ГОСТ 30457.3-2006 Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Точный метод для измерения сканированием (ИСО 9614-3:2002).
ГОСТ 30457.3-2006
(ИСО 9614-3:2002)
Группа Т34
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Акустика
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ЗВУКОВОЙ МОЩНОСТИ
ИСТОЧНИКОВ ШУМА ПО ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА
Часть 3
Точный метод для измерения сканированием
Acoustics. Determination of sound power levels of noise sources using
sound intensity.Part 3. Precision method for measurement by scanning
МКС 17.140.01
Дата введения 2007-10-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-97 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ОАО "НИЦ КД") на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 30 от 7 декабря 2006 г.)
За принятие стандарта проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минторгэкономразвития |
Казахстан | KZ | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызстан | KG | Кыргызстандарт |
Молдова | MD | Молдова-Стандарт |
Российская Федерация | RU | Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
Украина | UA | Госпотребстандарт Украины |
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 9614-3:2002 "Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Прецизионный метод для измерения сканированием" (ISO 9614-3:2002 "Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity - Part 3: Precision method for measurement by scanning") путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.
Отличия настоящего стандарта от примененного в нем международного стандарта ИСО 9614-3:2002 указаны во введении
5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 июня 2007 г. N 118-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30457.3-2006 (ИСО 9614-3:2002) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 октября 2007 г.
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе "Национальные стандарты".
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе "Национальные стандарты", а текст изменений - в информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"
Введение
Настоящий стандарт имеет следующие технические отклонения от примененного в нем международного стандарта ИСО 9614-3:2002:
- международные стандарты МЭК 60942:1998, МЭК 61043:1993, а также Руководство по выражению неопределенности измерений (GUM) из раздела "Нормативные ссылки" перенесены в структурный элемент "Библиография" в связи с тем, что эти стандарты не введены как межгосударственные;
- из структурного элемента "Библиография" удалены источники, на которые отсутствуют ссылки в тексте стандарта;
- определения терминов 3.3-3.5, 3.6.1-3.6.4, 3.10, 3.14.4, состоящие из нескольких фраз и содержащие формулы с пояснениями, приведены в виде одного предложения; при этом не вошедшие в определение термина пояснения и формулы оформлены как примечания к термину;
- добавлено примечание к термину 3.9;
- в соответствии с техническим содержанием вводимых понятий термины 3.14.3 и 3.14.4 уточнены путем добавления слов "нормальной составляющей";
- термин 3.14.4 международного стандарта, дающий определение сразу двум величинам, в настоящем стандарте представлен двумя терминами 3.14.4 и 3.14.5.
В некоторых случаях изменен стиль изложения в соответствии с нормами русского языка и внесены отдельные уточняющие слова и выражения, облегчающие применение стандарта. Указанные изменения выделены курсивом.
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает метод измерения составляющей вектора интенсивности звука, нормальной к измерительной поверхности, выбранной так, что она охватывает источник(и) шума, уровень звуковой мощности которого подлежит определению.
Поверхность интегрирования нормальной составляющей вектора интенсивности разбивается на смежные участки и производится сканирование акустическим зондом каждого такого участка поверхности вдоль непрерывной траектории, проходящей через все участки. Измерительный прибор определяет усредненную нормальную составляющую интенсивности и средний квадрат звукового давления за каждое сканирование. Процесс сканирования может выполняться как вручную, так и посредством механической системы.
Взвешенный в октавной или более широкой полосе частот уровень звуковой мощности вычисляется по измеренным в 1/3-октавных полосах величинам. Настоящий метод применим к любому источнику, для которого можно определить фиксированную измерительную поверхность, и шум которого, а также шум других внешних источников являются постоянными (стационарными во времени). Источник определяется выбором измерительной поверхности. Данный метод применим при определенных условиях испытаний, удовлетворяющих требованиям настоящего стандарта.
Настоящий стандарт устанавливает некоторые вспомогательные процедуры, описанные в приложении С, выполняемые совместно с определением звуковой мощности. Полученные результаты используются для оценки качества измерений и для оценки точности. Если качество измерений не удовлетворяет требованиям настоящего стандарта, то метод испытаний должен быть изменен указанным способом. Стандарт не применим в частотных диапазонах, в которых при измерениях получается отрицательная звуковая мощность источника.
1.2 Условия работы источника шума по настоящему стандарту не должны быстро изменяться, чтобы точность измерения интенсивности звука не ухудшилась до неприемлемой величины, а акустический зонд не должен подвергаться действию газовых потоков, имеющих недопустимо большую скорость или нестабильность (см. 5.2.2, 5.3 и 5.4).
Метод настоящего стандарта непригоден для определения уровня звуковой мощности источника шума в случаях, когда, например, уровни внешнего шума могут превышать динамический диапазон измерительной аппаратуры или чрезмерно изменяться во время измерений.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 17168-82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний (МЭК 61260:1995 "Электроакустика. Октавные и дробно-октавные полосовые фильтры", NEQ)
ГОСТ 17187-81 Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний (МЭК 61672-1:2002 "Электроакустика. Шумомеры. Часть 1. Требования", NEQ)
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по указателю "Национальные стандарты", составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
Примечание - Опорное звуковое давление равно 20 мкПа.
Примечание - Мгновенная интенсивность звука - векторная величина, которую вычисляют по формуле
Примечания
1 Интенсивность звука вычисляют по формуле
2 Кроме этого используют следующие обозначения:
Примечание - Нормальная составляющая интенсивности звука определяется по формуле
Примечания
1 Уровень нормальной составляющей интенсивности звука вычисляется по формуле
3.6 Звуковая мощность
Примечания
1 Звуковую мощность элемента поверхности вычисляют по формуле
Примечание - Звуковую мощность определяют по формуле
Примечания
1 Уровень звуковой мощности определяется по формуле
Примечания
1 Нормализованный уровень звуковой мощности вычисляют по формуле
2 См. приложение Н.
