Cum să alegeți cel mai bun sunet pentru măsurarea exactă a zgomotului

Cumpărăturile pentru un sonometru sunt o experiență ciudată. O duzină de instrumente arată aproape identic, se află într-o bandă de preț îngustă și toate promit „precizie ridicată”. Diferențele care decid de fapt dacă datele tale supraviețuiesc controlului sunt rareori vizibile într-o fotografie a produsului. Ei locuiesc în capsula microfonului, în clasa de toleranță la care a fost omologat instrumentul, în domeniul de frecvență pe care îl poate acoperi cu sinceritate și în informațiile pe care ți le predă înapoi odată ce măsurarea s-a încheiat.

Ne petrecem zilele de lucru construind lanțuri de măsurare a zgomotului și vibrațiilor, așa că punctul nostru de vedere este unul practic: nu există un singur contor de nivel al presiunii sonore, ci doar cea mai bună potrivire între un instrument și un loc de muncă. Acest ghid prezintă ce măsoară cu adevărat aceste instrumente, cum funcționează distincția Clasa 1 și Clasa 2, când un contor portabil nu mai este suficient și ce specificații merită atenția dumneavoastră înainte de a vă angaja.

Ce măsoară de fapt un sonometru

Sunetul este o fluctuație rapidă și mică a presiunii aerului. Fundalul unui birou liniștit mișcă aerul cu o fracțiune de pascal, conversația normală cu câteva zecimi de pascal și un motor cu reacție la distanță apropiată cu zeci de pascal. Deoarece intervalul acoperă câteva milioane până la unu, este comprimat pe o scară logaritmică, decibelul, cu o presiune de referință de 20 de micropascali (µPa) - aproximativ cel mai silențios ton de 1 kHz pe care îl poate detecta o ureche tânără și sănătoasă.

Indiferent de preț, fiecare contor de nivel sonor conține aceleași patru blocuri. O capsulă de microfon transformă presiunea într-o tensiune foarte mică. Un preamplificator tamponează această tensiune și conduce un cablu fără a adăuga zgomot. Electronica de conversie și procesare aplică semnalului ponderare în frecvență și ponderare în timp. Un afișaj, un card de memorie sau o legătură de rețea transportă rezultatul din instrument. Ceea ce se schimbă între un contor ieftin și un lanț de laborator nu este arhitectura, ci cât de fidel funcționează fiecare bloc și cât de mult din semnalul original aveți voie să păstrați.

Un contor care arată doar un număr ascunde foarte multe decizii care au fost luate în numele tău. Înainte de a compara modele, este de ajutor să fii fluent în vocabularul din fișa de specificații:

• SPL (dB re 20 µPa): nivelul instantaneu al presiunii sonore, numărul pe care oamenii îl spun atunci când întreabă cât de tare este ceva.
• Ponderare A: un filtru care atenuează frecvențele joase într-un mod care imită auzul uman; este baza aproape tuturor limitelor de zgomot de mediu și la locul de muncă.
• Ponderarea C și Z (plat): conținut mai greu de frecvență joasă și fără ponderare deloc, folosit pentru niveluri de vârf, teste de echipamente și orice analiză în care nu doriți ca opinia instrumentului să fie inclusă în date.
• Ponderarea timpului: curbele de răspuns rapid, lent și impuls care guvernează cât de repede nivelul afișat urmează un semnal în schimbare.
• Leq: nivelul continuu echivalent, o medie de energie pe o perioadă determinată și un rezumat mult mai bun al unei surse fluctuante decât orice moment.
• Lmax, Lmin și Lpeak: extremele, cu vârful măsurat pe un detector mult mai rapid decât poate urmări afișajul.
• Benzi de octava si a treia octava: nivelul împărțit în funcție de frecvență, care este ceea ce aveți nevoie pentru a identifica o sursă tonală sau pentru a compara un rezultat cu o curbă de evaluare a zgomotului.
• Niveluri statistice (L10, L50, L90): nivelurile depășite pentru 10, 50 și 90 la sută dintr-o perioadă de măsurare, utilizate pe scară largă în evaluarea traficului și a zgomotului comunitar.

Un instrument care raportează doar primul articol din acea listă este un instrument de screening. Un instrument care le raportează pe toate, cu suficientă memorie și durata de viață a bateriei pentru a continua să funcționeze zile întregi, este un instrument de monitorizare. A decide de care dintre cele două ai nevoie cu adevărat este prima decizie de cumpărare sinceră.

