Kako odabrati najbolji mjerač razine zvučnog tlaka za precizno mjerenje buke

Kupnja mjerača zvučnog tlaka čudno je iskustvo. Desetak instrumenata izgleda gotovo identično, nalaze se unutar uskog raspona cijena i svi obećavaju "visoku točnost". Razlike koje zapravo odlučuju hoće li vaši podaci preživjeti kontrolu rijetko su vidljive na fotografiji proizvoda. Oni žive u kapsuli mikrofona, u klasi tolerancije za koju je instrument odobren, u frekvencijskom rasponu koji može pokriti, iu informacijama koje vam vraća nakon završetka mjerenja.

Provodimo svoje radne dane u izgradnji lanaca za mjerenje buke i vibracija, tako da je naše stajalište praktično: ne postoji jedini najbolji mjerač razine zvučnog tlaka, samo najbolji spoj između instrumenta i posla. Ovaj vodič govori o tome što ovi instrumenti stvarno mjere, kako funkcionira razlika između klase 1 i klase 2, kada ručni mjerač više nije dovoljan i koje specifikacije zaslužuju vašu pozornost prije nego što se posvetite.

Što mjerač razine zvučnog tlaka zapravo mjeri

Zvuk je brza, sićušna fluktuacija tlaka zraka. Pozadina tihog ureda pomakne zrak za djelić paskala, normalan razgovor za nekoliko stotinki paskala, a mlazni motor iz neposredne blizine za desetke paskala. Budući da taj raspon pokriva nekoliko milijuna prema jedan, komprimira se na logaritamsku ljestvicu, decibel, s referentnim tlakom od 20 mikropaskala (µPa) — otprilike najtiši ton od 1 kHz koji mlado, zdravo uho može otkriti.

Bez obzira na cijenu, svaki mjerač razine zvučnog tlaka sadrži ista četiri bloka. Kapsula mikrofona pretvara pritisak u vrlo mali napon. Pretpojačalo čuva taj napon i pokreće kabel bez dodavanja šuma. Elektronika za pretvorbu i obradu primjenjuje ponderiranje frekvencije i vremena na signal. Zaslon, memorijska kartica ili mrežna veza prenose rezultat iz instrumenta. Ono što se mijenja između jeftinog mjerača i laboratorijskog lanca nije arhitektura, već koliko vjerno svaki blok radi i koliko izvornog signala smijete zadržati.

Mjerilo koje pokazuje samo jedan broj krije jako puno odluka koje su donesene u vaše ime. Prije usporedbe modela, dobro je ovladati vokabularom na listu sa specifikacijama:

• SPL (dB re 20 µPa): trenutna razina zvučnog tlaka, broj koji ljudi misle kada pitaju koliko je nešto glasno.
• A-ponderiranje: filtar koji prigušuje niske frekvencije na način koji oponaša ljudski sluh; osnova je gotovo svakog ograničenja buke u okolišu i na radnom mjestu.
• C-ponderiranje i Z (ravno): teži niskofrekventni sadržaj i bez ikakvog ponderiranja, koristi se za vršne razine, testove opreme i sve analize u kojima ne želite da se mišljenje instrumenta ugradi u podatke.
• Vremensko ponderiranje: krivulje brzog, sporog i impulsnog odziva koje određuju koliko brzo prikazana razina slijedi promjenjivi signal.
• Leq: ekvivalentna kontinuirana razina, energetski prosjek tijekom navedenog razdoblja i daleko bolji sažetak fluktuirajućeg izvora nego bilo koji pojedinačni trenutak.
• Lmax, Lmin i Lpeak: ekstremi, s vrhom izmjerenim na mnogo bržem detektoru nego što ga zaslon može pratiti.
• Opsezi oktave i treće oktave: razina podijeljena prema frekvenciji, što je ono što vam je potrebno kako biste identificirali tonski izvor ili usporedili rezultat s krivuljom ocjene buke.
• Statističke razine (L10, L50, L90): razine prekoračene za 10, 50 i 90 posto razdoblja mjerenja, široko se koristi u procjeni buke u prometu i zajednici.

Instrument koji prijavljuje samo prvu stavku na tom popisu je alat za provjeru. Instrument koji prijavljuje sve njih, s dovoljno memorije i trajanjem baterije da radi danima, je instrument za praćenje. Prva je poštena odluka o kupnji odlučiti što vam od to dvoje zapravo treba.

