Sådan vælger du den bedste lydtryksniveaumåler til nøjagtig støjmåling

At købe en lydtryksniveaumåler er en mærkelig oplevelse. Et dusin instrumenter ser næsten identiske ud, sidder inden for et snævert prisbånd, og alle lover "høj nøjagtighed". De forskelle, der faktisk afgør, om dine data overlever granskning, er sjældent synlige på et produktfoto. De bor i mikrofonkapslen, i den toleranceklasse instrumentet er godkendt til, i det frekvensområde, det ærligt kan dække, og i informationen, det giver tilbage til dig, når målingen er overstået.

Vi bruger vores arbejdsdage på at bygge støj- og vibrationsmålingskæder, så vores opfattelse er praktisk: Der findes ikke en enkelt bedste lydtryksniveaumåler, kun det bedste match mellem et instrument og et job. Denne guide gennemgår, hvad disse instrumenter virkelig måler, hvordan klasse 1 og klasse 2 skelnen fungerer, hvornår en håndholdt måler holder op med at være nok, og hvilke specifikationer der fortjener din opmærksomhed, før du forpligter dig.

Hvad en lydtryksniveaumåler faktisk måler

Lyd er en hurtig, lille udsving i lufttrykket. Baggrunden for et stille kontor flytter luften med en brøkdel af en pascal, normal samtale med et par hundrededele af en pascal og en jetmotor på tæt hold med snesevis af pascal. Fordi det spænd dækker flere millioner til én, komprimeres det til en logaritmisk skala, decibel, med et referencetryk på 20 mikropascal (µPa) - nogenlunde den roligste 1 kHz tone et ungt, sundt øre kan registrere.

Uanset prismærket indeholder hver lydtryksniveaumåler de samme fire blokke. En mikrofonkapsel omdanner tryk til en meget lille spænding. En forforstærker buffer den spænding og driver et kabel uden at tilføje støj. Konverterings- og behandlingselektronik anvender frekvensvægtning og tidsvægtning på signalet. Et display, et hukommelseskort eller et netværkslink bærer resultatet ud af instrumentet. Det, der skifter mellem en billig måler og en laboratoriekæde, er ikke arkitekturen, men hvor trofast hver blok udfører, og hvor meget af det originale signal, du får lov til at beholde.

En måler, der kun viser ét tal, skjuler rigtig mange beslutninger, der blev truffet på dine vegne. Før du sammenligner modeller, hjælper det at være flydende i ordforrådet på specifikationsarket:

• SPL (dB re 20 µPa): det øjeblikkelige lydtrykniveau, det tal folk mener, når de spørger, hvor højt noget er.
• A-vægtning: et filter, der dæmper lave frekvenser på en måde, der efterligner menneskelig hørelse; det er grundlaget for næsten alle miljø- og arbejdspladsstøjgrænser.
• C-vægtning og Z (flad): tungere lavfrekvent indhold og slet ingen vægtning, brugt til spidsniveauer, udstyrstests og enhver analyse, hvor man ikke ønsker instrumentets mening indbagt i dataene.
• Tidsvægtning: Hurtig-, Langsom- og Impulsresponskurverne, der styrer, hvor hurtigt det viste niveau følger et skiftende signal.
• Leq: det tilsvarende kontinuerlige niveau, et energigennemsnit over en angivet periode og en langt bedre opsummering af en fluktuerende kilde end noget enkelt øjeblik.
• Lmax, Lmin og Lpeak: ekstremerne, med peak målt på en meget hurtigere detektor, end displayet kan følge.
• Oktav og tredje oktav bånd: niveauet opdelt efter frekvens, hvilket er hvad du skal bruge for at identificere en tonal kilde eller sammenligne et resultat med en støjvurderingskurve.
• Statistiske niveauer (L10, L50, L90): niveauerne overskredet i 10, 50 og 90 procent af en måleperiode, som er meget brugt i trafik- og samfundsstøjvurdering.

Et instrument, der kun rapporterer det første punkt på listen, er et screeningsværktøj. Et instrument, der rapporterer dem alle, med nok hukommelse og batterilevetid til at blive ved med at køre i dagevis, er et overvågningsinstrument. At beslutte, hvilken af ​​de to du rent faktisk har brug for, er den første ærlige købsbeslutning.

