Hur en ljudnivåmätare fungerar

Flera olika namn förekommer för det instrument man behöver använda för att mäta buller. De vanligaste använda namnen är decibelmätare, bullermätare, ljudmätare, ljudnivåmätare eller db mätare. Den mest korrekta benämningen är ljudnivåmätare då det ju är ljudnivån vi mäter men den kanske vanligaste benämningen är bullermätare. Buller har vi ju identifierat som oönskat ljud. Innan vi kan besvara vad man bör tänka på vid val av ljudnivåmätare är det några viktiga begrepp vi behöver gå igenom och förklara.

Ljudnivåmätarens uppbyggnad

bullermätare

De olika beståndsdelarna i en bullermätare är:

• Mikrofon

Mikrofonens uppgift är att omvandla ljudtryck till en elektrisk spänning. Det är en omvänd högtalare skulle man kunna säga. En högtalare omvandlar en elektrisk signal till ljudvågor medan en mikrofon omvandlar ljudvågor till en elektrisk signal. Ett mätresultat kan inte bli bättre än den använda mikrofonen. Det finns olika typer av mikrofoner med olika för- och nackdelar.

• Förförstärkare

En förförstärkare är nödvändig för att förstärka mikrofonens relativt svaga elektriska signal.

• Frekvensvägningsfilter

Ljudets frekvens har stor betydelse för hur man uppfattar ljudet. Örat är nämligen mest känsligt för ljud med frekvenserna 2 – 4kHz och mindre känsligt för högre respektive lägre frekvenser. För att efterlikna människoörats känslighet gör man därför ljudmätningar med standardiserade vägningsfilter. Frekvensvägningsfiltrets uppgift är alltså att korrigerar ljudnivån på de olika frekvenserna på ett sätt som liknar örats egenskaper.

ljudnivåmätare

De mest använda filtren är A-filter med enheten dB(A) och C-filter med enheten dB(C). Vid bedömning av hörselskaderisk använder man A-filter. A-filter efterliknar nämligen örats känslighet vid svaga ljud. Man säger att ljudnivån är A-vägd när man använder A-filter. C-filter efterliknar örats känslighet vid starka ljud och det dämpar därför inte låga frekvenser lika mycket som ett A-filter, utan det tar större hänsyn till låga frekvenser. Vid mätning av ljudtoppar, s.k. impulsljud använder man C-filter och man säger att ljudnivån är C-vägd.

Z-filter representerar det aktuella ljudet, dvs ingen viktning. Det finns också ett B-filter för att hanterar de mellanstarka ljuden. Men användningen av B-filter förekommer numera mer sällan.

Vägd ljudeffektnivå och ljudintensitetsnivå

Inte bara ljudnivåmätningar utan även ljudeffekt- och ljudintensitetsmätningar använder vägningsfilter. Nivåerna kallas då vägd ljudeffektnivå respektive vägd ljudintensitetsnivå och man använder enheten dB.

• Detektor

För att göra om AC signalen till en DC signal (likspänning) behöver man använda en detektor. Det kan göras på i princip tre sätt:

1) Tidsvägd ljudnivåmätning

En konventionell ljud- och bullermätare använder en RMS (root-mean-square) detektor vilket ger ljudtrycksnivån (dB) eller det så kallade effektiva medelvärdet (effektivvärdet) av mikrofonsignalen. Vid mätning av ljudtrycksnivån använder man sig av en tidsvägning. Tidsvägning är ett mått på hur fort instrumentet reagerar på variationer av ljudet. Men tidsvägning är också ett sätt att mäta ljudnivån som liknar hur örat uppfattar ljud i tidsdomän, alltså med avseende på tid. Vi har tidigare beskrivit hur man använder frekvensvägningsfilter i ljudmätare för att efterlikna hur örat uppfattar ljud med avseende på frekvens.

Tidsvägd ljudnivåmätning kan ses som ett slags löpande medelvärde av ljudnivån.

De tre tidsvägningar man använder är Slow (långsam), Fast (snabb) och Impulse (impuls). Där den standardiserade tidskonstanten för S (Slow – långsam) är 1 sekund och för F (Fast – snabb) 125 ms samt för I (Impulse – impuls) 35 ms. De två vanligaste använda tidsvägningarna är F och S. En ljudnivåmätare som är inställd på “Fast” kan registrera snabba växlingar i ljudnivån medan en inställning på “Slow” innebär att instrumentet reagerar mer långsamt. Om ljudnivån är konstant kommer båda inställningarna att visa samma nivå på bullermätaren. Olika bestämmelser och standarder definierar vilken tidsvägning man skall använda för en given mätsituation.

2) Integrerande-medelvärdesmätning som ger tidsgenomsnittlig ljudnivå

En integrerande ljudnivåmätare mäter den ekvivalenta ljudnivån (Leq) under en vald tidsperiod. Det vill säga att den ekvivalenta ljudnivån är som ett medelvärde över tiden. För förklaring av “Ekvivalent ljudnivå” se sidan Ljudnivå. Denna mätmetod refereras till som både “integrerande” (integrating) och “integrerande-medelvärdes”- (integrating-averaging) mätningar. Den senare termen är mest korrekt men båda benämningarna förekommer.

3) Integrerande mätning som ger ljudexponeringsnivån

En variant på integrerande mätningar är att en integrerande ljudnivåmätare som mäter ljudexponering (Sound Exposure) och där enheten är Pa²h / (Pascal Squared Hours). Men normalt räknar man om det till dB och ljudexponeringsnivå (Sound Exposure Level) och de beteckningar man vanligtvis använder är “Lex,8h” eller “Lep,d” och där d står för dag (8h).

