Analiza pasmowa jest wartością dodaną do pomiaru hałasu. Sam pomiar hałasu często jest niewystarczający, bo opiera się tylko na jednej wartości liczbowej. Na podstawie poziomu hałasu możemy ocenić czy ten hałas w danym środowisku występuje czy nie, jednak znając konkretne składowe częstotliwościowe tego hałasu możemy ustalić źródła hałasu i zastosować skuteczne metody redukcji.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że po zastosowaniu redukcji może obniżyć się poziom hałasu, ale jego subiektywna dokuczliwość pozostanie niezmienna. Jest to przypadek, w którym dokuczliwość hałasu zależy od jego tonalności, a zatem wprowadzenie redukcji na podstawie samego poziomu nie będzie wystarczające.
Analiza pasmowa daje znacznie pełniejszy obraz zjawiska akustycznego niż sama wartość zmierzonego poziomu dźwięku.
Poziom mówi, czy hałas jest. Widmo mówi, z czego się składa — i dopiero to pozwala wskazać źródło oraz dobrać redukcję.
Poziom w paśmie to suma energii całego zakresu, nie poziom przy częstotliwości środkowej: 70 dB w paśmie 1 kHz to 70 dB w przedziale od 707 Hz do 1414 Hz.
Widma wolno porównywać tylko przy tej samej korekcji — korekcja A zaniża niskie częstotliwości wobec korekcji Z, więc to samo zjawisko wygląda w obu widmach inaczej.
Oktawy do szybkiej oceny, tercje do lokalizowania problemu, FFT do diagnostyki maszyn — przy hałasie w środowisku tercje zwykle wystarczają.
Niższy poziom nie musi oznaczać mniejszej dokuczliwości. Przy hałasie tonalnym redukcja oparta na samym poziomie nie zadziała — trzeba trafić w konkretne pasmo.
Analiza oktawowa lub bardziej ogólnie analiza pasmowa hałasu to metoda pomiarowa opierająca się na rozkładzie dźwięku na pasma częstotliwości. Rozkład taki jest wartościowy kiedy chcemy przeanalizować charakter hałasu, ponieważ pozwala na ocenę udziału danych częstotliwości w hałasie. Znając dominujące częstotliwości możemy bardziej precyzyjnie określić dokuczliwość czy lepiej dobrać rozwiązania redukujące hałas.
Ponadto analiza pasmowa pozwala także na diagnostykę maszyn i urządzeń, a także na znacznie lepszą interpretację wyników pomiarowych niż sam wynik w postaci poziomu występującego hałasu. W przypadku hałasu złożonego z kilku źródeł można na podstawie analizy pasmowej ocenić, które z tych źródeł ma największy udział.
Pasma na potrzeby analizy pasmowej mogą być oktawowe lub tercjowe. Pasma oktawowe i tercjowe różnią się szerokością — w przypadku pasm oktawowych częstotliwość najwyższa w paśmie jest dwukrotnie większa od częstotliwości najniższej. W przypadku analizy tercjowej każde pasmo oktawowe jest podzielone na 3 zakresy.
Każde pasmo ma swoją częstotliwość środkową — czyli częstotliwość reprezentującą pasmo. Częstotliwość środkowa to średnia geometryczna najwyższej i najniższej częstotliwości w danym paśmie. W przypadku hałasu rozróżniamy 9 najczęściej występujących częstotliwości środkowych: 31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz. A zatem pasmo 1 kHz to zakres częstotliwości od 707 Hz do 1414 Hz.
W przypadku pasm tercjowych dzielimy oktawę na 3 części. Pasmo oktawowe 1 kHz będzie się składać z 3 pasm tercjowych: 800 Hz, 1000 Hz i 1250 Hz. Zaś pasmo tercjowe 1 kHz będzie w zakresie od 891 Hz do 1122 Hz. Podział na pasma tercjowe pozwala na dokładniejszy odczyt charakteru hałasu, dzięki temu lepiej nadają się do diagnostyki czy przygotowania planu redukcji dokuczliwego dźwięku.
