소리는 매체(공기, 액체 또는 사람의 귀에 감지할 수 있는 기타 매체)를 통해 전파되는 압력 변동을 나타냅니다. 압력 진동/소리는 고막에 의해 전자 신호로 변환되어 뇌로 전달됩니다. 뇌는 이러한 신호를 수신하고 그 특성에 따라 음악, 말, 소음과 같은 다양한 소리 형태를 식별합니다.
마이크는 고막과 비슷하게 작동합니다. 그런 다음 이러한 신호를 녹음하고 분석하여 음원에서 마이크까지의 소리 전파 경로 특성에 대한 정보를 수집할 수 있습니다. 예를 들어 소음, 진동 및 음향 거칠기 테스트에서 엔지니어는 운전 중 승객의 편안함에 영향을 미치는 원치 않는 소리를 줄이고 싶어하는 경우가 많습니다. 소음은 사람의 귀에 들을 수 있는 주파수 범위보다 높거나 낮은 소리일 수도 있고, 공명 주파수의 소리 진폭일 수도 있습니다. 이러한 측정은 배출 표준을 충족하거나 장비의 성능과 수명을 분석하기 위해 소음을 줄여야 하는 설계 엔지니어에게 매우 중요합니다.
마이크 작동 원리 마이크를 설계할 때 다양한 옵션을 사용할 수 있지만 외부 극성 콘덴서 마이크,-사전 극성 일렉트릿 콘덴서 마이크 및 압전 마이크가 가장 일반적으로 사용되는 측정 마이크입니다.
1. 콘덴서 마이크
콘덴서 마이크는 콘덴서 설계를 기반으로 한 마이크 유형입니다. 콘덴서 마이크는 금속 다이어프램을 콘덴서의 한 기판으로 사용합니다. 다이어프램에 인접한 금속 시트는 다른 기판 역할을 합니다. 음장이 다이어프램을 자극하면 두 기판 사이의 정전 용량이 음압 레벨에 따라 변경됩니다. 높은 저항을 통해 기판에 안정적인 DC 전압을 적용하면 기판에 전하가 유지됩니다. 정전용량의 변화는 음압 레벨에 비례하는 AC 출력을 생성합니다. 사전{6}}편극 마이크는 외부 분극 전압이나 재료의 고유 특성을 사용하여 커패시터를 충전할 수 있습니다. 외부 극성 콘덴서 마이크에는 200V 공급 전압이 필요합니다. 사전{10}}편향 마이크는 정전류 소스가 필요한 IEPE 전치 증폭기로 구동됩니다.
2. 압전 마이크
압전 마이크는 결정 구조를 사용하여 백플레인 전압을 생성합니다. 많은 압전 마이크는 가속도계와 동일한 신호 조정 메커니즘을 사용하며 일부는 IEPE 신호 조정을 사용하여 분극 전압을 제공합니다. 이러한 유형의 센서는 감도가 낮지만 내구성이 뛰어나고 높은-진폭 음압 수준을 측정할 수 있습니다. 그러나 이러한 유형의 마이크는 일반적으로 배경 소음 수준이 높습니다. 이 설계는 충격 압력 및 파열 압력 측정 응용 분야에 적합합니다.
올바른 마이크를 선택하는 방법
응답 필드
마이크를 선택할 때 마이크가 작동하는 필드 유형을 고려해야 합니다. 마이크는 자유-장, 압력-장, 확산-장 등 세 가지 유형으로 분류됩니다. 이러한 마이크는 저주파에서는 유사하게 작동하지만 고주파에서는 작동이 크게 다릅니다.
프리-필드 마이크는 마이크 다이어프램의 단일 음원에서 직접 방출되는 음압을 측정합니다. 이 센서는 마이크가 음장에 들어가기 전에 존재하는 음압을 측정합니다. 이 마이크는 단단한 표면이나 반사 표면이 없는 개방된 공간에 가장 적합합니다. 무반향실이나 좀 더 개방된 공간이 무료{4}}필드 마이크에 이상적입니다.
압력{0}}필드 마이크는 다이어프램 앞의 음압을 측정합니다. 진폭과 위상은 필드 내의 어느 지점에서나 동일하며 파장은 상대적으로 짧습니다. 밀폐된 공간이나 공동에서 흔히 발견됩니다. 압력-장 센서 애플리케이션의 예로는 벽 압력 테스트, 날개 압력 테스트, 튜브, 콜로이드 및 공동과 같은 내부 구조의 압력 테스트가 있습니다.
어떤 경우에는 소리가 단일 소스에서 발생하지 않습니다. 확산-필드 마이크는 여러 방향에서 동시에 도착하는 소리에 대해 균일한 응답을 제공합니다. 이러한 유형의 마이크는 교회나 단단하고 반사되는 벽이 있는 기타 환경에서 사운드를 측정하는 데 적합합니다. 그러나 대부분의 마이크의 경우 압력장과 확산장 응답이 유사하므로 압력장 마이크는 확산장 측정에도 자주 사용됩니다.
다이내믹 레인지
소리를 설명하는 기본 표준은 음압 변동의 진폭을 기반으로 합니다. 인간의 귀가 인지할 수 있는 가장 낮은 음압 진폭은 20μPa(백만분율)입니다. 파스칼을 사용하여 음압을 표현하는 것은 일반적으로 너무 작고 처리하기 어렵기 때문에 일반적으로 측정 단위로 데시벨(dB)이 사용됩니다. 이 로그 비율은 음압 진동에 대한 인간의 귀의 반응을 더 정확하게 설명합니다.