Om vi till exempel har vi en konstant ekvivalent ljudnivån (Leq) på 80 dB under 8 timmar får vi en ljudexponeringsnivå som är 80 dB, dvs om Leq mäts under 8 h blir Leq och Lep(d) (och Lex,8h) värdena lika. Bullerexponeringsnivå finns bl.a omnämnd på sidan för gränsvärden.

Olika typer av mätningar i olika instrument

Viktigt att veta är att ett instrument kan hantera en, två eller alla tre typerna av mätningar. T.ex har oftast har en integrerande ljudmätare också funktion för att kunna göra tidsvägd ljudnivåmätning.

• Mikroprocessor

För bearbetning av mätdata samt för hantering av minneskretsen som lagrar all mätdata behöver man använda en mikroprocessor.

• Display

Ett ljudnivåmätare behöver ju också självklart en skärm (display) för att kunna presentera mätresultatet. Som användare vill man ju ha en klar tydlig visning av mätresultatet oberoende av hur ljusförhållandena är vid själva mätplatsen.

Mätparametrar för ljud- och bullermätare
mätparameter

För att beskriva vilken mätparameter man avser så finns det ett gemensamt system med förkortningar. För ett ljudnivåvärde anger man ett stort L. Därefter vilken frekvensvägning (1) man använder och sedan tidsvägning (2). Dessa två ska vara nedsänkta relativt ljudnivåvärdet. Finns det ingen angivelse kan man anta att A (A-filter) och F (Fast) har används då dessa två är vanligast.

Frekvensanalys i Oktavband & Tersband

ljudmätare

När vi vill bestämma en ljudsignals frekvensfördelning kan frekvensområdet delas upp i flera olika sektioner eller frekvensband. Denna uppdelning sker med hjälp av olika bandfilter. Ett bandfilter släpper fram frekvenser mellan en övre och undre gränsfrekvens, se figur. Med ett filters bandbredd avser man avståndet mellan den övre och undre gränsfrekvensen.

För ljud- och bullermätningar är oktav- och tersband de vanliga filtertyperna. En oktav är ett frekvensband där den högsta frekvensen är dubbelt så stor som den lägsta frekvensen. Ett tersband har 1/3 bredd av ett oktavband.

mäta buller

Centerfrekvenserna för oktavbanden mellan 31.5 Hz och 16 kHz är standardiserade enligt följande:  31.5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz, 16 kHz

Vanligt är att en ljudmätare med oktavbandsfilter (1:1) har 10st standardiserade band från 31,5Hz till 16kHz. Medan en ljudmätare med tersbandsfilter (1:3) ofta har 33st band från 12,5Hz till 20kHz. Oktavbandsanalys ger en grov översikt av bullrets frekvensinnehåll och man kan bl.a använda det för att göra jämförande mätningar. Medan tersbandsanalys är att föredra när man använder buller- och vibrationsmätningar för att ta fram beslutsunderlag för åtgärder samt i byggnadsakustiska sammanhang.

Smalbandsanalys

db mätare

Ibland behöver ljudets frekvensinnehåll analyseras i ännu smalare frekvensband, så kallad smalbandsanalys. För detta ändamål använder man en spektrumanalysator med så kallad FFT-analys (Fast Fourier Transform) där signalbehandlingen sker digitalt. Ljudspektrat presenteras då uppdelat i ett antal linjer eller sammanbundna punkter.

Mätnoggrannhet

Även vid omsorgsfullt utförda bullermätningar har de uppmätta ljudnivåerna en viss onoggrannhet, vilket kan bero på bl.a:

  • själva instrumentets onoggrannhet
  • kalibreringen
  • felaktig användning

Standard för ljudnivåmätare

En bullermätares egenskaper är internationellt standardiserad och den aktuella standarden att förhålla sig till är IEC 61672.  IEC 61672 specificerar två olika typer eller klasser nämligen klass 1 och klass 2.

Klass 1

Man använder benämningen precisionsinstrument för ett klass 1 instrument då det ger mer noggranna mätningar än ett klass 2 instrument. Onoggrannheten vid mätning av ljudnivåvärden kan antas uppgå till ± 1 dB(A). Frekvensområdet är också större för ett klass 1 instrument jämfört med ett klass 2. Typiskt frekvensområde är 20Hz – 16 eller 20 kHz.

Klass 2

För en klass 2 mätare kan man anta att onoggrannheten vid mätning av ljudnivån uppgår till ± 2 dB(A). Typiskt frekvensområde är 20Hz – 8 kHz. Då en klass 2 ljudmätare har en mindre noggrann specifikation har den generellt också ett klart lägre pris än en klass 1 mätare.

Din ljud- och bullermätare skall vara klassad

Vilken typ av ljudnivåmätare du behöver beror på vad du skall mäta och vilken mätstandard du behöver uppfylla. Så fort Du skall använda dina mätningar i något sammanhang som ett juridiskt bevis är en klass 1 mätare att föredra då den har högre noggrannhet. För mer generella mätningar och fältmätningar räcker det oftast med ett klass 2 instrument. Vid köp av en ljud- och bullermätare skall man alltid försäkra sig om att instrumentet har en klassificeringsmärkning, antingen IEC 61672 klass 1 eller klass 2. Om tillverkaren inte anger någon klassning/standard som instrumentet uppfyller så är det ingen mätare utan mer en indikator…..

Mer om Ljud- och bullermätare

Läs även “Val av ljudmätare”.