Spis treści:
Pomiar poziomu dźwięku i ciśnienia akustycznego to ważny aspekt monitorowania środowiska dźwiękowego w wielu różnych dziedzinach. Korzystają z nich różne gałęzie przemysłu, ochrona środowiska, inżynieria dźwięku i medycyna. Głównie kojarzymy go z pomiarem w decybelach (dB), które określają poziom natężenia dźwięku. Jako przybliżony przewodnik często opisuje się to sytuacyjnie:
- Szept: 30 dB
- Normalna rozmowa: 60 dB
- Zwyczajowy poziom hałasu w dużym mieście: 55 – 65 dB
- Kosiarka do trawy: 90 dB
- Film w kinie: 80-100 dB
- Muzyka na żywo: 100-115 dB
Pomiary dźwięku i sonometry
Wskazywana szkodliwa dla słuchu granica to 85 dB. Głośniejsze dźwięki, takie jak odgłosy emitowane z wydechów motocykli, są często podstawą do ukarania mandatem, o czym niektórzy z nas boleśnie się przekonali. Wiele krajów ustala normy dotyczące dopuszczalnych poziomów dźwięku w różnych środowiskach w celu ochrony zdrowia publicznego i środowiska. To jednak raczej dość obiegowa wiedza i okazuje się jednak, że w bardziej wyspecjalizowanych pomiarach zwraca się uwagę na znacznie więcej parametrów dźwięku.
I tak też ciśnienie akustyczne to miara efektów mechanicznych fali dźwiękowej wyrażana w paskalach (Pa) lub mikropaskalach (μPa). Ciśnienie akustyczne odnosi się do zmian ciśnienia w ośrodku, które są spowodowane falami dźwiękowymi. W praktyce dla fal dźwiękowych propagujących się w gazach, ciśnienie akustyczne odnosi się do zmian ciśnienia atmosferycznego spowodowanych zmianami gęstości powietrza. To tutaj z pomocą przychodzą nam sonometry.
Jak działa sonometr?
Sonometry to urządzenia używane do pomiarów poziomu dźwięku. Sonometr zawiera mikrofon do przechwytywania dźwięku, przetwornik do konwersji sygnału akustycznego na elektryczny i układy elektroniczne do przetwarzania i wyświetlania wyników. Są absolutnym must-have w monitorowaniu hałasu maszynowego, w ochronie środowiska do oceny wpływu hałasu na ekosystemy czy w badaniach naukowych do analizy charakterystyk akustycznych różnych obszarów. Krok po kroku działa to tak:
- Mikrofon “zbiera” drgania cząsteczek powietrza (fali dźwiękowej) do przekształcenia na sygnał elektryczny. Potrzebny jest do tego przetwornik.
- Przetwornik konwertuje sygnał akustyczny z mikrofonu na sygnał elektryczny, który może być dalej przetwarzany przez układy elektroniczne sonometru. Może to być kapsuła mikrofonowa, w której drgająca membrana generuje zmiany w polu magnetycznym, co indukuje prąd elektryczny.
- Układy elektroniczne przetwarzają sygnał elektryczny z mikrofonu wykonując operacje takie jak wzmacnianie sygnału, filtrowanie i przetwarzanie w dziedzinie czasu lub częstotliwości. Są konieczne, aby dostosowywać i kształtować sygnał tak, aby mógł być odpowiednio interpretowany i wykorzystywany w celu pomiaru poziomu dźwięku.
- Miernik poziomu dźwięku odczytuje przetworzony sygnał i prezentuje wyniki w jednostkach decybelów (dB).
- Osobno: kalibrator sonometru regularnie sprawdza dokładność pomiarów, zasilanie zaś jest realizowane za pomocą baterii lub innych źródeł energii.
Zatrzymajmy się w punkcie 3. Owe układy elektroniczne to wzmacniacz operacyjny do dostowywania poziomu sygnału z mikrofonu, układy filtrujące zakłócenia i do koncentrowania się na określonych pasmach częstotliwości, przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC), które są istotne, gdy sonometr ma możliwość cyfrowego zapisu danych. Można tu też wymienić procesor sygnałowy do zaawansowanego przetwarzania sygnałów dźwiękowych, na przykład do analizy widma, i elementy interfejsu użytkownika, które różnią się w zależności od modelu, ale w gruncie rzeczy oznaczają podobne elementy takie jak czytelne układy wyświetlające wyniki pomiarów.
Sonometry na co dzień
Bodaj najbliższa powszechnemu zastosowaniu sfera to przemysł i BHP. Długotrwała ekspozycja na wysoki poziom dźwięku może prowadzić do trwałych uszkodzeń słuchu, takich jak utrata słuchu lub szumy uszne. Pracownicy narażeni na hałas bez odpowiedniej ochrony słuchu są podatni na tego rodzaju schorzenia. Nadmierny hałas przyczynia się do wystąpienia wypadków przy pracy, wpływa na zdolność pracowników do skupienia uwagi i szybkiego reagowania na sytuacje awaryjne. Obowiązujące, zgodne z dyrektywami Unii Europejskiej w tej dziedzinie przepisy zobowiązują pracodawców do monitorowania poziomu hałasu, oceny ryzyka związanego z ekspozycją i podejmowania środków w celu ograniczania tej ekspozycji, na przykład dostarczania narzędzi do ochrony słuchu.
W dużych aglomeracjach miejskich sonometry są używane do monitorowania ogólnego poziomu hałasu w różnych obszarach miasta. Pomaga to w identyfikacji obszarów, które mogą wymagać działań w celu poprawy jakości środowiska dźwiękowego. W połączeniu z naszymi ulubionymi platformami Arduino i Raspberry Pi coraz chętniej pojawiają się projekty sztuki interaktywnej, zastosowania domowe bliskie smart home i opierające obsługę oświetlenia czy wentylacji właśnie na podstawie poziomu hałasu czy projekty edukacyjne, dzięki którym znacznie łatwiej wkroczyć w świat programowania i analizy danych.
Sonometr - na co zwrócić uwagę?
Nie ma urządzeń wolnych od ograniczeń i wad. Czynniki, na które należy zwracać uwagę, to głównie kalibracja i dokładność, bez której nie ma precyzyjnych wyników. Sonometry bywają podatne na zakłócenia z otoczenia, takie jak dźwięki z innych źródeł lub wpływ wiatru, i stąd również blisko do fałszywych odczytów. Ważny parametr to charakterystyka częstotliwościowa, co oznacza, że sonometr jest bardziej czuły na pewne zakresy częstotliwości dźwięku niż na inne. Używaj sonometu możliwie ograniczając oddziaływanie z innymi urządzeniami (oczywiście niebędącymi częścią wspólnego projektu) i staraj się eliminować wibracje i drgania mechaniczne. Możesz to uzyskać poprzez stabilne mocowanie, izolację mechaniczną czy statywy antywibracyjne znane ze studiów nagraniowych i laboratoriów. Powstają także specjalne algorytmy i narzędzia w zaawansowanych sonometrach, które pomagają w korygowaniu wyników pomiarów.
