Jaka jest zasada działania miernika poziomu dźwięku?
Miernik poziomu dźwięku jest podstawowym przyrządem do pomiaru hałasu. Jest to przyrząd elektroniczny, ale różni się od obiektywnych przyrządów elektronicznych, takich jak woltomierze.
Podczas przetwarzania sygnałów akustycznych na sygnały elektryczne można symulować charakterystykę czasową szybkości reakcji ucha ludzkiego na fale dźwiękowe;
Istnieją charakterystyki częstotliwościowe o różnej wrażliwości na wysokie i niskie częstotliwości oraz charakterystyki intensywności, które zmieniają charakterystykę częstotliwościową przy różnych głośnościach. Dlatego miernik poziomu dźwięku jest subiektywnym instrumentem elektronicznym.
Zasada działania miernika poziomu dźwięku jest następująca:
Mikrofon przetwarza dźwięk na sygnał elektryczny, a następnie przedwzmacniacz zmienia impedancję, dopasowując ją do mikrofonu i tłumika. Wzmacniacz dodaje sygnał wyjściowy do sieci ważącej i wykonuje ważenie częstotliwościowe sygnału (lub filtr zewnętrzny);
Następnie sygnał jest wzmacniany do określonej amplitudy przez tłumik i wzmacniacz, a następnie przesyłany do detektora wartości skutecznej (lub zewnętrznego rejestratora poziomu), a wartość poziomu szumu podawana jest na mierniku wskaźnikowym.
1) Mikrofon to urządzenie przetwarzające sygnały ciśnienia akustycznego na sygnały napięciowe. Nazywa się go również mikrofonem. Jest to czujnik miernika poziomu dźwięku. Typowe mikrofony obejmują kryształowe, elektretowe, z ruchomą cewką i kondensatorem.
Mikrofon dynamiczny składa się z wibrującej membrany, ruchomej cewki, magnesu trwałego i transformatora.
Wibrująca membrana zaczyna wibrować pod wpływem ciśnienia fali dźwiękowej i wprawia zainstalowaną w nią ruchomą cewkę w drgania w polu magnetycznym, w celu wytworzenia indukowanego prądu.
Prąd ten zmienia się w zależności od wielkości ciśnienia fali dźwiękowej, któremu poddawana jest wibrująca membrana. Im większe ciśnienie akustyczne, tym większy generowany prąd; im niższe ciśnienie akustyczne, tym mniejszy generowany prąd.
Mikrofon pojemnościowy składa się głównie z metalowej membrany i blisko rozmieszczonych metalowych elektrod. Zasadniczo jest to kondensator płytkowy.
Metalowa membrana i metalowa elektroda stanowią dwie płytki płaskiego kondensatora. Kiedy na membranę działa ciśnienie akustyczne, membrana odkształca się, powodując zmianę odległości między dwiema płytkami;
W rezultacie zmienia się pojemność, a także zmienia się napięcie w bitowym obwodzie pomiarowym, realizując funkcję przetwarzania sygnału ciśnienia akustycznego na sygnał napięciowy.
Mikrofon pojemnościowy jest idealnym mikrofonem do pomiarów akustycznych. Ma zalety dużego zakresu dynamiki, płaskiej charakterystyki częstotliwościowej, wysokiej czułości i dobrej stabilności w ogólnych środowiskach pomiarowych, dlatego jest szeroko stosowany.
Ponieważ impedancja wyjściowa mikrofonu pojemnościowego jest bardzo wysoka, konwersję impedancji należy przeprowadzić za pomocą przedwzmacniacza. Przedwzmacniacz instaluje się wewnątrz miernika poziomu dźwięku, w pobliżu miejsca montażu mikrofonu pojemnościowego.
2) Wzmacniacz
Generalnie stosuje się wzmacniacze dwustopniowe, czyli wzmacniacz wejściowy i wzmacniacz wyjściowy, których funkcją jest wzmacnianie słabych sygnałów elektrycznych.
Tłumik wejściowy i tłumik wyjściowy służą do zmiany tłumienia sygnału wejściowego i tłumienia sygnału wyjściowego, tak aby wskaźnik miernika wskazywał odpowiednią pozycję.
Zakres regulacji tłumika zastosowanego we wzmacniaczu wejściowym to dolny koniec pomiaru, a zakres regulacji tłumika zastosowanego we wzmacniaczu wyjściowym to górny koniec pomiaru.
Wiele mierników poziomu dźwięku ma wartość odcięcia 70 dB dla wysokich i niskich częstotliwości.
3) Sieć ważona
Aby symulować różną wrażliwość ludzkiego słuchu na różnych częstotliwościach, miernik poziomu dźwięku wyposażony jest w sieć, która może symulować charakterystykę słyszenia ludzkiego ucha i modyfikować sygnał elektryczny do wartości przybliżonej dla zmysłu słuchu. Sieć ta nazywana jest siecią ważącą.
Poziom ciśnienia akustycznego mierzony za pomocą sieci ważącej nie jest już poziomem ciśnienia akustycznego obiektywnej wielkości fizycznej (zwanej liniowym poziomem ciśnienia akustycznego), ale poziomem ciśnienia akustycznego modyfikowanym przez zmysł słuchu, zwanym ważonym poziomem dźwięku lub poziomem hałasu.