3.7 Поверхности
3.7.1 измерительная поверхность (measurement surface): Гипотетическая поверхность, на которой проводят измерения интенсивности, охватывающая испытуемый источник звука полностью или частично примыкающая к акустически жесткой непрерывной поверхности, ограждающей испытуемый источник.
Примечание - В случаях, когда гипотетическая поверхность пересекается телами, обладающими твердыми поверхностями, измерительная поверхность оканчивается линией ее пересечения с поверхностями этих тел.
3.7.2 элемент поверхности (partial surface): Одна из множества небольших поверхностей, на которые разбивается измерительная поверхность, и на которой определяют звуковую мощность элемента поверхности (см. рисунок 1).
3.7.3 сегмент (segment): Одна из малых поверхностей, на которые разбивают элемент поверхности (см. рисунок 2).
Примечание - Понятие "сегмент" вводят для определения траектории и времени сканирования по элементу поверхности.
3.8 интенсивность звука посторонних источников (extraneous intensity): Вклад в измеренную интенсивность звука от источников, внешних по отношению к измерительной поверхности (источники, работающие снаружи объема, ограниченного измерительной поверхностью).
3.9 акустический зонд для измерения интенсивности звука (акустический зонд) (probe): Часть системы измерения интенсивности звука, включающая измерительные микрофоны.
Примечание - Измерительная часть акустического зонда может быть реализована с помощью двух ненаправленных микрофонов давления или комбинированного измерителя давления и градиента давления.
Примечания
1 Показатель "давление - остаточная интенсивность" вычисляют по формуле
3.12 стационарный сигнал (stationary signal): Сигнал, усредненные характеристики которого за время измерений на одном элементе измерительной поверхности не изменяются при увеличении времени усреднения до времени, необходимого для измерений на всей измерительной поверхности.
3.13 Сканирование
3.13.1 сканирование (scan): Непрерывное движение акустического зонда вдоль заданной траектории по элементу измерительной поверхности.
3.13.2 плотность линий сканирования (scan-line density): Величина, обратная среднему расстоянию между соседними линиями сканирования.
3.14 Средства измерений и сбор данных
3.14.1 режим мгновенных измерений (instantaneous mode): Режим реального времени измерительного прибора, в котором непрерывно измеряют последовательные во времени значения интенсивности и квадрата звукового давления и запоминают в памяти прибора 1/3-октавные значения интенсивности и квадрата звукового давления.
Примечание - Этот интервал времени ограничен скоростью обработки и сохранения данных.
Примечания
4 Общие требования
4.1 Размер испытуемого источника звука
Размер испытуемого источника звука неограничен при условии, что выполняются все критерии, указанные в приложении С. Протяженность источника звука определяется выбором измерительной поверхности.
4.2 Характер звука, излучаемого источником
Сигнал должен быть стационарным во времени, как определено в 3.12. Во время измерений следует избегать действия нестационарных источников внешнего шума, наличие которых можно предсказать (см. таблицу С.1).
4.3 Неопределенность измерений
Уровень звукового давления излучения источника шума, определенный методами настоящего стандарта, отличается от истинного значения. Реальное отличие нельзя оценить точно, однако можно с уверенностью полагать, что вычисленное значение уровня звуковой мощности лежит внутри определенной области около истинного значения, если величины, получаемые при многократных измерениях, являются по предположению нормально распределенными около истинного значения. Когда повторяющиеся измерения выполняют с источником шума, расположенным на заданной испытательной площадке при идентичных условиях испытаний с использованием одних и тех же методов испытаний и измерительной аппаратуры, то получаемые в таких условиях результаты измерений образуют множество данных, отвечающих понятию повторяемости измерений. Когда те же величины определяются в соответствии с настоящим стандартом при испытании данного источника шума на различных испытательных площадках с использованием физически различной аппаратуры, полученные таким образом данные соответствуют понятию воспроизводимости измерений. На воспроизводимость измерений влияют изменения методики измерений и внешние условия места испытаний. Для изменений звуковой мощности, вызванных нестабильностью режима работы источника (например, скорости вращения, напряжения питания) или условиями монтажа, стандартные отклонения не определяют.
Оценка верхней границы стандартного отклонения воспроизводимости уровней звуковой мощности, определенной в соответствии с настоящим стандартом, дана в таблице 1. Эта оценка учитывает случайные отклонения, связанные как с методом измерения, так и с погрешностями характеристик измерительных приборов, регламентируемых в [2], но исключает влияние изменений при установке, монтаже и режиме работы источника. Пока нет более точной информации о соответствующих источниках неопределенности, расширенная неопределенность измерений для доверительной вероятности 95% в соответствии с [3] должна задаваться как удвоенное стандартное отклонение воспроизводимости, указанной в таблице 1.
Таблица 1 - Верхняя оценка стандартного отклонения воспроизводимости уровней звуковой мощности
|
|
Среднегеометрическая частота 1/3-октавной полосы, Гц | Максимальное значение стандартного отклонения воспроизводимости, дБ |
От 50 до 160 | 2,0 |
" 200 " 315 | 1,5 |
" 400 " 5000 | 1,0 |
6300 | 2,0 |
А - взвешенное* | 1,0** |
* Вычисляют по значениям в 1/3-октавных полосах от 50 Гц до 6,3 кГц.
** Применимо к источнику, который излучает звук с относительно "плоским" спектром в частотном диапазоне от 50 Гц до 6,3 кГц в 1/3-октавных полосах. |
Неопределенность в определении уровня звуковой мощности источника шума связана с характером звукового поля источника, с характером звукового поля посторонних источников, со звукопоглощением испытуемого источника, с формированием выборки интенсивности поля и применяемым методом измерения. В силу этого настоящий стандарт устанавливает предварительные процедуры для оценки показателей звукового поля в области предлагаемой измерительной поверхности (см. приложение В). Результаты этого предварительного испытания используются для выбора соответствующего образа действий в соответствии с таблицей С.1.