Potrivirea instrumentului la locul de muncă

Același principiu de măsurare servește sarcini foarte diferite, iar sarcinile impun cerințe diferite asupra hardware-ului. Cele mai multe greșeli de cumpărare provin din alegerea unui instrument care este excelent la un loc de muncă și inadecvat pentru jobul actual.

Clase de precizie: Clasa 1, Clasa 2 și Lanțul de laborator

IEC 61672-1 definește două clase de performanță pentru sonometre. Un instrument de Clasa 1 trebuie să aibă toleranțe mai strânse pe un interval de frecvență mai larg decât un instrument de Clasa 2 și ambele clase sunt verificate prin aprobarea de tip și, în multe țări, prin verificarea periodică a instrumentului individual. Clasa 1 este de obicei așteptată oriunde poate fi contestat un rezultat - raportare de conformitate, dispute legale, declarații de produs - în timp ce clasa 2 se potrivește sondajelor generale, screening-ului și verificărilor interne.

Cu toate acestea, eticheta clasei descrie contorul. Nu spune nimic despre cât de bine l-ați folosit, cum a fost montat microfonul sau dacă lanțul de măsurare a fost verificat în ziua respectivă. Un contor de clasa 1 îndreptat spre locul greșit, fără parbriz într-o adiere ușoară, va produce date mai proaste decât un contor de clasa 2 folosit cu atenție.

A treia cale – un microfon de măsurare care alimentează un analizor de semnal dinamic – se află în afara sistemului de clasă portabil. Precizia sa este o proprietate a întregului lanț: capsulă, preamplificator, cablare, digitizator și calibrare. Asta vă oferă libertate, dar înseamnă și că responsabilitatea trasabilității vă aparține.

Microfonul decide mai mult decât contorul

Dacă luați o idee din acest articol, lăsați-o să fie aceasta: în majoritatea situațiilor practice, capsula microfonului și preamplificatorul ei limitează calitatea unei măsurători cu mult înaintea electronicii. O capsulă de precizie cu un preamplificator bine adaptat în fața unui digitizator obișnuit va depăși un digitizator excelent alimentat de o capsulă mediocră, de fiecare dată.

Microfoanele cu condensator de măsurare sunt specificate în funcție de diametru dintr-un motiv. O capsulă de jumătate de inch oferă un compromis bun între sensibilitate și comportament de înaltă frecvență, în timp ce o capsulă de un sfert de inch sacrifică sensibilitatea pentru un răspuns mai larg, mai plat și o performanță mai bună la niveluri ridicate de sunet și în spații restrânse. Versiuni cu câmp liber, presiune și incidență aleatorie corecte pentru diferite medii acustice; alegerea greșită introduce câteva zecimi de decibel de eroare la frecvențe înalte, ceea ce contează atunci când comparați rezultatele între laboratoare.

Polarizarea este cealaltă decizie. Microfoanele polarizate extern au nevoie de o alimentare separată de 200 V și oferă o stabilitate excelentă pe termen lung. Tipurile prepolarizate (CCP/IEPE) funcționează dintr-o sursă simplă de curent constant, motiv pentru care se integrează atât de ușor cu hardware-ul modern de achiziție de date, inclusiv cu propria noastră gamă de microfoane cu condensator acustic, unde capsula, preamplificatorul și aranjamentul de alimentare sunt potrivite astfel încât sensibilitatea cu care calibrați să fie sensibilitatea cu care măsurați.

De la microfon la date: ce adaugă analizorul

Contoarele portabile aruncă în mod deliberat informații. Majoritatea calculează nivelul în timp și păstrează doar rezumatul. Un analizor de semnal dinamic face opusul: stochează forma de undă brută, calibrată de la microfon, astfel încât la fiecare întrebare ulterioară - niveluri de bandă, spectre, tonalitate, impulsivitate, corelație cu viteza mașinii - să poată fi răspuns din aceeași înregistrare fără o a doua vizită la locație.

Cerințele sunt simplu de precizat. Partea frontală analogică trebuie să furnizeze curent constant microfonului, de obicei câțiva miliamperi la 18 până la 24 de volți. Convertorul analog-digital ar trebui să fie pe 24 de biți cu eșantionare simultană pe toate canalele, astfel încât relațiile de fază dintre microfoane și accelerometre să fie păstrate. Rata de eșantionare trebuie să depășească de două ori cea mai mare frecvență de interes și, în practică, doriți o marjă considerabil mai mare decât aceasta dacă intenționați să captați evenimente impulsive sau să reutilizați forma de undă pentru redare. Un instrument cu un singur canal de mare viteză, cum ar fi ZTU8301C, care prelevează probe la până la 256 kHz, este exact genul de instrument care transformă un microfon într-o stație de măsurare completă.