Analiza pasmowa wskazuje poziom dźwięku dla danego pasma częstotliwości. Należy tutaj rozumieć, że 70 dB w paśmie 1 kHz nie oznacza 70 dB przy dokładnie 1000 Hz. Poziom dla danego pasma oznacza sumę poziomów dla poszczególnych częstotliwości w danym zakresie pasma. A zatem 70 dB w paśmie oktawowym 1 kHz będzie oznaczało 70 dB w częstotliwościach od 707 Hz do 1414 Hz.
Rzeczywisty rozkład częstotliwości w hałasie obrazuje widmo z korekcją Z — korekcja ta nie wprowadza żadnych redukcji dla poszczególnych częstotliwości. Korekcja A stanowi przybliżenie wrażliwości ludzkiego słuchu i mocno osłabia niskie częstotliwości, zatem analizując widmo pasmowe z korekcją A należy mieć świadomość, że poziomy niskich częstotliwości będą prezentowane jako niższe niż w widmie z korekcją Z.
Korekcja C mniej tłumi niskie częstotliwości niż korekcja A, jest stosowana przy ocenie hałasu o dużym udziale niskich częstotliwości oraz przy pomiarach poziomu szczytowego. W przypadku widm hałasu często widzimy wyniki skorygowane zgodnie z jedną z tych charakterystyk, dlatego przy porównywaniu widm należy zawsze zwracać uwagę na zastosowaną charakterystykę częstotliwościową.
Do analizy pasmowej potrzebny jest mikrofon oraz analizator dźwięku. Analizator dzieli sygnał na odpowiednie pasma wykorzystując filtry pasmowe i dla każdego pasma wyznacza poziom ciśnienia akustycznego. Wyniki prezentowane są w formie wykresu słupkowego: każdy słupek odpowiada częstotliwości środkowej pasma, zaś wartość dla danego słupka to poziom ciśnienia akustycznego wyrażony w dB obliczony dla tego konkretnego pasma.
Analiza pasmowa może odbywać się dwoma metodami — poprzez filtry cyfrowe lub poprzez FFT (Fast Fourier Transform). W pierwszym przypadku sygnał przechodzi przez bank filtrów pasmowych, w drugim energia odpowiednich pasm FFT jest sumowana do pasma tercjowego/oktawowego. Na potrzeby analizy kluczowa jest transformacja sygnału z dziedziny czasu do dziedziny częstotliwości. Analiza w mierniku odbywa się w czasie rzeczywistym, dzięki temu możemy na bieżąco mieć podgląd rozkładu częstotliwości w rejestrowanym hałasie. Wynik analizy nazywamy widmem hałasu.
To co najczęściej nas interesuje w kontekście widma hałasu to dominujące pasma — te o najwyższym poziomie ciśnienia akustycznego. Dzięki temu wiemy czy w hałasie dominują niskie, średnie czy wysokie częstotliwości. Znajdując pasma o najwyższych poziomach w widmie możemy wskazać konkretne źródła hałasu. Zestawiając ze sobą sąsiednie pasma możemy ocenić czy hałas jest szerokopasmowy (sąsiednie pasma są na podobnych poziomach) czy tonalny (pojedyncze pasma mają znacznie większe poziomy niż sąsiednie).
W przypadku wykorzystania analizy pasmowej do oceny redukcji hałasu można porównać pasmo przed zastosowaniem redukcji i po. Pozwoli to na ocenę redukcji hałasu w konkretnych zakresach częstotliwości. Można także wykonać analizę pasmową tła i jej widmo zestawić z widmem hałasu urządzenia. Dzięki temu znajdziemy pasma, w których badane źródło rzeczywiście dominuje.
