Как работает шумомер – особенности измерения шума

Posted by   Admin Admin
09/11/2021

Наш слуховой аппарат чрезвычайно тонкий инструмент, позволяющий дополнять информацию, полученную из окружающей среды совместно с органами зрения (80-90 % всех данных), а также с обонянием и осязанием.

Слух используется:

  • для коммуникации (воспринимать речь);
  • для безопасности (чтобы уловить сигнал приближающегося автомобиля);
  • в профессиональных целях (музыканты);
  • во множестве других направлений, как в быту, так и на производстве.

Мы способны различать целый ряд параметров звука, даже не задумываясь об этом.

Основные из них это громкость звука (интенсивность звуковых колебаний воздуха, которые воспринимают барабанные перепонки), а также частота.

С возрастом, а также при некоторых болезнях, чувствительность нашего слуха может снижаться.
Идеальный "потолок", который на самом деле слышат далеко не все, составляет 20 КГц (это стандарт для звуковопроизводящей аппаратуры). Так вот, пожилые люди с каждым прожитым десятилетием теряют слышимость частот в 1 КГц.
Но для них это не так критично. Поскольку телевизионные передачи, речь, музыка (за исключением самых высоких частот), телефон – все это находится в средней и низкочастотной области (1000-5000 Гц). Хуже, когда падает громкость восприятия и родственникам или всем с кем общаются пенсионеры, приходится повышать голос.

Диапазон восприятия звука нами огромный – от шелеста листьев и падающих капель воды в кране до рева реактивного лайнера, который идет на взлет.
А поскольку интенсивность шума меняется в миллионы раз, как мы увидим, для количественной оценки громкости применяется не линейная, а логарифмическая шкала, которая "сжимает" весь интервал до двух и трехзначных цифр (например 50 Дб или 100 Дб), оперировать с которыми значительно проще и удобнее.

Как работает шумомер

Даже если взять старые советские магнитофоны со стрелочными индикаторами, последние фактически и есть шумомеры. Только аналоговые. То есть присутствует микрофон, усилитель и средство вывода.

Сейчас практически все приборы для измерения шума являються цифровими, поскольку цифры удобнее не только видеть, но и сохранять данные, передавать на компьютер, накапливать статистику, сравнивать и т.д.

Что представляет собой шум ?

Это совокупность звуков разной амплитуды и частоты.

Не все звуки являються шумами. Например музыкальный камертон - это эталонный механический источник звука для настройки инструментов. Он  генерирует сигнал на строго заданной частоте.

Звук поступает в микрофон, далее усиливается. При этом могут быть встроены частотные фильтры. После этого схема АЦП переводит электрический импульс в цифровой значение и выводит на дисплей сразу в Децибеллах.

Как измерять шумомером

Если прибор предусматривает возможность калибровки (в основном это относится к профессиональным измерителям шума), это нужно в обязательном порядке сделать. Калибровку осуществялется с помощью эталонного источника звука со строго заданным уровнем в ДБ и частотой.
В зависимости от специфики (перемещение по помещениям – цехах, кабинетам, офисам), прибор может устанавливаться на штативе, если предусмотрено крепление или удерживаться в руках.

Чем хорош штатив ?

  1. Освобождаются руки.
  2. Можно как повернуть шумомер в заданном направлении, так и передвинуть его очень точно на любое расстояние – приблизить или удалить. Поскольку с расстоянием звук затихает, дистанция при измерении звука играет очень большое значение.

Проверьте, чтобы источник питания был заряжен.
Направьте микрофон в сторону исследуемого на шум объекта. Инерционность очень малая – буквально через пару секунд текущее значение шума будет отображено на дисплее.
Если прибор позволяет зафиксировать измеренную величину (опция HOLD), сделайте это.
Если предусмотрен выбор опорных уровней, то в зависимости от методики, переключитесь между DBA или DBC.

Единицы измерения шума

Как уже мы говорили выше, в качестве единиц измерения шума, принят децибелл, чтобы отдать дань уважения американскому ученому Грехему Беллу, который как раз и работал со звуками, а именно с их передачей.

Это нелинейная логарифмическая величина, чтобы "сжать" диапазон с цифрами, содержащими 10-14 нулей.

Берется основание логарифма 10 и на основании этого строится шкала децибелл. Мы оперируем только показателями степеней.
Таким образом уровни звука становятся осмысленными и понятными.
Например полная тишина, которую в реальности достичь почти невозможно, как и температуру абсолютного нуля, соответствует нулю Децибелл. В 10 раз более сильный звук это 10 Дб, а вот шум в 100 раз интенсивнее, в децибеллах будет всего 20 Дб (показатель десятичнргро логаифма равен 2), а в 1000 раз больше всего лишь 30 Дб (показатель ступени 3).

Пример.

Предположим, что мы слышим звук 37 Дб. На самом деле это очень тихо. Только в закрытой комнате в тишине шумомер покажет это значение, а то и выше. Это касается в основном городов, в которых всегда проникает шум с улицы даже через закрытые окна, не слышимый нами.
Так вот если мы добавим 37 Дб, это значит, что стало в 2 раза громче ?
Нет. Если бы звук стал в 2 раза громче, то показатель степени или логарифм возрос бы всего на 3 Дб и мы бы имели 40 Дб.
Иными словами логарифмическая функция растет ощутимо медленнее, чем исходная линейная функция звука.

Как шумомер приблизить к особенностям слышимости людей ?

Приборы для измерения шума устройства объективные - регистрируют все амплитуды и все частоты в пределах своих технических характеристик.
Но человек слышит по-другому. В частности, звуки низких и высоких частот кажутся нам тише, чем среднечастотные той же громкости.
Конечно это искаженное, субъективное восприятие, но перед разработчиками шумомеров была поставлена задача "подогнать" характеристики таким же образом, чтобы прибор “слышал”, приблизительно так же, как и мы.
Для этого встраиваются корректирующие контуры, которые ослабляют низкочастотные и высокочастотные звуки. Эти контуры обозначаются буквами латинского алфавита A,B, C. Наиболее часто встречаются шумомеры с контуром A. Это одна из характеристик, на которую нужно обращать внимание при покупке.