Общие методы измерения шума

Для того чтобы получить характеристику чистого звука (произведенного простой гармонической вибрацией), надо знать его частоту и интенсивность. В случае сложного звука, кроме основной частоты и интенсивности, требуется знать еще частотный состав, а в случае шума — изменение интенсивности с частотой. Чтобы охарактеризовать определенный звуковой источник независимо от среды, в которой он работает, необходимо уточнить излучаемую акустическую мощность, спектр частот и фактор направленности. Кроме этих величин, которые относятся собственно к звуку, в акустике представляет интерес и определение других физических или физиологических величин: скорости распространения звука, коэффициента акустического поглощения и акустического проникновения, удельного акустического сопротивления и т. д. В последующем изложении не детализируются общие акустические измерения, а рассматриваются лишь измерения, необходимые для характеристики источников шума и степени их вредности. Как правило, не принято измерять абсолютные значения интенсивности или акустической мощности, а определяются их относительные значения в децибелах. Для правильного осуществления измерений требуются некоторые начальные общие условия как относительно акустического поля, в котором производятся измерения, размещения микрофона относительно акустического источника и стен помещения, так и критериев определения шума. Измерения в свободном акустическом поле являются предпочтительными. На практике благодаря конкретным условиям не всегда можно реализовать условия свободного поля, поэтому приходится производить измерения в реверберационных и полуреверберационных акустических полях. Относительно места для измерения шума электрических машин иногда впадают в крайности как в сторону приспособления помещения для полной звуковой изоляции и полного устранения отражений, так и в сторону использования любого помещения. Требования, предъявляемые к помещениям, используемым для измерения шума электрических машин и трансформаторов, и способы оценки приспособленности помещения определяются точностью требуемых измерений и природой этих измерений. Так, измерения с целью контроля работы электрических машин путем анализа шума могут производиться только в условиях свободного поля, т. е. требуется выполнение условия. Идеальным свободным полем для испытаний является полностью свободная среда, в которой машина подвешена на значительном расстоянии от земли. Но так как испытания на открытом воздухе являются трудно осуществимыми из-за изменчивости атмосферных условий и отсутствия источников питания, то используются помещения, которые удовлетворяют условиям, близким к условиям свободного поля. При измерениях необходимо соблюдать правила суммирования акустических уровней в связи с тем, что шумовой фон и отраженные волны суммируются в точке измерения с шумом машины. Мешающий шумовой фон (когда машина не работает) должен быть постоянным и его акустический уровень во всем спектре должен быть не менее чем на 10 дБ ниже акустического уровня во время работы машины, как следует из формулы. В промышленных условиях допускаются измерения и там, где уровень окружающего шума L0 в точке измерения ниже уровня акустического давления Li при работающей машине не менее чем на 4 дБ. В этом случае правильный уровень шума машины равен:

где ΔL — определяется в функции Li—L0 (рис. 1).

Возрастание разности Li—L0 можно получить путем уменьшения расстояния между акустическим источником и микрофоном Из формул следует, что отражающая преграда, находящаяся в свободном поле вблизи точки измерения, оказывает незначительное влияние, если путь, пройденный падающей и отраженной волнами, больше удвоенного расстояния между машиной и микрофоном [удвоенное расстояние машина — микрофон ведет согласно формуле к понижению уровня шума на К дБ]. Формула показывает, что в указанных условиях отраженная волна мало влияет на общий уровень м, следовательно, измерения можно производить, если отраженные шумы во время работы машины имеют незначительное влияние в точках, в которых производятся намерения.

Рис. 1. Коррекция измерения акустического уровня.

Расстояние от источника шума до микрофона зависит от размеров заглушенной камеры, уровня окружающего шума (фона), величины и формы машины и степени однородности акустического поля, возбужденного машиной. Величина помещения ограничивает расстояние микрофон — машина, так как расстояние от микрофона до специально оборудованных стен помещения должно быть не меньше одной четверти длины звуковой волны.
Высокий уровень окружающего шума в некоторых случаях требует уменьшения расстояния микрофон — машина, чтобы шум машины преобладал в точке измерения. Вместе с тем, чтобы измерения не производились в неоднородном акустическом поле, точки измерения не должны находиться слишком близко от корпуса машины. Рекомендуется, чтобы расстояние микрофон — машина было одного порядка с наибольшим габаритным размером машины, но ни в коем случае не менее 0,3 м. В случае больших машин и крупногабаритных трансформаторов точки измерения должны находиться на расстоянии, большем чем наибольшая длина волны, соответствующая наименьшей из исследуемых частот. Микрофон в каждой точке измерения должен быть расположен нормально к исследуемой поверхности и защищен от воздушных потоков, вызванных, например, вентиляцией, специальными устройствами и др.
Критерии определения шума электрических машин и трансформаторов различны в различных нормах, однако в настоящее время по некоторым вопросам достигнуты международные соглашения, обеспечивающие одинаковые результаты три измерении одних и тех же величин. Так, для характеристики шума, излучаемого машиной, обычно указывался уровень акустического давления на определенном расстоянии от поверхности машины. Так как на эту величину влияют расстояние от источника и акустические условия помещения, где производятся измерения, то этот показатель не однозначно характеризует шум, произведенный машиной. Поэтому было -решено установить в качестве характеризующей величины акустическую мощность, излучаемую машиной. Ввиду того что использование акустического ваттметра для непосредственного измерения акустической мощности пока еще невозможно, определение мощности должно производиться посредством измерения уровня акустического давления.

Необходимо, чтобы в инструкции по измерению устанавливалось однообразие в методах измерений, измерительных приборах, критериях определения шума и внешних условиях, как, например, способах монтажа и режимах работы машины, с тем чтобы это приводило к сравнимым результатам. Такие условия предложены в STAS 7301-65. При анализе шума машины для облегчения работы следует анализировать каждую составляющую шума в отдельности, как будет показано.