Äänitasomittarien käyttö autoteollisuudessa
Äänitasomittarin rakenne ja toimintaperiaate
Äänitasomittari on laite, jolla voidaan mitata esimerkiksi teollisuusmelun, kotimelun, liikennemelun jne. melutasoa ihmiskorvan kuuloominaisuuksien mukaan. Melutasolla tarkoitetaan äänitasomittarilla mitattua ja kuulokorjattua äänenpainetasoa (dB) tai äänenvoimakkuustasoa (phon). Normaaliolosuhteissa 100{{10}}Hz puhdasta ääntä mittaavan äänitasomittarin tarkkuuden mukaan äänitasomittari jaettiin 1960-luvulla kahteen osaan. luokkaa maailmassa, toista kutsutaan tarkkuusäänitasomittariksi ja toista tavalliseksi äänitasomittariksi. Myös maamme omaksuu tämän menetelmän. Joissakin maissa on 1970-luvulta lähtien otettu käyttöön neljän kategorian menetelmä, joka on jaettu tyyppiin 0, tyyppi 1, tyyppi 2 ja tyyppi 3. Niiden tarkkuus on ±0,4 dB, ±0,7 dB, ±1,0 dB ja ±1,5 dB. vastaavasti. Äänitasomittarin käyttämien eri virtalähteiden mukaan se voidaan jakaa myös AC- ja DC-tyyppiseen äänitasomittariin kuivaparistoilla, ja jälkimmäinen voi olla myös kannettava. Kannettavan laitteen etuna on pieni koko, kevyt paino ja kätevä käyttö paikan päällä.
Yleensä se koostuu mikrofonista, vahvistimesta, vaimentimesta, painotusverkosta, ilmaisimesta, indikaattorimittarista ja virtalähteestä.
(1) Mikrofoni
Se on laite, joka muuntaa äänenpainesignaalin jännitesignaaliksi, joka tunnetaan myös nimellä mikrofoni, ja on erinomainen anturi. Yleisiä mikrofoneja ovat kristalli, elektreetti, liikkuva kela ja kondensaattori.
Liikkuva kela-anturi koostuu värähtelevästä kalvosta, liikkuvasta kelasta, magneetista ja muuntajasta. Värähtelevä kalvo alkaa värähtelemään sen jälkeen, kun se on altistettu ääniaaltopaineelle, ja ajaa sen mukana asennetun liikkuvan kelan värähtelemään magneettikentässä indusoituneen virran muodostamiseksi. Virta vaihtelee tärisevän kalvon akustisen paineen suuruuden mukaan. Mitä suurempi äänenpaine, sitä suurempi on tuotettu virta; mitä pienempi äänenpaine on, sitä pienempi on tuotettu virta.
Kapasitiiviset anturit koostuvat pääasiassa metallikalvoista ja metallielektrodeista, jotka ovat lähellä toisiaan, mikä on olennaisesti litteä levykondensaattori. Metallikalvo ja metallielektrodit muodostavat litteän kondensaattorin kaksi levyä. Kun kalvoon kohdistuu äänenpaine, kalvo deformoituu, kahden levyn välinen etäisyys muuttuu ja myös kapasitanssi muuttuu, jolloin syntyy vaihtojännite, jonka aaltomuoto on mikrofonin ja äänenpainetason lineaarisen alueen sisällä muodostaen suhteen toteuttaa toiminnon muuntaa äänenpainesignaali jännitesignaaliksi.
Kondensaattorimikrofoni on ihanteellinen mikrofoni akustiseen mittaukseen. Sen etuna on suuri dynaaminen alue, tasainen taajuusvaste, korkea herkkyys ja hyvä vakaus yleisessä mittausympäristössä, joten sitä käytetään laajalti. Koska kapasitiivisen anturin lähtöimpedanssi on erittäin korkea, on välttämätöntä suorittaa impedanssimuunnos esivahvistimen kautta. Esivahvistin asennetaan äänitasomittarin sisään lähelle sitä osaa, johon kapasitiivinen anturi on asennettu.