Analizor de semnal dinamic cu un singur canal ZT-U8301C 256 kHz Un analizor USB pe 24 de biți cu un singur canal cu eșantionare de 256 kHz, putere IEPE și filtrare anti-aliasing pentru a transforma microfoanele în stații de măsurare. Vizualizare produs →

Dacă nu sunteți încă sigur unde se termină un instrument de uz general și unde începe un analizor autentic, această scurtă explicație a modul în care un analizor de semnal dinamic diferă de un instrument tradițional este un loc util de început.

Când un singur microfon nu este suficient

Multe probleme de zgomot nu pot fi rezolvate dintr-un singur punct. Localizarea unei surse pe o mașină mare, cartografierea unui câmp sonor în jurul unui vehicul, măsurarea zgomotului de trecere sau monitorizarea mai multor poziții în jurul unei fabrici depind de multe canale înregistrate în același moment. Potrivirea fazelor canal-canal devine mai importantă decât acuratețea absolută, deoarece informațiile utile se află în diferențele dintre canale.

Acesta este locul în care numărul de canale și debitul de date preiau de la specificația capsulei. Un analizor bazat pe card, cum ar fi ZTG9232I, cu 32 de canale transmise prin Gigabit Ethernet, vă oferă o imagine sincronă a unei întregi structuri dintr-o singură trecere și permite aceluiași hardware să servească atât matricele acustice, cât și canalele de accelerometru care le însoțesc de obicei.

ZT-G9232I Analizor de semnal dinamic Gigabit Ethernet cu 32 de canale Un analizor Ethernet pe 32 de canale, 24 de biți pentru tensiune sincronă, IEPE și achiziție de deformare în monitorizarea vibrațiilor și a zgomotului în mai multe puncte. Vizualizare produs →

Pentru lucrul în mai multe puncte, bugetați pentru cablare și timpul de înregistrare la fel de atent ca bugetul pentru canale. O înregistrare pe 32 de canale la o rată de eșantionare mare umple spațiul de stocare surprinzător de rapid, iar capacitatea de a declanșa, de a pre-declanșa și de a segmenta înregistrări contează adesea mai mult decât lățimea de bandă brută.

Calibrare, trasabilitate și verificări pe teren

Fiecare lanț de măsurare acustică se deplasează și fiecare rezultat care contează ar trebui apărat. Rutina este simplă: aplicați un calibrator acustic la microfon imediat înainte de măsurare și din nou imediat după. Dacă cele două verificări sunt de acord într-o marjă mică, lanțul este considerat stabil pe durata. Dacă nu sunt de acord, datele dintre ei sunt suspecte, indiferent de cât de elegant arată spectrul.

Calibratoarele de câmp produc de obicei 94 dB și 114 dB la 1 kHz pe microfonul montat, un calibrator de clasă 1 specificat conform IEC 60942 fiind însoțitorul potrivit pentru un lanț de măsurare de clasă 1. Pe lângă verificările zilnice, instrumentul și microfonul ar trebui să se întoarcă într-un laborator la intervale definite pentru verificare, astfel încât trasabilitatea rezultatelor dvs. să nu depindă de un dispozitiv care a plutit în liniște timp de trei ani.

• Corecții de mediu. Temperatura, umiditatea și presiunea statică influențează toate sensibilitatea capsulei, iar cele mai mari efecte apar mai degrabă la extremele intervalului de operare decât într-un laborator confortabil.
• Parbriz. În aer liber, un parbriz este esențial; efectul său de inserție este mic, dar nu zero și ar trebui luat în considerare atunci când rezultatele sunt raportate la o fracțiune de decibel.
• Zgomot de fundal. Când sursa de interes este doar câțiva decibeli deasupra fundalului, nivelul măsurat este parțial fundalul. Practica standard este de a aplica o corecție atunci când diferența este mică și de a renunța la măsurare atunci când sursa abia depășește fundalul.
• Montare si orientare. Reflecțiile de la operator, de la un trepied sau de la planul de sol pot depăși clasa de precizie a instrumentului în sine.

