Ako si vybrať najlepší merač hladiny akustického tlaku na presné meranie hluku

Nákup merača hladiny akustického tlaku je zvláštny zážitok. Tucet nástrojov vyzerá takmer identicky, sedí v úzkom cenovom pásme a všetky sľubujú „vysokú presnosť“. Rozdiely, ktoré v skutočnosti rozhodujú o tom, či vaše údaje prežijú kontrolu, sú na fotografii produktu len zriedka viditeľné. Žijú v kapsule mikrofónu, v triede tolerancie, do ktorej bol prístroj schválený, vo frekvenčnom rozsahu, ktorý dokáže poctivo pokryť, a v informáciách, ktoré vám odovzdá po skončení merania.

Naše pracovné dni trávime budovaním reťazcov na meranie hluku a vibrácií, takže náš názor je praktický: neexistuje jediný najlepší merač hladiny akustického tlaku, len najlepšia zhoda medzi prístrojom a prácou. Táto príručka vás oboznámi s tým, čo tieto prístroje skutočne merajú, ako funguje rozlíšenie triedy 1 a triedy 2, kedy ručný merač prestáva stačiť a ktoré špecifikácie si zaslúžia vašu pozornosť predtým, ako sa zaviažete.

Čo vlastne meria merač hladiny akustického tlaku

Zvuk je rýchle, malé kolísanie tlaku vzduchu. Pozadie tichej kancelárie pohne vzduchom o zlomok pascalu, bežná konverzácia o niekoľko stotín pascalu a prúdový motor zblízka o desiatky pascalov. Pretože toto rozpätie pokrýva niekoľko miliónov ku jednej, je komprimované na logaritmickú stupnicu, decibel, s referenčným tlakom 20 mikropascalov (µPa) – čo je zhruba najtichší 1 kHz tón, ktorý dokáže mladé zdravé ucho zaznamenať.

Bez ohľadu na cenu, každý merač hladiny akustického tlaku obsahuje rovnaké štyri bloky. Kapsula mikrofónu premieňa tlak na veľmi malé napätie. Predzosilňovač vyrovnáva toto napätie a poháňa kábel bez pridania šumu. Konverzná a spracovateľská elektronika aplikuje na signál frekvenčné a časové váženie. Displej, pamäťová karta alebo sieťové prepojenie prenáša výsledok z prístroja. To, čo sa mení medzi lacným meračom a laboratórnym reťazcom, nie je architektúra, ale to, ako verne funguje každý blok, a koľko pôvodného signálu si môžete ponechať.

Merač, ktorý ukazuje iba jedno číslo, skrýva veľké množstvo rozhodnutí, ktoré boli urobené vo vašom mene. Pred porovnávaním modelov pomáha plynule ovládať slovnú zásobu na hárku so špecifikáciami:

• SPL (dB re 20 µPa): okamžitá hladina akustického tlaku, číslo, ktoré ľudia myslia, keď sa pýtajú, ako je niečo hlasné.
• A-váha: filter, ktorý tlmí nízke frekvencie spôsobom, ktorý napodobňuje ľudský sluch; je základom takmer každého environmentálneho a pracovného limitu hluku.
• C-závažie a Z (ploché): ťažší nízkofrekvenčný obsah a vôbec žiadne váženie, používané pre špičkové úrovne, testy zariadení a akúkoľvek analýzu, kde nechcete, aby sa do údajov zapracoval názor prístroja.
• Časové váženie: krivky odozvy Fast, Slow a Impulse, ktoré určujú, ako rýchlo bude zobrazená úroveň nasledovať meniaci sa signál.
• Leq: ekvivalentná kontinuálna úroveň, energetický priemer za určité obdobie a oveľa lepší súhrn kolísavého zdroja ako ktorýkoľvek jednotlivý okamih.
• Lmax, Lmin a Lpeak: extrémy, s vrcholom nameraným na oveľa rýchlejšom detektore, ako dokáže sledovať displej.
• Oktávové a tretinooktávové pásma: úroveň rozdelená podľa frekvencie, čo je to, čo potrebujete na identifikáciu zdroja tónov alebo porovnanie výsledku s krivkou hodnotenia hluku.
• Štatistické úrovne (L10, L50, L90): hladiny boli prekročené počas 10, 50 a 90 percent meracieho obdobia, ktoré sa bežne používa pri hodnotení hluku z dopravy a komunít.

