Учебный комплекс для измерений/анализа шума

Шум сопровождает нас всю жизнь, и даже дольше. Ведь мы начинаем слышать еще за несколько месяцев до своего рождения. Какие то шумы мы отторгаем, а другие, тональные гармонические, музыка дают нам наслаждения. Существуют и не гармонические шумы, которые нам нравятся, так называемый розовый шум, шум морской волны.
Научиться измерять шум, это значит с одной стороны уметь противостоять ему в окружающей нас среде, а с другой —   дать возможность себе и другим людям в полной мере наслаждаться волшебством её величества — музыки!

ВведениеУчебный комплекс по измерениям/анализу шумаМикрофоны для анализаторов шума, шумомеровЦена ПО

Шум сопровождает нас всю жизнь, и даже дольше. Ведь мы начинаем слышать еще за несколько месяцев до своего рождения. Какие то шумы мы отторгаем, а другие, тональные гармонические, музыка дают нам наслаждения. Существуют и не гармонические шумы, которые нам нравятся, так называемый розовый шум, шум морской волны.
Углубляясь в тему, можно дойти и до «Автономной сенсорной меридиональной реакции» на некоторые звуки. Английская аббревиатура ASMR, и всё что с этой техникой связано у нас так и называют: асэмэр, хотя грамотнее, конечно будет ЭйЭсЭмЭр. Но это будет отклонением от заявленной темы.

Чаще всего с шумом у нас связаны все таки негативные ассоциации. Анализ шума помогает в диагностике машин и, поэтому мы вынуждены относиться к нему как к мало приятному, но полезному помощнику.  Примерно так, как мы относимся к хирургическому скальпелю.

Но измерение шума — не простое дело, и очень непростое. И учиться мастерству акустических измерений нужно не на аналоговых стрелочных шумомерах, подстраиваясь под инерционность стрелки индикатора (быстро/медленно), а на технике завтрашнего дня.

В отличие от анализа/измерения вибрации, являющейся объективной реальностью, измерения шума имеют дело хоть и с реальностью, да только не очень объективной.
Представим себе, что человечество слышало бы звуки только ниже 4 000 Гц.  А промышленные предприятия излучали бы шум с частотами только выше 4 000 Гц. Тогда измерением шума интересовались бы считанные единицы людей. Выходит, что выдаваемые датчиками шума электрические сигналы нужно скорректировать с учетом некоторой усредненной чувствительности людей к шуму. Шумомеры должны выдавать корректированные уровни звукового давления, звуковой мощности. Такие же манипуляции с вибрацией были бы совершенно недопустимы, так как вибрации — это реальность объективная.

Еще более выраженно проблема взаимодействия звука и человека выступает в так называемой бинауральной акустике. Здесь мы имеем следующий шаг адаптации измерительных датчиков к способностям восприятия и анализа звука органами слуха. Бинауральный микрофон — это миниатюрный стереофонический микрофон, предназначенный для размещения в искусственном ухе манекена или в специально сконструированной искусственной ушной раковине, чтобы во время записи на этот микрофон звука он трансформировался таким образом, как это происходит в слуховом проходе уха у любого здорового человека. Если запись произведена на бинауральный микрофон, то при прослушивании через обычные стереонаушники создается 100% эффект присутствия. Не обязательно это будет музыка. Часто это шум морских волн или шелест листвы в лесу и т.д.

Представленный на следующей субстранице учебный комплекс анализа шума (а при наличии акселерометра и — анализа вибрации) и составления отчетов по результатам измерений охватывает широкий круг вопросов:
· Акустическая мощность
· Тестирование материалов
· Оценка времени реверберации
· Дробно-октавный частотный анализ (1/1-1/24)

Компания Брюль и Къер представляет компактный комплекc аппаратных средств и программного обеспечения, разработанного целенаправленно для выполнения высокоточных измерений основных параметров шума.

Преподаватель, а с его помощью и студенты найдут здесь все необходимые инструменты и вспомогательные средства, включая программное обеспечение чтобы организовать результативное обучение в процессе практического освоения шумоизмерительного комплекса.