Для частот ниже 50 Гц отсутствуют данные, чтобы обосновать значение неопределенности измерений. Для целей настоящего стандарта А-корректированные величины (уровни интенсивности и звукового давления) обычно определяются в нормальном диапазоне 1/3-октавных полос от 50 Гц до 6,3 кГц. А-корректированная величина, вычисляемая по 1/3-октавным уровням в диапазоне от 50 Гц до 6,3 кГц, является корректной, если отсутствуют значимые уровни в полосах от 31 до 40 Гц и от 8 до 10 кГц. С целью выполнения такой оценки значимыми уровнями считают полосовые уровни (уровни в частотных полосах), которые после коррекции по характеристике А имеют значения не более чем на 6 дБ ниже вычисленной А-корректированной величины. Если А-корректированные измерения и соответствующие уровни звуковой мощности определяются в более узком диапазоне, этот диапазон следует определять в соответствии с перечислением b раздела 10. Если требуется определить только А-корректированные величины, любой одиночный А-корректированный полосовой уровень может быть исключен из рассмотрения, если он ниже максимального в диапазоне частот А-корректированного полосового уровня на 10 дБ и более. Если появляются два и более незначительных полосовых уровня, ими можно пренебречь, если уровень суммы А-корректированных звуковых мощностей в этих полосах ниже на 10 дБ и более максимального в диапазоне частот А-корректированного полосового уровня. Если требуется только общая корректированная по характеристике А звуковая мощность, неопределенность определения уровня звуковой мощности в любой полосе, в которой он на 10 дБ и более ниже общего корректированного по характеристике А уровня, не вычисляют.
Примечания
1 Если одни и те же операторы используют схожее оборудование и аппаратуру, результаты определения звуковой мощности данного источника в данном месте измерения могут, вероятно, иметь меньшее стандартное отклонение, чем указанные в таблице 1.
2 Для источников шума, принадлежащих одному семейству, имеющих близкие размеры и похожие спектры звуковой мощности, работающих в сходных внешних условиях и испытываемых согласно соответствующему стандарту по испытаниям на шум, стандартное отклонение воспроизводимости будет меньше, чем указанные в таблице 1. Статистические методы для определения параметров выборки машин описаны в [4].
3 Методы настоящего стандарта и устанавливаемые таблицей 1 стандартные отклонения применимы к испытаниям конкретного одиночного источника. Определение уровней звуковой мощности группы источников того же семейства или типа включает использование процедуры случайного отбора, в которой задаются доверительные интервалы, и результаты выражаются в терминах статистических верхних границ. При использовании этих процедур общее стандартное отклонение или известно, или оценивается, включая стандартное отклонение типа машин, являющееся мерой изменения звуковой мощности между отдельными машинами внутри группы, как определено в [4].
5 Акустические условия
5.1 Критерий адекватности условий испытаний
Условия испытаний должны способствовать выполнению принципов измерения интенсивности звука с применением специальной аппаратуры по [2]. Дополнительно они должны удовлетворять требованиям 5.2-5.5.
5.2 Интенсивность посторонних источников
5.2.1 Уровень интенсивности посторонних источников
Уровень интенсивности посторонних источников не должен ухудшать точность измерений до неприемлемой величины (см. С.1.4).
Примечание - Если испытуемый источник включает значительное количество поглощающих материалов, то оценка его звуковой мощности может быть занижена наличием посторонних источников высокой интенсивности. В приложении А приведены указания по оценке результирующей ошибки в специальном случае, когда испытуемый источник может быть выключен.
5.2.2 Нестабильность интенсивности посторонних источников
Во время измерений следует избегать изменения интенсивности посторонних источников специальными мерами (например, отключением источников постороннего шума, которые не являются необходимыми для работы испытуемого источника; повышением квалификации персонала, проводящего испытания) и выбором подходящего времени измерений.
5.3 Ветер и газовые потоки
При наличии воздушных потоков на измерительной поверхности для акустического зонда допускается применять ветровой экран. Измерения не проводят, когда ветер или газовые потоки в непосредственной близости от акустического зонда превышают пределы, установленные производителем измерительной системы. Скорость ветра относительно акустического зонда не должна превышать 1 м/с.
В приложении D описаны негативные последствия воздействия потока и турбулентности на измерение интенсивности.
5.4 Температура
Акустический зонд размещают не ближе 20 мм от тел, имеющих температуру, отличную от температуры окружающего воздуха.
Примечание - Действие температурных градиентов вдоль оси акустического зонда может вызвать появление зависящих от времени изменений передаточных функций микрофонов зонда (индивидуальных для каждого микрофона), которые приведут к систематической ошибке в оценке интенсивности звука.
5.5 Конфигурация испытательного пространства
Во время проведения измерений конфигурация испытательного пространства должна оставаться неизменной, за исключением места операторов, управляющих положением акустического зонда. Это особенно важно, если источник излучает шум, имеющий тональный характер. Случаи неизбежного изменения внешней обстановки следует отражать в протоколе измерений. По возможности следует избегать положений оператора на оси или вблизи оси акустического зонда во время проведения измерений на любой поверхности. Все посторонние объекты вблизи источника должны быть удалены, если это практически выполнимо.
5.6 Атмосферные условия
Давление и температура воздуха влияют на его плотность и скорость звука. Следует установить величину воздействия этих факторов на калибровку измерительной аппаратуры и сделать соответствующие поправки к измеренным значениям интенсивности [2].
6 Средства измерений
6.1 Общие положения
Для измерений интенсивности звука применяют измерительную аппаратуру и акустический зонд, удовлетворяющие требованиям для приборов 1-го класса по [2]. Аппаратуру измерения интенсивности звука настраивают для измерений при атмосферном давлении и температуре в соответствии с [2]. Для каждой полосы измерений регистрируют значение показателя "давление - остаточная интенсивность", как определено в [2].
