INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN
LABORATORIUM
POMIAR MOCY AKUSTYCZNEJ
Measurment of sound power
8 1;7 2;6 3;5 4 9 h 1 d l 3 c l1
Zakres
ć
wiczenia
1. Zapoznanie si
ę
z normami dotycz
ą
cymi pomiaru mocy akustycznej.
2. Zapoznanie si
ę
z aparatur
ą
pomiarow
ą
i metodyk
ą
pomiarów.
3. Przeprowadzenie pomiarów zgodnie z zaleceniami normowymi.
4. Opracowanie wyników pomiarów.
Do wykonania przez studentów
1. Wykona
ć
pomiary poziomu ci
ś
nienia akustycznego emitowanego przez
urz
ą
dzanie.
2. Wykona
ć
pomiary poziomu tła akustycznego.
3. Obliczy
ć
poprawki koryguj
ą
ce.
4. Obliczy
ć
poziom mocy akustycznej.
5. Narysowa
ć
wykres poziomu mocy akustycznej badanego urz
ą
dzenia funkcji
cz
ę
stotliwo
ś
ci.
6. Poda
ć
wnioski z przeprowadzonych pomiarów.
1. MOC AKUSTYCZNA
Moc akustyczna jest podstawową wielkością fizyczną określającą dane urządzenie pod względem akustycznym. Definiowana jest jako ilość energii jaką wysyła źródło w jednostce czasu.
]
W
[
F
Z
p
N
f 2 a a=
(1)gdzie: pa – ciśnienie akustyczne, Zf – oporność falowa ośrodka, F- pole powierzchni przekroju
przez który przepływa energia akustyczna.
Ze względu na duŜą rozpiętość wartości spotykanych mocy akustycznych wygodne jest posługiwanie się poziomem mocy akustycznej:
]
dB
[
N
N
log
10
L
o a W=
(2) gdzie No = 10 -12[W] - moc akustyczna odniesienia.
Rys.1. Zakresy spotykanych mocy akustycznych
Podanie wartości poziomu mocy akustycznej maszyn i urządzeń jest bardzo często wymagane przepisami prawa (np. maszyny budowane, agregaty prądotwórcze, spręŜarki, kosiarki, itd). Parametr mocy akustycznej źródła hałasu jest konieczny w przypadku stosowania obliczeniowych metod prognozowania propagacji hałasu.
2. WARUNKI BADA
Ń
2.1. Miejsce bada
ń
Pomiary przeprowadza się w miejscu eksploatacji urządzenia w pomieszczeniu lub w przestrzeni otwartej nad powierzchnią odbijającą dźwięk. Badane źródło powinno być połoŜone w dostatecznej odległości od kaŜdej odbijającej ściany, sufitu, lub odbijającego obiektu. W celu uwzględnienia właściwości akustycznych środowiska badawczego naleŜy przyjąć poprawkę środowiskową K2.
2.2. Aparatura pomiarowa
Do pomiarów stosuje się mierniki poziomu dźwięku klasy dokładności 1. Mierniki poziomu dźwięku przed przeprowadzeniem pomiarów powinny być cechowane przy uŜyciu kalibratora -źródła wzorcowego sygnału akustycznego, wytwarzającego ciśnienie akustyczne o stałym poziomie. JeŜeli pomiary są wykonywane w przestrzeni otwartej, zaleca się stosowanie osłony przeciwwietrznej.
2.3. Przebieg badania
• Cechowanie aparatury pomiarowej - przed rozpoczęciem pomiarów miernik wraz z mikrofonem cechuje się a po ich zakończeniu sprawdza się cechowanie. Wyniki pomiarów uznaje się za prawidłowe, jeŜeli róŜnica wartości sygnału cechującego odczytywanych przed rozpoczęciem pomiarów i po ich zakończeniu nie przekracza 2 dB.
• Sprawdzenie tła akustycznego - poziom dźwięku tła akustycznego Lt podlega sprawdzeniu
przed przystąpieniem do pomiarów oraz po ich zakończeniu. Sprawdzenie to obejmuje pomiary poziomu dźwięku A we wszystkich punktach pomiarowych.
• Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego w poszczególnych punktach pomiarowych Lpi
3. ZASADA POMIARU MOCY AKUSTYCZNEJ
Pomiar poziomu mocy akustycznej metodą techniczną nad płaszczyzną odbijającą dźwięk wykonuje się w następujących etapach:
• Wykonanie pomiarów poziomu ciśnienia akustycznego w pasmach oktawowych oraz poziomu dźwięku A w pięciu punktach pomiarowych usytuowanych wokół źródła dźwięku jak na rys.2.
1 3 4 d d b l1 l 2 a d l 3 d c h 1 1 3 d 5 2 badane urządzenie "widok z góry"
Rys.2. RozłoŜenie punktów pomiarowych wokół badanego urządzenia.
• Obliczenie pola powierzchni pomiarowej.
Wymiary charakterystyczne naleŜy obliczać ze wzorów:
),
(
25
,
0
,
,
5
,
0
,
5
,
0
l
1d
b
l
2d
c
l
3d
h
1b
c
d
a
=
+
=
+
=
+
=
+
−
(3)gdzie l1, l2 są wymiarami podstawy prostopadłościanu ograniczającego badane urządzenie
(l1>=l2), l3 jest wysokością prostopadłościanu
Pole powierzchni pomiarowej oblicza się ze wzoru:
]
m
[
d
2
c
b
a
c
b
a
)
bc
ac
ab
(
4
F
2+
+
+
+
+
+
+
=
(4)• Obliczenie średnich wartości poziomów ciśnienia akustycznego zmierzonych w pasmach oktawowych i średniej wartości poziomu dźwięku A z zaleŜności:
=
′
∑
= ′ 5 1 i 10 L p pi10
5
1
log
10
L
(5) gdzie:
L
′
pi– odpowiednio poziom ciśnienia akustycznego w określonym paśmie oktawowym lub poziom dźwięku A, w i -tym punkcie pomiarowym, [dB]• Obliczenie poprawki uwzględniającej hałas tła. Poprawkę naleŜy określić z zaleŜności:
(
1
10
)
[
dB
]
log
10
K
1 0.1 L ∆ −−
−
=
w którym p pL
L
L
=
′
−
′′
∆
]
dB
[
10
5
1
log
10
L
5 1 i 10 L p pi
=
′′
∑
= ′′gdzie
L
pi′′
to poziom ciśnienia akustycznego hałasu tła w pasmach oktawowych lub poziom dźwięku A hałasu tła zmierzony w i-tej pozycji mikrofonu [dB].JeŜeli
∆
L
>
15
dB
, nie wprowadza się Ŝadnej poprawki, a jeŜeli wartość∆
L
<
6
dB
pomiar nie spełnia wymagań normy PN-EN ISO 3744.• Obliczenie poprawki uwzględniającej środowisko badawcze.
W celu uwzględnienia wpływu dźwięków odbitych w przestrzeni pomiarowej na wartość
zmierzonego poziomu ciśnienia akustycznego oblicza się poprawkę K2 zgodnie z zaleŜnością:
]
dB
[
F
A
1
A
F
4
1
log
10
K
v 2
−
+
=
(6)F pole powierzchni pomiarowej [m2],
Fv pole powierzchni ograniczających pomieszczenie łącznie z podłogą [m
2 ],
A – chłonność akustyczna pomieszczenia określona na podstawie czasu pogłosu T:
]
m
[
T
V
161
,
0
A
=
⋅
2 (7)V – objętość badanego pomieszczenia [m3],
T – czas pogłosu [s].
Środowisko pomiarowe spełnia wymagania normy PN-EN ISO 3744 jeŜeli wartość pooprawki K2 jest mniejsza niŜ 2 dB.
• Obliczenie powierzchniowego poziomu ciśnienia akustycznego.
Od wartość średniego poziomu ciśnienia akustycznego odejmuje się wartość poprawek K1
oraz K2:
]
dB
[
K
K
L
L
pf=
p′
−
1−
2 (8)• Obliczenie poziomu mocy akustyczne z zaleŜności:
]
dB
[
F
F
log
10
L
L
0 pf w=
+
(9) gdzie
L
pf - poziom dźwięku A lub poziom ciśnienia akustycznego w pasmach częstotliwości,F – pole powierzchni pomiarowej [m2]
F0=1m
2 .