Студенты, изучающие акустику и процессы распространения и подавления шумов, могут выполнить с его помощью множество самостоятельно спланированных экспериментов и, использовать неоспоримые преимущества обучения на практических примерах из области измерений звука и шума.

Входящая в состав обучающего комплекса система/интерфейс сбора данных LAN-XI, новое слово в вопросах сбора данных с датчиков/микрофонов и обработки, отличается гибкой архитектурой — каждый её модуль уже является многоканальной измерительной системой шума и может использоваться автономно, как в представленном образовательном проекте, так и в качестве компонента более сложной распределённой системы.

LAN-XI органично объединяет в себе такие инновационные уникальные технологии, как Dyn-X, REq-X и TEDS.

В результате система измерения шумов сочетает в себе простоту установки, отсутствие перегрузок, широкий (до 12.5 кГц) частотный диапазон. Эксплуатационные характеристики повышенной стабильности не только экономят время, но и позволяют сразу же получить результаты измерений шума высокой точности. Одни и те же аппаратные средства применимы как в полевых, так и лабораторных условиях.

Спроектированные по технологии отказоустойчивого проектирования прочные и защищенные модули и съемные передние панели, изготовленные с применением магниевого сплава, обеспечивают повышенную стабильность, малый вес и резистентность к жестким полевым условиям функционирования.

Программная поддержка образовательного комплекса по измерению шума обеспечивается пакетом PULSE™ Type 7771. Он обеспечивает все опции кроме быстрого преобразования Фурье, в частности: вычисление взаимных спектров, кепстральный анализ, получение частотных характеристик H1, H2 и H3, общий анализ уровня с одновременным измерением экспоненциально усредненного, импульсного, линейного и пиковых уровней. Использование задаваемых пользователем из меню измерительных процессов делает постановку и выполнение всех основных задач, включая калибровку, сбор данных, измерение, анализ, пост-обработку и составление отчетов с результатами измерений, удобными и легко настраиваемыми.

Микрофон свободного поля 4188, входящий в комплект поставки, прочный и стабильный прибор с верхним пределом измерения 12.5 кГц, пригодный для широкого круга задач акустических измерений. Он относится к серии «Falcon™ Range» представляющей шесть новых типов высокоточных конденсаторных микрофонов гарантированного качества диаметром 12.7 мм (1/2 дюйма). Они обладают сравнительной универсальностью, соответствуя требованиям измерений случайного, свободного поля или поля давления.
Все микрофоны этой серии, и пре-поляризованный микрофон 4188 — не исключение, являются последней по времени  разработкой компании Брюль и Къер и обеспечивают точное и надежное электроакустическое измерение в соответствии с требованиями международных стандартов International Electrotechnical Commission (IEC), или Американского национального института стандартов (ANSI).

Микрофоны отличаются повышенной устойчивостью к коррозии, что позволяет использовать их в более широком температурном диапазоне эксплуатации. Более высокая надежность и точность акустических датчиков достигнуты в результате применения технологии нового отказоустойчивого проектирования.

Частотный диапазон измерений ограничивается пределами: от 8 Гц до 12.5 кГц. По этому, в случае выполнения измерений в ультразвуковом частотном диапазоне (до 51.2 кГц), что допускается модулем 3050-A-040, нужно будет отдельно купить дополнительный микрофон, например, конденсаторный микрофон 4136, с диапазоном измерений от 200 Гц до 50 кГц .

Комплекс содержит также два 2671 DeltaTron ICP©-совместимых микрофонных предусилителя для 1/2-дюймовых пре-поляризованных микрофонов. Но основой комплекса является  4-х канальный модуль ввода PULSE LAN-XI 3050-A-040.

Его характеристики:

  • тип входных сигналов датчиков шума:
    CCLD (Constant Current Line Drive — передача сигнала по линии стабилизированного постоянного тока), заряд/напряжение;
  • число входных каналов — 4; (выходные управляющие каналы, типа генераторов управляющих сигналов, не предусмотрены;)
  • коннекторы на лицевой панели BNC: UA-2100-040
  • частота измеряемых входных сигналов — до 50 кГц;

Основу ПО составляет 2-х канальный программный пакет 7771-N2 PULSE CPB-анализа.