Аппаратура должна позволять регистрацию последовательных во времени измерений интенсивности звука и квадрата звукового давления, а также усредненные по времени значения этих величин (см. 3.14 и рисунок 3).
6.2 Калибровка и проверка звукового поля
6.2.1 Полная поверка измерительной аппаратуры
Проводят поверку измерительной аппаратуры, включая акустический зонд, по [2] либо один раз в год в соответствующей аттестованной лаборатории, либо не реже чем в два года, если калибратор интенсивности применяют при каждом определении звуковой мощности. Регистрируют результаты калибровки в соответствии с перечислением d раздела 10.
С целью проверки пригодности измерительной аппаратуры для проведения каждой серии измерений либо применяют методику проверки акустического поля, предписанную производителем, либо, если нет такой методики, используют методику по 6.2.2 и 6.2.3, чтобы обнаружить нарушения в измерительной системе, вызванные, например, условиями транспортирования и т.п.
6.2.2 Уровень звукового давления
Определяют чувствительность каждого микрофона акустического зонда, используя калибратор класса 0 или 1, или 0L или 1L в соответствии с [1].
6.2.3 Интенсивность звука
6.3 Временные последовательности интенсивности звука и звукового давления
7 Установка и режим работы источника
7.1 Общие положения
Для машин и оборудования конкретных видов установку и размещение источника производят в соответствии со стандартом на испытания по шуму, или, если такого стандарта нет, способом, соответствующим его обычной работе. Следует убедиться в возможности идентифицировать источник от посторонних источников и условий окружающей обстановки.
7.2 Режим работы испытуемого источника
Используют режимы работы, определяемые соответствующим стандартом на испытания по шуму. Если такого стандарта нет, выбирают подходящие режимы работы из перечисленных ниже:
a) работа при заданных нагрузке и режиме работы;
b) работа при полной нагрузке (если этот режим отличается от предыдущего);
с) работа без нагрузки (холостой ход);
d) работа в режиме, соответствующем максимальному излучению шума, характерного при нормальной работе;
e) работа при модельной нагрузке в режиме с точно заданными параметрами;
f) работа в режиме с характерным циклом работы.
8 Измерение уровня нормальной составляющей интенсивности звука
8.1 Определение измерительной поверхности
Измерительная поверхность выбирается вокруг испытуемого источника. Если сканирование выполняется вручную, то предпочтительной является поверхность в виде параллелепипеда, а каждый элемент поверхности должен быть прямоугольником (см. рисунок 1). Минимальное расстояние между элементом поверхности и поверхностью испытуемого источника должно быть больше или равно 0,25 м, за исключением поверхности, расположенной над частью источника, дающей существенный вклад в излучение всего источника, что должно быть выявлено путем измерений. Выбранная измерительная поверхность при необходимости может включать не поглощающие звук участки (коэффициент поглощения в диффузном звуковом поле менее 0,06), такие как бетонный пол или кирпичная стена. На таких поверхностях измерение интенсивности не проводят, и площади таких не поглощающих звук поверхностей исключаются при определении звуковой мощности источника в соответствии с равенством (5) (см. 3.6.1).
1-5 - номера элементов поверхности
Рисунок 1 - Пример измерительной поверхности (параллелепипед) и элементов поверхности (прямоугольники)
8.2 Определение траекторий сканирования и сегментов
Основным элементом траектории сканирования является прямая линия. Траектория сканирования должна равномерно покрывать каждый элемент поверхности при сканировании с некоторой постоянной скоростью. Сканирование выполняют как вручную, так и при помощи механической сканирующей системы. Измеренная акустическим зондом интенсивность постороннего звука, порождаемого сканирующим механизмом на измерительной поверхности, должна быть заведомо, по меньшей мере на 20 дБ меньше, чем излучаемая испытуемым источником. Акустический зонд непрерывно перемещают вдоль заданной траектории в пределах каждого элемента поверхности. Сканирование выполняют таким образом, чтобы ось акустического зонда все время была перпендикулярна к измерительной поверхности и чтобы скорость перемещения зонда была постоянной. Некоторые участки поверхности источника, такие как щели или отверстия, могут существенно влиять на интенсивность излучаемого шума и требуют повышенного внимания в выборе траектории сканирования по соответствующим элементам измерительной поверхности.
1, 2 - траектории сканирования; 3 - сегменты
Рисунок 2 - Пример двух ортогональных траекторий на прямоугольном элементе поверхности
8.3 Измерения
8.3.1 Общая методика
В случае определения А-корректированного уровня звуковой мощности выполнения критериев 1-5 не обязательно в полосах частот, если сумма А-корректированных звуковых мощностей в этих частотных полосах меньше максимального А-корректированного полосового уровня на 10 дБ и более [см. 4.3 и 10 f) 2)].
8.3.2 Измерение временных характеристик звукового поля и определение времени сканирования
При ручном сканировании скорость сканирования не должна превышать 0,5 м/с (см. 5.3). При автоматическом сканировании с помощью системы перемещения акустического зонда должна быть обеспечена такая скорость сканирования, чтобы удовлетворялись требования по времени сканирования и уровню шума, создаваемому системой сканирования.
а) Прямой метод
б) Метод быстрого преобразования Фурье (БПФ)
8.3.3 Измерение интенсивности звука и звукового давления на элементах поверхности, проверка воспроизводимости сканирования
Если этот критерий удовлетворяется для обеих операций сканирования, то записывают усредненные уровни нормальной составляющей интенсивности для всех частотных полос, в которых проводились измерения:
Кроме того, если критерий 1 выполняется, то получают усредненные по времени интенсивности и квадраты звуковых давлений, соответствующие каждому сегменту элемента поверхности. Сначала, следуя процедуре, указанной в приложении G, для каждой операции сканирования получают усредненные по времени интенсивности и квадраты звуковых давлений для каждого сегмента.