Usklađivanje instrumenta s poslom

Isti princip mjerenja služi vrlo različitim zadacima, a zadaci nameću različite zahtjeve hardveru. Većina pogrešaka pri kupnji dolazi od odabira instrumenta koji je izvrstan za jedan posao, a neadekvatan za posao koji se radi.

Klase točnosti: Klasa 1, Klasa 2 i Laboratorijski lanac

IEC 61672-1 definira dvije klase performansi za mjerače razine zvuka. Instrument klase 1 mora imati strože tolerancije u širem frekvencijskom rasponu od instrumenta klase 2, a obje klase se provjeravaju putem odobrenja tipa i, u mnogim zemljama, periodične provjere pojedinačnog instrumenta. Klasa 1 obično se očekuje gdje god se rezultat može osporavati - izvješćivanje o sukladnosti, pravni sporovi, deklaracije proizvoda - dok klasa 2 odgovara općim pregledima, skriningu i internim provjerama.

Oznaka klase, međutim, opisuje mjerač. Ne govori ništa o tome koliko ste ga dobro koristili, kako je mikrofon montiran ili je li mjerni lanac ovjeren tog dana. Mjerač klase 1 usmjeren na pogrešno mjesto, bez vjetrobrana na laganom povjetarcu, dat će lošije podatke od mjerača klase 2 koji se pažljivo koristi.

Treći put - mjerni mikrofon koji napaja dinamički analizator signala - nalazi se izvan sustava klase ručnih uređaja. Njegova točnost je svojstvo cijelog lanca: kapsula, pretpojačalo, kabliranje, digitalizator i kalibracija. To vam daje slobodu, ali također znači da je odgovornost za sljedivost vaša.

Mikrofon odlučuje više nego mjerač

Ako oduzmete jednu ideju iz ovog članka, neka to bude ova: u većini praktičnih situacija, mikrofonska kapsula i njeno pretpojačalo ograničavaju kvalitetu mjerenja mnogo prije nego što to učini elektronika. Precizna kapsula s dobro usklađenim pretpojačalom ispred običnog digitalizatora svaki put će nadmašiti odličan digitalizator napajan osrednjom kapsulom.

Mjerni kondenzatorski mikrofoni s razlogom su određeni promjerom. Kapsula od pola inča nudi dobar kompromis između osjetljivosti i ponašanja visokih frekvencija, dok kapsula od četvrt inča žrtvuje osjetljivost radi šireg, ravnijeg odziva i boljih performansi pri visokim razinama zvuka iu skučenim prostorima. Verzije slobodnog polja, tlaka i nasumičnog upada ispravne za različita akustična okruženja; odabir pogrešnog unosi nekoliko desetinki decibela pogreške na visokim frekvencijama, što je važno kada uspoređujete rezultate između laboratorija.

Polarizacija je druga odluka. Vanjski polarizirani mikrofoni trebaju zasebno napajanje od 200 V i pružaju izvrsnu dugoročnu stabilnost. Predpolarizirani (CCP/IEPE) tipovi rade iz jednostavnog izvora konstantne struje, zbog čega se tako lako integriraju s modernim hardverom za prikupljanje podataka, uključujući naš vlastiti asortiman akustičnih kondenzatorskih mikrofona, gdje su kapsula, predpojačalo i raspored napajanja usklađeni tako da je osjetljivost prema kojoj kalibrirate osjetljivost kojom mjerite.

Od mikrofona do podataka: što analizator dodaje

Ručni mjerači namjerno odbacuju informacije. Većina njih izračunava razinu prema vremenu i zadržava samo sažetak. Dinamički analizator signala radi suprotno: pohranjuje neobrađeni, kalibrirani valni oblik iz mikrofona tako da se na svako kasnije pitanje - razine vrpci, spektri, tonalitet, impulzivnost, korelacija s brzinom stroja - može odgovoriti iz istog zapisa bez drugog posjeta mjestu.

Zahtjeve je jednostavno navesti. Analogni prednji kraj mora opskrbljivati ​​mikrofon konstantnom strujom, obično nekoliko miliampera na 18 do 24 volta. Analogno-digitalni pretvarač treba biti 24-bitni sa simultanim uzorkovanjem na svim kanalima, kako bi se očuvali fazni odnosi između mikrofona i akcelerometara. Brzina uzorkovanja mora premašiti dvostruko najveću frekvenciju od interesa, au praksi želite znatno veću marginu od te ako namjeravate uhvatiti impulzivne događaje ili ponovno koristiti valni oblik za reprodukciju. Jednokanalni instrument velike brzine kao što je ZTU8301C, koji uzorkuje do 256 kHz, upravo je ona vrsta alata koja pretvara mikrofon u punu mjernu stanicu.