(2) Vahvistin ja vaimennin
Tällä hetkellä monet suositut kotimaiset ja tuodut vahvistimet käyttävät vahvistuspiirissä kaksivaiheisia vahvistimia, nimittäin tulovahvistinta ja lähtövahvistinta, joiden tehtävänä on vahvistaa heikkoa sähköistä signaalia. Tulovaimentimella ja lähtövaimentimella muutetaan tulosignaalin vaimennusta ja lähtösignaalin vaimennusta siten, että mittarin pään osoitin osoittaa oikeaan asentoon ja kunkin vaihteen vaimennus on 1{{2 }} desibeliä. Tulovahvistimen käyttämän vaimentimen säätöalue on mittausala (esim. 0-70 dB) ja lähtövahvistimen käyttämän vaimentimen säätöalue on mittausalue (70-120 dB). Tulo- ja lähtövaimentimien valitsimet ovat usein erivärisiä, ja tällä hetkellä musta ja läpinäkyvä on usein yhdistetty pariksi. Koska monien äänitasomittarien ylä- ja alaraja on rajoitettu 70 desibelillä, on vältettävä rajan ylittymistä pyöriessä, jotta laite ei vahingoitu.
(3) Punnitusverkko
Ihmisen kuulon eri herkkyyksien simuloimiseksi eri taajuuksilla on sisäänrakennettu laite, joka simuloi ihmiskorvan kuulo-ominaisuuksia ja korjaa sähköisen signaalin kuuloa vastaavaan verkkoon. Tätä verkkoa kutsutaan painotusverkoksi. Painotusverkon kautta mitattu äänenpainetaso ei ole enää objektiivisen fyysisen suuren äänenpainetaso (ns. lineaarinen äänenpainetaso), vaan kuuloaistin mukaan korjattu äänenpainetaso, jota kutsutaan painotetuksi äänitasoksi tai melutasoksi.
Painotusverkkoja on yleensä kolmen tyyppisiä: A, B ja C. A-painotetun äänitason tarkoituksena on simuloida ihmiskorvan taajuusominaisuuksia matalan intensiteetin alle 55 desibelin melulle; B-painotettu äänitaso simuloi 55-85 desibelin keskivoimaisen kohinan taajuusominaisuuksia; C-painotetun äänitason tarkoituksena on simuloida korkean intensiteetin kohinaominaisuuksien taajuusominaisuuksia. Ero näiden kolmen välillä on kohinan matalataajuisten komponenttien vaimennusaste. A vaimentaa eniten, sen jälkeen B ja C vähiten. A-painotettu äänitaso on maailman eniten käytetty melun mittaus, koska sen ominaiskäyrä on lähellä ihmiskorvan kuuloominaisuuksia. B ja C ovat vähitellen käytössä.
Äänitasomittareista otetuissa melutasolukemissa on ilmoitettava mittausolosuhteet.
(4) Geofoni ja ilmaisinpää
Vahvistetun signaalin näyttämiseksi mittaripään läpi tarvitaan myös ilmaisin, joka muuntaa nopeasti muuttuvan jännitesignaalin hitaammin muuttuvaksi tasajännitesignaaliksi. Tämän tasajännitteen suuruus on verrannollinen tulosignaalin suuruuteen. Mittaustarpeiden mukaan ilmaisin voidaan jakaa huipputunnistimeen, keskiarvoilmaisimeen ja mustaan RMS-anturiin. Huipputunnistin voi antaa maksimiarvon tietyllä aikavälillä ja keskiarvoilmaisin voi mitata suurimman keskiarvon tietyllä aikavälillä. Juurineliöilmaisimia käytetään useimmissa mittauksissa, lukuun ottamatta impulsiivisia ääniä, kuten tulitusta, jotka vaativat huippumittauksia.
