Описание шумомеров: классы, веса, калибровка и полевое использование

Встаньте на мостике в шесть утра или рядом с компрессором, который все в цехе клянутся, что это совершенно нормально, и рано или поздно вы придете к одному и тому же выводу: впечатление — это не измерение. Для этого преобразования существует шумомер. Акустическое давление в паскалях становится числом в децибелах, и это число можно сравнить с пределом, базовой линией или показаниями, полученными кем-то другим в том же месте два года назад.

Мы каждый день строим измерительную цепочку, которая стоит за этими цифрами: конденсаторные микрофоны, многоканальные динамические анализаторы сигналов, оборудование возбуждения и калибровочные инструменты. Одни и те же вопросы продолжают поступать от инженеров-испытателей, групп технического обслуживания и университетских лабораторий, поэтому в этом руководстве собраны практические ответы в одном месте: что на самом деле измеряет прибор, как его классифицируют стандарты, где показания обычно ошибаются и когда портативный измерительный прибор должен уступить место полноценной системе сбора данных.

Что на самом деле измеряет шумомер

Внутри инструмента диафрагма микрофона перемещается на несколько нанометров и создает напряжение, пропорциональное звуковому давлению. Затем это давление выражается относительно эталонного значения в 20 микропаскалей, что примерно соответствует порогу слышимости на частоте 1 кГц, с использованием логарифмического отношения: 20-кратный логарифм измеренного давления по основанию 10, деленный на эталонное давление. Шкала децибел существует потому, что само ухо является логарифмическим. Повышение на шесть децибел удваивает звуковое давление, повышение на десять децибел обычно слышно примерно в два раза громче, а стократное увеличение давления становится управляемыми сорока децибелами.

Обратите внимание на то, что измеряется. Измеритель уровня звука сообщает об уровне звукового давления в месте расположения его капсулы. Он не сообщает о звуковой мощности, которая описывает сам источник и получается совсем другими методами. Четкое разграничение предотвращает большую путаницу, когда данные поставщика и результаты обследования объекта расходятся.

Современные счетчики редко останавливаются на мгновенном уровне. Детектор усредняет взвешенный сигнал, и прибор сохраняет набор результатов. В таблице ниже перечислены те, которые чаще всего встречаются в отчетах и ​​стандартах.

Внутри прибора: капсула, предусилитель, детектор.

В большинстве профессиональных счетчиков используется конденсаторная капсула диаметром полдюйма. Тонкая металлизированная диафрагма расположена рядом с задней пластиной, и изменяющаяся емкость между ними становится напряжением. Капсулы с внешней поляризацией нуждаются в стабильном источнике поляризации; конструкции с предварительной поляризацией несут постоянный заряд в материале диафрагмы и легче переносят полевые условия. Ориентация капсулы также имеет значение: микрофоны свободного поля корректируются с учетом помех, создаваемых их собственным телом при наведении на источник, микрофоны давления предназначены для скрытого монтажа или соединителей, а типы случайного падения разделяют разницу.

За капсюлем предусилитель должен иметь чрезвычайно высокое входное сопротивление, чтобы крошечный сигнал капсюля передавался по кабелю. Отсюда сигнал проходит через сеть частотной взвешивания, среднеквадратичный детектор с выбираемыми постоянными времени и, наконец, этап отображения и регистрации. Стоит вспомнить, где действительно решается точность. Дисплей почти не влияет на ошибку; капсула, ее калибровка и акустика вокруг прибора решают почти все.

Поскольку основой любого акустического измерения является датчик, мы внимательно следим за качеством и механической стабильностью капсул. Наши акустические конденсаторные микрофоны созданы для лабораторного и полевого использования вместе с анализаторами, записывающими их выходные данные.

Акустические конденсаторные микрофоны Категория продукта На этой странице категории в настоящее время не указаны модели микрофонов, но акустические капсулы размещаются рядом с анализаторами и оборудованием для измерения вибрации. Посмотреть продукт →

Взвешивание частоты и времени без жаргона

Человеческое ухо не одинаково чувствительно на всех частотах, и не существует единого взвешивания, отвечающего на все вопросы. Поэтому стандарты определяют несколько кривых, и показания не имеют смысла, если кривая не указана вместе с постоянной времени, используемой для ее сглаживания.

