تجهیزات مورد نیاز برای اندازه گیری سر و صدا

تجهیزات مورد نیاز برای اندازه گیری سر و صدا

متداول ترین وسیله جهت اندازه گیری صدا، دستگاه صدا سنج SLM و صدا سنج از نوع جمع شونده ISLM می باشد. آگاهی از نحوه کالیبراسیون، طرز استفاده و گرفتن اطلاعات لازم از دستگاه جهت انتخاب دستگاه مورد نیاز امری مهم می باشد.
جدول زیر ،راهنما جهت انتخاب دستگاه می باشد (اطلاعات مذکور توسط کارخانه سازنده ارائه می گردد)

• جدول راهنمای انتخاب دستگاه
• معرفی دستگاه صدا سنج SLM

SLM شامل میکروفن، مدار الکتریکی و نشانگر می باشد. میکروفن تغییرات جزئی فشار هوا ناشی از صدا را گرفته و آنها را به پیام های الکتریکی تبدیل می کند. این پیام ها توسط مدار الکتریکی تغییر یافته ودر نهایت بصورت تراز صوتی بر مبنای دسی بل نشان داده می شود.

SLM تراز فشار صوتی لحظه ای را در یک موقعیت خاص می دهد.برای اندازه گیری، صدا سنج را در امتداد بازو در ارتفاع گوش قرار می دهیم. در بیشتر صدا سنج ها، موقعیت میکروفون نسبت به منبع صوت چندان مهم نیست. در دستورالعمل دستگاه در مورد چگونگی قرار گرفتن میکروفون توضیح داده شده است. صدا سنج را باید قبل و بعد از هر بار استفاده کالیبره کرد. در دستورالعمل دستگاه نحوه کالیبراسیون شرح داده شده است.

در بیشتر صدا سنج ها میزان صدا در وضعیت پاسخ سریع و کند قابل اندازه گیری است.

میزان پاسخ دهی، مدت زمانی است که دستگاه قبل از نمایش تراز صوت روی صفحه توانایی محاسبه میانگین را دارد. (پاسخ دهی کند و تند)
اندازه گیری تراز صوتی محیط کار باید در وضعیت پاسخ کند انجام گیرد.

صدا سنج نوع دوم برای اندازه گیری در صنعت طراحی شده است. صدا سنج نوع اول در کارهای مهندسی، آزمایشگاهی و تحقیقاتی بکار می رود و گران تر و دقیق تر است.

هیچگونه صدا سنجی با دقت کمتر از صدا سنج نوع دوم نباید جهت اندازه گیری صدای محیط کار بکار رود.

آنالیزور یا فیلتر وزنی که در صدا سنج ها موجود است با کلید روشن و خاموش بکار می افتد. برخی از صدا سنج های نوع دوم فقط در وضعیت (A) اندازه گیری می کند. بدین معنی که فیلتر آنالیزور A دائماً در وضعیت روشن می باشد.

یک صدا سنج معمولی (SLM) فقط صدای لحظه ای را اندازه گیری می کند و برای محیط های کاری با تراز صدای یکنواخت مناسب می باشد. اما در محیط های کاری با صدای ضربه ای و غیر یکنواخت و دوره ای، استفاده از صدا سنج معمولی جهت تعیین میانگین تماس فردی با صدا در یک شیفت کاری اشتباه می باشد. دستگاه مناسب در این گونه محیط ها دزیمتری صدا می باشد.

معرفی دستگاه صدا سنج از نوع جمع شونده ISLM

مطالعه و ارزیابی سروصدا

این دستگاه شبیه دزیمتر می باشد و تراز معادل صدا (ISLM) را در یک دوره زمانی اندازه گیری می کند. اشکال این دستگاه در این است که تماس فردی را مشخص نمی کند زیرا مثل SLM دستی می باشد و امکان اتصال به بدن را ندارد.

ISLM تراز معادل صدا را در موقعیت خاص اندازه گیری می کند حتی اگر تراز صدا مرتباً تغییر کند، دستگاه یک عدد بعنوان تراز معادل را نشان می دهد.

