Шумомеры и анализаторы спектра

Для измерения характеристик шума используются шумомеры, анализаторы и измерительные тракты, удовлетворяющие требования ГОСТ 17 187–81(СТ СЭВ 1351−78), а также полосовые фильтры по ГОСТ 17 168–82 (СТ СЭВ 1807−79).

Устройство шумомеров. Измерения уровня звукового давления — воздушного шума, производятся с помощью специальных приборов — шумомеров. Общая схема шумомера выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука).

Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие RС-фильтры, детектор и стрелочный прибор — индикатор. Шкала прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратического уровня звукового давления 2^.10^-5 Па.

Шумомер снабжён ступенчатым делителем (через 10 или 20 дБ) напряжения — аттенюатором. Иногда применяют два аттенюатора для предотвращения перегрузок. Это позволяет использовать шумомер в динамическом диапазоне от 20 до 140 дБ. Обычно питание шумомеров осуществляется от батарей.

Измеряемый уровень звукового давления определяется суммированием показаний аттенюаторов и индикатора. Для оценки пульсирующих шумов шумомер имеет регулировку демпфирования стрелочного индикатора — «Быстро» и «Медленно» .

Коэффициент усилительных устройств шумомера должен быть постоянным. В современных шумомерах имеется устройство для калибровки усиления электрического тракта.

Для единообразия и идентичности измерений требования к параметрам шумомеров обычного применения и прецизионных шумомеров регламентированы стандартами ГОСТ 17 187–81 и Международной электротехнической комиссией (МЭК) МЭК 651 и МЭК 804. Требования МЭК регламентируют три частотные характеристики А, В и С для шумомеров, а также величину допусков на эти характеристики.

В шумомере имеются 3 комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики: А — при малой громкости ~40 фон (используется в диапазоне 20—55 фон), В — средней громкости ~70 фон (55—85 фон) и С — большой громкости (85—140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30—8000 гц.

Шкала, А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в единицах — децибел с пометкой А, т. е. дб (А), при любой громкости. Величиной уровня звука в дб (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума).

Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50—60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отд. звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2.10^-5 н/м²) по одной из трех шкал — А, В или С.

Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

Калибровка шумомеров. Перед измерением шумомер необходимо откалибровать с помощью специального акустического шумового или тонального калибратора или пистонфона, то есть установить номинальный коэффициент усиления измерительного тракта. Шумомеры калибруются следующим образом.

Регулятор калибровки шумомера устанавливается на значение, совпадающее со значением создаваемого пистонфоном уровня давления. По возможности калибровку следует проводить при частотном приведении LINEAR (линейно) шумомера. Приборы, в которых не предусмотрено такое частотное приведение, требуют согласования создаваемого пистонфоном уровня звукового давления путём использования корректирующего значения L (f). Для стандартных кривых приведения А, В, С и D действует:

L_{A, B, C, D} = L_LIN + L (f)_{A, B, C, D}

преобразователь волна спектрометр звуковой При калибровке шумомеров, позволяющих измерять с приведением частоты, надо учитывать допуски кривых частотного приведения. Эти допуски входят в дополнительные погрешности.

В конструкциях современных шумомеров, как правило, предусматривается как измерение параметров шума, так и его спектральный анализ с использованием анализатора спектра.

Анализаторы спектра. Анализ периодических процессов осуществляется анализаторами гармоник, которые позволяют определить величину амплитуд колебаний, составляющих спектр и ширину полосы частот спектра.

Непериодические процессы, анализируются спектрометрами, позволяющими определить огибающую спектра и его интенсивность в пределах заданной полосы частот.

Любой анализатор спектра состоит из датчика, частотно-избирательной системы и индикатора. В качестве частотно-избирательной системы используются электрические и электромеханические резонансные устройства (колебательный контур, кварц, камертон, фильтр и т. п.). Индикатором спектра служат стрелочный прибор, электронно-лучевая трубка и т. д.

В панорамных анализаторах спектр регистрируется на электронно-лучевой трубке. В панорамных спектрометрах применяют как последовательный, так и одновременный частотный анализ.

