מבנה מד רמת הקול
מד רמת הקול הוא מכשיר מדידת הרעש הבסיסי ביותר. זהו מכשיר אלקטרוני, אך הוא שונה ממכשירים אלקטרוניים אובייקטיביים כמו מדי מתח. בעת המרת אות אקוסטי לאות חשמלי, הוא יכול לדמות את מאפייני הזמן של מהירות התגובה של האוזן האנושית לגלי קול; מאפייני התדר של רגישויות שונות לתדרים גבוהים ונמוכים ומאפייני העוצמה של שינוי מאפייני התדר בעוצמה שונה. מד רמת הקול הוא מכשיר אלקטרוני סובייקטיבי
מבנה מד רמת הקול
הוא מורכב ממיקרופון, מגבר, מחליש, רשת שקלול, גלאי, מד חיווי ואספקת חשמל.
1. מיקרופון
מדובר במכשיר הממיר אות לחץ קול לאות מתח, המכונה גם מיקרופון, ומהווה חיישן מצוין. המיקרופונים הנפוצים הם קריסטל, אלקטרט, סליל נע וקבל.
חיישן הסליל הנע מורכב מדיאפרגמה רוטטת, סליל נע, מגנט קבוע ושנאי. הסרעפת הרוטטת מתחילה לרטוט לאחר שהיא נתונה ללחץ גלי קול, ומניעה את הסליל הנעים המותקן איתה לרטוט בשדה המגנטי ליצירת זרם מושרה. הזרם משתנה בהתאם לגודל הלחץ האקוסטי על הדיאפרגמה הרוטטת. ככל שלחץ הקול גדול יותר, כך גדל הזרם שנוצר; ככל שלחץ הקול קטן יותר, הזרם שנוצר קטן יותר.
חיישנים קיבוליים מורכבים בעיקר מדיאפרגמות מתכת ואלקטרודות מתכת הקרובות זו לזו, שהיא בעצם קבל פלטה שטוחה. דיאפרגמת המתכת ואלקטרודות המתכת מהווים את שתי הלוחות של הקבל השטוח. כאשר הדיאפרגמה נתונה ללחץ קול, הסרעפת מתעוותת, המרחק בין שני הלוחות משתנה, וגם הקיבול משתנה, וכך נוצר מתח חילופין שצורת הגל שלו נמצאת בטווח הליניארי של המיקרופון ורמת לחץ הקול יצירת יחס מממש את הפונקציה של המרת אות לחץ הקול לאות מתח.
מיקרופון קונדנסר הוא מיקרופון אידיאלי במדידה אקוסטית. יש לו את היתרונות של טווח דינמי גדול, תגובת תדר שטוחה, רגישות גבוהה ויציבות טובה בסביבת מדידה כללית, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב. מכיוון שעכבת המוצא של החיישן הקיבולי היא גבוהה מאוד, יש צורך לבצע טרנספורמציה של עכבה דרך הקדם מגבר. הקדם-מגבר מותקן בתוך מד רמת הקול קרוב לחלק בו מותקן החיישן הקיבולי.
2. מגבר ומחליש
מגברים ביתיים ומיובאים רבים הפופולריים כיום משתמשים במגברים דו-שלביים במעגל ההגברה, כלומר, מגבר הכניסה והמגבר המוצא, ותפקידם להגביר אותות חשמליים חלשים. מנחת הכניסה ומנחת המוצא משמשים לשינוי הנחתה של אות הכניסה והנחתה של אות המוצא, כך שהמצביע של ראש המדד מצביע על המיקום המתאים, וההנחתה של כל הילוך היא 1{{2 }} דציבלים. טווח ההתאמה של המנחת המשמש את מגבר המוצא הוא הקצה התחתון של המדידה (כגון 0~70 dB), וטווח ההתאמה של המנחת המשמש את מגבר המוצא הוא הקצה הגבוה של המדידה (70~120 dB). החוגות של מנחתי הקלט והפלט עשויים לעתים קרובות בצבעים שונים, וכרגע שחור ושקוף הם לעתים קרובות מזווגים. מכיוון שהגבוה והנמוך של מדי רמת קול רבים מוגבלים ב-70 דציבלים, יש צורך למנוע חריגה מהמגבלה בעת סיבוב, כדי לא לפגוע במכשיר.
