Hvordan velge den beste lydtrykknivåmåleren for nøyaktig støymåling

Å kjøpe en lydtrykknivåmåler er en merkelig opplevelse. Et dusin instrumenter ser nesten identiske ut, sitter innenfor et smalt prisbånd, og alle lover "høy nøyaktighet". Forskjellene som faktisk avgjør om dataene dine overlever gransking, er sjelden synlige på et produktbilde. De bor i mikrofonkapselen, i toleranseklassen instrumentet er godkjent for, i frekvensområdet det ærlig kan dekke, og i informasjonen det leverer tilbake til deg når målingen er over.

Vi bruker arbeidsdagene våre på å bygge støy- og vibrasjonsmålingskjeder, så vårt syn er praktisk: det finnes ingen enkelt beste lydtrykknivåmåler, bare det beste samsvaret mellom et instrument og en jobb. Denne guiden går gjennom hva disse instrumentene egentlig måler, hvordan klasse 1 og klasse 2 skillet fungerer, når en håndholdt måler slutter å være nok, og hvilke spesifikasjoner som fortjener din oppmerksomhet før du forplikter deg.

Hva en lydtrykknivåmåler faktisk måler

Lyd er en rask, liten svingning i lufttrykket. Bakgrunnen til et stille kontor flytter luften med en brøkdel av en pascal, normal samtale med noen hundredeler av en pascal, og en jetmotor på nært hold med titalls pascal. Fordi dette spennet dekker flere millioner til én, blir det komprimert til en logaritmisk skala, desibelen, med et referansetrykk på 20 mikropascal (µPa) - omtrent den roligste 1 kHz-tonen et ungt, sunt øre kan oppdage.

Uansett prislapp inneholder hver lydtrykknivåmåler de samme fire blokkene. En mikrofonkapsel konverterer trykk til en veldig liten spenning. En forforsterker bufrer den spenningen og driver en kabel uten å legge til støy. Konverterings- og prosesseringselektronikk bruker frekvensvekting og tidsvekting på signalet. En skjerm, et minnekort eller en nettverkskobling bærer resultatet ut av instrumentet. Det som endrer seg mellom en billig måler og en laboratoriekjede er ikke arkitekturen, men hvor trofast hver blokk presterer, og hvor mye av det originale signalet du har lov til å beholde.

En måler som viser bare ett tall skjuler veldig mange avgjørelser som ble tatt på dine vegne. Før du sammenligner modeller, hjelper det å være flytende i vokabularet på spesifikasjonsarket:

• SPL (dB re 20 µPa): det øyeblikkelige lydtrykknivået, tallet folk mener når de spør hvor høyt noe er.
• A-vekting: et filter som demper lave frekvenser på en måte som etterligner menneskelig hørsel; det er grunnlaget for nesten alle miljø- og arbeidsplassstøygrenser.
• C-vekting og Z (flat): tyngre lavfrekvent innhold og ingen vekting i det hele tatt, brukt til toppnivåer, utstyrstester og enhver analyse der man ikke vil ha instrumentets mening bakt inn i dataene.
• Tidsvekting: Hurtig-, sakte- og impulsresponskurvene som styrer hvor raskt det viste nivået følger et skiftende signal.
• Leq: det ekvivalente kontinuerlige nivået, et energigjennomsnitt over en angitt periode, og en langt bedre oppsummering av en fluktuerende kilde enn noe enkelt øyeblikk.
• Lmax, Lmin og Lpeak: ytterpunktene, med topp målt på en mye raskere detektor enn skjermen kan følge.
• Oktav- og tredjeoktavband: nivået delt etter frekvens, som er det du trenger for å identifisere en tonekilde eller sammenligne et resultat med en støyvurderingskurve.
• Statistiske nivåer (L10, L50, L90): nivåene overskredet i 10, 50 og 90 prosent av en måleperiode, mye brukt i trafikk- og samfunnsstøyvurdering.

Et instrument som bare rapporterer det første elementet på den listen er et screeningsverktøy. Et instrument som rapporterer alle, med nok minne og batterilevetid til å fortsette i flere dager, er et overvåkingsinstrument. Å bestemme hvilken av de to du faktisk trenger er den første ærlige kjøpsbeslutningen.

