Figuur 1: Test van geluidmeters op RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu)-terrein. De staafjes met bollen zijn geluidmeters. De relatief grote bol met een chromen piek is de klasse 1 geluidmeter, de andere geluidmeters zijn zelfbouwgeluidmeters. Hier zien we ook de grote windbol die is getest. De testopstelling is akoestisch gezien niet perfect, maar goed genoeg om een indruk te krijgen van de kwaliteit van de metingen.

Toonhoogte metingen lukken goed

Veel mensen in Nederland die zelf geluidmeters bouwen, gebruiken daarvoor een ontwerp van Sensor.Community. Deze geluidmeters hebben tegenwoordig de mogelijkheid om frequentiebanden te meten. Dat betekent dat je kijkt hoe luid het geluid is bij verschillende toonhoogtes. Deze geluidmeters delen een octaaf op in drie frequentiebanden, dit noemen we tertsbanden. Dit is ook gebruikelijk voor professionele geluidmeters. In de buitenlucht op het RIVM-terrein zijn Sensor.Community-ontwerp geluidmeters getest, met behulp van  een professionele klasse 1 geluidmeter. Uit de test blijkt dat de geluidmeters goed tertsbanden kunnen meten, vooral lage en midden frequenties doen het goed. Alleen de allerhoogste frequentieband (20kHz) wordt echt niet goed gemeten. Gelukkig hebben mensen zelden last van zulke hoge tonen. Dit is te zien in Figuur 2 voor een geluidmeter met een grote windbol (zie foto).

Figuur 2. Afwijking van de tertsbandenmetingen van Sensor.Community geluidmeter ten opzichte van de klasse 1 geluidmeter.

In Figuur 2 zie je afwijkingen van tertsbandenmetingen van de Sensor.Community-ontwerp geluidmeter (gebouwd door LINX) ten opzichte van het klasse 1 referentieapparaat. Het gaat hier om 5-minuut gemiddelden (L_eq,5min) gemeten over een periode van ruim een maand. Het bolletje staat voor de gemiddelde afwijking per tertsband. De verticale lijntjes geven per tertsband het bereik waarin 90% van de metingen zitten. Dit geeft een idee van de spreiding.

We zien dat de meeste puntjes vlak bij de nul liggen, dat betekent dat de afwijking voor de meeste tertsbanden klein is. De balkjes die de spreiding aangeven zijn voor de meeste frequenties ook heel klein, wat betekent dat de waarden voorspelbaar zijn en heel weinig onverwachte uitschieters hebben. Om precies te zijn, van 20 t/m 5000 Hz is de gemiddelde afwijking voor tertsband minder dan 1,3dB ten opzichte van de klasse 1 meter. Dat betekent dat de geluidmeters het in dat frequentiebereik heel goed doen. Voor frequenties vanaf ongeveer 6300 Hz worden die afwijkingen wel groter. Kortom, we zien mooie constante metingen bij lage en midden frequenties en vooral afwijkingen bij hogere frequenties.

Voor een gemiddelde afwijking van de nul kun je corrigeren. Maar voor een grote spreiding kan je niet zomaar corrigeren. Voor tertsbanden vanaf 20 tot 400 Hz is de spreiding klein: 90% van de metingen zit binnen +/-1dB van het gemiddelde. Tussen 500Hz en 5kHz wordt de spreiding geleidelijk groter maar hij zit nog binnen +/-2dB. Dat is ook nog best goed. Vanaf ongeveer 2,5kHz begint de spreiding steeds groter te worden en de gemiddelde afwijking ook. Dan doen de geluidmeters het niet zo goed meer. Mogelijk speelt de niet-ideale meetopstelling hierbij een rol. De tertsband bij 20kHz wijkt helemaal zeer sterk af. Maar daar gaat het om heel hoge tonen, waar mensen zelden hinder van hebben.

Toonhoogtes en windbol

Bij de lage frequenties kan er stoorgeluid optreden vanwege wind. Dit probeer je te voorkomen met een windbol (het zwarte bolletje op de microfoon). Bij wind kunnen verschillen tussen geluidmeters  ontstaan door verschillende windbollen. Er is een grote DIY windbol getest die stoorgeluid vanwege wind moet voorkomen en ook nog eens erg betaalbaar is. Dit is de grote zwarte bol in het midden van de foto hierboven. In Figuur 2 zie je meetresultaten met de grote windbol en in figuur 3 zie je meetresultaten van dezelfde zelfbouwgeluidmeter, maar dan met een kleine windbol. Het meetpatroon is hetzelfde, behalve voor lage frequenties. De kleine windbol geeft een grotere spreiding op de lage frequenties die optreden als er wind is. Er vinden dus meer rare uitschieters plaats bij lage tonen.

Figuur 3. Tertsbanden van Sensor.Community geluidmeter met minder goeie windbol.
Afwijking van de Sensor.Community-ontwerp geluidmeter (gebouwd door Linx) ten opzichte van een klasse 1 referentie geluidmeter. Deze windbol is minder effectief tegen de wind waardoor ook de lage frequenties een grotere spreiding laten zien.

