Wat heb je nodig als je zelf een geluidmeter wil bouwen?
Voor het zelf bouwen van een geluidmeters heb je een aantal onderdelen nodig. De microfoon vormt de basis. Met een microfoon wordt de snelle variatie in luchtdruk, ofwel ‘geluid’, omgezet in een elektrisch signaal. Er bestaan verschillende typen microfoons zoals bijvoorbeeld de electretmicrofoon en de MEMS.
Om het elektrische signaal van de microfoon om te zetten naar een getal dat de luidheid van het geluid weergeeft heb je elektronische circuits of een digitale processor nodig. Soms moet het elektrische signaal eerst worden versterkt met een voorversterker. Als de bewerking plaats vindt in een digitale processor moet het elektrische signaal worden omgezet naar digitale data met een analoog-digitaalomzetter. Soms is zo’n analoog-digitaalomzetter geïntegreerd in de microfoon.
In zelfbouwgeluidmeters wordt vaak gekozen voor een MEMS-microfoon met geïntegreerde analoog-digitaalomzetter en een microcontroller voor de verwerking van het meetsignaal. Een microcontroller is een elektronica-bordje met een processor, geheugen en voorzieningen om andere onderdelen, zoals de microfoon, op aan te sluiten. Een microcontroller heeft vaak ook de mogelijkheid om gegevens draadloos te versturen bijvoorbeeld via wifi, LoRa of 4G. De microcontroller kan je zelf programmeren. Vaak installeren mensen er een open-source softwarepakket op. Deze software verzorgt de verwerking van het meetsignaal naar een getal dat het geluidniveau weergeeft. Om de meetresultaten op te sturen naar bijvoorbeeld een online-database zijn weer andere open-source software pakketjes beschikbaar.
Daarnaast heb je een behuizing nodig voor je geluidmeter, met een windbol om je microfoon te beschermen tegen wind en regen. Hoe die behuizing er precies uitziet en de kwaliteit van je windbol kan veel invloed hebben op de kwaliteit van de geluidmetingen. Ook hoe je de geluidmeter ophangt kan veel uitmaken.
Welke zelfbouwgeluidmeters zijn er?
De technologie voor zelfbouwgeluidmeters is nog volop in ontwikkeling, een volledig en up-to-date beeld schetsen van wat er allemaal mogelijk is, is moeilijk . Dat is niet ons doel. We kunnen hier wel een tussenstand geven. Dat doen we op basis van geluidmetertesten die we de laatste jaren hebben gedaan samen met een aantal geluidmeterbouwers. Hieronder geven we informatie over de zelfbouwgeluidmeters uit de testen. Deze informatie komt uit een rapport over de zelfbouwgeluidmetertesten. Daar kun je ook in detail vinden hoe goed de geluidmeters het doen. We hebben bij de testen alleen naar gekeken naar geluidniveaus, dus hoe hard het geluid was.
In het kort doen eigenlijk alle geteste zelfbouwgeluidmeters het best goed. De zelfbouwgeluidmeter van de Waag steekt daar nog weer bovenuit, en ook de AERMON, de zelfbouwgeluidmeter van LINX naar het ontwerp van Sensor.Community doet het erg goed.
De Amso-kit van de Waag
De Amso-kit van de Waag bestaat uit een MEMS-microfoon en een microcontroller. Een microcontroller is een klein computertje dat de microfoon uitleest en de meetdata analyseert. De communicatie tussen beide verloopt via I2C. De microcontroller is in een commercieel verkrijgbare, waterdichte behuizing geplaatst. De microfoon bevindt zich buiten de behuizing en is beschermd tegen weersinvloeden met een PTFE membraan en eenvoudige, maar relatief grote windbol. De datacommunicatie verloopt via een LoRa chip op de microcontroller. De software op de microcontroller is open source en ook zijn er instructies beschikbaar voor de behuizing. De tijdresolutie is beperkt door de bandbreedte van LoRa en niet door de processor (die meet 32x per seconde). Zie voor meer informatie de gitlab pagina https://gitlab.waag.org/lodewijk/amsterdam-sounds-kit voor de geluidmeters en https://amsterdamsounds.waag.org/ voor meer informatie over metingen waar dit instrument voor is gebruikt.
Zelfbouwgeluidmeters van Sensor.Community
Boven: SeCo-TD geluidmeter (de rode sensorkit links), SeCo-DR (de witte sensorkit links). Onder meerdere SeCo-LINX geluidmeters.
In de zelfbouwgeluidmetertesten deden drie geluidmeters mee, de geluidmeters SeCo-TD, SeCo-DR en SeCo-LINX, zie foto's. Deze zijn allen gebaseerd op het ontwerp van Sensor.Community. Sensor.Community heeft een geluidmeter ontwikkeld in samenwerking met de Hochschule für Technik Stuttgart en heeft de software en bouwinstructies openbaar gemaakt op de website https://sensor.community/nl/sensors/dnms/. Deze geluidmeter wordt ook DNMS genoemd. De metingen van deze geluidmeter komen automatisch op het dataportaal https://sensor.community/ en daarna ook op het Samen Meten dataportaal. De geluidmeter heeft een MEMS-microfoon die gekoppeld is aan een microcontroller waarop de audio-analyse plaats vindt. Een tweede microcontroller verzorgt de data communicatie. Verschillende uitvoeringen van dit ontwerp kunnen significant effect hebben op de meetwaarden. We weten nog niet precies hoe die verschillen optreden. Waarschijnlijk zijn het verschillende dingen bij elkaar opgeteld, zoals reflecties van geluid tegen de behuizing, de grootte en kwaliteit van de windbol, etc.