Tilpasse instrumentet til jobben

Det samme måleprinsippet tjener svært forskjellige oppgaver, og oppgavene stiller ulike krav til maskinvaren. De fleste kjøpsfeil kommer fra å velge et instrument som er utmerket på én jobb og utilstrekkelig for jobben som faktisk er på hånden.

Nøyaktighetsklasser: Klasse 1, Klasse 2 og Laboratoriekjeden

IEC 61672-1 definerer to ytelsesklasser for lydnivåmålere. Et Klasse 1 instrument må holde strammere toleranser over et bredere frekvensområde enn et Klasse 2 instrument, og begge klassene verifiseres gjennom typegodkjenning og, i mange land, periodisk verifisering av det enkelte instrumentet. Klasse 1 forventes normalt uansett hvor et resultat kan bestrides – samsvarsrapportering, juridiske tvister, produkterklæringer – mens klasse 2 passer til generelle undersøkelser, screening og interne kontroller.

Klasseetiketten beskriver imidlertid måleren. Det står ingenting om hvor godt du har brukt den, hvordan mikrofonen var montert, eller om målekjeden ble verifisert på dagen. En klasse 1 meter rettet mot feil sted, uten frontrute i lett bris, vil gi dårligere data enn en klasse 2 meter brukt forsiktig.

Den tredje ruten - en målemikrofon som mater en dynamisk signalanalysator - ligger helt utenfor det håndholdte klassesystemet. Dens nøyaktighet er en egenskap for hele kjeden: kapsel, forforsterker, kabling, digitaliseringsenhet og kalibrering. Det gir deg frihet, men det betyr også at ansvaret for sporbarhet er ditt.

Mikrofonen bestemmer mer enn måleren gjør

Hvis du tar en idé bort fra denne artikkelen, la det være denne: I de fleste praktiske situasjoner begrenser mikrofonkapselen og dens forforsterker kvaliteten på en måling lenge før elektronikken gjør det. En presisjonskapsel med en godt tilpasset forforsterker foran en vanlig digitaliseringsenhet vil overgå en utmerket digitaliseringsenhet matet av en middelmådig kapsel, hver gang.

Målekondensatormikrofoner er spesifisert etter diameter av en grunn. En halvtommers kapsel gir et godt kompromiss mellom følsomhet og høyfrekvent oppførsel, mens en kvarttommers kapsel ofrer følsomhet for en bredere, flatere respons og bedre ytelse i høyt lydnivå og i trange rom. Versjoner med fritt felt, trykk og tilfeldig forekomst korrigerer for ulike akustiske miljøer; å velge feil introduserer noen tideler av en desibel feil ved høye frekvenser, noe som betyr noe når du sammenligner resultater mellom laboratorier.

Polarisering er den andre avgjørelsen. Eksternt polariserte mikrofoner trenger en separat 200 V-forsyning og leverer utmerket langtidsstabilitet. Prepolariserte (CCP/IEPE) typer fungerer fra en enkel konstantstrømforsyning, som er grunnen til at de integreres så enkelt med moderne datainnsamlingsmaskinvare, inkludert vår egen akustiske kondensatormikrofonserie, hvor kapselen, forforsterkeren og strømforsyningen er tilpasset slik at følsomheten du kalibrerer mot er følsomheten du måler med.

Fra mikrofon til data: Hva analysatoren legger til

Håndholdte målere forkaster informasjon bevisst. De fleste av dem beregner nivå mot tid og beholder bare sammendraget. En dynamisk signalanalysator gjør det motsatte: den lagrer den rå, kalibrerte bølgeformen fra mikrofonen slik at hvert senere spørsmål – båndnivåer, spektre, tonalitet, impulsivitet, korrelasjon med maskinhastighet – kan besvares fra samme post uten et nytt besøk på stedet.