Nástroj, ktorý hlási iba prvú položku v tomto zozname, je skríningový nástroj. Prístroj, ktorý hlási všetky z nich, s dostatočnou pamäťou a výdržou batérie na to, aby fungoval niekoľko dní, je monitorovací nástroj. Rozhodnutie, ktorý z týchto dvoch skutočne potrebujete, je prvým čestným nákupným rozhodnutím.

Priradenie nástroja k úlohe

Rovnaký princíp merania slúži veľmi odlišným úlohám a úlohy kladú rôzne požiadavky na hardvér. Väčšina chýb pri nákupe pochádza z výberu nástroja, ktorý je vynikajúci v jednej úlohe a nevhodný pre danú prácu.

Triedy presnosti: Trieda 1, Trieda 2 a Laboratórny reťazec

IEC 61672-1 definuje dve výkonnostné triedy pre zvukomery. Váhy triedy 1 musia mať prísnejšie tolerancie v širšom frekvenčnom rozsahu ako váhy triedy 2 a obe triedy sú overované typovým schválením a v mnohých krajinách pravidelným overovaním jednotlivých váh. Trieda 1 sa zvyčajne očakáva všade tam, kde môže byť výsledok napadnutý – hlásenie o zhode, právne spory, vyhlásenia o produkte – zatiaľ čo trieda 2 vyhovuje všeobecným prieskumom, skríningu a interným kontrolám.

Označenie triedy však popisuje merač. Nehovorí nič o tom, ako dobre ste ho používali, ako bol mikrofón namontovaný alebo či bol merací reťazec overený v daný deň. Merač triedy 1 namierený na nesprávne miesto bez čelného skla v miernom vánku bude produkovať horšie údaje ako glukomer triedy 2 používaný opatrne.

Tretia cesta – merací mikrofón napájajúci dynamický analyzátor signálu – je úplne mimo systému handheld triedy. Jeho presnosť je vlastnosťou celého reťazca: kapsuly, predzosilňovača, kabeláže, digitizéra a kalibrácie. To vám dáva slobodu, ale tiež to znamená, že zodpovednosť za vysledovateľnosť je na vás.

Mikrofón rozhoduje viac ako glukomer

Ak si z tohto článku odnesiete jednu myšlienku, nech je to táto: vo väčšine praktických situácií kapsula mikrofónu a jeho predzosilňovač obmedzujú kvalitu merania oveľa skôr ako elektronika. Presná kapsula s dobre zladeným predzosilňovačom pred obyčajným digitizérom zakaždým prekoná vynikajúci digitizér napájaný priemernou kapsulou.

Z nejakého dôvodu sú meracie kondenzátorové mikrofóny špecifikované priemerom. Polpalcová kapsula ponúka dobrý kompromis medzi citlivosťou a vysokofrekvenčným správaním, zatiaľ čo štvrťpalcová kapsula obetuje citlivosť pre širšiu, plochejšiu odozvu a lepší výkon pri vysokých hladinách zvuku a v stiesnených priestoroch. Verzie s voľným poľom, tlakom a náhodnou incidenciou sú vhodné pre rôzne akustické prostredia; nesprávny výber predstavuje niekoľko desatín decibelu chyby pri vysokých frekvenciách, čo je dôležité, keď porovnávate výsledky medzi laboratóriami.