Сущность одновременного частотного анализа заключается в том, что все частотные составляющие в определённой полосе частот выявляются одновременно. Для этого используют большое число резонаторов со смещёнными резонансными частотами, которые одновременно находятся под воздействием исследуемого сигнала. Анализирующие свойства этих приборов характеризуются шириной полосы пропускания частот, коэффициентом передачи, крутизной спада частотной характеристики, разрешающей способностью, динамическим диапазоном и временем анализа.

Применяемые для исследования шума и вибрации анализаторы спектра обычно имеют ширину прозрачности в одну октаву, Ѕ октавы или ¹/3 октавы. Чем уже полоса пропускания фильтра, тем больше сведений о спектре излучаемого колебательного процесса можно получить с его помощью. Уровень звукового давления в измеряемой частотной полосе относят к среднегеометрической частоте этой полосы.

При измерениях шума и звуковых вибраций исследования проводятся в восьми октавных полосах, охватывающих диапазон от 50 до 8000 Гц (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1

Современные шумомеры. Шумомер-анализатор спектра ОКТАВА-101AM предназначен для измерений звука, воздействующего на человека на производстве, в транспорте, в жилых и общественных зданиях и т. д. Прибор также может использоваться для измерения шумовых характеристик машин, измерения звукоизоляции, определения звуковой мощности, аттестации помещений. По дополнительному заказу прибор может дооснащаться опциями «Инфразвук», «Общая вибрация», «Локальная вибрация», «Ультразвук», «Мониторинг шума». ОКТАВА-101АМ является шумомером 1 класса по ГОСТ 17 187, МЭК 60 651/60804 и МЭК 61 672−1. Встроенные октавные и 1/3-октавные фильтры прибора удовлетворяют 1-му классу по ГОСТ 17 168 и МЭК 61 260. Прибор может одновременно работать в режиме шумомера и анализатора спектра и позволяет за один сеанс измерить все многочисленные параметры, предписанные стандартами и санитарными нормами. Характеристики прибора:

Диапазон измерений 15*-146 дБА.

Цифровая обработка сигнала.

Одновременное измерение спектров уровней звукового давления в октавных и третьоктавных полосах частот, корректированных уровней звука, в том числе эквивалентных, большой динамический диапазон и т. д.

Все текущие результаты измерений можно записать в память прибора одним нажатием кнопки.

Прибор может соединяться с USB портом персонального компьютера типовым USB-кабелем.

Шумомер интегрирующий ШИ-01 предназначен для измерений уровней звука с частотными характеристиками А, С, общего уровня звукового давления звукового и инфразвукового диапазонов с частотной характеристикой ЛИН, уровней звукового давления в октавных и третьоктавных полосах.

Измеряемые характеристики:

Для частотных коррекций А, С, — уровни звука, для частотной коррекции ЛИН — общий уровень звукового давления (УЗД) звукового и инфразвукового диапазонов. Для всех частотных коррекций одновременно, в реальном времени вычисляются эквивалентные уровни и уровни с СКЗ детекторами медленно (S), быстро (F), импульс (I), максимальные и минимальные значения за время измерения.

Для октавных фильтров с номинальными средними геометрическими частотами 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц — эквивалентные УЗД, УЗД с детектором медленно (S), максимальные и минимальные значения во всех детекторах за время измерения — одновременно во всех полосах в реальном времени.

Для третьоктавных фильтров с номинальными средними геометрическими частотами 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400,0; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10 000 Гц — эквивалентные УЗД, максимальные и минимальные значения за время измерения — одновременно во всех полосах одного из трех режимов в реальном времени.

Шумомер может применяться для определения источников и характеристик шума звукового и инфразвукового диапазонов:

на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки на соответствие требованиям санитарных норм;

при исследовании, испытаниях и эксплуатации машин и механизмов;

при разработке и контроле качества изделий.

Технические характеристики:

Шумомер соответствует требованиям ГОСТ 17 187–81, МЭК 651 и МЭК 804 для шумомера 1 класса. Октавные и третьоктавные фильтры анализатора соответствуют требованиям 1 класса МЭК 1260. В в шумомере используется микрофон конденсаторный (МК) типа ВМК-205.

Частотный диапазон измерений, Гц… от 2 до 20 000.

Частотный диапазон измерений анализатора, Гц:…от 2 до 10 000.