ZT-U8301C 256 kHz jednokanalni dinamički analizator signala USB 24-bitni jednokanalni analizator s uzorkovanjem od 256 kHz, IEPE napajanjem i anti-aliasing filtriranjem za pretvaranje mikrofona u mjerne stanice. Pogledajte proizvod →

Ako još niste sigurni gdje završava instrument opće namjene, a počinje pravi analizator, ovo kratko objašnjenje kako se dinamički analizator signala razlikuje od tradicionalnog instrumenta je korisno mjesto za početak.

Kada jedan mikrofon nije dovoljan

Mnoštvo problema s bukom ne može se riješiti iz jedne točke. Lociranje izvora na velikom stroju, mapiranje zvučnog polja oko vozila, mjerenje prolazne buke ili praćenje nekoliko položaja oko postrojenja sve ovisi o mnogim kanalima snimljenim u istom trenutku. Usklađivanje faze između kanala postaje važnije od apsolutne točnosti, jer su korisne informacije u razlikama između kanala.

Tu broj kanala i protok podataka preuzimaju specifikaciju kapsule. Analizator temeljen na kartici kao što je ZTG9232I, s 32 kanala koji se prenose preko gigabitnog Etherneta, daje vam sinkronu snimku cijele strukture u jednom prolazu i omogućuje da isti hardver opslužuje i akustične nizove i kanale mjerača ubrzanja koji ih obično prate.

ZT-G9232I 32-kanalni Gigabit Ethernet dinamički analizator signala 32-kanalni, 24-bitni Ethernet analizator za sinkroni napon, IEPE i prikupljanje naprezanja u praćenju vibracija i buke u više točaka. Pogledajte proizvod →

Za rad s više točaka, proračun za kablove i vrijeme snimanja pažljivo planirajte kao što planirate za kanale. Snimanje od 32 kanala pri visokoj stopi uzorkovanja iznenađujuće brzo ispunjava pohranu, a mogućnost pokretanja, prethodnog pokretanja i segmentiranja snimanja često je važnija od sirove propusnosti.

Kalibracija, sljedivost i provjere na terenu

Svaki lanac akustičkih mjerenja je pomaknut, a svaki bitan rezultat treba braniti. Rutina je jednostavna: nanesite akustični kalibrator na mikrofon neposredno prije mjerenja i ponovno odmah nakon mjerenja. Ako se dvije provjere slažu unutar male margine, lanac se smatra stabilnim tijekom trajanja. Ako se ne slažu, podaci između njih su sumnjivi, bez obzira na to koliko elegantno spektar izgleda.

Kalibratori na terenu obično proizvode 94 dB i 114 dB na 1 kHz na montiranom mikrofonu, s kalibratorom klase 1 specificiranim prema IEC 60942 koji je odgovarajući pratilac za mjerni lanac klase 1. Osim svakodnevnih provjera, instrument i mikrofon trebali bi se u određenim intervalima vraćati u laboratorij na provjeru, tako da sljedivost vaših rezultata ne ovisi o uređaju koji je tiho lutao tri godine.

• Ispravci okruženja. Temperatura, vlaga i statički tlak utječu na osjetljivost kapsule, a najveći se učinci pojavljuju na krajnjim granicama radnog raspona, a ne u udobnom laboratoriju.
• Vjetrobransko staklo. Na otvorenom, vjetrobran je bitan; njegov učinak umetanja je malen, ali ne jednak nuli, i treba ga uzeti u obzir kada se rezultati objavljuju na djelić decibela.
• Pozadinska buka. Kada je izvor interesa samo nekoliko decibela iznad pozadine, izmjerena razina je djelomično pozadina. Standardna praksa je primijeniti korekciju kada je razlika mala i odbaciti mjerenje kada izvor uopće ne prelazi pozadinu.
• Montaža i orijentacija. Refleksije od operatera, od stativa ili od uzemljenja mogu premašiti klasu točnosti samog instrumenta.