4. ZAUTOMATYZOWANY SYSTEM DO POMIARU MOCY AKUSTYCZNEJ
PoniewaŜ określenie mocy akustycznej wiąŜe się z koniecznością wykonania wielu pomiarów w co najmniej kilku punktach pomiarowych, pomocne są tutaj zautomatyzowane systemy pomiarowe. Jednym z takich układów jest przedstawiony poniŜej system firmy Sonopan.
Rys.3. System do pomiaru mocy akustycznej firmy Sonopan APMS-19
W skład systemu wchodzą mikrofony pomiarowe z przedwzmacniaczami, multiplekser MPL-19, analizator dźwięku DSA-50, komputer z oprogramowaniem. Wyznaczanie mocy akustycznej jest wykonywane na podstawie pomiaru ciśnienia akustycznego w maksymalnie 10 punktach pomiarowych. Mikrofony pomiarowe są rozmieszczone na statywach na powierzchni półkuli lub prostopadłościanu otaczającego badany obiekt. Sygnały z mikrofonów poprzez multiplekser podawane są do cyfrowego analizatora dźwięku. Analizator oraz multiplekser sterowane są przez komputer (z dedykowanym oprogramowaniem), pozwalając na zautomatyzowanie pomiarów, obliczenie mocy akustycznej badanego obiektu i wygenerowanie raportu.
System Sonopan APMS-19 umoŜliwia pomiar mocy akustycznej maszyn i urządzeń zgodnie z normą PN-EN 3744. Za pomocą systemu moŜna równieŜ określić charakterystykę kierunkowości badanego źródła hałasu.
System określa automatycznie poprawność kwalifikacji środowiska badawczego, ocenia spełnienie kryteriów określonych w normie (np. wpływ tła akustycznego), umoŜliwia równieŜ
automatyczne przeprowadzenie kalibracji torów pomiarowych a takŜe wizualizuje i archiwizuje dane pomiarowe.
5. WYKONANIE
Ć
WICZENIA
• Pomiar poziomu tła akustycznegoL.p. Punkt pomiarowy Pasmo częstotliwości [Hz] Poziom hałasu tła
L
pi′′
[dB] 125 250 500 1000 2000 4000 1 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 2 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 3 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 4 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 5 Filtr A• Obliczenie średnich poziomów hałasu tła akustycznego 125 250 500 1000 2000 4000 p
L
′′
Filtr A• Obliczenie pola powierzchni pomiarowej: l1=...m, l2=...m, l3=...m,
F =...m2,
• Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego L.p. Punkt pomiarowy Pasmo częstotliwości [Hz] Poziom ciśnienia akustycznego pi
L
′
[dB] Poziom ciśnienia akustycznego piL
′
[dB] Poziom ciśnienia akustycznego piL
′
[dB] 125 250 500 1000 2000 4000 1 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 2 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 3 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 4 Filtr A 125 250 500 1000 2000 4000 5 Filtr APasmo częstotliwości [Hz] p p
L
L
L
=
′
−
′′
∆
K1∆
L
=
L
′
p−
L
p′′
K1∆
L
=
L
p′
−
L
p′′
K1 125 250 500 1000 2000 4000 Filtr A• Obliczenie poprawki uwzględniającej środowisko badawcze K2
Pasmo częstotliwości
[Hz]
Czas pogłosu T Chłonność
akustyczna A K2 125 250 500 1000 2000 4000 Filtr A Fv =...m 2 , V=...m3
• Obliczenie powierzchniowego poziomu ciśnienia akustycznego. Pasmo częstotliwości [Hz] pf
L
L
pfL
pf 125 250 500 1000 2000 4000 Filtr A• Obliczenie poziomu mocy akustycznej. Pasmo częstotliwości [Hz] Lw Lw Lw 125 250 500 1000 2000 4000 Filtr A
60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 250 500 1000 2000 4000 A f [Hz] Lw [ d B ] • Wnioski.
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
6. LITERATURA
[1] Engel Z., Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem, PWN, Warszawa 2001 r.
[2] Sadowski J., Akustyka architektoniczna, PWN Warszawa 1976.
[3] PN-EN ISO 3744 Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego
