Co to jest mikrofon pomiarowy, jakie są jego rodzaje i zastosowania?
Mikrofon pomiarowy to podstawowe narzędzie stosowane w akustyce technicznej – od laboratoriów badawczych, przez przemysł, aż po kontrolę jakości i kalibrację urządzeń audio. W przeciwieństwie do typowych mikrofonów użytkowych, jego zadaniem nie jest subiektywne odwzorowanie dźwięku, lecz precyzyjny, powtarzalny i liniowy pomiar parametrów akustycznych w szerokim zakresie częstotliwości i poziomów ciśnienia akustycznego.
Jak działa mikrofon pomiarowy?
Mikrofon pomiarowy jest przetwornikiem elektroakustycznym, który zamienia energię fali dźwiękowej na sygnał elektryczny poprzez drgania cienkiej membrany. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest mikrofon pojemnościowy (kondensatorowy), zbudowany z cienkiej, ruchomej membrany i nieruchomej metalowej płytki – razem tworzących kondensator. Drgania membrany powodują zmiany pojemności, które przetwarzane są na sygnał elektryczny odwzorowujący przebieg ciśnienia akustycznego.
Typy mikrofonów pomiarowych
W zależności od sposobu zasilania i polaryzacji, mikrofony pojemnościowe dzielą się na dwa główne typy:
-
Mikrofony zewnętrznie polaryzowane (200 V, LEMO) – wymagają napięcia polaryzującego dostarczanego przez moduł zasilający (np. GRAS 12AK). Charakteryzują się najwyższą stabilnością długoterminową i temperaturową, co czyni je idealnym wyborem do pomiarów krytycznych i referencyjnych.
-
Mikrofony wstępnie polaryzowane (CCP/ICP/IEPE, BNC) – zasilane prądem stałym poprzez standardowy kabel koncentryczny, cechują się prostszą instalacją i niższymi kosztami okablowania, przy zachowaniu wysokiej jakości pomiarowej.
Mikrofony a rodzaj pola akustycznego
Zależnie od tego, w jakim środowisku dźwiękowym prowadzony jest pomiar, wyróżniamy trzy podstawowe typy mikrofonów pomiarowych:
-
Mikrofony pola swobodnego (free-field microphones) – ich charakterystyka częstotliwościowa skorygowana jest tak, by mierzyć ciśnienie akustyczne tak, jakby mikrofon nie wpływał na pole akustyczne. Stosowane w pomiarach SPL, mocy akustycznej oraz emisji dźwięku.
-
Mikrofony pola ciśnieniowego (pressure microphones) – mierzą rzeczywiste ciśnienie działające bezpośrednio na membranę, bez korekcji pola. Wykorzystywane w sprzęgaczach, na granicach odbicia lub w zamkniętych wnękach (np. couplery 2 cc, RA0045, RA0038).
-
Mikrofony pola dyfuzyjnego (random-incidence/diffuse-field microphones) – przeznaczone do pomiarów w polu, w którym fale dźwiękowe docierają z wielu kierunków, np. w komorach pogłosowych lub pomieszczeniach o silnych odbiciach.
Zakres częstotliwości i dynamiki
Nowoczesne mikrofony pomiarowe obejmują zakres częstotliwości od ok. 1 Hz do nawet 140 kHz. Dynamiczny zakres pomiarowy zależy od konstrukcji mikrofonu i przedwzmacniacza – od bardzo cichych pomiarów (np. 25 dBA) po ekstremalnie wysokie poziomy ciśnienia akustycznego przekraczające 160 dB.
Dolny limit wyznacza poziom szumu termicznego (ok. 5 µV), natomiast górny – moment, w którym membrana dotyka elektrody tylnej (tzw. backplate).
Zestawy mikrofonowe – niezawodność i prostota
Firma G.R.A.S. Sound & Vibration, należąca do grupy Axiometrix Solutions, opracowała nowy standard – zestawy mikrofonowe serii 46, w których mikrofon i przedwzmacniacz są fabrycznie dopasowane i skalibrowane jako komplet. Takie rozwiązanie eliminuje typowe błędy użytkowników (np. pomylenie typu polaryzacji lub danych kalibracyjnych) i gwarantuje pełną zgodność oraz najwyższą powtarzalność wyników.
Zestawy wyposażone są w moduł TEDS (IEEE 1451.4), umożliwiający automatyczne rozpoznanie mikrofonu przez system pomiarowy.
Zastosowania mikrofonów pomiarowych
Mikrofony pomiarowe wykorzystywane są w bardzo szerokim zakresie aplikacji:
- pomiary mocy akustycznej i emisji hałasu,
- testy urządzeń audio i głośników,
- badania słuchawek, aparatów słuchowych i symulatorów uszu,
- kalibracja systemów pomiarowych,
- pomiary w tunelach aerodynamicznych i komorach pogłosowych,
- pomiary hałasu impulsowego i wybuchowego.
Dzięki precyzyjnemu dopasowaniu czułości, zakresu częstotliwości i dynamiki, możliwe jest dobranie mikrofonu do praktycznie każdego rodzaju pomiaru akustycznego – od infradźwięków po ultradźwięki.
Dlaczego warto wybrać mikrofony G.R.A.S.?
Mikrofony G.R.A.S. Sound & Vibration to najlepsze na świecie mikrofony pomiarowe, znane z niezrównanej dokładności, trwałości i stabilności parametrów w czasie. Wszystkie modele – zarówno mikrofony, jak i przedwzmacniacze – objęte są 5-letnią gwarancją producenta, a ich konstrukcja umożliwia wymianę samej membrany bez konieczności wymiany całego mikrofonu.
Firma Systemy Pomiarowe Sp. z o.o., jako autoryzowany dystrybutor G.R.A.S. Sound & Vibration w Polsce, oferuje pełną gamę mikrofonów, przedwzmacniaczy, zestawów mikrofonowych i akcesoriów pomiarowych – od rozwiązań laboratoryjnych po przemysłowe i środowiskowe.
Gunnar Rasmussen – pionier akustyki pomiarowej
Za marką G.R.A.S. stoi Gunnar Rasmussen – duński inżynier i pionier w dziedzinie pomiarów akustycznych. Przez wiele lat pracował w firmie Brüel & Kjær, gdzie współtworzył pierwsze mikrofony kondensatorowe do pomiarów dźwięku. W 1994 roku założył G.R.A.S. Sound & Vibration, kierując się ideą tworzenia mikrofonów o najwyższej stabilności, powtarzalności i jakości metrologicznej.
Pod jego kierunkiem powstały m.in. wymienne membrany mikrofonowe, zestawy mikrofonowe serii 46 oraz nowoczesne podejście do kalibracji kompletnych torów pomiarowych. Dziś jego filozofia – że „pomiary akustyczne to nauka o zaufaniu do danych” – stanowi fundament działania G.R.A.S.
Firma Systemy Pomiarowe Sp. z o.o. z dumą oferuje w Polsce mikrofony pomiarowe stworzone przez pioniera akustyki, których konstrukcja i jakość do dziś stanowią wzorzec w świecie pomiarów dźwięku.
Gunnar Rasmussen – pionier akustyki pomiarowej