Contor portabil sau lanț de măsurare? O cale de decizie

De obicei, alegerea se rezolvă de la sine odată ce răspunzi sincer la trei întrebări. Trebuie să aperi numărul într-un context formal? Trebuie să înțelegeți sursa, mai degrabă decât să o cuantificați? Va pune cineva o nouă întrebare despre aceste date peste șase luni?

• Două sau trei răspunsuri „nu” indică un contor portabil de clasa 2, folosit cu atenție, verificat cu un calibrator.
• Un „da” privind apărarea formală indică un instrument de Clasa 1 cu înregistrare și un istoric de verificare documentat.
• Un „da” la înțelegerea sursei sau la o viitoare analiză indică un lanț de microfon și analizor în care semnalul brut este păstrat.

Multe echipe ajung cu ambele: un contor portabil pentru sondaje rapide și un sistem bazat pe canale pentru măsurătorile care generează rapoarte. Dacă munca dvs. cuprinde zgomot și vibrații împreună, merită să revizuiți modul în care cele două părți se potrivesc într-o singură arhitectură, ceea ce este ceea ce sisteme de testare dinamică și vibrații sunt construite în jurul — senzori partajați, achiziții partajate și un mediu de analiză comun.

Specificații de verificat înainte de a cumpăra

Următoarea listă este cea pe care am aplica-o oricărui instrument candidat, indiferent de marcă sau categorie de preț. Lucrați-l în ordine și majoritatea modelelor nepotrivite se vor elimina.

1. Tipul și diametrul microfonului. Confirmați dacă capsula are câmp liber, presiune sau incidență aleatorie și dacă este prepolarizată sau polarizată extern.
2. Gama de frecvente. Verificați domeniul în care se aplică de fapt toleranța declarată, nu domeniul în care instrumentul produce doar un număr.
3. Interval dinamic și autozgomot. O gamă largă este utilă numai dacă capătul de jos este cu adevărat suficient de silențios pentru cel mai scăzut nivel așteptat.
4. Ponderări și constante de timp. Ponderările A, C și Z plus Fast, Slow și Impulse acoperă marea majoritate a muncii bazate pe standarde.
5. Înregistrare date și memorie. Determinați câte zile de înregistrare nesupravegheată poate păstra instrumentul și modul în care sunt preluate datele.
6. Rata de eșantionare și adâncimea de biți. Pentru munca de analiză, căutați conversie pe 24 de biți și eșantionare simultană pe toate canalele.
7. Tipul de intrare și puterea senzorului. Intrările de tensiune, IEPE și de încărcare, cu alimentare adecvată cu curent constant pentru cabluri lungi, vă păstrează opțiunile deschise.
8. Număr de canale. Cumpărați pentru cea mai mare măsurătoare la care vă așteptați în mod realist, nu pentru cea mai mică pe care vă puteți imagina.
9. Interfață și sincronizare. USB pentru lucru portabil cu o singură unitate; Ethernet pentru instalații permanente și sincronizare cu mai multe unități.
10. Software și export. Verificați dacă rezultatele pot fi exportate în formatele pe care fluxul dvs. de lucru de raportare le utilizează deja, fără un convertor proprietar.
11. Calea de calibrare. Confirmați că capsula poate fi calibrată cu un calibrator standard de câmp și verificată într-un laborator.
12. Protecția mediului. Utilizarea în aer liber și industrial necesită conectori, carcase și cabluri evaluate pentru condițiile pe care le vor îndeplini.

Unde măsurătorile presiunii sonore nu merg greșit

După suficiente vizite pe site, aceleași erori apar din nou și din nou și niciuna dintre ele nu este cauzată de faptul că instrumentul este clasa greșită.

• Măsurând într-o briză fără parbriz, apoi mă întreb de ce este umflat nivelul de joasă frecvență.
• Stați între sursă și microfon și măsurând reflecția mai degrabă decât sursă.
• Înregistrarea unui nivel la doar câțiva decibeli deasupra fundalului și raportarea acestuia ca și cum ar fi doar sursa.
• Folosirea datelor ponderate A pentru a investiga o problemă de frecvență joasă pe care ponderarea A a fost concepută pentru a o subliniază.
• Uitând că o singură valoare Leq nu poate descrie o sursă impulsivă și omițând în totalitate măsurătorile de vârf.
• Calibrarea la începutul unui sondaj și nu la sfârșit, astfel încât nimic să nu verifice lanțul în orele intermediare.
• Înregistrând doar niveluri rezumative, apoi descoperind mai târziu că întrebarea interesantă avea nevoie de forma de undă.

