Шумомер
Разработчики проекта: Студенты лаборатории Сергей Лончаков и Сергей Яковлев
Цель работы
Разработка комплекта для проведения школьного практикума у старшеклассников по физике и экологии, позволяющего ознакомиться с основами электроники и основными количественными характеристиками шума.
Шумомер предусматривает специальную модульную конструкцию с возможностью сборки и разборки. В соответствующем описании даётся весь необходимый материал для понимания его устройства на уровне блоков. Так, ученик с учителем разбирается в деталях и собирает прибор на уроке физике. Измерения шума и их анализ проводятся на уроке экологии.
Устройство предлагаемого шумомера
1) Дисплей. Он необходим для того, чтобы видеть показания прибора. На нём будет отображаться уровень окружающего звука. Эта составляющая любого прибора. Оглянитесь вокруг, везде есть индикаторы, показывающие какую-нибудь информацию.
Они могут быть даже стрелочными, но суть одна и та же.
2) Микроконтроллер. Что же будет управлять этим дисплеем, а именно выводить на него информацию? Ответ: микроконтроллер. Вся современная электроника использует микроконтроллеры, микропроцессоры (или просто процессоры). Если вы разберёте свой телефон, то увидите внутри процессор, отвечающий за выполнение всех вычислений и обработку всей информации. На материнской плате внутри компьютера тоже можно найти процессор, например, от фирмы Intel. Там, где не нужно большой вычислительной мощности используют микроконтроллеры.
3) Блок с батарейками. Для работы любого устройства необходима электрическая энергия. Во всех телефонах есть аккумулятор, в фонарике – батарейки. Утюг, чайник, компьютер вы включаете в розетку. Так же и для устройства потребуется батарейный блок, в который будут вставляться батарейки, необходимые для питания шумомера.
4) Усилительная плата. Для измерения уровня оркужающего звука используется микрофон и специально разработанная усилительная плата.
5) Блок с кнопками и светодиодной индикацией. Блок ввода-вывода. Служит также для возможности мониторинга питания и активности некоторых функций.
Содержание методички по физике
- Введение. Роль шума в нашей жизни
- Основные блоки шумомера. Описание блоков и для чего они нужны
- Начала электроники. Базовые знания, позволяющие лучше понять возникающие проблемы и способы их решения.
- Инструкция по сборке
Содержание методички по экологии
- Введение
- Сведения о звуке. Шкала измерения, примеры источников с указание дБ
- Практическая часть. Пояснения по выполнению работы
Введение
Прогресс человечества позволил перейти к развитию машиностроения ещё в XIX – XX веках.
Появились различные механизмы, которые колеблются, вибрируют, жужжат, долбят. За примером далеко ходить не надо. На стройках используются экскаваторы, тракторы, отбойные молотки. И, очевидно, что находясь рядом, вы будете ощущать некоторый дискомфорт, хотя бы по той причине, что ваши уши едва выдержат звук перечисленных устройств. Ещё один хороший пример – это различные музыкальные концерты. На некоторых из них превышаются допустимые нормы звука для среднестатистического человека, и есть опасность нанести непоправимый ущерб органам слуха. В качестве третьего примера, вспомните своё последнее путешествие с перелётом. Гул взлетаюего самолётся слышно на большом расстоянии, даже из здания аэропорта. Находиться в момент взлёта вблизи чрезвычайно опасно!
Шум. Что это такое?
Окружающий мир полон звуков. Машины, предприятия, бытовые устройства, всё вокруг нас звучит. Что-то громче, что-то тише. Такое количество беспорядочных звуков и создает шум. Даже сейчас он действует на каждого из нас.
Акустический шум – это одна из форм вредного физического воздействия беспорядочными звуковыми колебаниями. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже этого диапазона называют инфразвуком, а выше – ультразвуком.
В чём измерять шум?
Это, пожалуй, один из первых вопросов, который хочется задать, когда мы говорим про то, что звук стал громче или тише. Громче или тише на сколько? Это важно. Без введения единиц измерения мы просто не сможем понимать друг друга на пути научного исследования проблем шума в экологии.
Для количественной оценки шума обычно используют децибелы. Децибел (дБ) – это относительная единица измерения, да к тому же, логарифмическая. Когда вы говорите «громче», вас обязательно спросят «громче, чем что?», то есть надо указать некоторую, уже известную «громкость», а потом только сравнивать.
При прохождении звуковой волны через среду возникает переменное давление (среда колеблется).
Величина, на которую давление изменяется называется звуковым давлением.
