Objaśnienie mierników poziomu dźwięku: klasy, wagi, kalibracja i zastosowanie w terenie

Stań na pomoście o szóstej rano lub obok kompresora, który według wszystkich w hali produkcyjnej jest całkowicie normalny, i prędzej czy później dojdziesz do tego samego wniosku: wycisk to nie pomiar. Istnieje miernik poziomu dźwięku umożliwiający dokonanie tej konwersji. Ciśnienie akustyczne w paskalach staje się liczbą w decybelach i tę liczbę można porównać z wartością graniczną, wartością bazową lub odczytem, ​​który ktoś inny dokonał w tym samym miejscu dwa lata temu.

Codziennie budujemy łańcuch pomiarowy, który stoi za tymi liczbami: mikrofony pojemnościowe, wielokanałowe analizatory sygnału dynamicznego, sprzęt wzbudzający i przyrządy kalibracyjne. Inżynierowie testujący, zespoły konserwacyjne i laboratoria uniwersyteckie wciąż zadają te same pytania, dlatego w tym przewodniku zebrano praktyczne odpowiedzi w jednym miejscu: co faktycznie mierzy przyrząd, jak klasyfikują to normy, gdzie zwykle odczyty są błędne i kiedy miernik ręczny powinien ustąpić miejsca pełnemu systemowi akwizycji.

Co naprawdę mierzy miernik poziomu dźwięku

Wewnątrz instrumentu membrana mikrofonu porusza się o kilka nanometrów i wytwarza napięcie proporcjonalne do ciśnienia akustycznego. Ciśnienie to wyraża się następnie w odniesieniu do wartości odniesienia wynoszącej 20 mikropaskali, czyli w przybliżeniu progu słyszalności przy 1 kHz, przy użyciu współczynnika logarytmicznego: 20-krotność logarytmu dziesiętnego zmierzonego ciśnienia podzielonego przez ciśnienie odniesienia. Skala decybeli istnieje, ponieważ samo ucho jest logarytmiczne. Wzrost o sześć decybeli podwaja ciśnienie akustyczne, wzrost o dziesięć decybeli jest zwykle słyszalny mniej więcej dwukrotnie głośniej, a stukrotny wzrost ciśnienia staje się możliwym do opanowania czterdziestoma decybelami.

Zwróć uwagę na to, co jest mierzone. Miernik poziomu dźwięku podaje poziom ciśnienia akustycznego w miejscu kapsuły. Nie podaje mocy akustycznej, która opisuje samo źródło i jest uzyskiwana zupełnie innymi metodami. Utrzymanie tego rozróżnienia w sposób jasny pozwala uniknąć wielu nieporozumień, gdy arkusz danych dostawcy i badanie terenowe wydają się nie zgadzać.

Nowoczesne liczniki rzadko zatrzymują się na chwilowym poziomie. Detektor uśrednia ważony sygnał, a przyrząd przechowuje rodzinę wyników. Poniższa tabela przedstawia te, które pojawiają się najczęściej w raportach i standardach.

Wnętrze instrumentu: kapsuła, przedwzmacniacz, detektor

Większość profesjonalnych mierników wykorzystuje półcalową kapsułę skraplacza. Cienka, metalizowana membrana znajduje się blisko tylnej ścianki, a zmieniająca się między nimi pojemność zamienia się w napięcie. Zewnętrznie spolaryzowane kapsułki wymagają stabilnego źródła polaryzacji; konstrukcje wstępnie spolaryzowane przenoszą stały ładunek w materiale membrany i łatwiej tolerują warunki polowe. Orientacja kapsuły również ma znaczenie: mikrofony o wolnym polu są korygowane pod kątem zakłóceń powodowanych przez własne ciało, gdy są skierowane na źródło, mikrofony ciśnieniowe są przeznaczone do montażu podtynkowego lub na łącznikach, a typy o przypadkowym występowaniu dzielą różnicę.