Polarizácia je druhým rozhodnutím. Externe polarizované mikrofóny potrebujú samostatné 200 V napájanie a poskytujú vynikajúcu dlhodobú stabilitu. Predpolarizované typy (CCP/IEPE) fungujú z jednoduchého zdroja konštantného prúdu, a preto sa tak ľahko integrujú s moderným hardvérom na zber dát, vrátane nášho vlastného radu akustických kondenzátorových mikrofónov, kde sú kapsula, predzosilňovač a napájanie prispôsobené tak, že citlivosť, podľa ktorej kalibrujete, je citlivosť, s ktorou meriate.

Od mikrofónu k údajom: Čo analyzátor pridáva

Ručné merače úmyselne zahadzujú informácie. Väčšina z nich počíta úroveň s časom a ponechá si len súhrn. Dynamický analyzátor signálu robí opak: ukladá nespracovaný, kalibrovaný priebeh z mikrofónu, takže každá neskoršia otázka – úrovne pásma, spektrá, tonalita, impulzívnosť, korelácia s rýchlosťou stroja – môže byť zodpovedaná z rovnakého záznamu bez druhej návštevy miesta.

Stanovenie požiadaviek je jednoduché. Analógový predný koniec musí do mikrofónu dodávať napájanie konštantným prúdom, zvyčajne niekoľko miliampérov pri 18 až 24 voltoch. Analógovo-digitálny prevodník by mal byť 24-bitový so simultánnym vzorkovaním na všetkých kanáloch, aby boli zachované fázové vzťahy medzi mikrofónmi a akcelerometrami. Vzorkovacia frekvencia musí presahovať dvojnásobok najvyššej frekvencie, o ktorú sa zaujímate, av praxi chcete podstatne väčšiu rezervu, ako keď zamýšľate zachytiť impulzívne udalosti alebo opätovne použiť priebeh na prehrávanie. Vysokorýchlostný jednokanálový prístroj, akým je ZTU8301C, ktorý vzorkuje pri frekvencii až 256 kHz, je presne tým druhom nástroja, ktorý premení mikrofón na plnohodnotnú meraciu stanicu.

ZT-U8301C 256 kHz jednokanálový dynamický analyzátor signálu USB 24-bitový jednokanálový analyzátor so vzorkovaním 256 kHz, napájaním IEPE a antialiasingovým filtrovaním na premenu mikrofónov na meracie stanice. Zobraziť produkt →

Ak si ešte nie ste istí, kde končí univerzálny prístroj a začína pravý analyzátor, toto krátke vysvetlenie ako sa dynamický analyzátor signálu líši od tradičného prístroja je užitočným miestom, kde začať.

Keď jeden mikrofón nestačí

Veľa problémov s hlukom sa nedá vyriešiť z jedného bodu. Lokalizácia zdroja na veľkom stroji, mapovanie zvukového poľa okolo vozidla, meranie hluku pri prejazde alebo monitorovanie niekoľkých pozícií v okolí závodu, to všetko závisí od mnohých kanálov zaznamenaných v rovnakom okamihu. Fázová zhoda medzi kanálmi sa stáva dôležitejšou ako absolútna presnosť, pretože užitočná informácia je v rozdieloch medzi kanálmi.

To je miesto, kde počet kanálov a dátová priepustnosť preberajú zo špecifikácie kapsuly. Analyzátor založený na kartách, ako je ZTG9232I, s 32 kanálmi streamovanými cez gigabitový Ethernet, vám poskytuje synchrónny snímok celej štruktúry v jednom priechode a umožňuje rovnakému hardvéru obsluhovať akustické polia aj kanály akcelerometra, ktoré ich zvyčajne sprevádzajú.

