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Mesures > Sonomètre 001 - Pro
Dernière mise à jour : 05/07/2020Présentation
Ce sonomètre spécialement étudié pour un studio d'enregistrement couvre une plage de mesure allant de 70 à 99 dBSPL.
Caractéristiques principales
Caractéristiques répondant au cahier des charges que je devais respecter :
- Plage de mesure de 70 dBSPL à 99 dBSPL, précision de 1 dB (Nota 1)
- Courbe de réponse linéaire ou avec pondération A
- Clignotement des afficheurs au-delà d'un seuil ajustable (85 dBSPL par défaut)
- Affichage simultané sur 2 digits 7 segments géants et sur galvanomètre (sortie analogique) (Nota 2)
Nota 2 : possibilité de s'adapter à n'importe quel modèle de galvanomètre existant.
Schéma
Le schéma est décomposé en deux parties :- section d'entrée analogique incluant le préamplificateur microphone, le filtre de pondération et le convertisseur RMS;
- section de mesure incluant le circuit d'échantillonnage et d'affichage numérique / analogique.
Schéma volontairement embrouillé
Descriptif général
Plusieurs étapes sont requises pour l'ensemble :
- Captation du son - Assurée par un microphone electret possédant une bonne linéarité dans la bande audio
- Amplification - Adaptation à la sensibilité du microphone
- Filtrage - Pondération courbe A (filtre pouvant être contourné pour une réponse linéaire)
- Conversion RMS - Transformation tension alternative du signal audio en une tension continue représentant son enveloppe
- Conversion en numérique - Effectuée par le convertisseur analogique/numérique (CAN) inclu dans le PIC
- Traitement numérique - Filtrage numérique additionnel et conversion au format dBSPL
- Affichage numérique - Sur afficheur 2 digits 7 segments. Plage de 60 dBSPL à 99 dBSPL, mais précision 1 dB entre 70 et 99 dbSPL
- Affichage analogique - Assurée par un convertisseur numérique/analogique (DAC) externe. Plage de 0 V à +5 V. Sans programmation spécifique par l'utilisateur, l'écart entre chaque dBSPL est constant (courbe linéaire) : de 0 V pour 60 dBSPL à +5 V pour 100 dBSPL. Grâce à une programmation spécifique par l'utilisateur, la tension de sortie analogique peut prendre n'importe quelle valeur entre 10 mV et 5 V pour chaque valeur de dBSPL.
Petit rappel acoustique => électrique
Une pression de 1 Pa (1 pascal) correspond à un niveau de pression acoustique de 94 dBSPL (SPL = Sound Pressure Level).Supposons que pour un signal audio de pression acoustique donnée on mesure un niveau de 0,10 mV en sortie d'un microphone situé à 1 mètre de la source sonore. Supposons également que le microphone en question possède une sensibilité de 10 mV / Pa, ce qui signifie qu'il délivre un signal d'amplitude 10 mV quand la membrane est soumise à une pression de 94 dBSPL.
Si la distance entre la source sonore et le microphone est divisée par 2, le niveau de pression acoustique qui excite la membrane du microphone est doublée (+6 dB). Si la distance entre la source sonore et le microphone est divisée par 4, le niveau de pression acoustique qui excite la membrane du microphone est quadruplée (+12 dB). Cela reste vrai quelle que soit l'amplitude du signal acoustique - tout du moins tant qu'on se trouve entre le plancher de bruit (bruit de fond) et le niveau maximal avant saturation (en sortie du microphone).