Za kapsułą przedwzmacniacz musi wykazywać wyjątkowo wysoką impedancję wejściową, aby sygnał małej kapsuły przetrwał kabel. Stamtąd sygnał przechodzi przez sieć ważenia częstotliwości, detektor średniej kwadratowej z możliwością wyboru stałych czasowych, a na koniec etap wyświetlania i rejestrowania. Warto pamiętać, gdzie tak naprawdę decyduje dokładność. Wyświetlacz prawie w żaden sposób nie przyczynia się do błędu; kapsuła, jej kalibracja i akustyka wokół instrumentu decydują o niemal wszystkim.

Ponieważ podstawą każdego pomiaru akustycznego jest czujnik, przykładamy dużą wagę do jakości kapsułki i stabilności mechanicznej. Nasze akustyczne mikrofony pojemnościowe są przeznaczone do użytku laboratoryjnego i terenowego wraz z analizatorami rejestrującymi ich sygnał wyjściowy.

Kategoria produktu akustycznych mikrofonów pojemnościowych Na tej stronie kategorii nie znajdują się obecnie żadne modele mikrofonów, ale obok analizatorów i sprzętu do pomiaru drgań umieszczane są kapsuły akustyczne. Zobacz produkt →

Ważenie częstotliwości i czasu bez żargonu

Ludzkie ucho nie jest jednakowo wrażliwe we wszystkich częstotliwościach i nie ma jednej wagi odpowiadającej każdemu pytaniu. Dlatego normy definiują kilka krzywych, a odczyt nie ma znaczenia, jeśli nie jest podana krzywa wraz ze stałą czasową zastosowaną do jej wygładzenia.

Ważenie czasu działa równolegle. Fast wykorzystuje stałą wykładniczą trwającą 125 milisekund i zachowuje się mniej więcej tak, jak percepcja głośności przez człowieka; Slow wykorzystuje jedną sekundę i zapewnia stabilniejszy odczyt; Impuls wykorzystuje szybki wzrost i powolny zanik w przypadku zdarzeń przejściowych. Kiedy w raporcie jest napisane „82 dB” i nic więcej, zapytaj, jaką wagę i stałą czasową zastosowano. To samo zdarzenie może z łatwością wygenerować wartości różniące się o cztery lub pięć decybeli przy różnych ustawieniach.

Aby liczby były zakotwiczone w codziennym doświadczeniu, poniższy wykres porównuje typowe poziomy ważone A. Jest raczej odniesieniem do intuicji niż substytutem pomiaru.

Klasy IEC 61672: klasa 1 i klasa 2 w praktyce

Międzynarodowa norma IEC 61672 dzieli przyrządy na dwie klasy wydajności. Różnica nie jest kosmetyczna: określa, jaką tolerancję dopuszcza producent dla każdej częstotliwości, jak szeroki musi być liniowy zakres roboczy, a co za tym idzie, jakie pomiary przyrząd może wiarygodnie wspierać. Poniższe liczby mają raczej charakter typowy niż wyczerpujący, dlatego zawsze należy sprawdzić szczegóły w oparciu o aktualne wydanie normy i krajowe zasady weryfikacji.

Obydwa instrumenty różnych klas mogą być „poprawne”, a mimo to różnić się o decybel lub więcej w zakresie skrajnych częstotliwości. Jeśli w umowie powołano się na jakąś klasę, potraktuj to powołanie jako wymóg, a nie preferencję.