Дробно-октавный анализатор (алгоритм с постоянной относительной шириной полосы дискретизации спектра частот) системы PULSE-7771 позволяет выполнять октавный, 1/3-, 1/12- и 1/24-октавный анализ в реальном масштабе времени, выделяя анализируемую полосу с помощью программных стандартизированных цифровых фильтров пропускания. При исследовании сигналов шума 1/n-октавный анализ, хотя и является менее детализированным по сравнению с БПФ, зачастую более предпочтителен по сравнению с более тонким анализом. Кроме того, 1/n-октавный анализатор в отличие от БПФ, может использоваться для измерения уровней звуковой мощности и интенсивности, что характерно для шумомеров. В комплекте 7771 имеется широкополосный анализатор шума, превращающий прибор в обыкновенный шумомер, соответствующий требованиям международных стандартов IEC 651, IEC 61672 и IEC 60804. Цифровые программные фильтры пропускания соответствуют требованиям международных стандартов IEC 1260–1995 класс 1, DIN 45651, ANSI S1.11–1996 и ANSI S1.11–2004.

Октавный (дробно) анализ имеет и существенные недостатки. Так с его помощью трудно, если вообще возможно, выделить тональный компонент шума, а необходимость решения такой задачи является довольно частой при мониторинге шумовой обстановки в промзонах населенных пунктов. Хотя и имеются рекомендации считать тональным компонентом шума такой шум, у которого в одной из 1/3-октавных полос сигнал значительно превышает таковой в соседних 1/3-октавных полосах. Так что, приобретая комплект класса на 25 студентов (1-2 Channel Node-locked License), имеет смысл купить дополнительно лицензию на БПФ-анализатор.

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

В недалеком прошлом измерения сигналов шума основывалось на схемотехническом усреднении входных сигналов с микрофона за определенные интервалы времени. Для этого применялись интегрирующие схемы с весовыми функциями, реализующие различные режимы усреднения — линейное, экспоненциальное усреднение. В современных LAN-XI анализаторах шума динамический диапазон и быстродействие в большинстве случаев позволяет вопросы усреднения решить на программном уровне. В частности для реализации экспоненциального усреднения используется рекуррентный алгоритм,  не оказывающий существенной нагрузки на память и быстродействие.

ОБРАБОТКА ДАННЫХ

В результате анализа шума могут быть получены:

  • энергетический спектр сигнала;
  • взаимный энергетический спектр двух сигналов;
  • среднее спектральное звуковое давление;
  • спектр скоростей;
  • спектр интенсивности;
  • комплексный спектр интенсивности.

Примечание: измерение интенсивности производится  датчиками интенсивности с двумя микрофонами.

МГНОВЕННЫЙ МИНИМУМ/МАКСИМУМ СПЕКТРА

Мгновенный максимум/минимум спектра с применением экспоненциального усреднения.

ПОСТ-ОБРАБОТКА

Измеренные и записанные данные можно подвергнуть следующим процедурам пост-обработки:

  • автоспектр с заданными фазными характеристиками;
  • частотная характеристика в эффективно воспроизводимом (рабочем) диапазоне частот (Н1, Н2, Н3);
  • обратная (инвертированная) частотная характеристика (1/Н1, 1/Н2, 1/Н3);
  • когерентность;
  • отношение шум/сигнал;
  • мощность когерентного/некогерентного акустического излучения;
  • расчетная интенсивность/комплексная интенсивность;
  • показатель давление-интенсивность;
  • громкость (в соответствии с международным стандартом ISO 532 B);
  • показатель (индекс) артикуляции (в соответствии с американским стандартом ANSI 53.5-1969).


Некоторые термины.