W przypadku dokuczliwego dźwięku analiza pasmowa pozwala na określenie najbardziej istotnego źródła hałasu. Znając konkretne źródło i jego zakres częstotliwościowy możemy bardzo precyzyjnie dobrać zabezpieczenia przeciwhałasowe — w szczególności kiedy to źródło ma wąskie spektrum. Jednak nie jest to jedyne zastosowanie analizy oktawowej.
Analiza pasmowa jest wykorzystywana także do diagnostyki maszyn i instalacji. Wzrost konkretnego pasma częstotliwości w hałasie generowanym przez maszynę może wskazywać na zużycie łożyska, niewyważenie, luzy mechaniczne czy inne uszkodzenia. Częstotliwość hałasu z kolei można łatwo powiązać z prędkością obrotową czy częstotliwością pracy łopatek/silnika, a co za tym idzie przeprowadzić precyzyjną diagnozę. W widmie też możliwe jest zauważenie harmonicznych danej częstotliwości i rezonansów, zatem diagnozowanie maszyny na podstawie analizy pasmowej może przynieść bardzo szczegółowe informacje.
Pomiary pasm oktawowych i tercjowych świetnie sprawdzają się także przy ocenie skuteczności tłumików i innych metod redukcji hałasu. Tłumiki mają określoną skuteczność dla danych częstotliwości, nigdy nie redukują dźwięku jednakowo w całym zakresie. Analizując pasma częstotliwościowe przed tłumikiem i po tłumiku możemy, na podstawie poziomów ciśnienia akustycznego w pasmach, ocenić skuteczność danego tłumika.
Norma PN-EN ISO 4869-2:2018 „Akustyka ‒ Ochronniki słuchu ‒ Część 2: Szacowanie efektywnych poziomów dźwięku A pod ochronnikami słuchu.” przedstawia metodę pasm oktawowych jako preferowaną metodę doboru ochronników słuchu.
Wymaganie stosowania analizy pasmowej pojawia się także w normie PN-EN ISO 3741 „Akustyka. Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego. Metody dokładne w komorach pogłosowych”.
Analiza pasmowa dzieli widmo na konkretne pasma częstotliwości — tercjowe lub oktawowe, a FFT idzie o krok dalej w stronę dokładności i rozkłada sygnał na znacznie węższe pasma o określonej rozdzielczości. W typowych pomiarach hałasu zakres słyszalności człowieka w analizie oktawowej jest podzielony na 9 pasm. W paśmie 1 kHz znajdują się częstotliwości od 707 Hz do 1414 Hz, zatem jest to dość szeroki przedział.
Dzięki FFT możemy otrzymać precyzyjniejsze zakresy najbardziej uciążliwych częstotliwości. FFT idealnie sprawdza się do diagnostyki maszyn, zaś w odpowiedni sposób łącząc pasma powstałe z analizy FFT można otrzymać standardowe pasma tercjowe czy oktawowe. Analiza tercjowa i oktawowa odpowie na pytanie w jakich zakresach częstotliwości znajduje się energia, a FFT wskaże na jakich dokładnie częstotliwościach występują składowe hałasu.
Analiza oktawowa pozwala na szybką i intuicyjną ocenę charakteru dokuczliwych dźwięków. Świetnie sprawdza się jako punkt wyjścia do dalszej analizy.
Bardziej dokładne analizy wykonujemy przy zastosowaniu pasm tercjowych. Tercje zawężają pasma i dzięki temu łatwiej jest zlokalizować problematyczne zakresy — często na potrzeby hałasu w środowisku zastosowanie pasm tercjowych jest już wystarczające. FFT stosujemy w sytuacji kiedy chcemy otrzymać bardzo precyzyjne informacje o charakterze tonalnym dźwięku, najczęściej przy diagnostyce maszyn.
Analiza pasmowa wymaga przyrządu z filtrami pasmowymi, a jej wynik interpretuje się w oprogramowaniu na komputerze. W ofercie SVANTEK odpowiadają za to:
Autoryzowany konsultant SVANTEK pomoże w szczegółach, takich jak wymagane akcesoria do monitorowania hałasu.