В случае, когда критерий 1 не выполняется, пытаются идентифицировать причины этого и устранить их, выполняя действия в соответствии с таблицей С.1.
8.3.4 Оценка пригодности измерительной аппаратуры
8.3.5 Оценка присутствия сильных посторонних шумов
8.3.6 Оценка неравномерности поля
8.3.7 Дальнейшие действия
Возможны ситуации, когда критерии 1-3 выполняются, а критерий 4 не выполняется. В этих случаях плотность сканирования должна быть увеличена в два раза и более. Если отношение показателей неравномерности поля, полученных в предыдущих измерениях, к показателям текущего измерения удовлетворяет критерию 5 (см. С.1.6.2), полагают, что достигнута адекватная плотность сканирования и измеренные средние уровни интенсивности для каждого элемента поверхности могут быть использованы для вычисления излучаемой мощности.
В случае, когда повторение действий по увеличению плотности сканирования не приводит к выполнению заданного критерия, регистрируют нулевой результат и выясняют причину неудачи, или, используя [6], получают излучаемую мощность с точностью технического или ориентировочного метода.
9 Определение уровня звуковой мощности
9.1 Вычисление звуковой мощности для каждого элемента измерительной поверхности
Вычисляют звуковую мощность элемента поверхности в каждой частотной полосе для каждого элемента измерительной поверхности по формуле (5).
9.2 Вычисление нормализованного уровня звуковой мощности
10 Информация, подлежащая занесению в протокол измерений
Следующая информация должна быть собрана и зарегистрирована для всех измерений, выполненных в соответствии с настоящим стандартом.
a) Испытание
1) дата и место испытаний.
b) Испытуемый источник шума
1) тип;
2) технические характеристики;
3) размеры;
4) производитель;
5) серийный номер машины;
6) год выпуска;
7) описание испытуемого источника (включая основные размеры и структуру поверхности);
8) качественное описание характера источника, включая тональный или циклический характер и непостоянство;
9) условия монтажа;
10) режимы работы.
c) Акустические условия
1) описание акустических условий:
- если внутри помещения, описывают геометрию и тип ограждающих поверхностей,
- если вне помещения, приводят эскиз окружающей территории, включая описание физических условий испытаний;
2) температура воздуха, барометрическое давление и относительная влажность;
3) направление и средняя скорость ветра, при наличии;
4) любые источники нестабильности условий испытаний; описание любых устройств/мероприятий для минимизации влияния интенсивности посторонних источников и/или значительной реверберации;
5) качественное описание любых газовых/воздушных потоков и неустойчивости.
d) Средства измерений
1) измерительное оборудование, включая наименования, типы, заводские номера и наименования производителей, а также конструкцию акустического зонда;
2) методы калибровки и проверки характеристик поля;
3) место и дата калибровки и поверки измерительного оборудования;
4) форма используемого ветрозащитного экрана;
5) показатель "давление - остаточная интенсивность" в соответствии с [2].
e) Процедура измерения
1) описание монтажа или системы закрепления сканирующего механизма акустического зонда;
2) описание цикла сканирования, включая геометрию и скорость;
3) качественное описание измерительной поверхности, элементов поверхности и номеров их сегментов; должен быть представлен чертеж траекторий сканирования;
4) время сканирования для каждого элемента поверхности;
5) описание мер, необходимых для улучшения точности измерений.
f) Акустические данные
2) табличное представление вычисленного значения нормализованного уровня звуковой мощности испытуемого источника во всех частотных полосах измерений; если проводилось определение А-корректированного уровня звуковой мощности, следует исключить вклад частотных полос, в которых не выполняются критерии 1-4 или 1-3 и 5, с заявлением о наличии указанного эффекта в протоколе, за исключением ситуации пренебрежимо малых вкладов полосовых уровней в соответствии с 4.3;
3) результаты проверки поля с помощью изменения направления акустического зонда по 6.2.3, при необходимости;
4) неопределенность измерений.
Приложение А
(справочное)
Обозначения, используемые в настоящем стандарте
Таблица A.1
|
|
|
|
Обозначение показателя | Наименование показателя | Единица измерения | Обозначение пункта, приложения |
Мгновенное звуковое давление | Па | 3.2 | |
Мгновенная скорость частиц | м/с | 3.2 | |
Плотность воздуха | кг/м | Приложение Н | |
Скорость звука | м/с | Приложение Н | |
Характеристический импеданс воздуха | Па·с/м | Приложение А | |
Температура воздуха | °С | 3.6.4, приложение Н | |
Барометрическое давление | Па | 3.6.4, приложение Н | |
Время | с | 3.2 | |
Интервал измерения | с | 3.14.2 | |
Время сканирования | с | 3.13.3, 6.3 | |
Единичный вектор нормали, направленный наружу объема, ограниченного измерительной поверхностью | - | 3.4 | |
Площадь элемента поверхности с номером | м | 3.6.1 | |
Число сегментов на измерительной поверхности | - | 8.3.2 | |
Общее число сегментов на измерительной поверхности | - | В.2.2 | |
Последовательные значения квадрата звукового давления, где 1, 2, 3, ... , | Па | 3.14.3 | |
Усредненные по времени квадраты звукового давления, где 1, 2, 3, ... , | Па | 3.14.4 | |
Усредненное по времени значение квадрата звукового давления, измеренное на каждом сегменте | Па | В.2.2 | |
Опорное звуковое давление (=20 мкПа) | Па | В.2.2 | |
