شرح أجهزة قياس مستوى الصوت: الفئات والأوزان والمعايرة والاستخدام الميداني

قف على سطح الجسر في السادسة صباحًا، أو بجانب جهاز ضاغط يقسم كل من في المتجر أنه أمر طبيعي تمامًا، وعاجلًا أم آجلًا ستصل إلى نفس النتيجة: الانطباع ليس قياسًا. يوجد مقياس لمستوى الصوت لإجراء هذا التحويل. يصبح الضغط الصوتي بالباسكال رقمًا بالديسيبل، ويمكن مقارنة هذا الرقم بحد أو خط أساسي أو قراءة قام بها شخص آخر في نفس المكان منذ عامين.

نحن نبني سلسلة القياس التي تكمن وراء هذه الأرقام كل يوم: الميكروفونات المكثفة، ومحللات الإشارة الديناميكية متعددة القنوات، ومعدات الإثارة، وأدوات المعايرة. تستمر نفس الأسئلة في الوصول من مهندسي الاختبار وفرق الصيانة والمختبرات الجامعية، لذلك يجمع هذا الدليل الإجابات العملية في مكان واحد: ما الذي يقيسه الجهاز فعليًا، وكيف تصنفه المعايير، وأين تخطئ القراءات عادةً، ومتى يجب أن يفسح المقياس المحمول المجال لنظام اقتناء كامل.

ما الذي يقيسه مقياس مستوى الصوت حقًا؟

داخل الجهاز، يتحرك غشاء الميكروفون ببضعة نانومترات وينتج جهدًا يتناسب مع ضغط الصوت. يتم بعد ذلك التعبير عن هذا الضغط بالنسبة إلى مرجع قدره 20 ميكروباسكال، وهو تقريبًا عتبة السمع عند 1 كيلو هرتز، باستخدام نسبة لوغاريتمية: 20 ضعف لوغاريتم الأساس 10 للضغط المقاس مقسومًا على الضغط المرجعي. مقياس الديسيبل موجود لأن الأذن نفسها لوغاريتمية. يؤدي ارتفاع الصوت بمقدار ستة ديسيبل إلى مضاعفة ضغط الصوت، وعادةً ما يتم سماع ارتفاع بمقدار عشرة ديسيبل بصوت عالٍ تقريبًا، وتصبح زيادة الضغط بمقدار مائة ضعف أربعين ديسيبلًا يمكن التحكم فيها.

لاحظ ما يتم قياسه. يُبلغ مقياس مستوى الصوت عن مستوى ضغط الصوت في موضع الكبسولة الخاصة به. ولا يُبلغ عن قوة الصوت التي تصف المصدر نفسه ويتم الحصول عليها بطرق مختلفة تمامًا. إن إبقاء هذا التمييز واضحًا يمنع قدرًا كبيرًا من الارتباك عندما يبدو أن ورقة بيانات المورد ومسح الموقع يختلفان.

نادرا ما تتوقف العدادات الحديثة عند مستوى لحظي. يقوم الكاشف بحساب متوسط ​​الإشارة الموزونة، ويقوم الجهاز بتخزين مجموعة من النتائج. يسرد الجدول أدناه تلك التي تظهر في أغلب الأحيان في التقارير والمعايير.

داخل الجهاز: كبسولة، المضخم، الكاشف

تستخدم معظم العدادات الاحترافية كبسولة مكثفة بحجم نصف بوصة. يوجد غشاء معدني رفيع بالقرب من اللوحة الخلفية، وتتحول السعة المتغيرة بينهما إلى جهد. تحتاج الكبسولات المستقطبة خارجيًا إلى مصدر استقطاب ثابت؛ تحمل التصميمات المستقطبة مسبقًا شحنة دائمة في مادة الحجاب الحاجز وتتحمل الظروف الميدانية بسهولة أكبر. يعد اتجاه الكبسولة مهمًا أيضًا: يتم تصحيح الميكروفونات ذات المجال الحر للاضطراب الذي يسببه جسمها عند توجيهها إلى المصدر، كما أن ميكروفونات الضغط مخصصة للتركيب المتساطح أو القارنات، وأنواع الإصابة العشوائية تقسم الفرق.