В чём измерять разобрались, но появляется новый вопрос – чем измерять? Откуда известно, что уровень звука на оживлённой улице около 70 – 80 дБ? Для этого существует специальный прибор – шумомер.
Почему шум опасен?
Терапевты считают, что звук 60-80 дБ вызывает у человека расстройство нервной системы, 90 – 110 дБ снижение слуха, 115 – 120 дБ болевой порог. При 140 – 145 дБ могут лопнуть барабанные перепонки, а 180 дБ смертельны для человека.
При 90 дБ органы слуха начинают деградировать. От большого звукового давления на барабанной перепонке образуются микро разрывы. После зарастания она становится более толстой и менее чувствительной.
Способы уменьшения шума
Бороться с проблемой шумового загрязнения можно и даже нужно. При строительстве здания, его стараются шумоизолировать, чтобы люди, находящиеся внутри, не ощущали звуковой фон от оживлённой улицы.
Тоже самое делают и с транспортом. Заповедники создаются вдали от шумных местностей. В современном оборудовании всё чаще делается акцент на бесшумную работу.
Итак, есть несколько способов уменьшить шум:
1. Увеличение расстояния до источника шума.
2. Звукоизоляция – уменьшение шума, проникающего извне.
3. Звукопоглощение – ослабление шума, распространяющегося внутри.
Звукопоглощение даже с очень высоким коэффициентом поглощения может снизить уровень шума не более чем на 8 – 10 дБ. Наибольший эффект получают от совместного использования всех этих способов.
Noyafa Запустила измеритель Шумомер, Тестирующий Уровень Шума Автомобиля в ДБ
Цифровой Шумомер Тест на четкость ДБ Тест на наружный шум Тест на речь в шуме
Шумомер, представленный Noyafa, использует передовую технологию DSP для соответствия требованиям ANSI и IECType 2 к точности измерений.
Различные измерения окружающей среды, такие как измерения шума на заводах, в общественных местах и в электронных изделиях.
Как это работает？
Шумомер состоит из высокочувствительного микрофона, предусилителя, аттенюатора, усилителя, сети взвешивания частоты класса. А, дисплея и т. д. Датчик преобразует звук в электрический сигнал, который затем настраивается и преобразуется в импеданс предусилителем, а аттенюатор синхронизирует данные с микрофоном. Электрический сигнал, обработанный в предыдущей части, затем интеллектуально оптимизируется и настраивается сетью взвешивания частоты для регулировки уровня звукового давления для достижения определенной амплитуды сигнала и, наконец, отображения шума на индикаторе.
Что такое Частотное взвешивание?
В измерительном приборе объективному уровню звукового давления различных частот искусственно придается соответствующее увеличение или уменьшение, этот метод коррекции называется взвешиванием по частоте, а сеть, которая реализует это взвешивание по частоте, называется взвешивающей сетью.
Сеть взвешивания частоты в шумомере имеет три стандартных взвешивания частоты: A, B и C.
Сеть имитирует реакцию человеческого уха на 40 дБ HL на кривой равной громкости. Его форма кривой противоположна кривой громкости HL 340 дБ, так что средние и низкочастотные диапазоны электрического сигнала имеют большее затухание.
Сеть B имитирует реакцию человеческого уха на 70 дБ HL, что в определенной степени ослабляет низкочастотную полосу электрического сигнала.
Сеть C имитирует реакцию человеческого уха на 100 дБ HL, с почти ровным откликом во всем диапазоне звуковых частот.
Взвешивание частот A, B и C,
Уровень звука, измеренный с помощью частотного взвешивания, называется взвешенным уровнем звука, который является субъективной оценочной величиной для измерения силы шума.
Результат измерения уровня звука аналогичен восприятию громкости звука человеческим ухом. Когда шум ранжируется по величине уровня звука.
А в децибелах, он может лучше отражать субъективную оценку людьми различных шумов.
Диапазон применения измерений:
Измерение шума окружающей среды, измерение шума городской среды, измерение шума промышленного предприятия, измерение шума строительной площадки, измерение шума автомобильного транспорта, измерение радиационного шума железнодорожного локомотива, измерение шума судна, измерение шума самолета и т. д.
GM1351
Это портативный и удобный мини-измеритель уровня звука. Измеряет уровень звука 30 дБА ~ 130 дба.
Он имеет автоматический диапазон, широкий диапазон измерений и частот (31,5 Гц ~ 8,5 кГц), максимальное удержание, взвешивание частоты A и автоматическую подсветку. Просто нажмите одну кнопку, и показания мгновенно отобразятся на дисплее. Практичный маленький инструмент, отлично подходящий для мониторинга шумового загрязнения, настройки домашнего кинотеатра, соблюдения требований охраны труда и техники безопасности, тестирования шума автомобиля и т.
