Äänitasomittarin perusteet
Ilmamolekyylien luontainen epäsäännöllinen liike ja vastavuoroinen hylkiminen synnyttävät staattisen voiman, jota kutsutaan ilmakehän paineeksi. Ääni on ilmamolekyylien värähtelyä, ja värähtelevät ilmamolekyylit synnyttävät ylimääräistä painetta niiden läpi kulkevalle poikkileikkaukselle, jota kutsutaan äänenpaineeksi. Äänenpaine on paljon pienempi kuin ilmanpaine. Yleensä äänenpainetasoa käytetään kuvaamaan äänen kokoa. Eli vertailuäänenpaineena käytetään hyvin pientä äänenpainetta p0=2 x 10-5 Pa. Arvoa, joka saadaan kertomalla mitatun äänenpaineen p suhde vertailuäänenpaineeseen p0 20:llä, kutsutaan äänenpainetasoksi, ja yksikkö on desibeli (db). Desibeli (dB) on nimetty amerikkalaisen puhelinkeksijän Bellin mukaan, koska desibelin yksikkö on liian suuri, sitä käytetään edustamaan 1/10 desibelistä. Desibelien laskenta ei ole lineaarinen suhde, vaan logaritminen suhde. Käytettäessä desibeleitä kuvaamaan ääntä, taajuus on ilmoitettava samalla.
Äänitasomittarin periaate ja koostumus
Äänitasomittari on melunmittauksen perusinstrumentti, joka koostuu tyypillisesti mikrofonista, esivahvistimesta, vaimentimesta, vahvistimesta, taajuuspainotusverkosta ja tehollisen arvon ilmaisinpäästä.
Äänitasomittarin toimintaperiaate on, että ääni muunnetaan sähköiseksi signaaliksi mikrofonin avulla, jonka jälkeen impedanssi muunnetaan esivahvistimella sovittamaan mikrofoni vaimentimeen. Vahvistin lisää lähtösignaalin painotusverkkoon, suorittaa taajuuspainotuksen signaalille (tai ulkoiselle suodattimelle) ja vahvistaa sitten signaalin tiettyyn amplitudiin vaimentimen ja vahvistimen kautta ja lähettää sen tehollisen arvon ilmaisimeen (tai ulkoinen tasontallennin). Melutason arvo näkyy ilmaisinpäässä.
Mikrofoni on laite, joka muuntaa äänenpainesignaalit jännitesignaaleiksi, joka tunnetaan myös nimellä mikrofoni. Se on äänitasomittarin anturi. On olemassa useita yleisiä mikrofoneja, mukaan lukien kidetyyppi, elektreettityyppi, liikkuva kela ja kapasitiivinen tyyppi.
1.1 Dynaaminen käämimikrofoni koostuu värähtelevästä kalvosta, liikkuvasta kelasta, magneetista ja muuntajasta. Kun värähtelevä kalvo on altistettu akustiselle paineelle, se alkaa värähdellä ja ajaa sen mukana asennetun liikkuvan kelan värähtelemään magneettikentässä indusoituneen virran muodostamiseksi. Virta vaihtelee tärisevään kalvoon kohdistetun akustisen paineen suuruuden mukaan. Mitä korkeampi äänenpaine, sitä suurempi on tuotettu virta, ja mitä pienempi äänenpaine, sitä pienempi on syntyvä virta.
1.2 Kapasitiivinen mikrofoni koostuu pääasiassa metallikalvosta ja sen lähellä sijaitsevasta metallielektrodista, olennaisesti litteästä kondensaattorista. Metallikalvo ja metallielektrodi muodostavat litteän kondensaattorin kaksi levyä. Kun kalvoon kohdistuu äänenpaine, se deformoituu aiheuttaen muutoksen kahden levyn välisessä etäisyydessä ja siten muuttaen kapasitanssia. Myös paikanmittauspiirin jännite muuttuu, jolloin äänenpainesignaalit muunnetaan jännitesignaaleiksi. Kapasitiiviset mikrofonit ovat ihanteellisia mikrofoneja akustisiin mittauksiin, ja niiden etuja ovat suuri dynaaminen alue, tasainen taajuusvaste, korkea herkkyys ja hyvä vakaus yleisissä mittausympäristöissä, minkä vuoksi niitä käytetään laajasti. Kondensaattorimikrofonin suuresta lähtöimpedanssista johtuen impedanssin muunnos vaaditaan esivahvistimen kautta, joka asennetaan äänitasomittarin sisään lähelle kondensaattorimikrofonin asennuspaikkaa.