Временное взвешивание работает параллельно. Fast использует экспоненциальную константу длительностью 125 миллисекунд и ведет себя примерно так же, как восприятие громкости человеком; Медленный использует одну секунду и дает более стабильное показание; Импульс использует быстрый нарастание и медленное затухание для переходных событий. Если в отчете указано «82 дБ» и ничего больше, спросите, какое взвешивание и какая постоянная времени были применены. Одно и то же событие может легко создавать значения, отличающиеся на четыре или пять децибел при разных настройках.

Чтобы цифры были привязаны к повседневному опыту, в приведенной ниже таблице сравниваются типичные уровни, взвешенные по шкале А. Это ориентир для интуиции, а не замена измерения.

Классы IEC 61672: класс 1 и класс 2 на практике

Международный стандарт IEC 61672 делит приборы на два класса производительности. Разница не косметическая: она определяет, какой допуск производитель допускает на каждой частоте, насколько широким должен быть линейный рабочий диапазон и, следовательно, какие измерения может надежно поддерживать прибор. Приведенные ниже цифры являются типичными, а не исчерпывающими, поэтому всегда сверяйте детали с действующей редакцией стандарта и национальными правилами проверки.

Два инструмента разных классов могут быть «правильными» и при этом отличаться друг от друга на децибел или более на крайних частотах. Если в контракте упоминается класс, рассматривайте это упоминание как требование, а не предпочтение.

Пять вопросов, на которые нужно ответить, прежде чем сравнивать модели

Прайс-листы редко отвечают на вопросы, от которых зависит, состоится ли покупка. Обычно мы начинаем разговор с таких слов:

1. Какое решение поддержит номер? Разовая проверка и проверка на соответствие договору оправдывают применение различных инструментов.
2. Какую метрику на самом деле определяет предел? Взвешивание, постоянная времени и период усреднения должны быть записаны перед первым измерением.
3. Одна точка или карта? Если вам нужно несколько мест одновременно или шум наряду с вибрацией, один портативный измерительный прибор в конечном итоге станет узким местом.
4. Как долго без присмотра? Продолжительность регистрации, память, срок службы батареи, защита от атмосферных воздействий и удаленный доступ — все это имеет значение, если измерение длится несколько недель.
5. Кто это проверяет и как часто? Калибровка и периодическая проверка должны планироваться при покупке, а не обнаруживаться при первой проверке.

Калибровка — это привычка, которая отделяет данные от чисел

Акустический калибратор надевается на капсюль и выдает известный уровень, обычно 94 дБ при частоте 1 кГц, при этом 114 дБ доступно для проверки линейности на более высоких уровнях. Процедура короткая и не является обязательной: проверка перед измерением, проверка после и запись обоих значений в файл. Отклонение более чем на полдецибела — это повод остановиться и заняться расследованием, а не внести коррекцию и продолжить работу.

Окружающая среда заслуживает равного внимания. Ветер, обдувающий капсулу, создает собственный шум, который ветровое стекло из пеноматериала уменьшает, но никогда не устраняет. Температура, влажность, атмосферное давление и посадка калибратора незначительно смещают показания. При сравнении двух опросов с интервалом в несколько месяцев обратите внимание на эти условия так же внимательно, как и на модель инструмента.

Та же самая дисциплина применяется к вибрационной части программы испытаний, где акселерометры и усилители заряда требуют одинаковой проверки в полевых условиях. Наш портативный калибратор вибрации покрывает эту часть цепи, поэтому комбинированное исследование шума и вибрации можно проверить, используя одну сумку с комплектом.