д.
Автоматическая подсветка, когда окружающая среда становится яркой, датчик освещенности включит подсветку ЖК-дисплея. Освещение дисплея усиливается по мере того, как условия освещения окружающей среды становятся темнее. Чем темнее окружение, тем ярче освещение. Кроме того, он считывает данные в dBA и обеспечивает ветровое стекло для фильтрации нежелательных сигналов.
Спецификация
Диапазон измерения: 30 ~ 130dBA
Точность: ±1,5 дБ
Разрешение: 0,1 дБ
Диапазон частот: 31,5 Гц ~ 8,5 кГц
Взвешивание по частоте: A
Частота дискретизации: 2 раза/сек
Цифровой дисплей: 4 цифры
Микрофон: 1/2″Электретный конденсаторный микрофон
Условия эксплуатации
Температура: 0 ~40 °C (32 ~ 104°F)
Влажность: 10~80% относительной влажности
Условия хранения
Температура: – 0 ~ 60 °C (14 ~ 140°F)
Влажность: 10~70% относительной влажности
Источник питания: 1 батарея 9 В (не входит в комплект)
Размер упаковки: 55 x 32 x 149 мм
GM1361
Преимущества：
Этот портативный шумомер оснащен ветрозащитным экраном, который может определять расстояние от 1 до 1,5 м от источника звука и фильтровать влияние ветра на звук.
Может измерять уровень звука от 30 до 130 дБ. Вы можете выбрать между быстрым и медленным режимами измерения, и максимальное значение будет отображаться автоматически.
Если в течение десяти минут не будет выполнено ни одной операции, он автоматически отключится.
Можно сохранить 4700 записей тестов. И его можно подключить к ПК, что удобно для копирования и передачи данных.
Спецификация
Электретный конденсаторный микрофон
ЖК-дисплей
Переключатель питания
Переключатель управления диапазоном уровней: 30 ~ 80 дБ, 40 ~ 90 дБ, 50 ~ 100 дБ, 60 ~ 110 дБ, 70 ~ 120 дБ, 30 ~ 130 дБ.
Максимальное значение золотого переключателя:
A — Взвешивание для измерений общего уровня звука
B – взвешивание для проверки низкочастотного содержания шума
Переключатель выбора веса времени:
Быстро: для обычных измерений
Медленно: для проверки среднего уровня пульсирующего шума
Выходная клемма переменного тока: 10 мВ /дБ
Выходной терминал постоянного тока: выход 10 мВ/дБ
Чехол для мини-SD-карты
Мини-USB-куртка
Губчатый Шарик
T-Z05
Этот профессиональный децибелометр использует конденсаторный микрофон и A-взвешивающую сеть (имитирующую человеческое ухо) для измерения профессиональных данных в децибелах.
Выберите быструю / медленную скорость отклика, ее диапазон измерения составляет 30 дБ ~ 130 дБ, удерживайте данные о максимальных / минимальных децибелах блокировки.
Дневной и ночной режим, различные режимы отображения экрана могут использоваться в различных условиях. Читайте результаты тестов более четко.
10 минут автоматического отключения
Спецификация
Диапазон измерения: 30 ~ 130dBA
Точность: ±1,5 дБ
Разрешение: 0,1 дБ,(частота дискретизации 2 раза в секунду)
Диапазон частот: 31,5 Гц ~ 8,5 кГц
Взвешивание по частоте: A
Он в основном используется для измерения и записи звука и может измерять интенсивность звука окружающей среды.
Независимо от того, являетесь ли вы профессионалом или непрофессионалом, этот децибелометр может быть оснащен, если вдруг в тихий день появится инженер или соседи строят, производя много шума, возможно, вы не сможете договориться с ними.
Если вы профессиональный инженер. Шумомер Шумомер будет стандартом для определения того, работает ли машина.Если холодильник работает слишком громко, значит, он где-то виноват. Конечно, слишком сильный шум также может повлиять на психическое здоровье человека.
2. Как измеряется звук?
3.3.3. Единицы воздействия шума
3.3.3.1. Уровень звукового давления и дБ SPL
Одним из параметров акустической (звуковой) волны, который обычно используется для оценки звукового воздействия на человека, является уровень звукового давления, выраженный в мкПа или Па. Уровни звукового давления, слышимые человеческим ухом, варьируются от 20 мкПа. (порог слуха) до 20 Па (болевой порог), в результате получается масштаб 1:10 000 000. Поскольку использование столь крупной шкалы нецелесообразно, была введена логарифмическая шкала в децибелах (дБ), которая также согласуется с физиологическими и психологическими слуховыми ощущениями.
