صوت سنج (صدا سنج)

دستگاه صدا سنج یا صوت سنج چیست؟
یک صداسنج (SLM) وسیله ای است که برای اندازه گیری شدت صدا به روشی استاندارد طراحی شده است. این وسیله همانند گوش انسان به صوت واکنش نشان می دهد که اندازه گیری شدت صوت توسط آن دقیق و تکرارپذیر است.

انتخاب دستگاه اندازه گیری صوت
دستگاه صداسنج برای چه کاری استفاده می شود؟
این وسیله برای اندازه گیری و مدیریت نویز ناشی از منابع مختلف از جمله واحدهای صنعتی، ترافیک جاده و ریلی و ساخت و سازها استفاده می شود. به دلیل برگزاری مراسم های شهری مانند رویدادهای ورزشی، کنسرت های فضای باز، شهربازی ها و همچنین وجود واحدهای مسکونی و تجاری شاهد منابع مختلف صدا هستیم که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند که مشکلات خاصی را برای افرادی که آنها را ارزیابی می کنند بوجود آورده اند.
یک صداسنج چگونه کار می کند؟
یک دستگاه صداسنج از یک میکروفون، پیش تقویت کننده، پردازنده سیگنال و یک نمایشگر ساخته شده است. میکروفون وظیفه تبدیل سیگنال صدا به یک سیگنال الکتریکی معادل را دارد. مناسب ترین نوع میکروفون برای این دستگاه ها میکروفون کندانسور است که نتایج آن دقیق، پایدار و مطمئن هستند.
سیگنال الکتریکی تولید شده توسط میکروفون در یک سطح بسیار پایین است و به همین دلیل قبل از اینکه توسط پردازنده اصلی پردازش شود با یک پیش تقویت کننده قوی تر می شود. پردازش سیگنال شامل وزن دهی فرکانس و زمان به سیگنال بر اساس استانداردهای بین المللی همانند IEC 61672-1 است.
وزن دهی
وزن دهی زمان مشخص می کند که SLM چگونه به تغییرات فشار صدا واکنش نشان می دهد. این فرایند در واقع یک میانگین گیری نمایی از سیگنال متناوب است که یک مقدار را ارائه می دهد که به راحتی قابل خواندن است. آنالیزور وزن دهی سریع، آهسته و ضربه ای (یا ‘F’، ‘S’ و ‘I’) را اعمال می کند که وزن دهی مورد نیاز بر اساس بیشتر استانداردهای بین المللی و ملی می باشد. استانداردهای ارزیابی محیطی معمولا مشخص می کنند که از چه نوع وزن دهی زمانی استفاده کنیم.
سیگنال از طریق فیلترهای وزن دهی پردازش می شود و شدت فشار صوت بر حسب دسی بل (dB) به ازای 20 میکروپاسکال بر روی نمایشگر آنالیزور نشان داده می شود. مقادیر شدت فشار صوت حداقل یک بار در ثانیه به روزرسانی می شود.

ارزیابی یک شدت نویز متناوب به زبان ساده به معنای تخصیص یک مقدار برای سطحی است که همان سطح متوسط می باشد. شدت صوت پیوسته معادل یا Leq در سراسر جهان به عنوان پارامتر متوسط ضروری شناخته می شود. Leq شدت صوتی است که اگر حین بازه اندازه گیری صدا بصورت پایدار باشد معرف مقدار انرژی موجود در شدت فشار صوت متناوب اندازه گیری شده می باشد. در واقع این پارامتر مقیاسی از انرژی متوسط یک شدت صوت متغیر است.
این پارامتر یک مقیاس مستقیم از آزار و اذیت نیست ولی تحقیقات گسترده نشان داده است که Leq بخوبی با آزار و اذیت ارتباط دارد.

این پارامتر را می توان مستقیما با حرفه ای ترین SLMها اندازه گیری کرد. اگر یک فیلتر وزن دهی A استفاده شود آنگاه این پارامتر بصورت LAeq بیان می شود که مقیاسی از شدت صوت پیوسته معادل با استفاده از فیلتر وزن دهی A است.
وزن دهی فرکانس
این وزن دهی چگونگی پاسخ صداسنج به فرکانس های صوتی مختلف را تنظیم می کند. این کار واجب است چون حساسیت گوش انسان به صوت بر اساس فرکانس صوت تغییر می کند. استاندارد IEC 61672-1 وزن دهی های فرکانس را بصورت A، C و Z تعریف کرده است ولی در کاربردهای خاص معمولا از وزن دهی های دیگر نیز استفاده می شود.
وزن دهی A- dBA/dB(A)
وزن دهی A یک سیگنال را به روشی تنظیم می کند که شبیه به نحوه پاسخ گوش انسان در شدت صوت های در محدوده متوسط باشد. این وزن دهی بر اساس منحنی بلندی صدای معادل 40 دسی بل است. علائم استفاده شده برای پارامترهای نویز معمولا شامل حرف A هستند (مانند LAeq) تا نشان دهند که وزن دهی فرکانس در اندازه گیری ها استفاده شده است.
وزن دهی A تقریبا برای تمامی اندازه گیری های نویز محیطی و در محیط کار لازم است که در استانداردهای ملی و بین المللی مشخص شده است. فیلترهای وزن دهی A تمامی محدوده های صوتی 10 هرتز تا 20 کیلوهرتز را پوشش می دهند.
وزن دهی C- dBC/dB(C)
نحوه پاسخ گوش انسان با شدت صوت تغییر می کند. وزن دهی فرکانس C مطابق با منحنی بلندی صدای معادل با 100 دسی بل است که همان پاسخ گوش انسان به شدت صوت های نسبتا بالا می باشد. وزن دهی C عمدتا حین ارزیابی مقادیر حداکثر شدت فشار صوت بالا استفاده می شود. این وزن دهی برای اندازه گیری نویز سرگرمی ها نیز استفاده می شود که در آنها انتقال نویز باس دستگاه ها می تواند مشکل ساز باشد.
وزن دهی Z- dBZ/dB(Z)
وزن دهی فرکانس “صفر” یک پاسخ فرکانس صاف بین 10 هرتز و 20 کیلوهرتز ± 5/1 دسی بل به استثنای پاسخ میکروفون است.
امروزه شبکه وزن دهی A رایج ترین نوع وزن دهی فرکانس است. وزن دهی C بخوبی با تست های غیرعینی همخوانی ندارد چون کنتورهای بلندی صدای معادل بر اساس آزمایش هایی هستند که از نواهای خالص استفاده می کنند ولی رایج ترین صوت ها آهنگ های خالص نیستند و سیگنال های بسیار پیچیده ای هستند که از آهنگ های مختلف ساخته شده اند.
آنالیز فرکانس
زمانی که به اطلاعات دقیقتر درباره یک صوت پیچیده نیاز است، محدوده فرکانس می تواند به باندها یا بخش های مختلف تقسیم شود. این کار با فیلترهای دیجیتال یا الکترونیکی انجام می شود که تمامی صوت های دارای فرکانس خارج از باند انتخاب شده را حذف می کنند. این باندها معمولا یک پهنای باند یک اکتاو یا یک سوم اکتاو دارند.

یک اکتاو در واقع یک باند فرکانس است که در آن بالاترین فرکانس دوبرابر پایین ترین فرکانس است. برای مثال یک فیلتر اکتاو با یک فرکانس مرکز 1 کیلوهرتز می تواند به فرکانس های بین 707 و 1414 هرتز اجازه ورود دهد ولی تمامی فرکانس های دیگر را رد کند (نام اکتاو از این حقیقت برگرفته شده است که یک اکتاو می تواند هشت نوت از مقیاس موسیقی دیاتونیک را پوشش دهد). یک سوم اکتاو نیز محدوده ای را پوشش می دهد که در آن بالاترین فرکانس 26/1 برابر پایین ترین فرکانس است.
بنابراین فرایند تقسیم کردن یک صوت پیچیده به عنوان آنالیز فرکانس شناخته می شود که نتایج آن روی یک چارت به اسم طیف نگاشت ارائه می شوند. پس از اینکه سیگنال وزن دهی شد یا به باندهای فرکانس تقسیم شد، سیگنال حاصل تقویت می شود و مقدار RMS یا جذر میانگین مربعات در یک آشکارساز RMS اندازه گیری می شود. RMS نوع خاصی از متوسط گیری ریاضی است. این مقدار در اندازه گیری های صوت مهم است چون مقدار RMS مستقیما با مقدار انرژی در صوت اندازه گیری شده ارتباط دارد.
صفحه نمایش
نمایشگر این دستگاه شدت صدا را بر حسب دسی بل نشان می دهد که معمولا با یک توصفگر همراه است که نشان دهنده ترکیب منتخب وزن دهی فرکانس و زمان است (مانند LAeq یا LCpeak). هم چنین سیگنال صوت ممکن است در سوکت های خروجی در دسترس باشد (به شکل AC یا DC) که برای اتصال به دستگاه های خارجی مانند یک سیستم جمع آوری و ثبت داده مناسب است تا نتایج ثبت یا بیشتر پردازش شوند.
کالیبراسیون صوت سنج
کالیبراسیون در واقع تنظیم کردن SLM شما برای اندازه گیری و نمایش مقادیر صحیح است. حساسیت مبدل (یا ترانسدیوسر) به همراه پاسخ اجزای الکترونیکی ترکیب کننده جریان برق می توانند با گذشت زمان اندکی تغییر کنند یا تحت تاثیر شرایط محیطی مانند دما و رطوبت قرار بگیرند.
اگرچه احتمال اینکه شاهد تغییر حساسیت SLM باشید بسیار پایین است، با این حال چک کردن منظم کالیبراسیون دستگاه SLM خود را قبل و بعد از هر بار اندازه گیری فراموش نکنید. این کار با قرار دادن یک تنظیم کننده آکوستیک پرتابل بر روی میکروفون انجام می شود. این کار یک شدت فشار صوت مشخص و دقیق را فراهم می کند که صداسنج بر اساس آن تنظیم می شود.
علاوه بر چک کردن کالیبراسیون دستگاه قبل و بعد از هر بار اندازه گیری، مقررات و استانداردهایی نیز وجود دارند که شما را ملزم می کنند دستگاه SLM خود را هر 12 یا 24 ماه در یک آزمایشگاه کالیبره کنید.
استانداردهای بین المللی
این استانداردها بسیار مهم هستند چون یا مستقیما استفاده می شوند و یا مرجعی برای استانداردهای ملی هستند. دو سازمان بین المللی اصلی وجود دارند که روی استانداردسازی تمرکز دارند.
سازمان بین المللی استانداردسازی (ISO) عمدتا روشی را بکار می گیرد که مقایسه نتایج در آن ممکن باشد. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) با ابزارسنجی سروکار دارد و بیشتر سعی دارد از سازگار و قابل تعویض بودن ابزارها بدون از دست دادن دقت نتایج یا داده ها مطمئن شود.
IEC 61672
استاندارد” IEC 61672-الکتروآکوستیک ها- صداسنج ها” در حال حاضر استاندارد بین المللی است که صداسنج ها باید داشته باشند تا معتبر باشند. این استاندارد سه نوع دستگاه صداسنج را مشخص می کند: صداسنج متداول، صداسنج میانگین گیری تلفیقی و صداسنج تلفیقی. این استاندارد در سه بخش منتشر شده است:
بخش 1:
مشخصات- عملکرد صداسنج و کارکرد آن را برای صوت سنج های کلاس 1 و 2 مشخص می کند
بخش 2:
تست های ارزیابی الگو- جزئیاتی از تست های مورد نیاز برای انطباق با تمامی مشخصات داده شده در IEC 61672-1 ارائه می دهد. این بخش از آزمایشگاه های انجام تست برای اطمینان از درست بودن ادعای سازنده دستگاه استفاده می کند
بخش 3:
تست های دوره ای- روند انجام تست های دوره ای بر روی صداسنج های کلاس 1 و 2 برای همخوانی با ملزومات IEC 61672-1:2002 را توصیف می کند.
این استاندارد اصطلاحات پایه از قبیل پارامتر شدت رتبه بندی را تعریف می کند و بهترین اقدام برای ارزیابی نویزهای محیطی را ارائه می دهد.
استاندارد ISO 1996- ارزیابی نویز محیطی
این استاندارد که با نام “شرح و اندازه گیری نویز محیطی” نیز شناخته می شود برای ارزیابی نویز محیط استفاده می شود که بعنوان یک مرجع برای استانداردها و مقررات منطقه ای عمل می کند.