Ručni mjerač ili mjerni lanac? Put odluke

Izbor se obično rješava sam od sebe nakon što iskreno odgovorite na tri pitanja. Trebate li braniti broj u formalnom kontekstu? Trebate li razumjeti izvor, umjesto da ga samo kvantificirate? Hoće li netko postaviti novo pitanje o ovim podacima za šest mjeseci?

• Dva ili tri odgovora "ne" ukazuju na ručni mjerač klase 2, koji se pažljivo koristi, provjeren kalibratorom.
• "Da" na formalnu obrambenost upućuje na instrument klase 1 s zapisom i dokumentiranom poviješću verifikacije.
• "Da" na razumijevanje izvora ili na buduću ponovnu analizu ukazuje na mikrofon i lanac analizatora gdje se čuva neobrađeni signal.

Mnogi timovi na kraju dobiju oboje: ručni mjerač za brza istraživanja i kanalski sustav za mjerenja koja generiraju izvješća. Ako vaš rad obuhvaća buku i vibracije zajedno, vrijedi pregledati kako se dvije strane uklapaju u jednu arhitekturu, što je ono što naš sustavi za ispitivanje vibracija i dinamike izgrađeni su oko — zajedničkih senzora, zajedničke akvizicije i zajedničkog okruženja za analizu.

Specifikacije koje trebate provjeriti prije kupnje

Sljedeći popis je onaj koji bismo primijenili na bilo koji instrument kandidat, bez obzira na marku ili cjenovni razred. Proradite to redom i većina neprikladnih modela će se sama eliminirati.

1. Vrsta i promjer mikrofona. Potvrdite je li kapsula slobodnog polja, tlaka ili slučajnog upada te je li prepolarizirana ili vanjska polarizacija.
2. Frekvencijski raspon. Provjerite raspon na koji se navedena tolerancija stvarno primjenjuje, a ne raspon na kojem instrument samo proizvodi broj.
3. Dinamički raspon i vlastiti šum. Širok raspon je koristan samo ako je donji kraj stvarno dovoljno tih za vašu najnižu očekivanu razinu.
4. Ponderiranje i vremenske konstante. Ponderiranje A, C i Z plus Brzo, Sporo i Impulsno pokrivaju veliku većinu poslova temeljenih na standardima.
5. Zapisivanje podataka i memorija. Odredite koliko dana snimanja bez nadzora instrument može držati i kako se podaci dohvaćaju.
6. Stopa uzorkovanja i dubina bita. Za analizu potražite 24-bitnu konverziju i istovremeno uzorkovanje na svim kanalima.
7. Vrsta ulaza i snaga senzora. Napon, IEPE i ulazi za punjenje, s odgovarajućim napajanjem konstantnom strujom za duge kabele, ostavljaju vaše mogućnosti otvorenima.
8. Broj kanala. Kupite za najveću mjeru koju realno očekujete, a ne za najmanju koju možete zamisliti.
9. Sučelje i sinkronizacija. USB za prijenosni rad s jednom jedinicom; Ethernet za stalne instalacije i sinkronizaciju više jedinica.
10. Softver i izvoz. Provjerite mogu li se rezultati izvesti u formate koje vaš tijek rada za izvješćivanje već koristi, bez vlasničkog pretvarača.
11. Put kalibracije. Potvrdite da se kapsula može kalibrirati standardnim terenskim kalibratorom i potvrditi u laboratoriju.
12. Zaštita okoliša. Vanjska i industrijska uporaba zahtijeva konektore, kućišta i kablove ocijenjene za uvjete koje će zadovoljiti.

Gdje mjerenja zvučnog tlaka pogriješe

Nakon dovoljno posjeta web-mjestu, ista šačica pogrešaka pojavljuje se iznova i iznova, a nijedna od njih nije uzrokovana time što je instrument pogrešne klase.

• Mjerenje na povjetarcu bez vjetrobranskog stakla, a zatim se pitate zašto je razina niskih frekvencija prenapuhana.
• Stajati između izvora i mikrofona i mjeriti refleksiju, a ne izvor.
• Snimanje razine samo nekoliko decibela iznad pozadine i prijavljivanje kao da je to sam izvor.
• Korištenje A-ponderiranih podataka za istraživanje niskofrekventnog problema za koji je A-ponderiranje osmišljeno da smanji naglasak.
• Zaboravljajući da jedna Leq vrijednost ne može opisati impulzivan izvor i potpuno izostavljajući vršna mjerenja.
• Kalibracija na početku istraživanja, a ne na kraju, tako da ništa ne provjerava lanac tijekom sati između.
• Snimanje samo sažetih razina, a kasnije otkrivanje da je za zanimljivo pitanje potreban valni oblik.

