Danas je nabavljen uređaj za mjerenje jačine zvučnog tlaka. Komercijalni nazivi za ovakav uređaj su različiti: mjerač buke, zvukomjer, mjerač razine zvuka i slično, a naš primjerak nosi jedan od engleskih naziva za ovakav uređaj: sound pressure meter. Treba odmah napomenuti kako se radi o uređaju napravljenom u samogradnji i to od istog autora kao i već objavljeni AUDIO TONSKI GENERATOR i THD METAR.
Mjerači jačine zvučnog tlaka su u svojoj osnovi mikrofoni sa pojačalima i fiterima na čijim izlazima se nalazi neki indikator: obično analogni ili digitalni voltmetar ili ampermetar sa skalom baždarenom u decibelima (dB), a može biti i LED bar graf ili neki slični indikator.
Osnovni zahtjev koji se postavlja pred sklopovlje mjerača jačine zvučnog tlaka je taj da detekcija i primanje zvuka bude u granicama što bliže onima u kojima funkcionira prosječno ljudsko uho. To uključuje tri osnovna uvjeta:
- Frekvencijski opseg koji propuštaju filtri mora biti onaj u granicama čujnosti ljudskog uha (cca 20Hz do 20kHz), a druge frekvencije se prigušuju.
- Osjeljivost sklopovlja na pojedine frekvencije unutar toga spektra mora biti slična kao kod ljudskog uha, a to znači da krivulja pojačanja preko čitavog čujnog područja nije linearna (osjetljivost uha manja je na nižim frekvencijama nego na višima, najbolje je čujnost u opsegu od 500 Hz do 6 kH, a najveća je kod frekvencije oko 2 700 Hz).
- Osim jačine i frekvencije, također je i vrijeme trajanja zvučnog tlaka značajan faktor koji utjeće na mogućnost oštećenja sluha. Dakle, ukupna šteta koju buka čini ljudskom sluhu ovisi o jačini buke ali i o vremenu izloženosti toj buci pa ovdje dolazimo do pojma “ekvivalentna neprekidna razina zvuka”, a ona se računa upravo iz navedene dvije vrijednosti: jačina i trajanje. Najveći problem u tome je detekcija i izračun vrlo kratkih impulsnih izboja zvuka, kao i stalno promjenjivih veličina i trajanja zvukova. Neki posebni zvukomjeri automatski računaju ekvivalntnu neprekidnu razinu zvuka, imaju posebne filtere za detekciju i prikaz kratkotrajne buke na način na koji čovjek opaža impulsne zvukove, imaju ugrađene krugove za mjerenje vršnih vrijednosti zvuka neovisno o njegovom trajanju i slično. Oni jednostavniji imaju samo mogućnost odabira dvije standardizirane brzine detekcije odaziva, dok naš primjerak nema nijedan od tih dodataka, iako se ovaj posljednji mogao jednostavno izvesti ukapčanjem elektrolitskog kondenzatora paralelno instrumentu čime bi se dobila određena tromost (sporost) kretanja kazaljke instrumenta za bolju detekciju brzih promjena razine zvuka.
Naš zvukomjer principijelno se sastoji od slijedećih podsklopova:
MIKROFON: Potrebno je poznavati karakteristike mikrofona (dinamički opseg, osjetljivost, prijenosni frekvencijski opseg, usmjerena karakteristika i drugo) kako bi se podsklopovi zvukomjera mogli što točnije izbaždariti, a mikrofon ispravno usmjeriti. Naš zvukomjer ima tropolnu utičnicu za spajanje vanjskog kondenzatorskog mikrofona koji je vjerojatno zamišljen kao sastavni dio kompleta zvukomjera, ali također ima mogućnost spajanja i nekog drugog mikrofona ili izvora zvučnog signala čija se osjetljivost zatim može podesiti ugrađenim potenciometrom.
PRETPOJAČALO: Može biti ugrađeno za pojačanje mikrofonskog signala, u našem slučaju izvedeno je tranzistorski.
ATENUATOR: Sklopkom za odabir mjernih područja preklapaju se odgovarajuće vrijednosti otpornika kojima se mijenja pojačanje pojačala (može biti ugrađen u bilo kojem stupnju pojačanja, kao i na negativnoj povratnog spregi operacionog pojačala u izlaznom stupnju). Kod našeg zvukomjera postoji pet mjernih opsega kojima je obuhvaćeno mjerno područje od 60 do 110 dB.