Pięć pytań, na które należy odpowiedzieć przed porównaniem modeli

Cenniki rzadko odpowiadają na pytania decydujące o tym, czy zakup się powiedzie. Zwykle zaczynamy rozmowę od takich osób:

1. Jaką decyzję będzie wspierał ten numer? Jednorazowa kontrola i test zgodności z umową uzasadniają zastosowanie różnych instrumentów.
2. Który wskaźnik faktycznie określa limit? Przed pierwszym pomiarem należy zapisać ważenie, stałą czasową i okres uśredniania.
3. Pojedynczy punkt czy mapa? Jeśli potrzebujesz kilku lokalizacji jednocześnie lub hałasu i wibracji, pojedynczy ręczny miernik ostatecznie stanie się wąskim gardłem.
4. Jak długo bez opieki? Czas rejestrowania, pamięć, żywotność baterii, ochrona przed warunkami atmosferycznymi i zdalny dostęp mają znaczenie, gdy pomiar trwa tygodniami.
5. Kto to weryfikuje i jak często? Kalibrację i okresową weryfikację należy zaplanować przy zakupie, a nie wykryć przy pierwszym audycie.

Kalibracja to nawyk oddzielający dane od liczb

Kalibrator akustyczny jest umieszczony na kapsule i wytwarza znany poziom, zwykle 94 dB przy 1 kHz, przy czym 114 dB jest dostępne do sprawdzenia liniowości na wyższych poziomach. Procedura jest krótka i nie jest opcjonalna: sprawdź przed pomiarem, sprawdź po i zapisz obie wartości w pliku. Dryft większy niż pół decybeli jest zachętą do zatrzymania się i zbadania, a nie do zastosowania korekty i kontynuowania.

Środowisko zasługuje na równą uwagę. Wiatr wiejący nad kapsułą generuje własny hałas, który piankowa szyba przednia zmniejsza, ale nigdy nie eliminuje. Temperatura, wilgotność, ciśnienie atmosferyczne i dopasowanie kalibratora nieznacznie zmieniają odczyty. Porównując dwa badania w odstępie kilku miesięcy, należy zwrócić uwagę na te warunki równie uważnie, jak na model instrumentu.

Tę samą dyscyplinę stosuje się po stronie wibracji programu testowego, gdzie akcelerometry i wzmacniacze ładunku wymagają tego samego rodzaju weryfikacji w terenie. Nasz przenośny kalibrator drgań obejmuje tę część łańcucha, dzięki czemu można zweryfikować połączone badanie hałasu i wibracji za pomocą jednej torby z zestawem.

Przenośny kalibrator drgań do weryfikacji w terenie W tej kategorii wymieniono pięć przenośnych kalibratorów drgań, wspomagających weryfikację terenową akcelerometru i łańcuchów wzmacniacza ładunku w połączonych badaniach hałasu i wibracji. Zobacz produkt →

Gdzie mierniki poziomu dźwięku zarabiają na życie

Instrument jest przeznaczony do celów ogólnych; zastosowania są specyficzne i każdy narzuca swoje własne nawyki:

• Hałas środowiskowy i społeczny. Długoterminowe rejestrowanie granic, statystyki percentylowe i staranna dokumentacja pogody i warunków pracy.
• Akustyka budynku. Izolacja powietrzna i udarowa, czas pogłosu i dane dotyczące pasma oktawowego wymagane przez większość metod oceny.
• Hałas maszyn i produktów. Identyfikacja dominujących źródeł, porównywanie wariantów projektowych i wspieranie testów deklaracyjnych lub akceptacyjnych.
• Narażenie w miejscu pracy. Dozymetria osobista i badania obszaru, z uwzględnieniem czasu trwania, zdarzeń szczytowych i rzeczywistego wzorca narażenia.
• Transport. Pomiary przejazdów, komfort wnętrza pojazdu, hałas kolejowy i morski, gdzie zwykle konieczne jest jednoczesne rejestrowanie wibracji.
• Nauczanie i badania. Ćwiczenia laboratoryjne i projekty studenckie, gdzie solidny instrument z przejrzystymi ustawieniami uczy lepszych nawyków niż aplikacja.

Jeżeli projekt obejmuje kilka z tych obszarów, zazwyczaj bardziej ekonomiczne jest zaplanowanie całego łańcucha na raz, niż kupowanie oddzielnych instrumentów dla każdego z nich. Nasz rozwiązania do testów wibracyjnych i dynamicznych są zorganizowane wokół tej idei: czujniki, akwizycja, wzbudzenie, kalibracja i oprogramowanie zaprojektowane do pracy jako jeden system.