дБ уровня звукового давления (дБ SPL) определяется как: 20 log 10 p1/p0, где p1 — фактически измеренный уровень звукового давления данного звука, а p0 — эталонное значение 20 мкПа, которое соответствует наименьшему порог слышимости молодого, здорового уха. В логарифмической шкале диапазон звуков, слышимых человеческим ухом, составляет от 0 дБ SPL (порог слышимости) до 120-140 дБ SPL (болевой порог) (см. таблицу 1 ниже).
Таблица 1. Типичные уровни звукового давления для звуков повседневной жизни
3.3.3.2. Уровень громкости и фильтр A [дБ(A)]
Человеческое ухо неодинаково чувствительно к звукам (тонам) с одинаковым уровнем звукового давления, но разными частотами. Эта субъективная или воспринимаемая человеком величина звука называется его громкостью. Громкость звука не равна его уровню звукового давления и различна для разных частот. Для оценки громкости звука исследуются изофонические кривые. Изофонические кривые связывают характеристику данного тона, выраженную в дБ SPL, с его субъективным уровнем громкости, выраженным в телефонах (см.
рис. 1 ниже). Как видно из рисунка ниже, частоты 3-4 кГц являются наиболее чувствительными в диапазоне звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц, слышимых человеческим ухом. Для частот ниже 3-4 кГц и выше звуковых частот ухо становится менее чувствительным.
Нормальные контуры равного уровня громкости для чистых тонов
В то время как измерения звукового давления должны давать показание звукового давления в дБ SPL, в контексте человеческого слуха более практично обеспечить также значение, которое более точно соответствует слуховые ощущения или громкость в телефонах. Фильтры A, B и C, используемые в настоящее время в шумомерах, были предназначены для имитации кривых изогромности в зависимости от частоты при различных условиях интенсивности звука, то есть для звуков низкого, среднего и высокого уровня громкости соответственно (IEC 651, 19).79). Сеть «А» изменяет частотную характеристику, чтобы приблизительно следовать кривой равной громкости для 40 фонов, в то время как сеть «С» приблизительно следует кривой равной громкости для 100 фонов.
Сеть «В» также упоминается в некоторых текстах, но она больше не используется для оценки шума. Популярность сети А со временем росла. В современной практике фильтр кривой A-взвешивания используется для взвешивания уровней звукового давления как функции частоты примерно в соответствии с частотными характеристиками слуховой системы человека для чистых тонов. Это означает, что энергия на низких и высоких частотах преуменьшается по сравнению с энергией в диапазоне средних частот.
Корреляция между потерей слуха из-за шума и уровнями звукового воздействия, измеренными в весовых коэффициентах A, B или C, не будет сильно отличаться. Взвешивание B (или даже C) обеспечивает лучшее соответствие между громкостью и умеренными (или высокими) акустическими уровнями, однако взвешивание A отличается от B и C только занижением частот ниже примерно 500 Гц. Поскольку человеческое ухо гораздо более устойчиво к шумовой потере слуха (NIHL) на низких частотах и вблизи них, взвешивание больше соответствует риску NIHL.
Следует отметить, что А-фильтр был принят настолько широко, что уровни звукового давления, часто приводимые в аудиологической литературе просто в дБ, на самом деле являются уровнями, взвешенными по шкале А. Многие старые шумомеры общего назначения ограничены исключительно измерением уровня звукового давления по шкале А.
3.3.3.3. Меры в децибелах в аудиометрии
В аудиометрии (оценке чувствительности слуха) используются другие меры в децибелах, чем при измерении звукового давления. Они зависят от эталонного значения.
Чистотоновые аудиометрические пороги выражены в дБ HL (уровень слышимости) и относятся к порогам слышимости молодых людей с нормальным слухом. Различия между dB HL и dB SPL возникают из-за изофонических кривых. Соответствующие им значения приведены в таблице ниже.
Таблица 2. Аудиометрические пороги слышимости нормального уха
Аналогично дБ HL, значения дБ nHL (нормальный уровень слуха) относятся к порогам слышимости людей с нормальным слухом, но они относятся к нетональным звуковым стимулам (например, щелчкам).