Tilpasning af instrumentet til jobbet

Det samme måleprincip tjener vidt forskellige opgaver, og opgaverne stiller forskellige krav til hardwaren. De fleste købsfejl kommer fra at vælge et instrument, der er fremragende til et enkelt job og utilstrækkeligt til det aktuelle job.

Nøjagtighedsklasser: Klasse 1, Klasse 2 og Laboratoriekæden

IEC 61672-1 definerer to ydeevneklasser for lydniveaumålere. Et klasse 1 instrument skal holde snævrere tolerancer over et bredere frekvensområde end et klasse 2 instrument, og begge klasser verificeres gennem typegodkendelse og i mange lande periodisk verifikation af det enkelte instrument. Klasse 1 forventes normalt, hvor et resultat kan blive anfægtet - overholdelsesrapportering, juridiske tvister, produkterklæringer - mens klasse 2 passer til generelle undersøgelser, screening og interne kontroller.

Klassemærkaten beskriver dog måleren. Der står intet om, hvor godt du har brugt den, hvordan mikrofonen var monteret, eller om målekæden blev verificeret på dagen. En klasse 1 meter rettet mod det forkerte sted, uden en forrude i en let brise, vil producere dårligere data end en klasse 2 meter brugt forsigtigt.

Den tredje rute - en målemikrofon, der fodrer en dynamisk signalanalysator - ligger helt uden for det håndholdte klassesystem. Dens nøjagtighed er en egenskab for hele kæden: kapsel, forforstærker, kabling, digitaliseringsapparat og kalibrering. Det giver dig frihed, men det betyder også, at ansvaret for sporbarhed er dit.

Mikrofonen bestemmer mere end måleren gør

Hvis du tager én idé væk fra denne artikel, så lad det være denne: I de fleste praktiske situationer begrænser mikrofonkapslen og dens forforstærker kvaliteten af en måling længe før elektronikken gør det. En præcisionskapsel med en velafstemt forforstærker foran en almindelig digitizer vil hver gang overgå en fremragende digitizer fodret med en middelmådig kapsel.

Målekondensatormikrofoner er angivet efter diameter af en grund. En halv tomme kapsel giver et godt kompromis mellem følsomhed og højfrekvent adfærd, mens en kvart tomme kapsel ofrer følsomhed for en bredere, fladere respons og bedre ydeevne i høje lydniveauer og i trange rum. Frifelts-, tryk- og tilfældige incidensversioner korrigerer for forskellige akustiske miljøer; at vælge den forkerte introducerer nogle få tiendedele af en decibel fejl ved høje frekvenser, hvilket betyder noget, når du sammenligner resultater mellem laboratorier.

Polarisering er den anden beslutning. Eksternt polariserede mikrofoner har brug for en separat 200 V-forsyning og leverer fremragende langtidsstabilitet. Præpolariserede (CCP/IEPE) typer arbejder ud fra en simpel konstantstrømforsyning, hvorfor de så let integreres med moderne dataopsamlingshardware, inklusive vores egen akustiske kondensatormikrofonserie, hvor kapslen, forforstærkeren og strømforsyningsarrangementet er afstemt, så den følsomhed, du kalibrerer imod, er den følsomhed, du måler med.

Fra mikrofon til data: Hvad analysatoren tilføjer

Håndholdte målere kasserer bevidst information. De fleste af dem beregner niveau mod tid og beholder kun oversigten. En dynamisk signalanalysator gør det modsatte: den gemmer den rå, kalibrerede bølgeform fra mikrofonen, så hvert senere spørgsmål - båndniveauer, spektre, tonalitet, impulsivitet, korrelation med maskinens hastighed - kan besvares fra den samme rekord uden et andet besøg på stedet.

Kravene er enkle at angive. Den analoge frontend skal levere konstant strøm til mikrofonen, typisk et par milliampere ved 18 til 24 volt. Analog-til-digital-konverteren bør være 24-bit med samtidig sampling på alle kanaler, så faseforhold mellem mikrofoner og accelerometre bevares. Samplinghastigheden skal overstige det dobbelte af den højeste interessefrekvens, og i praksis vil du have betydeligt mere margin end det, hvis du har til hensigt at fange impulsive hændelser eller genbruge bølgeformen til afspilning. Et højhastigheds-enkanalsinstrument såsom ZTU8301C, der sampler ved op til 256 kHz, er præcis den slags værktøj, der forvandler en mikrofon til en fuld målestation.

ZT-U8301C 256 kHz Single-Channel Dynamic Signal Analyzer En USB 24-bit enkeltkanalsanalysator med 256 kHz sampling, IEPE-strøm og anti-aliasing-filtrering til at omdanne mikrofoner til målestationer. Se produkt →

Hvis du endnu ikke er sikker på, hvor et instrument til generelle formål ender, og en ægte analysator begynder, kan denne korte forklaring af hvordan en dynamisk signalanalysator adskiller sig fra et traditionelt instrument er et nyttigt sted at starte.

Når én mikrofon ikke er nok

Masser af støjproblemer kan ikke løses fra et enkelt punkt. Lokalisering af en kilde på en stor maskine, kortlægning af et lydfelt omkring et køretøj, måling af forbikørselsstøj eller overvågning af flere positioner omkring et anlæg afhænger alt sammen af ​​mange kanaler, der er optaget på samme øjeblik. Kanal-til-kanal fasematchning bliver vigtigere end absolut nøjagtighed, fordi den nyttige information ligger i forskellene mellem kanalerne.

Det er her kanalantal og datagennemstrømning tager over fra kapselspecifikationen. En kortbaseret analysator såsom ZTG9232I, med 32 kanaler streamet over gigabit Ethernet, giver dig et synkront øjebliksbillede af en hel struktur i én omgang og lader den samme hardware betjene både akustiske arrays og accelerometerkanalerne, der normalt ledsager dem.

ZT-G9232I 32-kanals Gigabit Ethernet Dynamic Signal Analyzer En 32-kanals, 24-bit Ethernet-analysator til synkron spænding, IEPE og strain acquisition i multi-point vibrations- og støjovervågning. Se produkt →

For flerpunktsarbejde skal du budgettere for kablingen og optagetiden lige så omhyggeligt, som du budgetterer med kanaler. En 32-kanals record med en høj samplinghastighed fylder lageret overraskende hurtigt, og evnen til at trigge, pre-triggere og segmentere optagelser betyder ofte mere end rå båndbredde.

Kalibrering, sporbarhed og felttjek

Hver akustisk målekæde driver, og ethvert resultat, der betyder noget, bør forsvares. Rutinen er ligetil: påfør en akustisk kalibrator på mikrofonen umiddelbart før målingen og igen umiddelbart efter. Hvis de to kontroller stemmer overens inden for en lille margin, anses kæden for at være stabil i hele varigheden. Hvis de er uenige, er dataene mellem dem mistænkelige, uanset hvor elegant spektret ser ud.

Feltkalibratorer producerer typisk 94 dB og 114 dB ved 1 kHz på den monterede mikrofon, hvor en klasse 1-kalibrator specificeret i henhold til IEC 60942 er den passende ledsager til en klasse 1 målekæde. Ud over daglige kontroller bør instrumentet og mikrofonen gå tilbage til et laboratorium med definerede intervaller for verifikation, så sporbarheden af ​​dine resultater ikke afhænger af en enhed, der stille og roligt har drevet i tre år.

• Miljøkorrektioner. Temperatur, luftfugtighed og statisk tryk påvirker alle kapslernes følsomhed, og de største effekter optræder i yderpunkterne af driftsområdet snarere end i et komfortabelt laboratorium.
• Forrude. Udendørs er en forrude essentiel; dens indsættelseseffekt er lille, men ikke nul, og den skal tages i betragtning, når resultater rapporteres til en brøkdel af en decibel.
• Baggrundsstøj. Når interessekilden kun er nogle få decibel over baggrunden, er det målte niveau delvist baggrunden. Standardpraksis er at anvende en korrektion, når forskellen er lille, og at kassere målingen, når kilden knap overstiger baggrunden overhovedet.
• Montering og orientering. Refleksioner fra operatøren, fra et stativ eller fra jordplanet kan overstige selve instrumentets nøjagtighedsklasse.