Nawyki terenowe chroniące czytanie

Większość złych danych akustycznych nie jest spowodowana złymi instrumentami. Jest to spowodowane drobnymi wyborami proceduralnymi dokonywanymi pod presją czasu. Oto te, które widzimy najczęściej:

1. Trzymaj miernik na wyciągnięcie ręki lub zamontuj go na statywie; Twoje ciało odbija dźwięk, a Twoja dłoń może zamaskować kapsułkę.
2. Skieruj kapsułę wolnego pola w stronę źródła i utrzymuj stały kąt pomiędzy punktami pomiarowymi.
3. Zwróć uwagę na wagę, stałą czasową i okres uśredniania każdego zapisanego wyniku, a nie tylko nagłówka.
4. Nagraj krótki plik audio lub migawkę trzeciej oktawy obok poziomu, aby później można było wyjaśnić dziwny wynik.
5. Zmierz tło osobno; źródła znajdującego się zaledwie kilka decybeli nad tłem nie można w prosty sposób określić ilościowo.
6. Za każdym razem zapisuj w raporcie numer seryjny przyrządu, wartości kalibracji i wersję oprogramowania sprzętowego.

Kiedy ręczny miernik już nie wystarcza

Ręczny miernik odpowiada na pytanie „jak głośno”. Zmaga się z tym, „który komponent i dlaczego”. Gdy projekt wymaga widma trzeciej oktawy lub widma wąskopasmowego, analizy kolejności maszyn wirujących, równoczesnych kanałów hałasu i wibracji lub ciągłego monitorowania przez miesiące, naturalnym następnym krokiem jest wielokanałowy analizator sygnału dynamicznego z podłączonymi odpowiednimi przetwornikami.

Ten krok zmienia przepływ pracy w użyteczny sposób. Wszystkie kanały mają tę samą podstawę czasu, więc relacje fazowe pozostają zachowane i możliwa jest analiza ścieżki przenoszenia. Dane można przesyłać strumieniowo do sieci, a nie przenosić z miejsca zdarzenia na karcie pamięci. Ten sam sprzęt, który rejestruje hałas, rejestruje również przyspieszenie, siłę i odkształcenie, czyli dokładnie to, czego wymaga test modalny lub dochodzenie.

Analizatory sieciowe, takie jak nasze przyrządy z rodziny ZTN8128, są zwykle stosowane tam, gdzie konieczne jest jednoczesne zarejestrowanie kilku punktów pomiarowych, na przykład obudowa maszyny, stanowisko testowe skrzyni biegów lub fasada budynku z wieloma pozycjami mikrofonów.

ZT-N8208I 8-kanałowy analizator napięcia/sygnału dynamicznego IEPE Ośmiokanałowy, 24-bitowy analizator z Ethernetem 100 Mb/s, wzbudzeniem IEPE i próbkowaniem 128 kHz do zsynchronizowanych pomiarów drgań i wstrząsów. Zobacz produkt →

Jeśli rozważasz oba podejścia, nasza uwaga dot czym dynamiczny analizator sygnału różni się od tradycyjnego instrumentu bardziej szczegółowo omawia kompromisy.

Schemat tego wszystkiego jest spójny. Miernik poziomu dźwięku znacznie bardziej nagradza przygotowanie niż funkcje: podana miara, zweryfikowana kapsułka, rozsądna pozycja pomiaru i zarejestrowana kontrola kalibracji będą działać lepiej niż droższy instrument używany niedbale. Niezależnie od tego, czy liczba ta zakończy się raportem zgodności, decyzją projektową czy pierwszym eksperymentem studenta, zasługuje na tę samą dyscyplinę. To jest ta część pracy, którą lubimy najbardziej i zawsze chętnie omawiamy łańcuch pomiarowy przed jego zamówieniem, a nie po nim.