Primijetite koliko se od ovih problema rješava ne trošenjem više novca, već odlučivanjem unaprijed na što podaci moraju odgovoriti. Kratak pisani plan mjerenja, dugačak jednu stranicu, sprječava većinu njih.

Spajanje buke i vibracija

U praksi, zvučni tlak rijetko dolazi sam. Stroj koji je glasan obično također vibrira, a dva mjerenja odgovaraju na različite polovice istog pitanja. Mikrofoni snimaju ono što operater čuje; Akcelerometri i senzori sile otkrivaju odakle energija dolazi i kako putuje kroz strukturu prije nego što zrači kao buka.

Budući da se hardver za prikupljanje dijeli, granični trošak dodavanja vibracijskih kanala mjerenju buke je mali. Isti analizator istovremeno bilježi mikrofon, akcelerometar i kanale snage, tako da se praćenje naloga, modalna analiza i studije prijenosnog puta izvode na podacima snimljenim u jednoj sesiji. Tamo gdje je za akustičko mjerenje potrebna potvrda o kalibraciji, vibracijski kanali trebaju vlastitu rutu kalibracije, a oboje imaju koristi od zajedničke provjere prije nego što stroj počne raditi.

Često postavljana pitanja

Je li mjerač klase 1 uvijek bolji izbor?

Ne automatski. Klasa 1 omogućuje vam strože tolerancije i širi verificirani frekvencijski raspon, što je bitno kada se rezultat mora formalno braniti. Za rutinski pregled i interne usporedbe, pažljivo korišten instrument klase 2 daje savršeno upotrebljive brojeve. Ono što obje klase čini pouzdanima je disciplina kalibracije i razumna praksa mjerenja.

Može li aplikacija za pametni telefon zamijeniti mjerač razine zvučnog tlaka?

Telefonski mikrofon je dizajniran za govor, a ne za mjeriteljstvo. Njegov frekvencijski odziv je neujednačen, njegova automatska kontrola pojačanja može biti aktivna, a njegova apsolutna osjetljivost se ne može pratiti. Telefonske aplikacije korisne su za grubu indikaciju je li prostor glasan i za ništa što treba zapisati u izvješću.

Koliko često treba kalibrirati lanac?

Provjere na terenu prije i poslije svakog mjerenja, bez iznimke. Laboratorijska provjera instrumenta i kapsule u intervalima definiranim vašim sustavom kvalitete ili propisom prema kojem radite. Ako terenska provjera ispadne izvan granica prihvatljivosti, tretirajte cijelu sesiju kao sumnjivu.

Trebam li stvarno podatke o oktavnom pojasu?

Ako trebate znati kakva je buka, a ne samo koliko je glasna, onda da. Jedna A-ponderirana razina ne govori ništa o tome je li problem tonski, niskofrekventni ili širokopojasni, a strategija ublažavanja potpuno je drugačija u svakom slučaju. Podaci o opsegu također su ono što piše većina shema ocjenjivanja šuma.

Koliko bi trebao koštati dobar mjerač razine zvučnog tlaka?

Cijene prate sposobnost, a ne marku. Probirni mjerač, instrument za bilježenje klase 1 i višekanalni lanac analize nalaze se u tri jasno odvojena proračunska razreda, a odlučujući faktor trebao bi biti koji razred odgovara pitanjima na koja trebate odgovoriti. Kupnja jedne klase iznad vaših potreba je pristupačna; kupnja jedne klase ispod nje obično znači ponavljanje rada.

Traženje najboljeg mjerača razine zvučnog tlaka zapravo je pitanje namjere mjerenja. Odlučite što podaci moraju dokazati, koliko dugo moraju preživjeti i tko bi ih mogao ponovno ispitati, a list sa specifikacijama postaje puno lakši za čitanje. Najprije odaberite kapsulu, potom elektroniku za pretvorbu, a na kraju kućište — zatim kalibrirajte cijeli lanac prije nego što povjerujete jednom broju koji proizvodi. Taj redoslijed razmišljanja dobro nam je služio preko mostova, strojarnica, laboratorija i gradilišta, a dobro će poslužiti i vama.