Co to jest natężenie dźwięku?
Natężenie dźwięku to zgodnie z PN-B-02153:2002 „ilość energii fali akustycznej przepływającej w jednostce czasu przez powierzchnię o polu jednostkowym, prostopadle do kierunku rozprzestrzeniania się fali”. Natężenie określa falę akustyczną pod względem energetycznym, jego jednostką jest W/m2. Warto też zwrócić uwagę na fakt, że natężenie jest wielkością wektorową. W związku z tym, że jest to pomiar ilości energii przepływającej przez powierzchnię koniecznie jest zastosowanie odpowiednich sond pomiarowych oraz oprogramowania do obliczenia i przedstawienia wyników. Natężenie traktuje się jako wartość zespoloną, której część rzeczywista jest natężeniem aktywnym, zaś część urojona – natężeniem reaktywnym. Dzięki temu pole akustyczne opisujemy jako rozkład ciśnienia z reaktywną składową natężenia i zbiór fal opisanych przez składową aktywną.
Co to jest poziom natężenia dźwięku?
Poziom natężenia dźwięku to zgodnie z PN-B-02153:2002 wielkość wyznaczona w oparciu o wzór:
LI = 10 log I/I0
gdzie:
I – natężenie dźwięku,
I0 – natężenie dźwięku odniesienia równe 10^-12 W/m2.
Jednostką poziomu natężenia dźwięku jest dB. Dla ludzkiego słuchu miara ta wydaje się narastać liniowo. Wartość odniesienia odpowiada najmniejszemu natężeniu dźwięku dla 1 kHz, który może być zarejestrowany przez ludzkie ucho. Próg bólu dla ludzkiego narządu odnosi się do natężenia równego 1 W/m2 czyli aż 12 rzędów wielkości więcej niż dla najmniejszego słyszalnego natężenia. Wartości te są jednak mocno orientacyjne, ponieważ zdolność ludzkiego ucha do słyszenia dźwięków maleje wraz z wiekiem.
Po co mierzyć natężenie dźwięku?
Natężenie dźwięku mierzy się w celu zbadania parametrów promieniowania źródła dźwięku lub na potrzeby określenia mocy akustycznej źródła. Pomiary natężenia sprawdzają się świetnie do identyfikacji źródeł hałasu. Dzięki pomiarom natężenia można wykonywać mapy z rozkładem pola akustycznego. Zwykle natężenie mierzone jest w jednym kierunku (90 st.), co pozwala określić fragment przestrzeni, gdzie znajduje się przepływ energii akustycznej. Pomiar poziomu ciśnienia akustycznego pozwala tylko na określenie jaki jest poziom hałasu, zaś dzięki pomiarom natężenia możliwe jest zidentyfikowanie źródeł hałasu i w dalszym kroku redukcja tego hałasu.
Jak zmierzyć natężenie dźwięku?
Natężenie dźwięku mierzy się z wykorzystaniem sondy natężeniowej, w której znajdują się dwa mikrofony w określonej odległości od siebie. Na mierzonej przestrzeni rozrysowuje się siatkę pomiarową, w której węzłach wykonuje się pomiary. Zwykle sondę umieszcza się prostopadle do płaszczyzny pomiarowej. Dzięki temu możliwe jest stworzenie graficznej formy przedstawienia wyników np. na wykonanym zdjęciu płaszczyzny mierzonej. Pomiar wykonujemy w pasmach tercjowych. Tego typu pomiary pozwalają na określenie in situ parametrów akustycznych przegrody – np. jej izolacyjności w funkcji częstotliwości. Ponadto pomiary natężenia dźwięku mogą być wykonywane in situ – czyli w naturalnych warunkach pracy np. maszyny, ponieważ hałas otoczenia nie ma wpływu na pomiary natężenia.
Czym jest sonda natężeniowa?
Sonda natężeniowa to para mikrofonów ciśnieniowych o identycznych parametrach. Mikrofony te są umieszczone w odpowiedniej odległości od siebie. Można rozróżnić dwa ustawienia mikrofonów w sondach – równoległe oraz czołowe. Mikrofony te mogą być ćwierć-calowe lub półcalowe. Te pierwsze wykorzystuje się do pomiarów wyższych częstotliwości, zaś te drugie do niższych. Ponadto mikrofony muszą posiadać płaską charakterystykę w polu dyfuzyjnym. Charakterystyka kierunkowa takiej sondy jest ósemkowa. Sondy muszą spełniać wymagania normy PN-EN 61043:2001 „Aparatura do pomiaru natężenia dźwięku”. Sonda musi być połączona z miernikiem lub innym przyrządem, który pozwoli na opracowanie wyników pomiarów w pasmach oktawowych lub tercjowych. Podobnie jak dla mierników dźwięków sondy klasyfikuje się w dwóch klasach dokładności – 1szej oraz 2giej. Sondy mierzą składową aktywną i reaktywną natężenia dźwięku, zatem musi być do nich dołączony system odpowiadający za analizę zmierzonych wartości.
Jakie znaczenie ma odległość między mikrofonami w sondzie?
Odległość ta najczęściej jest równa 6 mm, 12 mm lub 50 mm. Wartość jest dobierana przed pomiarami w zależności od częstotliwości, które chcemy badać. Odległość równa 6mm pozwoli nam na pomiar aż do 10 kHz, podwojenie tej odległości ograniczy zakres częstotliwości do 5 kHz. Kiedy ustawimy mikrofony w sondzie w odległości 50mm zakres pomiaru częstotliwości należy ograniczyć do 1250 Hz. Powyżej tych granic błąd pomiarowy bardzo szybko rośnie.
Jak wyznaczyć moc akustyczną w oparciu o natężenie?