In Figuur 4 is ook het effect van de wind te zien. Hier zien we dat de grotere windbol effectiever is tegen de wind. De grote windbol is van een ander materiaal gemaakt, dat kan ook effect hebben op de bescherming tegen wind. Professionele windbollen zijn niet goedkoop. De grote windbol in deze test heeft een burgerwetenschapper uit relatief betaalbaar schuim materiaal geknipt. Namelijk een standaard filterschuimmat van 50x50x5 cm met een PPI van 45.

In Figuur 4 zie je de metingen van de frequentiebanden van een Sensor.Community DNMS geluidmeter met een kleine windbol. Daaronder hetzelfde type geluidmeter met een andere, grote windbol. De kleur geeft het verschil in dB met de referentiemetingen. Oranje/rood betekent dat de geluidmeter te hoge waardes meet. De onderste grafiek geeft de windsnelheid weer op het KNMI Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut) station in de Bilt (vlak bij de RIVM meetlocatie).  Deze geluidmeters zijn niet helemaal identiek waardoor de bovenste meer blauw is, maar er is goed te zien hoe wind voor verstoringen in de lage frequenties kan zorgen. Deze verstoringen zien we alleen bij de kleine windbol, de grote windbol is dus effectief tegen de wind.

Waterdichte microfoons

Bij vorige testen van geluidmeters kwam het regelmatig voor dat geluidmeters last hadden van regen omdat er water in de microfoon terecht kon komen. We hebben daarom twee oplossingen getest tegen water in de microfoon: een waterdicht ademend membraan (lijkt op Gore-Tex) en een waterdichte microfoon (MEMS). Beide blijken goede oplossingen. Het membraan zorgt voor 1dB lagere meetwaarden. Die afname is gelijk over het hele spectrum van toonhoogtes, dus je kunt hier heel makkelijk voor corrigeren (kalibratie). De door de Sensor.Community gebruikte waterdichte MEMS (IM72D128) laat nauwelijks afwijkingen zien en kan lagere geluidniveaus meten.

Membraan:

Figuur 5. Verschil tussen referentiegeluidmeter en de zelfbouwgeluidmeter met membraam. Links als functie van gemeten geluidniveau in dB(A) en rechts als verscholgrafiek.

In Figuur 5 is te zien dat de metingen gemiddeld -1,1 dB afwijken van de referentie. Dit betekent dat de gemeten waarden gemiddeld 1,1 dB te laag zijn. Op deze meter zouden we 1,1 dB kunnen optellen bij elke meting zodat het gemiddeld overeenkomt met de klasse 1 meter. De metingen zijn vrij consistent: 90% van de 5-minuut gemiddelden zitten minder dan 0,5dB van het gemiddelde af.

Waterdichte microfoon:
De gemeten waarden voor de waterdichte microfoon zijn gemiddeld 0,3 dB te hoog. Dit is zeer weinig. De metingen zijn minder consistent: 90% zit minder dan 1,2 dB van het gemiddelde af. Deze geluidmeter was met ons gedeeld door het DNMS team van Sensor.Community. Deze is dus door andere handen gebouwd dan de geluidmeter met het membraan. Daar kunnen ook verschillen door ontstaan.

Om de bouw van Sensor.Community DNMS geluidmeters makkelijker te maken worden buisjes verkocht waar de waterdichte MEMS microfoon in is gegoten. https://shop.watterott.com/Microphon-IM72D128V01-with-1-2-tube

Nieuwe zelfbouwgeluidmeters doen het goed

Drie bouwers uit Apeldoorn, Brabant en Noord-Limburg hebben in september ook nog zelfbouwgeluidmeters getest op het RIVM. Dat is een vervolg op de testen die eerder zijn beschreven in Vergelijkende metingen met betaalbare zelfbouwgeluidmeters | RIVM. Ze hebben inmiddels nieuwe versies van hun geluidmeters gemaakt. De metingen zijn geanalyseerd door een van de bouwers. De eerste resultaten geven een goed beeld van de kwaliteit van de geluidmeters.

Figuur 6: Meetresultaten van geluidniveaus (hoe hard het geluid is) in dB(A) van twee zelfbouwgeluidmeters uitgezet tegen meetresultaten van klasse 1 meters. Hoe beter de puntjes op de diagonale lijn liggen, hoe beter de geluidmeters het doen, want dan meten beide geluidmeters hetzelfde. Op deze manier kun je systematische verschillen goed zien, bijvoorbeeld of een geluidmeter altijd te hoog of te laag meet.

In de plaatjes zie je de vergelijking van meetresultaten van twee van de drie zelfbouwgeluidmeters ten opzichte van een klasse 1 geluidmeter. De bouwer heeft zelf de data geanalyseerd en deze grafiek gemaakt. Op de x-as de klasse 1 geluidmeter en op de y-as de zelfbouwgeluidmeter. De geluidmeter van het bovenste plaatje meet ruim 1 dB te hoog. De afwijking is bij alle niveaus hetzelfde. Daardoor zijn de metingen makkelijk te corrigeren door de geluidmeter 1 dB lager in te stellen. De geluidmeter in het onderste plaatje meet gemiddeld hetzelfde als de klasse 1 (afwijking 0,0 dB). Dat ziet er goed uit!