ZT-G9232I 32-kanálový gigabitový ethernetový dynamický analyzátor signálu 32-kanálový 24-bitový ethernetový analyzátor na zber synchrónneho napätia, IEPE a napätia pri viacbodovom monitorovaní vibrácií a hluku. Zobraziť produkt →

Pri viacbodovej práci rozpočítajte na kabeláž a čas nahrávania tak starostlivo, ako si rozpočítate na kanály. 32-kanálový záznam pri vysokej vzorkovacej frekvencii zaplní úložný priestor prekvapivo rýchlo a na schopnosti spúšťať, predspúšťať a segmentovať nahrávky často záleží viac ako na hrubej šírke pásma.

Kalibrácia, sledovateľnosť a kontroly v teréne

Každý reťazec akustického merania sa posúva a každý výsledok, na ktorom záleží, by sa mal brániť. Postup je jednoduchý: aplikujte akustický kalibrátor na mikrofón bezprostredne pred meraním a znova bezprostredne po ňom. Ak sa tieto dve kontroly zhodujú v rámci malého rozpätia, reťaz sa považuje za stabilnú počas trvania. Ak nesúhlasia, údaje medzi nimi sú podozrivé, bez ohľadu na to, ako elegantne spektrum vyzerá.

Poľné kalibrátory zvyčajne produkujú 94 dB a 114 dB pri 1 kHz na namontovanom mikrofóne, pričom kalibrátor triedy 1 špecifikovaný podľa IEC 60942 je vhodným spoločníkom pre merací reťazec triedy 1. Okrem každodenných kontrol by sa prístroj a mikrofón mali v definovaných intervaloch vracať do laboratória na overenie, aby vysledovateľnosť vašich výsledkov nezávisela od zariadenia, ktoré tri roky ticho driftovalo.

• Úpravy prostredia. Teplota, vlhkosť a statický tlak ovplyvňujú citlivosť kapsuly a najväčšie účinky sa objavujú skôr pri extrémoch prevádzkového rozsahu ako v pohodlnom laboratóriu.
• Čelné sklo. Vonku je nevyhnutné čelné sklo; jeho vložný efekt je malý, ale nie nulový, a mal by sa brať do úvahy, keď sú výsledky uvádzané na zlomok decibelov.
• Hluk v pozadí. Keď je zdroj záujmu iba niekoľko decibelov nad pozadím, nameraná úroveň je čiastočne pozadie. Štandardnou praxou je použiť korekciu, keď je rozdiel malý, a zahodiť meranie, keď zdroj sotva presahuje pozadie.
• Montáž a orientácia. Odrazy od operátora, od statívu alebo od základnej roviny môžu presiahnuť triedu presnosti samotného prístroja.

Ručný merač alebo merací reťazec? Cesta rozhodnutia

Voľba sa zvyčajne vyrieši sama, keď čestne odpoviete na tri otázky. Potrebujete obhájiť číslo vo formálnom kontexte? Potrebujete zdroj pochopiť, a nie len kvantifikovať? Položí niekto novú otázku o týchto údajoch o šesť mesiacov?

• Dve alebo tri odpovede „nie“ ukazujú na ručný glukomer triedy 2, ktorý sa používa opatrne a skontroluje sa pomocou kalibrátora.
• „Áno“ o formálnej obhajobe poukazuje na prístroj triedy 1 s protokolovaním a zdokumentovanou históriou overovania.
• "Áno" pri porozumení zdroja alebo pri budúcej opätovnej analýze ukazuje na reťazec mikrofónu a analyzátora, kde je zachovaný nespracovaný signál.

Mnoho tímov skončí s oboma: ručným meračom na rýchle prieskumy a kanálovým systémom na merania, ktoré generujú správy. Ak vaša práca zahŕňa hluk a vibrácie spolu, stojí za to skontrolovať, ako tieto dve strany zapadajú do jednej architektúry, čo je to, čo vibračné a dynamické testovacie systémy sú postavené okolo — zdieľané senzory, zdieľaná akvizícia a spoločné analytické prostredie.