Observați câte dintre aceste probleme sunt rezolvate nu cheltuind mai mulți bani, ci decidând dinainte la ce trebuie să răspundă datele. Un scurt plan de măsurare scris, lung de o pagină, împiedică majoritatea acestora.

Împreună zgomotul și vibrațiile

În practică, presiunea sonoră ajunge rareori singură. O mașină care este puternică vibrează, de obicei, și cele două măsurători răspund la jumătăți diferite ale aceleiași întrebări. Microfoanele captează ceea ce aude operatorul; accelerometrele și senzorii de forță dezvăluie de unde provine energia și cum se deplasează prin structură înainte de a radia sub formă de zgomot.

Deoarece hardware-ul de achiziție este partajat, costul marginal de adăugare a canalelor de vibrații la o măsurătoare de zgomot este mic. Același analizor înregistrează simultan canalele de microfon, accelerometru și forță, astfel încât urmărirea comenzilor, analiza modală și studiile căii de transfer rulează toate pe datele capturate într-o singură sesiune. Acolo unde măsurarea acustică necesită un certificat de calibrare, canalele de vibrații au nevoie de propriul traseu de calibrare și ambele beneficiază de a fi verificate împreună înainte ca mașina să înceapă să funcționeze.

Întrebări frecvente

Este un contor de clasa 1 întotdeauna alegerea mai bună?

Nu automat. Clasa 1 vă oferă toleranțe mai strânse și o gamă de frecvență verificată mai largă, ceea ce este esențial atunci când un rezultat trebuie apărat în mod formal. Pentru screening-ul de rutină și comparații interne, un instrument de Clasa 2 utilizat cu atenție produce numere perfect utile. Ceea ce face ca oricare dintre clase să fie demnă de încredere este disciplina de calibrare și practica sensibilă de măsurare.

Poate o aplicație pentru smartphone să înlocuiască un sonometru?

Un microfon de telefon este conceput pentru vorbire, nu pentru metrologie. Răspunsul său în frecvență este neuniform, controlul automat al câștigului poate fi activ, iar sensibilitatea sa absolută nu este urmăribilă. Aplicațiile pentru telefon sunt utile pentru o indicație aproximativă a faptului dacă un spațiu este zgomotos și pentru nimic care trebuie notat într-un raport.

Cât de des ar trebui calibrat lanțul?

Verificări pe teren înainte și după fiecare sesiune de măsurare, fără excepție. Verificarea de laborator a instrumentului și capsulei la intervale definite de sistemul dumneavoastră de calitate sau de regulamentul în care lucrați. Dacă o verificare pe teren nu se încadrează în marja de acceptare, tratați întreaga sesiune ca suspectă.

Chiar am nevoie de date de bandă de octave?

Dacă trebuie să știi care este zgomotul, mai degrabă decât doar cât de puternic este, atunci da. Un singur nivel ponderat A nu spune nimic despre problema dacă o problemă este tonală, de joasă frecvență sau de bandă largă, iar strategia de atenuare este complet diferită în fiecare caz. Datele de bandă sunt, de asemenea, ceea ce sunt scrise majoritatea schemelor de evaluare a zgomotului.

Cât ar trebui să coste un sonometru bun?

Prețurile urmăresc capacitatea mai degrabă decât marca. Un contor de screening, un instrument de înregistrare de clasă 1 și un lanț de analiză multicanal se află în trei paranteze bugetare clar separate, iar factorul decisiv ar trebui să fie care paranteză se potrivește întrebărilor la care trebuie să răspundeți. Cumpărarea unei clase peste nevoile dvs. este accesibilă; a cumpăra o clasă mai jos înseamnă de obicei repetarea lucrării.

Căutarea celui mai bun sunet de măsurare a nivelului de presiune este într-adevăr o întrebare despre intenția de măsurare. Decideți ce trebuie să dovedească datele, cât timp trebuie să supraviețuiască și cine le-ar putea reexamina, iar fișa de specificații devine mult mai ușor de citit. Alegeți mai întâi capsula, în al doilea rând electronica de conversie și în ultimul rând carcasa — apoi calibrați întregul lanț înainte de a avea încredere într-un singur număr pe care îl produce. Această ordine de gândire ne-a servit bine peste poduri, hale de mașini, laboratoare și șantiere și vă va fi de folos și pe dvs.