Микрофон – это датчик, акустический электрический преобразователь, который преобразует входной сигнал — звук в электрический сигнал на выходе.
Что такое бинауральные микрофоны. Подробнее смотрите во введении. А здесь кратко:

Бинауральный микрофон — это стерео-микрофон, помещаемый в искусственное ухо манекена или в искусственные ушные раковины, чтобы во время записи звука он трансформировался так, как это происходит в ухе у любого человека.

Микрофоны свободного поля в отличие от других, искажающих своим присутствием звуковое поле, имеют конструкцию, позволяющую скомпенсировать это искажение. Для измерений, проводимых в ограниченных стенами или перегородками замкнутых помещениях или, когда точки измерения находятся вблизи твердых отражающих поверхностей, следует отдать предпочтение не микрофону свободного поля, а микрофону для измерений в поле звукового давления.

Примером может служить мониторинг шума набором микрофонов поля звукового давления, установленных в нескольких точках крыла дрона или самолета.
Конструкция микрофонов, для измерений в диффузном звуковом поле, обеспечивает их универсальную направленность, т.е. одинаковую или почти одинаковую чувствительность по отношению к звуковым волнам, падающим на чувствительный элемент под разными углами, что имитирует условия измерения в реверберационных и диффузных звуковых полях.

Имеются специальные микрофоны для измерений в так называемом ближнем поле. Под этим термином подразумевается прямой звук, измеряемый вблизи от его источника и/или звук, отраженный от ближайших к источнику звуко-отражающих поверхностей.

Микрофоны для анализаторов шума/шумомеров

Фото микрофона  

Тип,
(диаметр)

Измерение

Чувстви-
тельность микрофона,
мВ/Па

Частотный
диапазон измерений, Гц

Динамичес-
кий диапазон,
dB

Температур-
ный диапазон эксплуатации
, °C

Микрофон бинауральный 4101

4101 Бинауральный микрофон

20

20 – 20 000

23– 134

-30…+70

4101-A Бинауральный микрофон
(TEDS)

20

20 – 20 000

23– 134

-30…+70

4137 микрофон свободного поля 4137 (1/2”) Свободное поле

31.6

8 –12 500

15,8 – 146
(2669)

-30…+125

4138 микрофон для измерения поля давления 4138 (1/8”) Поле давления

1

6.5 – 140 000

52,2 – 168
(2670, UA-0160)

-30…+100

 микрофон для измерения поля давления 4144 малый 4144
(1”)
Поле давления

50

2.6 – 8 000

11 – 146
(2669)

-30…+100

микрофон для измерения свободного поля 4145 малый 4145
(1”)
Свободное поле

50

2.6 – 18 000

10,2– 146
(2669)

-30…+100

4160 микрофон для измерения поля давления 4160 (1”) Поле давления

47

2,6 – 8 000

10– 146

-10…+50

4176 малый микрофон свободного поля 4176
(1/2”)
Свободное поле

50

7 – 12 500

14 – 142
(2669)

-30…+100

4178 - микрофонная пара 4178 (1/4”) Микрофонная пара

4

6 – 14 000
(±1 dB)
4 – 100 000
(±2 dB)

28 – 164

-40…+150

4179-микрофон свободного поля 4179
(1”)
Свободное поле

100

10 – 10 000

-2,5 – 102 (2660)

-30…+100

4180-микрофон диффузного поля и измерения звукового давления 4180 (1/2”) Давления и диффузное поля

12.5

4 – 20 000

21– 160
(2669)

-30…+100

4182-микрофон измерения в ближнем поле

4182 (зонд) Измерения в ближнем поле

3.16

1 – 20 000

42– 164

-10…+700

4184

4184-микрофон всенаправленный Всенаправленный

12.5

20 –8 000

25– 140

-40…+55

4187 - микрофон поля давления 4187
(1/4”)
Поле давления

4

1 – 6 400

4188 малый микрофон свободного поля 4188 (1/2”) Свободное поле

31.6

8 – 12 500

15,8 – 146
(2669)

-30…+125

4189 малый микрофон свободного поля 4189 (1/2”) Свободное поле

50

6.3 – 20 000

15,2 – 146
(2669)