Håndholdt måler eller målekæde? En beslutningsvej

Valget løser sig normalt, når du svarer ærligt på tre spørgsmål. Har du brug for at forsvare nummeret i en formel sammenhæng? Har du brug for at forstå kilden i stedet for blot at kvantificere den? Vil nogen stille et nyt spørgsmål om disse data seks måneder fra nu?

• To eller tre svar på "nej" peger på en klasse 2 håndholdt måler, brugt omhyggeligt, kontrolleret med en kalibrator.
• Et "ja" om formel forsvarlighed peger på et klasse 1-instrument med logning og en dokumenteret verifikationshistorik.
• Et "ja" til at forstå kilden eller ved fremtidig genanalyse peger på en mikrofon og analysatorkæde, hvor råsignalet bevares.

Mange teams ender med begge dele: en håndholdt måler til hurtige undersøgelser og et kanalbaseret system til de målinger, der genererer rapporter. Hvis dit arbejde spænder over støj og vibrationer sammen, er det værd at gennemgå, hvordan de to sider passer ind i en enkelt arkitektur, hvilket er hvad vores vibrations- og dynamiske testsystemer er bygget op omkring - delte sensorer, delt optagelse og et fælles analysemiljø.

Specifikationer, du skal tjekke, før du køber

Den følgende liste er den, vi ville anvende på ethvert kandidatinstrument, uanset mærket eller prisklassen. Arbejd igennem det i rækkefølge, og de fleste uegnede modeller vil eliminere sig selv.

1. Mikrofontype og diameter. Bekræft, om kapslen er frit felt, tryk eller tilfældig forekomst, og om den er præpolariseret eller eksternt polariseret.
2. Frekvensområde. Kontroller det interval, som den angivne tolerance faktisk gælder for, ikke det interval, hvor instrumentet blot producerer et tal.
3. Dynamisk rækkevidde og selvstøj. En bred vifte er kun nyttig, hvis den nederste ende er virkelig stille nok til dit laveste forventede niveau.
4. Vægtning og tidskonstanter. A-, C- og Z-vægtning plus Hurtig, Langsom og Impuls dækker langt størstedelen af ​​standardbaseret arbejde.
5. Datalogning og hukommelse. Bestem, hvor mange dages uovervåget optagelse instrumentet kan holde, og hvordan dataene hentes.
6. Samplinghastighed og bitdybde. For analysearbejde skal du kigge efter 24-bit konvertering og samtidig sampling på tværs af alle kanaler.
7. Indgangstype og sensoreffekt. Spændings-, IEPE- og ladeindgange med tilstrækkelig konstantstrømforsyning til lange kabler holder dine muligheder åbne.
8. Kanalantal. Køb for den største måling, du realistisk forventer, ikke den mindste, du kan forestille dig.
9. Interface og synkronisering. USB til bærbart arbejde med én enhed; Ethernet til permanente installationer og synkronisering med flere enheder.
10. Software og eksport. Tjek, at resultaterne kan eksporteres i formater, som dit rapporteringsworkflow allerede bruger, uden en proprietær konverter.
11. Kalibreringsvej. Bekræft, at kapslen kan kalibreres med en standard feltkalibrator og verificeres i et laboratorium.
12. Miljøbeskyttelse. Udendørs og industriel brug kræver stik, huse og kabler, der er klassificeret til de betingelser, de vil opfylde.

Hvor lydtryksmålinger går galt

Efter nok webstedsbesøg dukker den samme håndfuld fejl op igen og igen, og ingen af dem skyldes, at instrumentet er den forkerte klasse.

• Måler i en brise uden forrude og undrer sig over, hvorfor lavfrekvensniveauet er oppustet.
• Står mellem kilden og mikrofonen og måler refleksionen i stedet for kilden.
• Optager et niveau kun et par decibel over baggrunden og rapporterer det, som om det var kilden alene.
• Brug af A-vægtede data til at undersøge et lavfrekvent problem, som A-vægtning var designet til at mindske.
• At glemme, at en enkelt Leq-værdi ikke kan beskrive en impulsiv kilde, og helt udelade topmålinger.
• Kalibrering i starten af ​​en undersøgelse og ikke i slutningen, så intet verificerer kæden i timerne imellem.
• Registrerer kun oversigtsniveauer og opdager senere, at det interessante spørgsmål havde brug for bølgeformen.