معرفی دستگاه دزیمتر صدا

دستگاه دزیمتر صدا، کوچک، سبک و قابل اتصال به فرد می باشد. (به کمر فرد متصل می شود) و میکروفون آن به یقه در نزدیکی گوش متصل می گردد.
دزیمتر میزان تراز صوت را ذخیره کرده و میانگین می دهد. در صنایعی که میزان صدا در طول زمان کار مختلف می باشد و همچنین صنایعی که موقعیت افراد تغییر می کند مورد استفاده زیادی دارد.

یک دزیمتر به تنظیمات زیر نیاز دارد:

الف: استاندارد: حد مواجهه برای 8 ساعت در روز و 4 روز در هفته می باشد. معیار 90 دی سی بل بر مبنای شبکه A طبق اکثر استانداردها – 85 دی سی بل برای برخی و 87 دی سی بل بر مبنای استانداردهای کانادا.

ب – دامنه تغییرات: 3 تا 5 دی سی بل

ج – حد تراز صوتی که کمتر از آن میزان را دزیمتر جمع نکند ودر اندازه گیری دخالت ندهد.

با استفاده از دزیمتر در طول شیفت کاری، میانگین «تماس فردی a با صدا یا دز صدا برای هر فرد را بدست می آوریم. اگر یک فرد دز صدای 100% را در یک شیفت دریافت کند به این معنی است که میانگین مواجهه با صدا در حد ماکزیمم می باشد.

برای مثال با مقیاس استاندارد 90 دسی بل و تغییرات 3 دسی بل، تماس 8 ساعته با صدای 90 دسی بل را 100% نشان می دهد.

برای 4 ساعت با صدای 93 دسی بل نیز 100% می باشد. در صورتیکه 8 ساعت مواجهه با 93 دسی بل، دز صدای معادل 200% می باشد.
کارخانه سازنده دزیمترها را با استاندارد و دامنه تغییرات خود تنظیم می نماید. ما میتوانیم این فاکتورها را با استانداردهای کاربردی و مورد تائید خود تنظیم نمائیم.

دزیمترها همچنین تراز معادل را بما نشان می دهند که این میزان میانگین «تماس فردی» با صدا در طول زمان اندازه گیری دزیمتر می باشد و معادل ترازهای صوتی متغیر که یک شخص در همان دوره کاری در تماس بوده می باشد. ثابت شده است که افت شنوائی تحت تأثیر مواجهه با مجموع انرژی صوتی می باشد. اگر یک شخص در شیفت 8 ساعته با مقادیر مختلف صدا در تماس باشد، تراز معادل محاسبه می شود که برابر با تأثیر صداهای مختلف است.

میکروفون ها

میکروفون ها تراگذارهایی هستند که انرژی آکوستیکی را به انرژی الکتریکی مبدل می‌سازند. این تراگذارها اگر در هوا کار کنند میکروفون و اگر در آب کار کنند هیدروفون نامیده می‌شوند. میکروفونها برای دو مقصود عمده بکار می‌روند. نخست ، برای تبدیل گفتار یا موسیقی به سیگنالهای الکتریکی که بوسیله انتقال یا بوسیله عمل دیگری گفتار یا موسیقی را دوباره تولید می‌کند. دوم ، میکروفونها را به عنوان دستگاه اندازه گیری بکار می‌برند؛ بدین سان که انرژی سیگنالهای آکوستیکی را بوسیله آنها به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند و این جریان ر ا به دستگاههای اندازه گیری دیگری وارد می‌سازند.

پدیده‌های تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی

پدیده‌های فیزیک گوناگونی برای تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پدیده‌ها شامل ‌القای الکترومانتیتیک ، اثر پیزوالکتریک ، مغناطو تنگش ، تغییرات ظرفیت خازن و تغییرات مقاومت گرد زغال ، متراکم می‌شود. قبل از آنکه استعمال تقویت کننده‌هایی که با چراغهای تقویت کننده کار می‌کنند بسط و توسعه یابد، حساس نبودن طبیعی تمام پدیده‌های نامبرده ، بویژه پدیده آخرین ، سبب گردیده بود که آنها را در موارد عملی کمتر استعمال کنند و از اینرو پیوسته میکروفون کربن دار بکار می‌بردند.

