Основы измерения уровня звука
Неравномерное движение и взаимное отталкивание молекул воздуха создают статическую силу, которая называется атмосферным давлением. Звук — это вибрация молекул воздуха, а колеблющиеся молекулы воздуха создают дополнительное давление на поперечное сечение, через которое они проходят, которое называется звуковым давлением. Звуковое давление значительно меньше атмосферного давления. Обычно уровень звукового давления используется для описания силы звука. То есть очень маленькое звуковое давление p0=2 x 10-5 Па используется в качестве эталонного звукового давления. Значение, полученное умножением отношения измеренного звукового давления p к эталонному звуковому давлению p0 на 20, называется уровнем звукового давления и измеряется в децибелах (дБ). Децибел (дБ) назван в честь американского изобретателя телефона Белла, поскольку единица измерения децибел слишком велика и используется для обозначения 1/10 децибела. Расчет децибел происходит не по линейной, а по логарифмической пропорции. При использовании децибел для описания звука необходимо одновременно указывать частоту.
Принцип и устройство шумомера
Измеритель уровня звука является основным инструментом измерения шума, обычно состоящим из микрофона, предусилителя, аттенюатора, усилителя, схемы частотной взвешивания и индикаторной головки эффективного значения.
Принцип работы шумомера заключается в том, что звук преобразуется в электрический сигнал с помощью микрофона, а затем импеданс преобразуется предусилителем для согласования микрофона с аттенюатором. Усилитель добавляет выходной сигнал в схему взвешивания, выполняет частотное взвешивание сигнала (или внешнего фильтра), а затем усиливает сигнал до определенной амплитуды через аттенюатор и усилитель и отправляет его на детектор эффективного значения (или внешний регистратор уровня). Значение уровня шума отображается на головке индикатора.
Микрофон — это устройство, которое преобразует сигналы звукового давления в сигналы напряжения, также известное как микрофон. Это датчик шумомера. Существует несколько распространенных типов микрофонов, в том числе кварцевый, электретный, с подвижной катушкой и емкостный.
1.1 Микрофон с динамической катушкой состоит из вибрирующей диафрагмы, подвижной катушки, магнита и трансформатора. Под воздействием акустического давления вибрирующая диафрагма начинает вибрировать и заставляет установленную на ней подвижную катушку вибрировать в магнитном поле для генерации индуцированного тока. Ток изменяется в зависимости от величины акустического давления, приложенного к вибрирующей диафрагме. Чем выше звуковое давление, тем больше генерируемый ток, а чем ниже звуковое давление, тем меньше генерируемый ток.
1.2 Емкостный микрофон состоит в основном из металлической диафрагмы и расположенного очень близко к ней металлического электрода, по сути представляющего собой плоский конденсатор. Металлическая пленка и металлический электрод образуют две пластины плоского конденсатора. Когда пленка подвергается звуковому давлению, она деформируется, вызывая изменение расстояния между двумя пластинами и, таким образом, изменяя емкость. Напряжение в схеме измерения положения также изменяется, достигая функции преобразования сигналов звукового давления в сигналы напряжения. Емкостные микрофоны являются идеальными микрофонами для акустических измерений и обладают такими преимуществами, как большой динамический диапазон, ровная частотная характеристика, высокая чувствительность и хорошая стабильность в обычных условиях измерений, что делает их широко используемыми. Из-за высокого выходного сопротивления конденсаторного микрофона преобразование импеданса требуется с помощью предусилителя, который устанавливается внутри шумомера рядом с местом установки конденсаторного микрофона.