Источник & ©: SCENIHR, Потенциальные риски для здоровья при воздействии шума от персональные музыкальные плееры и мобильные телефоны, включая воспроизведение музыки функция (2008 г.), раздел 3.3.3. Единицы воздействия шума
Измерения звука – уровни звукового давления
Что такое измерение звука?
Измерение звука определяется как процесс измерения уровней звукового давления с помощью устройств для измерения звука. Примеры величин измерения звука:
- Уровень звукового давления по шкале А ( SPL или Lp ),
- взвешенный по времени уровень звукового давления ( LAF или LAS ),
- уровень звукового воздействия ( LAE ),
- усредненный по времени уровень звука ( LAeq )
Существует несколько различных способов измерения звука. В зависимости от методики измерения звукового давления проводятся интегрирующим шумомером или индивидуальным шумомером .
Измерители уровня звука могут использоваться во всех типах измерений, в то время как индивидуальные измерители уровня шума обычно используются для предотвращения потери слуха, вызванной шумом, и располагаются рядом с человеческим ухом.
Что такое уровень звукового давления?
SPL — уровень звукового давления
Уровень звукового давления SPL — это величина звука, выраженная в децибелах дБ , которая выражает изменения давления воздуха, вызывающие звуки. Изменения атмосферного давления обнаруживаются мембранами измерительных микрофонов, которые являются неотъемлемой частью шумомеров. Единицы атмосферного давления Паскаля , а наименьшее изменение атмосферного давления, которое может обнаружить человек, составляет 20 мкПа (микроПа), а максимальное изменение может доходить до тысяч Паскалей. Для управления таким большим диапазоном изменчивости атмосферного давления используется шкала децибел (дБ).
Звуковой децибел представляет собой логарифмическую шкалу, которая использует эталон 20 мкПа и сжимает большую шкалу Паскалей до приемлемой шкалы децибел. Из-за шкалы децибел результаты измерения звука обозначаются как звуковое давление 9.0003 уровней .
Шкала в децибелах
Шкала в децибелах представляет измерения звука относительно эталонного давления. Как правило, шкала децибел начинается от 0 дБ на пороге слышимости ( 20 мкПа ) до 130 дБ (около 100 Па ) на пороге боли до 140 дБ на пороге повреждения слуха ( шкалы децибел скачать). PDF )
дБ SLP
Из-за шкалы децибел результаты измерения звука обозначаются как звуковое давление уровни SPL . Шкала децибел более полезна, чем шкала Паскаля, потому что она больше похожа на то, как люди воспринимают громкость. Это связано с тем, что человеческое ухо реагирует на логарифмическое изменение уровня, которое измеряет шкала децибел.
звуковая энергия
Звук — это форма энергии, которая распространяется по воздуху таким образом, что частицы воздуха движутся вперед и назад по мере того, как энергия движется вперед. Колебания давления, возникающие при воздействии звуковых волн распространяется по воздуху очень мало по сравнению со статическим атмосферным давлением. Изменения атмосферного давления обнаруживаются мембранами измерительных микрофонов, которые являются неотъемлемой частью шумомеров.
Leq – эквивалентный непрерывный уровень звука
Эквивалентный непрерывный уровень звука (Leq) является наиболее часто используемой величиной звука, поскольку он имеет прямое отношение к содержанию энергии в сигнале. Leq представляет собой форму представления энергии звукового сигнала и используется для оценки уровня опасности для человеческого слуха.
LEX – уровень ежедневного воздействия шума
В случае производственного шума LEQ измеряется за 8 часов рабочего дня, и такой результат обозначается как уровень ежедневного воздействия шума (LEX).
Измеренные дневные уровни шумового воздействия также могут быть представлены в виде % от дневной нормы, и такое представление результата называется дозой шума .
Шумомер
Шумомер
Шумомер — это электронное устройство, оснащенное микрофоном, который улавливает изменения давления воздуха и преобразует их в электрический сигнал. Затем электрический сигнал преобразуется в цифровой, чтобы его можно было отобразить на дисплее или записать в память счетчика.
Диапазон измерения
Диапазон шумомера определяется динамикой его аналого-цифрового преобразователя. Типичная динамика аналого-цифрового преобразователя составляет 110 дБ, поэтому типичный диапазон измерения в децибелах начинается от 20 дБА и доходит до 130 дБА. 130 дБА — это уже болевой порог для человеческого уха.
Частотный анализ
Реальные звуковые сигналы изменчивы и объединяют многочисленные сигналы. Измерители уровня звука используют частотный анализ в режиме реального времени в полосах 1/1 или 1/3 октавы, чтобы оценить содержание низких и высоких частот в сигнале.