Мгновенное значение интенсивности звука | Вт/м | 3.2 | |
Интенсивность звука | Вт/м | 3.3 | |
Модуль со знаком ( амплитуда ) | Вт/м | 3.3 | |
Модуль ( абсолютная величина ) | Вт/м | 3.3 | |
Нормальная составляющая интенсивности звука | Вт/м | 3.4 | |
Опорная интенсивность звука (=10 Вт·м ) | Вт/м | 3.5 | |
Амплитуда среднего значения нормальной составляющей интенсивности звука элемента поверхности, измеренная на -м элементе измерительной поверхности | Вт/м | 3.6.1 | |
Последовательные значения интенсивности, где 1, 2, 3, ... , | Вт/м | 3.14.3 | |
Усредненная по времени интенсивность звука, где 1, 2, 3, ... , | Вт/м | 3.14.4 | |
Модуль усредненной по времени нормальной составляющей интенсивности, измеренной на каждом сегменте | Вт/м | В.2.2 | |
Усредненная по времени амплитуда нормальной составляющей интенсивности звука, измеренной на каждом сегменте | Вт/м | В.2.3 | |
Уровень звукового давления | дБ | 3.1 | |
Средний уровень звукового давления | дБ | В.2.2 | |
Уровень нормальной составляющей интенсивности звука | дБ | 3.5 | |
Средний уровень амплитуды нормальной составляющей интенсивности звука | дБ | 3.6.1, В.2.3 | |
Уровень остаточной интенсивности звука | дБ | 3.10 | |
Звуковая мощность элемента поверхности | Вт | 3.6.1 | |
Звуковая мощность | Вт | 3,6.2 | |
Опорная звуковая мощность (=10 Вт) | Вт | 3.6.3 | |
Уровень звуковой мощности | дБ | 3.6.3 | |
Нормализованный уровень звуковой мощности | дБ | 3.6.4 | |
Показатель "давление - остаточная интенсивность" | дБ | 3.10 | |
Показатель динамической способности | дБ | 3.11 | |
Показатель точности | дБ | 3.11 | |
Показатель временной нестабильности | - | В.2.1 | |
Показатель "давление - модуль интенсивности" | дБ | В.2.2 | |
Показатель "давление - интенсивность" | дБ | В.2.3 | |
Показатель неравномерности поля | - | В.2.4 |
Приложение В
(обязательное)
Вычисление показателей звукового поля
В.1 Общие положения
В.2 Определение показателей звукового поля
Примечания
2 Хотя площади сегментов каждого элемента поверхности могут отличаться более чем на 50% (см. В.2), влиянием этого обстоятельства на выполнение соотношений (В.3)-(В.5) можно пренебречь. Это справедливо также для В.2.3 и В.2.4.
Примечания
где
Приложение С
(обязательное)
Методика достижения требуемой точности измерений
С.1 Оценка требований
С.1.1 Общие положения
При использовании настоящего стандарта акустические условия в точках измерений на исходной измерительной поверхности могут изменяться в широких пределах. Для того чтобы гарантировать верхнюю границу неопределенности определения уровней звуковой мощности, необходимо проверить адекватность средств измерений и выбранных измерительных параметров (например, измерительной поверхности, расстояния, траектории) по отношению к звуковому полю и окружающим условиям и, в частности, к конкретным измерениям.
Вся последовательность действий приведена на рисунке С.1.
Рисунок С.1 - Алгоритм достижения необходимой точности
С.1.2 Проверка адекватности времени усреднения
Таблица С.1 - Мероприятия по увеличению точности определения уровня звуковой мощности
|
|
|
Условие | Код действия | Мероприятия |
Необходимая величина реально не обеспечена | А | Увеличивают время сканирования и/или уменьшают временную нестабильность интенсивности посторонних источников, или проводят измерения при отсутствии нестабильности |
Не выполнен критерий 1, то есть | В и/или С | Изменяют параметры сканирования: скорость, время и/или траекторию
Изменяют элементы поверхности и/или всю измерительную поверхность |
Не выполнен критерий 2, то есть | D или Е | В присутствии значительного постороннего шума и/или сильной реверберации уменьшают среднее расстояние измерительной поверхности до источника минимально до 0,25 м. При отсутствии значительного постороннего шума и сильной реверберации увеличивают это среднее расстояние максимально до 1 м
Экранируют измерительную поверхность от постороннего источника шума или принимают меры для уменьшения отражений звука по направлению к испытуемому источнику |
Не выполнен критерий 3, то есть | D или Е | Те же мероприятия, что при невыполнении критерия 2 |
Не выполнен критерий 4, то есть | F или G | Увеличивают среднее расстояние элемента поверхности от испытуемого источника
Увеличивают плотность сканирования |
Не выполнен критерий 5, то есть , | G | Увеличивают плотность сканирования |
С.1.3 Проверка повторяемости сканирования на элементе поверхности
Сканирование повторяется на каждом элементе поверхности по одной и той же траектории, и средние уровни интенсивности в каждой частотной полосе измерений должны быть в пределах допустимой погрешности (критерий 1):
Если данный критерий не удовлетворяется, выполняют действия в соответствии с таблицей С.1 (см. рисунок С.1).
С.1.4 Проверка пригодности измерительного оборудования
Если выбранная измерительная поверхность не удовлетворяет критерию 2, выполняют действия в соответствии с таблицей С.1 (см. рисунок С.1).
С.1.5 Проверка присутствия сильного постороннего шума
Если этот критерий не удовлетворяется, выполняют действия в соответствии с таблицей С.1 для уменьшения влияния постороннего шума (см. рисунок С.1).
С.1.6 Проверка неравномерности звукового поля
С.1.6.1 Первоначальная проверка неравномерности звукового поля
Если все предыдущие критерии удовлетворяются, за исключением последнего, выполняют действия в соответствии с таблицей С.1 для уменьшения влияния неравномерности звукового поля (см. рисунок С.1).
