Grundlagen des Schallpegelmessers
Die inhärente unregelmäßige Bewegung und gegenseitige Abstoßung der Luftmoleküle erzeugt eine statische Kraft, die als atmosphärischer Druck bezeichnet wird. Schall ist die Schwingung von Luftmolekülen, und die schwingenden Luftmoleküle erzeugen auf dem Querschnitt, den sie durchqueren, einen zusätzlichen Druck, den man Schalldruck nennt. Der Schalldruck ist viel kleiner als der Atmosphärendruck. Im Allgemeinen wird der Schalldruckpegel verwendet, um die Größe eines Schalls zu beschreiben. Das heißt, als Referenzschalldruck wird ein sehr kleiner Schalldruck p0=2 x 10-5 Pa verwendet. Der Wert, der sich aus der Multiplikation des Verhältnisses des gemessenen Schalldrucks p zum Referenzschalldruck p0 mit 20 ergibt, wird Schalldruckpegel genannt und die Einheit ist Dezibel (db). Dezibel (dB) ist nach dem amerikanischen Telefonerfinder Bell benannt. Da die Einheit Dezibel zu groß ist, wird sie zur Darstellung von 1/10 Dezibel verwendet. Die Berechnung von Dezibel erfolgt nicht nach einem linearen Verhältnis, sondern nach einem logarithmischen Verhältnis. Bei der Verwendung von Dezibel zur Beschreibung von Schall muss gleichzeitig auch die Frequenz angegeben werden.
Prinzip und Aufbau des Schallpegelmessers
Ein Schallpegelmesser ist ein grundlegendes Instrument zur Lärmmessung und besteht typischerweise aus einem Mikrofon, einem Vorverstärker, einem Dämpfungsglied, einem Verstärker, einem Frequenzbewertungsnetzwerk und einem Effektivwertanzeigekopf.
Das Funktionsprinzip eines Schallpegelmessers besteht darin, dass der Schall durch ein Mikrofon in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dann die Impedanz durch einen Vorverstärker umgewandelt wird, um sie an das Mikrofon mit einem Dämpfungsglied anzupassen. Der Verstärker fügt das Ausgangssignal dem Gewichtungsnetzwerk hinzu, führt eine Frequenzbewertung des Signals (oder eines externen Filters) durch und verstärkt das Signal dann über ein Dämpfungsglied und einen Verstärker auf eine bestimmte Amplitude und sendet es an den Effektivwertdetektor (oder einen externer Pegelrekorder). Der Geräuschpegelwert wird auf dem Anzeigekopf angezeigt.
Ein Mikrofon ist ein Gerät, das Schalldrucksignale in Spannungssignale umwandelt, auch Mikrofon genannt. Es handelt sich um den Sensor eines Schallpegelmessers. Es gibt mehrere gängige Arten von Mikrofonen, darunter Kristallmikrofone, Elektretmikrofone, bewegliche Spulenmikrofone und kapazitive Mikrofone.
1.1 Ein dynamisches Spulenmikrofon besteht aus einer schwingenden Membran, einer beweglichen Spule, einem Magneten und einem Transformator. Nachdem sie akustischem Druck ausgesetzt wurde, beginnt die vibrierende Membran zu vibrieren und treibt die mit ihr installierte bewegliche Spule zu Vibrationen im Magnetfeld an, um einen induzierten Strom zu erzeugen. Der Strom variiert je nach Größe des auf die vibrierende Membran ausgeübten Schalldrucks. Je höher der Schalldruck, desto größer der erzeugte Strom, und je niedriger der Schalldruck, desto kleiner der erzeugte Strom.
1.2 Ein kapazitives Mikrofon besteht hauptsächlich aus einer Metallmembran und einer sehr nahe daran angeordneten Metallelektrode, im Wesentlichen einem flachen Kondensator. Metallfilm und Metallelektrode bilden die beiden Platten eines Flachkondensators. Wenn die Folie Schalldruck ausgesetzt wird, verformt sie sich, wodurch sich der Abstand zwischen den beiden Platten und damit die Kapazität ändert. Auch die Spannung im Positionsmesskreis ändert sich, wodurch die Funktion der Umwandlung von Schalldrucksignalen in Spannungssignale erreicht wird. Kapazitive Mikrofone sind ideale Mikrofone für akustische Messungen, da sie aufgrund ihrer Vorteile wie großem Dynamikbereich, flachem Frequenzgang, hoher Empfindlichkeit und guter Stabilität in allgemeinen Messumgebungen weit verbreitet sind. Aufgrund der hohen Ausgangsimpedanz des Kondensatormikrofons ist eine Impedanztransformation durch einen Vorverstärker erforderlich, der im Schallpegelmesser in der Nähe des Installationsorts des Kondensatormikrofons installiert ist.