خلف الكبسولة، يجب أن يقدم المضخم مقاومة دخل عالية للغاية حتى تتمكن إشارة الكبسولة الصغيرة من النجاة من الكابل. ومن هناك تمر الإشارة عبر شبكة ترجيح التردد، وكاشف الجذر المتوسط ​​مع الثوابت الزمنية القابلة للاختيار، وأخيراً مرحلة العرض والتسجيل. ومن الجدير بالذكر أين يتم تحديد الدقة حقًا. لا تساهم الشاشة بأي خطأ تقريبًا؛ الكبسولة ومعايرتها والصوتيات المحيطة بالجهاز تحدد كل شيء تقريبًا.

نظرًا لأن الواجهة الأمامية لأي قياس صوتي عبارة عن مستشعر، فإننا نهتم بشدة بجودة الكبسولة والاستقرار الميكانيكي. تم تصميم ميكروفونات المكثف الصوتي الخاصة بنا للاستخدام المختبري والميداني جنبًا إلى جنب مع المحللين الذين يسجلون مخرجاتهم.

فئة المنتج للميكروفونات الصوتية المكثفة لا تدرج صفحة الفئة هذه حاليًا أي نماذج للميكروفونات، ولكنها تضع كبسولات صوتية جنبًا إلى جنب مع أجهزة التحليل ومعدات قياس الاهتزاز. عرض المنتج →

التردد والوقت الترجيح دون المصطلحات

الأذن البشرية ليست حساسة بنفس القدر في جميع الترددات، ولا يوجد وزن واحد يناسب كل سؤال. وبالتالي تحدد المعايير عدة منحنيات، والقراءة لا معنى لها ما لم يتم ذكر المنحنى مع ثابت الوقت المستخدم لتنعيمه.

يعمل الترجيح الزمني بالتوازي. يستخدم Fast ثابتًا أسيًا قدره 125 مللي ثانية ويتصرف تقريبًا مثل إدراك جهارة الصوت البشري؛ يستخدم البطيء ثانية واحدة ويعطي قراءة أكثر ثباتًا؛ يستخدم الدافع الارتفاع السريع والانحلال البطيء للأحداث العابرة. عندما يقول التقرير "82 ديسيبل" ولا شيء آخر، اسأل ما هو الترجيح وثابت الوقت الذي تم تطبيقه. يمكن للحدث نفسه أن ينتج بسهولة قيمًا متباعدة تبلغ أربعة أو خمسة ديسيبل في ظل إعدادات مختلفة.

للحفاظ على الأرقام ثابتة في التجربة اليومية، يقارن الرسم البياني أدناه المستويات النموذجية المرجحة. إنه مرجع للحدس وليس بديلاً للقياس.

فئات IEC 61672: الفئة 1 والفئة 2 في الممارسة العملية

يقسم المعيار الدولي IEC 61672 الأجهزة إلى فئتين للأداء. والفرق ليس تجميليًا: فهو يحدد مقدار التسامح المسموح به للشركة المصنعة عند كل تردد، ومدى اتساع نطاق التشغيل الخطي، وبالتالي القياسات التي يمكن للجهاز دعمها بشكل موثوق. الأرقام الواردة أدناه نموذجية وليست شاملة، لذا قم دائمًا بتأكيد التفاصيل وفقًا للإصدار الحالي للمعيار وقواعد التحقق الوطنية الخاصة بك.

يمكن أن تكون أداتان من فئتين مختلفتين "صحيحتين" ولا تزالان تختلفان بمقدار ديسيبل أو أكثر عند الترددات القصوى. إذا أشار العقد إلى فئة ما، تعامل مع الاقتباس كشرط، وليس كتفضيل.

خمسة أسئلة يجب الإجابة عليها قبل مقارنة النماذج

نادرًا ما تجيب قوائم الأسعار على الأسئلة التي تحدد ما إذا كانت عملية الشراء ناجحة أم لا. عادة ما نبدأ محادثة مع هؤلاء:

1. ما هو القرار الذي سيدعمه الرقم؟ إن الفحص لمرة واحدة واختبار الامتثال التعاقدي يبرران استخدام أدوات مختلفة.
2. ما هو المقياس الذي يحدده الحد فعليًا؟ يجب تدوين الترجيح وثابت الوقت ومتوسط ​​الفترة قبل القياس الأول.
3. نقطة واحدة أم خريطة؟ إذا كنت بحاجة إلى عدة مواقع في وقت واحد، أو ضوضاء بجانب الاهتزاز، فإن جهاز قياس واحد محمول باليد سيصبح في النهاية عنق الزجاجة.
4. إلى متى دون مراقبة؟ مدة التسجيل، والذاكرة، وعمر البطارية، والحماية من الطقس، والوصول عن بعد، كلها أمور مهمة بمجرد تشغيل القياس لأسابيع.
5. من يتحقق منها، وكم مرة؟ يجب التخطيط للمعايرة والتحقق الدوري عند الشراء، ولا يتم اكتشافهما عند المراجعة الأولى.

المعايرة هي العادة التي تفصل البيانات عن الأرقام

يتم تركيب معاير صوتي فوق الكبسولة وينتج مستوى معروفًا، عادةً 94 ديسيبل عند 1 كيلو هرتز، مع توفر 114 ديسيبل للتحقق من الخطية عند المستويات الأعلى. الإجراء قصير وليس اختياريًا: تحقق قبل القياس، وتحقق بعده، وسجل كلا القيمتين في الملف. يعد الانجراف الذي يزيد عن نصف ديسيبل بمثابة حافز للتوقف والتحقيق بدلاً من تطبيق التصحيح والمضي قدمًا.

البيئة تستحق نفس القدر من الاهتمام. تولد الرياح التي تهب عبر الكبسولة ضجيجًا خاصًا بها، وهو ما يقلله الزجاج الأمامي الرغوي ولكنه لا يزيله أبدًا. درجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي وملاءمة المعاير جميعها تغير القراءات قليلاً. عند مقارنة استطلاعين يفصل بينهما شهران، لاحظ هذه الشروط بعناية كما تلاحظ نموذج الأداة.

وينطبق نفس النظام على جانب الاهتزاز في برنامج الاختبار، حيث تحتاج مقاييس التسارع ومضخمات الشحن إلى نفس النوع من التحقق الميداني. يغطي معاير الاهتزاز المحمول لدينا هذا الجزء من السلسلة، لذلك يمكن التحقق من المسح المشترك للضوضاء والاهتزاز من حقيبة أدوات واحدة.

معايرة الاهتزاز المحمولة للتحقق الميداني تسرد هذه الفئة خمسة أجهزة معايرة اهتزاز محمولة، تدعم التحقق الميداني من مقياس التسارع وسلاسل مضخم الشحن في المسوحات المجمعة للضوضاء والاهتزاز. عرض المنتج →

حيث تكتسب أجهزة قياس مستوى الصوت مكانتها

الصك للأغراض العامة. التطبيقات محددة، وكل منها يفرض عاداته الخاصة:

• الضوضاء البيئية والمجتمعية. تسجيل الحدود على المدى الطويل، والإحصائيات المئوية، والتوثيق الدقيق للطقس وظروف التشغيل.
• بناء الصوتيات. عزل الهواء والصدمات، ووقت الصدى، وبيانات نطاق الأوكتاف التي تتطلبها معظم طرق التصنيف.
• الآلات وضوضاء المنتج. تحديد المصادر السائدة، ومقارنة متغيرات التصميم، ودعم اختبارات الإعلان أو القبول.
• التعرض في مكان العمل. قياس الجرعات الشخصية ومسوحات المنطقة، مع الاهتمام بالمدة وأحداث الذروة ونمط التعرض الفعلي.
• ينقل. قياسات المرور، والراحة الداخلية للمركبة، وضوضاء السكك الحديدية والضوضاء البحرية، حيث يجب عادةً تسجيل الاهتزاز في نفس الوقت.
• التدريس والبحث. تمارين معملية ومشاريع طلابية، حيث تعمل أداة قوية ذات إعدادات واضحة على تعليم عادات أفضل من التطبيق.

إذا كان المشروع يغطي العديد من هذه المجالات، فعادةً ما يكون تخطيط السلسلة بأكملها مرة واحدة أكثر اقتصاداً بدلاً من شراء أدوات منفصلة لكل منها. لدينا حلول الاختبار الاهتزازي والديناميكي يتم تنظيمها حول هذه الفكرة: أجهزة الاستشعار، والاستحواذ، والإثارة، والمعايرة، والبرمجيات المصممة للعمل كنظام واحد.

