Kalibrace měření hladiny hluku
Použité senzory: Mikrofon (funkce "Amplituda zvuku"), reproduktor (funkce "Tónový generátor")
Kategorie: Akustika
Potřeby: dva mobilní telefony s aplikací Phyphox (popř. notebook, nebo jiný zdroj zvuku, u kterého můžeme nastavit hlasitost a frekvenci zvuku), hlukoměr
Teorie
Zvuková amplituda je měřena v decibelech (dB), což je logaritmická stupnice, kde 0 dB (při frekvenci 1 000 Hz) odpovídá prahu slyšení a hodnoty nad 100 dB označují velmi hlasité zvuky, například hluk motorů. Senzor v chytrých telefonech však často poskytuje hodnoty, které neodpovídají standardní decibelové stupnici. Kalibrace je proces, který upravuje měření tak, aby výsledky odpovídaly skutečným hodnotám zvuku v okolí.
Aplikace Phyphox umožňuje kalibrovat zvukový senzor pomocí dvou metod: pomocí externího decibelového měřiče nebo odhadem na základě známých hodnot zvuku v tichém prostředí.
Postup
Pro kalibraci s externím decibelovým měřičem si nejprve připravte zařízení, které generuje zvuk o konstantní frekvenci, například 1 000 Hz. Tento signál můžete vytvořit pomocí online generátoru tónů nebo pomocí experimentu "Tónový generátor" v aplikaci Phyphox. Telefon, na kterém chcete kalibraci provádět, a externí hlukoměr umístěte do stejné vzdálenosti od zdroje zvuku (Obr. 1). Dbejte na to, aby mikrofon telefonu ve stejné vzdálenosti od zdroje zvuku, jako externí hlukoměr, přičemž mikrofon mobilního telefonu se obvykle nachází na spodní straně (při telefonování blízko úst). Zapněte generátor tónů a zaznamenejte hodnotu zobrazenou na externím decibelovém měřiči. Otevřete aplikaci Phyphox na telefonu a vyberte experiment "Amplituda zvuku". V políčku "Status" můžete vidět, že experiment není zkalibrovaný (Obr. 2 vlevo). Spusťte experiment pomocí tlačítka "Play" a s největší pravděpodobností uvidíte záporné hodnoty hladiny zvuku (Obr. 2 uprostřed). Experiment opět vypněte pomocí tlačítka "Pauza" (toto vypnutí a zapnutí je nutné před každou kalibrací, jinak bude kalibrační posun nastaven na nekonečno) a přejděte na záložku "Kalibrace" (Obr. 2 vpravo). Do pole "Referenční UAT" zadejte hodnotu z externího decibelového měřiče, kterou jste naměřili v předchozím kroku, například 74,2 dB (Obr. 1). Poté spusťte záznam a znovu přehrajte testovací tón. Stiskněte tlačítko "Zkalibrovat" a zastavte záznam. Aplikace automaticky vypočítá kalibrační posun a aplikuje ho tak, aby hodnoty odpovídaly standardní decibelové stupnici.
Obrázek 1. Kalibrace pomocí externího hlukoměru (Vernier) a zdroje zvuku (webová stránka na notebooku umožňující nastavit frekvenci a hlasitost zvuku).
Obrázek 2. Nekalibrovaný hlukoměr (vlevo a uprostřed) a stránka kalibrace (vpravo).
Pro kalibraci bez externího decibelového měřiče můžete použít tiché prostředí, například pokoj s nízkým šumem, kde hladina zvuku obvykle dosahuje přibližně 40 dB. Otevřete experiment "Amplituda zvuku" v aplikaci Phyphox a zaznamenejte hodnotu amplitudy v tichém prostředí, například -70 dB. Spočítejte rozdíl mezi naměřenou hodnotou a očekávanou hladinou zvuku. Pokud je například očekávaná hodnota 40 dB, rozdíl bude 110 dB. V záložce "Kalibrace" zadejte tento rozdíl jako "Vlastní nastavení posunu", tedy například 110 dB, a stiskněte "Nastavit vlastní kalibraci". Po této úpravě by naměřené hodnoty měly odpovídat běžné decibelové stupnici.
Bohužel, tato kalibrace se musí provést pokaždé, když na tento experiment přejdete z hlavního menu. Je tedy dobré si někam uložit hodnotu kalibračního posunu, neboť ho pro dané zařízení můžeme používat opakovaně ("vyplněním pole "Vlastní nastavení posunu" a následného stisknutí "Nastavit vlastní kalibraci".
Poznámky
Kalibraci je třeba provádět individuálně pro každý telefon, protože senzory se mohou lišit i u stejných modelů. Pokud používáte více zařízení, zajistěte, aby všechna byla během kalibrace ve stejné vzdálenosti od zdroje zvuku. Při kalibraci v tiché místnosti se vyhněte blízkosti hlučných zařízení, jako je klimatizace, která by mohla výsledky zkreslit.
Kalibrace je nutné provést při každém spuštění tohoto experimentu. Proto si zapište hodnotu offsetu, abyste ji mohli snadno znovu nastavit.