De SeCo-TD geluidmeter zit in een zelf ontworpen 3D-print behuizing samen met een fijnstofsensor. De microfoon is redelijk ver verwijderd van de fijnstofsensor om te voorkomen dat de microfoon ook het geluid van de ventilator in de fijnstofsensor oppikt. Ook de SeCo-DR geluidmeter is in een zelf ontworpen 3D-geprinte behuizing geplaatst, gebaseerd op een ‘weerhutje’. De SeCo-LINX geluidmeter is gebouwd door LINX en heeft de werknaam AERMON. Het SeCo-LINX ontwerp is in samenwerking met het Samen Meten geluidteam RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) tot stand gekomen. De behuizing bestaat uit relatief eenvoudige onderdelen van de bouwmarkt. De software, microfoon en elektronica-onderdelen die voor de geluidmeting zorgen, zijn in al deze geluidmeters identiek. Er zijn wel verschillende versies van de firmware op de processor gebruikt, dit is voor TD, DR en LINX respectievelijk firmware versies v2.1.4, v2.1.5 en v2.0.5.
De SeCo-LINX deed het tijdens de testen het beste van deze SeCo varianten.
De geteste SeCo geluidmeters hadden tijdens onze testen geen mogelijkheid om spectrale data (toonhoogte informatie) te verzamelen, maar een latere firmware update (v3.4.4) maakt het wel mogelijk om een frequentiespectrum (tertsbanden) te meten.
Geluidmeter van Hart van Alkmaar
De geluidmeter van Hart van Alkmaar/Junior IoT (‘HvA’) , bestaat uit een electret microfoon, gekoppeld aan zelf ontwikkelde elektronica. Er is veel zorg besteed aan een storings- en ruisarm meetsysteem. De elektronica is geplaatst in een zelf ontworpen, waterdichte behuizing. In de behuizing is ook een fijnstofsensor, temperatuur-, luchtdruk- en vochtsensor, luxmeter en GPS-sensor geplaatst. Datacommunicatie verloopt via LoRa. Zie voor algemene informatie https://bvhva.nl/ en metingen van de geluidmeters op het portaal van Junior IOT Challenge.
Geluidmeter van Wij Bouwen Betaalbare Sensoren Voor Burgers
De geluidmeter van Wij Bouwen Betaalbare Sensoren Voor Burgers (‘WBBSVB’) heeft een electret microfoon gekoppeld aan een AD converter, die verbonden is met een Raspberry Pi. De microfoons worden geselecteerd uit een grotere partij goedkope microfoons die allen werden getest op gevoeligheid om zo de beste er uit te pikken. De microfoon heeft een zelfstandig gevoede voorversterker. De elektronica is geplaatst in een commercieel verkrijgbare, waterdichte behuizing. Datacommunicatie verloopt via de wifi-chip van de Raspberry Pi. Zie https://wbbsvb.nl/ voor meer informatie. Deze geluidmeter wordt naar aanleiding van de testresultaten momenteel door WBBSVB getest met een mems microfoon.
De Schiedamgeluidmeter van het RIVM
De geluidmeter ontwikkeld door het RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) bestaat uit een electret microfoon, die gemaakt is om aan te sluiten op mobiele telefoons via de 3,5mm TRRS aansluiting. Dit zou een betere geluidkwaliteit moeten bieden dan de interne MEMS-microfoon van een mobiele telefoon. De microfoon is via een USB-geluidkaart gekoppeld aan een Raspberry Pi. Op de Raspberry Pi vindt analyse plaats door de openbaar verkrijgbare Acoustics Toolkit. De elektronica is geplaatst in goedkope PVC onderdelen van de bouwmarkt. Om de microfoon zit een relatief professionele windbol. Deze geluidmeter is onder andere ingezet in een project over laagfrequent geluid in Schiedam: https://samenmeten.nl/burgermetingen-schiedam. Hoewel hij het best goed doet, gaan we deze geluidmeter niet meer verder ontwikkelen of in andere projecten gebruiken, omdat de SeCo-LINX geluidmeter het beter doet en gemakkelijker in gebruik is.
Specificaties van de geluidmeters
Hieronder staan nog enkele technische specificaties van de geluidmeters in een tabel, om ze handig met elkaar te kunnen vergelijken. We geven aan op welke manier ze de geluidmetingen doorgeven, via LoRa of Wifi, welke soort microfoon en processor ze gebruiken, hoe vaak ze een meting doen (tijdresolutie) en of ze behalve geluidniveaus ook toonhoogtes (spectrale meting) kunnen meten. De SeCo geluidmeters konden dat tijdens de testen nog niet, maar inmiddels wel. Ook Waag is met die ontwikkeling bezig.
|
Geluidmeter |
Communicatie |
Microfoon |
Processor |
Tijdresolutie |
spectrale meting |
|
Waag |
LoRa |
MEMS |
ATSAMD21G18 |
60s |
- |
|
HvA |
LoRa |
Electret |
Custom |
60-240s |
ja |
|
WBBSVB |
Wifi |
Electret |
Raspberry Pi |
1s |
ja |
|
RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) |
Wifi |
Electret |
Raspberry Pi |
1s |
ja |
|
SeCo-TD |
Wifi |
MEMS |
Teensy 4.0 |
10s |
- |
|
SeCo-DR |
Wifi |
MEMS |
Teensy 4.0 |
30s |
- |
|
SeCo-LINX |
Wifi |
MEMS |
Teensy 4.0 |
10s |
- |