ولی اکنون با ولتاژ و توان قابل ملاحظه‌ای که به کمک دستگاههای تقویت کننده یا لامپ های خلا بدست می‌آوریم، می‌توانیم میکروفونهایی را بکار بریم که حساسیتشان بارها کمتر است؛ مانند میکروفون های الکترودینامیک ، میکروفون های بلوری ، میکروفون های خازنی ، ولی در عوض برتری اینگونه میکروفونها بر سایرین این است که پاسخ آنها خیلی یکنواخت‌تر است و نوفه که از ویژگی های این قبیل دستگاه هاست در آنها وجود ندارد. تمام میکروفون ها را برای این بکار می‌برند که تغییرات متناوب فشار آکوستیکی درون محیط را تبدیل کنند به تغییرات مشابهی از ولت یا جریان در داخل مدار الکتریکی که متصل به آن است.

اگر پاسخ الکتریکی میکروفون ، مربوط به تغییرات گرادیان فشار نامیده می‌شوند. همچنین می‌توان میکروفونها را به دو دسته صوتی – توانی و صوت – کنترلی تقسیم کرد. در میکروفونهای صوت – توانی انرژی صوتی موج تابش موجب پیدایش انرژی الکتریکی در مدار میکروفون می‌گردد. در میکروفون های صوت – کنترلی موجهای آکوستیکی فقط جریان الکتریسیته‌ای که از باتری یا منبع توان دیگری به میکروفون می‌رسد کنترل می‌کند.

میکروفونهای زغالی

میکروفونهای زغالی معمولا در دستگاههای تلفن و رادیو برای مقاصد ارتباطی بکار می‌روند. در این موارد ، باز داده الکتریکی نسبتا زیاد ، کمی قیمت و دوام آنها بیش از هماندهی پاسخ دستگاه دارای اهمیت است. عمل این میکروفون ها تابع عمل تغییر مقاومت محفظه کوچکی است که از گرد زغال پر شده است و این محفظه با دکمه زغالی می‌نامند. در وسط دیافراگم زایده‌ای نصب گردیده که از طرف دیگر بر دکمه زغالی متکی است.

وقتی دیافراگم جابجا شود زایده متصل به آن ، فشار وارد به محفظه را که شامل گرد زغالی است تغییر می‌دهد و در نتیجه مقاومت الکتریکی از ذره‌ای به ذره‌ای دیگر نیز تغییر می‌کند، بطوری که مقاومت کلی دکمه زغالی ، که در حدود 100 اهم است، به پیروی از تغییر فشار آکوستیکی که بر دیافراگم وارد می‌شود تقریبا بطور خطی تغییر می‌کند.

میکروفون خازنی

میکروفون خازنی دستگاهی است که عمل آن تابع تغییرات ظرفیت الکتریکی بین یک صفحه ثابت و یک دیافراگم است که خیلی محکم از اطراف کشیده شده باشد. تکمیل این میکروفون در سال 1917 بوسیله ونت را می‌توان اساس و پایه مهمی در تاریخ الکترو آکوستیک جدید شناخت و سالهای درازی این نوع میکروفون به عنوان یک دستگاه صوتی که دارای خصوصیتهای برجسته باشد پذیرفته همگان بوده است. با این وجود میکروفون خازنی نقصهای متعددی دارد؛ از جمله اینکه امپدانس درونی آن بسیار است و بواسطه همین خاصیت لازم می‌شود که در موقع استعمال ، آنرا با یک تقویت کننده مقدماتی به طریقی بسیار نزدیک همراه سازند و این امر سبب می‌گردد که در داخل امپدانس فوق العاده زیادی که برای تریدون میکروفون با تقویت کننده مقدمتی لازم است تولید نوفه گردد.