Niveau acoustique constant et distance variable
Avec une amplitude constante de la source sonore, le niveau du signal électrique délivré par le microphone augmente quand la distance qui le sépare de la source diminue. Le tableau suivant résume la situation, pour une source sonore de niveau constant :| Niveau acoustique de la source (niveau constant) | Distance entre source et microphone (variable) | Niveau électrique en sortie du microphone (variable) |
| xxx dB SPL | 1 m | 0,10 mV |
| xxx dB SPL | 50 cm | 0,20 mV |
| xxx dB SPL | 25 cm | 0,40 mV |
| xxx dB SPL | 12,5 cm | 0,80 mV |
| xxx dB SPL | 6,25 cm | 1,60 mV |
| xxx dB SPL | 3,125 cm | 3,20 mV |
Niveau acoustique variable et distance fixe
Si le niveau acoustique augmente dans un rapport de 2 (+6 dB), l'amplitude du signal électrique en sortie du microphone est doublé (+6 dB). Si le niveau acoustique augmente dans un rapport de 10 (+20 dB), l'amplitude du signal électrique en sortie du microphone est également multipliée par 10 (+20 dB). Si on mesure l'amplitude du signal délivré par le microphone alors qu'on modifie l'amplitude du signal acoustique, on obtient des variations du type suivant :| Niveau acoustique de la source (sur la membrane du microphone) | Niveau électrique en sortie du microphone (pour une sensibilité de 10 mV / Pa) | Remarque |
| 74 dB SPL (0,1 Pa) | 1 mV | -20 dB = division par 10 |
| 76 dB SPL | 1,25 mV | -18 dB |
| 82 dB SPL | 2,5 mV | -12 dB = division par 4 |
| 88 dB SPL | 5 mV | -6 dB = division par 2 |
| 94 dB SPL (1 Pa) | 10 mV | Référence microphone |
| 100 dB SPL | 20 mV | +6 dB = multiplication par 2 |
| 106 dB SPL | 40 mV | +12 dB = multiplication par 4 |
| 112 dB SPL | 80 mV | +18 dB |
| 114 dB SPL (10 Pa) | 100 mV | +20 dB = multiplication par 10 |
Conversion acoustique -> électrique
Comme on le voit, on peut facilement connaître le niveau acoustique qui excite la membrane du microphone, simplement en connaissant la sensibilité du microphone et la tension que ce dernier délivre. Pour obtenir une bonne précision de mesure, il faut :
- un amplificateur à très faible bruit pour traiter les très faibles niveaux
- connaître la sensibilité (l'efficacité) exacte du microphone
Le second point est "délicat", car les dispersions de caractéristiques sont parfois très larges entre deux microphones identiques (même fabricant et même modèle). La seule façon d'être sûr de la mesure faite avec ce sonomètre est de le calibrer avec un appareil professionnel aux caractéristiques techniques parfaitement connues et maîtrisées.
Filtre de pondération A, C ou Z
Ce sonomètre dispose d'un filtre de pondération A, qui au besoin peut être contourné (bypassé) pour une réponse linéaire (courbe de "pondération" Z). Aucun filtre de pondération "courbe C" n'a été prévu, mais un tel ajout serait bien sûr parfaitement envisageable.
La courbe de pondération A permet de tenir compte des caractéristiques physiologiques de l'oreille humaine, qui offre une sensibilité moindre aux extrêmités de la bande audio (surtout aux fréquences basses). La courbe de pondération C a le même objectif, mais pour des niveaux acoustiques de plus grande amplitude, là où la baisse de sensibilité de l'oreille dans les fréquences graves est moins marquée.
Réglage du seuil de clignotement
Par défaut, le seuil de clignotement de l'affichage numérique à lieu pour toute valeur supérieure à 85 dBSPL. Ce seuil peut être modifié par l'utilisateur, entre 61 et 98 dBSPL. La procédure à suivre pour cela est la suivante :
- Appuyer sur le bouton SW2/SET jusqu'à ce que le point décimal du premier digit de l'affichage numérique clignote.
- Relâcher alors SW2/Set, la valeur du seuil en cours est affichée.
- Presser les boutons SW3/Dec ou SW4/Inc pour diminuer ou augmenter la valeur de seuil.
Pour annuler toute alerte de dépassement et tout clignotement, il suffit de spécifier un seuil de 99 dB.
Réglage des tensions analogiques (pour le galvanomètre)
Sans programmation spécifique par l'utilisateur, l'écart de tension sur la sortie analogique est constant (courbe linéaire) entre chaque dBSPL, allant de 0 V pour 60 dBSPL à +5 V pour 100 dBSPL. Pour les valeurs intermédiaires entre chaque dB, la tension analogique délivrée est interpolée. L'utilisateur peut modifier la valeur de la tension analogique pour chaque valeur de dB affichée en numérique, et ce de façon individuelle. La procédure à suivre pour cela est la suivante.
- Appuyer sur le bouton SW2/SET jusqu'à ce que le point décimal du second digit de l'affichage numérique clignote.
- Relâcher alors SW2/SET, la valeur 60 (dB SPL) s'affiche et la tension analogique correspondante est délivrée sur Vout.
- Presser les boutons SW3/Dec ou SW4/Inc pour diminuer ou augmenter la valeur de la tension pour la valeur de 60 dB SPL.
- Appuyer brièvement sur le bouton SW2/SET pour passer à la valeur suivante (la valeur 61 s'affiche)
- Presser les boutons SW3/Dec ou SW4/Inc pour diminuer ou augmenter la valeur de la tension pour la valeur de 61 dB SPL.
- Répéter l'opération pour chaque valeur comprise entre 60 et 99 dB SPL.
Pour sortir du mode de réglage, presser le bouton SW2/SET jusqu'à ce que le point décimal du second digit de l'affichage s'éteigne.
Logiciel du PIC
Pro - Non disponible en libre service.
Historique
05/07/2020- Première mise à disposition.