Læg mærke til, hvor mange af disse problemer, der ikke løses ved at bruge flere penge, men ved på forhånd at beslutte, hvad dataene skal svare på. En kort skriftlig måleplan på en side lang forhindrer de fleste af dem.

Bringer støj og vibrationer sammen

I praksis kommer lydtrykket sjældent alene. En maskine, der er høj, vibrerer normalt også, og de to målinger svarer på forskellige halvdele af det samme spørgsmål. Mikrofoner fanger, hvad operatøren hører; accelerometre og kraftsensorer afslører, hvor energien kommer fra, og hvordan den bevæger sig gennem strukturen, før den udstråler som støj.

Fordi indsamlingshardwaren er delt, er de marginale omkostninger ved at tilføje vibrationskanaler til en støjmåling lille. Den samme analysator optager mikrofon-, accelerometer- og kraftkanaler samtidigt, så ordresporing, modalanalyse og overførselsstiundersøgelser alle kører på data, der er fanget i en enkelt session. Hvor den akustiske måling skal have et kalibreringscertifikat, har vibrationskanalerne brug for deres egen kalibreringsrute, og begge har gavn af at blive verificeret sammen, inden maskinen begynder at køre.

Ofte stillede spørgsmål

Er en klasse 1 meter altid det bedste valg?

Ikke automatisk. Klasse 1 giver dig snævrere tolerancer og et bredere verificeret frekvensområde, hvilket er vigtigt, når et resultat skal forsvares formelt. Til rutinemæssig screening og interne sammenligninger producerer et omhyggeligt brugt klasse 2-instrument perfekt brugbare tal. Det, der gør begge klasser troværdige, er kalibreringsdisciplin og fornuftig målepraksis.

Kan en smartphone-applikation erstatte en lydtryksniveaumåler?

En telefonmikrofon er designet til tale, ikke til metrologi. Dens frekvensrespons er ujævn, dens automatiske forstærkningskontrol kan være aktiv, og dens absolutte følsomhed kan ikke spores. Telefonapplikationer er nyttige til en grov indikation af, om et mellemrum er højt, og for ingenting, der skal skrives ned i en rapport.

Hvor ofte skal kæden kalibreres?

Felttjek før og efter hver målesession, uden undtagelse. Laboratorieverifikation af instrumentet og kapslen med intervaller defineret af dit kvalitetssystem eller af den regulering, du arbejder under. Hvis en feltcheck falder uden for dens acceptmargen, skal du behandle hele sessionen som mistænkelig.

Har jeg virkelig brug for oktavbåndsdata?

Hvis du har brug for at vide, hvad støjen er, snarere end blot hvor høj den er, så ja. Et enkelt A-vægtet niveau siger intet om, hvorvidt et problem er tonalt, lavfrekvent eller bredbånd, og afhjælpningsstrategien er helt forskellig i hvert enkelt tilfælde. Bånddata er også det, de fleste støjklassificeringsordninger er skrevet omkring.

Hvor meget skal en god lydtryksniveaumåler koste?

Priserne sporer kapacitet frem for mærke. En screeningmåler, et klasse 1-logningsinstrument og en multi-kanal analysekæde sidder i tre klart adskilte budgetgrupper, og den afgørende faktor bør være, hvilken parentes der matcher de spørgsmål, du skal besvare. Det er overkommeligt at købe en klasse over dit behov; at købe en klasse under det betyder normalt at gentage arbejdet.

At lede efter den bedste lydtrykniveaumåler er virkelig et spørgsmål om målingens hensigt. Beslut, hvad dataene skal bevise, hvor længe de skal overleve, og hvem der kan revurdere dem, så bliver specifikationsarket meget lettere at læse. Vælg kapslen først, konverteringselektronikken dernæst og kabinettet sidst - kalibrer derefter hele kæden, før du stoler på et enkelt tal, den producerer. Den tankerækkefølge har tjent os godt på tværs af broer, maskinhaller, laboratorier og byggepladser, og den vil også tjene dig godt.