برای این میکروفون یک ولتاژ پلاریزه کننده که بتواند در فاصله 200 تا 400 ولت تغییر کند لازم است و این ولتاژ را یا باید از باتری گرفت و یا بوسیله یک دستگاه مستقیم کننده بازاده‌شان بوسیله صافی خیلی خوب تصفیه شده باشد تأمین کرد. در نتیجه این نقصها بجای استعمال میکروفون خازنی میکروفونهای بلوردار یا میکروفونهای الکترودینامیک را در بسیاری از دستگاههای صوتی بکار می‌برند، ولی کاربرد زیاد آن به عنوان دستگاه استانده اولیه جهت تنظیم اسبابها در پژوهشهای آکوستیکی بواسطه دقت زیادی است که این میکروفون در موقع ضبط صوت دارد و از اینرو هنوز برای تأیید تجزیه و تحلیلهای تجربی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجا که امپدانس درونی میکروفون از نوع ظرفیت است، اثر اولیه عمده ظرفیت کابل این است که بدون حذف بعضی از فرکانسها در آنها تنکش وارد سازد. میکروفونهای خازنی معمولی عموما برای تنظیم دستگاههای دیگر بکار می‌روند. برای این مقاصد الزام گذاشتن تقویت کننده مقدماتی در محفظه میکروفون عیبی ندارد، مگر اینکه چون اندازه فیزیکی میکروفون را زیاد می‌کند ممکن است پدیده پراش ایجاد شود و اندازه گیری موجهای صوتی را مخدوش سازد.

یکی از برتریهای میکروفون خازنی در موقعی که برای استانده کردن سایر کمیتها بکار می‌رود این است که مانند میکروفونهای الکترودینامیکی احتیاجی به ترانسفورماتور ترونده ندارد. بدین طریق از تغییراتی در نسبت ولتاژ ترانسفورماتور که سبب تغییر فرکانس و یا سبب تغییر بار می‌شود اجتناب می‌گردد و به علاوه پاسخ مدار باز میکروفون خارنی نسبت به تغییرات کمیتهای فیزیکی از قبیل مقاومت و مغناطیس شدن مستقل است. در اثر این خاصیت امکان دارد میکروفونهایی ساخت که از لحاظ فیزیکی کاملا مشابه باهم باشند و به علاوه تنظیم آنها ثابت بماند و با گذشتن زمان تغییر نکند و از آن راه بتوان دستگاهی را به کمک آن را بطور دقیقی تنظیم کرد و برای سایر کارها به کار برد.

میکروفونهای پیزوالکتریک

در میکروفونهای پیزوالکتریک بلورها یا دی الکتریکهایی بکار می‌برند که خاصیت این را دارند که وقتی تغییر شکلی در اثر فشار موجهای صوتی در آن پیدا شود، بطور الکتریکی پلاریزه شده و ولتاژی که تابع خطی تغییر شکل مکانیکی وارد است، ایجاد می‌کنند. اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسیته در سال 1880 میلادی بوسیله برادران کوری کشف گردید.

اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادی که سبب گردد که سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی از لحاظ الکتریکی مثبت بشود، وقتی تراکم در همین امتداد به کشش تبدیل شود علامت بارهای الکتریکی روی دو سطح همچنین جهت ولتاژ روی آنها نیز تغییر علامت می‌دهند. در اثر عمل معکوس اگر بواسطه وارد کردن پتانسیل الکتریکی آن را پلاریزه کنیم، یعنی روی یکی از سطوح بار مثبت و بر روی دیگری بار منفی قرار گیرد، بلور تحت فشار واقع می‌شود.

وقتی موضوع بحث درباره میکروفونهای بلوری یا سرامیکی باشد انسان فقط علاقمند به اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسته می‌شود. با این همه ، از آنجا که خاصیت پیزوالکتریسیته پدیده برگشت پذیر است، تمام انواع میکروفونهای پیزوالکتریک را می‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسیل متناوب به طرفین آنها به یک منبع صوتی ضعیف تبدیل کرد. نمک راشل قویترین خاصیت پیزوالکتریسیته را در میان تمام موادی که دارای این خاصیت هستند داراست و از اینرو غالبا استعمال آن را در طرحهای مربوط به میکروفونهای بلوری وارد می‌سازند. متأسفانه بریده‌های این نمک در اثر رطوبت خراب می‌شود و در دمای بیش از F 115˚ ضایع و غیر قابل استفاده می‌گردند.