FREKVENCIJSKI FILTAR: Već smo rekli da ljudski sluh različito percipira određene vrste buke te krivulja pojačanja zvukomjera mora kroz cijeli opseg slijediti te karateristike ljudskog uha i ljudske percepcije zvuka kako bi rezultati izmjerene buke odgovarali stvarnom doživljaju zvuka kog čovjeka. Zato su uvedeni tzv. “težinski faktori” za različite vrste zvukova, a na osnovu toga standardizirane su težinske krivulje koje se označavaju slovima: A, B, C, G, Z i nekim drugima za specijalne vrste zvukova. Tako je za ljudsko uho standardno definirana krivulja A koja najbolje opisuje kako ljudsko uho percipira zvuk u cijelom čujnom opsegu frekvencija i ona se najčešće koristi. Nadalje, krivulja B simulira ljudsko uho za srednje glasne zvukove (rijetko se koristi) dok C težinska krivulja uzima u obzir niže frekvencije i glasne zvukove te se koristi uglavnom za mjerenje buke uzrokovane prometom i u sličnim bučnim okruženjima (pogodna je za mjerenje vršnih vrijednosti zvuka). D krivulja se koristi specijalno za mjerenje visoke razine buke koju proizvode zrakoplovni motori, dok je krivulja G specijalno predviđena za infrazvuk. Z težišna krivulja pak je ravna u opsegu 10 Hz do 20 kHz. Evo kako osnovne krivulje izgledaju grafički (grafovi su preuzeti sa Wikipedije).
U naš zvukomjer ugrađeni su filtri za A, C i Z (LINEARNO) krivulje, a izvedeni su jednostavnim preklapanjem vrijednosti kondenzatora u RC filtru.
POJAČALO: Služi za dobivanje potrebnog pojačanja signala za mjerni instrument i u našem slučaju izvedeno je operacijskim pojačalom 741.
ISPRAVLJAČ: Obično se koristi graetzov spoj dioda za ispravljanje izlaznog signala u istosmjerni, koji je potreban za otklon instrumenta. Također je preko toga spoja dioda i izvedena negativna povratna veza za operacijsko pojačalo.
MJERNI INSTRUMENT: Osjetljivi voltmetar koji može biti u krugu potenciometra za baždaranje i diode za ograničenje mogućih prevelikih napona.
Pogled u unutrašnjost našeg zvukomjera otkriva osnovne sklopove: mrežni transformator sa filterom te tranzistorskim stabilizatorom osigurava simetrični napon napajanja za pojačalo izvedeno na zasebnoj pločici. Pločica pojačala oklopljena je limom koji je vidljiv na vrhu slike.
Pogled na komponenete za napajanje. Nagradno pitanje glasi: gdje su ispravljačke komponente? Lijepo se vidi mrežni filtar, pa mrežni transformator, pa dvije pločice klasičnog spoja tranzistorskog stabilizatora sa zener diodom. Ali gdje su ispravljačke diode ili graetz!? Pa eto ga, zaljepljen je za šasiju odmah iznad mrežnog filtera. Sve žice koje se na transformatoru koje se vide između dviju krajnjih debljih plavih žica zapravo su zajednička točka spoja svih masa uređaja (kako se to uobičajeno u audio tehnici i radi). Debele plave žice na prvi pogled upućuju na spojeve mrežnog filtra prije transformatora pa tu nitko ne traži graetz koji bi po logici trebao biti negdje na pločicima stabilizatora. Autor je ovdje želio osigurati hlađenje graetza preko šasije, iako zbog male potrošnje struje cijelog pojačala to vjerojatno nije bilo potrebno.
Pogled na pločicu pojačala sa fiterom i otpornicima za mjerna područja. Uočavaju se također pet dioda koje su najvjerojatnije u ispravljačkom dijelu izlaznog signala za instriment, kako smo već ranije opisali.
Pogled na ulazne komponente za mikrofon i druge vanjske ulaze i izlaze.
Pobliži pogled na višepoložajne sklopke i ostale komponenete na prednjoj ploči zvukomjera.
Jednom kad ponovno nađemo vremena za posvetiti se ovom uređaju, napraviti ćemo i kompletni test kako bi se snimile njegove frekvencijske karakteristike i ispitala osjetljivost. To znači da našeg zvukomjera sigurno čega još puno buke i različitih složenih zvukova, ali za sada, pustimo ga da još jedno vrijeme spokojno uživa u svom miru i tišini na nekoj polici sa svojim srodnim audio komponentama 🙂