Pred nákupom skontrolujte špecifikácie

Nasledujúci zoznam je ten, ktorý by sme použili na akýkoľvek kandidátsky nástroj bez ohľadu na značku alebo cenové rozpätie. Prepracujte sa po poriadku a väčšina nevhodných modelov sa sama odstráni.

1. Typ a priemer mikrofónu. Potvrďte, či je kapsula vo voľnom poli, tlaková alebo náhodná, a či je predpolarizovaná alebo externe polarizovaná.
2. Frekvenčný rozsah. Skontrolujte rozsah, v ktorom uvedená tolerancia skutočne platí, nie rozsah, pri ktorom prístroj vytvára iba číslo.
3. Dynamický rozsah a vlastný šum. Široký rozsah je užitočný iba vtedy, ak je spodná časť skutočne dostatočne tichá pre vašu najnižšiu očakávanú úroveň.
4. Váhové a časové konštanty. Váhy A, C a Z plus Fast, Slow a Impulse pokrývajú veľkú väčšinu práce založenej na štandardoch.
5. Záznam údajov a pamäť. Zistite, koľko dní bezobslužného nahrávania môže prístroj poňať a ako sa údaje získavajú.
6. Vzorkovacia frekvencia a bitová hĺbka. Pri analýze hľadajte 24-bitovú konverziu a simultánne vzorkovanie vo všetkých kanáloch.
7. Typ vstupu a výkon snímača. Napäťové, IEPE a nabíjacie vstupy s adekvátnym napájaním konštantným prúdom pre dlhé káble udržia vaše možnosti otvorené.
8. Počet kanálov. Kúpte si pre najväčšie meranie, ktoré reálne očakávate, nie pre najmenšie, aké si dokážete predstaviť.
9. Rozhranie a synchronizácia. USB pre prenosnú prácu s jednou jednotkou; Ethernet pre trvalé inštalácie a synchronizáciu viacerých jednotiek.
10. Softvér a export. Skontrolujte, či je možné výsledky exportovať vo formátoch, ktoré už používa váš pracovný postup tvorby prehľadov, bez vlastného konvertora.
11. Kalibračná dráha. Potvrďte, že kapsulu možno kalibrovať štandardným poľným kalibrátorom a overiť v laboratóriu.
12. Ochrana životného prostredia. Vonkajšie a priemyselné použitie si vyžaduje konektory, kryty a kabeláž dimenzované na podmienky, ktoré budú spĺňať.

Kde merania akustického tlaku robia chybu

Po dostatočnom počte návštev na mieste sa znova a znova objavuje rovnaká hŕstka chýb a žiadna z nich nie je spôsobená nesprávnou triedou nástroja.

• Meranie vo vánku bez čelného skla a potom premýšľanie, prečo je nízkofrekvenčná hladina nafúknutá.
• Stojí medzi zdrojom a mikrofónom a meria odraz namiesto zdroja.
• Zaznamenajte úroveň iba pár decibelov nad pozadím a nahlasujte ju, ako keby to bol samotný zdroj.
• Použitie A-vážených údajov na preskúmanie problému s nízkou frekvenciou, ktorý bol navrhnutý tak, aby sa A-váženie nezvýraznilo.
• Zabúdame na to, že jedna hodnota Leq nemôže opísať impulzný zdroj a úplne vynechávame merania špičiek.
• Kalibrácia na začiatku prieskumu a nie na konci, aby nič neoverilo reťaz počas hodín medzi tým.
• Zaznamenávanie iba súhrnných úrovní a neskoršie zistenie, že zaujímavá otázka potrebuje priebeh.

Všimnite si, koľko z týchto problémov sa nevyrieši tým, že miniete viac peňazí, ale vopred sa rozhodnete, čo musia dáta zodpovedať. Krátky písomný plán merania v dĺžke jednej strany väčšine z nich zabráni.