برش X از این نمک که به زاویه ˚45 باشد بواسطه ضریب زیادی که در خاصیت تروش الکترومانیتیک داراد غالبا مورد استعمال دارد، ولی عیبش این است که خاصیت دی الکتریک آن بسیار متغیر است و این موضوع بر حساسیت یا بازداده ولتاژ بلور تأثیر می‌گذارد. برشهای بلوری که از بلور دی ایدروفسفات و آمونیوم مصنوعی بریده شده باشند و به اسم بلور ADP نامیده می‌شوند. عموما در ساختمان میکروفونهایی بکار می‌روند که باید در دمای زیادی استعمال گردند، زیرا اگر چه حساسیت آنها از نمک راشل کمتر است، ولی می‌توانند بدون خراب شدن در دمای بیش از F 200˚ بکار می‌روند. بعلاوه خاصیت پیزوالکتریسیته و دی الکتریک آنها هم در اثر تغییر دما خیلی کم تغییر می‌کند.

میکروفن سرامیکی

ماده پیزوالکتریک سودمند دیگری عبارت از سرامیکی است که از تیتانات دوباریم می‌سازند. این سرامیک را به این طریق پلاریزه می‌کنند که بر آن یک ولتاژ الکترواستاتیک ثابت در حدود 20000 ولت بر سانتیمتر به مدت چند دقیقه وارد می‌سازند. اگر بخواهیم که خاصیت که خاصیت پلاریزه بودن سرامیک فوق را زیاد کنیم باید دمای آن را از دمای کوری خود جسم که C 120˚ است بالاتر برده و ولتاژ خارجی پلاریزه کننده را هنگام سرد شدن سرامیک بر آن وارد سازیم.

میکروفونهایی که در آنها تیتانات دوباریم پلاریزه شده یا مواد مشابه بکار رفته باشند میکروفونهای سرامیکی نامیده می‌شوند. این گونه میکروفونها را ممکن است به نوبت همراه میکروفونهای بلوری بکار برد، ولی باید متوجه بود که حسایت آنها از میکروفونهای بلوری ADP یا میکروفونهایی که با نمک راشل ساخته شده‌اند به اندازه 10db کمتر است.

مزایا و معایب

برتری میکروفونهای سرامیکی بر میکروفونهای بلوری در این است که تحمل زیاد را دارند و در رطوبت زیاد هم ضایع نمی‌گردند. وقتی ماده خاصیت پیزوالکتریسیته را دارا باشد مقدار اختلاف پتانسیلی که در آن پیدا می‌شود، تابع نوع تغییر شکل و امتداد سطوح خارجی آن نسبت به محورهای مختلف بلور است. تغییر شکلهایی که در اثر خمش و حرکت عرضی و تراکم باشد تا بحال درباره آنها بکار رفته است. همچنین تغییر شکل را ممکن است بواسطه وارد ساختن موجهای صوتی مستقیم بر آنها بوجود آورد.

عیب عمده این قبیل میکروفونها در زیادی امپدانس مکانیکی عنصر ارتعاش کننده آنهاست. وقتی آنها را در داخل آبگونها بکار بریم زیادی امپدانس آنها اهمیتی ندارد، و به همین جهت تراگذارهایی (هیدروفونها) ساخته شده‌اند که عموما مورد استعمال دارند، ولی اگر بخواهیم آنها را در هوا بکار بریم بواسطه عدم تطبیق بسیار زیاد امپدانس مکانوآکوستیکی که موجود است، در اثر فشار معمولی موجهای آکوستیکی فقط ولتاژ بسیار کوچکی را نشان می‌دهند. در اینجا موجهای صوتی بر یک دیافراگم سبک وارد می‌شوند. وسط این دیافراگم سوزنی نصب شده که سر دیگر آن به گوشه یا کناره عنصر پیزوالکتریک متصل گشته است.

اگر چه عنصر پیزوالکتریک اینگونه میکروفونها را می‌توان فقط با یک عدد بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور به عنوان مولد ولتاژ انتخاب کرد، دو بلور را به هم می‌چسبانند و به نام بیمورف در میکروفون نصب می‌کنند. عموما امپدانس مکانیکی بیمورف از امپدانس مکانیکی یک بلور تنها که همان مقدار ولتاژ را ایجاد کند کمتر است. هر دو طرف هر کدام از بلورهای بیمورف را بوسیله روکش بسیار نازکی از فلز می‌پوشانند تا اتصال الکتریکی بهتر انجام گیرد. بلورها را می‌توان بطور سری یا موازی نسبت به یکدیگر نصب کرد. در حالتی که بطور سری نسبت به هم قرار گرفته باشند ولتاژ بیشتری تولید می‌کنند و اگر نسبت به یکدیگر موازی باشند امپدانس داخلی آنها کمتر می‌شود.