Kravene er enkle å angi. Den analoge frontenden må levere konstantstrøm til mikrofonen, vanligvis noen få milliampere ved 18 til 24 volt. Analog-til-digital-omformeren bør være 24-bit med samtidig sampling på alle kanaler, slik at faseforhold mellom mikrofoner og akselerometre bevares. Samplingsfrekvensen må overstige det dobbelte av den høyeste interessefrekvensen, og i praksis vil du ha betydelig mer margin enn det hvis du har tenkt å fange opp impulsive hendelser eller gjenbruke bølgeformen for avspilling. Et høyhastighets enkeltkanalsinstrument som ZTU8301C, som sampler på opptil 256 kHz, er akkurat den typen verktøy som gjør en mikrofon til en full målestasjon.

ZT-U8301C 256 kHz enkanals dynamisk signalanalysator En USB 24-bits enkeltkanalsanalysator med 256 kHz sampling, IEPE-strøm og anti-aliasing-filtrering for å gjøre mikrofoner om til målestasjoner. Se produkt →

Hvis du ennå ikke er sikker på hvor et instrument for generell bruk slutter og en ekte analysator begynner, kan denne korte forklaringen av hvordan en dynamisk signalanalysator skiller seg fra et tradisjonelt instrument er et nyttig sted å starte.

Når én mikrofon ikke er nok

Mange støyproblemer kan ikke løses fra ett enkelt punkt. Å lokalisere en kilde på en stor maskin, kartlegge et lydfelt rundt et kjøretøy, måle forbikjøringsstøy eller overvåke flere posisjoner rundt et anlegg er alt avhengig av mange kanaler som er tatt opp på samme øyeblikk. Kanal-til-kanal fasetilpasning blir viktigere enn absolutt nøyaktighet, fordi den nyttige informasjonen ligger i forskjellene mellom kanalene.

Det er der kanaltelling og datagjennomstrømning tar over fra kapselspesifikasjonen. En kortbasert analysator som ZTG9232I, med 32 kanaler streamet over gigabit Ethernet, gir deg et synkront øyeblikksbilde av en hel struktur i ett pass, og lar den samme maskinvaren betjene både akustiske arrays og akselerometerkanalene som vanligvis følger med dem.

ZT-G9232I 32-kanals Gigabit Ethernet Dynamic Signal Analyzer En 32-kanals, 24-bits Ethernet-analysator for synkron spenning, IEPE og strain acquisition i flerpunkts vibrasjons- og støyovervåking. Se produkt →

For flerpunktsarbeid, budsjetter for kablingen og opptakstiden like nøye som du budsjetterer for kanaler. En 32-kanals plate med høy samplingsfrekvens fyller lagringen overraskende raskt, og muligheten til å trigge, pre-trigge og segmentere opptak betyr ofte mer enn rå båndbredde.

Kalibrering, sporbarhet og feltsjekker

Hver akustisk målekjede driver, og hvert eneste resultat som betyr noe bør forsvares. Rutinen er grei: påfør en akustisk kalibrator på mikrofonen rett før målingen og igjen rett etterpå. Hvis de to sjekkene stemmer overens innenfor en liten margin, anses kjeden som stabil i varigheten. Hvis de er uenige, er dataene mellom dem mistenkelige, uavhengig av hvor elegant spekteret ser ut.

Feltkalibratorer produserer vanligvis 94 dB og 114 dB ved 1 kHz på den monterte mikrofonen, med en klasse 1-kalibrator spesifisert under IEC 60942 som passende følgesvenn for en klasse 1 målekjede. I tillegg til daglige kontroller, bør instrumentet og mikrofonen gå tilbake til et laboratorium med definerte intervaller for verifisering, slik at sporbarheten av resultatene dine ikke er avhengig av en enhet som har drevet stille i tre år.

• Miljøkorrigeringer. Temperatur, fuktighet og statisk trykk påvirker alle kapselfølsomheten, og de største effektene vises i ytterkantene av driftsområdet i stedet for i et komfortabelt laboratorium.
• Frontrute. Utendørs er en frontrute avgjørende; dens innsettingseffekt er liten, men ikke null, og den bør tas med i beregningen når resultatene rapporteres til en brøkdel av en desibel.
• Bakgrunnsstøy. Når interessekilden bare er noen få desibel over bakgrunnen, er det målte nivået delvis bakgrunnen. Standard praksis er å bruke en korreksjon når forskjellen er liten og å forkaste målingen når kilden så vidt overskrider bakgrunnen i det hele tatt.
• Montering og orientering. Refleksjoner fra operatøren, fra et stativ eller fra bakkeplanet kan overskride nøyaktighetsklassen til selve instrumentet.