Портативный вибрационный калибратор для проверки в полевых условиях В этой категории перечислены пять портативных вибрационных калибраторов, поддерживающих полевые проверки цепей акселерометра и усилителя заряда при комбинированных исследованиях шума и вибрации. Посмотреть продукт →

Где шумомеры зарабатывают себе на жизнь

Прибор является универсальным; приложения специфичны, и каждое навязывает свои привычки:

• Экологический и общественный шум. Долгосрочная регистрация границ, процентильная статистика и тщательное документирование погодных и эксплуатационных условий.
• Строительная акустика. Воздушная и ударная изоляция, время реверберации и данные октавной полосы, которые требуются для большинства методов оценки.
• Шум оборудования и продукции. Выявление доминирующих источников, сравнение вариантов конструкции и поддержка деклараций или приемочных испытаний.
• Экспозиция на рабочем месте. Персональная дозиметрия и обследование территории с вниманием к продолжительности, пиковым событиям и фактическому характеру воздействия.
• Транспорт. Измерения при прохождении мимо, комфорт салона транспортного средства, железнодорожный и морской шум, где вибрацию обычно приходится регистрировать одновременно.
• Преподавание и исследования. Лабораторные упражнения и студенческие проекты, где надежный инструмент с понятными настройками учит навыкам лучше, чем приложение.

Если проект охватывает несколько таких направлений, обычно выгоднее планировать всю цепочку сразу, чем покупать отдельные инструменты для каждого. Наш решения для вибрационных и динамических испытаний организованы вокруг этой идеи: датчики, сбор данных, возбуждение, калибровка и программное обеспечение предназначены для работы как одна система.

Полевые привычки, которые защищают чтение

Большинство плохих акустических данных вызвано не плохими инструментами. Это вызвано небольшим процедурным выбором, сделанным в условиях нехватки времени. Вот те, кого мы видим чаще всего:

1. Держите измеритель на расстоянии вытянутой руки или установите его на штатив; ваше тело отражает звук, а ваша рука может замаскировать капсулу.
2. Направьте капсулу в свободном поле на источник и сохраняйте одинаковый угол между точками измерения.
3. Обратите внимание на вес, постоянную времени и период усреднения для каждого сохраненного результата, а не только для заголовка.
4. Запишите короткий аудиофайл или снимок в третьей октаве рядом с уровнем, чтобы позже можно было объяснить странный результат.
5. Измерьте фон отдельно; источник, уровень которого всего на несколько децибел выше фона, невозможно просто определить количественно.
6. Каждый раз записывайте в отчет серийный номер прибора, значения калибровки и версию прошивки.

Когда портативного счетчика уже недостаточно

Портативный измеритель отвечает на вопрос «насколько громко». Он борется с тем, «какой компонент и почему». Если проекту требуются третьоктавные или узкополосные спектры, анализ заказов на вращающемся оборудовании, одновременные каналы шума и вибрации или непрерывный мониторинг в течение нескольких месяцев, естественным следующим шагом является многоканальный динамический анализатор сигналов с подключенными соответствующими преобразователями.

Этот шаг меняет рабочий процесс полезными способами. Все каналы используют одну временную базу, поэтому фазовые соотношения сохраняются и становится возможным анализ пути передачи. Данные можно передавать в сеть, а не переносить обратно с объекта на карту памяти. И то же оборудование, которое записывает шум, также регистрирует ускорение, силу и деформацию, а это именно то, что требуется для модального испытания или механического исследования.

Сетевые анализаторы, такие как наши приборы семейства ZTN8128, обычно используются там, где необходимо одновременно фиксировать несколько точек измерения, например, в корпусе машины, испытательном стенде для коробки передач или на фасаде здания с несколькими положениями микрофонов.

ZT-N8208I 8-канальный анализатор динамических сигналов напряжения/IEPE Восьмиканальный 24-битный анализатор с Ethernet 100 Мбит/с, возбуждением IEPE и частотой дискретизации 128 кГц для синхронизированных измерений вибрации и ударов. Посмотреть продукт →

Если вы взвешиваете оба подхода, наше примечание по поводу чем динамический анализатор сигналов отличается от традиционного прибора более подробно рассматривает компромиссы.

Схема во всем этом одинакова. Измеритель уровня звука в гораздо большей степени вознаграждает подготовку, чем характеристики: заявленные показатели, проверенная капсула, разумное положение измерения и записанная проверка калибровки превзойдут более дорогой прибор, используемый небрежно. Независимо от того, будет ли это число служить подтверждением отчета о соответствии требованиям, проектного решения или первого эксперимента студента, оно заслуживает той же дисциплины. Это та часть работы, которая нам нравится больше всего, и мы всегда рады обсудить цепочку измерений до заказа, а не после.