VV_s erreicht ist oder alternativ zur Fortsetzung, wenn noch V<V_s ist. Dieser Vergleichseinheit 49 ist ein Verknüpfungsbaustein 52 mit Verbindung zur Anzeigevorrichtung 15-17 nachgeschaltet, der gemäß dem ZusammenhangA comparison unit 49 is also used to control the measurement, as an additional embodiment of the device for automatically determining the percentile confidence interval , which is connected to the link module 47 via the difference- forming element 40 in order to check whether the confidence interval specified by the selector device 41 is undershot. The comparison unit 49 is followed by the control switching elements 50 and 51 , which can be activated either independently or by the user of the device, to end the measuring process when VV _{s has} already been reached or alternatively to continue when V <V _s . This comparison unit 49 is a link block 52 with connection to the display device 15 - 17 downstream of the connection according to the

die Meßdaten und einen über die Wählvorrichtung 41 vorgegebenen Vertrauensbereich V_s zu der für dessen Erreichen und folgendem Unterschreiten, d. h. VV_s notwendigen Mindestmeßdauer T_s verknüpft und zur Anzeige bringt.the measurement data and a predetermined through the selector 41 confidence level V _s necessary to and following for whose reaching below, ie VV Mindestmeßdauer _s T _s linked and brings to the display.

Falls noch V<V_s ist, wird der Wert von T_s über den Steuer-Bus 36 an die Prozessoreinheit 9 mit Zeitgeber 10 gegeben und entweder automatisch oder durch den Benutzer anhand des Steuerelementes 51 fortgesetzt.If V <V _s is still present, the value of T _{s is passed} via the control bus 36 to the processor unit 9 with a timer 10 and is continued either automatically or by the user using the control element 51 .

Claims

1. Device for determining the confidence interval of percentile measured values of continuous stochastic sound signals, consisting of a microphone ( 1 ) with further function modules ( 2 ,..., 7 ) for conventional sound signal processing, a downstream analog / digital converter ( 8 ) , a processor unit ( 9 ) loaded by the analog / digital converter, to which a timer ( 10 ), a read-only memory (ROM) ( 20 ) for statistical parameters and a selection device ( 21 ) for the significance level 1-α of the confidence range determination are connected, and volatile memories (RAM) ( 12, 13, 14 ) for the classified distribution of the observed sound signal values (distribution density), the real-time signal and for the observed cumulative frequency distribution, for the confidence limits of the exceeding share q or the share value as well as for other required level-dependent statistical quantities , further comprising a display device device ( 15 to 17 ) for the percentile and the position of its upper and lower confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} , respectively, which are formed by using the memory ( 13 ) for the real-time signal and the processor unit ( 9 ) Functional area ( 55 ) is coupled, which determines the respective associated confidence limits q _o (L) and q _u (L) for the exceeding share q (L) for all percentile values L and puts it in the memory for the cumulative frequency distribution ( 14 ), with which A selection device for the exceeding share q and function modules ( 38, 39, 40, 53, 54 ) connected to the display device ( 15 to 17 ) for determining the percentile confidence limits and the confidence zone size V are also connected to a query module ( 22 ) which calls the real-time signal from the memory ( 13 ) to obtain the level-dependent confidence limits of the share value and sends it to a downstream comparison unit ( 23 ), which checks whether the signal is above or below a certain percentile value L _q , the comparison unit ( 23 ) being connected to a time measuring device (time step counter) ( 24 ) which detects the individual, with reference to the percentile level value L _q Exceeding and falling short intervals during the measurement period are determined as measured variables w _i and u _i and with an event counter ( 25 ) which registers the number n of the exceeded and undershot intervals and forwards them to a functional unit ( 26 ) which measures the measured variables w _i , u _i and n to the mean values ⟨w⟩ and ⟨u⟩, to scatter values, namely the standard deviation s _{w of} the w _i values and to v _w = s _w / ⟨w⟩ or s _w and v _u , where The functional unit ( 26 ) is followed by a first linking unit ( 28 ), which is used to determine the proportion variance according to a first relationship (I), the latter using one of the selection devices ( 21 ) for the significance level au 1-α acted upon further linking unit ( 29 ) is connected, which determines the upper and lower confidence limits q _o and q _{u of} the share value q according to a second relationship (II), which is successively from the lowest to the lowest with the help of the processor unit ( 9 ) The highest level for which the confidence limits can be specified takes place, the further linking unit ( 29 ) for transmitting the q _o and q _u values being connected via a data bus ( 27 ) to the memory ( 14 ), with which two more A further selection device ( 30 ) is connected to the comparison units ( 53, 54 ) for specifying the percentage of exceedance, the function modules ( 38, 39 ) of the further comparison units ( 53, 54 ) for determining the upper and lower confidence limits L _{q, o} and L _{q, u} according to third relationships (IIIa; IIIb) for the percentile, the function blocks ( 38, 39 ) for determining the percentile confidence limits with a difference-forming element ( 40 ) for determining the size V of the percentile confidence range according to a fourth relationship (IV) and all three function blocks ( 38 , 39, 40 ) are connected to the display device ( 15 to 17 ), the relationships being: for the observable proportion variance as an estimate,
With
T = measuring time,
⟨Ν⟩ = observed mean temporal frequency of the individual exceeding or falling below the percentile value by the sound signal,
⟨Ν⟩: = n / T, with n = number of overshoots or undershoots of the measured percentile value observed in T,
s _w , s _u = standard deviation of the exceeding / falling short intervals w _i and u _i ,
q _w , q _u = specified excess and shortfall percentage (q _w + q _u : = 1) q _o - q = q - q _u = t _{n-1; 1-} _α _{/ 2} [Var q] ^1/2 (II ) for the limits q _o and _u q for the two-sided, with regard to the probability of error symmetric confidence interval of the fixed unit value by the percentile _q L q
With
T _{n-1; 1-} _α _{/ 2} = quantile of the student distribution,
n-1 = degree of freedom,
α = given error probability, L _{q, o} (q, n, α) = q _u ^-1 (q, n, α) (IIIa) L _{q, u} (q, n, α) = q _o ^-1 (q, n, α) (IIIb) for the limits L _{q, o} and L _{q, u} for the confidence interval of the percentile L _q , resulting from the inverse functions to q _u (L) and q _o (L), andV = L _{q, o} - L _{q, u} (IV) for the size V of the percentile confidence interval.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that it can be checked whether the measurement duration or the number n of individual overshoots or undershoots of the percentile value by the sound signal is sufficient for a sufficiently meaningful measurement of the percentile L _q , ie whether applies in which
n = number of observable overshoots and undershoots,
1-α = level of significance (α «1),
q _inside = larger of the two components of the total frequency distribution of the instantaneous signal _values generated by L _q ,
v _u = s _u / ⟨u⟩, v _w = s _w / ⟨w⟩,
S _u , s _w = standard deviation of the individual exceeding and falling short intervals u _i or w _i ,
⟨U⟩, ⟨w⟩ = mean values,
v _u , v _w = coefficients of variation.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring duration is given in that the confidence interval assumes a predetermined value V _s .

4. The device according to claim 1, characterized in that it can be checked whether [Var q] ^1/2 «1 and the measurement can be continued if the test is negative.

5. The device according to claim 1, characterized in that by means of the sum frequency function L (q) given by the percentile values of the instantaneous sound signal values the limits and the size of the confidence interval in a simplified manner on the basis of and is determined, the size dL / dq indicating the reciprocal slope of the cumulative frequency function.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the required measurement period according to is measured.