Håndholdt måler eller målekjede? En beslutningsvei

Valget løser seg vanligvis når du svarer ærlig på tre spørsmål. Trenger du å forsvare nummeret i en formell sammenheng? Trenger du å forstå kilden, i stedet for bare å kvantifisere den? Vil noen stille et nytt spørsmål om disse dataene seks måneder fra nå?

• To eller tre svar på "nei" peker på en klasse 2 håndholdt måler, brukt forsiktig, kontrollert med en kalibrator.
• Et "ja" på formell forsvarlighet peker på et klasse 1-instrument med logging og en dokumentert verifikasjonshistorikk.
• Et "ja" på å forstå kilden, eller på fremtidig re-analyse, peker på en mikrofon og analysatorkjede der råsignalet er bevart.

Mange team ender opp med begge deler: en håndholdt måler for raske undersøkelser og et kanalbasert system for målingene som genererer rapporter. Hvis arbeidet ditt spenner over støy og vibrasjoner sammen, er det verdt å vurdere hvordan de to sidene passer inn i en enkelt arkitektur, som er hva vår vibrasjons- og dynamiske testsystemer er bygget rundt – delte sensorer, delt innhenting og et felles analysemiljø.

Spesifikasjoner du bør sjekke før du kjøper

Følgende liste er den vi vil bruke på ethvert kandidatinstrument, uansett merke eller prisklasse. Arbeid gjennom det i rekkefølge og de fleste uegnede modellene vil eliminere seg selv.

1. Mikrofontype og diameter. Bekreft om kapselen er fritt felt, trykk eller tilfeldig forekomst, og om den er prepolarisert eller eksternt polarisert.
2. Frekvensområde. Sjekk området som den angitte toleransen faktisk gjelder for, ikke området der instrumentet bare produserer et tall.
3. Dynamisk rekkevidde og selvstøy. Et bredt spekter er bare nyttig hvis bunnenden er genuint stille nok til ditt laveste forventede nivå.
4. Vekting og tidskonstanter. A-, C- og Z-vekting pluss Fast, Slow og Impulse dekker det store flertallet av standardbasert arbeid.
5. Datalogging og minne. Bestem hvor mange dager med uovervåket opptak instrumentet kan holde, og hvordan dataene hentes.
6. Samplingshastighet og bitdybde. For analysearbeid, se etter 24-bits konvertering og samtidig sampling på tvers av alle kanaler.
7. Inngangstype og sensoreffekt. Spennings-, IEPE- og ladeinnganger, med tilstrekkelig konstantstrømforsyning for lange kabler, holder alternativene åpne.
8. Kanalantall. Kjøp for den største målingen du realistisk forventer, ikke den minste du kan forestille deg.
9. Grensesnitt og synkronisering. USB for bærbart arbeid med én enhet; Ethernet for permanente installasjoner og synkronisering med flere enheter.
10. Programvare og eksport. Sjekk at resultatene kan eksporteres i formater som rapporteringsarbeidsflyten din allerede bruker, uten en proprietær konverter.
11. Kalibreringsbane. Bekreft at kapselen kan kalibreres med en standard feltkalibrator og verifiseres i et laboratorium.
12. Miljøvern. Utendørs og industriell bruk krever kontakter, hus og kabling vurdert for forholdene de vil møte.

Hvor lydtrykkmålinger går galt

Etter nok nettstedsbesøk dukker den samme håndfull feil opp igjen og igjen, og ingen av dem er forårsaket av at instrumentet er feil klasse.

• Måler i en bris uten frontrute, og lurer på hvorfor lavfrekvent nivå blåses opp.
• Står mellom kilden og mikrofonen, og måler refleksjonen i stedet for kilden.
• Tar opp et nivå bare et par desibel over bakgrunnen og rapporterer det som om det var kilden alene.
• Bruk av A-vektet data for å undersøke et lavfrekvent problem som A-vekting ble designet for å redusere vekt på.
• Å glemme at en enkelt Leq-verdi ikke kan beskrive en impulsiv kilde, og utelate toppmålinger helt.
• Kalibrerer ved starten av en undersøkelse og ikke på slutten, slik at ingenting verifiserer kjeden i timene i mellom.
• Registrerer bare oppsummeringsnivåer, og oppdager senere at det interessante spørsmålet trengte bølgeformen.