3. רשת שקלול
על מנת לדמות את הרגישויות השונות של השמיעה האנושית בתדרים שונים, קיים אחד מובנה שיכול לדמות את מאפייני השמיעה של האוזן האנושית ולתקן את האות החשמלי לרשת הדומה לשמיעה. רשת זו נקראת רשת שקלול. רמת לחץ הקול הנמדדת דרך רשת הניפוח אינה עוד רמת לחץ הקול של הכמות הפיזית האובייקטיבית (הנקראת רמת לחץ קול ליניארית), אלא רמת לחץ הקול המתוקנת על ידי חוש השמיעה, הנקראת רמת הקול המשוקללת או רמת הרעש.
בדרך כלל ישנם שלושה סוגים של רשתות שקלול: A, B ו-C. רמת הקול המשוקללת A היא לדמות את מאפייני התדר של האוזן האנושית לרעש בעוצמה נמוכה מתחת ל-55 דציבלים; רמת הקול המשוקללת B היא לדמות את מאפייני התדר של 55-85 דציבלים של רעש בעוצמה בינונית; רמת הקול המשוקלל C היא לדמות את מאפייני התדר של מאפיין רעש בעוצמה גבוהה. ההבדל בין השלושה הוא מידת הנחתה של מרכיבי הרעש בתדר נמוך. א' מחליש הכי הרבה, אחריו ב' ו-ג' הכי פחות. רמת קול משוקלל A היא מדידת הרעש הנפוצה ביותר בעולם מכיוון שהעקומה האופיינית שלה קרובה למאפייני השמיעה של האוזן האנושית, ו-B ו-C משמשים בהדרגה. קריאות רמת הרעש שנלקחו ממד רמת הקול חייבות להצביע על תנאי המדידה.
4. גיאופון וראש מחוון
על מנת להציג את האות המוגבר דרך המד, נדרש גם גלאי שימיר את אות המתח המשתנה במהירות לאות מתח DC המשתנה איטי יותר. גודלו של מתח DC זה פרופורציונלי לגודל אות הכניסה. בהתאם לצרכי המדידה, ניתן לחלק את הגלאי לגלאי שיא, גלאי ממוצע וגלאי RMS שחור. גלאי השיא יכול לתת את הערך המקסימלי של מרווח זמן מסוים, והגלאי הממוצע יכול למדוד את הערך הממוצע המוחלט שלו במרווח זמן מסוים. גלאי ריבוע שורש משמשים ברוב המדידות, למעט צלילים אימפולסיביים כגון ירי, הדורשים מדידות שיא.
גלאי הערך הריבועי הממוצע יכול בריבוע, ממוצע ושורש ריבוע של אות ה-AC כדי לקבל את ערך הבסיס הריבועי הממוצע של המתח, ולבסוף לשלוח את אות המתח הממוצע של השורש לראש המחוון. ראש המונה המצביע הוא מד חשמלי, כל עוד קנה המידה שלו מכויל, ניתן לקרוא את ערך הדציבלים של רמת הרעש ישירות מראש המונה. . הזמן הממוצע של ההילוך ה"מהיר" הוא 0.27s, שהוא קרוב מאוד לזמן הממוצע הפיזיולוגי של איבר השמיעה האנושי; הזמן הממוצע של ההילוך ה"איטי" הוא 1.05 שניות. כאשר מודדים רעש במצב יציב או צורך להקליט את תהליך שינוי רמת הקול, מתאים יותר להשתמש בהילוך ה"מהיר"; כאשר תנודת הרעש הנמדד גדולה יחסית, עדיף להשתמש בהילוך ה"איטי".