-30…+150

 микрофон свободного поля 4190 малый 4190 (1/2”) Свободное поле

50

3.15 – 20 000

15 – 148
(2669)

-30…+150

4191-small 4191 1/2” микрофон свободного поля Свободное поле

12.5

3.15 – 40 000

21,4 – 162
(2669)

-30…+300

4192 малый микрофон поля давления 4192 (1/2”) Поле давления

12.5

3.15 – 20 000

20,7 – 161
(2669)

-30…+150

4193x 4193 полдюймовый микрофон поля давления (1/2”) Поле давления

12.5

0.07 – 20 000

20,7 – 161
(2669)

-30…+150

4197 small 4197 полдюймовая микрофонная пара (1/2″) Микрофонная пара

11.2

5 – 12 500
(±1 dB)
0.3 – 20 000
(±2 dB)

20– 162

4198x 4198 1/2″ всенаправленный микрофон Всенаправленный

50

6.3 – 16 000

15,2 – 146

-25…+60

4938 4938 1/4″ микрофон поля давления Поле давления

1.6

4 – 70 000

42 – 172
(2670)

-40…+150

четверть-дюймовый микрофон свободного поля 4939 малый 4939 (1/4”) Свободное поле

4

4 – 100 000

35 – 164
(2670)

-40…+150

4941x четверть-дюймовый микрофон поля давления 4941
(1/4″)
Поле давления

0.09

4 – 20 000

73,5– 184
(2670)

-40…+150

4942 малый микрофон диффузного поля 4942
(1/2″)
Диффузное поле

50

6.3 – 16 000

15,2– 146
(2669)

-40…+150

4943 малый микрофон диффузного поля 4943
(1/2″)
Диффузное поле

50

3.15 –10 000

15,9– 147
(2669)

-40…+150

4944A микрофон поля давления 4944
(1/4″)
Поле давления

1

4 – 70 000

46– 170
(2670)

-40…+150

4947 малый микрофон поля давления 4947
(1/2″)
Поле давления

12.5

8 – 10 000

21,4 – 160
(2669)

-30…+125

4948 B малый плоский микрофон поля давления

4948
(0.41”)
плоский
Поле давления

1.4

5 – 20 000

55 — 160

-55…+100

4949
(0.41”)
плоский
Поле давления

11.2

5 – 20 000

30 — 140

-55…+100

 microphone 4950 свободного поля 4950 (1/2″) Свободное поле

50

4 – 16 000

14– 142
(2669)

-30…+100

microphone 4952 всенаправленный

4952
(1/2″)
Всенаправленный

31.6

8 – 12 500

15,8 – 146

-30…+60

microphone-4953 4953
(1/2″)
Поле давления

50

1 – 12 000

16.2 – 146
(2669)

-30…+150

4954 microphone 4954 (1/4″) Свободное поле

3.16

4 – 80 000

35– 164
(2670)

-40…+150

4955-microphone 4955 (1/2″) Поле давления

1 100

10 – 16 000

6,5– 110
(встроенный пред-усилитель)

-20…+100

4958-microphone

4957 (1/4″)

17

50 – 10 000

32 – 134

-10…+55

4958 (1/4″)

17

20 – 20 000

28 – 140

-10…+55

microphone 4961 4961  (1/4”) Любое поле

65

5 – 20 000

20 – 130
(встроенный пред-усилитель)

-20…+8

Цены на учебные комплексы предельно снижены. Так программное обеспечение для учебного класса по изучению вибрации на 25 студентов обойдется ВУЗу всего в 1100 Евро. Цены на остальное оборудование должны обсуждаться для каждого конкретного случая отдельно, но в любом случае цена для университета будет значительно ниже, чем для обыкновенного заказчика.

Как мы можем Вам помочь?

Я хотел бы*
Меня зовут*
Организация
Город
Телефон*
E-mail*


 


 




* Заполняя эту форму Вы соглашаетесь на обработку персональных данных.
Подробнее о политикн конфиденциальности и обработке персональных данных