С.1.6.2 Проверка необходимой плотности линий сканирования
Если на том же элементе поверхности плотность сканирования увеличивается в два раза или более, сравнивают новый показатель неравномерности поля с предыдущим и проверяют во всех частотных полосах измерения выполнение следующего условия (критерий 5):
С.2 Необходимые меры по увеличению точности
При неудовлетворении критериев 1-5 выполняют действия по таблице С.1 для каждого критерия, чтобы увеличить точность определения уровня звуковой мощности при измерениях (см. рисунок С.1).
Приложение D
(справочное)
Влияние потока воздуха на измерение интенсивности звука
Турбулентность может присутствовать в потоке, обтекающем акустический зонд, или может вызываться присутствием самого зонда. Флуктуации движения потока, свойственные турбулентности, связаны с флуктуациями давления, однако эти флуктуации имеют неакустическую природу и, как правило, не коррелированны с флуктуациями давления, вызванными действием какого-либо источника звука. Тем не менее, они регистрируются любым преобразователем давления, подвергающимся воздействию потока, и в результирующим сигнале их нельзя отличить от флуктуации, вызванных звуковым давлением. Турбулентность переносится со скоростью, близкой к средней (усредненной по времени) скорости потока, но содержит вихри (области регулярного движения), размеры которых значительно меньше длины волны типичной звуковой частоты, вследствие чего пространственные градиенты давления в турбулентности могут значительно превышать градиенты давления в звуковых волнах. Поэтому соответствующие скорости частиц могут значительно превышать скорости частиц в типичных звуковых полях. В результате может генерироваться сильный ложный сигнал интенсивности. Турбулентность, вызванная присутствием акустического зонда, может быть значительно скомпенсирована использованием подходящего ветрозащитного экрана. Однако турбулентные вихри (вызванные другими причинами, не связанными с акустическим зондом) могут также существовать в ветровых потоках и в потоке, генерируемом вентиляторами и нагнетателями. Средний (или усредненный по времени) поток вентилятора может быть эффективно уменьшен до нуля посредством дросселирования, но это не означает подавления турбулентных флуктуаций давления, которые еще могут быть измерены на измерительной поверхности вблизи вентилятора и нагнетателя, и уменьшить которые с помощью ветрозащитного экрана акустического зонда очень трудно или невозможно. Особую осторожность следует соблюдать при измерении звуковой мощности вентиляторов и нагнетателей. Применение ветрозащитных экранов должно быть обязательным, а также желательно проведение тщательных экспериментов, гарантирующих, что измеренные с помощью акустического зонда значения интенсивности не являются псевдозвуком или флуктуациями турбулентного давления.
Назначение ветрозащитного экрана акустического зонда заключается в отклонении потока непосредственно от преобразователей давления. Из-за низкой скорости переноса турбулентности турбулентное давление и флуктуации скорости, действующие на внешней поверхности ветрозащитного экрана, не могут эффективно распространяться в центральную область экрана, где расположены преобразователи давления, в то время как звуковые волны проходят без значительного ослабления. В этом заключается принцип селективного действия ветрозащитного экрана.
Однако следует иметь в виду, что существует ограничение эффективности этой селективности. Очень интенсивные турбулентные флуктуации полностью не исключаются, и низкочастотная крупномасштабная турбулентность ослабляется меньше, чем высокочастотная мелкомасштабная. Так как частотный спектр ветровой и вентиляторной турбулентности быстро спадает с увеличением частоты, то именно низкочастотные измерения интенсивности (обычно <200 Гц) подвержены наибольшему влиянию турбулентности.
Масштаб и частота турбулентности сильно зависят от природы процесса ее зарождения, и, следовательно, невозможно прямо влиять на каждую неустановившуюся или потоковую ситуацию, которая может встретиться при измерениях интенсивности звукового поля. Поскольку среднеквадратическое значение турбулентных флуктуации давления увеличивается как квадрат средней скорости потока, следует ограничить сверху среднее значение скорости потока.
Как общее руководство необходимо отметить, что уровни интенсивности и/или скорости частиц в 1/3-октавных полосах частот имеют тенденцию оставаться высокими и даже возрастать на низких частотах (<100 Гц), опасным и неочевидным признаком является такое же поведение уровней давления, а испытуемый источник может быть субъективно оценен как сильно излучающий на низких частотах. Другим качественным показателем зашумленности сигнала интенсивности звука турбулентной интенсивностью является высокая нестабильность измеряемых уровней интенсивности звука и скорости частиц. Когерентность между сигналами микрофонов акустического зонда не является надежным индикатором отсутствия шума турбулентности, поскольку низкочастотные крупномасштабные турбулентные флуктуации давления могут быть сильно коррелированны на расстояниях, типичных для расстояний между микрофонами.
Приложение Е
(справочное)
Влияние поглощения звука внутри измерительной поверхности
Влиянием поглощения можно пренебречь, если выполняется следующее условие
В противном случае следует принять меры по уменьшению уровня интенсивности посторонних источников или экранировать измерительную поверхность от их шума.
Приложение F
(справочное)
Измерительная поверхность и процедура сканирования
Основной принцип определения звуковой мощности с использованием методики измерения интенсивности звука заключается в измерении составляющей интенсивности, перпендикулярной к измерительной поверхности, полностью охватывающей испытуемый источник. Главная неопределенность получаемых результатов с помощью данного метода связана с ошибками измерения и анализа сигналов и неидеальностью процедуры получения значений поля (сканирования).
Настоящее приложение дает рекомендации по выполнению процедуры сканирования звукового поля. Следуя этим указаниям и используя параметры сканирования, устанавливаемые настоящим стандартом, может быть минимизирована неопределенность измерений и достигнута точность, заданная в таблице 1.
Измерительная поверхность должна определяться таким образом, чтобы ее можно было легко просканировать, и такой формы, чтобы минимизировать влияние посторонней интенсивности и ближнего поля источника. Траектории сканирования задаются прямыми линиями, а ориентация акустического зонда остается неизменной во время прохождения каждого прямолинейного участка траектории сканирования.