ولتاژ بازداده عنصر بیمورف متناسب است با دامنه تغییر شکل آن. بنابراین همانطوری که در مورد میکروفون خازنی عمل کردیم عنصر متحرک میکروفون را باید طوری طرح ریزی کرد که حرکت آن بوسیله سختی دستگاه نصب کنترل شود. در نتیجه باید ترتیبی بدهیم که فرکانش اصلی رزونانس مکانیکی کلی دستگاه ارتعاش ، شامل دیافراگم ، سوزن اتصال ، بیمورف تا اندازه بالاتر از فرکانسی باشد که می‌خواهیم در آن حدود پاسخ دستگاه نسبتا یکنواخت بشود. این شرط در انتخاب شایسته بیمورف و جرم کلی دستگاه حاصل می‌گردد.

موارد کاربرد

میکروفونهای پیزوالکتریک در موقع ایراد خطابه‌های عمومی استعمال فراوان دارند. همچنینی آنها را با تراز صداسنج و میکروفونهای کوچکی که درون گوش می‌گذارند، بکار می‌برند. برتری آنها در موارد استعمالی که ذکر کردیم در این است که پاسخ رضایت بخش نسبت به فرکانس ، حساسیت نسبتا زیاد ، بهای کم و حجم کوچکی دارند. می‌توان دیافراگمهای کم بهایی را که برای این کار تهیه شده پیدا کرد، که در فرکانسهای بین 20 تا 10000 سیکل بر ثانیه حداکثر تا کمتر از 5db نسبت به حساسیت متوسطشان تغییر کنند.
نمونه حساسیت متوسط 50db- برای یک ولت در هر میکروبار است. در حقیقت امپدانس الکتریکی میکروفون عبارت است از امپدانس الکتریکی ظرفیت دی الکتریک. به عنوان نمونه‌ای از مقدار این ظرفیت می‌توان 3000µf را نام برد. این ظرفیت نسبت به ظرفیت میکروفونهای خازنی بزرگتر است و از اینرو میکروفونهای پیزوالکتریک را ممکن است بوسیله کابلی که بسیار دراز نباشد به تقویت کننده مخصوص فرکانسهای شنیدنی متصل ساخت؛ پس بکار بردن تقویت کننده مقدماتی دیگر لزومی ندارد.

میکروفونهای الکترودینامیک با پیچک متحرک

میکروفون “دینامیک” یا میکروفون ساده با یک پیچک تنها شامل دیافراگم سبکی است که سیم پیچ کوچکی بطور یکپارچه به آن اتصال دارد، چنانکه دیافراگم و پیچک یک جسم سخت را تشکیل می‌دهند. اثر موجهای صوتی بر دیافراگم ، سبب می‌شود که پیچک در میدان مغناطیسی ثابت و دائمی حرکت کند، و در نتیجه نیروی محرکه الکتریکی به فرمول مقابل در آن پیدا می شود: e = Bvl.

در رابطه بالا B چگالی شار میدان مغناطیسی بر حسب وبر بر متر مربع ، l طول سیم پیچ بر حسب متر و ν سرعت حرکت سیم پیچ در داخل میدان بر حسب متر بر ثانیه است. اصولا میکروفون یا پیچک متحرک به بلندگوی با تابش مستقیم شبیه است، با فرق اینکه میکروفون بر عکس بلندگو انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در عمل بلندگوهای با تابش مستقیم کوچکی که در تجارتخانه‌ها یا اداره‌ها بکار می‌روند معمولا کار میکروفون را هم انجام می‌دهند.

حتما بخوانید:

⇐ نمونه عملی اندازه گیری سر و صدا در محیط کار

⇐ روش های اندازه گیری و ارزیابی صدا گلمحمدی

⇐ اندازه گیری سر و صدای محیط کار