Moc akustyczną można wyznaczać poprzez pomiar ciśnienia akustycznego w komorze bezechowej. Często jednak konieczne jest wyznaczenie mocy akustycznej w przypadku maszyny umieszczonej wśród innych maszyn na hali produkcyjnej. Niemożliwy jest transport sprzętu do komory akustycznej. Na te potrzeby świetnie sprawdzają się natężeniowe metody pomiarowe. Pomiary zaczyna się od wyznaczenia przestrzeni-siatki wokół hałasującej maszyny. W zależności od tej przestrzeni wyznacza się punkty pomiarowe. Pomiar można wykonać przesuwając sondę pomiarową wzdłuż danej płaszczyzny lub w kilku punktach tej płaszczyzny. W ten sposób tworzymy mapę charakteryzującą hałas. Jeżeli wykorzystujemy metodę przesuwania sondy po płaszczyźnie konieczne jest wykonanie przesuwania w płaszczyźnie horyzontalnej i wertykalnej. Jeżeli wynik pomiaru z obu przesunięć różni się o wartość większą niż 1 dB, to należy powtórzyć proces pomiarowy.
Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej na podstawie pomiarów natężenia dźwięku zgodnie z PN-EN ISO 9614-2:2000
Norma PN-EN ISO 96142-2:2000 „Akustyka — Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów natężenia dźwięku — Metoda omiatania” określa w jaki sposób należy wyznaczać moc akustyczną źródła w warunkach rzeczywistych. Pomiar natężenia powinien być wykonany poprzez próbkowanie – przemieszczanie sondy wzdłuż wyznaczonych płaszczyzn. Pomiar dotyczy tylko składowej normalnej natężenia – czyli prostopadłej do powierzchni. Aby źródło dźwięku kwalifikowało się do pomiarów zgodnie z tą normą jego hałas musi być stacjonarny w czasie. Norma definiuje także wymagania co do sprzętu wykorzystanego w czasie pomiarów. Z pomiarów powinien być wykonany pełny protokół, do którego także określono wymagania.
Jak wygląda mapa hałasu stworzona metodami natężeniowymi?
Dzięki wykonaniu wielu pomiarów natężenia dźwięku możliwe jest naniesienie wyników tych pomiarów na przestrzeń wokół hałasującej maszyny lub na konkretne elementy tej maszyny. Oznaczając odpowiednie natężenia kolorami możliwe jest stworzenie bardzo prostej wizualizacji miejsc, w których hałas jest większy lub mniejszy. W ten sposób można lokalizować największe „wycieki’ energii akustycznej. Możliwe jest także przedstawienie tych wartości w formie 3D.
Pomiary przegród budowlanych metodami natężeniowymi in-situ
Pomiar sondą natężeniową bardzo dobrze sprawdza się przy testowaniu izolacyjności przegród budowlanych in-situ. Po jednej stronie przegrody umieszcza się źródło dźwięku, zaś z drugiej strony wykonuje się serię pomiarów sondą natężeniową na siatce pomiarowej umieszczonej na przegrodzie. Dzięki temu możliwe jest znalezienie „wycieków” energii akustycznej na płaszczyźnie przegrody. Takimi punktami wrażliwymi mogą być łączenia przegrody z innymi przegrodami czy inne nieszczelności.
Czy laboratorium badawcze SVANTEK wykonuje pomiary izolacyjności akustycznej w laboratorium?
Tak, laboratorium badawczemu SVANTEK można zlecić wykonanie pomiarów izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Laboratorium na te potrzeby opiera się na dwóch normach: PN-ISO 15186-1:2001 „Akustyka – Pomiar izolacyjności akustycznej w budynkach oraz izolacyjności elementów budowlanych metodą natężenia dźwięku – Część 1: Pomiary laboratoryjne” oraz PN-EN ISO 717-1:2013 „Akustyka. Ocena izolacyjności akustycznej w budynkach i izolacyjności akustycznej elementów budowlanych. Izolacyjność od dźwięków powietrznych”. Tego typu pomiary laboratorium wykonuje w dwóch pomieszczeniach testowych: odbiorczym i nadawczym. Wyniki tych pomiarów w pasmach tercjowych przedstawiane są w formie tabelarycznej i przy wykorzystaniu wykresu.
Czy laboratorium badawcze SVANTEK wykonuje też pomiary in-situ?
Tak, laboratorium wykonuje pomiary na potrzeby ustalenia głównych dróg propagacji dźwięku przez przegrody. Efektem takich pomiarów są rozkłady poziomu natężenia przedstawione w formie graficznej na zdjęciu badanej przegrody. Dzięki temu można wyznaczyć, gdzie występuje najwyższe osłabienie izolacyjności akustycznej i z czym jest ono spowodowane. Tego typu pomiary mają przewagę nad pomiarami laboratoryjnymi, ponieważ można je wykonywać w warunkach naturalnych. Nie ma konieczności demontażu przegrody i przetransportowywania jej do laboratorium z komorami sprzężonymi.
Czy laboratorium badawcze SVANTEK mierzy też moc metodami natężeniowymi?
Tak, laboratorium badawcze SVANTEK wykonuje pomiar mocy zgodnie z PN-EN ISO 9614-2:2000 „Akustyka — Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów natężenia dźwięku — Metoda omiatania”. Przy wykorzystaniu sondy natężeniowej metodą omiatania skanuje się płaszczyznę wokół hałasującego urządzenia. Metoda ta pozwala na izolowany pomiar jednego z hałasujących urządzeń i identyfikację tego źródła. Efektem tych pomiarów może być wprowadzenie odpowiednich narzędzi lub metod umożliwiających zmniejszenie generowanego hałasu lub ograniczenie propagacji tego hałasu.