Измерительная поверхность, элементы поверхности и маршрут сканирования должны выбираться в соответствии с геометрией источника и окружающих его объектов согласно 8.1 и 8.2 (см. рисунок F.1).
Рисунок F.1 - Рекомендуемые формы измерительной поверхности для источников шума сложной формы
Каждый элемент поверхности должен быть определен таким образом, чтобы он мог быть легко и удобно просканирован с постоянной скоростью и равномерной плотностью линий сканирования, при сохранении положения оси акустического зонда перпендикулярно к локальной поверхности. Поворот в конце линии сканирования может вызвать ошибку при усреднении по поверхности, переоценке вклада от ребра (края поверхности). Необходимо применять меры для поддержания постоянной скорости сканирования на всей траектории сканирования.
В случаях, когда длительность операции процессора предопределена в дискретных шагах, необходимо стремиться минимизировать интервал между окончанием сканирования произвольного элемента поверхности и окончанием операции процессора.
Равное внимание следует уделить последующему выбору траектории сканирования, поддержанию постоянной скорости сканирования, равномерной плотности линий сканирования и ориентации оси акустического зонда. Чрезмерная сосредоточенность на одном из этих требований может негативно сказаться на точности измерений.
Приложение G
(справочное)
Методика получения усредненных по времени значений интенсивности
и квадратов звукового давления на основе последовательности усредненных
на коротком интервале времени интенсивностей и квадратов давлений
а) Прямой метод
б) Метод быстрого преобразования Фурье
а - последние измеренные значения, которые можно не учитывать
Рисунок G.1 - Процедура получения усредненных по времени значений интенсивности и квадратов
звукового давления на основе последовательности усредненных на коротком интервале времени
интенсивностей и квадратов давлений
Приложение Н
(справочное)
Нормализованный уровень звуковой мощности
Н.1 Общие положения
Настоящий стандарт требует применения приборов 1-го класса точности по [2]. В соответствии с 6.13 стандарта [2] прибор 1-го класса должен позволять ввод значений нормального атмосферного давления и температуры или корректирующих множителей, получаемых из этих величин, для использования при вычислении интенсивности при реальных метеорологических условиях.
Н.2 Вычисление нормализованного уровня звуковой мощности
В первом приближении можно предположить [9], [10]
Здесь
Из равенств (Н.4), (Н.5) и (Н.6) можно вывести следующее соотношение:
Приложение J
(справочное)
Показатели звукового поля, используемые в ГОСТ 30457 [5],
ИСО 9614-2 [6] и настоящем стандарте
В таблице J.1 приведено соответствие показателей поля и их обозначений, используемых в [5], [6] и настоящем стандарте. Подразумевается, что настоящий стандарт преодолевает несоответствие, имеющее место в [5], [6].
Таблица J.1 - Показатели поля, используемые в стандартах [5], [6] и настоящем стандарте
|
|
|
|
|
Обозначение показателя | ГОСТ 30457 [5] | ИСО 9614-2 [6] | Настоящий стандарт | |
Показатель временной нестабильности звукового поля | * следует читать | - | ||
Показатель неравномерности поля | * следует читать | - | ||
Показатель "давление - интенсивность" | Без учета знака | Показатель "давление - интенсивность" звука на измерительной поверхности
| Показатель отрицательной составляющей звуковой мощности
; * в специальном случае | Показатель "давление - модуль интенсивности"
|
| С учетом знака | Показатель отрицательной составляющей звуковой мощности
| Показатель "давление - интенсивность" звукового поля
, м * в специальном случае | Показатель "давление - интенсивность"
|
Библиография
|
|
|
[1] | IЕС 60942:2003 | Electroacoustics - Sound calibrators |
[2] | IEC 61043:1993 | Electroacoustics - Instruments for the measurement of sound intensity - Measurements with pairs of pressure sensing microphones |
[3] | GUM:1993 | Guide to the expression of uncertainty in measurement. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML |
[4] | Методы статистической обработки результатов определения и контроля уровня шума, излучаемого машинами | |
[5] | (ИСО 9614-1-93) | Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума на основе интенсивности звука. Измерение в дискретных точках. Технический метод |
[6] | ISO 9614-2:1996 | Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity - Part 2: Measurement by scanning |
[7] | , G. Is the sound power defined by ISO/TC 43 independent of specific environmental conditions?, Proceedings of the 10th International Congress on Acoustics, Sydney, 1980, Vol.3, Paper M6.5 | |
[8] | , G. Experimentelle Untersuchungen zur der Schalleistung aerodynamische Schallquellen von den Gaseigenschaften, DAGA 78 Berichte , VDE-Verlag Berlin, 1878, pp.359-365 | |
[9] | MORSE, P.M. and INGARD, K.U. Theoretical Acoustics, Princeton University Press, Princeton, NJ, 1968, p.753 | |
[10] | , G. Accuracy considerations on the meteorological correction for a normalized sound power level, Proceeding of Inter-noise 2000, Nice, 2000, pp.2996-3000 | |
[11] | BLAKE, W.K. Mechanics of flow induced sound and vibration. Vol.17, Applied Mathematics and Mechanics, Orlando, Florida, 1986 | |
[12] | , G., WITTSTOCK,V. Investigations of the sound power generation of solid cylinder moving in gases under different static pressures - First results, Proceedings of Euro Noise 98, Munich, 1998, pp.865-870 | |
[13] | WONG, G.S.K. Characteristic impedance of humid air, J. Acoust. Soc. Am. 80(4), 1986, pp.1203-1204 | |
[14] | DAVIS, R.S. Equation for the determination of the density of moist air (1981/91). Metrologia, 29, 1992, pp.67-70 | |
[15] | WONG, G.S.K. and EMBLETON, T.F.W. Variation of the speed of sound in air with humidity and temperature. J. Acoust. Soc. Am., 77(5), 1985, pp.1710-1712 |