Устройство, принцип работы и основные характеристики шумомеров

Для измерения уровня звука применяются шумоизмерительные приборы, которые называются шумомерами.

Шумомер, как прибор, состоит из следующих составных частей: ненаправленного микрофона, усилителя, корректирующих фильтров, детектора, интегратора (для интегрирующих шумомеров) и индикатора.

Основной частью шумомера, которая фактически его определяет, является микрофон.

Микрофон - электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в электрический сигнал.

 Микрофон шумометра является высокочувствительным элементом, который воспринимает своей мембраной поступающие звуковые волны (шумы). В свою очередь к микрофону подключен индикатор, который устроен как вольтметр, отградуированный в децибелах. Поскольку электрический сигнал на выходе с микрофона пропорционален исходному звуковому сигналу, прирост уровня звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона, вызывает соответствующий прирост напряжения электрического тока на входе в индикатор (вольтметр). Индикатор прибора получает эти данные и отображает их в децибелах.

 Другим важным элементом шумомера являются корректирующие фильтры.

Известно, что чувствительность человеческого уха зависит как от частоты звука, так и от его интенсивности. Поэтому в шумомере используются несколько комплектов корректирующих фильтров, позволяющих формировать амплитудно-частотные характеристики, которые будут близки аналогичным характеристикам человеческого уха.

С учетом введенных частотных коррекций одинаковому измеренному шумомером уровню звука (шума) достаточно точно соответствует одинаковая субъективно воспринимаемая человеком громкость звука.

Практически, воспринимаемый шумомером звук (шум) пройдя через частотный фильтр корректируется  с учётом особенностей восприятия человеческим ухом звуков разных частот, то есть ему придается нужная (для целей измерения) форма частотной характеристики.

В настоящее время для нормирования шума в шумомерах применяются корректирующие фильтры А и С.

Частотная коррекция, дБ - разность между уровнем сигнала, показываемым на устройстве отображения шумомера, и соответствующим уровнем установившегося синусоидального (далее - синусоидального) входного сигнала с постоянной амплитудой как функция частоты.

Продолжение приложения 2

Частотные характеристики шумомера А и С - зависимость показаний шумомера от частоты при постоянном уровне звукового давления синусоидального сигнала на входе микрофона шумомера, приведенная к частоте 1000 Гц.

Фильтр А является основным и обязательным для всех шумомеров. Он необходим для формирования частотной характеристики шумов низкого уроня звукового давления (20 - 55 дБ), а фильтр С, как дополнительный, высокого (пикового) уровня (85 - 140 дБ).

Все шумомеры обладают также функцией временной коррекции.

Функция временной коррекции - экспоненциальная функция времени с заданной постоянной времени, которая применяется в качестве весовой функции для квадрата мгновенного звукового давления при операции усреднения по времени.

В шумомерах применяется экспоненциальное усреднение F (fast) и S (slow). Номинальные значения постоянных времени составляют 0,125 с для временной характеристики F и 1 с для временной характеристики S.

Выбор режима зависит от того, какой шум нужно измерить. 

Режим F (быстро) используется при измерении медленно меняющихся (постоянных) шумов, а S (медленно) для измерения быстро меняющихся (колеблющихся, прерывистых) шумов.

Шумомер устроен так, что его показания определяются постоянным сигналом за определённый период времени или постоянной времени. В результате он показывает то значение среднего уровня звука, которое получается за выбранный временной интервал измерений. При использовании режима F «быстро» усреднение проводится для постоянной времени 0,125 с, а при использовании режима S «медленно» усреднение проводится для постоянной времени 1 с.

В зависимости от точности измерений и воспринимаемым прибором диапазоном частот шумомеры классифицируются по классам:

- класс 0 - высокоточные, диапазон частот от 20 Гц до 18 кГц;

- класс 1 - профессиональные, с точностью для лабораторных исследований, диапазон частот от 20 Гц до 18 кГц;

- класс 2 - профессиональные, для использования в производственных условиях, диапазон частот от 20 Гц до 8 кГц;

- класс 3- для использования в повседневных условиях (бытовые) со значительной погрешностью, диапазон частот от 31,5 Гц до 8 кГц.

Диапазон шкалы измерения уровня звука шумомеров в зависимости от назначения составляет 20 ÷ 30 – 120 ÷ 150 дБ.

Диапазон шкалы, дБ - интервал номинальных уровней звука, измеряемых при определенном положении элементов управления шумомера.

Продолжение приложения 2

Шумомеры могут иметь аналоговое или цифровое (дисплей) устройство отображения показаний, основу которого составляет шкала, отградуированная в децибелах. При этом разрешающая способность шумомера должна быть не более 0,1 дБ.

Большинство выпускаемых шумомеров имеют два диапазона шкалы. Шумомер имеющий более одного диапазона шкалы должен иметь устройство их переключения.

Шумомеры должны быть откалиброваны по опорному уровню звукового давления. Опорным уровнем звукового давления является, как правило, 94 дБ, что соответствует среднеквадратичному звуковому давлению 1 Па и синусоидальной звуковой волне с частотой 1 кГц.

Шумомеры отличает высокая точность измерения. Так, погрешность линейности уровня не должна превышать ±1,1 дБ для шумомеров 1-го класса и ±1,4 дБ для шумомеров 2-го класса.

Требования к погрешности линейности уровня распространяются на весь диапазон частот от 16 Гц до 16 кГц для шумомера 1-го класса и от 20 Гц до 8 кГц для шумомера 2-го класса.

Погрешность линейности уровня, дБ - на указанной частоте есть отображаемый уровень сигнала минус ожидаемый уровень сигнала.

Для проведения точных измерений должны применяться шумомеры только с цифровым устройством отображения показаний. Это требование относиться к шумомерам 1 и 2 классов.

Все шумомеры должны обладать рядом дополнительных функций, таких как удержание значений максимальных, минимальных и усредненных текущих данных уровня звука, индикацию превышения допустимого порога, индикацию подтверждения достаточности напряжения питания для работы шумомера и автоматического отключения для экономии заряда батарей, а также индикацию их низкого заряда и другие в зависимости от конструктивного исполнения.

Основными требованиями по эксплуатации шумомеров являются:

- шумомер нельзя использовать при сильном морозе. Температурный интервал для нормальной работы прибора регламентируется от -10 ºС до +50 ºС;

- статистическое давление атмосферного воздуха должно находиться в пределах 85 ÷ 108 кПа, а его влажность не должна превышать 90 %.

Источником питания носимых шумомеров являются внутренние батареи. Типы батарей и время непрерывной работы при номинальных внешних условиях указывается в руководстве по эксплуатации.

 

Составлено на основе: ГОСТ 17187-2010 (IEC 61672-1:2002) Шумомеры. Часть 1. Технические требования.

Приложение 3