제조업체는 마이크의 디자인과 물리적 특성을 기반으로 최대 데시벨 값을 지정합니다. 최대 데시벨 값은 다이어프램이 백플레이트에 접근하거나 THD(총 고조파 왜곡)가 지정된 값(일반적으로 3% THD)에 도달할 때의 음압 레벨을 나타냅니다. 주어진 애플리케이션 환경에서 마이크의 최대 데시벨 출력은 공급된 전압과 마이크의 감도에 따라 달라집니다. 특정 프리앰프를 사용하는 마이크의 최대 데시벨 출력 값과 해당 피크 전압을 계산하기 전에 먼저 마이크가 견딜 수 있는 최대 음압 레벨을 계산해야 합니다. 음압 레벨(SPL) 값은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
P=Pa, 여기서 전압은 프리앰프의 피크 전압입니다.
마이크의 피크 전압에서 최대 SPL이 결정되면 다음 공식을 사용하여 SPL을 데시벨로 변환할 수 있습니다.
여기서 P는 파스칼로 표현되는 압력이고 P0은 기준 SPL(상수,=0.00002 Pa)입니다.
이 공식은 마이크를 특정 프리앰프와 함께 사용할 때 측정 가능한 최대 SPL 값을 산출합니다. 필요한 최소 소음 수준 또는 SPL을 결정하려면 마이크 모듈 열 소음 등급 표준을 참조하세요. CTN 사양은 마이크 고유의 전기 잡음보다 높은 감지 가능한 최소 SPL 값을 제공합니다. 그림 6은 다양한 주파수에서 마이크를 프리앰프와 함께 사용할 때 일반적인 소음 수준을 보여줍니다.
마이크를 선택할 때 측정된 압력 값이 마이크의 CTN 값과 최대 정격 데시벨 값 사이에 속하는지 확인하는 것이 중요합니다. 일반적으로 마이크 직경이 작을수록 데시벨 값의 상한선은 높아집니다. 직경이 큰 마이크는 일반적으로 CTN 값이 낮으므로 낮은-데시벨 측정에 자주 사용됩니다.
주파수 응답
필요한 마이크 필드 응답 유형과 동적 범위를 결정한 후 마이크 사양을 참조하여 사용 가능한 주파수 범위를 결정하십시오. 직경이 작은 마이크는 일반적으로 주파수 상한이 더 높습니다. 반대로, 직경이 큰 마이크는 감도가 더 높고 저주파-주파수 감지에 더 적합합니다.
제조업체는 일반적으로 주파수 허용 오차를 ±2dB로 설정합니다. 다양한 마이크를 비교할 때는 해당 마이크의 주파수 범위와 특정 주파수 범위에 대한 허용 오차를 확인하는 것이 중요합니다. 애플리케이션 요구 사항이 높지 않고 증가된 데시벨 허용 오차가 허용 가능한 한도 내에 있는 경우 마이크의 사용 가능한 주파수 범위를 향상시킬 수 있습니다. 제조업체에 확인하거나 마이크 교정 표를 참조하여 특정 데시벨 허용 오차에 해당하는 실제 사용 가능한 주파수 범위를 결정할 수 있습니다.
편광 유형
기존 외부 극성 마이크와 최신 사전{0}}편향 마이크는 대부분의 애플리케이션에 적합하지만 둘 사이에는 차이점이 있습니다. 외부 극성 마이크는 120도~150도의 온도 범위에 더 적합하므로 고온 환경에 권장됩니다-. 사전-편향 마이크는 습한 환경에 더 적합합니다. 급격한 온도 변화로 인해 외부 극성 마이크의 내부 커패시터 구조에 단락이 발생할 수 있습니다.
외부 극성 마이크에는 특정 200V 전압이 필요하므로 구성에는 7-핀 케이블과 LEMO 커넥터만 사용할 수 있습니다. 2~20mA의 일정한 전류 소스로 구동되는 최신 사전 극성 마이크는 사용이 더 간편하여 더욱 인기가 높습니다. 이 구성을 사용하면 표준 및 동축 케이블과 BNC 또는 10-32 커넥터를 사용하여 판독 장치에 전류와 신호를 공급할 수 있습니다.
온도 범위
주변 온도가 지정된 최대 온도에 도달하면 마이크의 감도가 감소합니다. 마이크의 작동 온도와 보관 온도를 모두 고려해야 합니다. 극한 조건에서의 작동 또는 보관은 마이크에 부정적인 영향을 미치고 교정 요구 사항을 증가시킬 수 있습니다. 대부분의 경우 시스템 프리앰프는 작동 온도 범위를 제한하는 요소입니다. 120도의 높은 온도는 대부분의 마이크 감도에 영향을 미치지 않지만 필요한 프리앰프는 60도에서 80도 사이의 환경에서 작동하도록 제한됩니다.
마이크 신호 컨디셔닝
DAQ 장비를 사용하여 마이크 측정을 준비할 때 모든 신호 컨디셔닝 요구 사항이 충족되도록 다음 사항을 고려하십시오.
측정 정확도와 신호{0}}대-잡음비를 개선하기 위한 증폭
IEPE 센서의 프리앰프에 전원을 공급하기 위한 전류 여기
DC 바이어스를 제거하고 분해능을 개선하며 입력 장치의 전체 범위를 완전히 활용하는 AC 커플링
외부 고주파 노이즈를 제거하기 위한 필터링-
서로 다른 접지 전위 사이의 전류로 인해 발생하는 노이즈를 제거하기 위한 적절한 접지
마이크의 전체 진폭 범위를 측정하기 위한 동적 범위