Legg merke til hvor mange av disse problemene som ikke løses ved å bruke mer penger, men ved å bestemme på forhånd hva dataene skal svare på. En kort skriftlig måleplan, én side lang, forhindrer de fleste.

Bringe støy og vibrasjoner sammen

I praksis kommer lydtrykket sjelden alene. En maskin som er høy vibrerer vanligvis også, og de to målingene svarer på ulike halvdeler av samme spørsmål. Mikrofoner fanger opp det operatøren hører; akselerometre og kraftsensorer avslører hvor energien kommer fra, og hvordan den beveger seg gjennom strukturen før den stråler ut som støy.

Fordi innsamlingsmaskinvaren er delt, er marginalkostnaden ved å legge til vibrasjonskanaler til en støymåling liten. Den samme analysatoren registrerer mikrofon-, akselerometer- og kraftkanaler samtidig, slik at ordresporing, modalanalyse og overføringsbanestudier kjøres på data som er fanget i en enkelt økt. Der den akustiske målingen trenger et kalibreringssertifikat, trenger vibrasjonskanalene hver sin kalibreringsrute, og begge har godt av å verifiseres sammen før maskinen starter.

Ofte stilte spørsmål

Er en klasse 1 meter alltid det beste valget?

Ikke automatisk. Klasse 1 gir deg strammere toleranser og et bredere verifisert frekvensområde, noe som er avgjørende når et resultat skal forsvares formelt. For rutinemessig screening og interne sammenligninger gir et nøye brukt klasse 2-instrument tall som kan brukes perfekt. Det som gjør begge klassene pålitelige er kalibreringsdisiplin og fornuftig målepraksis.

Kan en smarttelefonapplikasjon erstatte en lydtrykknivåmåler?

En telefonmikrofon er laget for tale, ikke for metrologi. Frekvensresponsen er ujevn, dens automatiske forsterkningskontroll kan være aktiv, og dens absolutte følsomhet er ikke sporbar. Telefonapplikasjoner er nyttige for en grov indikasjon på om et mellomrom er høyt, og for ingenting som må skrives ned i en rapport.

Hvor ofte skal kjedet kalibreres?

Feltkontroller før og etter hver måleøkt, uten unntak. Laboratorieverifisering av instrumentet og kapselen med intervaller definert av ditt kvalitetssystem eller av forskriften du arbeider under. Hvis en feltsjekk faller utenfor akseptmarginen, behandle hele økten som mistenkelig.

Trenger jeg virkelig oktavbånddata?

Hvis du trenger å vite hva støyen er, i stedet for bare hvor høy den er, så ja. Et enkelt A-vektet nivå sier ingenting om hvorvidt et problem er tonalt, lavfrekvent eller bredbånd, og avbøtningsstrategien er helt forskjellig i hvert enkelt tilfelle. Bånddata er også det de fleste støyvurderingsopplegg er skrevet rundt.

Hvor mye bør en god lydtrykknivåmåler koste?

Prisene sporer evne i stedet for merke. En skjermingsmåler, et loggingsinstrument i klasse 1 og en flerkanalsanalysekjede sitter i tre klart adskilte budsjettgrupper, og den avgjørende faktoren bør være hvilken brakett som samsvarer med spørsmålene du må svare på. Å kjøpe en klasse over behovet ditt er rimelig; å kjøpe en klasse under den betyr vanligvis å gjenta arbeidet.

Å lete etter den beste lydtrykknivåmåleren er egentlig et spørsmål om målingens hensikt. Bestem hva dataene skal bevise, hvor lenge de må overleve, og hvem som kan undersøke dem på nytt, og spesifikasjonsarket blir mye lettere å lese. Velg kapselen først, konverteringselektronikken til sist, og kabinettet sist – kalibrer deretter hele kjeden før du stoler på et enkelt tall den produserer. Den tankerekken har tjent oss godt på tvers av broer, maskinhaller, laboratorier og byggeplasser, og den vil tjene deg godt også.