Spojenie hluku a vibrácií

V praxi akustický tlak zriedka prichádza sám. Stroj, ktorý je hlasný, zvyčajne tiež vibruje a tieto dve merania odpovedajú na rôzne polovice tej istej otázky. Mikrofóny zachytávajú to, čo operátor počuje; akcelerometre a senzory sily odhaľujú, odkiaľ energia pochádza a ako prechádza štruktúrou predtým, ako vyžaruje ako hluk.

Keďže získavací hardvér je zdieľaný, marginálne náklady na pridanie vibračných kanálov do merania hluku sú malé. Ten istý analyzátor súčasne zaznamenáva mikrofón, akcelerometer a silové kanály, takže sledovanie objednávky, modálna analýza a štúdie prenosovej cesty bežia na údajoch zachytených v jednej relácii. Tam, kde akustické meranie vyžaduje kalibračný certifikát, vibračné kanály potrebujú svoju vlastnú kalibračnú trasu a oba ťažia zo spoločného overovania pred spustením stroja.

Často kladené otázky

Je meter triedy 1 vždy lepšou voľbou?

Nie automaticky. Trieda 1 vám kúpi prísnejšie tolerancie a širší overený frekvenčný rozsah, čo je nevyhnutné, keď treba výsledok formálne obhájiť. Pri rutinnom skríningu a internom porovnávaní produkuje starostlivo používaný prístroj triedy 2 dokonale použiteľné čísla. To, čo robí obe triedy dôveryhodnými, je disciplína v oblasti kalibrácie a rozumná prax merania.

Môže aplikácia pre smartfón nahradiť merač hladiny akustického tlaku?

Mikrofón telefónu je určený na reč, nie na metrológiu. Jeho frekvenčná odozva je nerovnomerná, jeho automatické riadenie zisku môže byť aktívne a jeho absolútna citlivosť nie je vysledovateľná. Telefónne aplikácie sú užitočné na približnú informáciu o tom, či je medzera hlasná, a na nič, čo je potrebné zapisovať do správy.

Ako často treba kalibrovať reťaz?

Kontroly v teréne pred a po každom meraní bez výnimky. Laboratórne overenie prístroja a kapsuly v intervaloch definovaných vaším systémom kvality alebo predpisom, podľa ktorého pracujete. Ak kontrola v teréne presahuje hranicu prijatia, celú reláciu považujte za podozrivú.

Naozaj potrebujem údaje o oktávovom pásme?

Ak potrebujete vedieť, aký je hluk, a nie len aký je hlasný, potom áno. Jediná A-vážená úroveň nehovorí nič o tom, či je problém tónový, nízkofrekvenčný alebo širokopásmový a stratégia zmierňovania je v každom prípade úplne iná. Údaje o pásme sú tiež tým, okolo čoho sa píše väčšina schém hodnotenia hluku.

Koľko by mal stáť dobrý merač hladiny akustického tlaku?

Ceny sledujú skôr schopnosť ako značku. Skríningový merač, záznamový nástroj triedy 1 a reťazec viackanálovej analýzy sú umiestnené v troch jasne oddelených rozpočtových zátvorkách a rozhodujúcim faktorom by malo byť, ktorá zátvorka zodpovedá otázkam, na ktoré musíte odpovedať. Nákup o triedu nad vašou potrebou je cenovo dostupný; nákup o triedu pod ním zvyčajne znamená opakovanie práce.

Hľadanie najlepšieho merača hladiny akustického tlaku je skutočne otázkou zámeru merania. Rozhodnite sa, čo musia údaje dokázať, ako dlho musia prežiť a kto ich môže znova preskúmať, a hárok so špecifikáciami sa stane oveľa ľahšie čitateľným. Najprv vyberte kapsulu, ako druhú konverznú elektroniku a ako posledný kryt – potom kalibrujte celý reťazec skôr, ako budete dôverovať jedinému číslu, ktoré vyprodukuje. Tento spôsob myslenia nám dobre poslúžil na mostoch, strojovniach, laboratóriách a staveniskách a dobre poslúži aj vám.