العادات الميدانية التي تحمي القراءة

معظم البيانات الصوتية السيئة لا تنتج عن أدوات سيئة. وينجم ذلك عن خيارات إجرائية صغيرة تم اتخاذها تحت ضغط الوقت. هذه هي تلك التي نراها في أغلب الأحيان:

1. أمسك المقياس على مسافة ذراع أو قم بتثبيته على حامل ثلاثي القوائم؛ يعكس جسمك الصوت ويمكن أن تخفي يدك الكبسولة.
2. قم بتوجيه كبسولة المجال الحر نحو المصدر وحافظ على الزاوية متسقة بين نقاط القياس.
3. لاحظ الترجيح والوقت الثابت ومتوسط ​​الفترة لكل نتيجة مخزنة، وليس فقط الرقم الرئيسي.
4. قم بتسجيل ملف صوتي قصير أو لقطة ذات أوكتاف ثالث بجانب المستوى، بحيث يمكن شرح النتيجة الفردية لاحقًا.
5. قياس الخلفية بشكل منفصل. فالمصدر الذي لا يزيد ارتفاعه عن الخلفية إلا ببضعة ديسيبل لا يمكن قياسه كميًا ببساطة.
6. قم بتسجيل الرقم التسلسلي للجهاز وقيم المعايرة وإصدار البرنامج الثابت في التقرير في كل مرة.

عندما لا يعد جهاز القياس المحمول كافيًا

يجيب العداد المحمول على السؤال "ما مدى ارتفاع الصوت". إنها تكافح مع "أي مكون ولماذا". بمجرد أن يحتاج المشروع إلى أطياف الأوكتاف الثالث أو النطاق الضيق، أو تحليل الطلب على الآلات الدوارة، أو قنوات الضوضاء والاهتزاز المتزامنة، أو المراقبة المستمرة على مدى أشهر، فإن الخطوة الطبيعية التالية هي محلل إشارة ديناميكي متعدد القنوات مع محولات الطاقة المناسبة المرفقة.

تعمل هذه الخطوة على تغيير سير العمل بطرق مفيدة. تتشارك جميع القنوات في قاعدة زمنية واحدة، وبالتالي تظل علاقات الطور قائمة ويصبح تحليل مسار النقل ممكنًا. يمكن دفق البيانات إلى الشبكة بدلاً من نقلها من الموقع على بطاقة الذاكرة. ونفس الجهاز الذي يسجل الضوضاء يسجل أيضًا التسارع والقوة والإجهاد، وهو بالضبط ما يتطلبه الاختبار النموذجي أو التحقيق.

عادةً ما يتم نشر أجهزة التحليل المتصلة بالشبكة مثل أدوات عائلة ZTN8128 الخاصة بنا حيث يجب التقاط عدة نقاط قياس معًا، على سبيل المثال حاوية الآلة أو منصة اختبار علبة التروس أو واجهة المبنى بمواضع متعددة للميكروفون.

ZT-N8208I محلل إشارة ديناميكي ذو 8 قنوات للجهد/IEPE محلل ثماني قنوات 24 بت مع إيثرنت بسرعة 100 ميجا بت في الثانية وإثارة IEPE وأخذ عينات بسرعة 128 كيلو هرتز لقياس الاهتزاز والصدمات بشكل متزامن. عرض المنتج →

إذا كنت تزن النهجين، ملاحظتنا على كيف يختلف محلل الإشارة الديناميكي عن الأداة التقليدية يمشي من خلال المقايضات بمزيد من التفاصيل.

النمط عبر كل هذا متسق. يكافئ مقياس مستوى الصوت الإعداد أكثر بكثير مما يكافئ الميزات: المقياس المحدد، والكبسولة التي تم التحقق منها، وموضع القياس المعقول، وفحص المعايرة المسجل سوف يتفوق في الأداء على أداة أكثر تكلفة تستخدم بلا مبالاة. سواء انتهى الأمر بالرقم إلى دعم تقرير الامتثال، أو قرار التصميم، أو التجربة الأولى للطالب، فإنه يستحق نفس الانضباط. هذا هو الجزء من العمل الذي نستمتع به كثيرًا، ويسعدنا دائمًا التحدث عن سلسلة القياس قبل طلبها وليس بعده.